Фундамент промышленного здания курсовой проект

Курсовая работа: Расчет и проектирование оснований и фундаментов промышленных зданий

”Расчет и проектирование оснований и фундаментов пром. зданий”

Содержание

1. Состав исходных данных

Проектируем фундаменты и выполняем расчет оснований однопролетного одноэтажного промышленного здания с металлическим каркасом, с подвесным крановым оборудованием, с приямком. Длина здания 60 м, шаг колонн каркаса 12 м. Шаг торцевого фахверка 6 м. Остекление здания ленточное (от оси 1 до оси 6 включительно). Остекление торцевых стен не предусмотрено. Габаритная схема здания рис.1.

Название: Расчет и проектирование оснований и фундаментов промышленных зданий Раздел: Рефераты по строительству Тип: курсовая работа Добавлен 16:33:31 18 декабря 2010 Похожие работы Просмотров: 3938 Комментариев: 10 Оценило: 5 человек Средний балл: 4.4 Оценка: неизвестно Скачать
Hпр, м	Q, т	tвн, °С	Район строительства	Mt	S0, кПа	W0, кПа
24	16,8	-3,0	15	15	Тавда	62,4	1,0	0,30

L – ширина пролета; Н – высота пролета; Q – грузоподъемность кранов; tвн — расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении; Мt – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур наружного воздуха за зиму в данном районе; Sо – снеговая нагрузка;

Wо – давление ветра.

Грунтовые условия заданы 4 разведочными скважинами, пройденные в непосредственной близости от углов проектируемого здания. Глубина расположения УПВ 0,8 м от уровня природного рельефа NL.

Характеристика грунтовых условий

Обозн Отметки устьев скважин и толщина слоев грунта; м. 1 почвенно-растительный слой ho 0,3 0,3 0,3 0,3 2 глина h1 5, 20 5,00 5,30 4,90 3 суглинок h2 1,70 1,95 1,50 1,70 4 глина h3 Толщина слоя бурением до глубины 20 м не установлена

Показатели физико-механических свойств грунтов

№ слоя	Тип грунта	n, т/м3	I, т/м3	II, т/м3	s, т/м3	W,%	WL,%	Wр,%
2	Глина	1,77	1,72	1,74	2,76	33	40,2	22,2
3	Суглинок	1,83	1,78	1,80	2,72	31,4	35,6	21,6
4	Глина	1,84	1,79	1,81	2,76	26,2	41,4	22,4

N слоя	Тип грунта	kf, см/с	E, МПа	cI, кПа	cII, кПа	jI, град	jII, град
2	Глина	2,5×10 –8	8,0	19	29	6	7
3	Суглинок	1,0×10 –7	6,0	9	14	13	14
4	Глина	2,8×10 –8	16	29,0	44	16	18

Состав подземных вод по данным химического анализа

Бикарбонатная щелочность ионов HCO3, мг-экв/л

Водородный показатель pH

агрессивной углекислоты CO2

аммонийных солей ионов NH4+

магнезиальных солей, ионов Mg2+

сульфатов, ионов SO42–

хлоридов, ионов Cl –

2. Определение нагрузок на фундаменты

Нормативные значения усилий на уровне обреза фундаментов по оси А от нагрузок и воздействий, воспринимаемых рамой каркаса

Усилия и ед. изм.

Показатель агрессивности воды-среды	Значение показателя
Нагрузки
Постоянные (1)	Снеговые (2)	Ветровые (3)	Крановые (4)
Nn, кН	876,3	144,0	0	338,1
Mn, кН×м	-319,0	0	-503,8	-60,5
Qn, кН	-19,0	0	-66,2	-3,7

Нормативные значения усилий на уровне обреза фундамента для основных сочетаний нагрузок

Индексы нагрузок и правило подсчета (1) + (2) (1) + (3) (1) + (4) (1) + 0,9 [(2) + (3) + (4)] Nn, кН 1020,3 876,3 1214,4 1310, 19 Mn, кН×м -319,0 -822,8 -379,5 -826,87 Qn, кН -19 -85,2 -22,7 -81,91

Наиболее неблагоприятным является сочетание из постоянной (1) и всех кратковременных 0,9 [(2) + (3) + (4)] нагрузок.

Для расчетов по деформациям (γf = 1):

Ncol, II= Nn× γf = 1310,19 × 1 = 1310,19 кН

Mcol, II = Mn× γf = 826,87 ×1 = 826,87 кН×м

Qcol, II = Qn× γf = 81,91 × 1 = 81,91 кН

Для расчетов по несущей способности (γf = 1,2):

N col, I = Nn ×γf = 1310,19 × 1,2 = 1572,22 кН

M col, I = Mn ×γf = 826,87 × 1,2 = 922,24 кН×м

Q col, I = Qn ×γf = 81,91 × 1,2 = 98,29 кН

3. Оценка инженерно – геологических и гидрогеологических условий площадки строительства

Планово-высотная привязка здания на площадке строительства приведена на рис.2. (размеры и отметки в метрах). Инженерно-геологические разрезы, построенные по заданным скважинам, показаны на рис.3.1, 3.2

Вычисляем необходимые показатели свойств и состояния грунтов по приведенным в таблице 3 исходным данным. Результаты вычислений представлены в таблице 7.

Показатели свойств и состояния грунтов (вычисляемые).

Тип грунта	d, т/м3	IL	I, кН/м3	, кН/м3	s, кН/м3	sb, кН/м3
Глина	1,33	51,81	1,075	0,84	18	0,60	16,85	17,05	27,04	8,21
Суглинок	1,39	48,89	0,956	0,89	14	0,60	17,44	17,64	26,65	8,51
Глина	1,45	47,46	0,903	0,80	19	0, 20	17,54	17,73	27,04	8,95

Плотность сухого грунта: d =n /(1 + 0,01×W)

Пористость: n = (1 – d /s) ×100%

Коэффициент пористости: e = n/(100 – n)

Степень влажности: Sr = W×s/(e×w), где w = 1 т/м3 – плотность воды

Число пластичности: Ip = WL – Wр

Показатель текучести: IL = (W – Wр) /(WL – Wр)

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

I = I×gII = II×gs = s×g

Удельный вес грунта, расположенного ниже УПВ, с учетом взвешивающего действия воды:

sb =s-w) /(1+e), где w = 10 кН/м3 – удельный вес воды

Для определения условного расчетного сопротивления грунта по формуле (7) СНиП 2.02.01-83* принимаем условные размеры фундамента d1 = dусл = 2 м и bусл =1 м (п.1.3.4) и установим в зависимости от заданных геологических условий и конструктивных особенностей здания коэффициенты gc1; gc2; k; Mg; Mq; Mc.

По табл.3 СНиП 2.02.01-83* gc1 = 1,0 для (IL > 0,5); gc2 = 1 для зданий с гибкой конструктивной схемой; k = 1 принимаем по указаниям п.2.41 СНиП 2.02.01-83*. При jII = 7° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 0,12; Mq = 1,47; Mc = 3,82.

Удельный вес грунта выше подошвы условного фундамента до глубины dw = 0,80 м принимаем без учета взвешивающего действия воды gII = 17,05 кН/м3, а ниже УПВ, т.е. в пределах глубины d = dусл — dw = 1,20 м и ниже подошвы фундамента, принимаем

gsb = 8,21 кН/м3; удельное сцепление cII = 29 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=

= (1,0·1) ·(0,12·1·1·8,21+1,47· [0,8·17,05+(2-0,8) ·8,21] +3,82·29) = 146,29 кПа.

Полное наименование грунта слоя № 2 по ГОСТ 25100– 95 Глина мягкопластичная. Этот грунт может быть использован как естественное основание, поскольку имеет достаточную прочность. (Е = 8 МПа > 5 МПа).

Слой №3: суглинок

Толщина слоя h1 = 4,90. По табл.3 СНиП 2.02.01-83* gc1 = 1,0 для (IL > 0,5); gc2 = 1 для зданий с гибкой конструктивной схемой.

При jII = 14° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 0,26; Mq = 2,05; Mc = 4,55.

Удельный вес грунта gsb = 8,51 кН/м3; удельное сцепление cII = 14 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=

= (1,0·1) ·(0,29·1·1·8,51+2,17· [0,8·17,05+(4,90-0,8) ·8,21] +4,69·14) = 171 кПа

Полное наименование грунта слоя№3 по ГОСТ 25100–95 суглинок мягкопластичный.

Толщина слоя h2 = 1,70. По табл.3 СНиП 2.02.01-83* gc1 = 1,25 для (IL 0,5 м).

dfn – нормативная глубина промерзания

d0 – величина, принимаемая равной для глины — 0,23 м

Второй фактор — учет конструктивных особенностей здания. Требуется подколонник площадью сечения 1500х1200 мм. Минимальный типоразмер высоты фундамента для указанного типа подколонника Hф=1,5м. Таким образом, по второму фактору требуется d =Hф+0,7=2,2 м.

Третий фактор — инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки. С поверхности на большую глубину залегает слой 2, представленный достаточно прочным суглинком. Подстилающие слои 3 и 4 по сжимаемости и прочности не хуже среднего слоя. В этих условиях, учитывая высокий УПВ, глубину заложения подошвы фундамента целесообразно принять минимальную, однако достаточную из условий промерзания и конструктивных требований.

С учетом всех трех факторов, принимаем глубину заложения от поверхности планировки (DL) с отметкой 65,40 м d = 2,05 м, Нф = 1,5 м. Абсолютная отметка подошвы фундамента (FL) составляет 63,35 м, что обеспечивает выполнение требования о минимальном заглублении в несущий слой. В самой низкой точке рельефа (см. рис.3. скв.1) заглубление в несущий слой 2 от отметки природного рельефа (NL) составляет: 64,90 — 0,3 – 63,35 = 1,25 м > 0,5 м.

4.2 Определение площади подошвы фундамента

Площадь Атр подошвы фундамента определяем по формуле:

Атр = NcolII / (R2усл — gmt×d) = 1310,19 / (146,29 — 20×2,05) = 12,44 м2

Ncol II = max Ncol II×gf = 1310, 19×1 = 1310,19 кН

(gf — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый 1)

gmt = 20 кН / м3 — средний удельный вес материала (бетона) фундамента и грунта на его уступах.

d – глубина заложения фундамента от уровня планировки, м.

4.3 Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт

Принимаем фундамент ФВ 12-1 с размерами подошвы l = 4,2 м, b = 3,0 м, тогда

А = l×b = 12,6 м2, Нф = 1,5 м, объём бетона Vfun = 7,8 м3

Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:

GfunII — расчетное значение веса фундамента

GgII — расчетное значение грунта на его уступах

Vg – объем грунта на уступах

GfunII = Vfun×gb×gf = 7,8 × 25×1 = 195 кН

Vg = l×b×d — Vfun = 4,2 × 3 × 2,05 –7,8 = 18,03 м3

Gg II = Vg × kpз ×gII ×gf = 18,03 × 0,95 × 17,05 × 1 = 292 кН

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

Ntot II = Ncol II + Gg II + Gfun II =1310,19 + 292 + 195 = 1797 кН

Mtot II = Mcol II + Qtot II · Нф =826,87 + 81,91 × 1,5 = 950 кНм

QtotII = QcolII = 81,91 кН

4.4 Расчетное сопротивление грунта

Уточняем расчетное сопротивление R для принятых размеров фундамента (l = 4,2 м, b = 3 м, d = 2,05 м)

=

=(1,1·1) ·(0,12·1·4,2·8,21+1,47· [0,8·17,05+(2,05-0,8) ·8,21] +3,82·29) = 140 кПа

4.5 Давление на грунт под подошвой фундамента

Определяем среднее PIImt, максимальное PIImax и минимальное PIImin давления на грунт под подошвой фундамента:

P II max = Ntot II /A + Mtot II / W = 179712,6 + 950×6/3×4,2² = 251 кПа

P II min = Ntot II /A — Mtot II / W = 1797/12,6 — 950×6/3×4,2² = 35 кПа

P II max = 251 кПа 0

P II mt = Ntot II /A = 2083/20,16 = 94,4

134 кПа 0

Условия проверки выполняются с достаточным приближением.

6.9 Предварительная проверка сваи по прочности материала

Выполним предварительную проверку сваи по прочности материала по графикам и указаниям учебного пособия.

Определяем коэффициент деформации ae:

Начальный модуль упругости бетона класса В20, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении, по табл.18 СНиП 2.03.01-84, Еb = 24×103 МПа

Момент инерции поперечного сечения сваи:

Условная ширина сечения сваи bp = 1,5×dсв + 0,5 = 1,5×0,3 + 0,5 = 0,95 м. Коэффициент пропорциональности к по табл.1 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для глины (IL = 0,60), принимаем к = 7 МН/м4. Коэффициент условий работы gс = 1

Глубина расположения условной заделки сваи от подошвы ростверка:

;

В заделке действуют усилия: продольная сила NImax = 574,6 кН; изгибающий момент:

кН×м

Точка, соответствующая значениям указанных усилий, лежит на графике ниже кривой для принятой сваи (сечение 300х300, бетон класса В20, продольное армирование 4Ø 12АIII), следовательно, предварительная проверка показывает, что прочность сваи по материалу обеспечена.

Вывод: принимаем сваю С 7-30 сечение 300х300, бетон класса В20, продольное армирование 4Ø 12АIIIколичество свай n = 5.

6.10 Расчет ростверка на продавливание колонной

Класс бетона ростверка принимаем В20, тогда Rbt = 0,9 МПа (табл.13 СНиП 2.03.01-84). Рабочую высоту сечения принимаем h0 = 150 см. Схему к расчету см. (рис.10)

Расчетное условие имеет следующий вид:

Размеры bcol = 500 мм, hcol = 1000 мм, c1 = 600 мм и c2 = 250мм, коэффициент надежности по назначению gn = 0,95.

Значения реакций по верхней горизонтальной грани:

а) в первом ряду от края ростверка со стороны наиболее нагруженной его части:

Величина продавливающей силы определяется по формуле:

Предельная величина продавливающей силы, которую может воспринять ростверк:

т.е. прочность ростверка на продавливание колонной обеспечена

6.11 Расчет свайного фундамента по деформациям

Выполним расчет свайного фундамента по деформациям на совместное действие вертикальной и горизонтальной нагрузок и момента по формуле 14 прил.1 к СНиП 2.02.03-85:

проверяем выполнение условия:

Горизонтальная нагрузка на голову сваи равна:

Коэффициент деформации ae = 0,837 м-1 (п.6.9. настоящего расчета). Условная ширина сечения сваи bp = 0,95 м. Прочностной коэффициент пропорциональности, для глины мягкопластичной (IL = 0,60), по табл.1прил.1СНиП 2.02.03-85 равен: a =50 кН/м3

Приведенное расчетное значение продольной силы для приведенной глубины погружения сваи в грунт = l ×ae = 6,95×0,837 = 5,81 > 4 определяем по табл.2 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 (шарнирное сопряжение сваи с ростверком) при l = 4 и zi = 0(уровень подошвы). Получаем = 0,409, тогда:

Так как сила Hel = 27,73 кН > gn×HI = 0,95×19,7=18,17, то расчет ведем по первой (упругой) стадии работы системы свая-грунт.

При шарнирном опирании низкого ростверка на сваи М0 = 0 и = 0, следовательно, формулы (30) и (31) по п.12 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 примут вид:

.

Определяем перемещение в уровне подошвы ростверка от единичной горизонтальной силы НII =1:

1/кН,

где безразмерные коэффициенты А0 и В0 приняты по табл.5 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для приведенной глубины погружения сваи = 4 м.

Так как up = 0,4 см 2,5; откуда , а = 0,85

Для этой приведенной глубины по табл.4 прил.1 СНиП 2.02.03-85 имеем:

А1 = 0,996; В1 = 0,849; С1 = 0,363; D1 = 0,103.

Как видно, 24,19 кПа,

т.е. устойчивость грунта, окружающего сваю, обеспечена.

6.13 Несущая способность сваи по прочности материала

Определим несущую способность сваи по прочности материала. Характеристики сваи: Rb = 11,5 МПа; Rsc = Rs = 365 МПа; b = dсв = 30 см; а = а` = 3 см; h0 = dсв – а` = 30 – 3 = 27 см; Аs = Аs’ = 4,52/2 = 2,26 см2.

Из формулы (37) прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для указанных характеристик сваи получаем следующее выражение для определения моментов Мz в сечениях сваи на разных глубинах z от подошвы ростверка:

= 54,5А3 – 32,5В3 + 23,5D3

Результаты дальнейших вычислений, имеющих целью определение Мzmax, сводим в табл.10, причем при назначении Z используем соотношение = Z×ae, в котором значения Z принимаем по табл.4. прил.1 к СНиП 2.02.03-85.

Результаты вычислений изгибающих моментов

/Zi		A3	В3	D3	Мz
0,48	0,4	-0,011	-0,002	0,400	8,7
0,96	0,8	-0,085	-0,034	0,799	15,25
1,43	1,2	-0,287	-0,173	1,183	17,78
1,91	1,6	0,673	-0,543	1,507	16,40
2,39	2,0	-1,295	-1,314	1,646	15,80

Как видно из таблицы, МzmaxI= 17,78 кНм действует на глубине z =1,43 м. Эпюра моментов показана на рис.12.

Эксцентриситеты продольной силы для наиболее и наименее нагруженных свай составляют соответственно:

Определим значения случайных эксцентриситетов по п.1.21. СНиП 2.03-01-84 для расчетной длины м и поперечного размера сваи dсв = 30 см:

Так как полученные значения эксцентриситетов е 01 и е 02 больше еai, оставляем эти значения для дальнейшего расчета свай по п.3.20 СНиП 2.03.01-84.

Находим расстояния от точек приложения продольных сил NmaxI и NminI до равнодействующей усилий в арматуре S:

Определим высоту сжатой зоны бетона по формуле (37) СНиП 2.03.01-84:

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны по табл.2.2 п.2.3.12, учебного пособия, составляет для стали А-Ш и бетона В20 xR = 0,591

При , следовательно принимаем значение

x1 = 15,5 см для дальнейшего расчета.

Проверяем прочность сечения сваи по формуле (36) СНиП 2.03.01-84:

Источник