Технико экономическое обоснование выбора типа фундамента

Глава 3. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА ТИПА ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ

3.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Основания и фундаменты зданий и сооружений служат для восприятия нагрузок от строительных конструкций, технологического оборудования и нагрузок на полы.

Проектирование оснований и фундаментов выполняется в соответствии с действующими СНиП [4, 5, 6]. При проектировании оснований и фундаментов необходимо учитывать следующие положения:

• – обеспечение прочности и эксплуатационных требований зданий и сооружений (общие и неравномерные деформации сооружения не должны превышать допустимые);
• – максимальное использование прочностных и деформационных свойств грунтов;
• – максимальное использование прочности материала фундаментов;
• – достижение минимальной стоимости, материалоемкости и трудоемкости.

Выбор типа оснований или конструктивных решений фундаментов выполняется на основании сравнений технико-экономических показателей, получаемых с помощью вариантного проектирования [1, 2, 3, 7].

3.2. ТИПЫ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

При большом различии инженерно-геологических условий площадок строительства на территории СССР, а также разнообразии конструкций зданий и сооружений, применяемых в массовом строительстве, используются в основном столбчатые, ленточные и плитные фундаменты на естественном, уплотненном или искусственно закрепленном основании и свайные фундаменты.

Предварительная оценка области применения фундаментов различных типов в зависимости от грунтовых условий может быть выполнена с помощью табл. 3.1, в которой указаны случаи безусловного применения фундаментов соответствующего типа либо случаи, когда необходимо выполнение вариантного проектирования.

3.3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

Под технико-экономическими показателями оснований и фундаментов зданий и сооружений понимаются технические и экономические характеристики проектного решения.

К техническим показателям относятся тип оснований и конструкции фундаментов, расчетные данные о деформируемости и прочности грунтов основания (ожидаемые осадки, перемещения, крены и т.п.), данные об использовании прочности материала фундаментов, материалоемкость. к экономическим показателям относятся приведенные затраты, сметная стоимость (себестоимость), трудоемкость изготовления и возведения, продолжительность работ, капитальные вложения в материально-техническую базу строительства, эксплуатационные расходы (если деформируемость оснований требует дополнительных затрат на ремонт или усиление конструкций зданий либо сооружений для обеспечения их пригодности в течение эксплуатационного периода). Полный перечень экономических показателей приведен в табл. 3.2.

ТАБЛИЦА 3.1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ

Основания	Грунты		Тип фундамента
	прорезаемые	основания	на естественном основании	на уплотненном или искусственно закрепленном основании	свайные
Однослойные	Слабые Средние Прочные		± ± +	± ± –	± ± –
Двухслойные	Слабые	Средние Прочные	± ±	± ±	± +
	Средние	Слабые Прочные	– ±	± –	± ±
	Прочные	Слабые Средние	± ±	± ±	– –

Условные обозначения: «+» — рекомендуется для применения; «±» — требуется вариантное проектирование; «–» — не рекомендуется для применения.

ТАБЛИЦА 3.2. ПОЛНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Показатели	Единица
Стоимостные
Приведенные затраты	руб.
Сметная стоимость (себестоимость) возведения оснований и фундаментов	– || –
Капитальные вложения в материально-техническую базу строительства	руб./год
Эффект от ускорения строительства	руб.
Экономическая оценка фактора дефицитности стали	– || –
Эксплуатационные затраты	– || –
Натуральные
Продолжительность возведения	смена
Затраты труда, всего	чел.-дн.
В том числе: на изготовление материалов, конструкций, полуфабрикатов и их транспортирование на устройство оснований и возведение фундаментов	– || –

– || – Расход основных материалов:
стали (приведенной к стали класса А-I)
цемента (приведенного к марке 400)
топлива (в пересчете на условное) кг
– || –
– || –

Технико-экономические показатели определяются, как правило, для основания и фундаментов здания и сооружения. Для анализа технико-экономических показателей вариантов проектных решений фундаментов должна быть выбрана сопоставимая единица измерения. В качестве такой единицы могут приниматься 1 м 2 общей площади здания, 1 фундамент, 1 м стен, единица расчетной нагрузки от здания или сооружения и т. п.

Оптимальное проектное решение принимается по минимуму приведенных затрат [1]. Приведенные затраты определяются с учетом себестоимости возведения основания и фундаментов, капитальных вложений в материально-техническую базу строительства, эксплуатационных затрат, фактора дефицитности материальных ресурсов и экономического эффекта, который может быть получен в случае сокращения общей продолжительности строительства. При отсутствии информации о различии продолжительности и трудоемкости устройства фундаментов по сравниваемым вариантам и других данных, необходимых для определения показателей приведенных затрат, допускается на стадии разработки проекта использовать показатели сметной стоимости.

Анализ других показателей выполняется для выявления факторов, влияющих на рациональность применения того или иного решения, и определения путей совершенствования конструкций фундаментов. Например, себестоимость служит для определения возможного снижения стоимости устройства оснований и фундаментов за счет применения рациональных решений. Аналогичное назначение имеет анализ показателей материалоемкости, трудоемкости изготовления, продолжительности работ. Показатели материалоемкости и капитальных вложений в материально-техническую базу строительства используются также для обоснования предложений по развитию более эффективных конструкций (фундаментов, свай и др.) и определения требуемых объемов капитальных вложений в строительную индустрию.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник

Курсовая работа: Технико-экономическое обоснование выбора фундамента мелкого заложения

1. Исходные данные

1.1 Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

Таблица 1. Сводная ведомость физико-механических свойств грунтов

Название: Технико-экономическое обоснование выбора фундамента мелкого заложения Раздел: Рефераты по строительству Тип: курсовая работа Добавлен 22:42:27 10 декабря 2010 Похожие работы Просмотров: 2254 Комментариев: 14 Оценило: 1 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно Скачать

Физико — механические характеристики	Формула расчета	Слои грунта
№1	№2	№3
1	2	3	4	5
Мощность слоя h, м	4.7	3.6	—
Удельный вес грунта γ при естественной влажности, кН/м 3	γ =ρg	20	19.9
Удельный вес твердых частиц γs, кН/м 3	γs =ρsg	26.8	26.4	27.4
Естественная влажность ω, дол.ед.	0.28	0.21	0.19
Удельный вес сухого грунта γd, кН/м 3	γd = γ/(1+ ω)	15.63	16.45	17.3
Коэффициент пористости е, д.е.	е= γs/ γd-1	0.75	0.69	0.58
Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды γsв, кН/м 3
Степень влажности грунта Sr , д.е.	1.00	0.92	0.89
Влажность на границе текучести ωL, д.е.	0.29	—	0.36
Влажность на границе пластичности ω р , д.е.	0.13	—	0.17
Число пластичности грунта I р , д.е.	Ip = ωL — ωp	0.16	—	0.19
Показатель текучести IL , д.е.	IL =( ω— ωp )/ I р	0.94	—	0.1
Коэффициент сжимаемости грунтов mo, Мпа 1	—	—	—
Коэффициент относительной сжимаемости грунта mv , МПа 1	—	—	—
Коэффициент бокового расширения μ	—	—	—
Удельное сцепление с, кПа	5	—	80
Угол внутреннего трения φ, град.	19°	39°	20°
Модуль деформации грунта Е, МПа	E=β/mv, β=(1-2μ²)/(1-µ)	10	42	28
Условное расчетное сопротивление Ro, кПа	—	343	318

Примечание — Удельный вес воды — γω =10 кН/м 3 ; ускорение свободного падения g=10 м/с 2 .

1.2 Заключение по данным геологического разреза площадки строительства и выбор возможных вариантов фундаментов

I слой: суглинок – толщина слоя 4.7м; по степени влажности суглинок относится к насыщенные водой (0.5 3 ; hi — толщина отдельных слоев грунта выше подошвы фундамента, м;k₁ и k₂ -коэффициенты, принимаемые по таблице 4, прил. 24 [2].

2.3 Проверка принятых размеров фундамента

Расчёт преследует цель определить средние, максимальные и минимальные давления под подошвой фундамента и сравнить их с расчётным сопротивлением грунта:

pmax=N1/A + M1 /W ≤ γcR/γn ,

pmin=N1/A — M1 /W ≥0 ,

где p, pmax и p_min — соответственно среднее, максимальное и минимальное давления подошвы фундамента на основание, кПа; N1 — расчётная вертикальная нагрузка на основание с учётом гидростатического давления воды, если оно имеет место, кН; М1 — расчётный момент относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, кН∙м; A — площадь подошвы, м 2 ; W- момент сопротивления по подошве фундамента, м 3 ;

где l- длина подошвы фундамента, м; b — ширина подошвы фундамента, м; R -расчётное сопротивление грунта под подошвой фундамента, кПа; γ_с =1,2 — коэффициент надёжности по назначению сооружения; γ_п =1,4 — коэффициент условий работы.

Определяем нормальную N1 и моментную нагрузки М1 , действующие на основание

где Рф и Р_г — соответственно нагрузки от веса фундамента и грунта на его уступах (с учётом взвешивающего действия воды, при УПВ выше подошвы фундамента), кН; Н — высота опоры моста, м; h_ф — высота конструкции фундамента, м. Расчётные величины Р_о , Р_п , Р_тр , Т даны в таблице 2.

Путем последовательных подборов размеров фундамента и глубины заложения подошвы, принимаем:

d = 5.7 м – глубина заложения фундамента

hф =6.2 м – высота фундамента

a=11 м – длина подошвы фундамента

b= 2 м – ширина фундамента

A = a∙b = 11∙2= 22 м² — площадь подошвы фундамента

N1 = 1.2(373.5кН + 1350кН + 2750кН) + 1.13 ∙ 6075кН = 12232.95 кН

М1 = 1.2 ∙ 750кН(10.5м + 6.8м) =15570 кН∙м

W = 4 ∙ 13²/6 = 112.6 м³

Определяем давления под подошвой фундамента:

p=12232.95кН /22м² = 556.04 кПа≤ γcR/γn=1.2∙274.02/1.4 =234.9 кПаpmax=12232.95кН/22м² + 15570кН∙м/20.5м³= 1315.5кПа≤ γcR/γn=234.9 кПа

Выбранные глубина заложения подошвы и размеры фундамента не удовлетворяют условию по первой группе предельных состояний.

Увеличиваем размеры подошвы фундамента:

d = 5.7 м – глубина заложения фундамента

hф =6.2 м – высота фундамента

a=13 м – длина подошвы фундамента

b= 4 м – ширина фундамента

A = a∙b = 13∙4= 52 м² — площадь подошвы фундамента

N1 = 1.2(373.5кН + 6500кН + 2750кН) + 1.13 ∙ 6075кН = 16732.95 кН

М1 = 1.2 ∙ 750кН(10.5м + 6.8м) =15570 кН∙м

W = 4 ∙ 13²/6 = 112.6 м³

Определяем давления под подошвой фундамента:

p=16732.95кН /52м² = 321.8 кПа≤ γcR/γn=1.2∙973.74/1.4 =834.6 кПаpmax=16732.95кН/52м² + 15570кН∙м/112.7м³= 1315.5кПа≤ γcR/γn=834.6 кПа

Слишком большой запас прочности уменьшим размеры подошвы фундамента принимаем:

d = 5.7 м – глубина заложения фундамента

hф =6.2 м – высота фундамента

a=12.7 м – длина подошвы фундамента

b= 3.7 м – ширина фундамента

A = a∙b = 12∙3.7= 44.4 м² — площадь подошвы фундамента

N1 = 1.2(373.5кН + 1350кН + 5550кН) + 1.13 ∙ 6075кН =15592.95 кН

М1 = 1.2 ∙ 750кН(10.5м + 6.8м) =15570 кН∙м

W = 3.7 ∙ 12.7²/6 = 99.5 м³

Определяем давления под подошвой фундамента:

p=15592.95кН /44.4м² =351.2кПа ≤ γcR/γn=1.2∙956.25/1.4=819.6кПа pmax=15592.95кН/44.4м² + 15570кН∙м/99.5м³= 507.7кПа≤ γcR/γn=819.6 кПа pmin=15592.95кН/44.4м ² — 15570кН∙м/99.5м³= 194.7кПа >0

Выбранные глубина заложения подошвы и размеры фундамента удовлетворяют условию по первой группе предельных состояний.

Принимаем размеры поперечного сечения подошвы фундамента:

d = 5.7 м – глубина заложения фундамента

hф =6.2 м – высота фундамента

a=12.7 м – длина подошвы фундамента

b= 3.7 м – ширина фундамента

2.4 Расчет основания фундамента по деформациям

Различные по величине осадки соседних опор не должны вызывать появления в продольном профиле дополнительных углов перелома, превышающих для автодорожных мостов 2 ‰ [2, п. 1.47].

Для расчёта осадок основания фундаментов по приложению 2 [3] рекомендует метод послойного суммирования: величина осадки фундамента определяется по формуле

где β=0,8 — безразмерный коэффициент; σzpi — среднее вертикальное (дополнительное) напряжение в i-м слое грунта; hi и Ei — соответственно мощность и модуль деформации i-го слоя грунта; п — число слоев, на которое разбита сжимаемая толщина основания Н_с .

Сжимаемая толщина основания Н_с определяется как расстояние от подошвы фундамента до нижней границы сжимаемой толщи; нижняя граница обозначена символами B.C. При этом B.C. находится на той глубине под подошвой фундамента, где выполняется условие

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента, определяется по формуле:

где, γo -осредненный удельный вес грунта и воды, залегающих выше подошвы фундамента; h i -глубина заложения подошвы фундамента, м.

Дополнительное вертикальное напряжение в грунте в уровне подошвы фундамента определяют по формуле:

Среднее давление на грунт от нормативных постоянных нагрузок:

Дополнительные вертикальные напряжения в грунте вычисляются по формуле:

где α — коэффициент, принимаемый по таблице 1 приложения 2 [3] в зависимости от соотношения сторон прямоугольного фундамента η = l/ b = 2,85 и относительной глубины, равной ξ = 2z/b, где z — расстояние до границы элементарного слоя от подошвы фундамента.

Таблица 3 – Расчет осадка основания фундамента

Расстояние от подошвы

Фундамента до подошвы

Мощность i слоя грунта

Удельный вес грунта γ,

Коэффициент α (табл.1 прил.2 [2]) Дополнительное давление σzpi, кПа

Модуль деформации Е,

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0 19.9 0 1 221.3 129.9 25.98 42 0 0.7 0.7 19.9 0.38 0.96 211.8 143.83 28.8 42 0.28 1.4 0.7 19.9 0.76 0.79 175.5 157.76 31.5 42 0.23 2.1 0.7 19.9 1.1 0.78 172.9 171.69 34.3 42 0.23 2.6 0.5 19.9 1.4 0.69 152.5 181.64 36.3 42 0.145 3.3 0.7 20.6 1.8 0.52 115.2 196.1 39.2 28 0.23 4.0 0.7 20.6 2.2 0.5 108.3 210.5 42.1 28 0.22 4.7 0.7 20.6 2.5 0.43 95.7 224.9 44.98 28 0.19 5.4 0.7 20.6 2.92 0.37 81.9 239.32 47.86 28 0.16 6.1 0.7 20.6 3.3 0.32 70.5 253.7 50.7 28 0.14 6.8 0.7 20.6 3.7 0.28 61.0 268.1 53.6 28 0.12 7.5 0.7 20.6 4.1 0.24 53.3 282.5 56.5 28 0.1 8.2 0.7 20.6 4.4 0.22 48.3 296.9 59.4 28 0.097

Осадка фундамента S = 2.142см.

Максимально допустимый угол перелома при осадке опор не более 2‰, величина пролета 48 м =4800 см.

2.142/4800 = 0,00045 = 0.45‰ 3 — момент сопротивления площади фундамента; А =44,4 м² — площадь подошвы фундамента.

eo = 15570/15592,95= 0,999 м

eo/r = 0,4995 2 ; и — наружный периметр поперечного сечения сваи, м; fi — расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице [5, таблица 2]; h_i -толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

В формуле суммировать сопротивления грунта следует по всем слоям грунта, пройденным сваей, при этом пласты грунтов под подошвой ростверка следует делить на однородные слои с h_i расч

где N1- расчётная нагрузка, передаваемая на свайный фундамент, определяемая в общем случае по формуле

где Р_р — вес ростверка, МН; Fd расч — расчётное сопротивление одиночной сваи, МН; η — коэффициент, учитывающий перегрузку отдельных свай от действующего момента, равный 1,2.

N₁ = 1,2∙(373,5 + 1350) + 1,13∙6075= 8932,95 кН

Расчётное сопротивление одиночной сваи, определяемое как наименьшее из двух

Fd расч = min(Fdm, Fd)/γn

где γn=1,4 — коэффициент надежности.

Fd расч = 1228,6/1,4 = 877,6 кН

n = 1,2∙8932,95/877,6 = 12,2

Так как в определении N₁ не был учтен вес ростверка и грунта на его уступах, принимаем n= 21

3.1.4 Определение размеров ростверка

В курсовой работе принимаем вертикальные сваи, размещая их равномерно в рядовом порядке. Расстояние от края подошвы ростверка до наружного края сваи r = 0,3 м (г > 0,25 м), а между осями свай а = 1,2м (3d F_d , то необходимо пересчитать несущую способность сваи, увеличив её длину или поперечное сечение.

N = 1,2(373,5+1350+745,4+877,6+240,8)+1,13·6075=11169,5 кН

M1 = 1,2∙Т∙(H + hp) = 1,2∙750∙(11,4+4,4) = 14220 кН∙м

11169,5/21 +14220∙1,75/42,88 = 1112,4 кН 4 /c_b + 31³_усгм ) ≤ γ_с ∙R / γ_n

Источник