Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
docx

Студенческий документ № 046093 из МГСУ НИУ (МГСУ-МИСИ)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Железобетонных и каменных конструкций"

Курсовой проект

на тему: "Проектирование несущих конструкций подземной части здания"

Выполнил студент:

Бахмисов В.В. ГСС-5-9

Руководитель проекта:

д.т.н., профессор Тамразян А. Г.

г. Москва

2014 год

Оглавление

1. Расчет и конструирование свайного фундамента под колонну 2

1.1 Исходные данные на проектирование 2

1.2 Материалы 2

1.3 Сбор нагрузки 3

1.4 Определение несущей способности сваи по грунту 7

1.5 Размещение свай в кусте 8

1.6 Расчет на продавливание ростверка колонной 9

1.7 Расчет на продавливание ростверка угловой сваей 10

1.8 Расчет по прочности наклонных сечений ростверков на действие поперечной силы 11

1.9 Расчет на смятие ростверка угловой сваей 12

1.10 Расчет ростверка на изгиб по нормальным и наклонным сечениям 13

1.11 Определение ширины раскрытия трещин 14

1.12 Определение максимального момента при образовании трещин 15

1.13 Расчет свай по материалу 15

1.14 Проектирование свайного поля под колонны каркаса здания 17

2. Расчет "стены в грунте" 22

2.1 Построение эпюр природного и бокового давления 22

2.2 Определение глубины заделки Н 24

2.3 Определение положения равнодействующих активного и пассивного давления грунта на "стену в грунте'' 25

2.4. Статический расчет ‹‹стены в грунте›› на изгиб 26

2.5 Подбор продольной рабочей арматуры 28

2.6 Расчет на действие поперечных сил 28

2.7 Проверка ширины раскрытия трещин 29

Список используемой литературы 31

1. Расчет и конструирование свайного фундамента под колонну

1.1 Исходные данные на проектирование

Здание выполняется как каркасное из монолитного железобетона с подземной частью в 4 этажа высотой 2,8м. Этажи с 1 по 12 имеют высоту 4,2 м. Подземная часть выполняется с помощью стены в грунте, горизонтальной опорой которой являются замкнутые в плане диски перекрытий. Колонны (сваи-колонны) подземной части здания выполняются с поверхности грунта как буронабивные сваи диаметром 300 и 600мм. Фундаменты выполняются как свайные, отдельно стоящие ростверки, затем объединенные в ростверковые ленты.

1.2 Материалы

Бетон В45:

Вид сопротивления Бетон Расчетные сопротивления бетона для предельных состояний первой группы и Сжатие осевое (призменная прочность), Мелкозернистый (керамзитобетон) =17 МПа Растяжение осевое, =1,15 МПа -коэффициент условий работы =0,9;

-начальный модуль упругости бетона =32500 МПа.

Продольная рабочая стержневая арматура класса А-400:

Стержневая и проволочная арматура класса Расчетные сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы ,МПа растяжению

Сжатию продольной Поперечной(хомутов и отогнутых стержней) А-400 (d 6-40 мм) =355 =285 =355 Коэффициент надежности по арматуре при расчете конструкций по предельным состояниям, первой группы второй группы А-400 =1,1 =1,0 Модуль упругости арматуры, МПа А-400

1.3 Сбор нагрузки

Нагрузки на 1 м2 перекрытия в соответствии с СП 20.13330.2011 Вид нагрузки Нормативная нагрузка, кН/м2 Коэффициент надежности по нагрузке ?_f Расчетная нагрузка, кН/м2 1 2 3 4 Постоянная:

1. Многопустотная сборная плита перекрытия с омоноличиванием швов (?=220мм);

2. Керамзит (?=60мм; ?=8кН/м3);

3. Цементно-песчаная стяжка (?=30мм; ?=18кН/м3) ;

4. Цементно-песчаный раствор (?=60мм; ?=8кН/м3);

5. Керамическая плитка (?=13мм; ?=18кН/м3);

3,4 0,48 0,53

0,36

0,234 1,1 1,3

1,3 1,3 1,3

3,74 0,624 0,689

0,468

0,3044 Итого постоянная нагрузка g 5 - 5,8 Временная: 1. Перегородки ?=120мм

2. Полезная в том числе:

- кратковременная ?sh

- длительная ?lon 0,5

3,5 2,5 1,0 1,1

- 1,3 1,2 0,55

4,45 3,25 1,2 Итого временная нагрузка v 4,0 - 5,0 Временная нагрузка без учета перегородок v_0 3,5 - 4,45 Полная нагрузка (постоянная + временная): Итого(g+v): 8,5 - 10,25

Нагрузка на 1м2 покрытия в соответствии с СП 20.13330.2011 Вид нагрузки Нормативная нагрузка, кН/м3 Коэффициент надежности по нагрузке ?_f Расчетная нагрузка, кН/м2 1 2 3 4 Гидроизоляционный ковер (3слоя) 0,15 1,3 0,195 Армированная цементно-песчаная стяжка?=40 мм, ?=2200 кг/м^3 0,88

1,3 1,44

Керамзит по наклону

?=100 мм, ?=600кг/м^3 0,60 1,3 0,780 Утеплитель (минераловатные плиты)

?=150 мм, ?=150 кг/м^3 0,23 1,2 0,270 Пароизоляция (1 слой) 0,05 1,3 0,065 Многопустотная плита перекрытия с омоноличиванием швов ?=220 мм 3,40 1,1 3,740 Итого постоянная нагрузка g_roof 5,3 - 6,2 Временная нагрузка -

СнеговаяS0 = 0,7 cect?Sg

В том числе длительная часть снеговой нагрузки S_lon

0,22 0,11 -

- 0,31 0,15 Полная нагрузка g_roof+S 5,52 - 6,51 ?_n1- коэффициент сочетаний (коэффициент снижения временных нагрузок в зависимости от количества этажей)6.3 [6]:;

?_n1=0,4+(?_A1-0,4)/vn=0,4+(0,69-0,4)/v12=0,484; ?_A1=0,69;

Нагрузка на сваю

Нагрузка на сваю считается от суммы нагрузок: от суммы перекрытий, от собственного веса колонны, от собственного веса ростверка и от собственного веса покрытия.

Предварительно вес ростверка принимаем: N_р=0,07(N_(с.в.)^пер+N_(с.в.)^кол+N_(с.в.)^покр+N_(с.в.)^(перекр.подв.))

Таким образом, нагрузка, приходящаяся на сваю, составит:

N=N_(с.в.)^пер+N_(с.в.)^покр+N_(с.в.)^(перекр.подв.) ?+N?_(с.в.)^кол+N_(с.в.)^рост=4634+236,3+163,4+258+370,4=5662 кН

Рис.1. Конструктивная схема перекрытия

Рис. 2. Разрез по линии 1-1

Рис. 3. Конструктивная схема здания

1.4 Определение несущей способности сваи по грунту

Грунты основания:

ИГЭ-1: песок, мощностью 7,2 м.;

ИГЭ-2: суглинок, мощностью 4,5 м.;

ИГЭ-3: торф, мощностью 2,4 м;

ИГЭ-4: глина полутвердая, JL=0,25 , полная мощность не вскрыта;

Вид сваи - буровые, бетонируемые при отсутствии в скважине воды (сухим способом) 0,6х0,6м, а крайних 0,3х0,3м.

Количество свай в ростверке - 5.

Принимаем буронабивные сваи длиной 10 м.

Расчет круглых свай ведем как расчет квадратных, со стороной, где d- диаметр круглой сваи:

-центральная свая: а=0,9хd=0,9х0,3=0,27 м

-крайние сваи:а=0,9хd=0,9х0,6=0,54м;

Несущая способность по грунту одиночной забивной висячей сваи определяется по формуле:

, где с - коэффициент условий работы сваи в грунте; с = 1;

R - расчетное сопротивление под нижним концом сваи, кПа;

А - площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто, принимается равным для сваи:

-для сваи со стороной 0,54 равной 0,52м2

-со стороной 0,27 равной 0,13 м2

U - наружный периметр поперечного сечения сваи, м, для сваи:

-со стороной 0,54 - U=0,54х4=2,16 м;

-со стороной 0,27 - U=0,27х4=1,08м;

- расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПапринимаемое по табл. 11.2 [1]СНиП 2.02.03-85;

- толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м ;

? CR и ? Cf- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним

концом и на боковой поверхности сваи; принимаем ? CR и ? Cfпринимаемые по табл. 7.4 [7], равными 1.

Определяем расчетное сопротивление под нижним концом сваи R и расчетные сопротивления по боковой поверхности сваи слоев грунта, через которые проходит свая.

Расчетное сопротивление R под нижним концом сваи для глины тугопластичной =0,35, на глубине =20,3 м составляет R=3880 кПа.

Используя найденные значения R и вычисляем несущую способность сваи по грунту .

Несущая способность сваи d=0,3см:

F_d=1•(1•5766•0,07+1,08•(-(0,4•57,3-1,2•5-1,2•5+2•61,6@+2•64,2+2•66,4+2•68,8+2,0•70,7+0,7?74,5)))=1202 кН

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту, составит:

P_св=F_d/?_k =1063/1,4=859 кН.

Несущая способность сваи d=0,6см:

F_d=1•(1•5766•0,3+2,16•(-(0,4•57,3-1,2•5-1,2•5+2•61,6@+2•64,2+2•66,4+2,0•70,7+0,7?74,5)))=3361 кН

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту, составит:

P_св=F_d/?_k =3048/1,4=2400 кН,

N_св=4*859+2400=5836 кН.

Следовательно несущая способность обеспечена.

Проверка экономичности:

?=(5836-5662)/5836•100%=3,0%5436 кН - несущая способность обеспечена.

?=(5836-5454)/5835•100%=6%R_i=859 кН

Следовательно, прочность плиты ростверка на продавливание угловой сваей обеспечена.

1.8 Расчет по прочности наклонных сечений ростверков на действие поперечной силы

Расчет по прочности наклонных сечений ростверков на действие поперечной силы производится по формуле:

где - сумма реакций всех свай, находящихся за пределами наиболее нагруженной части ростверка с учетом большего по величине изгибающего момента;

b - ширина подошвы ростверка;

- расчетная высота в рассматриваемом сечении ростверка;

с - длина проекции наклонного сечения, принимаемая равной расстоянию от плоскости внутренних граней до ближайшей грани колонны.

и Q=?-R_i =2•859=1718 кН;

=0,85 м;

c_1=c_2=0,63 м;

h_0/c=1,35 Определяем предельную величину поперечной силы, которую может воспринять плита ростверка по наклонному сечению:

Q_max=?_b2•?_b2•R_bt•b•h_0•h_0/c=2,5•0,9•1,15•?10?^3•2,64•0,85•1,35=1900>Q=1718 кН

Следовательно, прочность наклонных сечений плиты ростверка по поперечной силе обеспечена.

1.9 Расчет на смятие ростверка угловой сваей

При шарнирном соединении сваи с ростверком возможно смятие бетона ростверка по стыку с торцом сваи.

, где - при равномерном сжатии

Для бетона В30: ?=13,5 R_bt/R_b =13,5•1,15/17=0,91;

-коэффициент, учитывающий влияние бетонной обоймы: ;

где A_loc1=h_св^2=?0,27?^2=0,073 м^2

A_loc2=?(2a+h_св)?^2=?(2•0,1+0,27)?^2=0,221? м?^2;

?_b=?(0,221/0,073)=1,73?_анк•d=20•8=160 мм=400 мм

Условия работы ненапрягаемой арматуры Коэффициенты для определения анкеровкиненапрягаемой арматуры Периодического профиля Гладкой Не менее Не менее 1.Заделка арматуры:

а)растянутой в растянутом бетоне

б) сжатой или растянутой в сжатом бетоне

0,7 0,5

11 8

20

12 250

200 1,2

0,8

11

8 20

15 250

200 2.Стыки арматуры внахлестку:

а)в растянутом бетоне

б)в сжатом бетоне

0,9 0,65

11 8

20

15

250 200

1,55 1

11

8

20 15

250 200 1.11 Определение ширины раскрытия трещин

Нагрузка, передаваемая на ростверк, является длительной, трещины допускаются (3 категория), нет грунтовых вод, следовательно, допускается раскрытие трещин до 0,3 мм. Ширина раскрытия трещин определяется по формуле:

где - коэффициент, принимаемый при учете кратковременных нагрузок и непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;

-коэффициент, зависящий от вида и профиля продольной растянутой арматуры (для периодического профиля =1);

-коэффициент армирования,

?=A_s/(b•h_0 )=6,539/(264•75)=0,0003M^(1-1)-N_b z_b=0

?-?M^(1-1)-?_m•?_b2•b•h_от^2=0?

?_м=M_max/(?_b•R_b•b•h_0^2 )=321/(0,9*17*?10?^3*2,64*?0,75?^2 )=0,014

?=1-v(1-2?_m )=1-v(1-2*0,014)=0,014

Сравниваем с -предельной деформацией бетона и арматуры.

определяется по формуле СНиП:

где w=0,85-0,008*R_b=0,85-0,013*17=0,629

?_R=0,629/(1+400/500*(1-0,629/1.1) )=0,47

?=0,014?_ан•d=15•14=210 мм

Вычисляем необходимое количество арматуры для нижней грани:

?_м=M_max/(?_b•R_b•b•h_0^2 )=960/(0,9*17*?10?^3*2,64*?0,75?^2 )=0,042

?=1-v(1-2?_m )=1-v(1-2*0,042)=0,043

Сравниваем с : ?=0,043?_ан•d=15•16=240 мм

2. Расчет "стены в грунте"

2.1 Построение эпюр природного и бокового давления

Эпюра природного давления:

Эпюра бокового давления

Активное и пассивное давление грунта на " стену в грунте'' вычисляется, соответственно, по формулам:

-активное давление:

где q-интенсивность равномерно распределенной нагрузки на поверхности грунта;

-обьемный вес грунта;

у-расстояние от поверхности грунта до уровня действия вычисляемого активного давления;

-коэффициент активного давления, вычисляется по формуле:

где -угол внутреннего трения грунта;

с- удельное сцепление грунта.

Рпас-пассивное давление, действующее, в нашем случае, со стороны котлована:

где у- расстояние от поверхности дна котлована до уровня действия искомого пассивного давления;

-коэффициент пассивного давления, вычисляется по формуле:

где величина к зависит от материала стенки и угла внутреннего трения грунта, к=1,32 (при )

к 35 2,6 30 2,3 25 2,1 20 1,8 15 1,5 10 1,2

Окончательно получаем:

Используя полученные формулы, и соответствующие данные по грунту (см. эти данные по рис.),вычисляем активное и пассивное давление на " стену в грунте'':

Активное давление:

Слой 1:

у=0

у=7,2 м

Слой 2:

у=7,2 м

у=11,7 м

Слой 3:

у=11,7 м+2,4 м (торф)=14,1 м

Считаем, что торф не оказывает давление на "стену в грунте'', а лишь передает нагрузку от слоя 2 на слой 4, следовательно

у=14,1 м+H

Пассивное давление:

упас =14,1 м

упас =14,1 м+H

2.2 Определение глубины заделки Н

Необходимую глубину заделки " стены в грунте'' в основание находим из условия обеспечения устойчивости стены против смещения ее внутрь котлована за счет выпора грунта на уровне днища последнего. Статическое равновесие активных и пассивных сил, приложенных к " стене в грунте'', предотвращающее выпор грунта на участке защемления конструкции, предусматривает равенство моментов активных и пассивных усилий относительно точки А.

Составляя это равенство, влиянием активного давления грунта на "стену в грунте'', в запас, пренебрегаем:

?-?M_A=R_1^A*2,47+? R_2^A*7,70+R_3^A*(12,1+H-(H(372+9,1H))/(744+27,3H))-

?-R?_1^п*(12,1+H-(H(1520,2+67,5H))/(3750,3+202,5H))=0

Активное давление:

R_1^A=0,5(4,2+26,5)7,2=110,5 кН

R_2^A=0,5(37,1+74,6)4,5=251,3 кН

R_3^A=0,5(248+9,1H)H Пассивное давление:

R_4^п=0,5(1250,1+67,5H)H

x=0,3502 Принимаем Н=0,4 м

2.3 Определение положения равнодействующих активного и пассивного давления грунта на "стену в грунте''

Расчетная схема " стены в грунте'' на изгиб.

Активное давление:

Положение равнодействующей по отношению к точке А:

Положение равнодействующей по отношению к точке А:

Положение равнодействующей по отношению к точке А:

R_3^A=0,5(248+9,1H)H=50,4 кН

Положение равнодействующей по отношению к точке А:

12,1+H-(H(372+9,1H))/(744+27,3H)=12,5-(0,4(372+9,1•0,4))/(744+27,3•0,4)=12,3м;

Пассивное давление:

R_4^п=0,5(1250,1+67,5H)H=255,5 кН

Положение равнодействующей по отношению к точке А:

12,1+H-(H(1520,2+67,5H))/(3750,3+202,5H)=

Участок ‹‹стены в грунте››, где действуют наибольшие усилия - изгибающие моменты и поперечная сила - расположен ниже точки А. Поэтому конструкции, находящиеся выше точки А, в расчетной схеме ‹‹стены в грунте›› отсутствует, но влияние его на нижнюю часть ‹‹стены в грунте›› учитывается. Учитывается через постановку в сечении, проходящем через А, связи - защемления. Такая связь достаточно точно отражает неразрывность отброшенной и расчетной частей конструкции. Заглубленный участок стены рассматривается как работающий под действием активного давления грунта на упругом основании. С допустимым, в данном случае, упрощением расчета, упругое основание представляем одной податливой опорой, устанавливаемой в точке приложения к ‹‹стене в грунте›› равнодействующей () пассивного отпора грунта.

2.4. Статический расчет ‹‹стены в грунте›› на изгиб

В основной системе податливую опору заменяем на неизвестную опорную реакцию R, которую находим из условия равенства перемещения конструкции в точке К, вычисленного для нее как для консольной балки, упругой осадке опоры в этой точке.

Прогиб балки в точке К вычисляем по формуле:

Жесткость балки (бетон В 25):

- прогиб балки в точке К от силы Р=361,5 кН

- прогиб балки в точке К от силы Р=50б4кН

- прогиб (выгиб) консольной балки в точке К от силы R.

Осадка () балки в точке К: ,

где А - площадь распределения силы R по основанию:

- напряжение (давление) на основание, оказываемое силой R

CZ - коэффициент постели на боковой поверхности ‹‹стены в грунте›› на уровне Z (уровне действия силы R), отчитывается от поверхности грунта

- согласно СНиП 2.02.03-85 "Свайные фундаменты", где

к - коэффициент пропорциональности, принимаемый в зависимости от вида грунта

?с =3 - коэффициент условий работы=3, к=14000 кН/м4 - для глины полутвердой

Тогда

Суммарный прогиб балки в точке К от всех приложенных к ней сил равен осадке балки в этой точке, следовательно :

По полученным результатам строим эпюру моментов, вычисляя, при этом, моменты в точках А, В, С, двигаясь от точки К к точке А:

2.5 Подбор продольной рабочей арматуры

Моменты выравниваются и это позволяет получить одинаковую схему армирования для обеих граней стены.

При Моп=973,8 кНм

Определяем высоту сжатой зоны:

, h0=h-a, а=6,5см (защитный слой)

=>

Принимаем 5?36 А-400 (шаг 200мм) Аs =50,9 см2 (продольная рабочая арматура каркасов) и 6?4 А-400 (шаг 250мм) Аs =0,72 см2 (продольная рабочая арматура сеток).

Итого:

2.6 Расчет на действие поперечных сил

Принимая во внимание внешнюю нагрузку и полученное значение R строим эпюру Q:

Принимаем Qb=Qbmax, ==> прочность на поперечную силу по бетону обеспечена, поперечное армирование принимаем конструктивно.

2.7 Проверка ширины раскрытия трещин

Расчет ведем по формуле:

рассматривая всю нагрузку, действующую на "стену в грунте", как нагрузку длительную.

С учетом смысла параметров:

- коэффициент, принимаемый при учете кратковременных нагрузок и непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;

- коэффициент, зависящий от вида и профиля продольной растянутой арматуры (=1 для периодического профиля)

- коэффициент армирования

- коэффициент, учитывающий отрицательное влияние длительно действующей нагрузки

- напряжение в арматуре в эксплуатационный период

Еs=МПа - модуль упругости арматуры

- (допустимая величина раскрытия) => требование норм по ширине раскрытия трещин не выполняются => увеличим диаметр арматуры:

5?36 А-400 (шаг 200мм) Аs =50,9 см2 (продольная рабочая арматура каркасов)

6?12 А-400 (шаг 200мм) Аs =6,8 см2 (продольная арматура сеток).

Тогда:

- (допустимая величина раскрытия) => требование норм по ширине раскрытия трещин выполнены.

Принимаем 5?36 А-400 (шаг 200мм) Аs =50,9 см2 (продольная рабочая арматура каркасов) и 6?12 А-400 (шаг 250мм) Аs =6,8 см2 (продольная рабочая арматура сеток).

Итого:

Список используемой литературы

Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс: Учеб. Для вузов. - 6-е изд., репринтное. - М. : ООО "Бастет", 2009 - 768 с. : ил.

МУ и СМ к курсовому проекту №1 по дисцип. "Железобетонные и каменные конструкции" для студентов спец. 270102 "Промышленное и гражданское строительство" - М., 2009 - 64 с.: ил.

Проектирование оснований и фундаментов гражданских зданий (часть 2 - свайные фундаменты). Методические указания с примерами расчетов к выполнению курсового проекта и практических занятий МГСУ. М., 2003 г.

СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. - М.:ФГУП ЦПП, 2005.

Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003). - М.:ФГУП ЦПП, 2005.

СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М.:ФГУП ЦПП, 2003.

СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. М., ГУП ЦПП, 2004 г.

Пособие по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84). - М., ЦИТП, 1985 г.

Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83). - М., ЦИТП, 1989 г.

1

Показать полностью…
2 Мб, 9 января 2015 в 23:06 - Россия, Москва, МГСУ НИУ (МГСУ-МИСИ), 2015 г., docx
Рекомендуемые документы в приложении