Проектирование и расчет свайного куста под колонну каркаса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование и расчет свайного куста под колонну каркаса



1. Типовое сечение фундамента

Проектирую свайный фундамент под колонну крайнего ряда промышленного здания. Каркас железобетонный, поперечное сечение колонны 600х400 мм. Физико-механические характеристики грунтов площадки приведены в таблице.

Нормативные нагрузки на обрез фундамента:

Таблица 1

№ слоя	Мощность слоя	Наименование грунта	, кН/	, кН/	W		E , МПа	, кПа	, град	, кПа
1	0,51	Растительный слой	17,0	-	-	-	-	-	-	-
2	1,80	Суглинок мягкопластичный	19,2	25,4	30	1,06	13,5	193,39	15,2	17,1
3	3,50	Суглинок текучий	18,8	27	27,4	0,89	8,8	137,86	13,3	17,86
4	4,00	Суглинок полутвердый	19,8	27	25	0,96	19,25	235,07	16,25	15,2
5	4,95	Песок средней крупности средней плотности	20,21	26,52	23,4	1,0	33	400	28,5	-

Устанавливаем глубину заложения ростверка

1. Толщину ростверка примем 0.6 м. Глубина заложения ростверка определяется без учета глубины промерзания и геологических условий. Однако желательно, чтобы подошва ростверка была выше уровня подземных вод;

2. Из геологических условий назначаются расчетные длины свай, исчисляемые от подошвы ростверка до начала заострения, т.е. без учета длины острия, так, чтобы концы свай заходили в грунт с высоким расчетным сопротивлением на 1-1.5 м;

3. Выбирается тип свай в зависимости от метода погружения, размеров и формы поперечного сечения, вида армирования и необходимых размеров.

Принимаем к проектированию забивные призматические сваи без предварительно напрягаемой арматуры. Длину сваи принимаем исходя из инженерно-геологических условий, погружая в наиболее прочный грунт на 1-1.5 м. В качестве основания примем суглинок полутвердый, у которого расчетное сопротивление равно R=235,07 мПа.

Определим длину сваи по формуле:

Принимаем следующую марку сваи: С7-30, (длина сваи 7 м, поперечное сечение 30?30 см, с ненапрягаемой стержневой арматурой).

Определим несущую способность одной сваи

1-ое приближение:

где коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый

=1;

коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи;

=1

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа

R = f(H=7,91 м; вид гр. - сугл. полутв.) = 4490 мПа;

А - площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая равной площади поперечного сечения,

А = 0.09 м²;

u - периметр поперечного сечения ствола сваи, м

u = 0.12 м;

коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, зависящий от способа образования скважин и условий бетонирования,

;

расчетное давление i-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, кПа,

На участках сваи длинной не более 2 м, принимаем как постоянное, если более 2 м надо раздробить.

z - средняя глубина рассматриваемого слоя,

толщина 1-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;



Определим допустимую нагрузку на одну сваю:

где ?g > 1 - зависит от способа определения несущей способности,

?g = 1.4 (по формуле);

несущая способность 1 сваи;

Определим число свай в кусте:

где NI - расчетная нагрузка на обрез фундамента;

Определим нагрузку на обрез фундамента:

Рсв - допустимая нагрузка на 1 сваю;

Учитывая внецентренное загружение принимаем свайный фундамент из 4 свай.

Расстановка свай в кусте:



Размеры ростверков в плане принимаются кратными 30 см и на 30 см больше размеров куста свай по наружному контуру.

Нагрузку, приходящуюся на каждую сваю во внецентренно-нагруженном фундаменте, определяем по формуле:

где - расчетная вертикальная нагрузка, действующая по подошве ростверка;

n - число свай в кусте;

- расчетные моменты, приведенные к подошве ростверка в направлении осей,

x, y - расстояние от оси крайней сваи до центральной оси фундамента в направлении действия момента, x = 0,6 м , y = 0,75 м;

- суммарное расстояние от осей всех свай в кусте до центральной оси фундамента в направлении действия момента,



где - вес ростверка;

- вес подколонника;

- вес грунта на ростверк.

Проверяем правильность расстановки свайного куста

Правильность компоновки свайного куста проверяем по двум условиям:

1. При действии кратковременных нагрузок (ветер, крановые нагрузки)

учитываем перегрузку крайних свай до 20% -

2.

следовательно, компоновка свайного куста выполнена не верно.

В этом случае необходимо выполнить корректировку свайного куста : увеличиваю количество свай в кусте до 5 штук и увеличиваю длину свай и размер поперечного сечения. В результате последовательных приближений принимаю марку сваи С9-35.

2-ое приближение:

Несущая способность сваи по грунту:

где коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый

=1;

коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи;

=1

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа

R = f(H=10,2 м; вид гр. - сугл. полутв.) = 5024 кПа;

А - площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая равной площади поперечного сечения,

А = 0.1225 м²;

u - периметр поперечного сечения ствола сваи, м

u = 1,4 м;

коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, зависящий от способа образования скважин и условий бетонирования,

;

расчетное давление i-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, кПа,

На участках сваи длинной не более 2 м, принимаем как постоянное, если более 2 м надо раздробить.

z - средняя глубина рассматриваемого слоя,

толщина 1-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

Определим допустимую нагрузку на одну сваю:

где ?g > 1 - зависит от способа определения несущей способности,

?g = 1.4 (по формуле);

несущая способность 1 сваи;

Определим число свай в кусте:

где NI - расчетная нагрузка на обрез фундамента;

Определим нагрузку на обрез фундамента:

Рсв - допустимая нагрузка на 1 сваю;



Учитывая внецентренное загружение принимаем свайный фундамент из 5 свай.

Расстановка свай в кусте:

Нагрузку, приходящуюся на каждую сваю во внецентренно-нагруженном фундаменте, определяем по формуле:

где - расчетная вертикальная нагрузка, действующая по подошве ростверка;

n - число свай в кусте;

- расчетные моменты, приведенные к подошве ростверка в направлении осей,



x, y - расстояние от оси крайней сваи до центральной оси фундамента в направлении действия момента, x = 0,9 м, y = 1,05 м;

- суммарное расстояние от осей всех свай в кусте до центральной оси фундамента в направлении действия момента,

где - вес ростверка;

- вес подколонника;

- вес грунта на ростверк.

Проверяем правильность расстановки свайного куста

Правильность компоновки свайного куста проверяем по двум условиям:

1. При действии кратковременных нагрузок (ветер, крановые нагрузки)

учитываем перегрузку крайних свай до 20% -

2.

следовательно, компоновка свайного куста выполнена верно.

Свайный фундамент с висячими сваями условно принимают за массивный жесткий фундамент глубоко заложения , контур которого ограничен размерами ростверка , свай и некоторого объема окружающего грунта.

Производим проверку сопротивления грунта основания в горизонтальной плоскости нижних концов свай.

Определяем средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов, прорезаемых сваями:

где li - высота грунта в пределах слоя;

tg?ср = 0,0682

Размеры опорной площадки условного свайного фундамента:

L = 2.1+0.35+2•8.7•0.0682 = 3,64 м

B = 1,8+0.35+2•8.7•0.0682 = 3,34 м

Объем свайного условного фундамента:

где Н - высота объема условного свайного фундамента;

Объем ростверка и подколонника:

Объем свай:

Объем грунта:

Средневзвешенное значение удельного веса грунта в свайном фундаменте с учетом взвешивающего действия воды ниже уровня подземных вод:

кН/м3

кН/м

кН/м

Вес грунта в объеме условного свайного массива:

Вертикальная составляющая нормальных сил в уровне нижних концов свай:

Краевые давления по подошве условного свайного массива:

где



Расчетное сопротивление несущего слоя основания определяется по формуле:

R = ?c1·?c2/к·[MY·кz·b·?11+Mq·d1·??11+(Mq-1)·db·??11+Mc·c11]

где ?с1 и ?с2 - коэффициенты условий работы, (табл. 6 прил. I):

?с2 = 1.00 (т. к. сооружение имеет жесткую конструктивную схему);

?с1 = 1.25 (т. к. в основании залегает суглинок полутвердый);

к - коэффициент, принимаемый к = 1,1, если прочностные характеристики грунта (с и ?) приняты по таблицам норм;

М?, Мq, Мс - коэффициенты принимаемые по табл. 7 прил.1:

М? = 0.38 ;Мq = 2.46 ; Мс = 5.04;

Кz - коэффициент, принимаемый: кz = 1 при b, (2,4 м) ? 10 м, (здесь b - ширина подошвы фундамента (м));

?11 - расчетное значение средневзвешенного удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешиваемого действия воды), кН/м³. Средневзвешенное значение принимают от подошвы на глубину 0,5b =0.5·2.4=1.2 м;

кН/м³(т.к. грунтовые воды залегают ниже)

??11 - то же, залегающих выше подошвы;



d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений =10,2 м;

db =0 , т.к. здание бесподвальное;

с11 - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

R = ?c1 · ?c2 / к · [MY · кz · b · ?11 + Mq · d1 · ??11 + (Mq - 1) · db · ??11 + Mc · c11] = 1.25·1/ 1.1 ·[0,38·1·3.34·19,2+2.46·10,2·18,452+5.04·17,1] = 1.14· 573,55= 653,85 кПа

Выполним расчет осадки свайного фундамента .

Расчет осадки для одиночной висячей сваи без уширения пяты производится по формуле:

где - вертикальная нагрузка, передаваемая на сваю;

- коэффициент, определяемый по формуле:

здесь - коэффициент, соответствующий абсолютно жесткой свае;

- тот же коэффициент для случая однородного основания с характеристиками и ;

- относительная жесткость сваи;

- жесткость ствола сваи на сжатие;

- параметр, характеризующий увеличение осадки за счет сжатия ствола и определяемый по формуле:

- коэффициенты, определяемые по формуле:

соответственно при и при .

Определяем деформационные характеристики:

для суглинка мягкопластичного:

для суглинка текучего:

для суглинка полутвердого:

для песка средней крупности средней плотности:

При

При

Получаю:

Относительная жесткость сваи:

- относительная жесткость сваи,

где E-модуль упругости ж/б для сваи, класс бетона определяется в соответствии с серией 1.001.1-10 выпуск 1. В нашем случае бетон марки B20 c E= МПа.

Определяем осадку одиночной сваи:

Расчет осадки свайного куста.

При расчете осадок группы свай необходимо учитывать их взаимное влияние.

Расчет осадки i-й сваи в группе из n свай при известном распределении нагрузок между сваями производится по формуле:

где - осадка одиночной сваи;

- коэффициенты, рассчитываемые по формуле в зависимости от расстояния между i-ой и j-ой сваями:

- нагрузка на j-ю сваю.

Проверяем условие:



1 ,

условие выполняется следовательно

,

где а=1,3829 м:

Осадка меньше предельно допустимой, следовательно, фундамент запроектирован верно.

2. Расчёт ростверков по прочности

Расчёт производим по пособию по проектированию железобетонных ростверков, свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84).

Расчёт ростверков на продавливание колонной.

Должно выполняться следующее условие:

Где

960 кН ? 2726,34 кН, значит, прочность ростверка на продавливание колонной обеспечена.

где Fper - расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций всех свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания, определяемая из условия

При этом реакции свай подсчитываются только от продольной силы N, действующей в сечении колонны у верхней горизонтальной грани ростверка;

здесь n - число свай в ростверке;

n1 - число свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания;

Rbt - расчетное сопротивление бетона растяжению для железобетонных конструкций с учетом коэффициента условий работы бетона (для бетона марки В35 Rbt = 1,33 МПа = 1330 кПа. С учётом коэффициента ?b2 = 0,9, Rbt = 1197 кПа);

h0 - рабочая высота сечения ростверка на проверяемом участке, равная расстоянию от рабочей арматуры плиты до низа колонны, условно расположенного на 5 см выше дна стакана;

сi - расстояние от грани колонны до боковой грани сваи, расположенной за пределами фигуры продавливания;

- коэффициент, учитывающий частичную передачу продольной силы на плитную часть через стенки стакана, определяемый по формуле

здесь Af - площадь боковой поверхности колонны, заделанной в стакан фундамента, определяемая по формуле:



здесь bcol, hcol - размеры сечения колонны;

hапс - длина заделки колонны в стакан фундамента.

По расчёту принимаем ? = 0,85.

c1 - расстояние от грани колонны с размером bcol до параллельной ей плоскости, проходящей по внутренней грани ближайшего ряда свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания;

c2 - расстояние от грани колонны с размером hcol до параллельной ей плоскости, проходящей по внутренней грани ближайшего ряда свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания.

Отношение принимается не менее 1 и не более 2,5.

Расчет на продавливание угловой сваей плитной части ростверка

Расчет ростверков на продавливание угловой сваей производится из условия

,

где - расчетная нагрузка на угловую сваю с учетом моментов в двух направлениях, включая влияние местной нагрузки;

- рабочая высота сечения на проверяемом участке, равная расстоянию от верха сваи до верхней горизонтальной грани плиты ростверка или его нижней ступени;

- полусумма оснований i-й боковой грани фигуры продавливания высотой, образующийся при продавливании плиты-ростверка угловой сваей;

В итоге получаем

,

где

b01; b02 - расстояния от внутренних граней угловых свай до наружных граней плиты ростверка

c01; c02 - расстояния от внутренних граней угловых свай до ближайших граней подколенника ростверка или до ближайших граней ступени при ступенчатом ростверке;

c01=0,725м; c02=0,725м

b01=0,6м; b02=0,6м

1 и 2 - значения этих коэффициентов принимаются по таблице 1 пособия.

,

,

,

где



Условие выполняется, следовательно прочность ростверка при продавливании угловой сваей обеспечена при данной компоновке свайного куста.

3. Подбор сваебойного оборудования

Успешное применение сваепогружающих средств зависит от правильного выбора молота.

Исходя из принятой в проекте расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, определяется минимальная энергия удара Ed по формуле:

,

где

? - коэффициент, равный 25 Дж/кН,

Fv - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю и принятая в проекте, кН.

Принимаем трубчатый дизель-молот с водяным охлаждением

СП-76 А:

- масса ударной части, кН: 18;

- энергия удара, кДж: 56;

- общий вес молота, кН: 38.5.

Производим проверку пригодности принятого молота по условию:



m1 - полный вес молота, кН;

m2 - вес сваи и наголовника, кН;

m3 - вес подбабка, кН;

Ep - расчетная энергия удара, кДж;

Km - коэффициент, равный 6 (для трубчатых дизель-молотов при ж/б сваях).

Проектный отказ определяется по формуле:

фундамент колонна железобетонный сваебойный

,

где

? - коэффициент, принимаемый в зависимости от материала сваи, кПа (для железобетонных свай с наголовником 1500 кПа);

А - площадь поперечного сечения сваи, м²

м²;

М - коэффициент, зависящий от способа погружения сваи (при забивке свай молотами М = 1);

Fd - несущая способность сваи, кН;

? - коэффициент восстановления удара молота (для молотов ударного действия ?2 =0.2).

Сваебойное оборудование подобрано верно.

Размещено на Allbest.ru

...