Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Основания и фундаменты являются важнейшими элементами зданий и сооружений. В общем объеме строительства устройство оснований и фундаментов имеет значительный удельный вес, как по стоимости, так и по трудоёмкости строительных работ. Анализ статистических данных показывает, что большинство аварий зданий и сооружений было вызвано разрушением оснований и фундаментов. Недостаточная изученность инженерно-геологических условий на строительной площадке, недоброкачественное устройство оснований и фундаментов часто вызывают их недопустимые деформации, которые могут быть причиной повреждения, а иногда и полного разрушения возведенных зданий.

В данной курсовой работе мы делаем сбор нагрузок, действующих на фундаменты, анализируем инженерно - геологические условия площадки строительства, рассчитываем и конструируем фундаменты двух видов: мелкого заложения и свайные.

1. Исходные данные для проектирования оснований и фундаментов.

1.1 Инженерно - геологические условия строительной площадки.

Место строительства - г. Барнаул

Грунтовые условия:

ИГЭ-1: песок мелкий (22)

ИГЭ-2: песок пылеватый (27)

ИГЭ-3: песок крупный (6)

Уровень грунтовых вод WK: 25,50 м

За относительную отметку 0.000 принята отметка уровня пола первого этажа, соответствующая абсолютной отметке 28.50.

Свойства грунтов определим по приложению 1[1]

Таблица 1

Физико-механические свойства грунта

№ грунта по варианту	ИГЭ-1(22)	ИГЭ-2(27)	ИГЭ-3(6)
Наименование грунта	Суглинок	Суглинок	Песок мелкий
Плотность частиц, т/м3,ps	2,71	2,72	2,67
Плотность грунта, т/м3,p	1,959	1,881	1,971
Природная влажность, д.е. w	0,272	0,321	0,270
Влажность на границе раскатывания, д.е., wp	0,221	0,218	-
Влажность на границе текучести, д.е., wL	0,333	0,516	-
Угол внутреннего трения, град.	Ц2	18	15	29
	Ц1	16	11	26
Удельная сила сцепления, кПа	С2	20,0	39,0	2.6
	С1	11	20	0
Модуль деформации, Мпа, Е		11,0	13,2	21,0

Грунтовые условия показаны на рис. 1

Расстояние между скважинами: 1-2 - 40,0 м; 2-3 - 60,0; 2-5 - 60,0 м

Рисунок 1. Грунтовые условия

Рисунок 2. Объемно-планировочное решение здания

Примечание:

1. Отметки H₁, H₂, H₃ относятся к меньшим пролетам, H₄, H₅, H₆ - к большим.

2. Стены здания из панелей s=300мм.

3. Температура внутри производственного корпуса +16 ?С; в бытовых помещениях +19 ?С.

4. В бытовых помещениях нагрузки 6 кН/м.кв.

Исходные данные

Пролеты, м	Отметки, м	Нагрузки, кН/м2
L1	L2	L3	H1	H2	H3	H4	I	II	III
18	24	24	8.40	10.20	10.80	12.60	10	10	10

1.2 Сбор нагрузок, действующих на фундаменты

Вертикальная сосредоточенная нагрузка NII, передающаяся от колонны на фундамент, подсчитывается как произведение заданной единичной нагрузки соответствующего пролета на грузовую площадь покрытия или перекрытия, приходящуюся на рассматриваемую колонну.

N = A*q (1.1)

Где А - грузовая площадь покрытия (перекрытия), приходящаяся на рассматриваемую колонну;

q- заданная единичная нагрузка соответствующего пролета.

В единичные значения нагрузок включены: собственный вес конструкции покрытия (перекрытия), собственный вес колонны, снеговая, крановая и другие виды нагрузок.

Вертикальная сосредоточенная нагрузка от колонны считается приложенной в центре тяжести поперечного сечения колонны.

Кроме вертикальной нагрузки от колонн, на которые опираются элементы покрытия или перекрытий, на фундаменты передаются моменты и горизонтальные силы, действующие в плоскости поперечника здания.

Нагрузки от собственного веса стен подсчитываются как произведение одного квадратного метра вертикальной поверхности на грузовую площадь, приходящуюся на рассматриваемый фундамент.

P_сm = В_сm * H_cm * q_cm * k, (1.2)

где В_сm - ширина стенового пояса, приходящаяся на рассматриваемый фундамент;

H_cm - высота стены;

q_cm- вес стеновых панелей, q_cm - 3кН/м²;

k - коэффициент, учитывающий уменьшение веса стен за счет оконных и дверных проемов:

- для наружных стен цехов промышленных зданий k = 0,6;

- для наружных стен бытовых помещений k = 0,8.

- для торцевых стен цехов промышленных зданий k = 1,0.

Численные значения этих моментов (Mк) и горизонтальных сил (Qк) вычисляются по формулам таблицы 3[1].

Усилия	Промышленные здания	Бытовые помещения
	Одноэтажные	Многоэтажные
	Внутренние колонны	Наружные колонны	Внутренние колонны	Наружные колонны	Внутренние колонны	Наружные колонны
MII	0,05*NII	0,08*NII	0,02*NII	0,05*NII	0	0,03*NII
QII	0,006*NII	0,01*NII	0,006*NII	0,008*NII	0	0,005*NII

Таблица 3

Фундамент № 1:

N_к= 10 • 126 = 1260 кН;

М_к= 0,08 • 1260 = 100,8 кН • м;

Q_к= 0,01 • 1260 = 12,6 кН;

Фундамент № 3:

N_к= 10 • 27= 270 кН;

М_к= 0,08 • 270 = 21,6 кН • м;

Q_к= 0,01 • 270 = 2,7 кН;

P_ст¹= 10,8 • 3 • 3 • 0,6 = 58,32 кН.

P_ст¹= 10,8 • 3 • 3 • 1,0 =97,2 кН.

Фундамент № 9:

N_к= 6 • 48= 288 кН;

М_к= 0,03 • 288 = 8,64 кН•м;

Q_к= 0,005 • 288 = 1,44 кН;

P_ст¹= 10,8• 6 • 3 • 0,8 = 155,52 кН.

Фундамент № 7₁:

N_к= 10 •72 = 720 кН;

М_к= 0,08 • 720 = 57,6 кН•м;

Q_к= 0,01 • 720 = 7,2 кН;

P_ст¹= 10,8 • 8 • 3 • 0,6 = 155,52 кН.

Фундамент № 7₂:

N_к= 6 • 48= 288 кН;

М_к= 0,03 • 288 = 8,64 кН•м;

Q_к= 0,005 • 288 = 1,44 кН;

P_ст¹= 14,4 • 8 • 3 • 0,8 = 276,48 кН.

№ фунда- мента	Нагрузки от колонн	Нагрузки от стен
	колонна	Грузовая площадь	Единичная нагрузка	Nк, кН	Мк, кН	Qк, кН	Грузовая площадь	Единичная нагрузка	kпр	Pст1 кН
1	1	126	10	1260	100,8	12,6	-	-	-	-
2	3	27	10	270	21,6	2,7	32.4	3	0,6	58,32
							32.4		1,0	97,2
3	9	48	6	288	8,64	1,44	64.8	3	0,8	155,52
4	71	72	10	720	57,6	7,2	86,4	3	0,6	155,52
5	72	48	6	288	8,64	1,44	115,2	3	0,8	276,48

2. Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки

По имеющимся физико-механическим свойствам грунтов следует в соответствии с нормами установить описание каждого из пластов грунта.

Для глинистых (связных) грунтов уточнить их наименование по числу пластичности и показателю консистенции проверить, обладают ли эти грунты свойствами просадочности и набухания при их замачивании.

Для песчаных (несвязных) грунтов уточнить их вид и наименование в зависимости от плотности и степени водонасыщения.

Кроме того, для просадочных при замачивании грунтов следует установить тип грунтовых условий по просадочности. Для пучинистых при замерзании грунтов следует установить их наименование по степени морозной пучинистости.

1) Определение степени влажности

S = г_s * w / г_w * e,

e = г_s - г_d / г_d,

г_d = г / 1 + w,

г = с*g,

г_s = с_s*g,

где г_w - удельный вес воды, 10 кН/м³;

г, г_d, г_s - удельный вес соответственно грунта, скелета грунта, твердых частиц, кН/м³;

с, с_d, с_s - плотность соответственно грунта, скелета грунта, твердых частиц, кН/м3;

g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с²;

e - коэффициент пористости грунта.

Затем по таблице 1.6 [2] определяем степень влажности грунта. По степени влажности грунт подразделяется на маловлажный, влажный и насыщенный водой.

Если слой грунта находится ниже УГВ, то S_r = 1.

2) Определение степени сжимаемости

E ? 5 Мпа - грунт сильно-сжимаемый;

Е = 5ч20 Мпа - грунт средне-сжимаемый;

E ? 20 Мпа - грунт мало-сжимаемый;

3) Определение удельного веса грунта с учетом взвешивающего действия воды: г_sd = г_s - г_w / 1+e

Определять если в слое грунта присутствует грунтовые воды.

2.1 Первый слой суглинок (грунт №22)

Таблица

Физико - механические характеристики первого слоя грунта

сs, т/м3	с, т/м3	W д.е.	wp д.е.	wL д.е.	цll	цl	сll	cl кПа
2,71	1,959	0,272	0,221	0,333	18	16	20,0	11

1) Определение степени влажности

г = с*g = 1,959 * 9,81 = 19,22 кН/м³;

г_s = с_s*g = 2,71 * 9,81 = 26,59 кН/м³;

г_d = г / 1 + w = 19,22 / (1 + 0,272) = 15,11 кН/м³;

e = г_s - г_d / г_d = (26,59 - 15,11)/ 15,11 = 0.76;

S_r = (г_s * w) / (г_w * e) = (26,59 * 0,272) / (10 * 0.76) = 0. 95;

В соответствии с табл. 1.6 [2] грунт насыщенный водой.

2) Определение степени сжимаемости

Т.к. Е = 11 Мпа, то грунт средне-сжимаемый.

3) Определение удельного веса с учетом взвешивающего действия воды.

г_sd = (г_s - г_w) / (1+e) = (26,59 - 10)/ (1 +1,73) = 5,71 кН/м³.

Вывод: грунт насыщенный водой, средне-сжимаемый.

2.2 Второй слой суглинок (грунт №27)

сs, т/м3	с, т/м3	W д.е.	wp д.е.	wL д.е.	цll	цl	сll	cl кПа
2,72	1,881	0,321	0,218	0,516	15	11	39,0	20

1) Определение степени влажности

г = с*g = 1,881 * 9,81 = 18,45 кН/м³;

г_s = с_s*g = 2,72* 9,81 = 26,68 кН/м³;

г_d = г / 1 + w = 18,45 / (1 + 0,321) = 13,97 кН/м³;

e = г_s - г_d / г_d = (26,68 - 13,97)/13,97 = 0.91;

S = (г_s * w) / (г_w * e) = (26,68 * 0,321) / (10 * 0.91) = 0.94;

В соответствии с табл. 1.6 [2] грунт насыщенный водой.

2) Определение степени сжимаемости

Т.к. Е = 13,2 Мпа, то грунт средне-сжимаемый.

3) Определение удельного веса с учетом взвешивающего действия воды.

г_sd = (г_s - г_w) / (1+e) = (26,68 - 10)/ (1 +0.91) = 8,73 кН/м³.

Вывод: грунт насыщенный водой, средне-сжимаемый.

2.3 Третий слой песок мелкий (грунт №6)

сs, т/м3	с, т/м3	W д.е.	wp д.е.	wL д.е.	цll	цl	сll	cl кПа
2,67	1,971	0,270	-	-	29	26	2,6	0

1) Определение степени влажности

г = с*g = 1,971* 9,81 = 19,34 кН/м³;

г_s = с_s*g = 2,67* 9,81 = 26,19 кН/м³;

г_d = г / 1 + w = 19,34 / (1 + 0,270) = 15,23кН/м³;

e = г_s - г_d / г_d = (26,19- 15,23)/ 15,23= 0.72;

S = (г_s * w) / (г_w * e) = (26,19* 0,270) / (10 * 0.72) = 0.98;

В соответствии с табл. 1.6 [2] грунт насыщенный водой.

2) Определение степени сжимаемости

Т.к. Е = 21,0 Мпа, то грунт средне-сжимаемый.

3) Определение удельного веса с учетом взвешивающего действия воды.

г_sd = (г_s - г_w) / (1+e) = (26,19- 10)/ (1 +0.72) = 9,41 кН/м³.

Вывод: грунт насыщенный водой, слабо-сжимаемый.

3. Выбор колонн

Конструкцию и вид колонн принимаем в зависимости от ширины пролета, шага и отметки верха колонны. Ширина пролета производственного здания составляет 24 м, шаг колонн 6 м отметка верха колонны производственного здания 14,40 м, бытового помещения 10,80 м. В соответствии с приложением 2 [1] подбираем требуемые по характеристикам колонны.

Для фундаментов Ф1 и Ф7₁принимаем несущую колонну, изображенную на рисунке 3а. Для фундамента Ф3 принимаем несущую колонну, изображенную на рисунке 3б. Для фундамента Ф9 принимаем несущую колонну, изображенную на рисунке 4а. Для фундамента Ф7₂ принимаем несущую колонну, изображенную на рисунке 4б.

Рисунок 3. Конструкция и привязка колонн для фундаментов промышленного помещения

Рисунок 4. Конструкция и привязка колонн для фундаментов бытового помещения



4. Определение глубины заложения подошвы фундамента

4.1 Определение конструктивной глубины заложения подошвы фундаментов

Глубина заложения должна приниматься с учетом:

*назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;

*глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;

*существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

*инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и пр.);

*гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения (пп. 2.17-2.24);

*возможного размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (мостов, переходов трубопроводов и т.п.);

*глубины сезонного промерзания.

Рисунок 5. Схема для определения конструктивной глубины подошвы фундаментов

NL - отметка природного рельефа;

DL - отметка планировки, принимается -0.150;

FL - отметка подошвы фундамента;

H.K. - отметка низа колонны;

b - расстояние, которое должно быть более 250 мм;

d_k - отм. Н.К. - DL + b + 0,05 (4.1)

Определим конструктивную глубину заложения подошвы фундаментов для:

а) колонн производственного цеха (фундаменты Ф1,Ф7₁,Ф3)

DL = -0.150 м;

отм. H.K.= 1.350 м;

b = 0.25м;

d_k = 1,35 - 0,15 + 0,25 + 0,05 = 1,5 м;

б) колонн бытового помещения (фундаменты Ф9,Ф7₂)

DL = -0.150 м;

отм. H.K.=0.900 м;

b = 0.25м;

d_k = 0,9 - 0,15 + 0,25 + 0,05 = 1,05 м;

Полученный размер округляем кратно 0,3 м (для устройства унифицированной опалубки), в данном случае принимаем d_k = 1,2 м.



Рисунок 6. Конструктивная глубина заложения подошвы фундаментов

а) для фундаментов Ф1,Ф7₁,Ф3

б) для фундаментов Ф9,Ф7₂

4.2 Определение глубины сезонного промерзания грунта

4.2.1 Определение нормативной глубины промерзания грунта

Нормативная глубина промерзания грунта определяется согласно п. 5.5 [3]:

d_fn = d₀ * vM_t, (4.2)

Где M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по [6. Таблица 3];

d₀ - величина, принимаемая равной для суглинков и глин - 0,23 м; супесей, песков мелких и пылеватых - 0,28 м; песков гравелистых, крупных и средней крупности - 0,30 м; крупнообломочных грунтов - 0,34 м.

Для г. Барнаул:

M_t = |-17,5 - 16,1 - 9,1 -7,9 -15,0| = 65,6 кН*м;

Первый слой грунта суглинок, следовательно, d₀ = 0,23 м, тогда:

d_fn = 0,28 * v65,6 = 2.27 м.

4.2.2 Определение расчетной глубины промерзания грунтов

Расчетная глубина промерзания грунтов определяется по формуле 5.4 [3]:

d_f = k_h * d_fh, (4.3)

k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений - по таблице 5.2 [3]; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений k_h = 1,1, кроме районов с отрицательной годовой температурой.

Так как сооружение устраивается без подвала с полами по грунту и расчетной температурой воздуха для производственного цеха 16?С, а бытового помещения 19?С принимаем по таблице 5.2[3] k_h1 = 0,6 м и k_h1 = 0,6 м.

Тогда,

Для фундаментов Ф1,Ф7₁,Ф3

d_f1 = 0,6*2,27 = 1,36 м.

Для фундаментов Ф9,Ф7₂

d_f2 = 0,6*2,27 = 1,36 м.

4.3 Выбор окончательной глубины заложения подошвы фундаментов

Глубина заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания должна назначаться:

- для наружных фундаментов (от уровня планировки) по таблице 5.3[3],

- для внутренних фундаментов - независимо от расчетной глубины промерзания грунтов.

В случаях, когда глубина заложения фундаментов не зависит от расчетной глубины промерзания d_f, соответствующие грунты, указанные в таблице 5.3[3], должны залегать до глубины не менее номативной глубины промерзания d_fn, которая в данной работе равна 2,27 м, а минимальная глубина залегания первого слоя грунта 1,5 м.

Минимальную глубину расположения уровня подземных вод определим по инженерно-геологическому разрезу (рисунок 1) и она составляет d_w = 2,30 м.

Так как d_f1 +2 = 1,36 +2 = 3,36 » d_w и d_f2 +2 = 1,36 +2 = 3,36 » d_w, следовательно,

согласно данным таблицы 5.3[3] глубина заложения фундаментов (суглинок) в зависимости от расположения уровня подземных вод должна быть не менее d_f.

Окончательно назначаем глубину заложения подошвы фундаментов по конструктивным соображениям, она составляет 1,5 и 1,5 м соответственно для бытового помещения и для цеха, а расчетная глубина составляет 1,36?1,5 и 1,36?1,5 м, что больше конструктивных величин.

5. Проектирование фундаментов мелкого заложения

5.1 Определение размеров обреза фундаментов

Минимальные размеры обреза фундамента определяются по формулам:

l_обр.^min = 2*200+2*75+l_k (5.1)

b_обр.^min = 2*200+2*75+b_k (5.2)

Полученные размеры должны быть округлены кратно 300 мм для устройства опалубки.

Фундамент Ф1,Ф7₁

l_обр.^min = 2*200+4*75+1000*2 + 300 = 3000 мм;

b_обр.^min = 2*200+2*75+400 = 950 мм;

Округляем полученные размеры кратно300 м, получим: l_обр. = 3000 мм;

b_обр. = 1200 мм.

Рисунок 7. Обрез фундамента Ф1, Ф7₁.

Фундамент Ф3

l_обр.^min = 2*200+2*75+1000 = 1550 мм;

b_обр.^min = 2*200+2*75+400 = 950 мм;

Округляем полученные размеры кратно300 м, получим: l_обр. = 1800 мм;

b_обр. = 1200 мм.

Рисунок 7. Обрез фундамента Ф3

Фундамент Ф9

l_обр.^min = 2*200+2*75+400 +600= 1550 мм;

b_обр.^min = 2*200+2*75+400 = 950 мм;

Округляем полученные размеры кратно300 м, получим: l_обр. = 1800 мм;

b_обр. = 1200 мм.

Рисунок 7. Обрез фундамента Ф9

Фундамент Ф7₂

l_обр.^min = 2*200+2*75+400 = 950 мм;

b_обр.^min = 2*200+2*75+400 = 950 мм;

Округляем полученные размеры кратно300 м, получим: l_обр. = 1200 мм;

b_обр. = 1200 мм.

Рисунок 7. Обрез фундамента Ф7₂

5.2 Приведение нагрузок к центру подошвы фундаментов

Усилия в центре подошвы фундамента

Фундамент Ф1

Рисунок 11. Нагрузки фундамента Ф1

Глубина заложения подошвы фундамента Ф1,Ф7_1, составляет 1,5 м.

Определим усилия в центре подошвы фундамента Ф1

N_o = N_k = 1260 кН.

M_oх = M_k + Q_k * d = 100,8 + 12,6 * 1,5 = 119,7 кН*м.

M_oy = 0 кН*м.

Фундамент Ф7₁

Рисунок 11. Нагрузки фундамента Ф7₁

Глубина заложения подошвы фундамента Ф1,Ф7_1, составляет 1,5 м.

Определим усилия в центре подошвы фундамента Ф7₁

N_o = N_k + P_ст = 720 + 155,51 = 875,51 кН

M_oх = M_k + Q_k * d = 57,6 + 7,2 * 1,5 = 66,3 кН*м.

M_oy = P_cт * 0,475 = 155,51 * 0,475 = 73,87 кН*м.

Фундамент Ф3



Рисунок 12. Нагрузки фундамента Ф3

Глубина заложения подошвы фундамента Ф3_, составляет 1,5 м.

Определим усилия в центре подошвы фундамента Ф3

N_o = N_k + P_ст1 + P_ст2 = 270+ 58,32 + 97,2 = 425,52кН.

M_oх = M_k + Q_k * d = 21,6 +2,6 * 1,5 = 25,5 кН*м.

M_oy = P_cт * 0,425 = 58,32 * 0,425 = 24,786 кН*м.

Фундамент Ф9

Рисунок 12. Нагрузки фундамента Ф9

Глубина заложения подошвы фундамента Ф9_, составляет 1,5 м.

Определим усилия в центре подошвы фундамента Ф9

N_o = N_k + P_ст = 288 + 155,52 = 443,52 кН.

M_oх = M_k + Q_k * d = 8,64 + 1,44 * 1,5 = 10,8 кН*м.

M_oy = P_cт * 0,225 = 155,52 * 0,225 = 34,992 кН*м.

Фундамент Ф7₂

Глубина заложения подошвы фундамента Ф7_2, составляет 1,5 м.

Определим усилия в центре подошвы фундамента Ф7₂

N_o = N_k + P_ст = 288 + 276,48 = 564,48 кН.

M_oх = M_k + Q_k * d = 8,64 +1,44 * 1,5 = 10,8 кН*м.

M_oy = P_cт * 0,225 = 276,48 * 0,225 = 62,208 кН*м.

Рисунок 12. Нагрузки фундамента Ф7₂

Фундамент	No,кН	Moх,кН*м	Moy,кН*м
Ф1	1260	119,7	0
Ф71	875,51	66,3	73,87
Ф3	425,52	25,5	24,79
Ф9	443,52	10,8	34,99
Ф72	564,48	10,8	62,208

5.3 Определение размеров подошвы фундаментов

5.3.1 Определение условного расчетного сопротивления грунта(для фундамента Ф1)

При расчете деформаций основания среднее давление под подошвой фундамента P_ср не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, кПа определяемого по формуле п.5.6.7.[3]:

(5.3)

- и - коэффициенты, условий работы, принимаемые по табл.5.4[3];

Для глинистых - 1,25 и 1.

-- коэффициент, принимаемый равным:, т.к. прочностные характеристики грунта ( и ) определены непосредственно испытаниями;

-- коэффициенты, принимаемые по табл.5.5[3]; ц_ll = 18; коэффициенты равны соответственно 0,43; 2,73; 5,31.

-- коэффициент, принимаемый равным 1 при ;

-b - ширина подошвы фундамента, м, для определения условного расчетного сопротивления грунта принимаем ширину подошвы фундамента равной ее минимально возможному значению, т.е. b = 1,2 м.

-- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), 19,22 ;

-- то же, залегающих выше подошвы; 19,22 ;

-- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, 20 кПа;

-- глубина заложения подошвы фундаментов, 1,5 м.

-d_b- глубина подвала, 0м.

R_усл. = 1,25 *1/1 * [0,43*1*1,2*19,22 + 2,73*1,5*19,22 + 5,31* 20] = 243,53 кПа.

5.3.2 Определение требуемой площади подошвы фундамента.

A_тр. = N_o/R_усл. - d*г_ср. (5.4)

Где N_o - сумма вертикальных нагрузок, действующих на фундамент;

R_усл. - расчетное условное сопротивление грунта; 193,58 кПа.

г_ср. - осредненный удельный вес фундамента и грунта (19,22ч22) = 20,61 кН/м³.

A_тр. = 1260/ 243,53 - 1,5 * 20,61 = 5,93 м².

5.3.3 Определение размеров подошвы фундамента Ф1

Для внецентренно-сжатых загруженных фундаментов:

Система уравнений:

b/1 = 0,7;

A_тр. = b*1,

Решим систему уравнений:

b*1 = 5,93; b = 5,93/1; b = 5,93/1; b = 5,93/1; b = 5,93/1;

b/1 = 0,7, b/1 = 0,7, b/1 = 5,93/1/1 = 0,7, b/1 = 5,93/1² = 0,7, 0,7*1² = 5,93,

b = 5,93/1; b = 5,93/1; b = 5,93/2,91; b = 2,04;

1² = 8,47, 1 = 2,91, 1 = 2,91, 1 = 2,91.

Округляем полученные значения кратно 300 мм и получаем окончательные размеры подошвы фундамента Ф5;

b = 2100 мм = 2,1 м;

1 = 3000 мм = 3,0 м;

Фактическая площадь подошвы фундамента составит:

А_ф = 2,1*3,0 = 6,3.

5.3.5 Уточнение расчетного сопротивления грунта

R_усл. = 1,25 *1/1 * [0,43*1*2,1*19,22 + 2,73*1,5*19,22 + 5,31* 20] = 252,83 кПа.

5.3.5 Определение фактических давлений под подошвой фундамента

Рисунок 15. К определению давлений

Для внецентренно-загруженных фундаментов:

(5.6)

G_ф,гр b*l*d* г_ср., (5.7)

- вес фундамента и грунта на его уступах:

G_ф,гр = 2,1*3*1,5*20,61 = 194,76 кН.

(5.8)

< R = 252,83 кПа.

5.3.6 Проверка выполнения условий

Для внецентренно-загруженных фундаментов (M_ox?0; M_oy=0;):

P_ср. ? R,

P_max. ? 1,2R, (5.9)

P_min. ?0

230,91 кПа ? 252,83 кПа,

285,20 кПа ? 1,2* 252,83 = 303,4 кПа,

176,63 кПа ? 0.

l=3,0;

b= 2,1.

5.3.7 Определение размеров фундаментов Ф7₁,Ф3,Ф9,Ф7₂

Остальные фундаменты рассчитываем в программе Excel, получаем такие размеры:

Ф1 = l=3,3, b= 2,1;

Ф7₁ = l=3,3, b= 3,3;

Ф3 = l=2,1, b= 1,5;

Ф9 = l=1,8, b= 1,5;

Ф7₂ = l=2,1, b= 1,5.

5.4 Определение осадок фундаментов.

5.4.1 «Посадка здания на инженерно-геологический разрез

Осадка определяется по формуле 5.16 [3]:

S = в * ?ⁿ_i=1 * ((у^ср._zpi - у^ср._zyi)*h_i/E_i + в * ?ⁿ_i=1 * (у^ср._zyi*h_i)/E_ei (5.10)

Где n - число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания;

у^ср._zp - среднее значение вертикального нормального напряжения от внешней нагрузки в i-ом слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, кПа;

у^ср._zy - среднее значение вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса выбранного при отрыве котлована грунта, кПа;

h_i - толщина i-ого слоя грунта, принимаемая не болеем 0,4 ширины фундамента, м;

в - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

E_i - модуль деформации i-ого слоя грунта по ветви первичного загружения, Мпа;

E_ei - модуль деформации i-ого слоя грунта по ветви вторичного загружения, Мпа;

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента:

у_zg = y*z+d, (5.11)

где y - удельный вес грунта, кН/м³;

z - глубина расположения рассматриваемой точки, м.

Вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубину z от подошвы фундамента определяется по формуле 5.17[3]:

у_zp = б * P_ср, (5.12)

где б - коэффициент рассеивания, определяется по таблице 5.8[3] в зависимости от относительной глубины о.

P_ср - среднее давление под подошвой фундамента, 230,92 кПа.

Относительная глубина определяется, согласно рекомендациям п. 5.6.32 [3]:

о=(2*z)/b (5.13)

где z - расстояние от подошвы фундамента до рассматриваемой точки, м;

b - ширина подошвы фундамента, 2,1 м.

Соотношение сторон фундамента Ф1:

з = 1/ b = 3,3 /2,1 = 1,57.

Вертикальное напряжение от собственного веса вынутого в котловане грунта в середине i-ого слоя на глубине z от подошвы фундамента определяется по формуле 5.18[3]:

у_zy = б₁ * у_zg,0, (5.14)

где у_zg,0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента, кПа;

б₁ - коэффициент рассеивания, определяется по таблице 5.8[3] в зависимости от относительной глубины фундамента о₁.

Относительная глубина определяется, согласно рекомендациям п 5.6.32[3]:

о₁=(2*z)/b₁ (5.15)

где b₁ - ширина котлована - 24,5

Соотношение сторон котлована:

з₁ = 1₁/ b₁ = 72,5/66,5= 1,09.

При планировке срезкой:

у_zg,0 = г¹ * d, (5.16)

При отсутствии планировки и планировке подсыпкой:

у_zg,0 = г¹ * d_n, (5.17)

где г - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м³;

d - глубина заложения фундамента при планировке срезкой, м.

d₀ - глубина заложения фундамента при отсутствии планировки и планировке подсыпкой, м.

Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают согласно рекомендациям п. 5.6.41[3] на глубине z = H_с, где выполняется условие:

у_zp = 0,5 * у_zg, (5.18)

При этом глубина заложения сжимаемой толщи H_с, не должна быть меньше H_min, равной половине ширины фундамента, когда b ? 10 м. Так как, в нашем случае, b = 2,1 м, то H_min = 1,65м.



Рисунок 18. Схема для расчета осадки фундамента Ф1

Толщину слоя, но которое разбивается грунтовая толща, под подошвой фундамента, определим из условия п.5.6.31[3]:

^h₁ ? 0,4*b , (5.18)

^h₁ ? 0,4*2,1 = 0,84 м.

Определение нижней границы сжимаемой толщи

Таблица 9

N	z,m	о=(2*z)/b	о1	б	б1	уzg кПа	уzy кПа	уzp кПа
1	0,675	0,643	0,020	0,9652	0,998	41,80	28,77	222,88
2	1,350	1,286	0,041	0,6724	0,9959	54,78	28,71	155,27
3	1,52	1,448	0,046	0,6144	0,9954	55,72	28,70	141,87
4	2,516	2,396	0,076	0,3262	0,9929	74,10	28,63	75,32
5	3,516	3,349	0,106	0,2200	0,9901	92,55	28,55	50,80
6	4,516	4,301	0,136	0,1455	0,9873	111	28,46	33,60
7	5,452	5,192	0,164	0,1047	0,9847	128,26	28,39	24,18
8	6,452	6,145	0,194	0,077	0,9819	153,79	28,31	17,78
9	6,850	6,524	0,206	0,076	0,9808	161,49	28,28	17,55

Согласно результатам расчета и условию 5.18, H_с = 6,850м м, что больше значения

H_min = 1,65м. Нижняя граница сжимаемой толщи находится на глубине 6,850м, с модулем деформации грунта более 7 МПа.

Определим осадку фундамента Ф1: по формуле 5.10:

S = 0,8*[(226,9-28,83)*0,65 +(189,07-28,74)*0,65 + (148,57-28,71)*0,17

11000 11000 11000

+ (108,6-28,67)*1,0 + (63,06-28,59)*1,0 + (42,20-28,51)*1,0 +

13200 13200 13200

(28,89-28,43)*0,94 + (20,98-28,35)*1,0 + (17,66-28,30)*1,0=

13200 21000 21000

=0,0256 м = 2,6 см;

5.4.3 Определение осадки фундаментов Ф7₁,Ф3; Ф9; Ф7₂.

Осадки остальных фундаментов находим с помощью программы Excel:

Ф1, S = 0,026м = 2,6 см.

Ф7₁, S = 0,01045м = 1,05 см,

Ф3, S = 0,013м = 1,3 см,

Ф9, S = 0,00997м = 1,0 см,

Ф7₂, S = 0,0143м = 1,4 см.

5.4.4 Проверка выполнения условия S ? [Su]

Для производственного здания с полным железобетонным каркасом, максимальная осадка согласно приложению Д [3], равна 10 см. Используя результаты расчета сравним полученную осадку с допустимой.

Для Ф1, = 2,6 см ? 10

Ф7₁, S = 1,05 см ? 10

Ф3, S = 1,3 см ? 10

Ф9, S = 1,0 см ? 10

Ф7₂, S = 1,4 см ? 10

Как видно из выше приведенных данных все полученные осадки фундаментов меньше предельно допустимых, следовательно, размеры подошвы фундамента достаточны и изменений не требуют.

По результатам расчетов конструируем фундаменты мелкого заложения, схемы фундаментов Ф1, Ф7₁, Ф3, Ф9, Ф7₂ с привязкой к осям показаны на рисунке 19.

5.5. Конструирование фундаментов мелкого заложения (ФМЗ)

6. Проектирование свайных фундаментов (вариант - II)

6.1 Корректировка приведенных нагрузок

Расчетные нагрузки для проектирования свайных фундаментов получим путем перемножения нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке (гf), который принимается равным 1,2. Нормативные нагрузки посчитаны ранее в таблице 8.

N^p_o = N_o * г_f (6.1)

М^p_oх= М_oх * г_f (6.2)

М^p_oy = М_oy * г_f (6.3)

Таблица 10

Усилия в центре подошвы свайных ростверков

Фундамент	No,кН	Moх,кН*м	Moy,кН*м
Ф1	1260*1,2 = 1512	119,7*1,2 =143,64	0
Ф71	875,51*1,2 =1051	66,3*1,2 = 79,56	73,87*1,2 =88,64
Ф3	425,52*1,2 =510,62	25,5*1,2 = 30,6	24,79*1,2 =29,75
Ф9	443,52*1,2 =532,22	10,8*1,2 = 12,96	34,99*1,2 = 41,99
Ф72	564,48*1,2 =677,38	10,8*1,2 = 12,96	62,208 *1,2 = 74,65

6.2 Выбор типа, длины и марки сваи

Принимаем висячие сваи, сечением 300*300. Заглубляем сваи в третий пласт на 0,5 м.

Рабочая длина свай, согласно данным рисунка 20:

Для РС1: l = 300+5483+500 = 6283 мм.

Для РС7₁: l = 300+5783+500 = 6583 мм.

Для РС3: l = 300+4843+500 = 5643 мм.

Для РС9: l = 300+5021+500 = 5821 мм.

Для РС7₂: l = 300+5012+500 = 5812 мм.

Проектную длину свай принимаем равную 8м. Марка свай: С9-30

Рисунок 20.Рабочая длина свай

6.3 Определение несущей способности свай

Несущую способность F_d, кН, висячих свай, погружаемых без выемки грунта, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле 7.8 [4]:

F_d = г_с * (г_сR * R *А + u * ? г_сf *f_i*h_i), (6.4)

где:

г_с - коэффициент условия работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.2[4];

А - площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, или по площади сваи-оболочки нетто;

u - наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

f_i = расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.3[4];

h_i - толщина i-го слоя грунта соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

г_сR - коэффициент условия работы грунта под нижним концом сваи, учитывающий влияние способа погружения сваи на расчетное сопротивление грунта и принимаемый по таблице 7.4[4];

г_сf - коэффициент условия работы грунта на боковой поверхности сваи, учитывающий влияние способа погружения сваи на расчетное сопротивление грунта и принимаемый по таблице 7.4[4];

Расчетное сопротивление под нижнем концом забивных свай, погружаемых без выемки грунта, R, кПа, принимаем по таблице 7.2[4] равным 9966,67 кПа для свай РС1, РС3,РС7₁,РС9,РС7₂, с помощью интерполяции при глубине погружения свай 8,0 м соответственно и числе текучести I_L = 0. Площадь поперечного сечения сваи А = 0,09м². Наружный периметр принятых свай u = 1,2 м. Коэффициенты условия работы грунта под нижним концом сваи и на боковой поверхности (г_сR, г_сf), согласно таблице 7.4[4], равны 1, так как сваи сплошного сечения и забиваемые дизельным молотком.

Таблица 11

К расчету несущей способности сваи для РС1

	li	hi	fi	fi * hi, кН/м
1	2,255	1,51	43,53	65,7303
2	4000	1,98	53	104,94
3	5982	1,98	57,964	114,77
4	7228	0,51	60,456	30,83
Итого	316,27

Определение несущей способности свай для РС1:

F_d = 1*(1*9966,67*0,09+1,2*1*316,27) = 1276,52 кН.

Свая для РС 1 Свая для РС 3

Свая для РС 7₁ Свая для РС 9



Свая для РС7₂

Таблица 12

К расчету несущей способности сваи для РС3

	li	hi	fi	fi * hi, кН/м
1	2,366	1,73	44,196	76,46
2	4,244	2,03	53,732	109,46
3	6,27	2,03	58,54	118,84
4	7,533	0,50	61,066	30,53
Итого	335,29

Определение несущей способности свай для РС3:

F_d = 1*(1*9966,67*0,09+1,2*1*335,29) = 1299,35 кН.

Таблица 13

К расчету несущей способности сваи для РС7₁

	li	hi	fi	fi * hi, кН/м
1	1,732	0,46	40,124	18,46
2	2,691	1,456	46,146	67,19
3	4,147	1,456	53,441	77,81
4	5,604	1,456	57,208	83,29
5	6,581	0,50	59,162	29,58
Итого	276,33

Определение несущей способности свай для РС7₁:

F_d = 1*(1*9966,67*0,09+1,2*1*276,33) = 1228,60 кН.

Таблица 14

К расчету несущей способности сваи для РС9

	li	hi	fi	fi * hi, кН/м
1	1,931	0,862	41,517	35,79
2	3,053	1,382	48,265	66,70
3	4,435	1,382	54,305	75,05
4	5,817	1,382	57,634	79,65
5	6,761	0,5	59,522	29,76
Итого	286,95

Определение несущей способности свай для РС9:

F_d = 1*(1*9966,67*0,09+1,2*1*286,95) = 1241,34 кН.

Таблица 15

К расчету несущей способности сваи для РС7₂

	li	hi	fi	fi * hi, кН/м
1	1,931	0,871	41,517	36,16
2	3,058	1,38	48,29	66,64
3	4,436	1,38	54,308	74,95
4	5,819	1,38	57,638	79,54
5	6,671	0,5	59,342	29,67
Итого	286,96

Определение несущей способности свай для РС7₂:

F_d = 1*(1*9966,67*0,09+1,2*1*286,96) = 1241,35 кН.

6.4 Определение количества свай в кусте

Количество свай в кусте определяем исходя из условия 7.2[4]:

N = N^p_o * г_k * г_n * 1,15, (6.5)

F_d * г_o

где:

N^p_o - расчетная нагрузка, передаваемая на сваи, кН; N^p_o = N_o *1,2

г_k - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4 - если несущая способность сваи определена расчетом.

г_n - коэффициент надежности по назначению (ответственности) сооружения, принимаемый равным 1,15 для класса ответственности;

г_o - коэффициент условий работы, учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов, принимаемый равным 1,15 при кустовом расположении свай;

F_d - несущая способность свай, кН.

Количество свай в кусте РС1:

N = 1512 * 1,4 * 1,15 * 1,15 = 1,91;

1276,52 * 1,15

Конструктивно принимаем 8 сваи.

Количество свай в кусте РС3:

N = 1051 * 1,4 * 1,15 * 1,15 = 1,30;

1299,35 * 1,15

Конструктивно принимаем 13 сваи.

Количество свай в кусте РС7₁:

N = 510,62 * 1,4 * 1,15 * 1,15 = 0,63;

1228,60 * 1,15

Конструктивно принимаем 5 сваи.

Количество свай в кусте РС9:

N = 532,224 * 1,4 * 1,15 * 1,15 = 0,69

1241,34 * 1,15

Конструктивно принимаем 4 сваи.

Количество свай в кусте РС7₂:

N = 677,38 * 1,4 * 1,15 * 1,15 = 0,87

1241,35 * 1,15

Конструктивно принимаем 4 сваи.

6.5 Компоновка свайных кустов

По полученным выше результатам формируем свайные кусты, учитываю направления действия внутренних усилий. Расстояние между осями свай должно составлять (3-6)d, где d - ширина сваи, м. Расстояние между наружной гранью сваи и гранью ростверка должно составлять 50-100мм. Минимальное расстояние свай 3d между осями свай обусловлено необходимостью обеспечить более равномерное распределение напряжений под нижним концом свай и не допустить концентрации тех же напряжений от взаимного влияния свай.

Ростверк свайный РС1

Ростверк свайный РС7₁ Ростверк свайный РС3

Ростверк свайный РС9 Ростверк свайный РС7₂



6.6 Определение максимально и минимально нагруженных свай

N^P_мах = N^p_o + G_p,гр ± M^p_oх * г_max ± M^p_oy * x_max , (6.6)

^min n ?( г _i ²) ?( x _i ²)

где

N^p_o - расчетная нагрузка, передаваемая на сваи, кН; N^p_o = N_o *1,2

G^p_p,гр - расчетная нагрузка от веса ростверка и грунта на его уступах, кН;

n - количество свай, шт.;

г_max., x_max - расстояние от главных осей до осей наиболее (наименование) нагруженной сваи, м;

г _i, x _i - расстояния от главных осей до осей каждой сваи, м;

G^p_p,гр = b_p * l_p * d_p * г_ср * г_f , (6.7)

Все усилия в центре ростверкам берем из таблицы 10, а геометрические параметры определяем с помощью рисунков 2 и 22.

Для свайного фундамента РС1

Рисунок 23. Максимально и минимально нагруженные сваи РС1

N^p_o = 1512 кН; M^p_ox = 143,64 кН; M^p_oy = 0 кН; F_d = 1276,52 кН; n = 8

G^p_p,гр = 2,1* 3,3 *1,5* 20,61 * 1,2 = 257,09 кН;

N^P_мах = 1512 + 257,09 + 143,64 * 1,4 = 239,79 (6.6)

8 (1,4²*4+0,7²*2)

N^P_мin = 1512 + 257,09 - 143,64 * 1,4 = 202,48 (6.6)

8 (1,4²*5+0,7²*2)

Для свайного фундамента РС7₁

Рисунок 24. Максимально и минимально нагруженные сваи РС7₁

N^p_o = 1051 кН; M^p_ox = 79,56 кН; M^p_oy =...