Проектирование основания и фундамента

Министерство Образования Кыргызской Республики

Министерство Образования Российской Федерации

Кыргызско-Российский Славянский Университет

Факультет Архитектуры Дизайна и Строительства

Кафедра «Архитектура Промышленных и Гражданских Зданий»

Курсовая работа

по дисциплине «Основания и фундаменты»

на тему: «Проектирование основания и фундамента»

Выполнил: Гиндин. В.

стд. гр. ПГС-1-06

Проверил: Ордобаев Б. С.

Бишкек 2010

Оглавление

Введение

Раздел I. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

Раздел II. Сбор нагрузок

Раздел III. Расчет фундаментов мелкого заложения

Раздел IV. Расчет фундамента по 2-му предельному состоянию

Раздел V. Конструктивные мероприятия

Введение

Целью данной курсовой работы является закрепление полученных теоретический знаний, путем использования их для решения конкретных практических задач. В процессе выполнения, студент должен научиться пользоваться справочной литературой по указанной дисциплине, а также получить навыки проектирования фундаментов и оснований зданий и сооружений. Также необходимо на конкретных примерах разобрать вопрос о применимости различных решений к определенным условиям и выявить наиболее рациональное решение.

Важным этапом в изучении любой дисциплины является закрепление полученных теоретических знаний путем использования их для решения конкретных практических задач. Этой цели и служит работа над курсовым проектом по дисциплине «Механика грунтов, основания и фундаменты», во время которой студент должен научиться пользоваться справочной литературой по указанной дисциплине (а это крайне важно при современном потоке информации) и получить навыки проектирования фундаментов и оснований зданий и сооружений. Кроме этого необходимо на конкретных примерах разобрать вопрос о применимости различных решений к определенным условиям и о выявлении наиболее рационального решения для данной конкретной задачи.

Общие принципы проектирования оснований и фундаментов

При расчете оснований и фундаментов необходимо помнить о том, что они входят в единую систему основание-фундамент-сооружение. Взаимное влияние элементов этой системы очевидно. Инженерно-геологические условия строительной площадки и конструктивные особенности сооружения влияют на выбор типа и конструкции фундамента.

Закономерность распределения давления под подошвой фундамента зависит от соотношения жесткостей фундамента и основания, формы фундамента в плане. Деформационные свойства грунтов основания оказывают определенное влияние на распределение усилий в конструктивных элементах сооружения.

Однако одновременный учет системы основание-фундамент-сооружение связан с определенными трудностями, которые обусловлены взаимной зависимостью обобщенных параметров элементов системы: например, жесткость сооружения зависит от деформируемости основания - сильно деформируемое основание предполагает конструкцию, приспособленную к неравномерным значительным осадкам; в свою очередь распределение осадок обусловлено жесткостью сооружения. Не зная величин осадок, мы не можем соответствующим образом распределить жесткость между различными конструктивными элементами сооружения; не зная жесткости сооружения, мы не можем определить осадки системы как единого целого. Фундаменты проектируют исходя из нагрузки, передаваемой надземными конструкциями в основном (за исключением гибких фундаментов) без непосредственного учета совместной работы элементов системы основание – фундамент - сооружение.

В расчете основание - один из элементов системы - представляется расчетной механической моделью, которая, опуская несущественное, не основное, отражает основные механические свойства составляющих его грунтов.

При этом в качестве расчетных механических характеристик грунта используются:

1. Модуль общей деформации Е.

2. Коэффициент поперечной деформации Е.

Эта модель учитывает общие, как упругие так и остаточные деформации основания. Сущность расчета л.д.с. заключается в следующем: зависимость осадки S от нагрузки Р только при средних напряжениях под подошвой фундамента Р_ср<R принимается линейной, что дает возможность использовать формулы теории упругости и определять применения, где R - расчетное давление под подошвой фундамента, вызывающее зоны сдвигов под углом подошвы фундамента высотой 'Л b (где Ь - меньший размер фундамента).

Исходные данные для проектирования

Геологический разрез и план см. в Приложении. Лист №

Конструктивная схема здания: каркасное, с навесными стеновыми ж/б панелями

Количество этажей: 5

Район строительства: г. Токмок.

Гранулометрический состав грунта в процентном отношении.

№ слоя	Диаметр гранул мм.
	10-5	5-2	2-1	1-0,5	0,5 0,25	0,25 0,1	0,1 0,05	0,05 0,01	0,01 0,005	0,005 0,001	<0,001
1	0	0	1,0	2,0	15	23	10	16	6	9	3
2	0	0	2,0	4	10,9	40	23	8	10	1,6	1,5
3	0	5	3,0	25	27	20	8	8	3	1	0

Физические и физико-механические свойства грунтов основания.

№ слоя	Границы текучести и пластичности		Уд. вес γу кн / м3	Об. вес γ кн / м3	Влаж-ть %	i1=i0-∆i1, МПа				C	φ
						∆l1 P1=0.1	∆l2 P2=0.2	∆l3 P3=0.3	∆l4 P4=0.4
	WL	WP
1	31	20	27,2	18,6	25,7	0,083	0,130	0,180	0,064	4	14
2	18,9	12,0	26,7	21,7	16,1	0,032	0,058	0,068	0,082	7	29
3	0	0	26,5	20,0	25	0,072	0,083	0,194	0,205	8	17

Раздел I. Оценка инженерно-геологических условий строительной

площадки

Одном из основных факторов, определяющих тип и размеры фундамента, являются инженерно-геологические условия строительной площадки. Правильность и экономичность выбранной конструкции фундамента, а также долговечность сооружения во многом зависят от точности определения физико-механических характеристик, мощности и вида грунтов.

Получение данных о грунтовых условиях строительства производится в процессе инженерно-геологических, топографо-геодезических и гидрогеологических изысканий.

Определение наименования грунтов основания.

Согласно СНиП II-15-74 полное наимнование грунта устанавливается на основании физических характеристик грунта, которые делятся на исходные и производные.

К исходным характеристикам относятся следующие:

а) гранулометрический состав грунта;

б) удельный вес, γ_у [кн / м³];

в) объемный вес, γ₀ [кн / м³];

г) весовая влажность, W₀ [%];

д) граница раскатывания(пластичности), W_р [%];

е) граница текучести, W_L [%];

ж) сведения о наличии других примесей в грунте.

К производным физическим характеристикам относятся:

а) пористость. Определяется по следующей по формуле:

б) степень влажности G (коэффициент водонасыщености грунта, J_в) – отношение природной влажности грунта к его полной влажности, соответствующей полному заполнению грунта водой. Определяется по следующей по формуле:

, где γ_w– уд. вес воды.

в) число пластичности J_P [%] J_P=0,01(W_L-W_P)

г) коэффициент консистенции J_L=(W₀-W_P)/ (W_L-W_P);

д) коэффициент пористости на границе текучести e_m. Определяется по формуле:

е) коэффициент П, характеризующий просадочные свойства грунта. П=(e_m-e)/(1+e).

ж) коэффициент неоднородности грунта U=d60/d10. Где d60 и d10 – диаметр частиц, которых в грунте содержится 60% и 10% соответственно.

Определение наименования первого слоя грунта.

Наличие показателей границ текучести и пластичности свидетельствует о том, что первый слоя грунта является глинистым.

1.         Определяем число пластичности: J_P=0,01(W_L-W_P)=0,01(31-20)=0,11.

В соответствии с таблицей 6, СНиПа II-15-74 делаем заключение, что глинистый грунт, с числом пластичности 0,11, является суглинком.

2.         Определяем коэффициент консистенции:

J_L=(W₀-W_P)/ (W_L-W_P)=(25,7-20)/(31-20)=0,518

В соответствии с таблицей 7, СНиПа II-15-74 делаем заключение, что суглинок, с коэффициентом консистенции 0,518, является мягкопластичным.

3.         Определяем коэффициент пористости грунта:

4.         Определяем степень влажности грунта:

Так как степень влажности >0.8, данный слой грунта является непросадочным.

(СНиП II-15-74, пункт 2.13).

5.         Определяем коэффициент пористости грунта на границе его текучести:

6.         Определяем просадочность грунта:

П=(e_m-e)/(1+e)=(0,8432-0,8381)/(1+0,8381)=0,0027

7. Определяем коэффициент сжимаемости грунта:

8. Определяем коэффициент относительной сжимаемости грунта:

Заключение: первый слой грунта является суглинком, в мягкопластичном состоянии, непросадочным.

Определение наименования второго слоя грунта.

Наличие показателей границ текучести и пластичности свидетельствует о том, что первый слоя грунта является глинистым.

1.         Определяем число пластичности: J_P=0,01(W_L-W_P)=0,01(18,9-12)=0,069.

В соответствии с таблицей 6, СНиПа II-15-74 делаем заключение, что глинистый грунт, с числом пластичности 0,069, является супесью.

2.         Определяем коэффициент консистенции:

J_L=(W₀-W_P)/ (W_L-W_P)=(16,1-12)/(18,9-12)=0,594.

В соответствии с таблицей 7, СНиПа II-15-74 делаем заключение, что супесь, с коэффициентом консистенции 0,594, является пластичной.

Определяем коэффициент пористости грунта:

Определяем степень влажности грунта:

Так как степень влажности >0.8, данный слой грунта является непросадочным. (СНиП II-15-74, пункт 2.13).

Определяем коэффициент пористости грунта на границе его текучести:

Определяем просадочность грунта:

П=(e_m-e)/(1+e)=(0,5046-0,4285)/(1+0,4285)=0,0532.

Определяем коэффициент сжимаемости грунта:

Определяем коэффициент относительной сжимаемости грунта:

Заключение: второй слой грунта является супесью, в пластичном состоянии, непросадочным.

Определение наименования третьего слоя грунта.

Отсутствие показателей границ текучести и пластичности свидетельствует о том, что третий слой грунта является песчаным.

1.         В соответствии с таблицей 2, СНиПа II-15-74 делаем заключение, что третий слой грунта является песком средней крупности. Так как, вес частиц крупнее 0.25 мм, в грунте составляет более 50%.

2.         Определяем неоднородность грунта. Для этого необходимо определить коэффициент неоднородности грунта. Строим кумуляту – график выражающий процентное содержание фракций в грунте.

d60= 0,42 мм

d10=0,035 мм

U=d60/d10=12

Делаем заключение - грунт является неоднородным.

3. Определяем пористость грунта:

В соответствии с таблицей 5, СНиПа II-15-74 делаем заключение, что третий слой грунта является песчаным, средней крупности.

4. Определяем степень влажности грунта:

В соответствии с таблицей 4, СНиПа II-15-74 делаем заключение, что третий слой грунта является песком, насыщенным водой.

5.         Определяем коэффициент сжимаемости грунта:

6.         Определяем коэффициент относительной сжимаемости грунта:

Заключение: Третий слой грунта является песком средней крупности, насыщенным водой. Делаем вывод, что он может служить естественным основанием.

Таблица 1. Производные физические характеристики грунтов основания.

№ слоя	e	G	JP	Вид грунта	JL	П	U	q0
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	0,8381	0,832	0,11	Суглинок	0,518	0,0027	-	0.434
2	0,4285	1	0,069	Супесь	0,594	0,0532	-	0.251
3	0,656	1	-	Песок	-	-	12	0.102

Таблица 2. Полные наименования грунтов основания.

№ слоя	Грунт	Характеристика грунта	Состояние грунта	Дополнительные сведения о грунте
1	Глинистый	Суглинок	Мягкоплатичный	Непросадочный
2	Глинистый	Супесь	Пластичная	Непросадочная
3	Песчаный	Неоднородный	Средней крупности, насыщенный водой	Может служить естественным основанием

Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки.

Опираясь на предыдущие пункты раздела, можно дать заключение о возможности возведения сооружения в данных инженерно-геологичских условиях.

Заведомо слабые грунты, в проектируемом основании отсутствуют. Для приближенной оценки несущей способности грунтов основания определяем условное давление R₀, для грунта каждого слоя по табл. 1, 2 Приложения 4 СНиП II-15-74.

Для первого слоя R₀₁=2,15 кгс/см²

Для второго слоя R₀₂=3,25 кгс/см²

Для третьего слоя R₀₃=4 кгс/см²

Грунты основания можно использовать в качестве естественного основания.

Раздел II. Сбор нагрузок

Нагрузки на фундамент собираются на уровне спланированной поверхности земли. Грузовые площади в плане, см. в Приложении. Лист №.

1. Сбор нагрузок на сечение 1-1.

Грузовая площадь – 5,875х5,875= 34,52 м².

1. Нагрузка от колонн и ригелей.

Вес колонн: A х B х h х n х γ_бет = (0.4м х 0.4м х 3м) х 5 х 2500 кг/м³ = 6000 кг = 60кН.

где, А и В – линейные размеры колонны

h – высота колонны

n – число колонн

γ_бет - удельный вес бетона (2500 кг/м³)

Вес ригелей: A х B х l х n х γ_бет = [(0,4м х 0,4м х 2,8м х 2) + (0,4м х 0,4м х 2,675м х 2)] х 5 х х 2500 кг/м³ =

= 21800 кг = 219кН.

где, А и В – линейные размеры ригеля

l – длинна ригеля (в пределах грузовой площади)

n – число колонн

γ_бет - удельный вес бетона (2500 кг/м³)