Проектування фундаментів будівлі

Проектування фундаментів будівлі

В ході розробки курсового проекту необхідно розрахувати два типи фундаментів: мілкого закладення і пальовий.
Для фундаментів дрібного закладення проводяться розрахунки: визначення фізико-механічних властивостей грунтів, оцінка грунтових умов будівельного майданчика, розрахунок розмірів і вибір варіантів фундаментів, розрахунок основ за деформаціями, розрахунок опади.
Для розробки пальових фундаментів: розрахунок розмірів ростверків, визначення опади пальових фундаментів, підбір обладнання для занурення паль і розрахунковий відмову.

Аналіз конструктивного рішення споруди

1.1 Вивчення особливостей об'ємно – планувального рішення та технологічного процесу в будівлі
відповідно До завданням необхідно запроектувати фундаменти під житловим 6-ти поверховим будинком коридорного типу з неповним поперечним каркасом в місті Горький.
Зовнішні стіни будівлі виконані з цегляної кладки питомою вагою = 18 кН/м3, товщина стін = 51 див. Внутрішні перегородки з гіпсокартонних панелей товщиною 80 мм, в два шари.
Внутрішній поперечний каркас із збірних з/б колон перетином 40х40 см і ригелів перерізом 54х30 див.
Міжповерхові перекриття з крупноразмерного ж/б настилу (вага 1 м2 настилу 2,8 кН).
У будинку між осями 1 – 3 розташований підвал, під іншою частиною будівлі підвал відсутній, позначка підлоги в підвалі – 2,8 м.
Габаритні розміри будівлі – 15 000 х 36 000 х 19 600 (мм), прольоти – 6 000 3 000 мм.
1.2 Визначення ступеня відповідальності будівлі
За ступенем відповідальності виділяють 3 класу об'єктів:
Клас I - будівлі і споруди, що мають народногосподарське призначення, а також соціальні об'єкти, що потребують підвищеної надійності (ТЕС, АЕС, телевежі і. т. д.);
Клас III - складські будівлі (без процесу сортування і упаковки), одноповерхові житлові будівлі, тимчасові будівлі і споруди;
Клас II - промислові та цивільні будівлі, що не входять до класів I і III, з коефіцієнтом надійності за призначенням = 0,95.
Даний житловий будинок відноситься до II класу відповідальності.
1.3 Оцінка жорсткості будівлі
Всі будівлі по жорсткості і характером деформацій поділяються на абсолютно жорсткі, абсолютно гнучкі і кінцевої жорсткості.
Проектируемое будинок відноситься до будівель кінцевої жорсткості, а тому высокочувствительно до нерівномірним опадів. Будівля при нерівномірному стисканні підстави може отримати додаткові зусилля в конструкціях, які не зможуть повністю їх сприйняти, може відбутися зміщення конструкції, викривлення та ін.
При визначенні RО (розрахункового опору грунту по ф.7 [1]), коефіцієнт умов роботи приймається за таб.3 [1], як споруди кінцевої жорсткості, не розраховується спеціально на сприйняття додаткових зусиль від деформації підстави.
Згідно з дод.4 [1] граничні деформації підстави для фундаментів розглянутого будівлі: максимальна осадка Smax= 10 см

Заходи щодо зниження чутливості будівлі до нерівномірних деформацій:

1) Збільшення жорсткості за рахунок застосування жорстких з'єднань несучих конструкцій;
2) проектування споруд компактних в плані без виступів їх прибудов;
3) для вирівнювання тисків внутрішні стіни рекомендується робити наскрізними на всю ширину або довжину будівлі, простінки і отвори робити однакової ширини і висоти, розподіляючи їх рівномірно, поздовжні і поперечні стіни розташовувати симетрично;
4) влаштування монолітних фундаментів;
5) використання армованої кладки і залізобетонних армованих поясів.

Оцінка інженерно – геологічних умов і властивостей ґрунту

Класифікація та оцінка стану ґрунтів проводиться в результаті зіставлення їх фізичних і механічних характеристик з класифікаційними, наведених у нормативних документах. Таке зіставлення дозволяє оцінити властивості ґрунтів і виявити можливість їх використання в основі споруди.
В завданні на курсовий проект є паспорт грунтів будівельного майданчика, в якому зазначені нормативні значення основних показників фізичних властивостей грунтів, визначених у лабораторних умовах. найменування грунту потужність шару, м Початкові фізичні характеристики грунту
Питома вага, кН/м3 Вологість
Природний частинок ґрунту Природна на межі текучості на межі розкочування
1. Ґрунтовий шар 0,3 15,6 - - - -
2. Глина 3,1 19,6 27,1 0,28 0,54 0,22
3. Мул із вмістом рослинних залишків 3 16,1 25,7 0,42 0,32 0,18
4. Пісок середньої крупності ... 19,1 26,6 0,22 - -
Глибина залягання ґрунтових вод 4,2 метра від поверхні землі

Дані геологічних вишукувань по вихідним фізичних характеристик грунтів:
2.1 Додаткові фізичні характеристики ґрунтів:
· Число пластичності: . Використовується для класифікації пилувато-глинистих грунтів по [1, табл. 1 дод. 1].
· Показник плинності (консистенції): . Оцінює глинисті грунти відповідно з [1, табл. 2 дод. 1].
· Коефіцієнт пористості: . Використовується для оцінки щільності складання пісків по [1, табл. 3 дод. 1]. Підрозділяє мулисті грунти по [1, табл. 4 дод. 1].
· Ступінь вологості: де – питома вага води ( ). За цим показником класифікуються крупнооб-ломочные і піщані грунти [1, табл. 7 дод. 1], а також деякі пилувато-глинисті грунти.
Знайдені фізичні характеристики ґрунтів записуються в таблицю 1 в стовпці 2, 3, 4, 5.
1. Ґрунтовий шар – не придатний = > немає показників.
2. Глина: ; ; ; .
3. Мул із вмістом рослинних залишків:
;
;
4. Пісок середньої крупності: ; ;
; .
2.2 Механічні характеристики грунтів
Відповідно до вказівок СНиП 2. 02. 01 – 83 за дод. 1 визначають:
φ – кут повороту ґрунту;
С – питоме зчеплення ґрунту;
Е – модуль деформації ґрунту.
Для піщаних грунтів φ, С і Е визначають за [2, табл. 1 дод. 1] в залежності від е.
Для пилувато-глинистих грунтів φ, визначають за [2, табл. 2 дод. 1] в залежності від IL і е; Е – по [2, табл. 3 дод. 1] в залежності від IL і е, а також від походження і віку грунтів.
В [1, табл. 6 дод. 1] наведено підрозділ ґрунтів по Е.
Знайдені механічні характеристики грунтів записуються в таблицю 1 в стовпці 6, 7, 8.
2.3 Визначення умовного розрахункового опору грунту R0
Для попередніх розрахунків R0 перебуває з урахуванням фізичних характеристик грунтів за таблицями додатка 3 [3]. Проміжні значення R0 для пилувато-глинистих грунтів знаходяться шляхом подвійного інтерполяції за формулою:
де е, IL – характеристики ґрунту, для якого визначається значення R0;
е1, е2 – сусідні значення коефіцієнта пористості в інтервалі, між якими знаходиться значення е для розглянутого ґрунту;
R0 (1. 0) і R0 (1. 1) – табличні значення R0 для е1 відповідно при IL = 0 і IL = 1; R0 (2. 0) і R0 (2. 2) – те ж для е2;
Крім того, можна R0 визначити за формулою (7) СНиП 2. 02. 01. – 83, приймаючи ширину підошви фундаменту b = 1 м.
Значення R0 записуються в таблицю 1 в 9 стовпець.
1. Ґрунтовий шар – не придатний = > немає показників.
2. Глина: - по 2, додаток 3, таблиці 2
3. Мул із вмістом рослинних залишків не придатний = > немає показників.
4. Пісок середньої крупності:
 
2.4 Безпосередня оцінка кожного з грунтових шарів
У курсовій роботі непридатними в якості природних підстав вважаються грунти:
- грунтові, мули, торфи, заторфованные грунти, пухкі піски;
- пилувато-глинисті грунти в текучою та текучепластичной консистенції і з коефіцієнтом пористості у супісків е > 0,7; суглинків е > 1; глин е > 1,1;
- сильносжимаемые грунти;
- грунти з R0 ≤ 100 кПа.

Можливість використання слабких грунтів як підстав з'ясовується тільки за результатами додаткових досліджень і застосування заходів щодо штучного поліпшення грунтів будівельного майданчика.
В курсовій роботі непридатним в якості природної основи є ґрунтовий шар і мул із вмістом рослинних залишків (ненадійні грунти). За результатами розрахунків для кожного шару ґрунту робиться висновок і записується в 10 стовпець таблиці 1.
Глина: напівтвердий (0 < IL=0,19 < 0,25), (е=0,77 < 1), слабосжимаемая (Е=30МПа), R0 = 400 кПа > 100кПа. Даний грунт задовольняє всім умовам і може бути використаний в якості природної основи (надійний грунт).
Пісок середньої крупності: середньої щільності (е=0,699), насичений водою (SR=0,84), слабосжимаемый (Е=30МПа), R0 = 400 кПа > 100кПа. Даний грунт задовольняє всім умовам і може бути використаний в якості природної основи (надійний грунт).
2.5 Загальна оцінка будівельного майданчика
Будівельний майданчик характеризується горизонтальним заляганням пластів грунту. Є один витриманий рівень грунтових вод на глибині 4,2 м.
Як показує аналіз (див. таб. 1 – додаток 1) в якості несучого шару потрібно використовувати пісок середньої крупності, проходячи слабкі, непридатні ґрунтовий шар і мул із вмістом рослинних залишків. Також ми проходимо глину, яка може бути використана в якості підстави, але це не раціонально, тому що вона розташовується на невеликій глибині, а зверху і знизу неї розташовуються слабкі грунти.
2.6 Вибір можливих варіантів фундаментів
Вибір варіантів фундаментів і їхніх основ розглянемо для перерізу III-III, має підвал та має найбільш невигідне поєднання навантажень (див. завдання).
Для даних інженерно-геологічних умов і конструкцій будівлі розглянемо наступні варіанти

фундаментів і підстав:

1. Фундамент мілкого закладення на природній основі (несучий шар пісок середньої крупності).
2. Фундамент із забивних висячих паль, що спираються на пісок середньої крупності.

3. Фундамент мілкого закладення на природній підставі
3.1 Визначення раціональної глибини закладення фундаменту
На вибір глибини закладення фундаменту впливають наступні фактори:
ü інженерно – геологічні та гідрогеологічні умови будівельного майданчика;
ü кліматичні умови району будівництва;
ü конструктивні особливості проектованої будівлі.
У кожному з цих випадків глибина закладення визначається за своїми правилами, які будуть розглянуті нижче. Головне, щоб глибина закладення була мінімальною (тобто зводиться до мінімального обсягу земляних робіт, спрощується водовідлив, знижується небезпека расструктуривания грунтів нижче дна котловану і. т. д.).

3.1.1 Кліматичні фактори
1) Нормативна глибина сезонного промерзання ґрунту - (2, п. 2.27, формула 2). З СНиП 23-01-99 «Будівельна кліматологія», таблиця 3 визначаємо , як суму абсолютних значень середньомісячних негативних температур за зиму в даному районі.
- для Нижнього Новгорода (колишній Горький);
- для пісків (2, п. 2.27).
.
2) Розрахункова глибина сезонного промерзання - (2, п. 2.28, формула 3)
- табличний коефіцієнт, враховує вплив теплового режиму споруди, що приймається для зовнішніх і внутрішніх фундаментів неопалюваних споруд kh = 1,1, крім районів з негативною середньорічною температурою; для опалювальних від 0,4-1, в залежності від t в приміщенні, наявності підвалу і конструкції підлоги.
3.1.2 Інженерно-геологічні фактори
Нижче межі промерзання глина не може служити природним підставою, так як далі йде непридатний грунт – мул із вмістом рослинних залишків. Пісок середньої крупності може служити надійним природним підставою. Тому фундамент, прорізаючи непридатні шари буде заглиблюватися у придатний шар (пісок середньої крупності) на 10 див.
 
0,3 м – висота ґрунтового шару,
3,1 м – висота шару глини,
3,0 м – висота шару мулу із вмістом рослинних залишків,
0,1 м – величина заглиблення в несучий шар.
3.1.3 Конструктивні особливості
 

Глибина закладення фундаменту призначається з урахуванням його висоти, яка повинна бути достатньою з умови міцності. При наявності підвалу мінімальна глибина закладення підошви фундаменту від рівня планування визначається по 1, п. 4.1.3, формула 7:
 
де – глибина підвалу ;
– висота плитної частини фундаменту ;
– товщина конструкції підлоги підвалу .
    
, тому глибина закладення фундаменту буде = 6,5 м.
Звідси випливає, що кількість ФБС по 0,6 м дорівнюватиме 10 штук, т. к. 0,3 м - 1шт і 0,3 м – товщина 1 ФБС (подушки). Блоки виступати над землею не будуть.
Креслимо конструктивну схему фундаментів дрібного закладення.
 
Рис. 1. Конструктивна схема фундаменту
;
;
Остаточна глибина закладення .
3.2 Попереднє визначення розмірів підошви фундаменту
Вибираємо найбільш навантажене розтин. Це перетин II – II з підвалом. На обріз фундаменту в цьому перерізі діє вертикальна навантаження .

3.2.1 Визначення необхідної площі підошви фундаменту
Площа фундаменту спочатку визначається за наближеною формулою (з урахуванням дії тільки вертикальних сил на обріз фундаменту) з 1, п. 4. 2. 1, формула 12:
 
де – розрахункове навантаження на фундамент в рівні його обріза (при розрахунку за деформаціями) ;
– умовне розрахункове опір грунту під підошвою фундаменту (під підошвою фундаменту знаходиться пісок середньої крупності, для якого (див. табл. 1));
- глибина закладення фундаменту = 6,5 м;
– середня питома вага матеріалу фундаменту і грунту, розташованого на його обрезах ( .
   

Перевірка виконання умов

Для стрічкового фундаменту: , тобто приймаємо ФО 32,12 – 3200х1180х500 мм (у відповідність з 1, дод.2, табл. 1). Для стрічкового фундаменту розрахунок ведеться на 1 м довжини. Після підбору необхідних розмірів підошви (bЧl) проводиться підбір стандартних блоків. Вибираємо ФБС з b = 600 мм і h = 600 мм, l = 1 м. Матеріали фундаментів вибираються відповідно з матеріалами основних конструкцій споруди. Матеріал фундаментів, марки розчинів і бетону можна вибрати залежно від класу споруди, ґрунтів підстави і розрахункової температури зимового повітря.
У КП застосовується стрічковий збірний фундамент під стіни. Такі фундаменти можуть бути монолітними (бут, бутобетон, бетон) у вигляді жорсткої конструкції східчастої форми, що складаються з залізо-бетонних плит і стінових бетонних блоків або панелей. Збірні - фундаментні залізобетонні плити виготовляють суцільними (табл. 1, дод. 2[1]) або ребристими (при великих навантаженнях). Для зниження матеріаломісткості фундаменту і поліпшення роботи в контакті з грунтом застосовують залізобетонні плити з вирізами в кутах (коли ширина плит збігається з розрахунковою шириною, отриманої в пункті 4. 1), або встановлюють переривчасті стрічкові фундаменти (на хороших грунтах), коли ширина типової плити більше розрахункової.
Рис.2. Розрахункова схема для визначення навантажень на підставу

3.2.3 Перевірка тисків по підошві фундаменту
I наближення:
Визначаємо розрахунковий опір ґрунту за формулою (7) [2]:
;
де дс1 і дс2 - коефіцієнти умов роботи, які приймаються за табл. 3 [2]; ; визначаємо співвідношення між довжиною та висотою будівлі , далі интерполируем: ;
- коефіцієнт, що приймається рівним: , якщо міцнісні характеристики грунту (j і с) визначено безпосередніми випробуваннями, і , якщо вони прийняті за таблицями 1 - 3 рекомендованого додатка 1 [2]; ;
- коефіцієнти, прийняті за табл. 4 [2], для величин не зазначених у таблиці, обчислюються шляхом інтерполювання;

kz - коефіцієнт, що приймається рівним: при b < 10 м - kz = 1;
b - ширина підошви фундаменту = 3,2 м;
gII - осредненное розрахункове значення питомої ваги грунтів, які залягають нижче підошви фундаменту (за наявності підземних вод визначається з урахуванням вісового дії води), кН/м3
 
- те ж, що залягають вище підошви
 
сІІ - розрахункове значення питомої зчеплення грунту, що залягає безпосередньо під підошвою фундаменту, кПа ;
d1 - глибина закладення фундаментів безпідвальних споруд від рівня планування або наведена глибина закладення зовнішніх і внутрішніх фундаментів від підлоги підвалу, визначається за формулою:
 
де - товщина шару грунту вище підошви фундаменту з боку підвалу, м: ;
- товщина конструкції підлоги підвалу, м;
- розрахунковий опір питомої ваги конструкції підлоги підвалу, кН/м3;
     
d - відстань від рівня планування до підлоги підвалу, м (для споруд з підвалом шириною B £ 20 м і глибиною понад 2 м приймається db=2 м, при ширині підвалу B > 20 м - db=0) db=2 м.
Зробимо перевірку, для цього необхідно визначити та перевірити виконання наступних умов:
 
Р - середній тиск під підошвою фундаменту від навантажень для розрахунку основ за деформаціями;
Рмах – максимальне крайовий тиск під підошвою фундаменту;
Рміп – мінімальне крайовий тиск під підошвою фундаменту;
R – розрахунковий опір грунту основи, обчислене за формулою (7)[2] для вибраної ширини bf і глибини df закладання фундаменту.
Спочатку уточнюємо величини навантажень на підставу (вважаємо що, вага фундаментної балки спираються на неї стін був врахований при визначенні навантажень на обріз фундаменту, наведених у приміщенні). Тоді вага фундаменту з подбетонка:
 
де - обсяг фундаменту;
- питома вага матеріалу фундаменту (для залізобетону ).
  
Вага грунту на обрезах фундаменту:
- вага грунту ліворуч,
- вага грунту праворуч,
де - обсяги ґрунту відповідно зліва і справа фундаменту;
- осредненное розрахункове значення питомої ваги грунтів, залягаючих вище підошви фундаменту.
 
 Обчислимо максимальне і мінімальне крайовий тиск під підошвою фундаменту:

де W – момент опору площі підошви фундаменту відносно осі, перпендикулярної площині дії моменту:
 
M – момент від активного тиску ґрунту:
 
де с – відстань від вертикальної осі до навантаження, прикладеної до подушці:
hg – висота фіктивного шару ґрунту:
 
a – відстань від активного тиску ґрунту до низу підошви:
 
Ea – активний тиск ґрунту:
 
– напруга на поверхні ґрунту:
;
– напруга на висоті hs від підошви:
 

Перевіряємо виконання умов:
 
 

Умови повинні задовольнятися до необхідної економічністю. Так при влаштуванні монолітного фундаменту допускається недовантаження 5 - 10%.
 

Умови виконуються, але найбільш невигідне з умов – перше, але 68,7% > 10%, отже, вибраний розмір підошви не підходить. Необхідно зменшити розмір підошви і провести обчислення з новою величиною (II наближення).
II наближення:
Нехай розміри боку підошви фундаменту будуть: ФО 24,12 – 2400х1180х500 мм (у відповідність з 1, дод.2, табл. 1).
Визначаємо розрахунковий опір ґрунту за формулою (7) [2]:
  
Перевіряємо виконання умов:
 
; > 10%
Усі умови виконуються і найбільш невигідне з умов – друге, вибраний розмір підошви підходить. Приймаємо b=2400 мм, h=500 мм

4. Розрахунок основ фундаменту по граничним станам
Підстави повинні розраховуватись за двома групами граничних станів: у першій – по несучій здатності і по другий – за деформаціями.
Розрахунок будівельних конструкцій та основ у нашій країні ведуть методом граничних станів.
Якщо нормальна експлуатація споруди неможлива при вичерпанні грунтом міцності, то досягається граничний стан підстави за несучої здатності (перше граничне стан). Якщо деформації підстави виявляються надмірними для надземних конструкцій (при напругах менше межі міцності грунту), то досягається граничний стан основи за деформаціями (друге граничне стан).
Метою розрахунку основ за граничними станами є уточнення попередньо прийнятих розмірів фундаменту такими межами, при яких гарантується міцність, стійкість і тріщиностійкість конструкцій, включаючи загальну стійкість споруди, а також нормальна експлуатація підземних конструкцій при будь-яких можливих навантаженнях і впливах.
Підстави розраховуються за деформацій у всіх випадках і не просто здатності (у випадках, зазначених у п. 2.3[1]).
4.1 Розрахунок основи за деформаціями (II група граничних станів)
Розрахунки основ за деформаціями виробляють виходячи з теорії лінійно-деформівного середовища (теорії пружності).
Метою розрахунку основ за II групою граничних станів (за деформаціями) є обмеження абсолютних переміщень фундаментів і підземних конструкцій такими межами, при яких гарантувалася б нормальна експлуатація споруди і не знижувалася б його довговічність.
Розрахунок абсолютної опади фундаменту S:
Розрахунок зводиться до задоволенню основного умови ,
де S – спільна деформація основи і споруди, що визначається розрахунком;
SU – граничне значення спільної деформації основи і споруди, встановлюваного [2, дод. 4].
Розрахунок осідання основи виробляємо методом пошарового підсумовування, згідно з додатком 2[1], т. к. м і в основі немає грунтів з МПа.
Сутність методу полягає в наступному: основу розбивається на елементарні шари; у межах стисливої товщі визначається кожного шару осаду від додаткових вертикальних напруг; потім опади всіх елементарних шарів підсумовуються.
Результати розрахунку представлені в таблиці 2, де:
Порядок розрахунку:
1) Для побудови епюр σzр і σ zg грунт на розрізі будівельного майданчика, що розташований нижче підошви фундаменту, розбивається на елементарні шари висотою hi , так, щоб виконувалася умова:
товщина елементарного шару, приймається з умови , при
2) Визначають вертикальні напруження від власної ваги грунту σzgi на межі i – го шару, що залягає на глибині zi за формулою (на рівні підошви фундаменту), т. к. пісок середньої крупності: середньої щільності, слабожимаемый і не є водоупором, то вага частині шару піску, розташованого нижче УГВ, буде розраховуватися з урахуванням вісового дії води: .

Результати розрахунку заносимо в графу 4 таблиці 2.
3) Знаходять додаткові вертикальні напруження від зовнішнього навантаження на глибині zi під підошвою фундаменту (по вертикалі, що проходить через центр підошви фундаменту):
,
де
коефіцієнт визначається за табл.1 дод. 2[1] в залежності від : ; ... ...

Значення ξ, α, σzpi заносимо в таблицю 2 в графи 6, 7 та 8 відповідно.
4) Нижня межа стисливої товщі основи умовно знаходиться на глибині Z = Нс, там, де σzр = 0,2 σzg, якщо модуль деформації цього шару або залягає безпосередньо під цією кордоном більше або дорівнює 5 МПа.
Z = 8,1052 м, що відповідає точці перетину.
Нс можна визначити графічно як точку перетину епюр σzр і 0,2 σzg , побудованих в масштабі.
5) середнє значення вертикального напруження від зовнішнього навантаження в кожному i – тому шарі ґрунту: :
 
6) Повне осідання основи визначається як сума осад окремих шарів в межах стисливої товщі за формулою:
 
де β – безрозмірний коефіцієнт, що враховує умовність розрахункової схеми, приймається рівним 0,8.
 
Отримані значення записуються у графі 10 таблиці 2. Таблиця 2 – дивіться додаток 2.
7) Гранично допустима осадка для даної будівлі визначається за дод.4[1]:
див.
Таким чином, основна умова розрахунку фундаменту по деформаціям задоволено:
 
Рис. 3. Розрахункова схема до визначення осадки методом пошарового підсумовування
4.2 Розрахунок основ за несучої здатності (I група граничних станів)
Метою розрахунку основ за несучою здібності є забезпечення міцності і стійкості підстав, а також недопущення зрушення по підошві фундаменту і його перекидання.
Розрахунок основ за несучою здібності проводиться лише за певних умов навантаження, а також при несприятливих інженерно-геологічних умов майданчика будівництва п. 2.3[2].
У КР такий розрахунок виконується в обов'язковому порядку (у навчальних цілях) для одного з фундаментів на природній основі.
Метою розрахунку основ за несучою здібності є забезпечення міцності і стійкості підстав, а також недопущення зрушення по підошві фундаменту і його перекидання.
Розрахунок основ за несучою здібності повинен проводитися на основне сполучення навантажень, а при наявності особливих навантажень та впливів — на основне і особливе поєднання.
Несуча здатність підстави вважається забезпеченою при виконанні однієї з умов залежно від способу розрахунку:
а) при використанні аналітичних методів розрахунку:
  
б) при розрахунку на зрушення по підошві фундаменту:
 
в) при розрахунку графоаналітичним методом круглоцилиндрических поверхонь:
  
де F – розрахункова навантаження на підставу,
γc – коефіцієнт умов роботи, що залежить від виду грунту основи,
γn – коефіцієнт надійності за призначенням споруди,
FS,a – рухають сили,
FS,R – утримують сили,
k – коефіцієнт стійкості, який представляє собою співвідношення сумарного моменту сдвигающих сил до сумарного моменту утримуючих сил для обраної круглоцилиндрической поверхні ковзання.
Втрата стійкості підстави відбувається в тих випадках, коли напруження в грунтах перевищать їх опору зсуву. При цьому вважається, що нормальні і дотичні напруження σ і τ по всій поверхні ковзання досягають значення відповідного граничного рівноваги, обчисленому за формулою Кулона — Мора:
  
де і — відповідно розрахункові значення кута внутрішнього тертя і питомого зчеплення ґрунту.
Можливі різні схеми втрати стійкості (руйнування) підстави:
а) Плоский зрушення по підошві фундаменту або слабкому прошарок.
б) Глибокий зрушення з утворенням поверхонь ковзання, що охоплюють фундамент і примикає до нього масив грунту.
При виборі схеми втрати стійкості (а значить і методу розрахунку) слід враховувати характер навантажень і їх рівнодіючої (вертикаль, нахил, ексцентриситет); форму фундаменту (стрічковий, прямокутна тощо); характер підошви фундаменту (горизонтальність, нахил); наявність зв'язків фундаменту з іншими елементами будівлі або споруди, що обмежують можливість втрати стійкості; характеристику підстави — вид і властивості ґрунтів (їх стабілізовану або нестабілізована стан), однорідність геологічної будови, наявність і нахил шарів і слабких прошарків, наявність укосів ґрунту поблизу фундаменту і пр.
 

Підстави стрічкового фундаменту слід перевіряти на стійкість тільки в напрямку короткої сторони (ширини) фундаменту, а з прямокутного, квадратного і круглого — в напрямку дії моменту або нахилу рівнодіючої (напрями її горизонтальної складової).
1) Визначаємо стан несучого шару ґрунту згідно п. 2.61 [2].
У нестабилизированном стані знаходяться повільно уплотняющиеся пилувато–глинисті і біогенні ґрунти зі ступенем вологості SR > 0,85 і коефіцієнтом консолідації . Сила граничного опору основи для даних грунтів повинна визначатися з урахуванням надлишкового тиску в паровій воді U, обчисленого методами фільтраційної консолідації грунтів.
Для водонасичених грунтів, мають показник консистенції IL < 0,5, допускається не визначати коефіцієнт консолідації і не враховувати можливість виникнення нестабілізованого стану грунтів (тобто вважати їх стабілізованими).
Інші види грунтів вважаємо в стабілізованому стані.
Так як несучий шар –пісок середньої крупності зі ступенем вологості SR=0,84, отже, грунт знаходиться в стабілізованому стані, коли напруга σ цілком сприймається скелетом грунту.
2) Оцінюємо навантаження:
3) Визначаємо несучу здатність основи, так як стан грунту стабілізовану і , перевіряють можливість виникнення глибокого зсуву за формулою 11 [2].
,
де коефіцієнт умов роботи для пісків пилуватих, а також пилувато-глинистих ґрунтів в стабілізованому стані дорівнює 0,9;
коефіцієнт надійності за призначенням споруди, що приймається для будівель і споруд II класу - .
, кПа;
– вертикальна складова сили граничного опору основи, визначається за формулою 16 [2], кПа,
,
де і - відповідно наведені ширина і довжина фундаменту, м, обчислені за формулами:
;
, т. к.
безрозмірні коефіцієнти несучої здатності, визначаються за таблицею 7 [2] в залежності від розрахункового значення кута внутрішнього тертя грунту φI і кута нахилу до вертикалі δ рівнодіючої зовнішнього навантаження на підставу F в рівні підошви фундаменту ;
коефіцієнти форми фундаменту ;
; ;
і - розрахункові значення питомої ваги грунтів, кН/м3, що знаходяться в межах можливої призми випирання відповідно нижче і вище підошви фундаменту (за наявності підземних вод визначаються з урахуванням вісового дії води);
с1 - розрахункове значення питомої зчеплення грунту, кПа;
; ; .
Далі перевіряємо виконання умови формула 11[2]:
Перевіримо чи виконується умова:
; ,
Умова виконується несуча здатність підстави забезпечена.
4.3 Перевірка слабкого підстильного шару
Перевірка необхідна, коли в основі фундаменту на деякій глибині залягає шар слабкого грунту, фізико-механічні характеристики якого і величина R значно менше, ніж у несучого шару ґрунту, для якого визначені розміри підошви фундаменту. У цьому випадку наближеним розрахунком згідно з [3, п. 2.48, формула (9)] з'ясовують можливість розвитку зон пластичних деформацій у межах шару слабкого грунту, тобто дотримання принципу лінійної деформированности підстави за умовою: .
В даному КП така перевірка не потрібна, оскільки фундамент заглиблений у суглинок і нижче нього інших грунтів немає.

5. Пальовий фундамент
 

В Україні відомо понад 150 видів паль, які класифікуються за матеріалом конструкції, виду армування, способу виготовлення і занурення, за характером роботи в грунті.

В даний час в будівництві найбільше застосування знайшли такі види паль:
· Палі забивні ж/б, занурювані в грунт в готовому вигляді з допомогою молотів, віброзанурювачів і вибровдавливающих агрегатів;
· Палі оболонки з/б;
· буронабивні Палі, влаштовуються заповненням пробурених свердловин бетонною сумішшю або ж/б елементами.
· Набивні палі, що влаштовуються в свердловинах, утворених ущільненням ґрунту;
Раціональна область застосування різних видів паль визначається в першу чергу інженерно-геологічними умовами будівельного майданчика і характером навантажень передаються від споруди на фундамент.

Пальові фундаменти раціонально застосовувати при великій товщині слабких грунтів, залягаючих зверху (текучепластичных і текучих глинистих грунтів, заторфованих, насипних), а також при високому горизонті ґрунтових вод і при глибокому промерзанні ґрунтів, для зниження трудомісткості, збільшення ступеня механізації робіт нульового циклу і економічної їх доцільності.

У нашому випадку пальовий фундамент приймаємо у вигляді кущів паль, об'єднаних загальним залізобетонним ростверком квадратної форми в плані. Кількість паль у кущі визначає величиною і виглядом навантаження та несучу здатність паль. Приймаємо жорстке сполучення пальового ростверку з палями.
Пальові фундаменти раціонально застосовувати при великій товщині слабких грунтів, залягаючих зверху (текучепластичных і текучих глинистих грунтів, заторфованих, насипних), а також при високому горизонті ґрунтових вод і при глибокому промерзанні ґрунтів, для зниження трудомісткості, збільшення ступеня механізації робіт нульового циклу і економічної їх доцільності.

Глибина закладення ростверку

Ростверк намагаються закласти якомога вище, так як це забезпечує більш економічне рішення.
При встановленні глибини закладення підошви ростверку керуються тими ж міркуваннями, що і при визначенні глибини закладення підошви фундаментів, що зводяться на природному підставі (п 3. 1).
Розрахункова глибина промерзання грунтів, визначена у п 3. 1. 1 -
 
При наявності підвалу ростверк, як правило, слід розташовувати нижче підлоги підвалу і глибину закладення його підошви визначати за формулою:
 
де dn – глибина підвалу (відстань від рівня планування до підлоги підвалу);
hp – висота ростверку;
hcf – товщина конструкції підлоги підвалу;
Висота ростверку під стіни будівлі визначається з конструктивних міркувань
 
Приймаємо ростверк висотою (глибина закладення палі в ростверк ), тоді глибина закладення ростверку буде дорівнює
Рис. 4. Схема визначення глибини закладення ростверку і паль
5.2 Вибір виду і розмірів паль
Згідно СНиП 2.02.03 – 85 (п. 2.2.) палі за характером роботи в грунті поділяють на палі-стійки і палі тертя (висячі). До паль-стояків відносять палі всіх видів, що спираються на скельні грунти, а, крім того, забивні палі на малосжимаемые грунти. До малосжимаемым грунтів відносяться великоуламкові грунти з піщаним заповнювачем середньої щільності і щільним, а також тверді глини з модулем деформації Е > 50 МПа.
Палі, що передають навантаження вістрям і бічною поверхнею на стискувані грунти, називаються палями тертя (висячими).
Довжина палі визначається глибиною залягання шару хорошого ґрунту, в який заглиблюється паля, відміткою закладення підошви ростверку і величиною закладення палі в ростверк. При призначенні довжини палі слабкі грунти (насипні, торф, грунти в текучем і пухкому стані) необхідно прорізати і вістря палі заглиблювати в щільні грунти. При дуже потужної товщі слабких ґрунтів нижні кінці паль залишають у них.
Зазвичай заглиблення палі в великоуламкові гравелисті, крупні та середньої крупності піщані грунти, а також глинисті грунти з показником консистенції IL ≤ 0,1 повинно бути не менше 0,5 м, а інші нескельні грунти – не менше 1 м.
Вибираємо висячу забивну палю із заглибленням у суглинок (IL = 0,46) на 1 м:
Визначивши тип та необхідну довжину палі, вибираємо по сортаменту раціональне перетин і марку палі табл. 1[1(2)]. Вибираємо палю З 6 – 30 довжиною 6 м з розміром поперечного перерізу b=30х30 см і довжиною вістря 0,25 м.
5.3 Визначення розрахункової навантаження, що допускається на палю
Допустиме навантаження на палю визначається з умов роботи палі по грунту і по матеріалу. У розрахунках використовується менше значення розрахункової навантаження, що допускається на палю, отримане по двом умовам.
5.3.1 Визначення розрахункової навантаження, що допускається на палю, по грунту
Розрахункова навантаження Fd, кН, що допускається на висячу забивну палю, визначається за формулою
,
де γc - коефіцієнт умов роботи палі в грунті, приймається γc =1;
R - розрахунковий опір грунту під нижнім кінцем палі, що визначається за табл. 1 [3] за допомогою подвійного інтерполювання, в залежності від виду грунту, його стану і глибини залягання несучого шару, кПа.
кПа;
 
A - площа обпирання палі на грунт, м2 (А = 0,3ּ0,3 = 0,09 м2);
U - зовнішній периметр поперечного перерізу палі, м (U = 0,3ּ4 = 1,2 м);
fi - розрахунковий опір i – го шару ґрунту основи на бічній поверхні палі, кПа, який визначається за табл. 2 [3] в залежності від глибини розташування, виду і стану грунту i - го шару;
Розділимо шар піску середньої крупності, який проходить паля, на шари товщиною < 2м і позначимо їх. Отримуємо наступні шари: 1–ий шар іл h1 = 1,3 м, 2–ий шар іл товщиною h2 = 1,3 м, 3-ій шар – пісок середньої крупності: h3 = 1,9 м, h4 = 1,25 тоді:
     
hi - товщина i - го шару грунту, м;
- коефіцієнти умов роботи ґрунту відповідно під нижнім кінцем і на бічній поверхні палі, враховують вплив способу занурення паль на розрахункові опору ґрунту, що визначаються за табл. 3 [3] в залежності від виду і стану ґрунту,
  
5.3.2 Визначення розрахункової навантаження, що допускається на палю, по опору матеріалу (палі)
Розрахункова навантаження Рс, що допускається на палю, по опору матеріалу для залізобетонної палі визначається у відповідності зі СНиП [4]. У КР застосовані палі з бетону марки В 15 зі стрижневою арматурою (4 стрижня АІ діаметром 12 мм). Розрахункова навантаження Рс (кПа), що допускається на палю (залізобетонну, центрально-стиснутої, прямокутного і квадратного перерізу з симетричним армуванням), з опору матеріалу визначається за формулою:
 
де γ с – коефіцієнт умов роботи палі (ус = 1 при d > 200 мм);
φ – коефіцієнт поздовжнього вигину (для низького ростверку приймається φ = 1);
γb – коефіцієнт умов роботи бетону (для забивних паль γсd = 1);
Rb – розрахунковий опір бетону стиску, що визначається за [4], (Rb = 8,5 МПа);
А – площа поперечного перерізу палі, м2 (А = 0,3ּ0,3 = 0,09 м2);
Rs – розрахунковий опір арматури стиску, визначається за [4], (Rs = 225 МПа) ;
As – площа поперечного перерізу робочої арматури, м2 ( )
;
Несуча здатність висячої палі по грунту менше, ніж за матеріалом (521,6 кПа < 870,7 кПа), отже, в подальших розрахунках використовується найменше із цих значень, тобто N = 521,6 кПа.
5.4 Визначення кількості паль у фундаменті та їх розміщення
Необхідну кількість паль у фундаменті розраховують наближеним способом, припускаючи рівномірний розміщення та передачу навантаження на всі палі у ростверку, з виразу:
де – розрахункове навантаження, що діє по обрізу фундаменту, кН( ) ;
– розрахункове навантаження, що допускається на палю;
а – крок палі, приймається орієнтовно а = 3b (b – велика сторона або діаметр палі) а = 3b = 3ּ0,3 = 0,9 м;
;
dp – глибина закладення підошви ростверку, м (dp = 4,1 м);
    
Поздовжнє відстань між палями повинно бути не більше 1/3,3=0,33 м і кратно 5 см, приймаємо 0,3 м.
пфакт =1/0,3=3,3 паль/м
Приймаємо 3 палі на метр. Палі в центрально навантаженому пальовому фундаменті розташовують рядами або в шаховому порядку. Розташуємо палі в шаховому порядку таким чином, щоб .

Рис. 5. Розміщення паль в плані n=3,3
5.5 Визначення розмірів ростверку
Визначення ширини ростверку
Ширина ростверку залежить від схеми розміщення паль і можливого відхилення при забиванні паль. Відстань від краю ростверку до зовнішньої сторони палі при однорідному їх розміщення
з = 0,3 b + 5см
де b – ширина палі, рівна 30 див.
с = 0,3 b + 5 = 0,3ּ30 + 5 = 14 см 15 см (т. к. має бути кратно 5).
Ширина ростверку bр дорівнює:
bр =h +2с + b = 0,85 +2ּ0,15 + 0,3 = 1,45 м.
Приймаємо ширину ростверку кратною 300 мм, тобто bр=1,5 м.
5.6 Перевірка несучої здатності паль за
Після розміщення палі і отримання розмірів ростверку визначають фактичну розрахункове навантаження на палю N, розглядаючи фундамент як рамну конструкцію, воспринимающую вертикальні і горизонтальні навантаження і згинальні моменти.
Для фундаментів промислових і цивільних споруд з вертикальними палями розрахункове навантаження на палю в площині підошви ростверку допускається визначати за формулою:
,
де – навантаження, що припадає на одну палю у площині підошви ростверку,
.
Mx, My – розрахункові згинальні моменти, кН×м, відносно головних центральних осей х і у плану паль в площині підошви ростверку;
n – кількість паль у фундаменті;
xi, yi – відстань від головних осей до осі кожної палі, м;
В КР , тому формула має вигляд:
 
Визначимо :

При цьому повинна виконуватися умова: , де γk - коефіцієнт надійності, що визначається [4,п. 3.10]), γk =1,4. Умова виконується, так як 358,8 кН < 372,57 кН, .
Приймаємо таке розташування паль.
Обчислюємо момент діє в площині підошви ростверку:
,
де
xi, yi – відстань від головних осей до осі кожної палі, ;
x і y – відстані від головних осей до осі розглянутої палі;

Палі по несучої здатності необхідно перевіряти з умови:
   
, то є всі умови виконуються.

Розрахунок пальового фундаменту по деформаціям
 

Розрахунок фундаменту з висячих забивних паль і його основи за деформаціями (за другою групі граничних станів) слід виконувати як для умовного фундаменту на природній основі у відповідності з вимогами СНиП [3]. Розрахунок зводиться до визначення розмірів умовного фундаменту, перевірці напружень, що виникають на його підошві і обчисленню опади.
5.7.1 Визначення меж умовного фундаменту
Межі умовного фундаменту визначаються наступним чином. Спочатку визначають середньозважене розрахункове значення кута внутрішнього тертя ґрунтів, що знаходяться в межах довжини палі:
,
де – розрахункові значення кутів внутрішнього тертя для окремих пройдених палями шарів грунту завтовшки hi.
 
Потім проводимо похилі площині під кутом від точок перетину зовнішніх граней паль з підошвою ростверку до площини DC, що проходить через нижні кінці паль. Шляхом побудови бокових вертикальних площин, що проходять через точки D і C до перетину з поверхнею планування грунту, знаходять обриси умовного фундаменту ABCD, який включає в себе грунт, палі і ростверк.
Розміри підошви умовного фундаменту (відповідно ширину і довжину його) визначають за виразами:

Площа умовного фундаменту:
 
де і – розміри в межах зовнішніх граней крайніх паль, м;
h – глибина занурення паль в грунт, рахуючи від підошви ростверку.
 
Рис.7. Схема до розрахунку основи за деформаціями
5.7.2 Визначення інтенсивності тиску по підошві умовного фундаменту
Визначивши площу умовного фундаменту і глибину його закладання, визначають інтенсивність тиску на його підошві і порівнюють її з розрахунковим опором грунту, встановленим на цій глибині аналогічно фундаментів дрібного закладення [1, п. 4.2.4]. Тоді:
,
де – розрахункова вертикальна навантаження по обрізу фундаменту, ( );
– вага паль, ростверку і грунту в межах умовного фундаменту ABCD, кН, з площею Ау, м2;
 
R – розрахунковий опір грунту на рівні підошви умовного фундаменту, кПа [3, ф. (7)].
Розрахунковий опір грунту основи:
;
де дс1 і дс2 - коефіцієнти умов роботи, які приймаються за табл. 3 [2]; ; ;
; b=1,5 м;
- коефіцієнти, що обчислюються шляхом інтерполювання:

5.7.3 Визначення опади умовного пальового фундаменту
Визначають за формулами, наведеними в [3, п. 5.1.2].
1) hi ≤ 0,4ּb, тобто hi = 0,4ּb = 0,4ּ1,5 = 0,6 м 2)
і т. д.
3)
 
і т. д.
4)
і т. д.
5) Повне осідання основи визначається як сума осад окремих шарів в межах стисливої товщі за формулою:
 
де β – безрозмірний коефіцієнт, що враховує умовність розрахункової схеми, приймається рівним 0,8.

- умова виконується, так як .
Результати розрахунку зведені в таблицю 3.см. додаток 3.
 
рис. 8. Графіки

Висновок
 

В даній курсовій роботі ми запроектували фундаменти житлового будинку на основі існуючих методів розрахунку основ за граничними станами з урахуванням їх інженерно-геологічних умов майданчика будівництва і конструктивних особливостей будівлі.
 

При виконанні курсової роботи отримали наступні дані:
1. Фундамент дрібного закладення
Глибина закладення фундаменту дорівнює .
Розміри підошви фундаменту b=2400 мм, h=500 мм.
Визначили основні діючі навантаження на фундамент:

Провели перевірку тисків по підошві фундаменту.
Провели розрахунок фундаменту по деформаціям.
Визначили осідання фундаменту .
Провели розрахунок фундаменту по несучій здатності
.
2. Пальовий фундамент
Глибина закладення фундаменту дорівнює .
Провели вибір паль З 6-30.
Визначили кількість паль n=3,3 і розмістили їх у шаховому порядку, в 2 ряди.
Розміри ростверку bр=1500 мм, h=500 мм.
Визначили основні діючі навантаження на фундамент:
Провели перевірку тисків по підошві фундаменту.
Визначили інтенсивність тиску на його підошві і порівняли її з розрахунковим опором грунту
; - 262,19 кПа < 605,51 кПа .
Провели розрахунок фундаменту по деформаціям. Визначили осідання фундаменту .
На підставі розрахунків двох варіантів фундаментів: фундаменту дрібного закладення і пальового фундаменту можна зробити висновок прийнятним і найбільш економічним є застосування розрахованого КР пальового фундаменту.

Статті pp-budpostach.com.ua Все про лазні

Статті по пїноблоку,пінобетону,пінобетонним блокам

Статті pp-budpostach.com.ua Статті по бетону

Статті Все про парканах

Статті pp-budpostach.com.ua Все про дахах ( види, матеріал, як краще вибрати)

Статті Все про Фундаменті

Статті по газобетону ( газоблокам ), газобетонних блоків, блоків газосиликатнных

Новини, статті, чутки, факти, різне і по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)