Расчёт фундамента мелкого заложения на естественном основании

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основания и фундаменты

1. Оценка инженерно-геологических условий

Район строительства - г. Черемхово, нормативная глубина сезонного промерзания 2,8 м.

Расчетная глубина сезонного промерзания:

d_f = k_h * d_fn ,

где d_fn - нормативная глубина сезонного промерзания;

k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения. Определяем по таблице 1.

d_f = 0,7*2,8 = 1,96 м.

При повышении прогнозируемого уровня подземных вод возможно недопустимое ухудшение физико-механических свойств грунтов основания, в проекте предусматриваем мероприятия по защите фундаментов и понижению УГВ.

Подземные воды могут подниматься в следствие:

- естественные сезонные колебания УГВ;

- техногенное изменение УГВ и так далее.

Рис. 1. Схема геологического разреза.

При расчётных деформациях основания, сложенного насыпными грунтами, должны предусматриваться следующие мероприятия:

- поверхностное уплотнение оснований вибрационными машинами, катками;

- устройство песчаных подушек;

- конструктивные мероприятия;

Таблица 1. Показатели физико-механических свойств грунтов.

	Наименование	Плотность, т/м3, ?	Удельный вес, т/м 2 , ?	Угол внутреннего трения, ?	Сцепление, кН/м2 *с	Влажность на границе текучести,%, WL	Влажность на границе раскатыв., %, WB	Число пластичности, JP, %	Расчётное давление, кН/м2, R0	Модуль деформации Е	Влажность W, %	Показатель текучести
1	Насыпь	1,6	15,68	30	2	e = 0,65	-	250	34	20	-
2	Глина 4	1,95	19,11	14	28	46	22	19	600	18	33	0,31
3	Суглинок 14	1,08	10,58	15	11	37	27	14	300	13	28	0,35
4	Песок ср., круп. 23	1,96	19,21	43	3	е = 0,45	-	250	34	20	-

УГР - 3,5 м.

2. Расчёт фундамента мелкого заложения на естественном основании по ряду А и оси 5

2.1 Определение глубины заложения фундамента

Нормативная глубина сезонного промерзания - 2,8 м.

Расчётная глубина сезонного промерзания - 1,96 м.

Назначаем глубину заложения фундамента - 1,95 м.

2.2 Определение размеров фундамента под колону

Площадь подошвы фундамента: N_0II = 130,06 кН

Ширина подошвы фундамента:

l = 0,84 м

Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, расположенных ниже подошвы фундамента:

кН

Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, расположенных выше подошвы фундамента:

?^`_II =15.68 кН

Расчётное значение удельного сцепления грунта несущего слоя, залегающего ниже подошвы фундамента:

c _II = 2 кН/м²

2.3 Расчёт фундамента по II группе предельных состояний

Определяем расчётное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента:

где ?_с1 = 1,2; ?_с2 = 1,05;

k = 1,1;

М_? , М_g , М_с - коэффициенты, принимаемые по таблице 4 [ ]:

М_? = 1,15; М_g = 5,59; М_с = 7,95;

k_z - коэффициент, принимаемый равным:

при b< 10 м k_z =1,1, где b - ширина подошвы фундамента, м;

=245(R₀=250)

Учитывая, что фундамент является внецентренно нагруженным, увеличиваем размеры фундамента 20 % и кратным 0,3 м.Принимаем размеры фундамента b= 1.5 м l=1.5 м

Объём фундамента:

V_Ф = 1.5*1.5*0.3 + 0.9*0.9*0.9 = 1.404 м³

Вес фундамента:

G_Ф =25*1.404 = 35.1 кН

Вес грунта на обрезах фундамента:

G_гр = ( l*b*d_Ф - V_Ф )* ?₃ =( 1.5*1.5*1.95 - 1.404)*15.68 = 46.8 кН

Найдем максимальное и минимальное краевые давление под подошвой фундамента при внецентреном нагружении по формуле:

Р_min / Р_max > 0,25

43.4 / 144.97 = 0.3 > 0.25

Условие выполняется.

2.4 Расчёт фундамента по I группе предельных состояний

В качестве материала фундамента берем бетон класса В 15, толщину защитного слоя бетона a принимаем 3,5см. h_о = 1,2 - 0,035 = 1,165 м.

Определяем расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта на его обрезах:

G_ф^р = 1,1 * 35.1 = 0,03861 МН.

G_гр^р = 1,2 * 46.8 = 0,05616 МН.

Давление под подошвой фундамента от действия нагрузок

Поперечная сила у грани колонны и у грани башмака

Q_I = Р_ср^р * b * (l - l_к) / 2

Q_II = Р_ср^р * b * (l - l_к) / 2.

Q_I = 0.09992 * 1,5 * (1,5 - 0,35) / 2 = 0.0862 МН.

Q_II = 0.09992 * 1,5 * (1,5 - 0,9) / 2 = 0.04496 МН.

Проверяем условие:

Q_I < ?_b3 * R_bt * b * h_o;

Q_II < ?_b3 * R_bt * b * h_o¹;

Для бетона В 15 R_bt = 0.75 кПа.

0.0862 < 0,6 * 0.75 * 0,9 * 0.265 * 1,165 = 0.125

0.04496 < 0,6 * 0,75 * 1,5 * 0,265 = 0,179

Условие выполняется, поэтому установка поперечной арматуры не требуется и расчет на поперечную силу не производится.

Находим расчетную продавливающую силу

F = N - Р_ср^р * А = 0,1306 - 0,09992 ( 0,35 + 2 * 1,165 )² < 0

Продавливающая сила F < 0, значит размер пирамиды продавливания больше размеров фундамента, т.е. прочность фундамента на продавливание обеспечена.

Определяем изгибающие моменты у грани колонны и у грани башмака:

М_I = 0,125 * Р_ср^р * ( l - l_к )² * b;

М_II = 0,125 * Р_ср^р * ( l - l₁ )² * b;

М_I = 0,125 * 0,09992 *(1,5 - 0,35)² * 1,5 = 0,025 МН*м

М_II = 0,125 * 0,09992 *(1,5 - 0,9)² * 1,5 = 0,007 МН*м.

В качестве рабочих стержней принимаем арматуру A-III с расчетным сопротивлением Rs = 365 МПа.

Требуемая площадь сечения арматуры:



Принимаем 6 стержней O 10 мм A-III c As = 4,71см². Шаг стержней 200 мм.

Модуль упругости арматуры Es = 200000 МПа и бетона E_b = 23000 МПа. Определяем соотношение n = 200000 / 23000 = 8,7.

Коэффициент армирования у грани колонны и башмака:

Упругопластический момент сопротивления сечения фундамента у грани колонны и башмака:

Расчетное сопротивление растяжению для второй группы предельных состояний

R_btn = 1.15 МПа.

Момент трещинообразования M_crc = R_btser * W_pl.

M_crcI = 1.15 * 0.843 = 1.364 МН*м.

M_crcII = 1.15 * 0.040 = 0.046 МН*м.

Проверяем выполнение условия M < M_crc

0,025 < 1,364 МН*м, 0,008 < 0,046 МН*м.

Следовательно, трещины в теле фундамента не возникают.

2.5 Расчёт подколонника

Размеры сечения подколонника, нормального к продольной оси колонны:

Проверяем прочность сечения, нормального к продольной осина внецентренное сжатие.

Проверка условия:

Следовательно, граница сжатой зоны проходит в полке.

Определяем площадь сечения симметричной арматуры при значении коэффициентов:

;

По расчёту арматура не требуется и назначаем конструктивно при

Принимаем 6 O14 АIII с

Проверка прочности сечения, наклонного к продольной оси:

Поперечную арматуру следует ставить конструктивно 9 O 8 AI.

Осадка фундамента

Рис. 2 Схема распределения вертикальных напряжений.

Расчёт оснований по деформациям производиться, исходя из условия:

S<S_пр ,

где S - величина совместной деформации основания и здания, определяется расчётом;

S_пр - предельно допустимая величина деформации, согласно СНиП 2.02.01-83 приложение 4. Для данного сооружения 8 см.

Определяем среднее давление под подошвой фундамента:

Таблица 2

	15,68	1,95	6,1
	15,68	4,0	12,5
	19,11	2,5	22,1
	10,58	2,0	26,3

Осадка основания фундамента по методу послойного суммирования определяется по формуле:

,

где - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений

- толщина i-того слоя грунта;

- безразмерный коэффициент, равный 0,8;

- модуль деформации i-го слоя грунта;

где - коэффициент, принимаемый по таблице 1 [ ] в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольника и относительной глубины, равной: ;

Таблица 3

	-	-	-
	0,6	0,8	0,8
	1,2	1,6	0,449
	1,8	2,4	0,257
	2,05	2,7	0,215
	2,4	3,2	0,160
	3	4	0,108
	3,6	4,8	0,077
	4,2	5,6	0,058
	4,55	6,1	0,0495

S=0,0025м=0,25см

По расчёту осадка фундамента мелкого заложения 0,25 см, что удовлетворяет условие 0,25<8 см.

3. Расчёт фундамента мелкого заложения на естественном основании по ряду А и оси 13

3.1 Определение глубины заложения фундамента

Нормативная глубина сезонного промерзания - 2,8 м.

Расчётная глубина сезонного промерзания - 1,96 м.

Назначаем глубину заложения фундамента - 1,95 м.

3.2 Определение размеров фундамента под колону

Площадь подошвы фундамента: N_0II = 339,2 кН

Ширина подошвы фундамента:

l = 1,35 м

Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, расположенных ниже подошвы фундамента:

кН

Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, расположенных выше подошвы фундамента:

?^`_II =15.68 кН

Расчётное значение удельного сцепления грунта несущего слоя, залегающего ниже подошвы фундамента:

c _II = 2 кН/м²

3.3 Расчёт фундамента по II группе предельных состояний

Определяем расчётное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента:

где ?_с1 = 1,2; ?_с2 = 1,05;

k = 1,1;

М_? , М_g , М_с - коэффициенты, принимаемые по таблице 4 [ ]:

М_? = 1,15; М_g = 5,59; М_с = 7,95;

k_z - коэффициент, принимаемый равным:

при b< 10 м k_z =1,1, где b - ширина подошвы фундамента, м;

=246,12 (R ₀ = 250)

Учитывая, что фундамент является внецентренно нагруженным, увеличиваем размеры фундамента 20 % и кратным 0,3 м.Принимаем размеры фундамента b= 1.5 м l=1.5 м

Объём фундамента:

V_Ф = 1.5*1.5*0.3 + 0.9*0.9*0.9 = 1.404 м³

Вес фундамента:

G_Ф =25*1.404 = 35.1 кН

Вес грунта на обрезах фундамента:

G_гр = ( l*b*d_Ф - V_Ф )* ?₃ =( 1.5*1.5*1.95 - 1.404)*15.68 = 46.8 кН



Найдем максимальное и минимальное краевые давление под подошвой фундамента при внецентреном нагружении по формуле:

Р_min / Р_max > 0,25

80,93 / 293,37 = 0.28 > 0.25

Условие выполняется.

3.4 Расчёт фундамента по I группе предельных состояний

В качестве материала фундамента берем бетон класса В 15, толщину защитного слоя бетона a принимаем 3,5см. h_о = 1,2 - 0,035 = 1,165 м.

Определяем расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта на его обрезах:

G_ф^р = 1,1 * 35.1 = 0,03861 МН.

G_гр^р = 1,2 * 46.8 = 0,05616 МН.

Давление под подошвой фундамента от действия нагрузок

Поперечная сила у грани колонны и у грани башмака

Q_I = Р_ср^р * b * (l - l_к) / 2

Q_II = Р_ср^р * b * (l - l_к) / 2.

Q_I = 0.1929 * 1,5 * (1,5 - 0,35) / 2 = 0.115 МН.

Q_II = 0.1929 * 1,5 * (1,5 - 0,9) / 2 = 0.087 МН.

Проверяем условие:

Q_I < ?_b3 * R_bt * b * h_o;

Q_II < ?_b3 * R_bt * b * h_o¹;

Для бетона В 15 R_bt = 0.75 кПа.

0.115< 0,6 * 0.75 * 0,9 * 0.265 * 1,165 = 0.125

0.087 < 0,6 * 0,75 * 1,5 * 0,265 = 0,179

Условие выполняется, поэтому установка поперечной арматуры не требуется и расчет на поперечную силу не производится.

Находим расчетную продавливающую силу

F = N - Р_ср^р * А = 0,3392 - 0,1929 ( 0,35 + 2 * 1,165 )² < 0

Продавливающая сила F < 0, значит размер пирамиды продавливания больше размеров фундамента, т.е. прочность фундамента на продавливание обеспечена.

Определяем изгибающие моменты у грани колонны и у грани башмака:

М_I = 0,125 * Р_ср^р * ( l - l_к )² * b;

М_II = 0,125 * Р_ср^р * ( l - l₁ )² * b;

М_I = 0,125 * 0,1929*(1,5 - 0,35)² * 1,5 = 0,048 МН*м

М_II = 0,125 * 0,1929 *(1,5 - 0,9)² * 1,5 = 0,013МН*м.

В качестве рабочих стержней принимаем арматуру A-III с расчетным сопротивлением Rs = 365 МПа.

Требуемая площадь сечения арматуры:

Принимаем 6 стержней O 10мм A-III c As=4,71см². Шаг стержней 200мм.

Модуль упругости арматуры Es = 200000 МПа и бетона E_b = 23000 МПа. Определяем соотношение n = 200000 / 23000 = 8,7.

Коэффициент армирования у грани колонны и башмака:

Упругопластический момент сопротивления сечения фундамента у грани колонны и башмака:

Расчетное сопротивление растяжению для второй группы предельных состояний

R_btn = 1.15 МПа.

Момент трещинообразования M_crc = R_btser * W_pl.

M_crcI = 1.15 * 0.843 = 1.364 МН*м.

M_crcII = 1.15 * 0.040 = 0.046 МН*м.

Проверяем выполнение условия M < M_crc

0,048< 1,364 МН*м, 0,013 < 0,046 МН*м.

Следовательно, трещины в теле фундамента не возникают.

3.5 Расчёт подколонника

Размеры сечения подколонника, нормального к продольной оси колонны:

Проверяем прочность сечения, нормального к продольной осина внецентренное сжатие.

Проверка условия:

Следовательно, граница сжатой зоны проходит в полке.

Определяем площадь сечения симметричной арматуры при значении коэффициентов:

;



По расчёту арматура не требуется и назначаем конструктивно при

Принимаем 6 O14 АIII с

Проверка прочности сечения, наклонного к продольной оси:

Поперечную арматуру следует ставить конструктивно 9 O 8 AI.

3.6 Осадка фундамента

Расчёт оснований по деформациям производиться, исходя из условия:

S<S_пр ,

где S - величина совместной деформации основания и здания, определяется расчётом;

S_пр - предельно допустимая величина деформации, согласно СНиП 2.02.01-83 приложение 4. Для данного сооружения 8 см.

Определяем среднее давление под подошвой фундамента:



Рис. 3. Схема распределения вертикальных напряжений.

Таблица 4

	15,68	1,95	6,1
	15,68	4,0	12,5
	19,11	2,5	22,1
	10,58	2,0	26,3

Осадка основания фундамента по методу послойного суммирования определяется по формуле:

,

где - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений

- толщина i-того слоя грунта;

- безразмерный коэффициент, равный 0,8;

- модуль деформации i-го слоя грунта;

где - коэффициент, принимаемый по таблице 1 [ ] в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольника и относительной глубины, равной: ;

Таблица 5

	-	-	-
	0,6	0,8	0,8
	1,2	1,6	0,449
	1,8	2,4	0,257
	2,05	2,7	0,215
	2,4	3,2	0,160
	3	4	0,108
	3,6	4,8	0,077
	4,2	5,6	0,058
	4,55	6,1	0,0495

S=0,0063м=0,63см

По расчёту осадка фундамента мелкого заложения 0,63 см, что удовлетворяет условие 0,63<8 см.

фундамент грунт подколонник арматура

4. Расчёт фундамента мелкого заложения на естественном основании по ряду Б и оси 9 и 10

4.1 Определение глубины заложения фундамента

Нормативная глубина сезонного промерзания - 2,8 м.

Расчётная глубина сезонного промерзания - 1,96 м.

Назначаем глубину заложения фундамента - 1,95 м.

4.2 Определение размеров фундамента под колону

Площадь подошвы фундамента: N_0II = 339,2 + 130,06 = 469,26 кН

Ширина подошвы фундамента:

l = 1,6 м

Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, расположенных ниже подошвы фундамента:

кН

Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, расположенных выше подошвы фундамента:

?^`_II =15.68 кН

Расчётное значение удельного сцепления грунта несущего слоя, залегающего ниже подошвы фундамента:

c _II = 2 кН/м²

4.3 Расчёт фундамента по II группе предельных состояний

Определяем расчётное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента:

где ?_с1 = 1,2; ?_с2 = 1,05;

k = 1,1;

М_? , М_g , М_с - коэффициенты, принимаемые по таблице 4 [ ]:

М_? = 1,15; М_g = 5,59; М_с = 7,95;

k_z - коэффициент, принимаемый равным:

при b< 10 м k_z =1,1, где b - ширина подошвы фундамента, м;

=240,1(R ₀ = 250)

Учитывая, что фундамент является внецентренно нагруженным, увеличиваем размеры фундамента 20 % и кратным 0,3 м.Принимаем размеры фундамента b= 1.5 м l=2,1 м

Объём фундамента:

V_Ф = 1.5*2,1*0.3 + 0.9*0.9*1,5 = 2,145 м³

Вес фундамента:

G_Ф =25*2,145 = 53,6 кН

Вес грунта на обрезах фундамента:

G_гр = ( l*b*d_Ф - V_Ф )* ?₃ =( 1.5*2,1*1.95 - 2,145)*15.68 = 62,7 кН

Найдем максимальное и минимальное краевые давление под подошвой фундамента при внецентреном нагружении по формуле:

Р_min / Р_max > 0,25

123 / 248,8 = 0.49 > 0.25

Условие выполняется.

4.4 Расчёт фундамента по I группе предельных состояний

В качестве материала фундамента берем бетон класса В 15, толщину защитного слоя бетона a принимаем 3,5см. h_о = 1,2 - 0,035 = 1,165 м.

Определяем расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта на его обрезах:

G_ф^р = 1,1 * 53,6 = 0,05896 МН.

G_гр^р = 1,2 * 62,7 = 0,07524 МН.

Давление под подошвой фундамента от действия нагрузок

Поперечная сила у грани колонны и у грани башмака

Q_I = Р_ср^р * b * (l - l_к) / 2

Q_II = Р_ср^р * b * (l - l_к) / 2.

Q_I = 0.1916 * 1,5 * (2,1 - 0,35) / 2 = 0.2515 МН.

Q_II = 0.1916 * 1,5 * (2,1 - 0,9) / 2 = 0.1724 МН.

Проверяем условие:

Q_I < ?_b3 * R_bt * b * h_o;

Q_II < ?_b3 * R_bt * b * h_o¹;

Для бетона В 15 R_bt = 0.75 кПа.

0.2515< 0,6 * 0.75 * 1,5 * * 1,165 = 0.7863

0.1724 < 0,6 * 0,75 * 1,5 * 0,265 = 0,179

Условие выполняется, поэтому установка поперечной арматуры не требуется и расчет на поперечную силу не производится.

Находим расчетную продавливающую силу

F = N - Р_ср^р * А = 0,46926 - 0,1916 ( 0,35 + 2 * 1,165 )² < 0

Продавливающая сила F < 0, значит размер пирамиды продавливания больше размеров фундамента, т.е. прочность фундамента на продавливание обеспечена.

Определяем изгибающие моменты у грани колонны и у грани башмака:

М_I = 0,125 * Р_ср^р * ( l - l_к )² * b;

М_II = 0,125 * Р_ср^р * ( l - l₁ )² * b;

М_I = 0,125 * 0,1916*(2,1 - 0,35)² * 1,5 = 0,11 МН*м

М_II = 0,125 * 0,1916 *(2,1 - 0,9)² * 1,5 = 0,052МН*м.

В качестве рабочих стержней принимаем арматуру A-III с расчетным сопротивлением Rs = 365 МПа.

Требуемая площадь сечения арматуры:



Принимаем 10 стержней O 10 мм A-III c As = 7,85см². Шаг стержней 200 мм.

Модуль упругости арматуры Es = 200000 МПа и бетона E_b = 23000 МПа. Определяем соотношение n = 200000 / 23000 = 8,7.

Коэффициент армирования у грани колонны и башмака:

Упругопластический момент сопротивления сечения фундамента у грани колонны и башмака:

Расчетное сопротивление растяжению для второй группы предельных состояний

R_btn = 1.15 МПа.

Момент трещинообразования M_crc = R_btser * W_pl.

M_crcI = 1.15 * 0.844 = 0,971 МН*м.

M_crcII = 1.15 * 0.040 = 0.046 МН*м.

Проверяем выполнение условия M < M_crc

0,048< 0,971 МН*м, 0,013 < 0,046 МН*м.

Следовательно, трещины в теле фундамента не возникают.

4.5 Расчёт подколонника

Размеры сечения подколонника, нормального к продольной оси колонны:

Проверяем прочность сечения, нормального к продольной оси на внецентренное сжатие.

Проверка условия:

Следовательно, граница сжатой зоны проходит в полке.

Определяем площадь сечения симметричной арматуры при значении коэффициентов:

;

По расчёту арматура не требуется и назначаем конструктивно при

Принимаем 6 O14 АIII с

Проверка прочности сечения, наклонного к продольной оси:

Поперечную арматуру следует ставить конструктивно 9 O 8 AI.

4.6 Осадка фундамента

Рис. 3. Схема распределения вертикальных напряжений.

Расчёт оснований по деформациям производиться, исходя из условия:

S<S_пр ,

где S - величина совместной деформации основания и здания, определяется расчётом;

S_пр - предельно допустимая величина деформации, согласно СНиП 2.02.01-83 приложение 4. Для данного сооружения 8 см.

Определяем среднее давление под подошвой фундамента:

Таблица 7

	15,68	1,95	6,1
	15,68	4,0	12,5
	19,11	2,5	22,1
	10,58	2,0	26,3

Осадка основания фундамента по методу послойного суммирования определяется по формуле:

,

где - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений

- толщина i-того слоя грунта;

- безразмерный коэффициент, равный 0,8;

- модуль деформации i-го слоя грунта;

где - коэффициент, принимаемый по таблице 1 [ ] в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольника и относительной глубины, равной: ;

Таблица 8

	-	-	-
	0,6	0,8	0,848
	1,2	1,6	0,682
	1,8	2,4	0,473
	2,05	2,7	0,4
	2,4	3,2	0,325
	3	4	0,235
	3,6	4,8	0,173
	4,2	5,6	0,134
	4,55	6,1	0,11

S=0,0092м=0,92см

По расчёту осадка фундамента мелкого заложения 0,92 см, что удовлетворяет условие 0,92<8 см.

Размещено на Allbest.ru

...