Курсовая работа (т): Проектирование оснований и фундаментов зданий

Проектирование оснований и фундаментов зданий

Введение

При проектировании зданий и сооружений одним из сложных вопросов является решение задач по устройству оснований и фундаментов. Проектируя конструкции, инженер сам решает вопрос выбора строительных материалов, а при проектировании оснований и фундаментов инженер должен считаться с имеющими на площадке строительства напластованиями грунтов и использовать их строительные качества для принятия наиболее рациональных решений.

Более сложной задачей является оценка возможности использования существующих фундаментов при необходимости увеличения нагрузки на них в условиях реконструкции. Возникают вопросы учета следующих факторов:

изменений свойств грунтов в основной зоне основания;

характера развития и конечных величин деформаций основания, которые произошли за период эксплуатации;

технического состояния фундаментов и надфундаментных конструкций и степень его влияния на условия реконструкции и др.

1. Анализ инженерно-геологических условий

Грунты и их свойства

В строительной практике верхний слой горных пород, слагающих кору выветривания, которые используют в качестве оснований инженерных сооружений, принято называть грунтами. Грунты могут быть также использованы как среда для некоторых инженерных сооружений, в частности тоннелей, метро, шахт и т.п.

В зависимости от степени разрушения горной породы и некоторых других свойств, важных в строительном отношении грунты залегающие в основании или используемые как строительных материал, можно разделить на:

скальные и полускальными - магматические, метаморфические и осадочные горные породы с жесткой связью между минералами или агрегатами в виде сплошного или трещиноватого массива;

дисперсные - состоящие из минеральных частиц, воды, газа к которым относятся; - сыпучие - несцементированные грунты, не обладающие пластичностью и связностью в сухом состоянии;

глинистые - связные в сухом состоянии тонкозернистые грунты, обладающие свойствами пластичности;

особые грунты, имеющие малую несущую способность и неустойчивые структурные связи.

Характеристика физико-механических свойств грунтов

Физические характеристики позволяют дать оценку свойствам грунта как физического тела с его особенностями, а механические - поведению грунта при механических воздействий на него.

Характеристики физических свойств дисперсных грунтов

Содержание воды и газов для грунтов, представляющих собой дисперсную систему, в одном и том же объеме количественно может изменяться под влиянием различных факторов. Для таких грунтов различают несколько показателей массы. Характеристики грунта определяются двумя путями:

опытным, в основном в лаборатории

расчетным.

Опытным путем определяют основные и классификационные характеристики, а расчетом - производные.

Основные характеристики грунта

ρ - плотность грунта (т/м³)

ρ_s - плотность частиц грунта (т/м³)

ω - природная влажность (доли единицы)

Классификационные характеристики грунта

ω_p - влажность на границе раскатывания;

ω_L - влажность на границе текучести

Расчетные характеристики грунта

ρ_d - плотность сухого грунта (т/м³)

n - пористость (%) e - коэффициент пористости

S_r - степень влажности

I_p - число пластичности

I_L - показатель текучести

Расчетные физические характеристики определяются из выражений приведенных ниже.

Число пластичности - разность влажностей, соответствующих двумя состояниями глинистого грунта на границе текучести и на границе раскатывания:

Показатель текучести - характеристика состояния глинистого грунта:

Плотность грунта в сухом состоянии - отношение массы сухого грунта к занимаемому этим грунтом объему:

Коэффициент пористости - отношение объема пор к объему твердых частиц грунта:

Степень влажности - степень заполнения объема пор водой:

где:

= 1 т/м³ - плотность воды.

Удельный вес грунта:

ρ - плотность грунта

Требуется определить размер фундамента под колонну здания с подвалом при величине допустимой деформации основания равной S_u=12см.

Исходные данные:

крайний: N=270 кН; М=3.0 кН; Q=0.3 кН/п.м.; d_n =0.6 м

средний: N=290 кН; М=2.5 кН; Q=0.2 кН/п.м.; d_n =0.6 м

Определяем дополнительные характеристики грунта основания по формулам:

плотность сухого грунта:

коэффициент пористости:

пористость грунта:

степень влажности:

удельный вес:

- удельный вес с учетом взвешивающего действия воды:

Результаты расчета сводим в табл.

Суглинок лессовидный желто-бурый:

маловлажный, полутвердый, рыхлый.

Лесс светлопалевый:

влажный, полутвердый, рыхлый.

Суглинок лессовидный желто-бурый:

влажный, тугопластичный, рыхлый.

Определяем ширину подошвы ленточного фундамента

крайний:

кН/м³

Уточняем расчетное сопротивление грунта:

где:

K - коэффициент , равный 1

K_z - коэффициент, равный 1, при b<10 м;

- коэффициенты, определяемые по табл. в зависимости от угла внутреннего трения грунта;

b - принятая ширина подошвы фундамента, м;

d₁ - глубина заложения фундамента

d_b - глубина подвала, м;

- среднее значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы, кН/м³;

- среднее значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы, кН/м³;

С - удельное сцепление грунта, кПа.

Определяем среднее давление под подошвой фундамента:

Определяем краевые давления и выполняем необходимые проверки:

где:

Проверяем экономичность фундамента для принятых его размеров:

Размеры крайних фундаментов приняты экономически обоснованными.

Определяем ширину подошвы ленточного фундамента

средний:

кН/м³

Уточняем расчетное сопротивление грунта:

Определяем среднее давление под подошвой фундамента:

Определяем краевые давления и выполняем необходимые проверки:

2

Проверяем экономичность фундамента для принятых его размеров:

Принимаем ширину средних фундаментов 1,3м

2. Расчет осадки фундамента до реконструкции

крайний:

Определяем вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

-          Для следующих слоев:

Определяем толщину элементарного слоя:

Определяем дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки:

на уровне подошвы фундамента:

для след. слоев:

деформация (осадка) слоев грунта толщиной , прилегающего к подошве фундамента:

Результаты расчета осадки фундамента до реконструкции.

Сравниваем полученную осадку с величиной предельно-допустимой:

Принимаем предельно-допустимую осадку (в соответствии с ДБН В.2.1-10-2009, табл. И.1 - "Граничні деформації основи", п.3) .

Требование норм выполнено. Принятые размеры фундаментов обеспечат надежную эксплуатацию сооружения.

3. Расчет осадки фундамента до реконструкции

средний:

Определяем вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

Определяем толщину элементарного слоя:

Определяем дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки:

на уровне подошвы фундамента:

для следующих слоев:

Деформация (осадка) слоев грунта толщиной , прилегающего к подошве фундамента:

Результаты расчета осадки фундамента до реконструкции.

Сравниваем полученную осадку с величиной предельно-допустимой:

Требование норм выполнено. Принятые размеры фундаментов обеспечат надежную эксплуатацию сооружения.

4. Проектирование оснований и фундаментов при реконструкции

 - фактическое давление по подошве фундамента после реконструкции (восстановления);

 - расчетное сопротивление грунта основания с учетом его уплотнения в процессе эксплуатации.

Значение расчетного сопротивления уплотненного грунта основания определяем из выражения:

 - расчетное сопротивление грунта основания;

m_p - коэффициент, зависящий от отношения величины давления по подошве фундамента до увеличения нагрузки при реконструкции  к расчетному сопротивлению R:

при

при

при

 - коэффициент, принимаемый по табл. в зависимости от соотношения осадки фундамента здания до реконструкции S, к предельно-допустимой осадки для существующего здания .

5. Расчет осадки фундамента при реконструкции

Увеличиваем нагрузку: