Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основания и фундаменты. Методическое пособие к выполнению курсового проектирования для студентов по направлению подготовки 270800.62 «Строительство» п
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
СЕВЕРО-КАВКАЗСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
ГУМАНИТАРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедра «Общеинженерных дисциплин»
А. М. Кидакоев
Г. М. Скибин
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
Учебно-методическое пособие к выполнению курсового
проектирования для студентов по направлению
подготовки 270800.62 Строительство профиль
(Промышленное и гражданское строительство)
Черкесск
2014
1
УДК 624.15 (078.5)
ББК 38.58
К38
Рассмотрено на заседании кафедры общеинженерных дисциплин.
Протокол № 4 от «30»12 2013 г.
Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом
СевКавГГТА.
Протокол № 5 от «24»04 2014 г.
Составители:
Кидакоев А.М. – доцент кафедры ОИД;
Скибин Г.М. – профессор, зав. каф. САПР ОСФ ЮРГТУ(НПИ)
Рецензент:
Байрамуков С. Х. – д. т. н., профессор
К38 Кидакоев, А.М. Основания и фундаменты: методическое пособие к
выполнению курсового проектирования для студентов по направлению
подготовки 270800.62 «Строительство» профиль «Промышленное и гражданское строительство») / А.М. Кидакоев, Г.М. Скибин. – Черкесск: БИЦ
СевКавГГТА, 2014. –96с.
Изложены основные требования к подготовке исходных данных для
проектирования фундаментов на естественных основаниях. Рассмотрены
основы теории расчета и принципы проектирования основных типов фундаментов.
Учебно-методическое пособие предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению 550100 «Строительство», а также студентов
специальностей 290500 «Городское строительство и хозяйство» и 290300
«Промышленное и гражданское строительство».
УДК 624.15 (078.5)
ББК 38.58
© Кидакоев А.М., Скибин Г.М., 2014
© ФГБОУ ВПО СевКавГГТА, 2014
2
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ……………………………………………………………………….. 4
1. Общие принципы проектирования оснований и фундаментов ………….. 5
1.1. Основные понятия и определения. Особенности конструкций
подземной части зданий и сооружений. Общие требования
к проектированию оснований и фундаментов...................................... 5
1.2. Естественные и искусственные основания. Основные типы
фундаментов. ............................................................................................. 8
1.3. Оценка результатов инженерно-геологических изысканий ................ 10
1.4. Нагрузки для расчета оснований и фундаментов ................................. 13
1.5. Последовательность проектирования оснований и фундаментов ...... 17
2. Фундаменты мелкого заложения в открытых котлованах
на естественном основании ............................................................................. 22
2.1. Основные положения и порядок проектирования ................................ 22
2.2. Выбор глубины заложения ...................................................................... 25
2.3. Определение размеров подошвы, расчет по деформациям ................. 32
2.4. Расчет конструкций железобетонных фундаментов............................. 44
2.4.1. Расчет фундаментов на продавливание ..................................... 45
2.4.2. Расчет фундаментов по прочности на раскалывание ............... 50
2.4.3. Определение площади сечений арматуры плитной части ....... 50
2.4.4. Расчет прочности поперечных сечений подколонника ............ 52
2.4.5. Расчет фундамента по второй группе предельных
состояний (на раскрытие трещин) ............................................... 54
3. Свайные фундаменты ....................................................................................... 56
3.1. Общие сведения о свайных фундаментах .............................................. 56
3.2. Способы погружения и типы свай .......................................................... 60
3.3. Расчет одиночной сваи по несущей способности ................................. 73
3.4. Проектирование свайного куста ............................................................. 87
3.5. Проектирование ростверка ...................................................................... 89
3.6. Расчет по деформациям ........................................................................... 90
Заключение ....................................................................................................... 94
Список использованных источников ........................................................... 95
3
ВВЕДЕНИЕ
Проектирование оснований и фундаментов является одним из навыков, составляющих основу профессиональных знаний, приобретаемых
студентами специальности 290300 «Промышленное и гражданское строительство». Важным становится овладение будущими инженерамистроителями системой теоретических принципов, лежащих в основе инженерных методов расчета фундаментов.
Учебное пособие содержит минимальный объем сведений, излагаемых в курсе «Основания и фундаменты». Выбор конструкции фундамента
и его размеров, удовлетворяющих грунтовым условиям конкретной площадки строительства, нередко делает задачу выбора оптимального решения слишком сложной, требуя от проектировщика творческих способностей. Ошибки, возможные на этом этапе, приводят часто к невозможности
эксплуатации сооружения в полной мере без значительных затрат.
Процесс проектирования состоит из решения отдельных типовых
задач, начиная с выбора несущего слоя грунта, глубины заложения, типа и
размеров элементов фундамента и вплоть до конструирования и оптимизации. Материал в учебном пособии построен таким образом, что, изучая
его, студент получает необходимые теоретические сведения обо всех этапах проектирования наиболее распространенных типов фундаментов, переходя от простого к сложному.
Материал пособия послужит основой при подготовке к промежуточной аттестации и тестированию в течение семестра.
4
1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ
b
h
h
h
h
n
i
2
h
d
1
f
1
2
3
4
5
6
7
И ФУНДАМЕНТОВ
1.1. Основные понятия и определения. Особенности конструкций
подземной части зданий и сооружений. Общие требования
к проектированию оснований и фундаментов
Проектирование подземной части зданий и сооружений связано с
расчетом двух взаимосвязанных систем «фундамент» - «грунтовое основание» с учетом конструктивных особенностей надземного сооружения
(способа передачи нагрузки, материалов конструкций, пространственной
жесткости, назначения и т.д.). Для иллюстрации основных терминов, которые будут использоваться в дальнейшем, рассмотрим типичную схему
фундамента, представленную на рис. 1.1.
Рисунок 1.1.- Схема фундамента: 1 – конструкция надземного сооружения; 2 – обрез; 3
– открытый котлован; 4 - фундамент; 5 – подошва; 6 – основание; 7 – грунт
5
Фундаментом (4) называется часть здания или сооружения, пре-
имущественно подземная, которая воспринимает нагрузки от конструкций надземного сооружения (1) и передает их на естественное или искусственное основание, сложенное грунтами.
Основанием (5, 6) называется напластование грунтов, воспринима-
ющих нагрузку от фундамента.
Грунтами (7) называются рыхлые горные породы, образовавшиеся
в результате выветривания верхних слоев литосферы.
Фундаменты устраивают в открытых котлованах (3) или полостях
заданной формы, создаваемых в массиве грунта.
Верхняя плоскость фундамента, на которую опираются надземные
конструкции, называется обрезом (2), а нижняя плоскость, соприкасающаяся с основанием, – подошвой (5). За ширину фундамента принимают
меньший размер подошвы - b. Расстояние от обреза фундамента до подошвы есть высота фундамента h. Глубиной заложения фундамента df
является расстояние от подошвы до уровня планировки.
Фундаменты устраиваются для передачи нагрузок от конструкций
зданий и сооружений, установленного в них технологического и другого
оборудования и полезных нагрузок на грунты основания. Основание, воспринимая эти нагрузки, претерпевает, как правило, неравномерные деформации, что вызывает появление в конструкциях дополнительных перемещений и усилий. Неправильное проектирование, подготовка оснований и возведение фундаментов могут привести к тому, что даже выполненная согласно проекту конструкция сооружения перестанет удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям. Мировой
опыт строительства показывает, что большинство аварий построенных
зданий и сооружений вызвано ошибками, связанными с возведением фундаментов и устройством оснований.
Одной из характерных особенностей неправильного возведения
фундаментов является то, что его отрицательное действие проявляется
после накопления грунтами основания достаточных деформаций, т. е., как
правило, в период эксплуатации сооружения. Известны случаи, когда уже
построенные и заселенные здания из-за развития чрезмерных деформаций
приходилось срочно расселять, подвергать сложным ремонтновосстановительным работам, а нередко и полностью или частично разбирать.
6
Таким образом, ошибки, допущенные при проектировании и возведении фундаментов, или стремление к неоправданной экономии ресурсов могут потребовать проведения дополнительных мероприятий, стоимость которых во много раз превысит стоимость фундаментов.
Стоимость фундаментов составляет в среднем 12 % от стоимости
строительства, а в сложных инженерно-геологических условиях может
достигать 20 ... 30 % и более. Поэтому необоснованное принятие чрезмерно сложных для конкретных условий конструкций фундаментов и производства работ по их возведению приведет к неоправданному удорожанию
строительства.
Важно отметить, что технология работ по подготовке оснований и
устройству фундаментов и подземных частей зданий во многом отличается от работ по возведению подземных сооружений. В зависимости от типа
сооружения, рельефа местности, инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки, климатических и метеорологических условий района строительства, даже времен года, когда выполняются эти работы, технология производства строительных работ может
значительно изменяться. Правильный выбор технологии подготовки оснований и устройства фундаментов имеет очень большое значение для
надежного и экономичного строительства сооружений. Эти вопросы специально рассматриваются в курсе технологии строительного производства и подробно изложены в учебном пособии [1].
На основании вышеизложенного можно сформулировать общие
требования, предъявляемые в действующих нормативных документах, к
проектированию оснований и фундаментов:
- обеспечение прочности и эксплуатационных параметров зданий и
сооружений (общие и неравномерные деформации не должны превышать
допустимых величин);
- максимальное использование прочностных и деформационных
свойств грунтов основания, а также прочности материала фундамента;
- достижение минимальной стоимости, материалоемкости и трудоем-
кости, сокращение сроков строительства.
Соблюдение этих положений основывается на выполнении ука-
занных ниже условий:
7
- комплексный учет при выборе типа оснований и фундаментов ин-
женерно-геологических и гидрогеологических условий строительной
площадки;
- учет влияния конструктивных и технологических особенностей со-
оружения на его чувствительность к неравномерным осадкам;
- оптимальный выбор методов выполнения работ по подготовке ос-
нований, устройству фундаментов и подземной части сооружений;
- расчет и проектирование оснований и фундаментов с учетом совместной работы системы «основание - фундаменты - конструкции сооружения».
Таким образом, проектирование оснований и фундаментов состоит
в выборе типа основания (естественное или искусственное), конструктивного решения (в том числе материала) и размеров фундаментов (глубина
заложения, размеры площади подошвы и т.д.), а также определении мероприятий, применяемых для уменьшения влияния деформаций основания
на эксплуатационную пригодность и долговечность сооружения.
Конструирование фундаментов (назначение класса бетона, подбор
арматуры, определение размеров отдельных его частей и т.п.) относится к
курсу железобетонных конструкций.
1.2. Естественные и искусственные основания.
Основные типы фундаментов
Основания фундаментов могут быть сложены грунтами есте-
ственного и искусственного происхождения. Грунты оснований зданий и
сооружений подразделяются на два класса: скальные (грунты с жесткими
связями) и нескальные (грунты без жестких связей).
В классе скальных грунтов выделяют магматические, метаморфи-
ческие и осадочные породы, которые подразделяются по прочности (от
весьма низкой прочности Rc<1 МПа до высокой Rc>120 МПа, где Rcпрочность на сжатие), размягчаемости (неразмягчаемые и размягчаемые)
и степени растворяемости в воде (от легкорасворяемых до нерастворяемых). К скальным грунтам, прочность которых в водонасыщенном состоянии менее 5 МПа, относятся глинистые сланцы, песчаники с глинистым
цементом, мегрели, мелы. Корме того, в классе скальных грунтов выделяются также искусственные – закрепленные в естественном залегании
8
трещиноватые скальные и нескальные грунты, которые подразделяются
по способу закрепления (цементация, силикатизация, смолизация, обжиг
и др.) и по пределу прочности на одноосное сжатие.
Нескальные грунты подразделяют на крупнообломочные, песча-
ные, пылевато-глинистые, биогенные и почвы. Свойства этих грунтов и
основные закономерности процессов, происходящих в них при восприятии нагрузок, изучались в курсе «Механика грунтов» и изложены в [2, 3].
Фундаменты по характеру передачи нагрузки на грунты основания
можно разделить на две группы - фундаменты мелкого и глубокого заложения.
Отличительные особенности фундаментов мелкого заложения за-
ключаются в следующем:
- нагрузка на основание передается преимущественно через подошву фундамента;
- соотношение размеров (высота h и ширина b) не превышает 4, что
позволяет рассматривать такие фундаменты как жесткие конструкции;
- фундаменты устраивают в основном в открытых котлованах.
Из общего многообразия различных типов фундаментов по характеру работы следует выделить фундаменты, предназначенные для восприятия значительных горизонтальных нагрузок от бокового давления грунтов (стены подвалов, подпорные стены, шпунтовые ограждения), и анкерные фундаменты, работающие на выдергивающие усилия (фундаменты
мачт, линий электропередач и т.д.).
При большом различии инженерно-геологических условий площадок строительства на территории России, а также разнообразии конструкций зданий и сооружений, применяемых в массовом строительстве, используются в основном столбчатые, ленточные и плитные фундаменты на
естественном, уплотненном или искусственно закрепленном основании и
свайные фундаменты.
Предварительная оценка области применения фундаментов различных типов в зависимости от грунтовых условий может быть выполнена с помощью табл. 1.1.
9
Таблица 1.1-Область применения фундаментов различных видов
Основания
Грунты
Тип фундамента
прорезаемые
основания
Мелкого заложения
Свайный
на есте-
ственном ос-
новании
на уплотнен-
ном или ис-
кусственно
закрепленном
основании
Однослой-
ные
Слабые
Средние
Прочные
+
-
-
Двухслой-
ные
Средние
Средние
Прочные
+
Средние
Слабые
Прочные
-
-
Прочные
Слабые
Средние
-
-
1.3. Оценка результатов инженерно-геологических изысканий
Основания сооружений должны проектироваться на основе ре-
зультатов инженерно-геодезических, геологических и гидрометеорологических изысканий на площадке строительства.
При проектировании оснований и фундаментов следует учитывать
местные условия строительства, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в аналогичных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.
Инженерные изыскания для строительства должны проводиться в
соответствии с требованиями СНиП [4], государственных стандартов и
других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства.
Грунты оснований должны именоваться в описаниях результатов
изысканий, проектах оснований, фундаментов и других подземных конструкций сооружений согласно ГОСТ 25100-82.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]