Ćwiczenie Projektowe Nr 1

Projekt Posadowienia Bezpośredniego

Łukasz Angowski gr. F

Zawartość projektu

1. Karta projektowa

1. Opis obiektu budowlanego - str. 3

2. Zestawienie cech fizycznych i mechanicznych gruntów w tabeli – załącznik nr 3

3. Analiza głębokości posadowienia z uwagi na:

-warunki gruntowe w odniesieniu do wymagań PN-81/B-03020- str. 4

-funkcje techniczne obiektu str.4

-ekonomiczne aspekty budowy posadowienia str.4

1. Obliczenie I SGN Wariant nr I

   1. Ustalenie wymiarów fundamentu i obliczenie obciążenia przekazywanego przez fundament na podłoże str. 5

   2. Ustalenie jednostkowego odporu obliczeniowego podłoża uwarstwionego z uwagi na wymagania PN- 81/B-03020 str 5, 6

4. Obliczenie I SGN Wariant nr II

   1. Ustalenie wymiarów fundamentu i obliczenie obciążenia przekazywanego przez fundament na podłoże str. 5

   2. Ustalenie jednostkowego odporu obliczeniowego podłoża uwarstwionego z uwagi na wymagania PN- 81/B-03020 str 7, 8

   3. Ostateczny wybór głębokości i wymiarów posadowienia str 8

4. Obliczenie II SGU

   1. Obliczenie naprężeń pierwotnych, wtórnych, dodatkowych, całkowitych ( wykresy i zestawienie tabelaryczne) – załącznik nr 4, str 9

   2. Obliczenia osiadania fundamentu –załącznik nr 4, str 9

   3. Obliczenie przemieszczeń lub odkształcenia [S] do chwili zakończenia procesu wznoszenia budowli str 9

5. Podsumowanie i wnioski końcowe str 10

6. Załączniki

Załącznik nr 1 – Karta projektowa

Załącznik nr 2 – Karta konsultacyjna

Załącznik nr 3 – Zestawienie cech fizycznych i mechanicznych gruntów

Załącznik nr 4 – Obliczenie II SGU

1. Opis obiektu budowlanego

   • Rodzaj konstrukcji

Obiekt jest halą przemysłową ( magazynem zamknietym), uniwersalnym, zmechanizowanym, wyposażonym w suwnice, o zabudowie wolnostojącej, dwukondygnacyjnym, podpiwniczonym. Pomieszczenia są ogrzewane.

• Dane o obiekcie

Powierzchnia całkowita piwnicy 202 m²

Powierzchnia użytkowa piwnicy 189 m²

Powierzchnia całkowita parteru 202 m²

Powierzchnia użytkowa parteru 191 m²

• Lokalizacja obiektu

Budynek projektowany jest w Bydgoszczy w terenie przemysłowym, podmiejskim, częściowo uzbrojonym, w pobliży nie występują inne budynki, ani projektowane. Założono, że obiekt jest usytuowany na terenie płaskim, posiada przyłącze do sieci energetycznej

• Podstawowe założenia projektowe

• Na fundament nie działają siły poziome

• Na fundamencie nie występuje mimośród

• Nie przewiduje się obciążeń wyjątkowych

• Woda gruntowa nie zmienia znaczącą swojego stanu w czasie

• Obiekt nie jest projektowany w pobliżu fundamentów sąsiednich budowli

• Fundament nie jest posadowiony bezpośrednio na gruntach pęczniejących, wysadzinowych i zapadowych

• 2 kategoria geotechniczna

• Ustalenie parametrów geotechnicznych metodą B

• Siła pionowa działająca na fundament N= 420$\lbrack\frac{\text{kN}}{\text{mb}}\rbrack$

  • Profil geologiczno – inżynierski

- zamieszczony został w karcie projektowej

2. Zestawienie cech fizycznych i mechanicznych gruntów w tabeli.

- tabela została umieszczona w załączniku nr 3

2. Analiza głębokości posadowienia z uwagi na:

- warunki gruntowe w odniesieniu do wymagań PN-81/B-03020,

Przy ustalaniu głębokości posadowienia uwzględniono następujące czynniki:

• Głębokość występowania poszczególnych warstw geotechnicznych

• Wody gruntowe i przewidywana zmiana i stanów

• Występowanie gruntów pęczniejących, zapadowych i wysadzinowych

• Projektowaną niweletę powierzchni terenu w sąsiedztwie fundamentów, poziom posadzek pomieszczeń podziemnych, poziom rozmycia dna rzeki

• Głębokość posadowienia sąsiednich budowli

• Umowną głębokość przemarzania gruntów

Przyjęto wstępnie dwie opcje głębokości posadowienia

D= 1m na stropie warstwy piasku gliniastego

D= 5m na stropie warstwy piasku średniego

-funkcje techniczne budynku

Przy ustalaniu głębokości posadowienia uwzględniono następujące czynniki:

• Podpiwniczenie budowli

Podpiwniczenie wybrano na podstawie ostatecznie wybranej głębokości posadowienia, ponieważ inwestor nie określił wprost czy budowla będzie bez podpiwniczenia, czy z podpiwniczeniem

-ekonomiczne aspekty budowy posadowienia

Postanowiono obliczenie wymiarów posadowienia dla dwóch wariantów głębokości posadowienia, a następnie wybór bardziej korzystniejszej opcji.

2. Obliczenie I SGN Wariant nr I

   1. Ustalenie wymiarów stopy fundamentowej i obliczenie obciążenia przekazywanego przez fundament na podłoże.

Posadowienie na głębokości D= 1 m

Siła skupiona obciążająca fundament: N_k=600 kN

Moment obciążający fundament: M_K=80 kNm

Budynek niepodpiwniczony D= Dmin

Ciężar fundamentu i gruntu nad fundamentem

$$N_{g + f} = B \bullet L \bullet D \bullet \rho_{g + f} \bullet g = B \bullet L \bullet 1 \bullet 2,2 \bullet 10 = 22 \bullet L \bullet B\ \lbrack\frac{\text{kN}}{m}\rbrack$$

Przyjęto B= 2m; oraz L = 2,5

N_g + f = 22 • 2, 5 • 2 = 110[kN]

Siła przekazywana na podłoże:

N^k = N + N_g + f = 600 + 110 = 710[kN]

Obliczeniowa siła przekazywana na podłoże:

N^r = Nⁿ • γ_f = 710 • 1, 2 = 852[kN]

Obliczeniowy moment obciążający fundament

1. Ustalenie jednostkowego odporu obliczeniowego podłoża uwarstwionego z uwagi na wymagania PN-81/B-03020

W obliczeniach nie można stosować metody uproszczonej.

Na głębokości mniejszej niż 2B = 4m od podstawy fundamentu występuje zmiana gruntu z piasku gliniastego (Pg) na gline (G). Z uwagi, że G jest gruntem słabszym niż Pg, zastosowano procedurę obliczeniową jak dla gruntu jednorodnego.

Obliczeniowa średnia gęstość objętościowa gruntów zalegających powyżej poziomu posadowienia (mało wilgotny piasek średni w stanie średnio-zagęszczonym):

Obliczeniowa średnia gęstość objętościowa gruntów zalegających poniżej poziomu posadowienia do głębokości B (piasek gliniasty):

Współczynniki wpływy nachylenia wypadkowej, obciążenia wyznaczone z nomogramów.

Pionowa składowa obliczeniowego oporu granicznego podłoża gruntowego:

Sprawdzenie warunku nośności:

Współczynnik warunku nośności:

Zatem warunek nośności dla zaprojektowanego fundamentu został spełniony, w dostatecznym stopniu.

Jako, że na głębokości 2B od poziomu posadowienia występuje warstwa słabsza należy wykonać sprawdzenie fundamentu zastępczego.

Sprawdzenie fundamentu zastępczego:

h = 2m

Głębokość posadowienia:

Obliczeniowa siła przekazywana na podłoże:

Glina:

Piasek średni:

Obliczeniowa średnia gęstość objętościowa gruntów zalegających powyżej poziomu posadowienia (mało wilgotny piasek średni w stanie średnio-zagęszczonym)

Obliczeniowa średnia gęstość objętościowa gruntów zalegająca poniżej poziomu posadowienia do głębokości B’ (glina i piasek średni).

Mimośród na jakim działa siła:

Współczynniki wpływu nachylenia wypadkowej, obciążenia wyznaczone z nomogramów:

Pionowa składowa obliczeniowego oporu granicznego podłoża gruntowego

Sprawdzenie warunku nośności:

Zatem warunek został spełniony, strop warstwy poniżej przeniesie obciążenia od fundamentu posadowionego na stropie warstwy piasku gliniastego. Mówi nam to o tym, że warstwa piasku gliniastego przeniesie większość obciążeń.

Sprawdzenie warunku naprężeń:

Wyznaczenie naprężeń pod fundamentem:

Schemat fundamentu oraz wykres naprężeń w poziomie posadowienia:

Warunek naprężeń dla złożonych wymiarów jest spełniony.

2. Obliczenie I SGN Wariant nr II

   1. Ustalenie wymiarów stopy fundamentowej i obliczenie obciążenia przekazywanego przez fundament na podłoże dla wariantu II (budynek podpiwniczony).

Posadowienie na głębokości D = 3 m

Grubość h=0,5m

Siła skupiona obciążająca fundament: N_k= 600 kN

Moment obciążający fundament: M_K= 80 kNm

Gęstość fundamentu i gruntu nad fundamentem: 2,2t/m³

Gęstość fundamentu i posadzki: 2,4 t/m³

Ciężar fundamentu i gruntu nad fundamentem

$$N_{g + f} = B \bullet L \bullet D \bullet \rho_{g + f} \bullet g = B \bullet L \bullet 3 \bullet 2,2 \bullet 10 = 66 \bullet L \bullet B\ \lbrack\frac{\text{kN}}{m}\rbrack$$

Przyjęto B= 1,9m; oraz L = 2,3m; h = 0,5m

N_g + f = 66 • 1, 9 • 2, 3 = 288, 42[kN]

Siła wywierana przez fundament i posadzkę nad fundamentem (posadzka grubości 20 cm):

Siła przekazywana na podłoże:

Nⁿ = N + N_g + f + N_bet = 600 + 288, 42 + 44, 574 = 932, 994[kN]

Obliczeniowa siła przekazywana na podłoże:

N^r = Nⁿ • γ_f = 901, 752 • 1, 2 = 1119, 59[kN]

Obliczeniowy moment obciążający fundament

1. Ustalenie jednostkowego odporu obliczeniowego podłoża uwarstwionego z uwagi na wymagania PN-81/B-03020

W obliczeniach nie można stosować metody uproszczonej.

Na głębokości 2B = 4m od podstawy fundamentu występuje zmiana gruntu z gliny (G) na piasek średni (Ps). Z uwagi, że Ps jest gruntem lepszym niż G, zastosowano procedurę obliczeniową jak dla gruntu jednorodnego.

Obliczeniowa średnia gęstość objętościowa gruntów zalegających powyżej poziomu posadowienia (mało wilgotny piasek średni w stanie średnio-zagęszczonym):

Obliczeniowa średnia gęstość objętościowa gruntów zalegających poniżej poziomu posadowienia do głębokości B (glina):

Współczynniki wpływy nachylenia wypadkowej, obciążenia wyznaczone z nomogramów.

Pionowa składowa obliczeniowego oporu granicznego podłoża gruntowego:

Sprawdzenie warunku nośności:

Współczynnik warunku nośności:

Zatem warunek nośności dla zaprojektowanego fundamentu został spełniony, po zmniejszeniu wymiarów fundamentu. Jako, że na głębokości 2B od poziomu posadowienia nie występuje warstwa słabsza nie wymaga się sprawdzenia fundamentu zastępczego.

Sprawdzenie warunku naprężeń:

Wyznaczenie naprężeń pod fundamentem:

Schemat Fundamentu oraz wykres naprężeń w poziomie posadowienia:

Warunek naprężeń dla złożonych wymiarów jest spełniony.

1. Wybór wariantu posadowienia:

Wymiary stopy fundamentowej na głębokości posadowienia 1 m wynoszą 2,5m x 2m, natomiast na wymiary stopy posadowionej 3 m. p. p. t. 2,3m x 1,9m. Na stopę wykonaną według I wariantu potrzeba 2,5m³, natomiast na stopę zaprojektowaną w wariancie II potrzeba 2,19m³. Objętość betonu w obu wariantach jest zbliżona zatem ekonomiczniejszym rozwiązaniem jest wariant I, ponieważ nie zachodzi wówczas nie zachodzi potrzeba wykonywania wykopu oraz stopu nad piwnicą.

5. Obliczenie II SGU:

   1. Obliczenie naprężeń pierwotnych, wtórnych, dodatkowych, całkowitych ( wykresy i zestawienie tabelaryczne)

Siła znajduje się w obszarze rdzenia fundamentu.

Naprężenia pod fundamentem obliczono wg wzorów:

-pierwotne:

-wtórne:

-od obciążeń zewnętrznych:

• Na głębokości z=0

Wyznaczenie współrzędnej środka ciężkości wykresu naprężeń:

Naprężenia pod środkiem ciężkości wykresu naprężeń:

• Od głębokości z = B

-dodatkowe:

-całkowite:

1. Obliczenie osiadania fundamentów

Budowla wznoszona będzie w czasie krótszym niż 1 rok, w związku z czym przyjmuje się .

5. Podsumowanie i wynioski końcowe :

Zaprojektowana ława fundamentowa o szerokości B= 1,4m spełnia warunki I i II stanu granicznego. Zaprojektowano wykorzystanie nośności na 93%. Odkształcenie gruntu [S] do chwili zakończenia procesu budowli wyniosło 6,44 mm. Ze względu iż obliczono tylko jeden fundament, odkształcenie średnie przyjęto jako [S] i porównano je z osiadaniem dopuszczalnym dla hal przemysłowych. Warstwą decydującą o nośności fundamentu jest warstwa piasku średniego. Naprężenie jednostkowe na podłoże gruntowe nie przekracza wartości 450 kPa. Fundament jest posadowiony na głębokości D= 3m, ze względu na zmniejszenie wymiarów fundamentu, co skutkuje zmniejszeniem się kosztów budowy posadowienia.

Warstwę nasypu niekontrolowanego ściągnięto i zastąpiono go po wykonaniu fundamentu piaskiem średnim. Ustalenie parametrów geotechnicznych ustalono metodą B, ponieważ: występuje korelacje między parametrem, nie występują siły poziome, budowla nie jest usytuowana na zboczu lub w jego pobliżu, obok budowli nie projektuje się wykopów, nie występują dodatkowe obciążenia.

Fundament jest posadowiony powyżej zwierciadła wody gruntowej, więc nie jest konieczne zastosowanie drenażu.