Расчет фундамента здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные

Здание длиной 48 м расположено на площадке со спокойным рельефом. Геологический разрез представлен четырьмя инженерно-геологическими слоями с различными физико-механическими условиями. Характер их залегания спокойный. По имеющимся данным геологических разрезов залегание грунтовых слоев пологое с падением с запада на восток. Основание под фундаменты представлены следующими грунтами:

грунт скважина подошва фундамент

Основные физико-механические характеристики грунтов основания

№ слоя	Грунт	, кН/м3	, кН/м3	W	WL	WP	С, кПа	ц, град	Е, МПа
1	Почвенно-растительный слой	11,5	25,5	0,10	-	-	-	-	-
2	Песок средней крупности	18,5	26,6	0,12	-	-	1,5	36	35,2
3	Песок средней крупности	19,2	26,8	0,12	-	-	1,8	37	40,0
4	Песок средней крупности	18,8	26,9	0,14	0,24	0,12	32	23	25,0

2. Анализ инженерно-геологических условий

Выполняем анализ инженерно-геологических условий площадки путем определения производных и классификационных характеристик грунтов. При этом выполняется анализ установленных характеристик грунта на предмет использования его в качестве основания фундаментов.

ИГЭ-1 - слой насыпного грунта, мощностью 1.1 м (по условию). Удельный вес которого =11,5 кН/м³ - грунт не может использоваться в качестве основания в связи со своей неоднородностью и большим содержанием органических включений. Грунт подлежит срезке.

ИГЭ-2 - Песок средней крупности:

- удельный вес сухого грунта

, кН/м³;

- коэффициента пористости

;

- удельный вес грунта во взвешенном в воде состоянии

, кН/м³;

где _w - удельный вес воды, принимается равным 10 кН/м³;

- степени влажности

.

Поскольку коэффициент пористости е<1 и <1, то грунт может использоваться в качестве естественного основания фундаментов с учетом, что грунт не будет находиться в водонасыщенном состоянии во время устройства фундаментов и эксплуатации сооружения.

Определили состояние грунта: пески мелкие и пылеватые, по состоянию грунта - влажные.

ИГЭ-3 - Песок средней крупности:

- удельный вес сухого грунта

, кН/м³;

- коэффициента пористости

- удельный вес грунта во взвешенном в воде состоянии

, кН/м³;

- степени влажности

.

Поскольку коэффициент пористости е<1 и <1, то грунт может использоваться в качестве естественного основания фундаментов с учетом, что грунт не будет находиться в водонасыщенном состоянии во время устройства фундаментов и эксплуатации сооружения.

Определили состояние грунта: мелкие пылеватые пески, по состоянию грунта - влажные.

ИГЭ-4 - Пылевато-глинистый:

- удельный вес сухого грунта

, кН/м³;

- коэффициента пористости

;

- удельный вес грунта во взвешенном в воде состоянии

, кН/м³;

- степени влажности

;

- число пластичности

;

- показатель текучести

;

Поскольку коэффициент пористости е<1 и <1, то грунт может использоваться в качестве естественного основания фундаментов с учетом, что грунт не будет находиться в водонасыщенном состоянии во время устройства фундаментов и эксплуатации сооружения.

Определили состояние грунта: суглинки, мелкие и пылеватые пески, по состоянию грунта - влажные.

По результатам исследования производных характеристик грунтов основания и из условия экономного использования строительных материалов и работ принимаем в качестве основания грунт второго инженерно-геологического элемента ИГЭ-2 - Пылевато-глинистый.

Мощность слоев по скважинам

№ слоя	Мощность, м	Глубина УГВ
	2 скважина	5 скважина
1	1,2	1,0	Грунтовые воды в зоне строительства отсутствуют
2	2,0	1,8
3	6,5	6,8

3. Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Для привязки здания по вертикали выполняем разрез по скважинам 5-2 (рис. 1), так как по условиям здесь наибольшее заложение кровли грунта ИГЭ-2.

При этом необходимо учитывать требованиями, среди которых можно выделить три основных:

1. Инженерно-геологические условия - грунт должен обладать соответствующими строительными свойствами, анализ которых приведен выше, и подошва фундамента должна быть расположена ниже кровли слоя на 300 мм и выше подошвы слоя на 500 мм.

2. Конструктивные особенности фундамента.

3. При определении глубины подошвы фундамента учитывается глубина сезонного промерзания грунта основания.

Во всех случаях минимальная глубина заложения фундамента должна быть не менее 0,5 м.

Учитывая конструктивные особенности возводимого сооружения, глубина заложения подошвы фундамента должна быть не менее h_f для столбчатого фундамента под железобетонную колонну 400600 мм;

h_f = h₁ + h₂ + h₃ = 0,2 + 0,05 + 0,8 = 1,05 (м)

где h_f - высота фундамента.

h1=0,2 м - толщина бетонной плиты под стаканом;

h2=0,05 м - рихтовочный зазор под колону;

h3=0,8 м - глубина заделки колоны стакана;

h4=0,15 м - толщина конструкции пола.

d_f = K_h• d_fn = 0,9 • 0,9 = 0,81 (м)

где K_h = 0.9 - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания и сооружения (в нашем случае K_h принят для сооружения без подвала с полами, устраиваемыми на лагах по грунту с t = 5?С);

d_fn = 0,9 - нормативная глубина залегания фундамента.

Выбираем наибольшее значение: d = 1,2 м - глубина заложения фундамента.

Глубина заложения фундамента от уровня планировки с учетом инженерно-геологических условий площадки назначается таким образом, чтобы подошва фундамента была заглублена в несущий слой не менее чем на 0,3 м, а мощность рабочего слоя под подошвой была бы не меньше 0,5 м.

Глубина заложения подошвы фундамента не зависит от глубины сезонного промерзания, если под подошвой фундамента залегают: крупнообломочные грунты, пески гравелистые, крупные и средней крупности; а также пески мелкие и пылеватые, если УГВ ниже подошвы фундамента более чем на 2 м.

4. Определение размеров фундамента в плане

Критерии выбора размеров подошвы фундамента основываются на требованиях расчета оснований по предельным состояниям. Расчет фундаментов по второй группе предельных состояний (деформациям) ведется в предположении линейной деформируемости основания, которая реализуется при выполнении следующих условий:

где Р_ср - среднее давление по подошве фундамента, кПа;

R - расчетное сопротивление основания, кПа;

P_max и P_min - соответственно максимальное и минимальное краевые давления, кПа.

Среднее давление под подошвой фундамента находят по формуле

где N - результирующая вертикальная сила на обрез фундамента, кН;

b и l - соответственно ширина и длина подошвы фундамента, м.

Длина подошвы фундамента l = b, в зависимости от соотношения нагрузок на фундамент рекомендуется принимать в 1,2…1,8, в нашем случае принимается = 1,2;

_mt - осредненный удельный вес фундамента и грунта на его уступах (принимается в диапазоне 20…22 кН/м³), в нашем случае 20 кН/м³;

d - глубина заложения подошвы фундамента от поверхности планировки, 1,2 м;

Краевые давления под подошвой фундамента находят по формуле

где W - момент сопротивления подошвы фундамента:

W = bl?/6=0,24 b³

Расчетное сопротивление грунта R характеризует уровень напряжений в грунте, при котором основание еще можно считать линейно деформируемой средой. R находят по формуле

;

где _c1 =1,1 и _c2 =1,1 - соответственно коэффициенты условий работы грунтового основания;

k - коэффициент, принимаемый равным k = 1, k_z = 1;

M = 1,81; M_q= 8,24 и M_c = 9,97;

b - ширина подошвы фундамента;

_II и _II' - осредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента;

c_II = 1,5 - расчетное значение удельного сцепления грунта под подошвой фундамента;

d₁ - расчетное значение глубины заложения фундамента (1,2 м).

Характерные точки графиков напряженного состояния основания для определения ширины подошвы фундамента

Напряжение, кПа	Ширина подошвы фундамента, м
	1	2	3	4
Рср	1774	461,5	218,44	133,38
Pmax	1774,24	463,42	224,92	148,74
Pmin	1773,76	459,58	211,96	118,02
	0	1,4	4
R	239	273	406
1,2R	287	328	487

Пересечения графиков P_cp=f(b) с R=f(b) и P_max=f(b) с 1,2R=f(b) дают два значения b, при которых будут выполняться условия P_cpR и P_max1.2R

В качестве окончательной ширины подошвы фундамента принимается большее значение, округленное с точностью до десятых b = 3 м.

Окончательные значения напряженного состояния

Принятая ширина подошвы фундамента, м	Напряжение, кПа
	Рср	Pmax	Pmin	R	1,2R
3	304	312	296	342	410

(кПа)

(кПа)

(кПа)

=

(кПа)

304 кПа?342 кПа;

312 кПа?410 кПа;

296 кПа ? 0.

5. Расчет деформаций основания фундамента

Расчет осадки основания выполняется с целью установления соответствия требованиям, при которых конечная осадка основания и относительная разность осадок не должны превышать предельно допустимых значений, принимаемых по таблице 72 [10] в зависимости от типа сооружения

; .

Конечная осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением сжимаемой толщи определяется методом послойного суммирования по формуле

,

где - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

_zp,i - среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i^-том элементарном слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней и нижней границах i-^того элементарного слоя, кПа;

h_i и E_i - соответственно толщина и модуль деформации i^-того элементарного слоя грунта;

n - число слоев, на которое разбита сжимаемая толща грунта.

Разбиение сжимаемой толщи производится на однородные элементарные слои толщиной, не превышающей 0,4 ширины подошвы фундамента (h_i  0,4b). Рекомендуется принимать толщину элементарных слоев равную 0,2b или 0,4b, в нашем случае принимаем 0,4 b.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле

,

где - коэффициент, учитывающий распределение дополнительных напряжений по глубине, определяемый по таблице 55 [10] в зависимости от соотношения сторон подошвы фундамента  = l / b1,4 (в нашем случае) и относительной глубины, равной x=2z / b вычисляется для каждого элементарного слоя сжимаемой толщи;

Р₀ = Р_ср - s_zg,0 = 304 - 34,9 = 269,1 (кПа) - дополнительное вертикальное давление на основание (для фундаментов шириной b  10 м принимается Р₀ = Р_ср);

s_zg,0 =(кПа) - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне заложения подошвы фундамента.

При планировке срезкой вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне заложения подошвы фундамента принимается s_zg,0 = g' d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой s_zg,0 = g' d_n,

где g' - удельный вес грунта расположенного выше подошвы фундамента;

d - глубина заложения фундамента от поверхности планировки;

d_n - глубина заложения фундамента от поверхности природного рельефа.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта s_zg на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле

,

где g_i и h_i - соответственно удельный вес и толщина i^-того элементарного слоя;
m - количество элементарных слоев, расположенных выше глубины z.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания (НГСТ) принимается на глубине z = H_c, где выполняется условие:

.

Если найденная нижняя граница сжимаемой толщи располагается в грунте с модулем деформации Е  5 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = H_c, то НГСТ определяется исходя из условия _zp,i  0,1_zg,i.

Нижнюю границу сжимаемой толщи определяем графически. Для этого на расчетной схеме строем эпюры напряжений в одинаковом масштабе. Слева от оси фундамента наносим эпюру напряжений от собственного веса грунта, справа - эпюру дополнительных напряжений. Затем справа производим построение вспомогательной (уменьшенной в пять раз) эпюры напряжений от собственного веса грунта. В точке пересечения вспомогательной эпюры с эпюрой дополнительных давлений находится НГСТ.

Расчеты осадок в элементарных слоях выполнен в табличной форме. Расчет параметров графика для нашего примера для фундамента по скв. 2 - скв. 5 приведен в таблица 3.

Расчет параметров к определению осадки основания

№ слоя	hi, м	z, м	ж	б	Gzg0, кПа	Gzpi, кПа	Gzpi-, кПа	Ei, МПа	Si, м
2	0,7	0	0	1,000	34,9	269,1	265,4	1,5	0,099
		0,7	0,47	0,972	47,9	261,6
3	1,2						222,6	1,8	0,119
		1,9	1,27	0,682	71,4	183,5
3	1,2						147,5	1,8	0,079
		3,1	2,07	0,414	94,4	111,4
3	1,2						90,7	1,8	0,048
		4,3	2,87	0,260	117,5	70,0
3	1,2						58,3	1,8	0,031
		5,5	3,67	0,173	140,5	46,6
3	1,2						39,9	1,8	0,021
		6,7	4,47	0,123	163,5	33,1
3	0,7						30,7	1,8	0,010
		7,4	4,93	0,105	177,0	28,3
4	1,2						24,8	0,24	0,099
		8,6	5,73	0,079	196,6	21,3
4	1,2						19,0	0,24	0,076
		9,8	6,53	0,062	219,1	16,7

?S = 0,397 м.

Полная осадка фундамента S определяется суммированием осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи. В нашем случае суммирование осадок выполнялось для 9-ми элементарных слоев.

Выполняем проверку принятых размеров подошвы фундамента в плане по условию.

0,4 м ? 0,4 м.

Литература

1. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Основания и фундаменты» - Петраков А.А., Фролов Э.К., Яркин В.В., Таран Р.А., Макеевка ДонГАСА - 2002 г.

2. пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83) - М: стройиздат, 1986

Размещено на Allbest.ru

...