Проектирование фундаментов зданий и сооружений

1. Задание на курсовой проект…………………………………………………...4
I. Оценка инженерно-геологических условий
1.1 Географическое положение площадки……………………………………..4
1.2 Геологическая характеристика……………………………………………...4
1.3 Гидрогеологические условия………………………………………………..4
1.4 Основные показатели свойств грунтов для данного напластования……..5
1.5 Расчёт дополнительных характеристик…………………………………….5
II. Разработка вариантов фундамента
2 Расчёт фундамента мелкого заложении……………………………….......7
2.1 Выбор глубины заложения………………………………………………......7
2.2 Определение площади подошвы фундамента……………………………...8
2.2.1 Предварительное назначение площади…………………………………...8
2.2.2 Предварительное конструирование фундамента………………………...9
2.3 Проверочный расчёт по давлению…………………………..………………9
2.4 Определение осадки фундамента методом послойного суммирования...17
3 Расчёт и конструирование свайного фундамента………………………22
3.1 Определение вида свай…………………………………………………..…22
3.2 Определение расчётных характеристик свайного фундамента………….23
3.3 Определение несущей способности свай……………………………..…...23
3.3.1 Несущая способность свай по материалу……………………………….23
3.3.2 Несущая способность свай по грунту…………………………………...24
3.4 Определение количества свай…………………………………………..….24
3.5 Конструкция и расчёт свайного ростверка…………………………..…....26
3.6 Проверка свайного фундамента по фактической нагрузке…………..…..27
3.7 Расчёт свайных фундаментов и их оснований по деформациям……..….31
3.8 Определение осадки свайного фундамента методом послойного суммирования…………………………………………………………………....31
4. Расчёт фундамента на песчаной подушке……………………………..31
4.1 Определение параметров подушки…………………………………........31
4.2 Определение площади подошвы фундамента……………………..........32
4.3 Проверочный расчёт по давлению………………………………………33
4.4 Проверка слабого подстилающего слоя…………………………………37
4.5 Определение размеров условного фундамента…………………………46
4.6 Определение осадки фундамента на песчаной подушке методом послойного суммирования……………………………………………….48
III. Технико-экономический расчёт
5. Расчёт фундамента мелкого заложения…………………………………..49
6. Расчёт свайного фундамента……………………………………………...60
7. Расчёт фундамента на песчаной подушке………………………………..62
Сптсок литературы……………………………………………………………....61
 

Определение размеров условного фундамента:– Ширина подошвы условного фундамента, bф усл. (м):, гдеb – ширина подошвы фундамента, м;hcs – мощность подушки, м;– Длина подошвы условного фундамента, ф усл. (м):, где – длина подошвы фундамента, м;– Площадь подошвы условного фундамента, Aф усл.. (м2):; – Объём песчаной подушки, Vп.п. (м3):Т.к песч. подушка имеет форму усечённой пирамиды, то, гдеs1 – площадь кровли песч. подушки, равной площади усл. фундамента (), м2;s2 – площадь подошвы песч. подушки, равной площади подошвы фундамента (), м2;– Объём условного фундамента, Vф усл. (м3):, гдеVф – объём фундамента, м3;– Найдём ширину подошвы условного фундамента, bф усл. (м):; (найдено в п. 4.4–2-й); (найдено в п. 4.1);;;– Найдём длину подошвы условного фундамента, ф усл. (м):; (найдено в п. 4.4–2-й);;;– Найдём площадь подошвы условного фундамента, Aф усл.. (м2):; ;;– Найдём объём песчаной подушки, Vп.п. (м3):; (найдено в п. 4.5); (найдено в п. 4.4–2-й);;;– Найдём объём условного фундамента, Vф усл. (м3):; (найдено в п. 4.4–2-й);;;Определение осадки фундамента на песчаной подушке методом послойного суммирования:Порядок расчёта тот же, что и для фундамента мелкого заложения.1) Расчётная схема:2) Разбиваем грунтовый массив ниже подошвы условного фундамента:т.к. в пределах толщи основания грунт одного вида – суглинок, то грунт можно разбить на элементарные слои по условию:, гдеi – номер элементарного слоя;Разобьём суглинок на элементарные слои до грунта сланца. Даже если нижняя граница сжимаемой толщи будет ниже глубины залегания сланца (невыполнение условия ), разбивку на элементарные слои можно прекратить, т.к. сланец – несжимаемый скальный грунт.Примем:;;;Мощность суглинка залегающего ниже подошвы условного фундамента равна , поэтому количество элементарных слоёв равно, n:, тогда;;3) Строим эпюру природных напряжений:, где – удельный вес грунта i-го слоя, кН/м3;hi – толщина (мощность) i-го слоя, м;– природное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента, кПа; – удельный вес грунта выше подошвы условного фундамента, кН/м3;в данном случае: – глубина заложения условного фундамента;Найдём , кПа:Т.к. подошва условного фундамента заложена ниже УГВ, то:, где – осреднённый уд.вес грунта выше подошвы условного фундамента, часть которого содержит в себе грунтовые воды, кН/м3;поэтому:, где – природное напряжение в грунте на уровне грунтовых вод, кПа; – природное напряжение в грунте на уровне подошвы условного фундамента, кПа;, где – уд.вес грунта выше УГВ (из н.у.); – глубина заложения фундамента (найдена в п. 2.1);;, где– уд.вес грунта с учётом взвешивающего действия воды (найдено в п. 1.5.1); – мощность подушки (найдена в п. 4.1);;тогда:;;Найдём , кПа: (уд.вес грунта элем. слоёв; уд. вес грунта с учётом взвешивающего действия воды, найденный в п. 1.5.1);Природные напряжения определяем на границах элем.слоёв, (кПа):;;;;4) Строим эпюру дополнительных вертикальных напряжений:Начало эпюры от уровня подошвы условного фундамента;Значения напряжений определяем на границах элем. слоёв, (кПа). ; – коэффициент, учитывающий убывание дополнительных давлений с глубиной; – дополнительное давление на уровне подошвы условного фундамента, кПа; – среднее давление под подошвой условного фундамента, кПа;∑NII – сумма вертикальных нагрузок на фундамент, кН; – вес условного фундамента, кН;GфII – вес фундамента, кН;Gп.п.II – вес песч. подушки, кН; – вес грунта выше подошвы условного фундамента, лежащий на уступах условного фундамента, кН;Aф усл. – площадь подошвы условного фундамента, м2;– Среднее давление под подошвой условного фундамента, pII (кПа):т.к. фундамент рассчитываем №4, где приложена одна вертикальная максимальная нагрузка , то;Общий объём, Vобщ (м3): (общий объём – это объём условной призмы, образованной размерами подушки в плане и глубиной заложения подошвы условного фундамента), м3; – высота условного фундамента, м; (найдено в п. 2.1); (найдено в п. 4.1);;Найдём общий объём, Vобщ (м3):;;Объём грунта, Vгр (м3):; (найдено в п. 4.5);;;Вес условного фундамента, Gф усл.II (кН):; (найдено в п. 4.4–2-й);; (найдено в п. 4.5); (найдено в п. 4.4–1-й);;Найдём вес условного фундамента, Gф усл.II (кН):;;Найдём вес грунта, GгрII (кН):; (найдено в п. 4.4–1-й);;;– Найдём среднее давление под подошвой условного фундамента, pII (кПа):;– Найдём дополн. давление на уровне подошвы условного фундамента, p0 (кПа):;;– Найдём одновременно коэффициент, учитывающий убывание с глубиной дополнительных давлений, и значения напряжений, (кПа):Коэффициент зависит от параметров и ;используя СП 54-101-2004 п. 5.5.37 табл. 5.6 ищем и5) Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи:Нижней границей сжимаемой толщи является такая глубина от подошвы фундамента, на которой выполняется условие ;При : (уровень заложения подошвы условного фундамента)=> ;; ;; ;;(условие невыполнено)При :=> ;; ;; ;;(условие невыполнено)При :=> ;; ;; ;;(условие невыполнено)Прекращаем расчёт, т.к. при расчёте сжимаемой толщи грунта мы дошли до сланца – скального несжимаемого грунта;6) Определяем осадку основания, s (м):Согласно пособию "Механика грунтов":;где – безразмерный коэффициент, учитывающий боковое расширение грунта;n – число элем. слоёв вошедших в сжимаемую толщу основания;Δhi – мощность соответствующего элементарного слоя, м;Ei – модуль деформации соответствующего элементарного слоя, МПа; – дополнительное вертикальное напряжение от сооружения в середине элем.слоя, кПа;;т.к. из нач. условий дан несущий грунт – суглинок, у которого и в его толщу до сланца укладываются 2 элем.слоя, то отсюда следует, что;а также (найдено в п. 4.6.), тоформула расчёта осадок примет вид:;Найдём среднее дополнительное вертикальное напряжение, (кПа):При :;;При :;;Найдём осадку основания, s (м):;; или .7) Проверяем условие :s – совместная деформация основания и сооружения;su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения;т.к. из нач. условий дано промышленное здание с полным железобетонным каркасом, то по СП 54-101-2004 рекомендуемого приложения Е:предельная деформация основания допустима ;Проверяем условие: ;;(условие выполнено).Технико-экономический расчётПроводим расчёт, руководствуясь методичкой "Основания и фундаменты" приложение 2.Расчёт фундамента мелкого заложения:Земляные работы:Разработка грунта под фундаменты:Имеем:размер подошвы фундамента и ;глубина заложения ;соответственно котлован должен обладать размерами:глубина котлована, Hк (м):;hп – толщина подготовки под подошву фундамента подстилающего слоя (достаточно принять );тогда:;;Т.к. котлован вырабатывают на 0.5 м больше от каждой грани подошвы фундамента, то:– ширина котлована, м; – длина котлована, м;тогда;;;;Общая принятая минимальная стоимость выработки грунта 3.60 р/м3;– при глубине котлована более 2 м на каждые 0.5 м глубины заложения фундаментов стоимость земляных работ увеличивается на 10 %. Значит на каждые 0.1 глубины на 2 %, т.е. при стоимость работ повышается на 12 %;– при ширине котлована более 1 м стоимость земляных работ увеличивается на 7 %;Считаем стоимость земляных работ:учитывая выше изложенное, получаем:при : – цена на выработку глубины котлована;при : – цена на разработку ширины траншеи, при уже назначенной глубине котлована;Цена на разработку котлована, Ц (р/м3):;Объём котлована, Vк (м3):;;;Стоимость разработки котлована, Ск (р):;;;Устройство водоотлива:отношение мокрого грунта к глубине котлована равно:, где – толщина мокрого грунта;т.к. глубина котлована , а , то ;;;значит принимаем цену устройства водоотлива, Ц (р/м3):;Объём мокрого грунта, Vгр.м. (м3):;;;Стоимость устройства водоотлива, Св (р):;;;Крепление котлована:Т.к. несущим слоем является суглинок, то крепление котлована можно не устраивать. – стоимость крепления котлованов, р;Полная стоимость земляных работ, Сз.р. (р):;;;Устройство фундаментов:Устройство монолитных фундаментов:По условию заданы фундаменты железобетонные отдельные (под колонны); – цена железобетона;Объём железобетона расходованного на фундамент, Vф (м3): (найдено в п. 2.3–2-й);Стоимость ж/б расходованного на монолитный фундамент, См.ф. (р):;;;Устройство подстилающего слоя:Для монолитного фундамента устраивают под подошву фундамента бетонную подготовку, под сборные песчаную толщиной ;;Объём подготовки, Vп (м3):Размеры подготовки слоя в плане подбирают по размерам подошвы фундамента + 0.05 м, поэтому: – ширина подстилающего слоя; – длина подстилающего слоя;;;Найдём объём подготовки, Vп (м3):;;;Стоимость подготовки, Сп (р):;;;Устройство гидроизоляции:Т.к. грунтовые воды находятся непосредственно под подошвой фундамента, то нужно устроить гидроизоляцию:в качестве гидроизоляции используем боковую обмазочную для стен фундаментов битумную мастику в 2 слоя;;Полная гидроизолируемая площадь всего фундамента, S (м2):, гдеSбок – боковая площадь фундамента, м2;Sгор – горизонтальная площадь фундамента, исключая площадь верхнего обреза фундамента (верхней части подколонника), т.к. уровень фундамента совпадает с уровнем планировки, м2;Боковая площадь фундамента, Sбок (м2):т.к. ступени плитной части фундамента и подколонника имеют форму призмы, то находим их боковую площадь по формуле:, гдеPi – периметр составной части фундамента, м;hi – высота составной части фундамента, м;Фундамент состоит из 2-х ступеней и подколонника, поэтому:, где;;;тогда;;Горизонтальная площадь фундамента, Sгор (м2):, где (найдено в п. 2.3–2-й); – площадь сечения подколонника (из условия в п. 2.2.2);тогда;;Найдём полную гидроизолируемую площадь, S (м2):;;Стоимость работы по гидроизоляции, Сгидр (р):;;;Полная стоимость устройства фундамента, Cу.ф. (р):;;;Стоимость всех работ по заложению фундамента, С (р):;;.Расчёт свайного фундамента:Земляные работы:Разработка грунта под фундаменты:Имеем:размер подошвы ростверка и ;глубина заложения ;соответственно котлован должен обладать размерами:глубина котлована, Hк (м):;hп – толщина подготовки под подошву ростверка подстилающего слоя (достаточно принять );тогда:;;;;;;Считаем стоимость земляных работ:Цена на разработку котлована, Ц (р/м3): (найдено в п. 5.I.1.);Объём котлована, Vк (м3):;;;Стоимость разработки котлована, Ск (р):;;;Устройство водоотлива: (найдено в п. 5.I.2.);Объём мокрого грунта, Vгр.м. (м3):;;;Стоимость устройства водоотлива, Св (р):;;;Крепление котлована:Т.к. несущим слоем является суглинок, то крепление котлована можно не устраивать. – стоимость крепления котлованов, р;Полная стоимость земляных работ, Сз.р. (р):;;;Устройство фундаментов:Устройство монолитных фундаментов:По условию заданы фундаменты железобетонные отдельные (под колонны); – цена железобетона;Объём железобетона расходованного на ростверк, Vр (м3): (найдено в п. 3.6);Стоимость ж/б расходованного на монолитный ростверк, Ср (р):;;;Устройство подстилающего слоя:Бетонная подготовка толщиной ;;Объём подготовки, Vп (м3):;;Найдём объём подготовки, Vп (м3):;;;Стоимость подготовки, Сп (р):;;;Железобетонные сваи:Т.к. использованы сваи С5.5-30, поэтому их цена:;Объём свай, Vсв (м3):т.к. использованы 4 сваи, то, где – площадь сечения одной сваи (найдено в п. 3.3.1), м2;– длина сваи (найдено в п. 3.1), м;Найдём объём свай, Vсв (м3):;;Стоимость свай, Ссв (р):;;;Устройство гидроизоляции:В качестве гидроизоляции используем боковую обмазочную для стен фундаментов битумную мастику в 2 слоя;;Полная гидроизолируемая площадь всего фундамента, S (м2):;Боковая площадь ростверка, Sбок (м2):т.к. ступень ростверка и подколонника имеют форму призмы, то находим их боковую площадь по формуле:, гдеPi – периметр составной части ростверка, м;hi – высота составной части ростверка, м;Ростверк состоит из 1-ой ступени и подколонника, поэтому:, где;;тогда;;Горизонтальная площадь ростверка, Sгор (м2):, где (найдено в п. 3.6); (из условия в п. 2.2.2);тогда;;Найдём полную гидроизолируемую площадь, S (м2):;;Стоимость работы по гидроизоляции, Сгидр (р):;;;Полная стоимость устройства фундамента, Cу.ф. (р):;;;Стоимость всех работ по заложению фундамента, С (р):;;.Расчёт фундамента на песчаной подушке:Земляные работы:Разработка грунта под фундаменты:Имеем:размер подошвы условного фундамента и ;глубина заложения ;соответственно котлован должен обладать размерами:глубина котлована, Hк (м):;;;Общая принятая минимальная стоимость выработки грунта 3.60 р/м3;– при глубине котлована более 2 м на каждые 0.5 м глубины заложения фундаментов стоимость земляных работ увеличивается на 10 %. Значит на каждые 0.1 глубины на 2 %, т.е. при стоимость работ повышается на 40 %;– при ширине котлована более 1 м стоимость земляных работ увеличивается на 7 %, при уже назначенной глубине котлована;Считаем стоимость земляных работ:при :;при :;Цена на разработку котлована, Ц (р/м3):;Объём котлована, Vк (м3):;;;Стоимость разработки котлована, Ск (р):;;;Устройство водоотлива:т.к. глубина котлована , а , то;;отношение мокрого грунта к глубине котлована равно:;значит принимаем цену устройства водоотлива, Ц (р/м3):;Объём мокрого грунта, Vгр.м. (м3):;;;Стоимость устройства водоотлива, Св (р):;;;Крепление котлована:Т.к. несущим слоем является суглинок, то крепление котлована можно не устраивать. – стоимость крепления котлованов, р;Полная стоимость земляных работ, Сз.р. (р):;;;Устройство фундаментов:Устройство монолитных фундаментов:По условию заданы фундаменты железобетонные отдельные (под колонны); – цена железобетона;Объём железобетона расходованного на фундамент, Vф (м3): (найдено в п. 4.4–2-й);Стоимость ж/б расходованного на монолитный фундамент, См.ф. (р):;;;Устройство подстилающего слоя:Бетонная подготовка толщиной ;;Объём подготовки, Vп (м3):;;Найдём объём подготовки, Vп (м3):;;;Стоимость подготовки, Сп (р):;;;Искусственные основания под фундаменты:Устраиваем песчаную подушку;Цена на устройство песч. подушки, Ц (р/м3):;Условный объём песч. подушки, Vп.п. усл. (м3):, где (найдено в п. 4.5); (найдено в п. 4.5); (найдено в п. 4.1);;;Стоимость устройства песч. подушки, Сп.п. (р):;;;Устройство гидроизоляции:В качестве гидроизоляции используем боковую обмазочную для стен фундаментов битумную мастику в 2 слоя;;Полная гидроизолируемая площадь всего фундамента, S (м2):;Боковая площадь фундамента, Sбок (м2):т.к. ступени плитной части фундамента и подколонника имеют форму призмы, то находим их боковую площадь по формуле:, гдеPi – периметр составной части фундамента, м;hi – высота составной части фундамента, м;Фундамент состоит из 2-х ступеней и подколонника, поэтому:, где;;;тогда;;Горизонтальная площадь фундамента, Sгор (м2):, где (найдено в п. 4.4–2-й); (из условия в п. 2.2.2);тогда;;Найдём полную гидроизолируемую площадь, S (м2):;;Стоимость работы по гидроизоляции, Сгидр (р):;;;Полная стоимость устройства фундамента, Cу.ф. (р):;;;Стоимость всех работ по заложению фундамента, С (р):;;.Список литературыСНиП2.02.01 – 83 «Основания зданий и сооружений».СНиП 2.02.01 – 85 «Свайные фундаменты».СНиП 2.01.07 – 85 «Нагрузки и воздействия».Веселов В. А.«Проектирование оснований и фундаментов».Верминов М. В. «Основания и фундаменты».Долматов В.И. «Механика грунтов, основания и фундаменты».