Промышленное здание в городе Соликамск

Курсовая работа

"Промышленное здание в городе Соликамск"

Исходные данные

Требуется рассчитать и запроектировать основания и фундаменты одноэтажного двухпролетного промышленного здания. Габаритные параметры и характеристика условий строительства здания приведены в таблице:

L₁,

L₂,

H₁,

H₂,

H_пр,

Q₁,

Q₂,

t_вн,

^оС

Район

строительства

М_t

S_о,

кПа

W_о,

кПа

14,4

18,0

-4,8

Соликамск

59,6

2,0

0,30

Железобетонные колонны основного каркаса имеют шарнирное сопряжение со стальными фермами, шаг колонн каркаса 12 м. Шаг стальных стоек фахверка 6 м.

Инженерно-геологические условия площадки

№ слоя	Тип грунта	Обозн	Толщина слоя, м.
№ слоя	Тип грунта	Обозн	скв. 1 85,4	скв. 2 86,9	скв. 3 84,8	скв. 4 85,0
1	Почвенно-растительный слой	h₀	0,3	0,3	0,3	0,3
2	Суглинок	h₁	5,10	5,35	5,40	5,50
3	Суглинок	h₂	1,70	1,45	1,50	1,35
4	Пески	h₃	Толщина слоя до глубины 20 м не установлена

Исходные показатели физико-механических свойств грунтов

№ слоя	Тип грунта	ρ_п, т/м³	W, %	ρ_s, т/м³	, т/м³	W_р, %	W_L, %	k_f, см/с	Е, МПа	, кПа	, град
1	Суглинок	1,94	27,8	2,71		22,9	33,9		12,0
2	Суглинок	1,87	28,7	2,73		22,7	27,7		10,0
3	Пески	1,97	21,9	2,67		-	-		30,0

Химический анализ воды

Показатель агрессивности	Значение показателя
Бикарбонатная щелочность ионов HCO₃, мг экв/л	-
Водородный показатель pH, мг экв/л	3,3
Содержание, мг/л
агрессивной углекислоты СО₂	25
аммонийных солей, ионов NH₄⁺	24
магнезиальных солей, ионов Mg²⁺	1100
едких щелочей, ионов Na⁺ и K⁺	-
сульфатов, ионов SO₄^2-	290
хлоридов, ионов Cl^-	3000

Определение нагрузок, действующих на фундаменты

Наиболее нагруженными являются фундаменты по оси М.

Нормативные значения усилий на уровне обреза фундаментов по оси М

Усилие	Нагрузки
Усилие	Постоянная	Снеговая	Ветровая	Крановая
N_n, кН	1087,7	288	0	263,1
М_n, кН м	-177,8	-99,8	±324,9	±27,9
Q_n, кН	-10,6	-1,9	±50,4	±0,7

Для расчетов по деформациям:

N_{col II}=N_n*γ_f=(1087,7+0,9*(288+263,1))*1=1583,7*1=1583,7 кН,

M_{col II}=M_n*γ_f=(177,8+0,9*(99,8+324,9+27,9))*1=585,1*1=585,1 кНм,

Q_{col II}=Q_n*γ_f=(10,6+0,9*(1,9+50,4+0,7))*1=58,3*1=58,3 кН.

Для расчетов по несущей способности:

N_{col I}=N_n*γ_f=1583,7 *1,2=1900,4 кН,

M_{col I}=M_n*γ_f=585,1 *1,2=702,1 кНм,

Q_{col I}=Q_n*γ_f=58,3 *1,2=70,0 кН.

Оценка инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства

Схема планово-высотной привязки здания

Инженерно-геологический разрез I-I с посадкой здания и фундаментов на естественном основании

Показатели свойств и состояния грунта

№ слоя	ρ_d, т/м³	n, %	e	S_r	I_p, %	I_L	, кН/м³	γ_s, кН/м³	γ_sb, кН/м³	R_усл, кПа
2	1,52	44	0,786	0.74	11	0,45		26,6	9,3	220,72
3	1,45	47	0,89	0.97	5	1,2		26,8	8,89	315,56
4	1,62	39	0,64	0.83	-	-		26,2	9,88	726,8

Слой 2 – Суглинок

Число пластичности: I_P= W_L – W_P= 33,9–22,9 = 11%.

Плотность сухого грунта: ρ_d= = = 1,52 т/м³.

Пористость и коэффициент пористости:

n = (1 – ρ_d/ ρ_s)*100 = (1–1.52/2,71)*100 = 44%,

e = n/(100-n) = 44/(100–44) = 0.786.

Показатель текучести: I_L = = = 0,45

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

γ_I = ρ_I*g = 1.89*9.81 = 18,5 кН/м³,

γ_II = ρ_II*g = 1.91*9.81 = 18,7 кН/м³,

γ_S = ρ_S*g = 2.71*9.81 = 26.6 кН/м³.

Удельный вес суглинка, расположенного ниже УПВ:

γ_sb = = = 9.3 кН/м³,

Для определения условного расчетного сопротивления грунта по формуле СНиП 2.02.01–83* принимаем условные размеры фундамента d₁= =d_усл=2 м. и b_усл =1 м. Установим в зависимости от заданных геологических условий и конструктивных особенностей здания коэффициенты. По таблице 3 СНиП 2.02.01–83* принимаем: g_c1 = 1,1 для суглинков (0,25L<0,5), g_{c 2} =1 для зданий с гибкой конструктивной схемой.

Коэффициент k=1 принимаем по указаниям п.2.41 СНиП 2.02.01–83*.

При j_II = 20° по табл. 4 СНиП 2.02.01–83* имеем M_g = 0,51; M_q = 3,06; M_c = 5,66.

Удельный вес грунта выше подошвы условного фундамента до глубины d_w=0,7 м. принимаем без учета взвешивающего действия воды g_II =18,70 кН./м³., а ниже УПВ, т.е. в пределах глубины d = d_усл – d_w=2–0,7=1,3 м. и ниже подошвы фундамента, принимаем g_sb = 9.30 кН./м³.; удельное сцепление c_II = 21 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=(1,1*1/1)*(0,51*1*1*9,3+3,06*(0,7*18,70+(2–0,7)*9,3)+5,66*21)=220,72 кПа.

Полное наименование грунта №2 – это суглинок мягкопластичный

(R_усл = 220,72 кПа., N_{col II max} = 1583,7 кН., Е=12,0 МПа.>10 МПа.)

Слой 3 – Суглинок

Число пластичности: I_P= W_L – W_P= 27,7–22,7 = 5%.

Плотность сухого грунта: ρ_d= = = 1,45 т/м³.

Пористость и коэффициент пористости:

n = (1 – ρ_d/ ρ_s)*100 = (1–1.45/2,73)*100 = 47%,

e = n/(100-n) = 47/(100–47) = 0,89.

Показатель текучести: I_L = = = 1,2

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

γ_I = ρ_I*g = 1.82*9.81 = 17.8 кН/м³,

γ_II = ρ_II*g = 1.84*9.81 = 18,0 кН/м³,

γ_S = ρ_S*g = 2,73*9.81 = 26.8 кН/м³.

Удельный вес суглинка, расположенного ниже УПВ:

γ_sb = = = 8,89 кН/м³,

По таблице 3 СНиП 2.02.01–83* принимаем: g_c1 = 1,1 для суглинка (J_L > 0,5), g_{c 2} =1.

При j_II = 19° по табл. 4 СНиП 2.02.01–83* имеем: M_g=0,47; M_q=2,89; M_c=5,48.

Удельный вес грунта g_sb = 8,89 кН./м³.; удельное сцепление c_II = 17 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=(1,1*1/1)*(0,47*1*1*8,89+2,89*(0,7*18,7+(5,6–0,7)*9,3)+5,48*17)=315,56 кПа.

Полное наименование грунта №3 – суглинок

(R_усл = 315,56 кПа., N_{col II max} = 1583,7 кН., Е=10,0 МПа.>5 МПа.)

Слой 4 – Пески

Число пластичности: I_P= W_L – W_P= –

Плотность сухого грунта: ρ_d= = = 1,62 т/м³.

Пористость и коэффициент пористости:

n = (1 – ρ_d/ ρ_s)*100 = (1–1.62/2,67)*100 = 39%,

e = n/(100-n) = 39/(100–39) = 0,64.

Показатель текучести: I_L = –

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

γ_I = ρ_I*g = 1.92*9.81 = 18,84 кН/м³,

γ_II = ρ_II*g = 1.94*9.81 = 19,03 кН/м³,

γ_S = ρ_S*g = 2.67*9.81 = 26.2 кН/м³.

Удельный вес суглинка, расположенного ниже УПВ:

γ_sb = = = 9,88 кН/м³,

По таблице 3 СНиП 2.02.01–83* принимаем: g_c1 = 1,25 для песков мелких,

g_{c 2} =1,0.

При j_II = 35° по табл. 4 СНиП 2.02.01–83* имеем: M_g=1,68; M_q=7,71; M_c=9,58.

Удельный вес грунта g_sb = 9,88 кН./м³.; удельное сцепление c_II = 1,0.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=(1,25*1/1)*(1,68*1*1*9,88+7,71*(0,7*18,7+(5,6−0,7)*9,3+1,5*8,89)+

+9,58*1)=726,8 кПа.

Полное наименование грунта №4 – пески

(R_усл = 726,8 кПа., N_{col II max} = 1583,7 кН., Е=30 МПа.>10 МПа.)

Заключение

В целом площадка пригодна для возведения здания. Рельеф площадки спокойный с небольшим уклоном в сторону скважины 3. Грунты имеют слоистое напластование, с выдержанным залеганием пластов (уклон кровли не превышает 2%). Все грунты имеют достаточную прочность, невысокую сжимаемость и могут быть использованы в качестве оснований в природном состоянии. Грунтовые воды расположены на небольшой глубине, что значительно ухудшает условия устройства фундаментов: при заглублении фундаментов более 0,70 м. необходимо водопонижение; возможность открытого водоотлива из котлованов, разработанных в суглинке, должна быть обоснована проверкой устойчивости дна котлована (прорыв грунтовых вод со стороны слоя суглинок); суглинок, залегающий в зоне промерзания является пучинистым грунтом, поэтому глубина заложения фундаментов наружных колонн здания должна быть принята не менее расчетной глубины промерзания суглинка. При производстве работ в зимнее время необходимо предохранение основания от промерзания.

Целесообразно рассмотреть следующие возможные варианты фундаментов и оснований:

1) фундамент мелкого заложения на естественном основании – суглинке;

2) фундамент на распределительной песчаной подушке (может быть достигнуто уменьшение размеров подошвы фундаментов и расчетных осадок основания);

3) свайный фундамент из забивных висячих свай; несущим слоем может служить слой №4, пески.

Следует предусмотреть срезку и использование почвенно-растительного слоя при благоустройстве и озеленении застраиваемого участка (п. 1.5 СНиП 2.02.01–83*).

Расчет и проектирование варианта фундамента на естественном основании

Проектируется монолитный фундамент мелкого заложения на естественном основании по серии 1.412–2/77 под колонну, расположенную по осям Л-5, для исходных данных, приведенных выше.

Определение глубины заложения фундамента

Первый фактор – учет глубины сезонного промерзания грунта. Грунты основания пучинистые, поэтому глубина заложения фундамента d от отметки планировки DL должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Для t^вн = 10° и грунта основания, представленного суглинком, по СНиП 2.02.01–83*:

d ³ d_f= K_h×d_fn = K_h×d₀ = 0,8×0,23×= 1,45 м.

Коэффициент K_h = 0,8 принят как уточненный при последующем расчете в соответствии с указаниями, примечания к табл. 1 СНиП 2.02.01–83* (расстояние от внешней грани стены до края фундамента a_f = 1,1 м > 0,5 м).

Второй фактор – учет конструктивных особенностей здания. Для заданных размеров сечения двухветвевой колонны 1400х600 мм. и необходимой глубины ее заделки в стакан (1200 мм.) по серии 1.412–2/77 требуется подколонник типа Д площадью сечения 2100х1200 мм. Минимальный типоразмер высоты фундамента для указанного типа подколонника H_ф = 1,8 м. Таким образом, по второму фактору требуется d = H_ф+ 0,15 = 1,8 + 0,15=1,95 м.

Третий фактор – инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки. С поверхности на большую глубину залегает слой 2, представленный достаточно прочным малосжимаемым суглинком (R_усл = 220,72 кПа). Подстилающие слои 3 и 4 по сжимаемости и прочности не хуже среднего слоя. В этих условиях, учитывая высокий УПВ, глубину заложения подошвы фундамента целесообразно принять минимальную, однако достаточную из условий промерзания и конструктивных требований.

С учетом всех трех факторов, принимаем глубину заложения от поверхности планировки (DL) с отметкой d =1,95 м., Н_ф = 1,8 м. Абсолютная отметка подошвы фундамента (FL) составляет – 83,45 м., что обеспечивает выполнение требования о минимальном заглублении в несущий слой. В самой низкой точке рельефа заглубление в несущий слой 2 от отметки природного рельефа (NL) равной 84,80 м. составляет: 84,80 – 83,45 = 1,35 м.

Определение площади подошвы фундамента

Площадь А_тр подошвы фундамента определяем по формуле:

А_тр = N_{col II} / (R_усл – g_mt×d) = 1583,7 / (220,72 – 20×1,80) = 8,58 м².,

где g_mt = 20 кН. / м³. – (без учета подвала) средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах.

Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт

Принимаем фундамент ФД 13–2 с размерами подошвы l = 4,2 м., b = 3,6 м., тогда А = l × b = 15,12 м²., Н_ф = 1,8 м., объём бетона V_fun = 10,9 м³.

Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:

G_fun_II = V_fun ×g_b × g_f = 10,9 × 25×1 = 275,5 кН.;

V_g = l×b×d – V_fun = 15,12× 1,80 – 10,9 = 16,32 м³.;

G_g_II = (l×b×d – V_fun) × g_II× g_f =16,32*0,95*18,7*1= 305,11 кН.

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

N_tot_II = 1583,7 + 275,5+ 305,11 = 2164,3 кН.;

M_tot_II = 585,1 + 58,3 × 1,8 = 690,00 кН×м.;

Q_{tot II} = Q_{col II} = 58,3 кН.

Расчетное сопротивление грунта

Уточняем расчетное сопротивление R для принятых размеров фундамента (b = 3,6 м., l = 4,2 м., d = 1,8 м.):

R=(1,1*1/1)*(0,51*3,6*1*9,3+3,06*(0,7*18,70+(1,8−0,7)*9,3)+5,66*21)=

=228 кПа.

Давление на грунт под подошвой фундамента

Определяем среднее P_{II mt}, максимальное P_{II max} и минимальное P_{II min} давления на грунт под подошвой фундамента:

= N_{tot II}/А ± M_{tot II}/W = 2164,3 /15,12 ± 690 ×6/3,6×4,2²=

=(143,2 ± 65,2) кПа.

P_{II max} = 208,4 кПа. < 1,2×R = 1,2 × 228 = 273,6 кПа.;

P_{II min} = 78,00 кПа. > 0.

Т.к. грузоподъемность мостового крана Q = 16 т. < 75 т., то отношение проверять не требуется.

P_{II mt}= 2164,3 /15,12 =143,2 кПа. < R = 228 кПа.

Все условия ограничения давлений выполнены.

Чертеж фундамента и эпюра контактных давлений по его подошве

Расчет осадки методом послойного суммирования

Для расчета осадки фундамента методом послойного суммирования составляем расчетную схему, совмещенную с геологической колонкой по оси фундамента Л-5.

Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента при планировке срезкой в соответствии с п.1 прил. 2 СНиП 2.02.01–83*:

s_zg_,0 = (g_II×d_w + g_sb_II×(d – d_w)) = (18,7×0,7 + 9,3 × (1,8 – 0,7)) = 23,32 кПа.

Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента:

s_{zp 0} = P₀ = P_{II mt} – s_zg,0 = 143,2 – 23,32 = 119,88 кПа.

Соотношение сторон подошвы фундамента: η=l/b=4,2/3,6=1,17.

Значения коэффициента a устанавливаем по табл. 1 прил. 2 СНиП 2.02.01–83*.

Для удобства пользования указанной таблицей из условия: принимаем толщину элемента слоя грунта h_i = 0,2 × b = 0,2 × 3,6 = 0,72 м.

Дальнейшие вычисления сводим в таблицу.

Определение осадки

z_i, м.		z_i + d, м.	a	s_zp = a×P₀, кПа.	s_zg = s_zg,0 + + g_sb,i × z_i_т, кПа.	0,2×s_zg, кПа.	Е, кПа.
0	0	1,80	1,000	119,88	23,32	4,66	12000
0,72	0,4	2,52	0,966	115,80	30,02	6,00	12000
1,44