Определение нагрузок, действующих на основание фундамента водонапорной башни

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Механика грунтов, основания и фундаменты»

Расчетно-графическая работа

по дисциплине

«Основания и фундаменты»

Выполнил студент гр. ВВ-397

Золотарева А.В.

Проверил доц. Чмшкян А.В.

Содержание

Содержание…………………………………………………………………………………...2

Исходные данные…………………………………………………………………………….3

Определение расчетных сопротивлений R₀ грунтов площадки строительства…………………………………………………………………………4
Определение глубины заложения фундамента…………………………………......4
Определение нагрузок, действующих на основание фундамента водонапорной башни………………………………………………………………………………….6
Определение размеров фундамента……………………………………………........9
Уточнение размеров фундамента. Построение эпюр контактных давлений……………………………………………………………………………...9
Определение осадки основания водонапорной башни……………………………11
Список используемой литературы………………………………………………….14

Исходные данные

Населенный пункт г.Краснодар

Высота ствола Н=18 м

Высота шатра h_ш=7м

Высота резервуара H_р=6 м

Диаметр ствола D_ст=9м

Диаметр шатра D_ш=10м

Диаметр резервуара D_р=8м

Высота подвала h=3,2м

1. Определение расчетных сопротивлений R₀ грунтов площадки строительства.

В результате бурения четырех скважин, глубиной по 15м, установлено, что геолого-литологический разрез строительной площадки характеризуется следующим образом: от поверхности земли до глубины 0,9 м залегает почвенно-растительный слой, от глубины 0,9м до глубины 11м – суглинок жёлто-бурый(ИГЭ- I).; от глубины 11м на всю исследователькую глубину залегает глина тёмно-серая (ИГЭ- II).

1.1. Расчетное сопротивление R₀ глинистых грунтов.

Расчетное сопротивление R₀ пылевато-глинистых (непросадочных) грунтов определяет в зависимости от коэффициента пористости е и показателя текучести J_L с помощью интерполяции.

Показатель текучести:

J_L = (W - W_p )/ W_L - W_p(1.2.1)

где W_L и W_p - влажность грунта на границе текучести и раскатывания, выраженная в долях единицы.

J_L =(0,20-0,21)/(0,32-0,21)=-0,09

R₀ =R₁ - ((R₁ – R₂)/(e₂ – e₁))* (e – e₁) (1.2.2)

R₀ =300 – ((300-250)/(0,7-0,5))(0,65-0,5)=262,5 кПа

Так как для всех ИГЭ величина R₀ имеет конкретное значение и грунты в соответствии с заданием не обладают специфическими свойствами, то каждый из ИГЭ можно использовать в качестве естественного основания, опасные процессы на площадке отсутствуют, грунтовые воды до глубины 15 м не встречены. Сумма среднемесячных отрицательных температур за зиму М_t=2,7. Снеговой нагрузки не будет в соответствии с номерами районов.

Определение глубины заложения фундамента.

Глубина заложения фундамента d - расстояние от отметки планировки или пола подвала до подошвы фундамента.

Глубина заложения фундамента определяется исходя из недопущения сил морозного лучения, конструктивных особенностей сооружения и инженерно- геологических условий площадки строительства.

2.1. Выбор глубины заложения фундамента исходя из недопущения сил морозного пучения.

грунтов. Нормативная и расчетная глубина сезонного промерзания грунтов определяется согласно пунктам 2.27 и 2.28 СНиПа [l].

для районов, где глубина промерзания на незастроенной территории не превышает 2,5м, ее нормативное значение определяется по формуле:

d_fn = d₀*√M₁, м (2.1.1)

где M₁ - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе;

d₀ – величина, принимаемая равной, м: для суглинков и глин 0,23.

d_fn =0,23√2,7=0,38м

Расчетное значение глубины сезонного промерзания грунта:

d_f = К_h * d_fn, м (2.1.2)

где К_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемы по СНиП [1]. К_h = 0,6

d_f = 0,6*0,38=0,228м

2.2. Выбор глубины заложения фундамента с учетом конструктивных особенностей сооружения.

Глубина заложения фундаментов принимается с учетом конструктивных особенностей сооружения. В водонапорных башнях в ряде случаев устраивается подвальное помещение, в котором размещается арматура водопроводной сети и подсобные помещения. При выборе глубины заложения фундаментов необходимо учитывать глубину прокладки водопроводных труб. Эта глубина должна быть такой, чтобы исключалось замерзание воды в трубах, то есть должна быть ниже глубины промерзания грунта.

Ввод водопроводных сетей в сооружение рекомендуется устраивать выше подошвы фундамента. Таким образом, глубина заложения фундамента с учетом прокладки водопроводной сети:

d = d_fn + 0,2 + d₁ + f₀ + C, м (2.2.1)

где d_fn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта, м;

0,2 – расстояние от горизонта промерзания грунта до верха водопроводной трубы, м;

d₁ – диаметр трубы, м;

f₀ – расстояние от низа трубы до пола подвала, м;

C – расстояние от пола подвала до подошвы фундамента, принимаемое не менее 0,5м.

d = 0,38+0,2+0,2+0,5+0,5=1,78

С учетом глубины подвала глубина заложения фундамента составляет:

d = h_p + С, м (2.2.2)

где h_p – глубина подвала, м.

d =2,7+0,5=3,2 м

Определение нагрузок, действующих на основание фундамента водонапорной башни.

3.1. Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах оснований.

Нагрузки и воздействия на основание, передаваемые фундаментом башни, а также

возможные их: сочетания определяются согласно СНиПу [5]. 1;

Расчет оснований по деформациям должен производится на основное сочетание нагрузок; по несущей способности - на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок и воздействий - на основное и особое сочетания.

Основное сочетание включает в себя постоянные, длительные и кратковременные

нагрузки. .

К постоянным относятся нагрузки от веса ствола водонапорной башни, цоколя, шатра, покрытия, перекрытий, фундамента и грунта на его обрезах.

К длительным относятся нагрузки от веса резервуара, воды в резервуаре, снеговые,

от людей и складируемых материалов на перекрытия.

К кратковременным относится ветровая нагрузка.

При расчете оснований по деформациям коэффициент надежности по нагрузке γ_f-1.

3.2. Определение постоянных нагрузок.

3.2.1. Нагрузки от ствола, цоколя и шатра водонапорной башни.

Нагрузки от ствола (N₁), цоколя (N₂) и шатра (N₃) башни определяются по формуле:

N= ¼* 3,14* γ_f*γ_i*H_i* (D²_1i – D²_2i), (3.2.1.1)

где γ_i – удельный вес материала соответствующей конструкции (для ж/б γ= 25кН/м³, для кирпича γ=18кН/м³);

H_i – высота соответствующей конструкции, м;

D²₁_i – наружный диаметр конструкции, м;

D²₂_i – внутренний диаметр конструкции, м.

N₁= 1/4·3,14·1·25·18·(9,4² - 9²)=2599,92 кПа

N₂=0,25·3,14·1·18·2,7 ·((10,28² + 9²))=941,5 кПа

N₃= 0,25·3,14·1·18·8·(12,02² – 11²)=2654,2 кПа

3.2.2.Нагрузки от покрытий и перекрытий.

Нагрузка от перекрытия и покрытия (N₄) включает в себя нагрузки от всех перекрытий и покрытия. Нагрузка от каждого перекрытая определяется по формуле:

N4 = γf*γi*Fni*hni (3.2.2.1)

где γ_i – среднее значение удельного веса материалов перекрытия и покрытия, кН/м³;

F_ni – площадь перекрытия или покрытия, м²;

h_ni – толщина перекрытия или покрытия, м.

Покрытия:

N₄ = 1·25·(3,14*11²)/4 ·0,1=237,46 кПа

1^оеперекрытие:

N₅ = 25·1·3,14·(11²/4) ·0,3=712,39 кПа

2^ое перекрытие:

N₅ = 25·1·3,14·(9²/4) ·0,1=1589,6 кПа

3.2.3. Нагрузка от фундамента и грунта на его обрезах.

N_фп= γf*γi*Fni*hni

N_фп=25·1·3,14·11,28²/4 ·0,5=1248,5 кПа

3.2.4. Нагрузка от резервуара.

N₆ = 0,785*γ₁*γ*δ*[4*H_p*(D_p + δ) + D²_p] (3.2.4.1)

N₈ = 3,14/4·1·25·0,1·[4·7·(9+0,1)+9²]=659,0 кПа

3.2.5. Нагрузка от воды в резервуаре.

Нагрузка от воды в резервуаре определяется из расчета, что удельный вес воды составляет γ_w=10кН/м³, а резервуар может быть заполнен полностью.

N₇ = ¼ *π* γ_f* D²_p * H_p *γ_w (3.2.5.1)

N₇ = 1/4·3,14·1·9²·7·10=4450,95 кПа

Нагрузка от трубопровода ничтожно мала по сравнению с нагрузкой от резервуара, поэтому ею можно пренебречь.

3.2.6. Снеговая нагрузка.

Снеговая нагрузка определяется в зависимости от географического положения места строительства, указанного в задании.

В нашем районе снеговой нагрузки не будет.

3.2.7. Определение ветровой нагрузки.

Для определения ветровой нагрузки необходимо вычертить контур башни в масштабе 1:100.

Контур башни разбивают на секции, не превышающие по высоте 10м, каждая из которых должна иметь постоянный диаметр. В данном случае треугольные контуры покрытия могут быть условно заменены прямоугольными. Далее определяю нормативное значение ветровой нагрузки на каждую секцию.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки W_m на высоте Z над поверхностью земли следует определять по формуле:

W_m = W₀*К*С (3.2.7.1)

где W₀ – нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от ветрового района (II);

К – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

С – аэродинамический коэффициент, принимаемый, в данном случае, для ствола башни С= 0,7; для шатра С= 0,8.

W_m₁ = 0,38·0,7·1,0=0,27 кПа

W_m₂ = 0,38·0,7·1,2=0,32 кПа

W_m₃ = 0,38·0,8·1,33=0,4 кПа

Нормативное значение средней ветровой нагрузки определятся по формуле:

W_mz = W_mi [1+ ((z – z_i)/z_i₊₁ – z_i)*(k_i₊₁ + k_i)] (3.2.7.2)

где W_mi – нормативное значение нагрузки на высоте 1ой секции;

z – высота центра секции;