В Закладки

Главная
Официальная
Новости
Курсовые работы
Дипломные проекты
Лекции и конспекты
Рефераты
Софт
Ссылки
Справочник Студента
Гостевая

Почта


Поиск по сайту:

          


















Курсовая работа. Проектирование фундаментов.

Курсовая работа. Проектирование фундаментов.

Санкт-Петербургский Государственный Технический Университет

Инженерно-строительный факультет

Кафедра подземных сооружений, оснований и фундаментов

Проектирование фундаментов

курсовая работа

Выполнил: студент группы 5011/1

Преподаватель: Синяков Л.Н.

Санкт-Петербург

1999 г.

1. Цель работы и исходные данные. 3

1.1. Цель работы. 3

1.2. Исходные данные. 3

2. Проектирование фундаментов мелкого заложения. 4

2.1. Определение глубины заложения фундаментов. 4

2.2. Сбор нагрузок, действующих на фундамент. 4

2.3. Определение площади подошвы фундаментов. 6

2.3.1. Проверка напряжений по подошве фундамента. 8

2.3.2. Определение площади подошвы фундамента. 9

2.4. Расчет осадки фундамента. 10

2.4.1. Определение осадки первого фундамента. 11

2.4.2. Определение величины осадки под вторым и третьим фундаментами. 12

2.4.3. Проверка расчетов. 13

2.5. Расчет фундамента на устойчивость. 14

3. Проектирование свайных фундаментов для сооружения. 15

3.1. Определение размера и несущей способности свай. 15

3.1.1. Определение размера и несущей способности первого фундамента. 16

3.1.2. Определение размеров и несущей способности свай второго и третьего фундаментов. 17

3.2. Расчет осадки свайных фундаментов. 19

3.2.1. Расчет первого фундамента. 19

3.2.2. Расчет осадки второго и третьего оснований. 20

3.3. Проверка расчетов. 22

Список литературы. 23

1. Цель работы и исходные данные.

1.1. 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.

1.2. Исходные данные.

На рисунке 1.1. представлены фасад и поперечный разрез сооружения. Географический район строительства – г. Кустанай.

Характеристики грунтов и глубины их залегания представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

№ п/п Наименование грунта Толщина слоя Ro_s Ro W I_L Fi C E скв.1. скв.2. скв.3. М т/м3 грд МПа 1 Песок пылеватый 1 2 2.5 2.67 1.71 0.19 - 26 - 5 2 Глина 3 2 3.5 2.75 1.97 0.17 0.5 15 0.01 10 3 Супесь 4 3 5 2.7 1.9 0.16 0.3 24 0.006 16 4 Суглинок 40 50 45 2.73 1.92 0.15 0.2 21 0.02 19.5

2. Проектирование фундаментов мелкого заложения.

2.1. 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 Кустанай м [2, c81]. 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 м.

На рисунке 2.1. представлена схема фундаментов и залегания грунтов.

2.2. 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;

Вдл – нагрузка от длительных воздействий;

Вкр – нагрузка от кратковременных воздействий.

> Дополнительное сочетание:

, (2.3.)

где n – число кратковременных нагрузок.

Сбор нагрузок проводится на уровне обреза фундамента. В Таблице 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 97.54 1.1 107.29 т/м3 Вес быка 97.34 1.1 107.07 м 2 Временные нагрузки м Вес воды в лотке 147.84 1.1 162.62 м Суммарная нагрузка 342.72 376.99 м 3 Кратковременная нагрузка м Ветровая нагрузка 4.80 1.3 6.24 м Фундамент 2. м 4 Постоянные нагрузки: т/м3 Вес лотка 85.34 1.1 93.87 т/м2 Вес быка 97.34 1.1 107.07 м 5 Временные нагрузки м Вес воды в лотке 129.36 1.1 142.30 Суммарная нагрузка 312.04 343.24 6 Кратковременная нагрузка Ветровая нагрузка 4.20 1.3 5.46 Фундамент 3. 7 Постоянные нагрузки: Вес лотка 109.73 1.1 120.70 Вес быка 97.34 1.1 107.07 8 Временные нагрузки Вес воды в лотке 166.32 1.1 182.95 Суммарная нагрузка 373.39 410.73 9 Кратковременная нагрузка Ветровая нагрузка 5.40 1.3 7.02

2.3. 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;

hв – заглубление подошвы под ? ГГВ (м);

?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 глины.

Аналогично рассчитывая суглинок, 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.

2.3.1. Проверка напряжений по подошве фундамента.

Проведем проверку напряжений по подошве фундамента 1.

1)

тс.

тс/м2.

=> условие выполняется.

2)

=>

тс?м;

,

где ;;

,

где ; ;

;

;

м3,

где м;

м.

тс/м2;

тс/м2;

тс/м;

тс/м;

м;

м;

тс?м.

Таким образом тс/м2.

тс/м2.

Следовательно условие выполняется.

2.3.2. Определение площади подошвы фундамента.

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

Таблица 2.2.

№ п/п Величина Фундамент 1 Фундамент 2 Фундамент 3 1 1.2 1.2 1.2 2 1.1 1.1 1.1 3 0.32 0.32 0.32 4 2.3 2.3 2.3 5 4.84 4.84 4.84 6 15 15 15 7 d=d1 2.5 2.5 3 8 1.68 1.68 1.68 9 M 0.61 0.61 0.61 10 1.07 1.07 1.07 11 1.03 1.03 1.03 12 1.04 1.04 1.05 13 1.5 1.42 1.34 14 С2 1 1 1 15 B 2.64 2.57 2.72 16 R 18.93 18.3 19.8 17 A 25.68 24.43 27.38 18 L 9.72 9.5 10.06

Таблица 2.3.

№ п/п Величина Фундамент 1 Фундамент 2 Фундамент 3 1 Qф 134.82 128.26 172.49 2 18.93 18.3 19.8 3 R 18.93 18.3 19.8 4 M1 49.2 43.05 58.05 5 0.808 0.808 0.808 6 0.308 0.308 0.308 7 W 41.57 38.66 45.88 8 M2 15.55 9 20.48 19.41 21.06 10 22.72 21.96 23.76

2.4. Расчет осадки фундамента.

Расчет осадки фундамента проводится с использованием линейно-деформируемого пространства, методом послойного суммирования.

Основная формула для расчета осадки:

, (2.11.)

где ? - безразмерный коэффициент, ;

- среднее давление дополнительного вертикального нормального напряжения в i-том слое грунта;

- толщина i-того слоя;

- модуль деформации i-того слоя.

2.4.1. Определение осадки первого фундамента.

Расчет ведется на основе сочетания нормативных нагрузок. Нормативная нагрузка: тс;

Собственный вес: тс;

Давление: тс/м2.

Дополнительное вертикальное давление для фундамента с м составляет тс/м2.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента распределяется по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента:

,

где ? - относительная глубина.

.

Следовательно, задаваясь глубиной z определяем ? и . Расчет сведен в таблицу 2.4.

Таблица 2.4.

z 0 0.53 1.05 2.11 3.17 4.22 5.28 6.86 8.97 10.03 12.14 ? 0 0.4 0.8 1.6 2.4 3.2 4 5.2 6.8 7.6 9.2 ? 1 0.977 0.8795 0.632 0.455 0.337 0.258 0.18 0.119 0.099 0.072 14.85 14.51 13.06 9.38 6.76 5.01 3.83 2.67 1.77 1.47 1.07

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы, определяется по формуле:

,

где - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы;

и - удельный вес и толщина i-того слоя грунта.

При

: тс/м2; тс/м2;

тс/м2; тс/м2.

На рисунке 2.1. представлены эпюры и , и .

Точка пересечения и дает сжимаемую толщину основания: м.

Найдем осадку по формуле (2.11.):

мсм.

2.4.2. Определение величины осадки под вторым и третьим фундаментами.

Расчет проводится аналогично пункту 2.4.1. Сведем все расчеты в таблицы.

В таблицах 2.5. и 2.6. представлены нагрузки на основание под вторым фундаментом, определение .

тс; тс; тс/м2.

Дополнительное вертикальное давление для фундамента с м составляет тс/м2.

.

Таблица 2.5.

z 0 0.51 1.03 2.05 3.08 4.11 5.14 6.68 8.74 9.77 11.82 ? 0 0.4 0.8 1.6 2.4 3.2 4 5.2 6.8 7.6 9.2 ? 1 0.977 0.8795 0.632 0.455 0.337 0.258 0.18 0.119 0.099 0.072 14.48 14.15 12.74 9.15 6.59 4.88 3.74 2.61 1.72 1.43 1.04

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы, определяется по формуле:

,

где - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы;

и - удельный вес и толщина i-того слоя грунта.

При

: тс/м2; тс/м2;

тс/м2; тс/м2.

На рисунке 2.1. представлены эпюры и , и .

Точка пересечения и дает сжимаемую толщину основания: м.

Найдем осадку по формуле (2.11.):

мсм.

тс; тс; тс/м2.

Дополнительное вертикальное давление для фундамента с м составляет тс/м2.

Таблица 2.6.

z 0 0.54 1.08 2.17 3.26 4.35 5.44 7.07 9.25 10.34 12.58 ? 0 0.4 0.8 1.6 2.4 3.2 4 5.2 6.8 7.6 9.2 ? 1 0.977 0.8795 0.632 0.455 0.337 0.258 0.18 0.119 0.099 0.072 15.91 15.54 13.99 10.05 7.24 5.36 4.1 2.86 1.89 1.57 1.15

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы, определяется по формуле:

,

где - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы;

и - удельный вес и толщина i-того слоя грунта.

При

: тс/м2; тс/м2;

тс/м2; тс/м2.

На рисунке 2.1. представлены эпюры и , и .

Точка пересечения и дает сжимаемую толщину основания: м.

Найдем осадку по формуле (2.11.):

мсм.

2.4.3. Проверка расчетов.

Осадка сооружения по СНиП 2.02.01.-83. не должна превышать предельнодопустимой деформации основания:

см.

Это условие выполняется, т.к. максимальная осадка см.

Для первого пролета:

Для второго пролета:

Условия выполняются, а, следовательно, осадка сооружения допустима.

2.5. Расчет фундамента на устойчивость.

Устойчивость фундамента определяется при помощи коэффициента надежности, определяемого по формуле:

, (2.12.)

где b – ширина столбика грунта;

R – радиус дуги окружности, м;

- вес столбика грунта.

,

где - длина дуги скольжения;

- сцепление по подошве отсека.

, (2.13.)

где - момент активных сдвигающих сил;

- плечо;

, (2.14.)

Расчеты сведены в таблицу 2.7.

На рисунке 2.2. представлена кривая скольжения.

Таблица 2.7.

№ п/п bi Ci ?i ?i sin(?i) cos(?i) qi м тс/м2 град тс/м2 1 2.8 1.0 15 39 0.629 0.777 8.591 1.789 3.603 5.406 2 3.0 1.0 15 22 0.375 0.927 7.193 1.787 3.236 2.695 3 3.0 1.0 15 7 0.122 0.993 5.702 1.516 3.023 0.695 4 3.0 1.0 15 -9 -0.156 0.988 4.173 1.104 3.037 -0.653 5 3.0 1.0 15 -25 -0.423 0.906 1.712 0.416 3.310 -0.724

тс;

м;

тс?м;

Сравниваем с допустимым:

,

условие выполняется, а, следовательно, сооружение устойчиво.

3. Проектирование свайных фундаментов для сооружения.

3.1. Определение размера и несущей способности свай.

Свайный фундамент состоит из двух частей:

* Ростверк;

* Сваи.

Последние, ростверк объединяет в их верхней части. Для того чтобы назначить размеры свай определить их несущую способность необходимо определить нагрузку на уровне ростверка.

, (3.1.)

где Qp – вес ростверка;

Ар – площадь подошвы ростверка.

, (3.2.)

где d – глубина заложения ростверка.

При этом, глубина заложения ростверка должна быть меньше глубины промерзания. Примем м.

Несущая способность висячей сваи определяется как:

, (3.3.)

где - коэффициент условий работы сваи в грунте;

- коэффициент, учитывающий способ погружения сваи (забивкой);

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи [4, с.7];

А – площадь опирания сваи на грунт (принимаем );

U – наружный периметр поперечного сечения сваи;

- расчетное сопротивление грунта основания по боковой поверхности [4, с.8];

- толщина i-того слоя грунта, соприкасающегося с поверхностью сваи.

В работе рассматривается каждый фундамент отдельно.

3.1.1. Определение размера и несущей способности первого фундамента.

м; м; м2; тс; м; тс; тс.

Назначим размеры свай: м; м (с10-30).

По таблице 1 [4, с.7], определяется расчетное сопротивление под нижним концом сваи:

тс/м2.

м2;

м;

м.

Определим и по [4, с.8]:

Таблица 3.1.

1 м м тс/м2 2 м м тс/м2 3 м м тс/м2 4 м м тс/м2 5 м м тс/м2 6 м м тс/м2

тс.

,

где - коэффициент надежности;

тс.

Количество свай определяется по формуле:

шт.

Принимаем шт.

Фундамент 1 состоит из ростверка м и шести свай с10-30; м.

3.1.2. Определение размеров и несущей способности свай второго и третьего фундаментов.

м; м; м2; тс; м; тс; тс.

Назначим размеры свай: м; м (с10-30).

По таблице 1 [4, с.7], определяется расчетное сопротивление под нижним концом сваи:

тс/м2.

м2;

м;

м.

Определим и по [4, с.8]:

Таблица 3.2.

1 м м тс/м2 2 м м тс/м2 3 м м тс/м2 4 м м тс/м2 5 м м тс/м2 6 м м тс/м2

тс.

,

где - коэффициент надежности;

тс.

Количество свай определяется по формуле:

шт.

Принимаем шт.

Фундамент 2 состоит из ростверка м и шести свай с10-30. Расположение свай аналогично расположению свай фундамента 1.

Фундамент 3.

м; м; м2; тс; м; тс; тс.

Назначим размеры свай: м; м (с10-30).

По таблице 1 [4, с.7], определяется расчетное сопротивление под нижним концом сваи:

тс/м2.

м2;

м;

м.

Определим и по [4, с.8]:

Таблица 3.3.

1 м м тс/м2 2 м м тс/м2 3 м м тс/м2 4 м м тс/м2 5 м м тс/м2 6 м м тс/м2 7 м м тс/м2

тс.

,

где - коэффициент надежности;

тс.

Количество свай определяется по формуле:

шт.

Принимаем шт.

Фундамент 2 состоит из ростверка м и шести свай с10-30. Расположение свай аналогично расположению свай фундамента 1.

3.2. Расчет осадки свайных фундаментов.

Расчет фундамента из висячих свай будет производиться для условного фундамента на естественном основании в соответствии со СНиП 2.02.01.-83.

Границы условного фундамента определяются:

,

где - осредненное значение углов внутреннего трения;

h – длина свай;

;

*,

где * - определяется на уровне подошвы условного фундамента.

;

;

;

В остальном, осадка рассчитывается аналогично фундаменту мелкого заложения.

3.2.1. Расчет первого фундамента.

;

м;

м;

м2.

т/м3;

м;

тс;

тс;

тс;

тс;

тс;

т/м2;

т/м2;

Задаваясь z, определяется ? по [3], а, затем по формуле , дополнительные вертикальные напряжения. Результаты расчетов сведены в таблицу 3.4., при этом , а .

Таблица 3.4.

z 0 0.67 1.34 2.69 4.03 6.05 8.06 10.1 12.77 14.78 16.12 ? 0 0.4 0.8 1.6 2.4 3.2 4.8 6 7.6 8.8 9.6 ? 1 0.975 0.866 0.578 0.374 0.209 0.13 0.087 0.056 0.042 0.036 33.4 32.56 28.92 19.3 12.5 6.98 4.34 2.9 1.87 1.4 1.2

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы, определяется по формуле:

,

где - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы;

и - удельный вес и толщина i-того слоя грунта.

При

: тс/м2; тс/м2;

тс/м2; тс/м2.

На рисунке 3.1. представлены эпюры и , и .

Точка пересечения и дает сжимаемую толщину основания: м.

Найдем осадку по формуле (2.11.):

мсм.

3.2.2. Расчет осадки второго и третьего оснований.

Второй фундамент:

;

м;

м;

м2.

т/м3;

м;

тс;

тс;

тс;

тс;

тс;

т/м2;

т/м2;

Задаваясь z, определяется ? по [3], а, затем по формуле , дополнительные вертикальные напряжения. Результаты расчетов сведены в таблицу 3.4., при этом , а .

Таблица 3.4.

z 0 0.67 1.34 2.67 4.01 6.01 8.02 10.02 12.70 14.70 16.03 ? 0 0.4 0.8 1.6 2.4 3.2 4.8 6 7.6 8.8 9.6 ? 1 0.975 0.866 0.578 0.374 0.209 0.13 0.087 0.056 0.042 0.036 32.1 31.1 27.8 18.55 12 6.71 4.71 2.8 1.8 1.35 1.15

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы, определяется по формуле:

,

При

: тс/м2; тс/м2;

тс/м2; тс/м2.

На рисунке 3.1. представлены эпюры и , и .

Точка пересечения и дает сжимаемую толщину основания: м.

Найдем осадку по формуле (2.11.):

мсм.

Третий фундамент:

;

м;

м;

м2.

т/м3;

м;

тс;

тс;

тс;

тс;

тс;

т/м2;

т/м2;

Задаваясь z, определяется ? по [3], а, затем по формуле , дополнительные вертикальные напряжения. Результаты расчетов сведены в таблицу 3.4., при этом , а .

Таблица 3.4.

z 0 0.73 1.46 2.92 4.38 6.57 8.76 10.95 13.87 16.06 17.52 ? 0 0.4 0.8 1.6 2.4 3.2 4.8 6 7.6 8.8 9.6 ? 1 0.975 0.866 0.578 0.374 0.209 0.13 0.087 0.056 0.042 0.036 35.62 34.73 30.85 20.58 13.32 7.44 4.63 3.1 1.99 1.5 1.28

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы, определяется по формуле:

,

При

: тс/м2; тс/м2;

тс/м2; тс/м2.

На рисунке 3.1. представлены эпюры и , и .

Точка пересечения и дает сжимаемую толщину основания: м.

Найдем осадку по формуле (2.11.):

мсм.

3.3. Проверка расчетов.

Осадка сооружения не должна превышать предельной величины деформации основания - см. Это условие выполняется автоматически, так как см.

Также должно выполняться условие:

Для первого пролета:

Для второго пролета:

Условия выполняются, а, следовательно, осадка сооружения допустима.

Список литературы.

1. Костерин Э.В. Основания и фундаменты. –М.: Высшая школа., 1990.

2. НИИОСП им. Герсиванова Госстроя СССР. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01.-83.). –М.:Стройиздат., 1986.

3. СНиП 2.02.01.-83. Основания зданий и сооружений Госстрой СССР. –М.: Стройиздат., 1985.

4. СНиП 2.02.01.-85. Свайные фундаменты. Госстрой СССР. –М.: ЦИТП Госстроя СССР., 1986.