Проектирование
Проектирование оснований и фундаментов, согласно российским нормативным документам , включает обоснованный расчетом выбор типа основания (естественное или искусственное), конструкции и размеров фундамента (мелкого или глубокого заложения). Большинство современных высотных зданий, за редким исключением, возведено на глубоких опорах, таких как сваи или баретты (сваи прямоугольного сечения). Это обусловлено тем, что применение плитного фундамента для высотного здания возможно лишь в том случае, когда прочные скальные грунты находятся на поверхности или относительно неглубоко от неё (до 20 м).
Назначение фундамента глубокого заложения в том, чтобы передавать нагрузку от верхнего строения на более плотные и малодеформируемые грунты, которые, как правило, залегают на относительно большой глубине
Важной задачей при расчете и проектировании фундаментов высотных зданий является ограничение величин осадки, крена и прогибов до допустимого уровня. При этом, в отсутствие нормативных предельных значений для высотных зданий, допустимый уровень указанных величин определяется в результате совместного расчета основания, фундамента и надземной части, а также исходя из технологических требований применяемого оборудования (лифтового оборудования и др.)
Расчет свайного фундамента
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра механики грунтов, оснований и
фундаментов
Курсовой проект
Выполнила студентка Фролова Т.А.
курс 5 семестр ПГС (уск.) г. Смоленск
Преподаватель Гусева Е.С.
2015 г.
1. Определение
размеров конструктивных элементов свайного фундамента и разработка его
конструкций для наружной стены
2. Расчет
конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента методом послойного
суммирования для наружной стены
. Определение
размеров конструктивных элементов свайного фундамента и разработка его
конструкций для внутренней стены
. Расчет
конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента методом послойного
суммирования для внутренней стены
. Подбор
сваебойного оборудования
. Проектирование
котлована
. Сравнение
вариантов и вывод
Список литературы
1. Определение размеров конструктивных элементов свайного фундамента и
разработка его конструкций для наружной стены
Выбор оптимального шага свай. Оценка чувствительности модели к различным расчетным факторам.
Процесс проектирования
Процесс проектирования свайного основания высотного здания во многом является итерационным. Многие расчетные параметры свайного основания, такие как распределение нагрузок на индивидуальные сваи, распределение нагрузки от верхнего строения на подземную часть здания, осадки фундамента в плане и по глубине, распределение усилий в сваях по глубине взаимосвязаны и сильно влияют друг на друга. При изменении одного параметра фундамента неизбежно изменятся и другие, при этом результат этих изменений известен лишь приблизительно и должен быть уточнен трудоемким пространственным расчетом. Как правило изменяется не один параметр фундамента, а несколько сразу, что еще более затрудняет анализ произошедших в характере работы фундамента изменений.
Широко известным и распространенным методом расчета свайных фундаментов является модель ячейки бесконечного в плане свайного основания. Расчеты по схеме свайной ячейки более детально описывают работу центральных свай в фундаментах большого размера в плане за счет меньшего размера конечных элементов и в тоже время существенно менее трудоемки. Меньшая трудоемкость позволяет изменять один параметр в одном расчете и тем самым изолировать влияние одного фактора от других.
Целью выполнения расчетов по схеме свайной ячейки было определение расчетной характеристики нагрузка-осадка для шага свай 1,5; 2,0; 2,5; 3; 4 и 5 диаметров. Кроме того, в настоящей работе были проведены расчеты, рассматривающие влияние следующих факторов на характеристику нагрузка-осадка свайной ячейки:
Все расчеты выполнялись для свай диаметром 2,0 м. Абсолютные величины осадок приведены условно, т.к. расчет выполнялся в предпосылке свайной цилиндрической ячейки, т.е. бесконечного свайного поля.
влияние изменения прочностных характеристик в диапазоне 70…130% от фактических;
влияние прочности контакта свая-грунт (в расчете моделировалось изменением прочности интерфейсных элементов);
влияние модуля деформации бетона с учетом ползучести;
влияние неоднородности деформационных характеристик основания.
На рисунке 4.5.2 приведена характеристика нагрузка-осадка для свайных ячеек с шагом свай 3…10м, в диапазоне давления на ростверк 200…1500 кПа. По горизонтальной оси отложено давление, по вертикальной осадка, а шаг свай обозначен различными цветами. В дальнейшем, результаты приведенные на рис 4.5.1 будут рассматриваться как базовые при сравнении с остальными.
Следует отметить, что значения осадок, представленные на рис.4.5.2…4.5.7 следует анализировать с учетом того факта, что расчеты выполнялись в предпосылке свайной цилиндрической ячейки, т.е. бесконечного свайного поля. Другими словами, по результатам представленных расчетов следует оценивать качественные изменения в характере работы ячейки.
В таблице 4.5.1 приведены отношения осадки свайной ячейки к значению осадки при шаге свай 3м. Из таблицы можно оценить, как изменяется осадка при увеличении расстояния между сваями. Видно, что при увеличении шага свай с 3 до 5 м, осадка ячейки изменяется всего на 10…12%, при увеличении шага с 5 до 6 м еще на 14…19%. Дальнейшее увеличение шага приводит к нелинейному возрастанию осадки, что говорит о переходе значительного объема грунта в область пластических деформаций. Кроме того, об этом свидетельствует и отношение осадки при максимальной нагрузке к осадке при минимальной нагрузке, при заданном шаге свай. В диапазоне шага свай 3…5м (1,5…2,5d) отношение осадок не превышает 1%, а при шагах от 6 до 10 м нелинейно увеличивается и составляет 4…20%.
Назад
Вперёд
Виды анкеров
Они подразделяются по материалу соединяемых конструкций и виду крепежного элемента:
- для тонких оснований из гипсокартона, ДСП, ДВП;
- для плотных оснований из кирпича, бетона;
- для пористых оснований из пенобетона, пеноблоков, шлакоблоков;
- для ветхих и разрушенных оснований используются анкера для крепления в пористые структуры.
По виду крепежного элемента:
- закладной. Под него не надо сверлить отверстие. Он монтируется перед заливкой бетона или кирпичной кладки. Закладное анкерное крепление применяется для фиксации ответственных, тяжелых конструкций, таких как колонны, фундаменты;
- распорный. Фиксируется в плотном основании из бетона или кирпича за счет силы трения. Наконечник анкера расширяется в крепежном отверстии и надежно фиксирует стержень;
- забивной. Фиксируется по принципу распорного. Стержень не закручивается, а забивается в крепежную гильзу;
- клиновый. Устанавливается в заранее просверленное отверстие путем забивания. Болт забивается в отверстие, а затем муфта расклинивается;
- рамный. Применяется для фиксации оконных рам и дверных косяков. Головка анкера полностью утапливается в тело конструкции, установка анкера «за подлицо»;
- химический анкер. Кроме силы трений стержень удерживается в отверстие за счет адгезии цементирующей пасты и материала основания. В результате получается монолитное соединение с высокими показателями по прочности.
Определение несущей способности сваи по грунту Fd и расчетной нагрузки Рсв на одну сваю
Fd – определяется по формуле
Fd = γc(γCRRA+u∑γcffihi) , где
γc = 1 – коэффициент условий работы
сваи в грунте
R =
2319 кПа- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;
А = 0,352 = 0,123м2 – площадь поперечного сечения сваи;
u =
1,4 м – наружный периметр поперечного сечения сваи;
γCR = γcf = 1 – коэффициенты условий работы
грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи;
hi –
толщина i-го слоя грунта основания,
соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;
fi –
расчетное сопротивление i-го
слоя грунта основания, на боковой поверхности сваи.
Fd =
1·(1·2319·0,123 + 1,4(1·45·1,1 + 1·9,2·12,7+ 1·46·0,1) = 395,6 кН.
Расчетная допустимая нагрузка на сваю определяется по формуле:
Рсв = Fd/γк,
где: γк = 1,4 (если Fd
определяется расчетом) – коэффициент надежности.
Рсв =395,6/1,4 = 282,68 кН.
Определение несущей способности сваи
Несущая способность по грунту на вдавливание (кН) забивных висячих свай сплошного поперечного сечения определяют по формуле (см. рис.3.2):
(3.1)
где – коэффициент условий работы сваи в грунтах, принимаемый = 1; – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по табл.П.7.1(Приложение 7),кПа; – площадь поперечного сечения сваи, м 2 ; – периметр поперечного сечения сваи, м; – расчетное сопротивление того слоя грунта по боковой поверхности сваи, определяемое по табл.П.7.2, кПа; – толщина того слоя грунта, м; – число слоев; – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи. Для применяемых в курсовой работе забивных свай сплошного сечения .
Суммирование в формуле (3.1) распространяется на все пройденные сваей слои грунта (с учетом размыва).
В пояснительной записке к курсовой работе расчет несущей способности сваи должен сопровождаться расчетной схемой, подобно изображенной на рис. 3.2 с указанием наименований грунтов и всех необходимых размеров и отметок. При подсчете сопротивлений геологические слои основания пройденные сваей разбивают на однородные расчетные слои толщиной не превышающей 2 м. Подсчет сил трения по боковой поверхности сваи сводится в таблицу по указанной на рис. 3.2 форме:
Расчет несущей способности сваи
| Номер слоя основания | Наименование грунта | Номер расчетного слоя | м | , м | , кПа | , кПа × м |
Рис. 3.2. Схема и таблица к расчету несущей способности свай по грунту
фундамента с высоким – а, и низким – б, ростверками
Несущую способность сваи на выдергивание из грунта (кН) определяют по формуле:
, (3.1)
где обозначения те же что и формуле (3.1), но = 0,8.
Кроме несущих способностей сваи на вдавливание в грунт и выдергивание из грунта следует установить расчетную нагрузку на сваю из условия прочности ее ствола на растяжение, принимаемую по данным табл. Е.1 приложения Е.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения:Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 10169 – | 7568 – или читать все.
93.79.246.243 studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock! и обновите страницу (F5)
очень нужно
Расчет свайного фундамента.
Расчет несущей способности свай в соответствии с нормативными документами.
Площадь сечения сваи и его форма имеет значительное влияние на несущую способность сваи. Логично предположить, что существует оптимальное сечение сваи, обладающее наибольшей несущей способностью и, в то же время, удовлетворяющее конструктивным требованиям. Общепринятым конструктивным параметром сваи является отношение её длины к диаметру. При высотном строительстве, особенно в тех случаях когда верхняя часть геологического разреза представлена слабыми грунтами отношение длины сваи к диаметру (l/d) должно составлять не менее 30.
Для анализа возможных конструкций фундамента были произведены расчеты несущей способности свай различной длины и диаметров. Были рассмотрены диаметры свай 1,8; 2,0; 2,2; 2,5 и 3,0м. Рассматривались длины свай, соответствующие заглублению нижних концов свай в слой недислоцированных вендских глин на 10…90 м (что соответствует отметкам от -40…-120 м абс.).
Расчет несущей способности сваи по существующим нормативным документам имеет ограничение, существенно влияющее на расчет в рассматриваемых инженерно-геологических условиях. Принятая в СНиП методика расчета несущей способности сваи была разработана для относительно неглубоких свай (до 30…45м от поверхности земли), что не позволяет учитывать повышение сопротивления по пяте и боковой поверхности сваи на больших глубинах. Указанная особенность видна на рис.4.1.1 –сопротивление сваи в однородном грунте с увеличением её длины не возрастает, что противоречит основополагающим законам механики грунтов.
Рассмотрев характер изменения предельного сопротивления на боковой поверхности сваи в зависимости от глубины можно отметить, в грунтах с показателем текучести равным 0,2 сопротивление линейно возрастает с глубиной, что позволяет применить линейную экстраполяцию. При этом такое допущение добавляет некоторый запас надежности – на рассматриваемой площадке механические свойства грунта с глубиной возрастают нелинейно.
Таким образом, расчет несущей способности свай путем экстраполяции приведенных в таблицах СНиП значений по глубине является теоретически обоснованным и близким к нормативной методике. С увеличением глубины заложения свай в грунте растут вертикальные и горизонтальные напряжения, что в свою очередь вызывает увеличение предельных значений трения по боковой поверхности сваи и сопротивления по пяте.
Сопоставление расчетных значений сопротивления свай по пяте с экспериментальными, полученными на площадке ОДЦ «.», показало, что экспериментальные значения близки к расчетным, полученным путем экстраполяции таблиц СНиП.
В мировой практике существует общепризнанный, однако, не вошедший в действующие нормативные документы РФ (однако отражен в рекомендациях ) способ расчета по прочностным характеристикам грунта. Его суть заключается в разбиении сваи на элементарные слои по длине, определение действующего горизонтального напряжения в каждом из элементарных слоев и последующем определении предельного сопротивления по боковой поверхности по теории Кулона-Мора. При этом к значению предельного сопротивления вводится коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности, учитывающий влияние способа производства работ.
Допустимая нагрузка на винтовую сваю зависит от следующих факторов:
- диаметр трубы и лопастей;
- прочность грунта основания;
- длина сваи.
При выполнении простейших расчетов для частного дома потребуется знать только прочностные характеристики основания и площадь лепестковой подошвы (лопасти).
- N — несущая способность винтовой сваи (сколько она способна выдержать),
- F — значение несущей способности (неоптимизированное),
- γк — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый в зависимости от количества опор для здания и способа выполнения геологических изысканий.
Коэффициент γk назначается равным следующим значениям:
1,2 при проведении точных геологических испытаний грунта основания, путем выполнения зондирования и лабораторных исследований. Выполнить это самостоятельно невозможно. Способ не подходит для частного домостроения из-за высокой стоимости, которая сильно увеличит бюджет строительства.
- 1,25 при проведении испытаний с помощью сваиэталона. Хотя этот способ проще, чем предыдущий, определить, сколько сможет выдержать грунт, способен только человек, имеющий знания в области геологии.
- При самостоятельных исследованиях почвы и использовании табличных показателей прочности коэффициент принимается в зависимости от количества опор. Если несущая способность определяется для винтовой сваи с низким ростверком, то значение составит 1,41,75 при количестве опорных элементов в пределах 520 штук.
Чтобы найти F, потребуется выполнить вычисления по следующей формуле: F = S*Rо .
S — площадь лопасти, которая вычисляется по формуле для круга (S = πR² = (πD²)/4). Исходные данные приводятся производителем винтовой сваи.
После того, как определено, сколько составляет площадь лепестковой подошвы винтовой сваи, нужно выяснить прочностные характеристики грунта основания (в формуле буква Rо). Для этого потребуется выполнить как минимум простейшие геологические изыскания с помощью ручного бурения или отрывки шурфов. Грунт можно изучить визуально и на ощупь, рекомендуется выполнять определение с применением ГОСТ «Грунты. Классификация».
ГОСТ «Грунты. Классификация».
Зная сколько способен выдержать грунт на один квадратный сантиметр и площадь опорной части винтовой сваи можно найти предварительное значение несущей способности F (без учета коэффициента по надежности). Значение подставляют в первую формулу и находят окончательную максимально допустимую нагрузку на один элемент фундамента. Более подробно определить, сколько сможет выдержать свая можно по формуле 7.15 пункта 7.2.10 СП «Проектирование и устройство свайных фундаментов». Здесь учитываются все моменты, которые способны повлиять на несущую способность, а именно:
- условия работы;
- характеристики грунта;
- глубина залегания лопасти (прибавляется боковое трение);
- диаметр лопасти;
- характер работы сваи (на выдергивание или на сжатие).
Выполнить расчет достаточно сложно, потребуется найти множество коэффициентов и характеристик грунта (здесь учитывается не только несущая способность, но и угол внутреннего трения, удельное сцепление, удельный вес и др.). Для упрощения работы можно воспользоваться таблицами, которые приводятся для наиболее распространенных диаметров свай (чаще всего для частного домостроения используют 89 мм, 108 мм, 133 мм).
Для свай диаметром 89 и 108 мм можно привести следующую таблицу:
Расчет свай на фундамент
Несущая способность элементов диаметром 89 достаточна для того, чтобы использовать их в качестве фундаментов под одноэтажные дома из легких материалов (каркасные, бревенчатые, брусовые). При возведении двухэтажных строений лучше вместо 89 диаметра выбрать 108 или больший. Если опирать на такие свайные фундаменты кирпичные и бетонные здания, при расчете получится очень большой диаметр элементов и частое их расположение (зависит от характеристик грунта), да и не в каждой компании найдется специалист способный рассчитать массивное здание на винтовых сваях. Выгоднее использовать другие типы фундаментов.
Пример упрощенного расчета
Исходные данные для расчета фундамента под двухэтажный брусовой дом с размерами в плане 6 на 6 метров:
- грунты на участке — глина;
- диаметр используемых свай — 133 мм, диаметр лопасти — 350 мм;
- масса дома, полученная в результате сбора нагрузок от стен, перегородок, перекрытий, полезного и снегового нагружения — 59 тонн.
- периметр наружных стен — 24 м, внутренних несущих стен нет.
Особенности проведения испытаний винтовых свай
Винтовые сваи 108 мм под дом испытывают статическими нагрузками с применением следующих методов:
- Ступенчатой нагрузкой с выжиданием стационарного состояния по вертикальным смещениям на каждой из величин нагружения.
- Непрерывно увеличивающейся нагрузкой.
- Знакопеременным или пульсирующим нагружением.
При ввинчивании винтовой сваи в грунт регистрируются следующие параметры: число оборотов, длительность заглубления, осевая пригрузка и крутящий момент. Периодичность записи данных в журнал определяется величиной погружения сваи на каждые полметра.
Пригрузка вдоль оси определяется плотностью грунта и его структурой. Численно она определяется путём деления теоретического числа оборотов сваи к реальному. Если соотношение имеет значение менее 1, то пригрузка повышается, а при большем — снижается. Оптимальным вариантом, который говорит о правильности настройки испытательной установки, считается равенство полученного значения единице.
Посмотрите видео, как проводятся испытания винтовых опор.
Определение среднего вертикального давления р под подошвой условного фундамента и проверка выполнения условия р
Для вычисления р необходимо определить площадь подошвы условного
ленточного фундамента Аусл и нагрузки, передающиеся на эту площадь от
собственного веса всех элементов, входящих в объем условного фундамента, а
также и от сооружения.
а) Площадь условного ленточного фундамента:
–
среднее значение угла внутреннего трения грунтов, залегающих в пределах рабочей
длины сваи .
= 1,01
б)
Объемы условного фундамента, всех входящих в него конструктивных элементов и
грунта:
условного
фундамента:
ростверка:
части
стены подвала, расположенной ниже верха условного фундамента (ниже отметки пола
подвала):
части
пола подвала (справа и слева от стены подвала):
грунта:
Объем
свай не вычитается из объема . При
подсчете веса грунта в условном фундаменте . не
учитывается увеличение его удельного веса за счет уплотнения при забивке свай.
Принимается,
чт
в)
Нагрузки от собственного веса всех составных частей условного фундамента и от
сооружения:
ростверка
и всей надростверковой конструкции, то есть всей стены подвала, включая ее
часть, расположенную выше отметки DL:
Q
= QP + Qнк = 45,6 кН;
части
пола подвала ;
свай
(1,03 сваи с рабочей длиной lсв = 3,9 м, из которых 0,1 м – в водонасыщенном
грунте):
грунта
в объеме условного фундамента:
Среднее
давление р под подошвой условного фундамента:
Вычисление
расчетного сопротивления R по формуле (7) СНиП для песка мелкой крупности,
(IV слой), залегающего под подошвой условного
фундамента.
где
;
= 1,0
;=1
, , ;
=1
;
м3,
.
Условие
р ≤ R выполняется: 315,74 < 967,66. Расчет осадки методами,
основанными на теории линейного деформирования грунта, правомерен, поэтому
далее производится расчет осадки методом послойного суммирования.
