Введение
Надежность и долговечность любого здания или сооружения напрямую зависит от качества его основания и фундамента. Именно фундамент является ключевым элементом, который принимает на себя все нагрузки от вышележащих конструкций и передает их на грунт. Ошибки, допущенные на этапе проектирования фундамента, могут привести к катастрофическим последствиям, поэтому его расчет требует особого внимания и высокой квалификации.
Целью данного курсового проекта является разработка надежного и экономически эффективного фундамента для заданного здания с учетом конкретных инженерно-геологических условий. Для достижения этой цели необходимо решить следующие основные задачи:
- Проанализировать исходные данные: конструктивные особенности здания и геологические условия площадки строительства.
- Выполнить сбор нагрузок, действующих на фундаменты.
- Разработать и рассчитать как минимум два варианта фундамента (например, на естественном и свайном основании).
- Провести технико-экономическое сравнение вариантов и выбрать оптимальный.
Важно помнить о совместной работе системы «основание – фундамент – конструкции сооружения», так как именно этот комплексный подход обеспечивает общую устойчивость объекта. Для достижения поставленных целей первым шагом является всесторонний анализ условий, в которых будет вестись проектирование.
Раздел 1. Анализ и систематизация исходных данных для проектирования
1.1. Описание генерального плана и конструктивных особенностей здания
Объектом проектирования является [Назначение здания, например, многоэтажный жилой дом]. Здание имеет следующие габаритные размеры в плане: [Длина] х [Ширина] м. Этажность составляет [количество] этажей, высота этажа — [высота] м. Конструктивная схема здания — [например, каркасная с несущими железобетонными колоннами или бескаркасная с несущими продольными и поперечными стенами].
Несущими элементами, передающими нагрузку на фундамент, являются [например, колонны с шагом 6х6 м или кирпичные стены толщиной 510 мм]. Перекрытия выполнены из [например, сборных железобетонных плит]. Эти параметры являются определяющими для последующего сбора нагрузок и выбора типа фундамента. Визуальное представление объекта, включая его расположение на местности, планы, разрезы и фасады, представлено в графической части проекта на листах [Номер листа]. Поняв, что мы строим, необходимо определить, на чем мы будем строить.
1.2. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки
Основой для проектирования фундаментов служат данные инженерно-геологических изысканий. В соответствии с отчетом, на площадке строительства выделяются следующие инженерно-геологические элементы (ИГЭ):
- ИГЭ-1: [Название грунта, например, Почва растительного слоя]. Мощность слоя составляет 0.5 м.
- ИГЭ-2: [Название грунта, например, Суглинок тугопластичный]. Его физико-механические характеристики: удельный вес, пористость, угол внутреннего трения, удельное сцепление.
- ИГЭ-3: [Название грунта, например, Песок средней крупности]. Залегает на глубине [глубина] м и обладает следующими свойствами…
На основе этих данных построен инженерно-геологический разрез, который наглядно демонстрирует последовательность залегания грунтов. Уровень грунтовых вод (УГВ) зафиксирован на глубине [глубина] м. Согласно анализу, воды являются [например, неагрессивными или слабоагрессивными] по отношению к бетону марки W4. Нормативная глубина промерзания для данного региона составляет [глубина] м. На основе проведенного анализа можно сделать вывод, что грунты основания [например, обладают достаточной несущей способностью для возведения здания на естественном основании, но требуют проверки по деформациям]. Теперь, зная характеристики здания и свойства грунтов, мы можем рассчитать нагрузки, которые будут переданы на основание.
1.3. Сбор нагрузок, действующих на обрезы фундаментов
Расчет нагрузок является важнейшим этапом, определяющим точность всех последующих вычислений. Сбор нагрузок выполнен в соответствии с актуальными требованиями СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». Были определены постоянные и временные нагрузки от всех конструктивных элементов здания.
К постоянным нагрузкам отнесен собственный вес несущих стен/колонн, перекрытий, кровли и других стационарных элементов. К временным — полезные нагрузки на перекрытия (зависят от назначения помещений), снеговые и ветровые нагрузки. Расчеты велись с разделением на нормативные и расчетные значения путем умножения на соответствующие коэффициенты надежности. Для удобства использования в дальнейших расчетах результаты сведены в таблицу.
| Вид нагрузки | Нормативное значение, кН/м | Расчетное значение, кН/м |
|---|---|---|
| Постоянные | [Значение] | [Значение] |
| Временные (длительные) | [Значение] | [Значение] |
| Временные (кратковременные) | [Значение] | [Значение] |
| Итого | [Значение] | [Значение] |
Имея на руках все необходимые данные о нагрузках и грунтах, мы можем приступить непосредственно к проектированию первого варианта фундамента.
Раздел 2. Проектирование и расчет фундамента на естественном основании
В качестве первого варианта рассматривается [ленточный или столбчатый] фундамент на естественном основании. Глубина заложения фундамента назначается с учетом нормативной глубины промерзания, геологического строения и конструктивных особенностей здания (наличие подвала) и принимается равной [значение] м. Расчет ведется в соответствии с положениями СП 45.13330.2017.
Размеры подошвы фундамента определяются из условия, что давление под подошвой от расчетных нагрузок не должно превышать расчетное сопротивление грунта основания (R). После определения предварительных размеров (ширины подошвы) выполняется проверка среднего давления под подошвой фундамента.
Ключевым этапом является расчет основания по деформациям, а именно определение осадки фундамента. Расчетная осадка сравнивается с предельно допустимым значением для данного типа здания. Если условие S ≤ Su не выполняется, необходимо увеличить размеры подошвы и провести перерасчет.
По результатам расчетов принимается окончательная ширина подошвы b = [значение] м и высота фундамента h = [значение] м. Далее выполняется конструктивный расчет: подбор продольной и поперечной арматуры в соответствии с действующими изгибающими моментами и поперечными силами. Рассмотрев классический вариант на естественном основании, исследуем альтернативное решение, которое может быть более выгодным в сложных грунтовых условиях.
Раздел 3. Проектирование и расчет свайного фундамента как альтернативного варианта
В качестве альтернативного варианта для данных грунтовых условий рассматривается свайный фундамент. Он состоит из свай, объединенных сверху жесткой конструкцией — ростверком. Выбираем тип свай: [например, забивные железобетонные сваи сечением 300х300 мм]. Длина сваи назначается исходя из необходимости прорезать слабые слои грунта и опереться на прочный несущий слой, и принимается равной [значение] м.
Определяющим параметром является несущая способность одиночной сваи, которая рассчитывается как по материалу сваи, так и по грунту (сопротивление под нижним концом и по боковой поверхности). За итоговое значение принимается наименьшее из двух.
Зная полную нагрузку от здания и несущую способность одной сваи, вычисляем требуемое количество свай. Разрабатывается схема их расположения в плане под несущими конструкциями. После этого проектируется ростверк, который может быть высоким (расположенным над землей) или низким (заглубленным в грунт). Выполняется его расчет как железобетонной балки на упругом основании (сваях), подбирается рабочая арматура. Мы разработали два технически состоятельных варианта. Теперь необходимо определить, какой из них является более целесообразным с экономической точки зрения.
Раздел 4. Технико-экономическое сравнение разработанных вариантов
Выбор окончательного варианта фундамента производится на основе сравнения их технико-экономических показателей. Для этого составляются локальные сметные расчеты для фундамента на естественном основании и для свайного фундамента. Основная цель — определить, какой вариант окажется более выгодным с точки зрения прямых капитальных вложений.
В расчетах учитываются следующие основные статьи затрат:
- Земляные работы: объем выемки грунта, его перемещение и обратная засыпка.
- Материалы: расход бетона, арматурной стали, стоимость свай (включая доставку).
- Основные работы: устройство опалубки, армирование, бетонирование, забивка свай (или бурение).
Путем калькуляции объемов работ и материалов и умножения их на сметные расценки определяется итоговая стоимость каждого варианта. По результатам сравнения [например, вариант свайного фундамента оказался на 15% дороже, но позволяет сократить сроки строительства]. На основании полученных данных делается четкий и обоснованный вывод о выборе [например, фундамента на естественном основании] как основного варианта для дальнейшей детальной проработки. После выбора оптимального варианта необходимо детально проработать его конструктивные элементы и подготовить графическую документацию.
Раздел 5. Финальная проработка конструктивных решений и графическая часть
На основе технико-экономического сравнения в качестве основного принят [название выбранного варианта] фундамент. В данном разделе приводятся его итоговые, уточненные конструктивные решения: окончательные размеры, класс бетона, схема армирования, детали сопряжения с вышележащими конструкциями.
Все принятые решения детально отражены в графической части проекта, которая является неотъемлемой частью пояснительной записки. Состав графической части включает следующие чертежи:
- План расположения фундаментов.
- Характерные разрезы по фундаментам.
- Схемы армирования конструктивных элементов (например, подошвы, ростверка).
- Основные конструктивные узлы (например, сопряжение колонны с фундаментом).
Чертежи выполнены в строгом соответствии с расчетной частью и действующими стандартами оформления проектной документации. Завершив все расчетные и конструкторские этапы, подведем итоги проделанной работы.
Заключение
В ходе выполнения курсового проекта была решена поставленная задача по проектированию фундамента для заданного здания. Работа проводилась поэтапно: были проанализированы исходные данные и инженерно-геологические условия, выполнен сбор нагрузок в соответствии с СП 20.13330.2011.
Были разработаны и рассчитаны два технически возможных варианта: фундамент на естественном основании и свайный фундамент. На основе технико-экономического сравнения, учитывающего стоимость материалов и работ, в качестве наиболее целесообразного был выбран [название выбранного варианта]. Итоговая осадка спроектированного фундамента не превышает предельно допустимых значений, что гарантирует его надежную эксплуатацию.
Проект продемонстрировал умение пользоваться нормативной документацией (СП, ГОСТ) и применять теоретические знания для решения практических инженерных задач. Спроектированный фундамент полностью соответствует требованиям надежности, долговечности и экономической эффективности.
Список использованных источников
Перечень нормативных документов, учебной и справочной литературы оформляется в соответствии с требованиями ГОСТ 7.1–2003. Список должен включать все источники, на которые были ссылки в пояснительной записке.
- СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*.
- СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*.
- СП 45.13330.2017. Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87.
- [Учебник, например, Ухов С.Б. и др. Механика грунтов, основания и фундаменты].
- [Методические указания вашего вуза].