Строительство нового 2-этажного детского сада в городе Санкт- Петербурге

Статический момент приведенного сечения относительно нижней грани:

S_red=b^{`</sup><sub>f</sub>h<sup>`}_f(h-0.5h^`_f)+b_fh_f*0.5h_f+bc*0.5h+A_sa=116*3,05 (220,5*3,05)+119*

*3,05*0,5*3,05+20,6*15,9*0,5*22+7,2*6,16*3=19683,2 см³

Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения:

Y₀=S_red/A_red=19683,2/1817=10,8 см.

Момент инерции приведенного сечения относительно его центра тяжести:

Момент сопротивления приведенного сечения по нижней зоне:

Момент сопротивления приведенного сечения по верхней зоне:

Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны:

, где



Максимальное напряжение в сжатом бетоне от внешней нагрузки и усилия предварительного напряжения

где M - изгибающий момент от полной нормативной нагрузки:

М = 56,38 кНм =5638000 Нсм

P₂ - усилие обжатия с учетом всех потерь _los

P₂ = 6,16 *(517 - 100)*100 = 122271,6 Н

e_op - эксцентриситет усилия обжатия:

e_op = y₀ - a = 10,8 - 3 = 7,8 см

=1,6-2,97/15=1,4>1 принимаем = 1

Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки, наименее удаленной от растянутой зоны:

Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне, определяемый по формуле:



W_pl = W_red,

= 1.5

ТогдаW_pl = 1.5*9967,75 = 14951,6 см³; W^`_pl = 1.5*9611,76= 14417,6 см³

Потери предварительного напряжения арматуры:

При расчете потерь коэффициент точности натяжения арматуры _sp=1

Определяем первые потери:

- потери от релаксации напряжений в арматуре при электротермическом способе натяжения стержневой арматуры: ₁=0,03_sp=0,03*517 = 15,51 мПа

- потери от температурного перепада между натянутой арматурой и упорами ₂=0 так как при поточно-агрегатной технологии форма с упорами нагревается вместе с изделием.

- потери от деформации анкеров ₃ и формы ₅ при электротермическом способе натяжения равны 0

- потери от трения арматуры об огибающие приспособления ₄ = 0, поскольку напрягаемая арматура не отгибается

- потери от быстронатекающей ползучести ₆ определяются в зависимости от соотношения _bp/R_bp0.95. Из этого условия устанавливается передаточная прочность R_bp

Усилие обжатия с учетом потерь ₁…₅ вычисляется по формуле:

P₁=A_sp(_sp-₁)=6,16 (517-15,51)*100=308917Н



Напряжения в бетоне при обжатии:

где е_ор - эксцентриситет усилия обжатия e_op = y₀ - a = 10,8 - 3 = 7,8 см.

Передаточная прочность бетона:

R_bp= 1,99/0.95 = 2,09 МПа

R_bp0.5B=10 МПа; R_bp11 МПа

Окончательно принимаем R_bp=11 МПа,

Тогда _bp/R_bp = 4,11 / 11 = 0,37 0.95

Сжимающие напряжения в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры от усилия обжатия Р₁ (без учета изгибающего момента от собственной массы плиты)

P₁=A_sp(_sp-₁)=6,16 (517-15,51)*100=308917Н

Так как

_bp/R_bp = 3,89 / 11 = 0,35 < = 0,25 + 0,025 R_bp = 0,25+0,025*11 = 0,53

То потери от быстронатекающей ползучести

- 



Первые потери _los1 = 15,51 + 5,1 = 20,61 МПа

Определяем вторые потери

- потери от усадки бетона ₈=35 МПа

- потери от ползучести бетона ₉ вычисляются в зависимости от соотношения _bp/R_bp, где _bp находится с учетом первых потерь

P₁ = A_sp(_sp - _los1) = 6,16 (517 - 20,61)*100 = 305776 Н

При _bp/R_bp = 3,76 / 11 = 0,34 0.75 = 0.85

Вторые потери _los2 = ₈ + ₉ = 35 + 43,35 = 78,35 МПа

Полные потери _los = _los1 + _los2 = 20,61 + 78,35 = 98,96 МПа

Так как _los = 98,96МПа < 100 МПа, окончательно принимаем _los = 100 МПа

P₂ = 6,16 *(517 - 100)*100 = 256872 Н

Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси

Для элементов, к трещиностойкости которых предъявляются требования 3-ей категории, коэффициент надежности по нагрузке _f = 1. Расчет производится из условия:

MM_crc

Нормативный момент от полной нагрузки M = 56,38 кН.

Момент образования трещин по способу ядровых моментов определяется по формуле:

M_crc = R_bt,serW_pl+M_rp



Где ядровый момент усилия обжатия:

M_rp = P₂ (e_op + r) = 0,85*256872*(7,8+5,486) =29 кНм

Так как M = 56,38<M_crc = 1,4*10³*14951,6*10^-6+29 = 49,93 кНм, в растянутой зоне от эксплуатационных нагрузок трещины не образуются.

Расчет прогиба плиты

Так как прогиб плиты ограничивается эстетическими требованиями, то полная кривизна может быть вычислена лишь от продолжительного действия постоянной и длительной нормативных нагрузок.

для равномерно распределённой нагрузки,

для моментов с двух концов балки

Прогиб от постоянной и длительной нагрузок:

не превышает допустимый.

3.3 Характеристика площадки и условий строительства

Исследуемая площадка расположена д. Малые Колпаны - Ленинградская область, Гатчинский район.

Рельеф местности спокойный.

Абсолютные отметки участка в пределах района работ по устьям скважин колеблются в пределах 165.700 - 168.600 м с уменьшением величин в северо-западном направлений. Перепад абсолютных отметок составляет 2.9 м.

Техническая характеристика здания

Здание детского сада, с подвалом, имеет сложную в плане форму.

Конструктивная схема здания жесткая с несущими наружными и внутренними стенами и железобетонными перекрытиями.

Крыша плоская. Кровля - «Технониколь».

Наружные и внутренние стены - сплошная кладка из кирпича.

Перекрытия и покрытия - сборные железобетонные круглопустотные плиты.

Пол в подвале по грунту.

Относительная отм. 0.000 м соответствует абсолютной отм. 167.800 м Балтийской системы высот.

Инженерно-геологические условия строительной площадки

Гидрогеологические условия площадки проектируемого здания характеризуются отсутствием водоносных горизонтов.

В неблагоприятные периоды годового цикла ожидается образование верховодки в насыпных грунтах.

В геотехнической модели геологических разрезов выделено 6 инженерно-геологических элементов (ИГЭ):

- ИГЭ-1 - насыпной грунт: 0,2 - 0,4 м - почвенно-растительный слой, ниже - загрязнённый суглинок, песок с галькой, остатки древесины, опил. Средняя мощность - 0,7 м (линзы). Средняя плотность - 1,65г/см3;

- ИГЭ-2 - суглинок коричневый с оттенками серого и жёлтого, тугопластичный, известковистый, плотный с прослоями и линзами песка жёлто-коричневого, гальки и гравия, со щебнем, дресвой. Средняя мощность - 1,6 м (линзы). Средняя плотность - 2,16 г./см3;

- ИГЭ-3 - песок жёлто-коричневый, жёлто-серый, пылеватый, реже мелкий, средней плотности, с включением гальки, гравия, щебня и дресвы, с прослоями глинистого грунта. Средняя мощность - 0,8 м (линзы). Средняя плотность - 2,14 г./см3;

- ИГЭ-3а - песок жёлто-коричневый, мелкий, реже пылеватый, с прослойками глинистого грунта, с включением гравия. Максимально вскрытая мощность - 0,8 м (линзы). Средняя плотность - 1,96 г./см3;

- ИГЭ-4 - суглинок серовато-коричневый, желто-коричневый, полутвёрдый, известковистый, прослоями и линзами песка жёлто-коричневого, с гнёздами гальки и гравия, со щебнем и дресвой. Максимально вскрытая мощность - 6,4 м. Средняя плотность -2,19г/см3;

- ИГЭ-5 - глина тёмно-коричневая, полутвёрдая, неравномерно-карбонатная, с большим количеством гравия, с прослоями песка жёлто-коричневого, со щебнем и дресвой. Максимально вскрытая мощность - 4,2 м. Средняя плотность - 2, Зг/см3;





Определение наличия слабого подстилающего слоя

К прочным грунтам можно отнести крупноблочные грунты, пески высокой и средней плотности, твердые и пластичные пылевато-глинистые с I_L0,6.К слабым относят грунты, которые дают под нагрузкой большие деформации: рыхлые пески, текуче пылевато-глинистые грунты, у которых модуль деформации менее 50 кг/см². Более точное представление о прочности грунта может дать величина расчетного сопротивления грунта основания вычисляется по формуле для условного фундамента шириной, равной одному метру.

где с₁ и с₂ - коэффициенты условий работы;

k - коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта определены непосредственными испытаниями, и k=1,1, если они приняты по таблицам приложения 1 (11).В данном случае все эти коэффициенты равны единице.

M, M_q, M_c - коэффициенты;

b - ширина подошвы фундамента, м;

_п - усредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, тс/м³

k_z - коэффициент, при b<10 м принимаемый равным единице;

_п' - осредненное расчет. значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы, тс/м³

с_п - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего под подошвой ф/та;

d₁ - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле: d₁=h_s+ h_cf·_cf/_п, где

h_s - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м

h_cf - толщина конструкции пола подвала, м

_cf - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, тс/м³

d_b - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м.

Для точки 1 формула примет вид:

Для точки 2 формула примет вид:



Для точки 3 формула примет вид:

Для точки 4 формула примет вид:

Для точки 5 формула примет вид:

Для точки 6 формула примет вид:

Для точки 7 формула примет вид:

Вывод: 5^й рассмотренный слой будет являться слабым подстилающим по отношению к 4^у рассмотренному слою.

Климатические особенности района строительства

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин промерзания грунтов за период не менее 10 лет на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

В данном случае из-за отсутствия данных многолетних наблюдений нормативная глубина сезонного промерзания определяется по формуле:

,

где:

М_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по (12)

d₀ - величина, принимаемая для суглинков равной 0,23

В данном случае М_t=24.8є

d_fn=0,23·24.8 =1.15 м.

Нормативная глубина промерзания грунтов 1.15 м.

Расчетная глубина сезонного промерзания определяется по формуле:

d_f = k_h·d_fn,

где:

k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения k_h= 0,6 (табл. 1/11/).

d_f= 0,6·1.15 = 0.69 м.



3.4 Расчет ленточного фундамента

Расчетная схема

Для расчета выбран ленточный фундамент, вблизи нет каналов и соседних фундаментов. По конструктивным соображениям фундамент сборный железобетонный, служит для опирания внутренней стены, толщиной 380 мм. Расчет производится по второму предельному состоянию. Геологическую колонну грунта берем из наиболее близко расположенной скважины N1532.

M_II=0

N_II=242.6 кН

T_II=0

Выбор глубины заложения фундамента - d

Здание с подвалом, относительная отметка пола подвала -2.80 м; пол по грунту; здание отапливаемое.

Принимаем глубину заложения фундаментовна отм. - 3,70 м.

Отметка низа подошвы фундамента расположена в слое суглинка.

Определение размеров опорной плиты и подошвы фундамента

Определение размеров подошвы фундамента.

Определяем в первом приближении ширину подошвы фундамента:



b=,

где - нагрузка в плоскости обреза фундамента на 1 м длины стены, кН;

- условное расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента, kH/м^2;

- глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки пола подвала, м.

b=м

Подбираем ближайшее большее значение b для типовых сборных блоков.

Принимаем плиту фундаментную ФЛ 12.24-2: b=1,2 м; l=2,38 м.

Определяем расчетное сопротивление грунта:

,

Несущим слоем является суглинок твёрдый со следующими характеристиками: _II=26, С_II= 2,2, _II= 1,81;

M= 0,61, M_q= 3,44, M_c= 6,04 - коэффициенты, принимаемые по таблице;

_с1= 1,25 и _с2= 1 - коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице;

k - коэффициент, принимаемый равным единице так как прочностные характеристики грунта определены по данным испытаний;

Осредненное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента определим как: ;

k_z - коэффициент, при b<10 м принимаемый равным единице;

Расчетное сопротивление грунта равно:

Находим требуемую ширину ленточного фундамента

b=м

Определяем нормативные нагрузки от веса фундамента и грунта на его обрезах

Определяем вес 1 м фундаментной плиты ФЛ12.24

3,2 Вес грунта на двух обрезах фундамента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Среднее фактическое давление под фундаментной плитой ФЛ12.24 от действия вертикальных нагрузок, включая вес фундамента и грунта на его отвесах



Рассчитываем конструкцию фундамента по первой группе предельных состояний

Принимаем фундамент из бетона В15

R_bt=0,75 МПа

Под подошвой фундамента предусмотрена песчано-гравийная подготовка, поэтому принимаем высоту защитного слоя бетона равной а = 3,5 см, рабочая высота сечения

h₀ = h-a = 0.3 - 0.035 = 0.265 м

Определим расчётные нагрузки от веса фундамента и грунта на его обрезах принимая коэффициенты надёжности по нагрузке в соответствии с табл. 1 СП 20.13330.2011

Давление под подошвой фундамента от действия расчётных нагрузок

Расчёт по наклонной трещине от действия поперечной силы

Определяем поперечную силу в сечении фундамента у грани стены



Расчёт на действие поперечной силы не производят, если выполняется условие

Q ? ц_b3 · R_bt · b · h₀ = 0,6 · 0,074 · 120 · 26,5 = 141,19kH

Где: ц_b3=0.6 - для тяжелого бетона

b = l = 120cм = 1,2 м

Q = 101,28<141,19

Следовательно, установка поперечной арматуры не требуется и расчет на действие поперечной силы не производим.

Проверяем выполнение условия, обеспечивающее прочность по наклонному сечению фундаментальной плиты из условия восприятия поперечной силы Q бетоном.

Где: c=0.5 (b-b_k-2h₀)=0,5 (1,2-0,4-2·0,265)=0,135=13,5cм - длина проекции наклонного сечения. Условие выполняется.

Определяем расчетную продавливающую силу:

F?ц_b·Rbt·U_m·h₀

Где: F-расчетная продавливающая сила; ц_b - коэффициент, принимаемый равным 1 для тяжелого бетона; U_m - среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания.

U_m=0,5·(1,2+1) = 1,1 м

Следовательно, прочность фундамента на продавливание достаточна.

Расчет прочности нормального сечения фундамента от действия изгибающего момента у грани стены.

В качестве рабочих стержней примем арматуру класса А400 с расчетным сопротивлением R_s=365МПа

Определим требуемую площадь сечения арматуры на 1 м длины плиты.

Принимаем 10Ш6 A400cA_s=2,83cм², шаг стержней S = 100 мм

Площадь распределительной арматуры в пределах изгибаемой части сечения фундамента.

A_sp=0,1·A_s=0,1·2,83=0,283cм²

Так как в ленточном фундаменте на изгиб совместно работают две консольные части, то требуемое количество распределительной арматуры на 1 м ширины плиты следует увеличить вдвое, т.е.

A_sp=2 ·0,283=0,566 cм², тогда окончательно по конструктивным соображениям принимаем 5Ш4 B500 с A_sp=1,42cм². Шаг распределительных стержней S=200mm.

Коэффициент армирования сечения

Расчет подъемной петли

Согласно строительному каталогу фундаментная плита ФЛ12.24 массой m=1,63т имеет 4 петли

Учитывая перекос строп, в расчете принимают на 1 петлю меньше n = 3.

Коэффициент динамичности при монтаже гf=1.4

Принимаем петлю из мягкой стали A240R_s = 225 МПа

Принимаем Ш10A240cA_s=0,785 cм²



Конструирование фундамента

Следует принять окончательно размеры фундамента с учетом модульности, определить давления по краям подошвы фундамента (краевые давления) и среднее давление по подошве фундамента. Найденные величины должны удовлетворять условиям:

, , .

Считаем объем фундамента:

Фактический вес фундамента:

,



где - объемный вес железобетона.

Определим вес грунта, действующего на фундамент:

Определим фактический вес грунта:

,

где - объемный вес грунта;

Давление под подошвой фундамента:

Определим R по фактической ширине фундамента:

Р_{ср.факт.}= 22.0 тс/м²<R_факт.= 30.68 тс/м²

Определение осадки фундамента

Осадка основания s c использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:



,

где S - осадка слоев;

=0,8 - безразмерный коэффициент;

Е_i - модуль деформации i-го слоя грунта;

_zpi - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полу сумме указанных напряжений на верхней z_i-1 и нижней z_i границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

h_i - высота слоя.

Для определения нижней границы сжимаемой толщи грунта вычисляем ординаты эпюры давлений от собственного веса грунта _zq и вспомогательной эпюры 0,2_zq. Далее грунт в основании фундамента разбиваем на элементарные слои толщиной не более 0,4b, при условии, что грунт в пределах элементарного слоя должен быть однородным, и определим ординаты эпюры дополнительного давления _zp на границах слоев.

Cуммирование производим до глубины, на которой выполняется условие:

Напряжения в грунте от его веса определяются по формуле _zg= (i·hi)

Дополнительное давление на грунт определим как:

_zp=б·Pо,

где P_о = P_ср-_zgо = 22-1.76 = 20.2 тс/м2,

тс/м2;



- коэффициент, принимаемый по табл. 1 прил. 2 [11].

2z/b	б	уzp=б?P	уzq	0,2уzq	E	h	z, глубина от плоскости подошвы ф/та	уzpср	S
0,0	1,000	20.2	6,34	1,27	1400	0	0
0,4	0,967	16,4	7,43	1,49	1400	0,6	0,6	7,366	0,0025
0,8	0,828	12,9	8,51	1,70	1400	0,6	1,2	6,722	0,0023
1,2	0,650	9,8	9,60	1,92	1400	0,6	1,8	5,536	0,0019
1,6	0,497	7,5	10,68	2,14	1400	0,6	2,4	4,298	0,0015
2,0	0,382	5,4	11,77	2,35	1400	0,6	3	3,292	0,0011
2,4	0,297	2,1	12,86	2,57	1400	0,6	3,6	2,540	0,0009
									1,02

Полученная осадка составляет S_расч.=1,02 см., что меньше допустимой S_доп.=8 см.

Учет морозного пучения (расчёт для периода эксплуатации здания)

Сильнопучинистыми считаются пылевато-глинистые грунты (суглинок) со степенью влажности Sr0,9. При строительстве на пучинистых грунтах проверка фундамента на действие сил морозного пучения грунтов должна производиться как для законченного, так и для незавершенного к началу зимнего периода строительства сооружения.

Устойчивость фундамента на действие касательных сил пучения грунтов, прилегающих к его боковой поверхности, проверяются по формуле:

,

где _fh= 0,955 кг/см²= 9,55 тс/м² - расчетная удельная касательная сила пучения;

A_fh - площадь боковой поверхности фундамента, находящейся в пределах расчетной глубины сезонного промерзания d_f,;

N_0II= 24.26 т - расчетное значение вертикальной нагрузки;

G_fII= 1.32 т - расчетное значение веса фундамента;

F_rf - расчетное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания вследствие трения его боковой поверхности о талый грунт, лежащий ниже d_f.

Расчетное значение силы F_rf определяется по формуле: ,

где R_fi - расчетное сопротивление талых грунтов сдвигу по боковой поверхности фундамента в i-ом слое;

A_fi - площадь вертикальной поверхности сдвига в i-ом слое,

19.55 2.431+0,9(24.26+1.32)

9.55 25.45 тс - условие выполняется.

Вывод: морозного пучения в период эксплуатации не будет, в период строительства необходимо защитить основание фундамента от промерзания; обеспечить надежный отвод атмосферных вод с площадки путем своевременной вертикальной планировки застраиваемой территории.



Литература

1. Фисун В.А., Зайцев Б.В., Сазыкин И.А., Привалов И.Т. «Методические рекомендации по разработке дипломного проекта» Издательский центр РГОТУПСа, 2006 г. - 72 с.

2. Единые требования по оформлению курсовых и дипломных проектов (работ). Методические указания для студентов всех специальностей. М: РГОТУПС, 2004.

3. СП 118.13330.2012 «Общественные здания и сооружения»

4. СанПин 2.4.1.3049-13 «Санитарно эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации режима работы дошкольных образовательных организаций»

5. СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование»

6. Архитектура гражданских и промышленных зданий: Гражданские здания: Учеб. для вузов / А.В. Захаров, Т.Г. Маклакова, А.С. Ильяшев и др.; Под общ. ред. А.В. Захарова. - М.: Стройиздат, 1993. - 509 с.: ил.

7. Бондаренко В.М. Железобетонные и каменные конструкции. Учебник для строит. спец. вузов. М.: Высшая школа, 2008.

8. Архитектура промышленных зданий и сооружений. М: Стройиздат, М.: Маршрут, 2006.

Размещено на Allbest.ru

...