Девятиэтажный жилой дом с встроенными помещениями

Основным направлением экономического и социального развития города предполагается значительное увеличение объемов капитального строительства, так как возведение жилых зданий сопровождается сооружением общественных зданий, школ, предприятий общественного питания и бытового обслуживания. Уменьшение затрат на устройство оснований и фундаментов от общей стоимости зданий и сооружений, может дать значительную экономию материальных средств. Однако, добиваться снижения этих затрат необходимо без снижения надежности, т.е. следует избегать возведения недолговечных и некачественных фундаментов, которые могут послужить причиной частичного или полного разрушений зданий и сооружений. Необходимая надежность оснований и фундаментов, уменьшения стоимости строительных работ в условиях современного градостроительства зависит от правильной оценки физико - механических свойств грунтов, слагающих основания, учета его совместной работы с фундаментами и другими надземными строительными конструкциями. Проектирование свайных фундаментов разрабатывается на основе материалов инженерно - геологических изысканий.

В данном проекте рассчитываем висячие сваи - это такие сваи, у которых под нижними концами залегают сжимаемые грунты и нагрузка передается, как через нижний конец, так и по боковой поверхности сваи. Длина сваи назначается с учетом глубины заложения подошвы ростверка. Она должна быть не менее 0,3м при действии центрально - сжимающей нагрузки. Геометрические размеры ростверка в плане зависят от размеров опирающихся на него конструкций, и от количества свай в свайном фундаменте. Расстояние между осями забивных висячих свай должно быть не менее 3d (d-сторона квадратного поперечного сечения сваи).

Положительные стороны свайного фундамента:

повышенная надежность работы фундаментов,

уменьшаются земляные работы,

уменьшается материалоемкость,

Отрицательные - трудоемкость при забивании свай.

Краткая характеристика проектируемого здания.

Данное жилое здание имеет сложную конфигурацию в плане. Девятиэтажный 744-квартирный жилой дом имеет встроенные помещения:

парикмахерская,

Бюро путешествий,

магазин.

Жилой дом расположен в центре города, главным фасадом выходит на главный проспект города - пр. Коммунистический и улицу Солнечная. Площадка строительства попадает на территорию, застроенную ранее частными домами. Запроектированы следующие конструкции:

фундамент свайный, с монолитным ростверком и сборными железобетонными блоками,

перекрытия и покрытия - сборные железобетонные,

жилой дом оборудован пассажирским лифтом, грузоподъемностью 400 кг.

5.1 Инженерно- геологические условия строительной площадки

Исследуемую площадку пересекает ряд инженерных коммуникаций: водопровод, канализация, теплотрассы. Поверхность участка сравнительно ровная, с общим понижением рельефа в южном и юго-восточном направлении. Абсолютные отметки поверхности изменяются в пределах от 86,3 м до 92,85 м. Максимальная разность отметок в целом по участку составляет 6,55 м.

Геологический разрез участка был составлен на основе инженерно- геологических изысканий, которые были сделаны по скважине N 1.

Слой_I - современные образования представлены преимущественно почвенным слоем. Насыпной грунт мощностью 0,5 м. По составу насыпной грунт неоднородный, сложен преимущественно песком, реже суглинком с примесью почвы гравия. Среднее содержание примесей - 10%. По степени уплотнения от собственного веса - смешавшийся.

Слой_II - слагает верхнюю часть разреза верхнечетвертичных аллювиальных отложений от подошвы слоя I, сложен преимущественно песком коричневым пылевитым, реже средней крупности; средней плотности, от маловлажного до водонасыщенного состояния с прослойками и линзами суглинка. Мощность слоя 1,3 м.

Слой_III- слагает верхнюю часть разреза от подошвы слоя II до глубины 2,5 м. Слой представлен коричневым суглинком, является тугопластичным.

Слой_IV - представлен коричневым пылевитым песком, плотный, влажный. Мощность слоя составляет 3,4 м. На глубине 4,5 м находится прослойка суглинка. В этом слое проходит уровень подземных вод на глубине 5,4 м от поверхности.

Слой_V - слагает среднюю часть разреза от подошвы слоя IV до глубины 6,7 м. Слой представлен коричневым суглинком, текучим. Мощность слоя 0,8 м.

Слой_VI- Слагает нижнюю часть митологического разреза верхнечетвертичных аллювиальных отложений от подошвы слоя V до конечной глубины скважины (15-20м). Слой представлен песком коричневым, преимущественно пылевитым, маловлажный; с редкими прослойками и мизалями суглинка на глубине 7,5 м. Физико - механические свойства грунтов площадки строительства приведены в таблице.

Сводная таблица расчётных значений физико - механических характеристик грунтов

Сбор нагрузок на фундамент крайней стены

Для дальнейшего расчета фундамента необходимо определить нагрузки.

Постоянные нормативные нагрузки:

Временные нормативные нагрузки:

Определим нагрузку на наружную систему. Грузовая площадь между осями оконных проемов:

А = 3,125·3=9.375 м2, где:

3,125 - расстояние между осями,

3 - половина расстояния в частоте между стенами.

Нормативные нагрузки на 3,125 м длины фундамента на уровне спланированной отметки земли (кН):

Постоянные нагрузки от конструкции:

Временные нагрузки

Неодновременное загружение 6-ти этажей учитываем снижающим коэффициентом по формуле:

n1 = 0,3+0,6/n, где:

n - число перекрытий, от которых нагрузка передается на основание.

n1 = 0,3+0,6/9 = 0,4897

Итого: 89,9575 кН

Условия несущей способности грунтов основания одиночной сваи или в составе свайного фундамента имеет вид:

Fd

N , где:

K

N - расчетная нагрузка, передаваемая от сооружения на одиночную сваю,

Fd - несущая способность сваи по грунту,

K - коэффициент надежности, назначаемый в зависимости от метода определения несущей способности сваи по грунту.

Подберем длину забивной сваи и определим ее несущую способность по грунту.

Из анализа грунтовых напластований можно сделать вывод, что пластичная глина не обладает достаточным сопротивлением, а слой супеси имеет малую толщину. В качестве несущего слоя целесообразно принять слой "пылевитый песок". Тогда длина забивной сваи, с учетом заглубления в несущий слой не менее 1 м, составляет L = 0,3+2,6+0,8+4,3+1 = 9 м. Принимаем забивную сваю типа С10-30 по ГОСТ 19804.1-79 длиной 10 м, сечением 30 х 30 см, свая при этом будет висячей. Погружение сваи будет осуществляться дизельным молотом. Несущая способность висячей забивной сваи определяется в соответствии со СНиП 2.02.03-85 как сумма сил расчетных сопротивлений грунтов оснований под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле:

Fd = C (CRRA+U CF fi hi), где

C - коэффициент работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,

CR, CF - коэффициенты условий работы соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, принимаемые для забивных свай, погружаемых дизельными молотами без лидирующих скважин, равными 1,

A - площадь опирания сваи на грунту, принимаемая равной площади поперечного сечения сваи. A = 0,3·0,3 = 0.09 м2

U - наружный периметр поперечного сечения сваи 0,3·4=1.2 м,

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи.

Расчетное сопротивление грунта зависит от вида и состояния грунта и от глубины погружения сваи.

1650 - 1500

R = 1500 + (13 - 10) = 1590 [кПа]

15 -10

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, кПа.

f1 = 27кПа, f2 = 29,4кПа, f3 = 31,3кПа, f4 = 32,1кПа, f5 = 33,05кПа, f6 = 34,28 кПа

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

h1 = 3,9 м, h2 = 5,2 м, h3 = 6,3 м, h4 = 7,1 м, h5 = 8,1 м, h6 = 10,35 м

Подставляем полученные значения в формулу и определяем несущую способность сваи С10-30 по грунту.

Fd = 1(115900,09+1,2(273,9+29,45,2 +31,36,3+32,17,1 +33,058,1+ 34,2810,35))

Fd = 1710,0396 кПа

Определение количества свай в свайном фундаменте

Расчетную глубину промерзания грунта определяется по формуле:

df = Kn dfn и зависит от теплового режима здания, от наличия подвала, конструкции пола .

dfn - нормативная глубина промерзания грунта, dfn = 2,2 м,

Kn - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, принимаемый равным 0,6.

тогда df = 2,2 0,6 = 1,32 м

Количество свай С10-30 под стену здания можно определить по формуле:

Fi K 1,4 1672,6

n = = = 1,4 св., принимаем 2 сваи.

Fd 1710,0396

Расстояние между сваями (шаг свай) вычисляется по формуле:

mp Fd 2 1710,039

a = = = 1,34 м

Fd 1,4 1672,6

mp - число рядов свай

Расстояние между рядами свай равно 1,1 м.

Ширина ростверка в этом случае будет равна 1,5 м.

Собственный вес одного погонного метра ростверка определяется по формуле:

GIP = b hp b f,

где

b, hp - соответственно ширина и толщина ростверка, м

b - удельный вес железобетона, принимаемый b = 24 кН/м3

f - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый f = 1,1

Подставим в формулу соответствующие значения и величины:

GIP = 1,5 0,6 1,1 24 = 23,76 кН/м

Собственный вес группы на уступах ростверка может быть определена по формуле:

GIГР = (b - bc) h I` f,

где:

bc - ширина цокольной части

h - средняя высота грунта на уступах ростверка, h = 1,25 м

I` - удельный вес грунта обратной засыпки, принимаемый равным I`= 17 кН/м3

f - коэффициент надежности по нагрузке для насыпных грунтов f = 1,15

GIГР = (1,5 - 0,73) 1,25 17 1,15 = 18,81 кН/м

Расчетная нагрузка в плоскости подошвы ростверка:

FI = FI' + GIР +GIГР = 1672,6 + 23,76 + 18,81 = 1715,17 кН/м

Фактическую нагрузку, передаваемую на каждую сваю ленточного фундамента, определяем по формуле:

a FI 1,4 1715,17

N = = = 1200,619 кН

mP 2

Проверим выполнение условия несущей способности грунта в основании сваи:

Fd 1710,0396

N 1200,69 = 1221,46

K 1,4

Расчет осадки свайного фундамента

Осадка ленточных фундаментов с двухрядным расположением свай и расстоянием между сваями (3 - 4 d) определяется по формуле:

n (1- 2)

S = 0, где:

E

n - полная нагрузка на ленточный свайный фундамент (кН/м) с учетом веса условного фундамента в виде массива грунта со сваями, ограниченного: сверху- поверхностью планировки, с боков - вертикальными плоскостями, проходящими по наружным граням крайних рядов свай, снизу - плоскостью, проходящей через нижние концы свай.

E, - модуль деформации (кПа) и коэффициент Пуассона грунта в пределах снимаемой толщи.

0 - коэффициент, определяемый по номограмме СНиП 2.02.03 - 85.

Полная нагрузка n складывается из расчетной нагрузки, действующей в уровне планировочной отметки, и собственного веса условного ленточного фундамента.

FII' = 535,23 - 0,73 1,1 2,4 = 533,3 кН/м, тогда полная нагрузка n равна:

n = FII' + b d , где:

b - ширина фундамента, равна 1,4 м

d - глубина заложения фундамента от уровня планировочной отметки, равна 13м

- среднее значение удельного веса свайного массива, = 20кН/м3

n = 533,3 + 1,4 13 20 = 897,3 кН/м

Для определения коэффициента 0 необходимо знать глубину снимаемой толщи HC, которая в свою очередь, зависит от значения дополнительных напряжений, развивающихся в массиве грунта под фундаментом.

Дополнительные напряжения определяются по формуле:

n

ZР = n, где:

h

n - полная нагрузка на ленточный свайный фундамент, кН/м

h - глубина погружения свай, м

n - безразмерный коэффициент, зависит от приведенной ширины b = b/h и приведенной глубины рассматриваемой точки z/h, где z - фактическая глубина рассматриваемого слоя грунта от уровня планировки

b = 1,4/10 = 0,14

Вычисленные значения дополнительных напряжений сведем в табл. № 1. Природные напряжения от действия собственного веса грунта определяются по формуле:

n

zg = iII hi, где:

i=1

iII - удельный вес i - го слоя,

hi - толщина i - го слоя.

Природные напряжения в уровне подошвы условного фундамента будут равны:

zdyg = 10,03 1,7 + 10,74 0,8 + 10,24 3,4 + 10,66 0,8 + 9,95 6,3 = 131,672

Для дальнейшего расчета осадки необходимо знать удельный вес грунта твердых частиц

S = gS, где

g - ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2

S - плотность грунта твердых частиц.

S1 = 26,36 S2 = 26,55 S3 = 26,068 S4 = 26,85 S5 = 26,26

S

SB = , где

1+e

S - удельный вес твердых частиц

- удельный вес воды

e - коэффициент пористости

Sb1 = 10,03 Sb2 = 10,74 Sb3 = 10,26 Sb4 = 10,66 Sb5 = 9,95

n

zg = iII hi gz1

i=1

gz1 = zdyg + 1 h1 = 131,672 + 10 0,31 = 134,1245 кПа

zg2 = zg1 + 2 h2 = 134,1245 + 10 0,38 = 137,9055 кПа

zg3 = zg1 + 3 h3 = 137,9055 + 10 0,766= 145,567 кПа и так далее...

Аналогично рассчитываются другие значения и сводятся в табл. 1. Ориентировочно, глубину снимаемой толщи HC можно определить из условия:

zp 0,2 zg.

Анализ табл. 1 показывает, что это условие выполняется примерно на относительной глубине z/h = 1,9. Тогда HC= 1,9 9,7 = 18,43 м

Z- глубина от подошвы фундамента, м

Коэффициент Пуассона для песка, = 0,3. Пользуясь номограммой при HC/h = 1,9 м и b = 0,14 находим 0 = 2,15. Осадка фундамента будет равна:

n (1- 2) 897,3 (1 - 0,32)

S = 0 = 2,15 = 0,025 м = 2,5 см.

E 3,14 21700

Средняя осадка для многоэтажных бескаркасных зданий с несущими кирпичными стенами не должна превышать 10 см. Следовательно, условия

S SU выполняется S = 2,5 см SU = 10 см.

Таблица 5.1

Подбор молота для погружения свай

От правильности выбора дизель - молота зависит успешное погружение свай в проектное положение. В первом приближении дизель - молот можно подобрать по отношению веса его ударной части к весу сваи, которое должно быть для штанговых дизель - молотов 1,25 при грунтах средней плотности.

Минимальная энергия удара, необходимая для погружения свай определяется по формуле:

E = 1,75 a FV, где:

а - коэффициент, равный 25 Дж/кН,

FV - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, кН.

E = 1,75 25 535,23 = 23416,31 Дж

Пользуясь техническими характеристиками дизель - молотов подбирают такой молот, энергия удара которого соответствует минимальной. Возьмем трубчатый дизель - молот Ф - 859 с энергией удара 27 кДж. Полный вес молота Gh = 36500 Н, вес ударной части Gb = 18000 Н, вес сваи С10 - 30 равен 22800 Н. Вес наголовника принимаем равным 2000 Н. расчетная энергия удара дизель - молота Ф - 859:

ЕР = 0,4 Gh' hm, где:

Gh' - вес ударной части молота

hm - высота падения ударной части молота, hm = 2 м.

ЕР = 0,4 2 18000 = 14400 Дж.

Проверим пригодность принятого молота по условию:

Gh + Gb

KM, где:

EP

Gh - полный вес молота

Gb - вес сваи и наголовника

KM - коэффициент, принимаемый при использовании ж/б свай равным 6.

(36500 + 22600 + 2000)

ЕР = = 4,24 < G

14400

Условие соблюдаются, значит принятый трубчатый дизель - молот Ф - 859 обеспечивает погружение сваи С10 - 30.

Определение проектного отказа свай

Проектный отказ необходим для контроля несущей способности свай в процессе производства работ. Если фактический отказ при испытании свай динамической нагрузкой окажется больше проектного, то несущая способность сваи может оказаться необеспеченной. Формула для определения проектного отказа имеет вид:

A EP m1 + 2 (m2 + m3)

SP = , где:

K FI / m (K FI / m + A) m1 + m2 + m3

- коэффициент, применяемый для железобетонных свай = 1500 кН/м2

A - площадь поперечного сечения ствола сваи, м

m - коэффициент, равный 1

K - коэффициент надежности, принимаемый при определении несущей способности сваи по расчету K = 1,4

EP - расчетная энергия удара [кДж]

FI - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, [кН]

m1 - масса молота, [т]

m2 - масса сваи и наголовника, [т]

m3 - масса подбабка, [т]

- коэффициент восстановления удара, принимаемый при забивке железобетонных свай 2 = 0.2

15000,0914,4 3,65+0,2(18+0)

SP = = 0,0021м = 2,1мм

(1,4535,23)/1(1,4535,23/1+15000,09) 3,65+18+0

Сбор нагрузок на фундамент средней стены

Для дальнейшего расчета фундамента необходимо определить нагрузки.

Определение нагрузок на внутреннюю стену

Грузовая площадь - (3,15 + 3,1) 1 = 6,3 м2 по длине здания - 1м, по ширине - половина расстояния чистоте между стенами в двух пролетах. Нагрузки на фундамент на уровне спланированной земли [кН/м2]:

Постоянные нагрузки от конструкции

Временные нагрузки от конструкций:

Постоянные нагрузки от конструкции:

Временные нагрузки

Условия несущей способности грунтов основания единичной сваи или в составе свайного фундамента имеет вид:

...