Расчет и конструирование фундаментов мелкого заложения.
КУРСОВАЯ РАБОТА
«Проектирование фундаментов»
Выполнила: Воронова Е.С.
группа 4019/1
Проверил: Крутов А.П.
Санкт-Петербург
2003 г.
Содержание
- Исходные данные ……………………………………………………………….2
- Подсчет нормативных и расчетных нагрузок ………………………………...4
- Расчет и конструирование фундаментов мелкого заложения ……………….5
3.1 Определение предварительных размеров ………………………………...5
3.2 Определение осадки фундамента …………………………………………8
- Расчет и конструирование свайных фундаментов ……………………………10
4.1 Назначение глубины заложения подошвы ростверка ……………………10
4.2 Назначение размеров свай …………………………………………………10
4.3 Расчет свай по несущей способности и определение их количества ……10
4.4 Расчет свайных фундаментов и их оснований по деформациям ………...11
- Выводы …………………………………………………………………………..14
Список литературы…………………………………………………………………..15
Исходные данные.
Целью курсовой работы является составление проекта фундаментов акведука, удовлетворяющих условиям допустимых для сооружения деформаций, прочности и долговечности сооружения.
Характеристики сооружения:
Отметки: № 1 = 0,0 м L1 = 12 м
№ 2 = 3,0 м L2 = 15 м
№ 3 = 5,0 м L3 = 18 м
№ 4 = 12,0 м
№ 5 = 14,5 м
а = 3,5 м
i1 = 1: 1,5 i2 = 1:1,5
B = 5 м
d1 = 0,3 м
d2 = 0,2 м
b = 1,5 м
h1 = 2,1 м
W = 110 кг/м2
Конструкция пролетного сооружения неразрезная из железобетона; устья скважин на отметке № 3.
Материал быка – железобетон.
Схема сооружения и геологический разрез основания приведены на рис. 1 .
Географический район строительства сооружения - Ленинградская обл.
Характеристики грунтов основания приведены в табл.1
Таблица 1.
№ слоя | Наименование грунта | Толщина слоя, м | ρs, т/м3 | ρ, т/м3 | W | IL | φ | c, МПа | Е, МПа | ||
скв.1 | скв.2 | скв.3 | |||||||||
1. | Глина | 1,5 | 7,0 | 2,0 | 2,73 | 1,85 | 0,24 | 0,7 | 0,009 | ||
2. | Песок пылеватый | 2,0 | 2,0 | 3,0 | 2,67 | 1,71 | 0,19 | - | - | ||
3. | Песок мелкозернистый | 3,0 | 0,0 | 2,0 | 2,67 | 1,78 | 0,15 | - | - | ||
4. | Песок среднезернистый | ∞ | ∞ | ∞ | 2,68 | 2,08 | 0,13 | - | - |
Подсчет нормативных и расчетных нагрузок.
Таблица 2
№ | Наименование элемента | Формула подсчета | Цифровое выражение | рн, т/м2 | n | рр, т/м2 | ℓ, м | M, т∙м |
2. | Бык вес лотка вес воды в лотке ветровая нагрузка | B∙b∙(№4-№3)∙γж/б [2∙d2∙(№5-№4+ +h1)+B∙d1]∙ γж/б∙[(L1/2)+(L2/2)] (В-2∙ d2)∙ h1∙ γв∙[(L1/2)+(L2/2)] [(L1+ L2)/2]∙(№5- -№4)∙W | 5∙1,5∙(12-5)∙2,4 [2∙0,2∙(14,5-12+2,1)+ +5∙0,3] ∙2,4∙[(12/2)+(15/2)] (5-2∙0,2)∙2,1∙1,0∙ [(12/2)+(15/2)] [(12+15)/2]∙2,5∙0,110 | 126,0 108,2 130,4 3,7 | 1,1 1,1 1,1 1,2 | 138,6 119,0 143,5 401,1 4,4 | 8,3 | 36,8 |
3. | Бык вес лотка вес воды в лотке ветровая нагрузка | B∙b∙(№4-№3)∙γж/б [2∙d2∙(№5-№4+ +h1)+B∙d1]∙ γж/б∙[(L2/2)+(L3/2)] (В-2∙ d2)∙ h1∙ γв∙ [(L1/2)+(L2/2)] [(L2+ L3)/2]∙(№5- -№4)∙W | 5∙1,5∙(12-5)∙2,4 [2∙0,2∙(14,5-12+2,1)+ +5∙0,3] ∙2,4∙[(15/2)+(18/2)] (5-2∙0,2)∙2,1∙1,0∙ [(15/2)+(18/2)] [(15+18)/2]∙2,5∙0,110 | 126,0 132,3 159,4 4,5 | 1,1 1,1 1,1 1,2 | 138,6 145,5 175,3 459,4 5,4 | 8,3 | 44,8 |
Основание рассчитывается по двум группам предельных состояний: по несущей способности и по деформации.
Расчет основания выполняется с использованием расчетных значений характеристик грунтов, которые определяются как:
х = хn/νд (1)
где хn - нормативное значение данной характеристики,
νд - коэффициент надежности по нагрузке.
Таблица 3
№ слоя | Наименование грунта | φн | νд | φ | cн | νд | с |
1. | глина | 1,15 | 8,70 | 0,009 | 1, 5 | 0,006 | |
2. | песок пылеватый | 1,1 | 23,64 | ___ | ___ | ____ | |
3. | песок мелкозернистый | 1,1 | 25,45 | ___ | ___ | ____ | |
4. | песок среднезернистый | 1,1 | 34,55 | ___ | ___ | ____ |
При расчете по второй группе предельных состояний (по деформации) все характеристики принимаются равными нормативным.
Расчет и конструирование фундаментов мелкого заложения.
3.1 Определение предварительных размеров фундаментов.
Глубину заложения и размеры подошвы фундамента определяем исходя из условия ограничения среднего и краевых напряжений по подошве фундамента.
σср ≤ R
σmax ≤ 1,2∙R (*)
σmin > 0
a) Определение глубины заложения подошвы фундамента:
Исходя из глубины промерзания.
Расчетная глубина промерзания определяется по СНиП 2.02.01.-85
df = dfn ∙ kn (2)
где df - расчетная глубина промерзания
dfn - нормативная глубина промерзания для Ленинградской обл. dfn = 1,40
knя- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для неотапливаемых сооружений kn = 1,1
df = 1,40 ∙ 1,1 = 1,55 м
б) Предварительное определение площади подошвы фундамента:
Фундамент №1:
песок мелкозернистый
P(σ) ≤ R (3)
где Р – среднее давление по подошве
R – расчетное сопротивление на грунт
σ = (Рс + Qф - W)/A (4)
где W – противодавление воды
А – площадь подошвы фундамента
Qф– вес фундамента
Qф = А ∙ df ∙ ρф
ρф = 2,2 т/м3 (с учетом грунта над фундаментом)
n = ℓф/bф = ℓк/bк (5)
ℓф = n ∙ bф (6)
А = n ∙ bф2 (7)
W = A ∙ hв ∙ ρв = n ∙ bф2 ∙ hв ∙ ρв (8)
По СНиП 2.02.01-83 :
R = [(ν1c ∙ ν2c)/k] ∙ [Mν ∙ bф ∙ γII + Mq ∙ df ∙ γII’ + Mc ∙ cII] (9)
где ν1c, ν2c - коэффициент условий работы;
к = 1,1 , так как характеристики φ и с определяются по СНиП;
Mν, Mq, Mc - коэффициенты принимаемые по СНиП;
γII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии грунтовых вод определяется с учетом взвешивающего действия воды);
γII’ - то же выше подошвы;
Фундамент №2
n = В/b = 5/1,5 = 3,33
ℓф = 3,33 ∙ bф
А = 3,33 ∙ bф2
Qф = 3,33 ∙ bф2 ∙3,5 ∙ 2,2 = 25,6∙bф2
W = 3,33 ∙ bф2 ∙ 3,5 ∙ 1,0 = 11,6∙bф2
σ = (401,1 + 25,6∙bф2 – 11,6∙bф2 )/ 3,33∙bф2 = 120/ bф2 + 4,2
ν1c = 1,1 Mν = 0,155
ν2c = 1,0 Mq = 1,62
φ = 8,7 Mc = 4,01
γII’ = (γ1∙h1 + γ1взв∙h1взв)/(h1 + h1взв) (10)
γ2взв = ρсс - ρв∙m = [ρ/(1+ω)] - [ρ/ρs(1+ω)] (11)
γ1взв =[1,85/(1+0,24)] – [1,85/2,73∙(1+0,24)] = 0,94
γII’ = (1,85∙1,5+0,94∙2,0)/(1,5+2,0) = 1,46
R = [(1,1 ∙ 1,0)/1,1] ∙ [0,155∙bф∙0,94 + 1,62∙3,5 ∙1,46 + 4,01∙0,006] =0,15∙bф + 8,3
Результаты расчета приведены в таблице ниже:
b, м | σ2, т/м2 | R2, т/м2 | σ3, т/м2 | R3, т/м2 |
1 | 124,20 | 8,45 | 141,4 | 13,40 |
2 | 34,20 | 8,60 | 37,90 | 14,80 |
3 | 175,50 | 8,75 | 18,70 | 16,30 |
4 | 11,70 | 8,90 | 12,00 | 17,60 |
5 | 9,00 | 9,05 |
b2 = 5,0 м
ℓ2 = 16,6 м
σср = 9,0 т/м2
R = 9,05 т/ м2
σмахmin = (Рс/А) (М/W) = (401,1/5∙16,6) (36,8∙6)/(5∙16,62)= 4,8 0,16 (12)
σср = 9,0 ≤ R = 9,05
σmax = 4,96≤ 1,2∙R = 10,9
σmin = 4,64> 0
Условие (*) по фундаменту №2 выполняется.
Фундамент №3
n = В/b = 5/1,5 = 3,33
ℓф = 3,33 ∙ bф
А = 3,33 ∙ bф2
Qф = 3,33 ∙ bф2 ∙1,55 ∙ 2,2 = 11,35∙bф2
W = 3,33 ∙ bф2 ∙ 1,55 ∙ 0 = 0
σ = (459,4 + 11,35∙bф2)/ 3,33∙bф2 = 138/ bф2 + 3,4
ν1c = 1,1 Mν = 0,70
ν2c = 1,1 Mq = 3,79
φ = 23,64 Mc = 6,38
R = [(1,1 ∙ 1,1)/1,1] ∙ [0,70∙bф∙1,85 + 3,79∙1,55 ∙1,85 + 6,38∙0,006] =1,42∙bф + 12
b2 = 3,3 м
ℓ2 = 11,0 м
σср = 16,1 т/м2
R = 16,7 т/ м2
σмахmin = (Рс/А) (М/W) = (459,4/3,3∙11,0) (44,8∙6)/(3∙11,02)= 12,6 0,74
σср = 16,1 ≤ R = 16,7
σmax = 13,3≤ 1,2∙R = 20,0
σmin = 11,8> 0
Условие (*) по фундаменту №3 выполняется.
3.2 Определение осадки фундамента.
Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейнодеформируемой среды определяемая методом послойного суммирования по формуле:
S = β ∙ (13)
где β = 0,8 безразмерный коэффициент;
σzpi - среднее значение допустимого вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;
hi , Ei – соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;
На - активная глубина сжатия (толщина грунта, в пределах которой определяется осадка);
σzpi = α∙p0 (14)
где α – коэффициент, принимаемый по СНиП 2.02.01 – 83 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной ξ = 2z /b
p0 = p – ρ1∙ df (15)
p0 – дополнительное вертикальное давление на основание;
р - среднее давление под подошвой фундамента;
ρ1 – удельный вес грунта;
Фундамент №2
р = 9,0 т/м2
р0 = 9,0-2∙1,85- 1,5∙0,94 = 3,9 т/м2
ξ | 0,4 | 0,8 | 1,2 | 1,6 | 2,0 | 2,4 | 2,8 | 3,2 | 3,6 | 4,0 | 5,2 | 6,0 | |
Z,м | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | 9,0 | 10,0 | 13,0 | 15,0 | |
σzpi | 3,9 | 3,8 | 3,4 | 2,9 | 2,4 | 2,1 | 1,8 | 1,5 | 1,3 | 1,1 | 1,0 | 0,7 | 0,5 |
α | 1,0 | 0,977 | 0,879 | 0,749 | 0,629 | 0,530 | 0,449 | 0,383 | 0,329 | 0,285 | 0,248 | 0,170 | 0,136 |
S = 0,8∙ [(3,8∙2,0 + 3,4∙1,5)/300 + 2,4∙1,6/500] = 0,04 м
Должно выполняться условие
S ≤ Su (**)
Предельное значение осадки Su = (L1+L2)/(2∙1000)=0,013 м
Условие (**) не выполняется.
Фундамент №3
р = 16,1 т/м2
р0 = 16,1-1,55∙1,85 = 13,2 т/м2
ξ | 0,4 | 0,8 | 1,2 | 1,6 | 2,0 | 2,4 | 2,8 | 3,2 | 3,6 | 4,0 | 5,2 | 6,0 | |
Z,м | 0,7 | 1,3 | 2,0 | 2,6 | 3,3 | 4,0 | 4,6 | 5,3 | 6,0 | 6,6 | 8,6 | 10,0 | |
σzpi | 13,2 | 12,9 | 11,6 | 9,9 | 8,3 | 7,0 | 5,9 | 5,0 | 4,3 | 3,8 | 3,3 | 2,2 | 1,8 |
α | 1,0 | 0,977 | 0,879 | 0,749 | 0,629 | 0,530 | 0,449 | 0,383 | 0,329 | 0,285 | 0,248 | 0,170 | 0,136 |
S = 0,8∙ (13,1∙0,45)/300+[(11,6∙1,5+8,0∙1,5)/500+5,2∙2,0/1400+(3,5∙1,55 + 2,5∙2,0)/3000 ] = 0,07 м
Должно выполняться условие
S ≤ Su (**)
Предельное значение осадки Su = (L2+L3)/(2∙1000)=0,016 м
Условие (**) не выполняется.