Економічний варіант фундаменту одноповерхової промислової будівлі в м. Бориспіль

Вступ

Завдання курсового проекту — запроектувати економічний варіант фундаменту одноповерхової промислової будівлі в м. Бориспіль. Дана будівля має розміри в плані 72×48м. Будівля представляє собою каркасну металеву конструкцію, має два прольоти по 24 м. Розміри середніх колон 2000×600мм., крайніх — 1250×400мм. На колони спираються металеві ферми, довжиною 24 м. Стіни виготовлені зі стінових панелей.

При інженерно — геологічних вишукуваннях пробурені 3 свердловини, з яких були взяті проби ґрунту.

Підставою для розроблення проекту є завдання на виконання курсового проекту, виданого кафедрою видобування нафти і газу та геотехніки.

1. Оцінка інженерно-геологічних умов ділянки

Таблиця I. Запишемо спочатку фізико-механічні характеристики ґрунтів.

Оцінку проводимо згідно ДСТУ Б.В.2.1−2-96 «Грунти.Класифікація».

Перший шар ґрунту — рослинний шар — не може служити в якості основи фундаменту, тому повинен бути пройдений тілом фундаменту. Можна використати для рекультивації земель

ІГЕ-2 — глинистий грунт

1. Визначаємо число пластичності

згідно табл. Б11, грунт — суглинок

2. Показник текучості

згідно табл. Б14 — суглинок твердий

3. Щільність твердого ґрунту

Коефіцієнт пористості грунту грунт — льос високопористий

4. Коефіцієнт водонасичення

5. Вологість грунту у замоклому стані

6. Показник текучості грунту при

згідно табл. Б14, грунт — туго пластичний Грунт не посадочний, не замулений, не містить органічних речовин

8. Визначаємо попереднє значення розрахункового опору грунту за табл. 3 ,

e=0,87, ,

ІГЕ-2 — суглинок туго пластичний високо пористий може бути використаний в якості природної основи для фундаменту.

ІГЕ-3 — глинистий грунт

1. Визначаємо число пластичності

згідно табл. Б11, грунт — суглинок

2. Показник текучості

згідно табл. Б14 — суглинок твердий

3. Щільність твердого ґрунту

4. Коефіцієнт пористості грунту грунт — льос високопористий

5. Коефіцієнт водонасичення

6. Вологість грунту у замоклому стані

7. Показник текучості грунту при

згідно табл. Б14, грунт — туго пластичний Грунт не посадочний, не замулений, не містить органічних речовин

8. Визначаємо попереднє значення розрахункового опору грунту за табл. 3 ,

e=0,79, ,

Висновок: ІГЕ-2 — суглинок туго пластичний високо пористий може бути використаний в якості природної основи для фундаменту.

2. Збір вертикальних навантажень на фундамент

1. Визначаємо грузові площі:

Таблиця 3. Збір навантажень

3. Прив’язка будівлі до рельєфу місцевості

Визначаємо позначки кутів будівлі шляхом інтерполяції. Наносимо їх на рисунок.

a. Знаходимо значення ухилів на розглядаємій ділянці. Ухили повинні знаходитись у межах інакше буде проходити ерозія грунту або стоятиме вода:

a. (в межах)

b. (в межах)

c. (в межах)

d. (в межах) Позначку підлоги приймаємо:

4. Вибір глибини закладання фундаменту

a. Виходячи з сезонного промерзання грунтів — 1 м для Борисполя.

Знаходимо розрахункову глибину сезонного промерзання ґрунту:

де коефіцієнт, який враховує вплив теплового режима споруди. Абсолютна позначка фундаменту: 75,75−1,1=74,65 м

b. Виходячи з конструктивних особливостей будівлі

Підошва фундаменту буде розташована від рівня чистої підлоги на глибині:

Абсолютна позначка фундаменту: 76,4−1,6=74,8 м

c. Виходячи з ґрунтових умов 76,4−0,85=74,9 м

d. Позначка рівня ґрунтових вод складає <68м, не враховуємо

e. Будівель, що примикають до проектуємо споруди немає. Комунікації знаходяться не глибше, ніж 1 м від поверхні землі.

Приймаємо позначку підошви фундаменту 74,65 виходячи з умови глибини промерзання грунту.

Визначаємо мінімальну та максимальну глибину закладення фундаменту

.

Висота фундаменту

5. Призначення 3-х конкурентно — спроможних варіантів фундаментів

Фундамент на природній основі

Визначаємо розрахункові і нормативні зусилля на рівні обрізу фундаменту Розрахунок виконуємо для фундаментів переріз 1−1 (по завданню). Для цього переріза загальне вертикальне нормативне навантаження складає. Тоді отримаємо, що нормативне горизонтальне навантаження становить:

Нормативний момент на рівні обрізу фундаменту становить:

Визначаємо геометричні розміри фундаменту Визначаємо попередній розрахунковий опір грунту за формулою 7 за умови, коли ширина фундаменту b=0.

де

коефіцієнти умови роботи, які приймаємо за ([2], стр. 8, таблиця № 3). Вони становлять:

при

коефіцієнти, які приймаємо

ширина підошви фундаменту,

коефіцієнти, які приймаємо за ([1], стр. 9, таблиця № 4).

Вони становлять (при):

розрахункове значення умовного зчеплення.

середнє розрахункове значення умовної ваги ґрунтів, які залягають нижче підошви фундаменту. Приймаємо .

теж саме, які залягають вище підошви фундаменту. Приймаємо :

Розраховуємо попередні розміри фундаментів в плані

Визначаємо

Визначаємо уточнене значення розрахункового опору грунту :

Визначаємо уточнені розміри фундаменту:

приймаємо

приймаємо .

Визначаємо фактичне значення

Визначаємо вагу фундаменту

Визначаємо розрахунковий опір грунту з урахуванням призначеної ширини підошви фундаменту

Визначаємо середній тиск під підошвою фундаменту :

Розрахунковий опір грунту більше ніж середній тиск під підошвою фундаменту R>P

Запас міцності складає

Остаточно приймаємо:

Визначаємо ексцентриситет рівнодійної для позацентрово-завантаженого фундаменту при дії загального згинаючого моменту на рівні підошви фундаменту:

отже розрахунок ведемо як для позацентрово-стиснутого фундаменту.

Визначаємо тиск на ґрунт у краю підошви позацентрово-завантаженого фундаменту:

Згідно норм, максимальний тиск на ґрунт не повинен перевищувати, а мінімальний тиск повинен бути додатнім. Друга умова виконується очевидно Перевіряємо першу вимогу:

Запас складає:

Отже всі умови задовольняються.

Розрахунок осідань проводимо методом пошарового підсумування Розрахунок ведемо за допомогою Таблиці V та Додатку 1.

P=202,1 кПа

Згідно з ([1], стр. 38, додаток 4) гранична деформація складає. Згідно з розрахунком, отримано, що не перевищує граничну деформацію.

Розрахунок фундаменту із забивних паль

Вибір розмірів паль згідно інженерно-геологічних умов ділянки, діючих навантажень, конструктивних особливостей споруди. Приймаємо палю .

1. Глибину закладання ростверку встановлюємо з конструктивних міркувань. Приймаємо:

Визначення несучої здатності палі. Несучу здатність палі визначаємо за формулою (8) [3]

Загальна довжина палі - 9,7 м розбиваємо цю довжину на шари грунту, товщиною до 2 м. Для кожного з шарів вирахуємо відстань від центра ваги до відмітки 0.000 та визначимо розрахунковий опір за бічною поверхнею палі .

2. Розрахункове навантаження, яке допустиме на палю становить:

6. Визначення кількості паль фундаменту.

Приймаємо остаточно паль.

7. Конструювання ростверку.

Конструювання ростверку виконуємо виходячи з мінімальної відстані між палями, тобто, розміщуємо їх у три ряди. Тоді розміри ростверку становлять:

.

.

8. Визначення фактичного розрахункового навантаження на палю.

Розрахунок виконуємо за формулою:

Запас міцності складає

Умова розрахунку за першим граничним станом задовольняється.

Розрахунок осідань проводимо за експрес-методом Розінфельда

1) Визначаємо середньозважене значення кута внутрішнього тертя ґрунту в межах довжини стовбура палі, зануреного в несучі шари основи:

2) Визначення розмірів у плані умовного фундаменту з підошвою у рівні вістря палі:

3) Визначаємо об'єм і вагу умовного фундаменту «паля ростверк ґрунт»:

4) Визначаємо середній тиск під підошвою умовного фундаменту:

5) Визначаємо опір ґрунту основи на рівні підошви умовного фундаменту:

коефіцієнти умови роботи, які приймаємо за ([2], стр. 8, таблиця № 3). Вони становлять:

при

коефіцієнти, які приймаємо

ширина підошви умовного фундаменту,

коефіцієнти, які приймаємо за ([2], стр. 9, таблиця № 4).

Вони становлять (при):

розрахункове значення умовного зчеплення.

середнє розрахункове значення умовної ваги грунтів, які залягають нижче підошви умовного фундаменту. Приймаємо .

теж саме, які залягають вище підошви фундаменту. Приймаємо

Тоді отримаємо:

6) Виконуємо перевірку попередньої умови при розрахунку основи по деформаціям:

Попередні умови розрахунку основи за деформаціями виконується:

.

7) Визначаємо потужність стиснутої товщі основи.

Потужність стиснутої товщі під підошвою умовного фундаменту складає:

де

за відношенням

за ([3], стр. 19, табл. 2.3) становить: .

8) Визначаємо середньозважене значення модуля деформації в межах стиснутої товщі основи.

Середньозважене значення модуля деформації становить:

9) Визначаємо осідання основи за формулою:

10) Перевіряємо умову розрахунку основи за деформаціями :

.

Отже умова виконується.

Розрахунок фундаменту у витрамбуваних котлованах

1. Приймаємо діаметр свердловини фундаменту, об'єм витрамбованого щебеню складає, ,, вага трамбівки —, діаметр трамбівки — 0,4 м

2. Глибину закладання ростверку приймаємо з конструктивних міркувань рівною .

3. Висоту фундаменту приймаємо, весь фундамент знаходиться у шарі 2 — глина. Схема прийнятого фундаменту зображена на рисунку.

4. Визначаємо параметри розширення:

Визначаємо радіус розширення за формулою

Коефіцієнт ущільнення щебеню в розширенні kd розраховують за формулою

— коефіцієнт, який визначають за табл. 4.10 залежно від діаметра фракції жорсткого матеріалу (щебеню), в нашому випадку

— кількість засипок для витрамбовання розширення більше однієї.

будівництво фундамент свердловина навантаження

де

Співвідношення осей визначаємо за формулою

Площа поперечного перерізу розширення Аbr

Визначаємо параметри зони ущільнення: Радіус ущільненої зони грунту

— діаметр розширення,

— коефіцієнт активної пористості,

— мінімальне значення ,

— коефіцієнт активної пористості на межі зони достатнього ущільнення, що розраховується за формулою:

Товщина ущільненої зони

Площа поперечного перерізу ущільненої зони

5. Визначаємо несучу здатність основи за несучою здатністю жорсткого матеріалу:

6. Визначаємо несучу здатність основи за несучою здатністю ущільненого шару грунту:

— периметр поперечного перерізу фундаменту в його середній частині

— розрахунковий опір ущільненого грунту під розширенням, визначаємо за табл.1 ,

— розрахунковий опір грунту за бічною поверхнею нахиленої частини фундаменту, кПа, визначаємо згідно [3], стр. 7,8, табл. 1,2

Отже, отримаємо

7. Визначаємо несучу здатність основи за несучою здатністю шару, який підстеляє ущільнену зону:

— - розрахунковий опір ущільненого грунту під розширенням

—, ,

Отже отримаємо:

Тоді отримаємо:

Розрахункове навантаження на фундамент дорівнює

8. Кількість паль у кущі буде дорівнювати:

Приймаємо 2 палі.

9. Конструювання ростверку.

Конструювання ростверку виконуємо виходячи з мінімальної відстані між палями, тобто. Тоді розміри ростверку становлять:

.

.

10. Визначення фактичного розрахункового навантаження на палю.

Розрахунок виконуємо за формулою:

Умова розрахунку виконана.

Визначаємо осідання фундаменту за методом Розінфельда

1. Визначаємо вагу умовного фундаменту:

.

2. Середній тиск під підошвою умовного фундаменту:

.

Розрахунковий опір ґрунту основи складає

Попередня умова розрахунку основи за деформаціями виконана:

Потужність стиснутої товщі під підошвою умовного фундаменту складає:

де

при відношенні за ([3], стр. 19, табл. 2.3) становить: .

Середньозважене значення модуля деформації становить:

Визначаємо осідання основи за формулою:

Перевіряємо умову розрахунку основи за деформаціями :

.

Отже умова виконується.

6. Техніко-економічне порівняння розрахованих фундаментів

Таблиця III Окремо стоячий фундамент на природній основі

Таблиця IV Фундамент на забивних призматичних палях

Таблиця V Фундамент у пробитих свердловинах

Отже за затратами варіант улаштування фундаменту у пробитих свердловинах виявився найкращим.

Фундамент у пробитих свердловинах (переріз ІІ-ІІ)

Розрахунок ведемо так само як і для перерізу I-I

Пункти 1−8 — дивись раніше.

7. Кількість паль у кущі буде дорівнювати

Приймаємо 2 палі, з умови дії кранового навантаження на фундамент.

Конструювання ростверку.

Конструювання ростверку виконуємо виходячи з мінімальної відстані між палями, тобто. Тоді розміри ростверку становлять:

.

.

11. Визначення фактичного розрахункового навантаження на палю.

Розрахунок виконуємо за формулою:

Умова розрахунку виконана.

1. Визначаємо осідання фундаменту за методом Розінфельда Визначаємо вагу умовного фундаменту:

.

2. Середній тиск під підошвою умовного фундаменту:

.

Розрахунковий опір ґрунту основи складає

Попередня умова розрахунку основи за деформаціями виконана:

Потужність стиснутої товщі під підошвою умовного фундаменту складає:

де

при відношенні за ([3], стр. 19, табл. 2.3) становить: .

Середньозважене значення модуля деформації становить:

Визначаємо осідання основи за формулою:

Перевіряємо умову розрахунку основи за деформаціями :

.

Отже умова виконується.

8. Врахування нерівномірності осідань фундаментів

Умова виконується, фундамент влаштований вірно!

10. Технологія влаштування фундаменту у пробитих свердловинах із розширенням нижньої частини із втрамбованого щебню

У районах з поверхневою товщею слабких, водонасичених грунтів під якими залягають щільні грунти, особливо при високому рівні грунтової води, фундаменти неглибокого закладання виявляються нераціональними, а застосування паль, як правило, дає значний економічний ефект і дозволяє зменшити обсяг земляних робіт, знизити питому вагу ручної праці в процесі будівництва фундаментів, а також забезпечує надійність роботи споруди в цілому.

ФПС влаштовують пробиванням свердловин у грунті циліндричною трамбівкою діаметром 0,4−0,6 м, масою 3−6т або забивними штампами з наступним заповненням їх бетоном, залізобетоном, грунтобетоном, сумішшю щебеню та глини тощо. Для збільшення опору вертикальному навантаженню в нижній частині влаштовується розширення з втрамбованого щебню. В розширення можна втрамбувати 1−2м3 щебня. Втрамбовуємо порціями по 0,25 м³. В залежності від стану грунту змінюється форма ядра. Габаритні розміри фундаментів у пробитих свердловинах: діаметр стовбура bm=400−800мм; діаметр розширення dbr=700−1200мм; висота фундаменту hk=1,5−10м (іноді до 20м).

Література

1. ДСТУ Б.В.2.1−2-96 (ГОСТ 25 100−95). Ґрунти. Класифікація;

2. СНиП 2.02.01−83. Основания зданий и сооружений;

3. СНиП 2.02.03−85. Свайные фундаменты;

4. СНиП 2.01.07−85. Нагрузки и воздействия;

5. Фундаменти будівель і споруд. Винников Ю. Л., Муха В. А., Яковлев А. В., та інші. Київ. 2002.;

6. Методичний довідник до виконання курсових та дипломних проектів. Винников Ю. Л. 1995.;

7. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01−83). М.: Стройиздат, 1986.;

8. СНиП 2.01.01−82. Строительная климатология.