Проектирование фундаментов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине

«Основания и фундаменты»

 

Проектирование  фундаментов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Цель работы.

 

Целью данной работы является проектирование и расчет фундамента акведука.

Работа включает в себя расчет двух видов фундаментов, с последующим  выбором оптимального варианта по экономическим  показателям.

2. Исходные данные.

 

На рисунке 1.1. представлены  поперечный разрез сооружения и мощность слоев грунта. Географический район строительства – г. Киев.

Характеристики грунтов и глубины  их залегания представлены в табл. 1.1.

 

Таблица 1.1.

№ п/п	Наименование грунта	Толщина слоя			ρs	ρ	w	IL	φ	c	E
		скв.1.	скв.2.	скв.3.
		М			т/м3				грд	МПа
1	Песок пылеватый	1	1	2	2,65	1,76	0,17	-	27	-	9
2	Песок мелкозерн.	2	2	2	2,67	1,78	0,15	-	28	-	14
3	Супесь	3	3	3	2,71	1,94	0,19	0,4	20	0,005	15
4	Суглинок	5	5	6	2,71	1,91	0,21	0,3	22	0,02	17
5	Глина	∞	∞	∞	2,70	2,01	0,14	0,2	19	0,05	24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

1. Определение глубины заложения фундаментов.

 

Для фундаментов мелкого заложения, отношение ширины по подошве b к глубине заложения d не должно превышать двух, т.е. . Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания. В данном случае, для города Киев м [2, c81], где d0 -  величина, принимаемая для супесей, песков мелких и пылеватых - 0,28 м, M_t -  безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе. Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется как:

, (2.1.)

где - коэффициент влияния теплового режима сооружения. Для фундаментов не отапливаемых сооружений . По формуле (2.1.) находим:

м.

По геологическому разрезу видно, что грунты основания среднесжимаемые, но пучинистые, т.е. , следовательно, принимаем ,5 м.

На рисунке 2.1. представлена схема  фундаментов и залегания грунтов.

2. Сбор нагрузок, действующих на фундамент.

 

Для расчетов будут рассмотрены  сочетания нагрузок:

• Основное;
• Дополнительное.

Разделим, также, нагрузки на:

• Постоянные;
• Временные,  в зависимости от продолжительности действия.

Постоянными нагрузками называют:

• Собственный вес элементов конструкции.

Временные же нагрузки:

• Нагрузка от веса воды;
• Ветровое воздействие (кратковременная нагрузка).

Назначим основное сочетание:

, (2.2.)

где П – постоянная нагрузка;

В_дл – нагрузка от длительных воздействий;

В_кр – нагрузка от кратковременных воздействий.

        Дополнительное сочетание:

, (2.3.)

где n – число кратковременных нагрузок.

Сбор нагрузок проводится на уровне обреза фундамента. В табл. 2.1. приведены полученные значения и расчет.

Таблица 2.1.

№ п/п	Наименование нагрузки	Формулы для расчета	Нормативная нагрузка	Коэф. над.	Расчетное значение нагрузки	Примечания
	Фундамент 1.
1	Постоянные нагрузки:					м
	Вес лотка		68,54	1.1	75,39	т/м3
	Вес быка		108	1.1	118,8	м
2	Временные нагрузки					м
	Вес воды в лотке		115,92	1.1	127,51	м
	Суммарная нагрузка		292,46		321,7	м
3	Кратковременная нагрузка					м
	Ветровая нагрузка		3,30	1.3	4,29	м
	Фундамент 2.					м
4	Постоянные нагрузки:					т/м3
	Вес лотка		75,68	1.1	83,25	т/м2
	Вес быка		108	1.1	118,8	м
5	Временные нагрузки					м
	Вес воды в лотке		124,90	1.1	137,39
	Суммарная нагрузка		308,58		339,44
6	Кратковременная нагрузка
	Ветровая нагрузка		4,13	1.3	5,36
	Фундамент 3.
7	Постоянные нагрузки:
	Вес лотка		92,82	1.1	102,10
	Вес быка		108	1.1	118,8
8	Временные нагрузки
	Вес воды в лотке		148,88	1.1	163,77
	Суммарная нагрузка		349,70		384,67
9	Кратковременная нагрузка
	Ветровая нагрузка		4,95	1.3	6,44

 

3.   Определение площади подошвы фундаментов.

 

В связи с тем, что  на каждый из фундаментов действуют  разные нагрузки, а также отличаются характеристики грунтов под подошвой фундаментов, фундаменты будут рассматриваться  отдельно. Общая формула для определения подошвы:

, (2.4.)

где P – расчетная нагрузка на уровне обреза фундамента;

R - расчетное сопротивление грунта основания;

h_в – заглубление подошвы под Ñ ГГВ ( м);

g_ср – осредненное значение удельного веса грунта и бетона ( т/м³);

d – глубина заложения фундамента.

Определяем R по зависимости:

, (2.5.)

где и - коэффициенты условий работы [3, с.8];

;

;

- коэффициенты [3, с.9];

 и  - характеристики грунта над подошвой;

 и  - характеристики грунта под подошвой.

, (2.6.)

где l – неизвестно.

Отношение l к b принимается таким же, как отношение между соответствующими параметрами сооружения:

,

следовательно, подставляя в (2.6.):

. (2.7.)

Подставим (2.7.) в (2.4.):

;

;

;

(2.8.)

Определим коэффициенты:

м.

Определим значение осредненного значения удельного веса грунтов под фундаментом 1:

, (2.9)

где

- удельный вес сухого скелета  грунта.

- отношение плотностей сухого  грунта и грунта в естественном  состоянии.

Для определения m определим плотность в естественном состоянии:

т/м³ – удельный вес взвешенной супеси.

Аналогично рассчитывая суглинок, супесь получаем:

; ,

Таким образом, подставляя данные всех расчетов в (2.9) получаем:

т/м³.

Для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента:

,

где т/м³, м, , м.

т/м³.

- расчетное значение удельного  сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

тс/м².

Таким образом, подставляя все полученное выше в формулу (2.5.) получаем:

. (2.10.)

Решая совместно уравнения (2.8.) и (2.10.) получим:

м;

тс/м²;

м²;

м.

 

1. Проверка напряжений по подошве фундамента.

Для успешной работы основания необходимо выполнение 2-х условий:

1) -способность грунта воспринимать нагрузки от веса сооружения, где - максимальное краевое давление под подошвой фундамента;

2) - условие отсутствия отрыва фундамента от грунта, где - минимальное краевое давление под подошвой фундамента.

Максимальное  и минимальное  краевые давления под подошвой фундамента при действии момента сил относительно одной из главных осей инерции  подошвы фундамента определяются по методу сопромата (формула внецентренного сжатия):

,

где  N – суммарная вертикальная нагрузка на основание;

А – площадь подошвы фундамента;

- момент сил относительно  центра подошвы фундамента

- момент сопротивления площади подошвы фундамента относительно той же оси;

Теперь уточним компоненты формулы .

, где h_лот – высота лотка с водой, h – высота опоры, d – глубина заложения фундамента;

, где - вес самого фундамента.

Опора №1

тс.

тс/м².

=> условие выполняется.

 

2. ;

;

Т.е. оба условия выполнены.

 

 

 

 

2. Определение площади подошвы фундамента.

 

Расчеты площадей остальных двух фундаментов  аналогичны расчету пункта 2.3., а  проверки – пункту 2.3.1. Сведем все  расчеты в табл.2.2., а проверки в табли. 2.3.

 

Табл. 2.2.

 

№ п/п	Величина	Фундамент 1	Фундамент 2	Фундамент 3
1		1,3	1,3	1,25
2		1,3	1,3	1,2
3		0,98	0,98	1,15
4		4,93	4,93	5,59
5		7,4	7,4	7,95
6		28	28	30
7	d=d1	1,5	1,5	1,5
8		1,55	1,55	1,55
9	m	0,58	0,58	0,58
10		0,97	0,97	0,97
11		1,10	1,10	1,00
12		0,94	0,94	0,93
13	С2	-	-	-
14	B	2,70	2,70	2,71
15	R	16,66	16,66	16,73
16	A	23,8	24,10	24,33
17	L	8,80	8,92	8,98

 

Табл. 2.3.

 

№ п/п	Величина	Фундамент 1	Фундамент 2	Фундамент 3
1	Qф	74,97	75,92	76,94
2		15,70	16,19	16,49
3	R	16,66	17,03	16,73
4	M	32,18	32,18	32,18
5	W	10,70	10,84	11,00
6	N	378,14	395,4	437,18
7		18,90	19,40	20,90
8		20,00	20,40	19,80

 

 

4. Расчет основания по деформациям.

Целью расчета оснований по деформациям  является ограничение абсолютных или относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность (вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, изменений проектных уровней и положений конструкций, расстройств их соединений и т.п.). При этом имеется в виду, что прочность и трещиностойкость фундаментов и надфундаментных конструкций проверены расчетом, учитывающим усилия, которые возникают при взаимодействии сооружения с основанием.

Расчет деформаций основания выполняется, применяя расчетную схему основания в виде линейно деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи H_сж Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия:

s £ s_u

 

где  s  - совместная  деформация  основания и сооружения, определяемая расчетом;

 s_u - предельное значение совместной деформации основания и сооружения по СНиП (s_u=0,1м);

- предельно допустимое значение относительной неравномерной осадки.

Согласно СНиП ([3]), H_сж устанавливается по условию равенства напряжений от внешней нагрузки некоторой доле напряжений от собственного веса грунта.