Оценка инженерно-геологических условий и свойств грунтов с определением расчетного сопротивления грунтов основания

ИНС: 053-05346; Форма: Заочная; Уровень: Бакалавриат; Направление: Строительство;

Профиль: Промышленное и гражданское строительство; Кафедра: Строительства

Поток: 201304-01

  1. Оценка инженерно-геологических условий и свойств грунтов с определением расчетного сопротивления грунтов основания.

а) По шифру принимается схема сооружения и геологические условия

Шифр задания: 46.

Выбор варианта (табл. 3.1):

  • вариант задания по табл. 1 Приложения 2 (10): номер схемы – 4 (Химический цех); вариант – четный (L=6 м, без подвала);
  • вариант по геологическому разрезу – 1.

б) Устанавливаются нагрузки и характеристики грунтов

Вариант 1.

Рис.1 Геолого-литологический разрез

По варианту №1 геолого-литологического разреза четыре вида грунтов: почвенно-растительный слой, глина серая пылеватая, слоистая (ленточная); супесь серая, легкая, слабо слоистая с линзами песка; суглинок темно-серый, тяжелый, с линзами песка, включениями гальки (морена); уровень поземных вод на глубине 5 м. Так как почвенно-растительный слой срезается при устройстве котлована под фундамент (в виду того, что имеет малую мощность, низкие расчетные характеристики и не может служить основанием), то его характеристиками можно пренебречь.

Таблица 1. Характеристики грунтов 1

Номер грунта

Наименование грунта

Для расчета по деформациям

У д е л ь н ы й в е с ч а с т и ц г р у н т а , s, к Н / м 3

Влажность, L

Модуль деформации Е, мПа

Влажность на границе текучести

Влажность на границе раскатывания р

Коэффициент Пористости, е

Показатель текучести JL

Степень влажности Sr

удельный вес грунта II , Кн/м 3

Угол внутреннего трения II , град

Сцепление грунта СII , кПа

2

Глина

18,2

20

18

27,1

0,4

3,5

0,46

0,31

1,08

0,5

1

11

Супесь

19,2

24

8

26,5

0,3

14

0,33

0,31

0,69

0,55

1

4

Суглинок

21,5

26

40

26,5

0,15

18

0,24

0,11

0,42

0,31

0,95

Для расчетов по несущей способности (по первой группе предельных состояний) некоторые показатели свойств нужно вычислить по формулам:

I = II /1,1; I = II /1,1; СI = СII /1,5

Таблица 2. Характеристики грунтов 2

Номер грунта

Наименование грунта

II

I

II

I

СII

СI

2

Глина

18,2

16,55

20

18,18

18

12,00

11

Супесь

19,2

17,45

24

21,82

8

5,33

4

Суглинок

21,5

19,55

26

23,64

40

26,67

в) Анализ инженерно-геологических условий и оценка строительных свойств грунтов

Площадка строительства химического цеха находится в г. Москва. Порядок напластования указан на Рис.1 Геолого-литологический разрез. Исходные характеристики грунтов приведены в табл. 1.

Анализируя инженерно-геологические условия площадки строительства и расчетные характеристики, представленные изыскателями, можно сделать следующие выводы:

  • Почвенно-растительный слой имеет малую мощность, низкие расчетные характеристики и не может служить основанием.
  • Грунт 2-го слоя: глина серая пылеватая, слоистая (ленточная), мощность 4 м. По показателю текучести – коэффициент пористости е=1,08; показатель текучести JL=0,5; согласно ГОСТ 25100-2011 тугопластичная, сильносжимаемая Е0=3,5 Мпа, условное расчетное давление сопротивления R0=200 кПа (по интерполяции из табл. 5 «Методических рекомендаций к выполнению курсовой работы»).
  • Грунт 3-го слоя: супесь серая, легкая, слабо слоистая с линзами песка, мощностью 2,5 м. По показателю текучести – коэффициент пористости е=0,69; показатель текучести JL=0,55; пластичная; средней сжимаемости Е0=14 Мпа, условное расчетное давление сопротивления R0=225 кПа (по интерполяции из табл. 5).
  • Грунт 4-го слоя: суглинок темно-серый, тяжелый, с линзами песка, включениями гальки (морена), мощностью больше 5 м. По показателю текучести – коэффициент пористости е=0,42; показатель текучести JL=0,31; согласно ГОСТ 25100-2011 тугопластичный, Е0=18 Мпа, условное расчетное давление сопротивления R0=280 кПа (по интерполяции из табл. 5).

Таким образом, все грунты, залегающие ниже насыпного слоя, обладают небольшой сжимаемостью, за исключением 2-го слоя, и значительной прочностью, причем последняя нарастает с глубиной (эпюра R 0 , рис.16). В качестве несущего слоя для фундаментов на естественном основании могут служить мелкий песок или суглинок; для свайных фундаментов - полутвердая глина. Супесь является водоносным слоем (У.Г.В. на глубине 5 м).

Результаты расчёта представлены в таблице 2.

Таблица 3. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства).

№ Слоя

1

2

3

4

Наименование грунта

Почвенно-растительный слой

Глина серая пылеватая, слоистая (ленточная)

супесь серая, легкая, слабо слоистая с линзами песка

суглинок темно-серый, тяжелый, с линзами песка, включениями гальки (морена)

Мощность слоя, м

0,4

4

2,5

5

Удельный вес грунта II, кН/м 3

.

18,2

19,2

21,5

Коэффициент пористости, е

.

1,08

26,50

0,42

Степень влажности, L

.

0,40

0,30

0,15

Показатель текучести, JL

.

0,50

0,55

0,31

Угол внутреннего трения п, град

.

20,00

24,00

26,00

Сцепление С, кПа

.

18,00

8,00

40,00

Е0, кПа

.

3,50

14,00

18,00

R0, кПа

.

200,00

225,00

280,00

В конечном итоге:

  • для глины серой пылеватой, слоистой (ленточной) - R0=200 кПа;
  • для супеси серой, легкой, слабо слоистой с линзами песка - R0=225 кПа;
  • для суглинка темно-серого, тяжелого, с линзами песка, включениями гальки (морена) - R0=280 кПа.

2. Расчет фундамента мелкого заложения

2.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента

При выборе глубины заложения фундамента учитываются следующие факторы:

1) инженерно-геологические условия площадки строительства: в соответствии с приложением 1, грунты пригодны в качестве основания для фундаментов мелкого заложения (расчетное сопротивление R=200 кПа, начиная с глубины dф = 1,7 м);

2) особенности возводимого здания: глубина заложения подошвы фундамента принимается равной 0,5 м, т. е. здание не имеет подвала, dф = 0,5 м;

3) климатические особенности: основным климатическим фактором, влияющим на глубину заложения фундаментов, является промерзание грунтов. Для определения возможности промерзания грунтов под фундаментами необходимо, прежде всего, знать нормативную глубину промерзания dfn:

dfn=d0*Mt

где Mt - безразмерный коэффициент, равный сумме абсолютных среднемесячных отрицательных температур за зимний период в районе строительства, принимаемый по СНиП 2.01.01-82 для г. Москвы Mt=34,3; d0 - величина, принимаемая равной для суглинков и глин - 0,23 м.

dfn=0,23* 34,3=1,35 м.

Принимаем глубину заложения фундамента равную 1,35 м.

Для определения расчетной глубины промерзания воспользуемся формулой

df = dfn*kh*c

где (dfn= 1,35 м - нормативная глубина промерзания; kh - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения на глубину промерзания грунтов у фундаментов, принимаемый по СНиП 2.01.01-82 (таблица 1): kh = 0,5; c = 1 - коэффициент условий промерзания грунта, учитывающий изменчивость климата.

df =1,35*0,5*1=0,68 м.

Окончательно принимаем глубину заложения подошвы фундамента 1,35 м (в зависимости от нормативной глубины промерзания).

2.2 Определение расчетного сопротивления грунта основания при ширине подошвы фундамента равной 1 м

Расчетное сопротивление грунта определяется по СП 12.13330.2011 (формула (5.7).

где gс1 = 1,2 (коэффициент зависит от вида грунтов, лежащих в основании здания. IL = 0,5, т.е. 0,25 IL 0,5, согласно СП - gс1=1,2) и gс2=1,1 (коэффициент gс2  зависит как от вида грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, так и от отношения длины здания L к его высоте Н, а также жесткости здания. Длина здания L=36 м, высота Н=34 м. L/H=36/34=1,06) - коэффициенты, условий работы, принимаемые по табл. 5.4 (СП 12.13330.2011);

k -  коэффициент, принимаемый равным k1 = 1,1, т.к. прочностные характеристики грунта приняты по табл. 1 -3, Приложения Б (рекомендуемого) (СП 12.13330.2011);

Мg=0,51;Мq=3,06;Mc=5,66(п=20) - коэффициенты, принимаемые по табл.5.5 (СП12.13330.2011);

kz - коэффициент, принимаемый при b< 10 м - kz = 1;

Определяем ориентировочную ширину подошвы ленточного фундамента при табличном значении расчётного сопротивления для слоя грунта, лежащего под подошвой фундамента Ro = 200 кПа по формуле:

b=NII/(R0-d*IIср)

NII – расчётная нагрузка от массы сооружения на погонный метр, (160 кН, табл.1, приложение 2);

Ro –значение расчётного сопротивления грунта основания под подошвой фундамента, (200 кПа);

IIср – осреднённое значение удельного веса грунта:

IIср =( ср*h)/h=18,2*1,35/1,35=18,2 кН/м3

d - глубина заложения фундамента, м.

Тогда:

b=160/(200-1,35*18,2)=0,91 м

Принимаем:

b =1 м - ширина подошвы фундамента, м (b – меньшая сторона подошвы фундамента);

II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, (18,2 кН/м3);

III - то же, залегающих выше подошвы, (18,2 кН/м3);

сII -  расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, (18кПа);

d - глубина заложения фундаментов, (1,35 м).

Полученная ширина подошвы ленточного фундамента b =1м является предварительной, так как ширина определена, исходя из табличного значения расчётного сопротивления основания. По этому размеру в соответствии со СНиП, принимаем типовую фундаментную подушку ФЛ–10, находим уточнённое значение расчётного сопротивления грунта основания. Определяем значение R при b = 1 м:

2.3 Определение размеров подошвы фундамента

Согласно варианту задания необходимо запроектировать и рассчитать основание и фундаменты Химического корпуса (вариант 4). Выбираем первое сочетание нагрузок.

Рис.2 Химический корпус (вариант 4), l=6 м.

Таблица 4. Усилия на обрезе фундамента от расчетных нагрузок.

Номер схемы. Сооружение

Вариант

Номер фундамента

1-е сочетание

N, кН

M, кН*м

T, кН

Схема 4. Химический цех

Четный, L=6 м

1

160

-24

_

2

2810

38

_

3

3410

-45

_

4

2210

-122

_

5*

1060

-184

_

Размер подошвы фундамента Аф определяется по формуле:

Аф = N0II/(R- срIId)

где N0II - расчетная нагрузка по II группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента; R - расчетное сопротивление грунта основания; срII - средний удельный вес грунта; d - глубина заложения фундамента.

Аф = N0II/(224- 18,2*1,35)

N0II - расчетная нагрузка по II группе предельных состояний для пяти типов фундаментов и двух сочетаний.

Таблица 5. Нагрузка по типам фундамента

Тип фундамента

N, кН

1

160

2

2810

3

3410

4

2210

5*

1060

Результаты вычислений Аф сводим в таблицу:

Таблица 6. Размер подошвы фундамента

Тип фундамента

Аф

Аф*20%

1

0,80

0,96

2

14,09

16,91

3

17,10

20,52

4

11,08

13,30

5*

5,32

6,38

На фундамент действует изгибающий момент, поэтому найденную площадь увеличиваем на 20%.

2.4 Конструирование фундамента (определение размеров подошвы фундамента).

В методических указаниях по выполнению курсовой работы по дисциплине «Основания и фундаменты» указано, что для определения размеров подошвы прямоугольного фундамента, необходимо учитывать следующее условие:

b/l = 0,50,85

где b - ширина подошвы фундамента; l - длина подошвы фундамента. 1-й тип. Для ленточного фундамента из сборных ЖБ элементов ФЛ-10-12-2 (1-й тип фундамента) усилия даны на 1 м их длины: b=1 м, а l=1 м. Отсюда: b/l =1>0,85 . Увеличив l на 0,2 м (под значения ФЛ-10-12-2), получим b/l=1/1,2=0,83. Площадь подошвы: S=1*1,2=1,2 м2>0,96 – удовлетворяет условиям (для 1-го типа). Проведем вычисления для остальных типов фундаментов:

2-й тип. Размеры колонны 0,8x0,6 м, длину подошвы фундамента l можно расcчитать (см. рис. 2): l = 0,8 + 0,075*2 + 0,3*2 + 0,3*2 = 2,15 м.

Аналогично рассчитываем ширину подошвы b:

b = 0,6 + 0,075*2 + 0,3*2 + 0,3*2 = 1,95 м

Рис.3 Заделка колонны в монолитный ж/б фундамент

Отношение: b/l=1,95/2,15=0,9>0,85. Увеличим l на 0,6 и получим:b/l= =1,95/2,75=0,7<0,85.Удовлетворяет условиям по соотношению b/l.

Площадь подошвы фундамента: S=1,95*2,75=5,36 м2<16,91 м2 (для 2-го типа). Не удовлетворяет условиям. Следовательно, необходимо увеличить размеры подошвы фундамента, путем подбора получаем (с учетом кратности размера фундамента = 300 мм):

b=1,95+1,65=3,6; l=2,15+2,65=4,8.

Проверяем соответствие условиям:

b/l=3,6/4,8=0,75<0,85;

удовлетворяет условию отношения: 0,5<0,65<0,85;

а S=3,6*4,8=17,28 м2>16,91 м2 (для 2-го типа).

Так как расстояние между фундаментами в осях равно 6-4,55=1,45 м >1 м, то размеры подошвы фундамента проходят.

3-й тип. Размеры колонны 0,8x0,6 м, длину подошвы фундамента l можно расcчитать (см. рис. 2):

l = 0,8 + 0,075*2 + 0,3*2 + 0,3*2 = 2,15 м.

Аналогично рассчитываем ширину подошвы b:

b = 0,6 + 0,075*2 + 0,3*2 + 0,3*2 = 1,95 м

Отношение: b/l=1,95/2,15=0,9>0,85. Увеличим l на 0,6 и получим:b/l= =1,95/2,75=0,7<0,85.Удовлевторяет условиям по соотношениям b/l.

Площадь подошвы фундамента: S=1,95*2,75=5,36 м2<20,52 м2 (для 3-го типа). Не удовлетворяет условиям. Следовательно, необходимо увеличить размеры подошвы фундамента, путем подбора получаем (с учетом кратности размера фундамента = 300 мм):

b=1,95+1,95=3,9; l=2,15+3,35=5,5.

Проверяем соответствие условиям:

b/l=3,9/5,4=0,72<0,85;

удовлетворяет условию отношения: 0,5<0,72<0,85;

а S=3,9*5,4=21,06 м2 >20,52 м2 (для 3-го типа). Так как расстояние между фундаментами в осях равно 6-5,4=0,6 м < 1 м, то размеры подошвы фундамента не проходят. Необходимо увеличить глубину заложения фундамента до 1,55 м. Пересчитываем значение R:

Определим площадь подошвы фундамента с глубиной заложения 1,55 м.

А1ф = 3410/(237- 18,2*1,55)=16,33 м2.

С учетом момента: А1ф*1,2=19,6 м2.

Используем полученное ранее значения l, а b возьмем немного меньше:

b=1,95+1,65=3,6; l=2,15+3,55=5,7.

b/l=3,6/5,7=0,63<0,85;

удовлетворяет условию отношения: 0,5<0,63<0,85; а S=3,6*5,7=20,52 м2 >19,6 м2 после увеличения глубины заложения фундамента до 1,55 м (для 3-го типа). Окончательно принимаем площадь подошвы фундамента 20,52 м2 (для 3-го типа).

4-й тип. Размеры колонны 0,8x0,6 м, длину l и ширину b подошвы фундамента можно расcчитать (см. рис. 2):

l = 0,8 + 0,075*2 + 0,3*2 + 0,3*2 = 2,15 м; b = 0,6 + 0,075*2 + 0,3*2 + 0,3*2 = 1,95 м

Отношение: b/l=1,95/2,15=0,9>0,85. Увеличим l на 0,6 и получим:b/l= =1,95/2,75=0,7<0,85.Удовлевторяет условиям по соотношениям b/l. Площадь подошвы фундамента: S=1,95*2,75=5,36 м2<13,3 м2 (по 1-му сочетанию 4-го типа). Не удовлетворяет условиям. Следовательно, необходимо увеличить размеры подошвы фундамента, путем подбора получаем (с учетом кратности размера фундамента = 300 мм):

b=1,95+1,35=3,3; l=2,15+2,05=4,2.

Проверяем соответствие условиям:

b/l=3,3/4,2=0,78<0,85;

а S=3,3*4,2=13,86 м2>13,3 м2 (по 1-му сочетанию 4-го типа). Так как расстояние между фундаментами в осях равно 6-4,2=1,8 м >1 м, то размеры подошвы фундамента проходят.

5-й тип. Размеры колонны 0,4x0,4 м, длину подошвы фундамента l можно расcчитать (см. рис. 2):

b =l = 0,4 + 0,075*2 + 0,3*2 + 0,3*2 = 1,75 м.

Отношение: b/l=1,75/1,75=1>0,85. Увеличим l на 0,6 и получим:b/l= =1,75/2,35=0,74<0,85.Удовлевторяет условиям по соотношениям b/l.

Площадь подошвы фундамента: S=1,75*2,35=4,11 м2<6,09 м2 (по 1-му сочетанию 5-го типа). Не удовлетворяет условиям. Следовательно, необходимо увеличить размеры подошвы фундамента, путем подбора получаем (с учетом кратности размера фундамента = 300 мм):

b=1,75+0,35=2,1; l=1,75+1,25=3.

Проверяем соответствие условиям:

b/l=2,1/3=0,7<0,85;

а S=2,1*3=6,3 м2>6,09 м2 (по 1-му сочетанию 5-го типа).

Так как расстояние между фундаментами в осях равно 6-3=3 м >1 м, то размеры подошвы фундамента проходят.

2.5 Определение давления на грунт основания под подошвой фундамента

Вертикальная расчетная нагрузка, приходящаяся на грунт основания под подошвой фундамента, определяется по формуле:

NII=N0II+Nф+Nгр

где N0II - расчетная нагрузка по II группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента;

Nф - вес фундамента, который определяется по формуле:

Nф=Vф*ж/б

где Vф - объем фундамента: Vф=V1+ V2 +V3 +V4;

ж/б - удельный вес железобетона, который равен 23 кН/м3 .

Nгр - расчетный вес грунта, лежащего на уступах фундамента:

Nгр = Vгр *срII

срII =hII /h

срII - усредненное значение удельного веса грунта:

срII =hII /h

где h - мощность слоя грунта.

Момент, действующий по подошве фундамента, определяют по формуле

МII = М0II +TII*Hф

где М0II - момент, действующий по обрезу фундамента; TII - сдвигающее горизонтальное усилие; Hф - высота фундамента (размер по вертикали от обреза фундамента до подошвы).

Эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести:

е = МII / NII

Среднее давление под подошвой фундамента

РIIср = NII/ Аф

где Аф - площадь подошвы фундамента.

Максимальное и минимальное давление под подошвой фундамента

Pmax = NII/Аф*(1+6e/l)

Pmin = NII/Аф*(1-6e/l)

Рис.4 Эпюра давлений под подошвой фундамента

Для 1-го типа фундамента согласно ГОСТ 13580-85: объем бетона: 0,26 м3; Размер: 1000*300*1180 мм.

Рис.5 Конструкция монолитного железобетонного фундамента

Конструируем фундамент в соответствии с размерами колонн (фундаменты 2,3,4,5 типов), глубиной заложения и площадью подошвы фундамента. Основные размеры приведены в таблице 7 (рисунок 5).

Табл. 7 Основные размеры фундамента

Тип фундамента

Размеры фундамента, мм

Сечение колонны, мм

Размеры подколонника, мм

h

axb

a1xb1 (а2хb2)

в плане

Размеры стакана

глубина

в плане

2

1350

4800х3600

4200х3000 (3600х2400)

600х800

1500х1500

900

750х950

3

1550

5700х3600

5100х3000 (4500х2400)

600х800

1500х1500

900

750х950

4

1350

4200х3300

3600х2700 (3000х2100)

600х800

1500х1500

900

750х950

5

1350

3000х2100

2400х1500

400х400

900х900

650

550х550

Табл.8 Размеры плитной части

Размеры плитной части

Высота плитной части, мм

Высота ступеней

h1

h2

h3

900

300

300

300

Для определения веса фундамента вычислим его объем для всех типов и сведем результаты вычислений в таблицу 9 (т.к. «стакан» полый, то из объема подстаканника надо вычесть объем стакана - V4= V4*-0,9*0,71=2,03-0,64=1,39 м3 (для 2,3,4 типов фундамента) и V4= V4*-0,65*0,3=0,73-0,19=0,54 м3 (для 5 типа фундамента):

Табл.9 Расчет объема фундамента

Тип фундамента

Размеры фундамента, м

Размеры подколонника, м

V1

V2

V3

V4

Vф

Высота ступеней

Размеры плит в плане

в плане

Размеры стакана

h1

h2

h3

axb

a1xb1

a2xb2

глубина

в плане

2

0,3

0,3

0,3

17,28

12,6

8,64

2,25

0,9

0,71

5,18

3,78

2,59

1,39

12,95

3

0,3

0,3

0,3

20,52

15,3

10,8

2,25

0,9

0,71

6,16

4,59

3,24

1,39

15,38

4

0,3

0,3

0,3

13,86

9,72

6,3

2,25

0,9

0,71

4,16

2,92

1,89

1,39

10,35

5

0,3

0,3

0

6,3

3,6

0

0,81

0,65

0,30

1,89

1,08

0,00

0,54

3,51

Зная объем фундамента, получим вес фундамента:

Табл.10 Расчет веса фундамента

Тип фундамента

Vф, м3

ж/б, кН/м3

Nф, кН

1

0,26

23,00

5,98

2

12,95

23,00

297,85

3

15,38

23,00

353,74

4

10,35

23,00

238,05

5

3,51

23,00

80,73

Для 1-го типа фундамента: Nф=0,26*23=5,98 кН.

Определим Nгр (расчетный вес грунта, лежащего на уступах фундамента). Так как в пределах заложения фундамента тип грунта не меняется, то срII - усредненное значение удельного веса грунта тоже одинаково и равно 18,2 кН/м3.

Vгр - объем грунта, вычисляемый по формуле: Vгр =dф*b*l – Vф ,

где dф - глубина заложения подошвы фундамента; b - ширина подошвы фундамента; l - длина подошвы фундамента. Проделаем вычисления для всех типов фундамента и результаты сведем в таблицу 11:

Табл.11 Расчет объема грунта и веса грунта

Тип фундамента

Vф, м3

dф, м

b, м

l, м

Аф, м2

Vгр, м3

Nгр, кН

1

0,26

1,35

1,00

1,18

1,18

1,33

24,21

2

12,95

1,35

3,60

4,80

17,28

10,38

188,88

3

15,38

1,55

3,60

5,70

20,52

16,43

298,95

4

10,35

1,35

3,30

4,20

13,86

8,36

152,17

5

3,51

1,35

2,10

3,00

6,3

5,00

90,91

Теперь можно определить вертикальную расчетную нагрузку, приходящуюся на грунт основания под подошвой фундамента:

Табл.12 Расчет вертикальной расчетной нагрузки

Тип фундамента

Nф, кН

Nгр, кН

N0II, кН

NII, кН

1

5,98

24,21

160

190,19

2

297,85

188,88

2810

3296,73

3

353,74

298,95

3410

4062,69

4

238,05

152,17

2210

2600,22

5

80,73

90,91

1060

1231,64

Так как TII - сдвигающее горизонтальное усилие, в нашем случае для всех типов фундамента, равно 0, то момент, действующий по подошве фундамента, будет равен моменту, действующему по обрезу фундамента (МII = М0II).

Определим эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести и среднее давление под подошвой фундамента для всех типов фундамента и результаты сведем в таблицу 13.

Табл.13 Расчет эксцентриситета и среднего давления

Тип фундамента

NII

МII

е

Аф

РIIср

1

190,19

-24

-0,13

1,18

161,17

2

3296,73

38,00

0,01

17,28

190,78

3

4062,69

-45,00

-0,01

20,52

197,99

4

2600,22

-122,00

-0,05

13,86

187,61

5

1231,64

-184,00

-0,15

6,3

195,50

Определим максимальное и минимальное давление под подошвой фундамента для всех типов фундамента и результаты сведем в таблицу 14.

Табл.14 Расчет максимального и минимального давления под подошвой фундамента

Тип фундамента

е

l

РIIср

1+6e/l

1-6e/l

Pmax

Pmin

1

-0,13

1,18

161,17

0,34

1,66

54,79

267,54

2

0,01

4,80

190,78

1,01

0,99

193,16

188,40

3

-0,01

5,70

197,99

0,99

1,01

195,91

200,07

4

-0,05

4,20

187,61

0,93

1,07

175,04

200,18

5

-0,15

3,00

195,5

0,70

1,30

136,85

254,15

Рис.6 Расчетная схема определения давления на фундамент

2.6 Уточнение расчетного сопротивления грунта основания при выбранной ширине подошвы фундамента

Расчетное сопротивление определяется по СП 12.13330.2011 (формула (5.7), с учетом ширины подошвы фундамента.

где gс1 = 1,2 (коэффициент gс1 зависит от вида грунтов, лежащих в основании здания. IL = 0,5, т.е. 0,25 IL 0,5, согласно СНиПа gс1 = 1,2) - коэффициент, условий работы, принимаемый по табл. 3 (СНиП 2.01.01-82);

gс2 = 1,1 (коэффициент gс2 зависит как от вида грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, так и от отношения длины здания L к его высоте Н, а также жесткости здания. Длина здания L = 36 м, высота Н = 34 м. L/H=36/34=1,06) - коэффициент, условий работы, принимаемый по табл. 3 (СНиП 2.01.01-82));

k -  коэффициент, принимаемый равным k = 1,1, т.к. прочностные характеристики грунта приняты по табл. 1 -3, Приложения Б (рекомендуемого) (СП 12.13330.2011);

Мg=0,51;Мq=3,06;Mc=5,66(п=20) - коэффициенты, принимаемые по табл.5.5 (СП12.13330.2011);

kz - коэффициент, принимаемый при b< 10 м - kz = 1.

Определяем значение R при b1 = 1 м; b2 = 3,6 м; b3 = 3,9 м; b4 =3,3 м; b5 =2,1 м:

2.7 Проверка давления, действующего на грунт основания

а) для среднего давления на грунт: РIIср R

для 1,2,3,4,5 типов фундамента:

РIIср1=198,11 кПа 223,6 кПа

РIIср2=190,78 кПа 252,58 кПа

РIIср3=197,99 кПа 255,92 кПа

РIIср4=187,61 кПа 249,23 кПа

РIIср5=195,5 кПа 235,87 кПа

б) для максимального краевого давления при эксцентриситете относительно главной оси: Pmax 1,2*R

Pmax для всех типов фундамента 1,2*R (т.к. эксцентриситет для 1,3,4,5 –го типов фундамента <0, выбираем Pmax максимальные из значений Pmax и Pmin):

Pmax 1=267,54 кПа 223,6*1,2=303,09 кПа

Pmax 2=193,16 кПа 252,58*1,2=303,09 кПа

Pmax 3=200,07 кПа 255,92*1,2=307,1 кПа

Pmax 4=200,18 кПа (249,23*1,2)=299,07 кПа

Pmax 5=254,15 кПа (235,87*1,2)=283,04 кПа

в) для проверки недопустимости отрыва подошвы фундамента от грунта:

Pmin 0

Данные, сведенные в табл. 14, подтверждают выполнение данного условия. Для всех типов фундаментов: Pmin 0. Таким образом, все требуемые условия выполняются.

2.9 Проверка слабого подстилающего слоя

Так как в основании фундамента под несущим слоем грунта не залегает слой более слабого грунта, необходимости в его проверке нет.

2.10 Расчет основания по деформациям (по второму предельному состоянию). Определение осадки фундамента методом послойного суммирования

Расчет осадки фундамента производится методом послойного суммирования. Основание под подошвой фундамента разбиваем на элементарные слои, 8-10 точек. Толщина каждого слоя hi не должна превышать: hi0,4b, где b – ширина подошвы фундамента.

Для расчета осадки методом послойного суммирования на разных глубинах определяем напряжение от собственного веса грунта zg по формуле:

где zg0 – природные напряжения в точке 0, n – число слоев грунта в пределах глубины z; i – удельный вес i – го слоя, кН/м3; hi – толщина i – го слоя, м. Дополнительные напряжения zp в точке 0 определяют по формуле:

Табл.15 Значения коэффициента

В нижележащих точках дополнительные напряжения определяются:

где – коэффициент, зависящий от отношений l/b = КП, 2z/b = m и принимаемый по таблице 15, l и b соответственно длина и ширина фундамента; z - расстояние от подошвы фундамента до i-ой точки.

При определении zp принимаем, что грунт однороден и изотропен на значительную глубину, давление по подошве фундамента распределяется равномерно. По полученным значениям zp и zg строим эпюры давлений на разных глубинах: эпюру zp - от природной поверхности земли, а эпюру zg - от подошвы фундамента (рисунок 6.4). Эти эпюры строят до нижней границы активной зоны, которую устанавливают из условия:

,гр 0,2 ,zg

Для определения напряжений zp необходимо найти дополнительные давления, МПа, в плоскости подошвы фундамента из выражения:

zp0 = pII - z0g = pII – IIddф

где pII - давление по подошве фундамента от расчетных нагрузок при расчете по II группе предельных состояний, кПа; z0g - природное вертикальное напряжение на глубине подошвы фундамента, считая от природного рельефа, кПа; IId - удельный вес грунта в пределах глубины заложения фундамента d, кН/м3. Ниже границы сжимаемой толщи грунт можно считать практически несжимаемым, поэтому осадку фундамента считаем до нижней границы сжимаемой толщи по формуле:

Где 0 – безразмерный коэффициент, учитывающий условность расчетной схемы, принимаемый равным 0,8; n – число слоев, на которые разделена сжимаемая толща основания; zpi - среднее вертикальное (дополнительное) напряжение, возникающее в i-ом слое, кПа); hi - толщина i-ого слоя грунта (м) (не более 0,4b); E0i - модуль общей деформации i-ого слоя грунта, кПа.

Для типов фундамента 1,2,3,4,5 рассчитываем значения zg0 и zp0:

Табл.16 Значения zg0 и zp0

Тип фундамента

dф, м

c

zg0

РII

zp0

1

1,35

18,20

24,57

198,11

173,54

2

1,35

18,20

24,57

190,78

166,21

3

1,55

18,20

28,21

197,99

169,78

4

1,35

18,20

24,57

187,61

163,04

5

1,35

18,20

24,57

195,5

170,93

Определяем для каждого типа фундамента по таблице 15. Для 1-го типа фундамента значение Кп=l/b, равно 1,2. Для 2-го и 4-го типов фундамента значения Кп=l/b, равны соответственно 1,33 и 1,27, и практически одинаковы, т.к. точность берем до второго знака после запятой.

А для 3-го и 5-го типов фундамента значения Кп=l/b, равны соответственно 1,58 и 1,42, значения различаются. Результаты вычислений сводим в таблицы:

Таблица 17а

Тип фундамента 1

Слои основания

№ точки

hi, м

z, м

m=2z/b

zg, кПа

zp, кПа

0,2*zg, кПа

zpi*hi/E0i

S, м

глина серая пылеватая, слоистая (ленточная), II=18,2 кН/м3, Е0=3500 кПа

0

0

0

0

1,00

24,57

173,54

4,91

0,0000

 

1

0,72

0,72

0,4

0,97

37,67

168,33

7,53

0,0346

 

2

0,72

1,44

0,8

0,83

50,78

144,04

10,16

0,0296

 

3

0,72

2,16

1,2

0,65

63,88

112,80

12,78

0,0232

 

4

0,72

2,88

1,6

0,50

76,99

86,08

15,40

0,0177

 

5

0,72

3,6

2

0,38

90,09

65,77

18,02

0,0135

 

6

0,72

4,32

2,4

0,29

103,19

51,02

20,64

0,0105

 

7

0,45

4,77

2,65

0,26

111,38

45,64

22,28

0,0059

 

супесь серая, легкая, слабо слоистая с линзами песка, II=19,2 кН/м 3, Е0=14000 кПа

8

0,72

5,04

2,8

0,23

124,49

40,26

24,90

0,0083

 

9

0,72

5,76

3,2

0,19

137,59

32,45

27,52

0,0067

 

10

0,72

6,48

3,6

0,15

150,70

26,55

30,14

0,0055

0,124

11

0,72

7,2

4

0,13

163,80

22,04

32,76

0,0045

 

12

0,72

7,92

4,4

0,11

176,90

18,57

35,38

0,0038

 

13

0,72

8,64

4,8

0,09

190,01

15,97

38,00

0,0033

 

14

0,18

9,27

5,15

0,08

193,28

13,19

38,66

0,0007

 

суглинок темно-серый, тяжелый, с линзами песка, включениями гальки (морена), II =21,5 кН/м 3, Е0=18000 кПа

15

0,72

9,36

5,2

0,08

206,39

13,71

41,28

0,0028

 

16

0,72

10,08

5,6

0,07

219,49

11,97

43,90

0,0025

 

17

0,72

10,8

6

0,06

232,60

10,41

46,52

0,0021

 

18

0,72

11,52

6,4

0,05

245,70

9,20

49,14

0,0019

 

19

0,72

12,24

6,8

0,05

258,80

8,33

51,76

0,0017

 

20

0,72

12,96

7,2

0,04

271,91

7,29

54,38

0,0015

 

21

0,72

13,68

7,6

0,04

285,01

6,59

57,00

0,0014

 

22

0,72

14,4

8

0,04

298,12

6,07

59,62

0,0012

 

23

0,72

15,12

8,4

0,03

311,22

5,55

62,24

0,0011

 

24

0,72

15,84

8,8

0,03

324,32

5,03

64,86

0,0010

 

25

0,72

16,56

9,2

0,03

337,43

4,51

67,49

0,0009

 

26

0,72

17,28

9,6

0,02

350,53

4,16

70,11

0,0009

 

27

0,36

18,27

10,15

0,02

357,08

3,82

71,42

0,0004

 

Таблица 17б

Тип фундамента 2

Слои основания

№ точки

hi, м

z, м

m=2z/b

zg, кПа

zp, кПа

0,2*zg, кПа

zpi*hi/E0i

S, м

глина серая пылеватая, слоистая (ленточная), II=18,2 кН/м3, Е0=3500 кПа

0

0

0

0

1,00

24,57

166,21

4,91

0,0000

 

1

0,72

0,72

0,4

0,97

37,67

161,22

7,53

0,0332

 

2

0,72

1,44

0,8

0,84

50,78

139,62

10,16

0,0287

 

3

0,72

2,16

1,2

0,67

63,88

111,36

12,78

0,0229

 

4

0,72

2,88

1,6

0,51

76,99

84,77

15,40

0,0174

 

5

0,72

3,6

2

0,40

90,09

66,48

18,02

0,0137

 

6

0,72

4,32

2,4

0,31

103,19

51,53

20,64

0,0106

 

7

0,45

4,77

2,65

0,28

111,38

46,54

22,28

0,0060

 

супесь серая, легкая, слабо слоистая с линзами песка, II=19,2 кН/м 3, Е0=14000 кПа

8

0,72

5,04

2,8

0,24

124,49

39,89

24,90

0,0082

 

9

0,72

5,76

3,2

0,20

137,59

33,24

27,52

0,0068

 

10

0,72

6,48

3,6

0,16

150,70

26,59

30,14

0,0055

0,122

11

0,72

7,2

4

0,14

163,80

23,27

32,76

0,0048

 

12

0,72

7,92

4,4

0,11

176,90

18,28

35,38

0,0038

 

13

0,72

8,64

4,8

0,10

190,01

16,62

38,00

0,0034

 

14

0,18

9,27

5,15

0,08

193,28

13,30

38,66

0,0007

 

суглинок темно-серый, тяжелый, с линзами песка, включениями гальки (морена), II =21,5 кН/м 3, Е0=18000 кПа

15

0,72

9,36

5,2

0,09

206,39

14,96

41,28

0,0031

 

16

0,72

10,08

5,6

0,07

219,49

11,63

43,90

0,0024

 

17

0,72

10,8

6

0,06

232,60

9,97

46,52

0,0021

 

18

0,72

11,52

6,4

0,06

245,70

9,97

49,14

0,0021

 

19

0,72

12,24

6,8

0,05

258,80

8,31

51,76

0,0017

 

20

0,72

12,96

7,2

0,05

271,91

8,31

54,38

0,0017

 

21

0,72

13,68

7,6

0,04

285,01

6,65

57,00

0,0014

 

22

0,72

14,4

8

0,04

298,12

6,65

59,62

0,0014

 

23

0,72

15,12

8,4

0,03

311,22

4,99

62,24

0,0010

 

24

0,72

15,84

8,8

0,03

324,32

4,99

64,86

0,0010

 

25

0,72

16,56

9,2

0,03

337,43

4,99

67,49

0,0010

 

26

0,72

17,28

9,6

0,03

350,53

4,99

70,11

0,0010

 

27

0,36

18,27

10,15

0,02

357,08

3,32

71,42

0,0003

 

Таблица 17в

Тип фундамента 3

Слои основания

№ точки

hi, м

z, м

m=2z/b

zg, кПа

zp, кПа

0,2*zg, кПа

zpi*hi/E0i

S, м

глина серая пылеватая, слоистая (ленточная), II=18,2 кН/м3, Е0=3500 кПа

0

0

0

0

1,00

28,21

169,78

5,64

0,0000

 

1

0,72

0,72

0,4

0,97

41,31

164,69

8,26

0,0339

 

2

0,72

1,44

0,8

0,85

54,42

144,31

10,88

0,0297

 

3

0,72

2,16

1,2

0,69

67,52

117,15

13,50

0,0241

 

4

0,72

2,88

1,6

0,55

80,63

93,38

16,13

0,0192

 

5

0,72

3,6

2

0,43

93,73

73,01

18,75

0,0150

 

6

0,72

4,32

2,4

0,34

106,83

57,73

21,37

0,0119

 

7

0,45

4,77

2,65

0,30

115,02

50,93

23,00

0,0065

 

супесь серая, легкая, слабо слоистая с линзами песка, II=19,2 кН/м 3, Е0=14000 кПа

8

0,72

5,04

2,8

0,28

128,13

47,54

25,63

0,0098

 

9

0,72

5,76

3,2

0,23

141,23

39,05

28,25

0,0080

 

10

0,72

6,48

3,6

0,19

154,34

32,26

30,87

0,0066

 

11

0,72

7,2

4

0,16

167,44

27,16

33,49

0,0056

0,136

12

0,72

7,92

4,4

0,13

180,54

22,07

36,11

0,0045

 

13

0,72

8,64

4,8

0,12

193,65

20,37

38,73

0,0042

 

14

0,18

9,27

5,15

0,11

196,92

18,68

39,38

0,0010

 

суглинок темно-серый, тяжелый, с линзами песка, включениями гальки (морена), II =21,5 кН/м 3, Е0=18000 кПа

15

0,72

9,36

5,2

0,09

210,03

15,28

42,01

0,0031

 

16

0,72

10,08

5,6

0,08

223,13

13,58

44,63

0,0028

 

17

0,72

10,8

6

0,07

236,24

11,88

47,25

0,0024

 

18

0,72

11,52

6,4

0,06

249,34

10,19

49,87

0,0021

 

19

0,72

12,24

6,8

0,06

262,44

10,19

52,49

0,0021

 

20

0,72

12,96

7,2

0,05

275,55

8,49

55,11

0,0017

 

21

0,72

13,68

7,6

0,04

288,65

6,79

57,73

0,0014

 

22

0,72

14,4

8

0,04

301,76

6,79

60,35

0,0014

 

23

0,72

15,12

8,4

0,04

314,86

6,79

62,97

0,0014

 

24

0,72

15,84

8,8

0,03

327,96

5,09

65,59

0,0010

 

25

0,72

16,56

9,2

0,03

341,07

5,09

68,21

0,0010

 

26

0,72

17,28

9,6

0,03

354,17

5,09

70,83

0,0010

 

27

0,36

18,27

10,15

0,03

360,72

5,09

72,14

0,0005

 

Таблица 17г

Тип фундамента 4

Слои основания

№ точки

hi, м

z, м

m=2z/b

zg, кПа

zp, кПа

0,2*zg, кПа

zpi*hi/E0i

S, м

глина серая пылеватая, слоистая (ленточная), II=18,2 кН/м3, Е0=3500 кПа

0

0

0

0

1,00

24,57

163,04

4,91

0,0000

 

1

0,72

0,72

0,4

0,97

37,67

158,15

7,53

0,0325

 

2

0,72

1,44

0,8

0,84

50,78

136,95

10,16

0,0282

 

3

0,72

2,16

1,2

0,67

63,88

109,24

12,78

0,0225

 

4

0,72

2,88

1,6

0,51

76,99

83,15

15,40

0,0171

 

5

0,72

3,6

2

0,40

90,09

65,22

18,02

0,0134

 

6

0,72

4,32

2,4

0,31

103,19

50,54

20,64

0,0104

 

7

0,45

4,77

2,65

0,28

111,38

45,65

22,28

0,0059

 

супесь серая, легкая, слабо слоистая с линзами песка, II=19,2 кН/м 3, Е0=14000 кПа

8

0,72

5,04

2,8

0,24

125,21

39,13

25,04

0,0020

 

9

0,72

5,76

3,2

0,20

139,03

32,61

27,81

0,0017

 

10

0,72

6,48

3,6

0,16

152,86

26,09

30,57

0,0013

0,108

11

0,72

7,2

4

0,14

166,68

22,83

33,34

0,0012

 

12

0,72

7,92

4,4

0,11

180,50

17,93

36,10

0,0009

 

13

0,72

8,64

4,8

0,10

194,33

16,30

38,87

0,0008

 

14

0,18

9,27

5,15

0,08

197,78

13,04

39,56

0,0002

 

суглинок темно-серый, тяжелый, с линзами песка, включениями гальки (морена), II =21,5 кН/м 3, Е0=18000 кПа

15

0,72

9,36

5,2

0,09

213,26

14,67

42,65

0,0005

 

16

0,72

10,08

5,6

0,07

228,74

11,41

45,75

0,0004

 

17

0,72

10,8

6

0,06

244,22

9,78

48,84

0,0003

 

18

0,72

11,52

6,4

0,06

259,70

9,78

51,94

0,0003

 

19

0,72

12,24

6,8

0,05

275,18

8,15

55,04

0,0003

 

20

0,72

12,96

7,2

0,05

290,66

8,15

58,13

0,0003

 

21

0,72

13,68

7,6

0,04

306,14

6,52

61,23

0,0002

 

22

0,72

14,4

8

0,04

321,62

6,52

64,32

0,0002

 

23

0,72

15,12

8,4

0,03

337,10

4,89

67,42

0,0002

 

24

0,72

15,84

8,8

0,03

352,58

4,89

70,52

0,0002

 

25

0,72

16,56

9,2

0,03

368,06

4,89

73,61

0,0002

 

26

0,72

17,28

9,6

0,03

383,54

4,89

76,71

0,0002

 

27

0,36

18,27

10,15

0,02

391,28

3,26

78,26

0,0001

 

Таблица 17д

Тип фундамента 5

Слои основания

№ точки

hi, м

z, м

m=2z/b

zg, кПа

zp, кПа

0,2*zg, кПа

zpi*hi/E0i

S, м

глина серая пылеватая, слоистая (ленточная), II=18,2 кН/м3, Е0=3500 кПа

0

0

0

0

1,00

24,57

170,93

4,91

0,0000

 

1

0,72

0,72

0,4

0,97

37,67

166,21

7,53

0,0342

 

2

0,72

1,44

0,8

0,85

50,78

145,65

10,16

0,0300

 

3

0,72

2,16

1,2

0,70

63,88

119,95

12,78

0,0247

 

4

0,72

2,88

1,6

0,54

76,99

92,53

15,40

0,0190

 

5

0,72

3,6

2

0,45

90,09

77,11

18,02

0,0159

 

6

0,72

4,32

2,4

0,35

103,19

59,97

20,64

0,0123

 

7

0,45

4,77

2,65

0,30

111,38

51,41

22,28

0,0066

 

супесь серая, легкая, слабо слоистая с линзами песка, II=19,2 кН/м 3, Е0=14000 кПа

8

0,72

5,04

2,8

0,27

124,49

46,26

24,90

0,0095

 

9

0,72

5,76

3,2

0,22

137,59

37,70

27,52

0,0078

 

10

0,72

6,48

3,6

0,18

150,70

30,84

30,14

0,0063

0,133

11

0,72

7,2

4

0,15

163,80

25,70

32,76

0,0053

 

12

0,72

7,92

4,4

0,13

176,90

22,28

35,38

0,0046

 

13

0,72

8,64

4,8

0,11

190,01

18,85

38,00

0,0039

 

14

0,18

9,27

5,15

0,10

193,28

17,14

38,66

0,0009

 

суглинок темно-серый, тяжелый, с линзами песка, включениями гальки (морена), II =21,5 кН/м 3, Е0=18000 кПа

15

0,72

9,36

5,2

0,09

206,39

15,42

41,28

0,0032

 

16

0,72

10,08

5,6

0,08

219,49

13,71

43,90

0,0028

 

17

0,72

10,8

6

0,07

232,60

11,99

46,52

0,0025

 

18

0,72

11,52

6,4

0,06

245,70

10,28

49,14

0,0021

 

19

0,72

12,24

6,8

0,06

258,80

10,28

51,76

0,0021

 

20

0,72

12,96

7,2

0,05

271,91

8,57

54,38

0,0018

 

21

0,72

13,68

7,6

0,05

285,01

8,57

57,00

0,0018

 

22

0,72

14,4

8

0,04

298,12

6,85

59,62

0,0014

 

23

0,72

15,12

8,4

0,04

311,22

6,85

62,24

0,0014

 

24

0,72

15,84

8,8

0,04

324,32

6,85

64,86

0,0014

 

25

0,72

16,56

9,2

0,03

337,43

5,14

67,49

0,0011

 

26

0,72

17,28

9,6

0,03

350,53

5,14

70,11

0,0011

 

27

0,36

18,27

10,15

0,03

357,08

5,14

71,42

0,0005

 

В зависимости от типа фундамента нижняя граница сжимаемой толщи, где соблюдается условие гр 0,2 zg (ниже грунт можно считать практически не сжимаемым), для каждого вида:

для 1-го типа: в 10-й точке (3,6 м) и осадка S = 0,124 м;

для 2-го типа: в 10-й точке (3,6 м) и осадка S = 0,122 м;

для 3-го типа: в 11-й точке (4 м) и осадка S = 0,136 м;

для 4-го типа: в 10-й точке (3,6 м) и осадка S = 0,108 м;

для 5-го типа: в 10-й точке (3,6 м) и осадка S = 0,133 м;

Предельные деформации (максимальная предельная осадка) для производственных многоэтажных зданий с устройством монолитных перекрытий равны 15 см (приложение Е, СП 50-101-2004). Таким образом, по всем видам фундаментов полученные расчетные осадки проходят до уровня предельно допустимых. Большие величины осадок вызваны тем, что первым слоем грунта является глина серая пылеватая, слоистая (ленточная) сильносжимаемая (Е0=3,5 Мпа).

Рис.7 Расчетная схема распределения напряжений по оси фундамента на горизонтальные площадки в грунте основания

Рис.8 Расчетная схема (размеры в мм)

2.11 Расчет основания по несущей способности (по первому предельному состоянию)

Целью расчета оснований по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости оснований, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.

В п. 5.1.3. СП 50-101-2004 сказано: Расчет оснований по несущей способности должен производиться в случаях, если:

а) на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т.п.), в том числе сейсмические;

б) сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;

в) основание сложено дисперсными грунтами, указанными в п. 5.6.5 (основание, сложенное медленно уплотняющимися водонасыщенными глинистыми, органоминеральными и органическими грунтами (при степени влажности Sr  0,85 и коэффициенте консолидации cv  107 см2/год);

г) основание сложено скальными грунтами.

В нашем случае основание сложено медленно уплотняющимся водонасыщенным глинистым грунтом (Sr=1) (пункт в), и расчет выполняется исходя из условия:

где F - расчетная нагрузка на основание, кН; n – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15; и 1,10 соответственно для зданий и сооружений I, II и III классов (в нашем случае химический цех относится к III-му классу, т.е. n=1,1); Fu - несущая способность основания (предельная), кН; c - коэффициент условий работы, принимаемый для пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии c=0,9. Таким образом, для нашего случая получим отношение: c/ n=0,82.

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления Nu, кН, основания, сложенного дисперсными грунтами в стабилизированном состоянии, допускается определять по формуле:

,

если фундамент имеет плоскую подошву и грунты основания ниже подошвы однородны до глубины не менее ее ширины, а в случае различной вертикальной пригрузки с разных сторон фундамента интенсивность большей из них не превышает 0,5R, где b и l - соответственно приведенные ширина и длина фундамента, м, вычисляемые по формулам:

b = b – 2*eb; l = l – 2*еl                                              

здесь eb и еl - соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок в направлении поперечной и продольной осей фундамента, м;

N, Nq, Nc - безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по СП 50-101-2004 (табл. 5.10) в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта I (по табл.2 данной работы, в нашем случае 18,18°), и угла наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки на основание F в уровне подошвы фундамента (в нашем случае =0), следовательно (используя метод интерполяции) получим: N=2,84, Nq=5,9, Nc=14,5.

g1 и g1 - расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м3, находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяют с учетом взвешивающего действия воды для грунтов, находящихся выше водоупора), т.к. грунт однороден, то принимаем одно значение g1=16,55 (по табл.2 данной работы);

с1 - расчетное значение удельного сцепления грунта, с1=12 кПа (по табл.2 данной работы);

d - глубина заложения фундамента, м;

g, q, c - коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам:

g = 1 - 0,25 / , q = 1 + 1,5 / ; c = 1 + 0,3 / ,                           

здесь = l / b

l и b - соответственно длина и ширина подошвы фундамента, м, принимаемые в случае внецентренного приложения равнодействующей нагрузки равными приведенным значениям l и b, (так как моменты, заданные в условиях данного варианта не определены по осям, то принимаем смещение нагрузки только по b(наиболее узкой части фундамента) и рассчитываем приведенное значение только b).

Если = l / b < 1, в формулах следует принимать = 1.

Расчет коэффициентов сведем в таблицу для разных типов фундамента.

Табл.17 Расчет коэффициентов

Тип фундамента

l

b

= l/b

=1-0,25 /

q=1+ 1,5 /

c =1+ 0,3 /

d

e

b

1

1,2

1

1,2

0,8

2,25

1,25

1,35

-0,13

1,26

2

4,80

3,60

1,33

0,81

2,13

1,23

1,35

0,01

3,58

3

5,70

3,60

1,58

0,84

1,95

1,19

1,55

-0,01

3,62

4

4,20

3,30

1,27

0,80

2,18

1,24

1,35

-0,05

3,40

5

3,00

2,10

1,43

0,83

2,05

1,21

1,35

-0,15

2,40

Проведем расчет предельной нагрузки и результаты сведем в таблицу:

Табл.18 Расчет вертикальной составляющей силы предельного сопротивления основания

Тип фундамента

b*l

N

Nq

Nc

1

с1

N***b*1

Nq*q*1**d

Nc*c*с1

Nu

Nu*c/п

1

1,51

2,84

5,9

14,5

16,55

12,00

47,38

296,59

217,5

847,82

695,21

2

17,18

2,84

5,9

14,5

16,55

12,00

136,72

280,12

213,15

10825,7

8877,06

3

20,63

2,84

5,9

14,5

16,55

12,00

143,28

294,73

206,97

13308,6

10913,1

4

14,28

2,84

5,9

14,5

16,55

12,00

128,42

287,18

215,01

9005,13

7384,21

5

7,2

2,84

5,9

14,5

16,55

12,00

93,06

270,23

210,54

4131,62

3387,93

Отклонения от вертикали силы предельного сопротивления основания нет. Несущая способность основания (предельная) Fu= Nu.

Расчетное значение нагрузки следует определять как произведение ее нормативного значения (в нашем случае выбираем нагрузку, полученную в результате расчетов в разделе 2.5 данной работы, т.е. NII) на коэффициент надежности по нагрузке f, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию и принимаемый (СНиП 2.01.07-85*, п.1.3): при расчете на прочность и устойчивость - для веса строительных конструкций и грунтов (в нашем случае f=1,1). Для всех типов фундаментов получим:

Табл.19 Вычисление расчетной нагрузки и сравнение с несущей способностью основания

Тип фундамента

NII, кН

f

F

Fu*c/п

1

190,19

1,1

209,21

695,21

2

3296,73

1,1

3626,4

8877,06

3

4062,69

1,1

4468,96

10913,1

4

2600,22

1,1

2860,24

7384,21

5

1231,64

1,1

1354,8

3387,93

Условие выполняется.

Расчет фундамента на сдвиг по подошве не производим, так как TII - сдвигающее горизонтальное усилие, в нашем случае для всех типов фундамента, равно 0.

2.12 Расчет плитной части на продавливание

Расчет плитной части железобетонных фундаментов на прочность выполняется в следующей последовательности:

а) определение реактивного давления грунта на подошву;

б) проверка высоты плитной (ступенчатой) части фундамента;

в) проверка прочности нижней ступени;

г) подбор сечения арматуры плитной части фундамента.

При определении реактивных давлений под подошвой фундамента учитываем только давление от нагрузок, приложенных к обрезу фундамента и вес подколонника, т.к. собственный вес плитной части и вес грунта на ее уступах уравновешиваются реактивными давлениями и не вызывают усилий изгиба в теле фундамента (рис. 9).

Рис.8 Расчетная схема (размеры в мм)

N1=N0+Nпод; M1=M0+T0*Hф; e=M1/N1; Pmax=N1/Aф*(1+6e/l); Pmin=N1/Aф*(1-6e/l);

где N0 - нагрузка, приложенная к обрезу фундамента; Nпод – вес подколонника; M0 - момент, действующий по обрезу фундамента; T0 - сдвигающая сила; Hф – высота фундамента (размер по вертикали от обреза фундамента до подошвы); e - эксцентриситет силы N1; l - размер подошвы фундамента в направлении действия момента (так как моменты, заданные в условиях данного варианта не определены по осям, то принимаем смещение нагрузки только по b (наиболее узкой части фундамента); Aф - площадь подошвы фундамента. Произведем расчеты для всех типов фундамента и сведем результаты в таблицу (при проведении расчетов учитываем, что в нашем случае T0=0, следовательно, M1=M0).

Табл.20 Вычисление давлений под подошвой фундамента

Тип фундамента

b, м

l, м

Vпод, м3

ж/б, кН/м3

Nпод, кН

N0, кН

N1, кН

M1, кН*м

e, м

Aф, м2

1+6e/b

1-6e/b

Pmax, кН

Pmin, кН

1

1

1,2

0

23,00

0

160

160

-24

-0,13

1,2

0,34

1,66

54,79

267,54

2

3,60

4,80

1,39

23,00

31,97

2810

2841,97

38

0,01

17,28

1,02

0,98

168,13

160,80

3

3,60

5,70

1,39

23,00

31,97

3410

3441,97

-45

-0,01

20,52

0,98

1,02

164,08

171,39

4

3,30

4,20

1,39

23,00

31,97

2210

2241,97

-122

-0,05

13,86

0,90

1,10

145,75

177,76

5

2,10

3,00

0,54

23,00

12,42

1060

1072,42

-184

-0,17

6,30

0,51

1,49

86,78

253,67

После расчета давлений под подошвой фундамента, построим эпюру давлений и пирамиду продавливания.

Расчет на продавливание производится для того, чтобы действующие усилия были восприняты бетонным сечением фундамента без установки поперечной арматуры. При расчете на продавливание от верха плитной части принимается, что продавливание от фундамента при центральном нагружении происходит по боковым поверхностям пирамиды, стороны которой наклонены под углом 45° к горизонтали (рис. 8).

Расчетная продавливающая сила определяется по формуле:

F=A0*Pmax

где Pmax - наибольшее краевое давление (выбираем из максимальных значений Pmax и Pmin); A0 - площадь многоугольника abcdef, которая рассчитывается:

A0 = 0,56*(l – lпод - 2*h0 ) - 0,25*(b – bпод - 2*h0)2

Где b, l - соответственно ширина и длина подошвы фундамента;

bпод и lпод - ширина и длина стаканной части фундамента;

h0 - размер по вертикали от верха плитной части фундамента до арматуры, с учетом защитного слоя равного 50 мм для 2,3,4-го типов фундамента: h0=0,3+0,3+0,3-005=0,85 м.

Табл.21 Вычисление площади многоугольника abcdef и расчетной продавливающей силы

Тип фундамента

b, м

l, м

bпод, м

lпод, м

h0, м

A0, м2

Pmax, кН

F, кН*м2

1

1

1,2

0

0

0,25

0,27

267,54

72,24

2

3,60

4,80

1,50

1,50

0,85

0,86

168,13

143,92

3

3,60

5,70

1,50

1,50

0,85

1,36

171,39

233,09

4

3,30

4,20

1,50

1,50

0,85

0,56

177,76

99,10

5

2,10

3,00

0,90

0,90

0,55

0,16

253,67

141,42

Расчет на продавливание при монолитном сопряжении колонны или подколонника с плитой производится по формуле:

Fk*Rp*Ucp*h0

где F - расчетная продавливающая сила; k - коэффициент (при монолитном сопряжении колонны с плитной частью фундамента k = 1); Rp - расчетное сопротивление бетона растяжению (принимается по СП 63.13330.2012, табл.6.7 в зависимости от марки выбранного бетона (В25 для предельных состояний второй группы равно 1,55 мПа; В7,5 – 0,7 мПа); Ucp - среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды, образующейся при продавливании, в пределах рабочей высоты сечения, определяемое по формуле:

Ucp =2*(lпод + bпод +2*h0)

Для 1-го типа фундамента в качестве размеров подколонника используем размеры ФБС 9.6.6 – 880х600х580 (мм).

Произведем расчеты для всех типов фундамента и сведем результаты в таблицу.

Табл.22 Выполнение расчета на продавливание

Тип фундамента

k

Rp, кПа

h0, м

bпод, м

lпод, м

Ucp, м

k*Rp*Ucp*h0

F, кН*м2

1

1,00

1550,00

0,25

0,6

0,88

3,96

693

72,24

2

1,00

1550,00

0,85

1,50

1,50

9,40

12384,50

143,92

3

1,00

1550,00

0,85

1,50

1,50

9,40

12384,50

233,09

4

1,00

1550,00

0,85

1,50

1,50

9,40

12384,50

99,10

5

1,00

1550,00

0,55

0,90

0,90

7,00

4944,50

141,42

По результатам расчетов видно, что условие Fk*Rp*Ucp*h0 выполняется для всех типов фундамента.

Проверка прочности нижней ступени фундамента сводится к определению выноса нижней ступени C1 (рис.8), который можно расcчитать из условия:

F Rp*h01*b1cp

где F=A01*Pгр; b1cp=b1+h01.

A01 - площадь, с которой собирается реактивное давление. Здесь определение размеров пирамиды продавливания и площади выполняют аналогично изложенному ранее, а верхнее основание пирамиды b1 является размером второй ступени фундамента.

A01 = 0,56*(l – l1 - 2*h01 ) - 0,25*(b – b1 - 2*h01)2

Следовательно, для 2,3,4-го типов фундамента h01=0,55 м, для 5-го - h01=0,25 м (т.к. используется только две плиты), а для 1-го - h01=0 (т.к. используется только одна плита) . Произведем расчеты для 2,3,4,5-го типов фундамента и сведем результаты в таблицу.

Табл.23 Выполнение расчета на продавливание нижней ступени фундамента

Тип фундамента

b, м

l, м

b1, м

l1, м

b1ср, м

h01, м

A01, м2

Pmax, кН

Rp, кПа

Rp*h01*b1cp

F, кН*м2

2

3,60

4,80

2,40

3,60

2,95

0,55

0,18

168,13

1550,00

2514,88

29,84

3

3,60

5,70

2,40

4,50

2,95

0,55

0,18

171,39

1550,00

2514,88

30,42

4

3,30

4,20

2,10

3,00

2,65

0,55

0,16

177,76

1550,00

2259,13

28,89

5

2,10

3,00

1,50

2,40

1,75

0,25

0,10

253,67

1550,00

678,13

26,00

Вынос нижней ступени не должен превышать значения:

C1=k1*h01

где k1 - коэффициент, принимаемый по таблице 24:

Табл.24

Давление на грунт, кПа

b-b1<2h01

b-b1=2h01

b-b1>2h01

B7,5

B15

B22,5

B7,5

B15

B22,5

B7,5

B15

B22,5

200

3

3

3

3

3

3

3

3

3

300

3

3

3

2,8

3

3

2,3

2,5

3

400

2,5

2,8

3

2,3

2,5

3

2

2,1

2,5

500

2,5

2,4

3

2

2,2

2,6

1,8

1,9

2,2

Произведем расчеты для всех типов фундамента и сведем результаты в таблицу.

Табл.25 Выполнение расчета выноса нижней ступени

Тип фундамента

b, м

b1, м

b-b1, м

h01, м

2*h01, м2

Pmax, кН

k1

C1, м

2

3,60

2,40

1,20

0,55

1,10

168,13

3,00

1,65

3

3,60

2,40

1,20

0,55

1,10

171,39

3,00

1,65

4

3,30

2,10

1,20

0,55

1,10

177,76

3,00

1,65

5

2,10

1,50

0,60

0,25

0,50

253,67

3,00

0,75


Расчеты показывают, что вынос нижней ступени для 2,3,4,5-го типов фундаментов не превышает значения С1.

2.13 Расчет плитной части на изгиб с подбором арматуры

Площадь сечения рабочей арматуры нижней ступени фундамента рассчитывают по моменту, действующему в сечении фундамента по грани колонны (сечения 1-1 и 4-4); в сечениях по граням ступеней фундамента проверяют достаточность принятой по этому расчету арматуры и в случае необходимости вводят изменения. При прямоугольной подошве площадь сечения арматуры находят расчетом в обоих направлениях.

Рис.9 Расчетная схема для определения площади сечения арматуры

Определим момент в сечении 1-1 (рис.9): M1-1=[(Pmax+P1)/2]*[(l- l k)2/8]*b;

в сечении 4-4: M4-4=Pcp*l*(b-bk)2/8,

где P1 - давление по подошве в сечении 1-1. Площадь арматуры для сечения 1-1:

Aa= M1-1/(0,9*h0*Ra)

где h0 - рабочая высота плитной части фундамента; Ra – расчетное сопротивление арматуры растяжению, которое определяется по таблице 26, Ra=270000 кПа для арматуры класса А-II.

Табл.20 Расчетное сопротивление арматуры

Табл.27а Выполнение расчета площади сечения арматуры

Тип фундамента

РIIср, кН

Pmax, кН

Pmin, кН

P1, кН

b, м

bk, м

l, м

lk, м

1

198,11

54,79

267,54

242

1

0,6

1,2

0,88

2

190,78

193,16

188,4

192,27

3,6

0,6

4,80

0,80

3

197,99

195,91

200,07

199,29

3,6

0,6

5,70

0,80

4

187,61

175,04

200,18

195,47

3,3

0,6

4,20

0,80

5

195,5

136,85

254,15

232,16

2,1

0,4

3,00

0,40

Табл.27б Выполнение расчета площади сечения арматуры(продолжение)

Тип фундамента

(Pmax+P1)/2, кН

(l- l k)2/8, м2

(b-bk)2/8, м2

h0, м

Ra, кПа

М1-1, кН*м

Aa(1-1), м2

М4-4, кН*м

Aa(4-4), м2

1

254,77

0,01

0

0,25

270000,00

2,54

0,00004

0

0

2

192,72

2,00

1,13

0,85

270000,00

1387,55

0,00672

1030,21

0,00499

3

199,68

3,00

1,13

0,85

270000,00

2157,44

0,01045

1269,61

0,00615

4

197,83

1,45

0,91

0,85

270000,00

943,33

0,00457

718,03

0,00348

5

243,16

0,85

0,36

0,55

270000,00

431,48

0,00323

211,87

0,00159


Площадь арматуры для сечений 1-1, 4-4 рассчитываем, принимая защитный слой 50 мм. По площади сечения арматуры необходимо подобрать по сортаменту арматуры (Методические указания по выполнению курсовой работы, приложение 3) количество и диаметр стержней. Для фундаментов диаметр арматуры стержней принимается не меньше 10 мм, шаг стержней – 20 см, крайних – 15 см. Произведем подбор для 1,2,3,4-го типов фундамента по полученным расчетам.

Табл.28 Выполнение подбора арматуры

Тип фундамента

b, м

Кол-во стержней

Aa(1-1), м2

Aa стержня, см2

Кол-во и диаметр стержней

Aa по сортаменту, м2

l, м

Кол-во стержней

Aa(4-4), м2

Aa стержня, см2

Кол-во и диаметр стержней

Aa по сортаменту, м2

1

1

10

0,00004

0,4

1010

0,000785

1,2

10

0

0

0

0

2

3,6

17

0,00672

3,95161

1725

0,00835

4,8

23

0,00499

2,16857

2316

0,00585

3

3,6

17

0,01045

6,1442

1728

0,01047

5,7

28

0,00615

2,19527

2818

0,00713

4

3,3

16

0,00457

2,85442

1620

0,00503

4,2

20

0,00348

1,73815

2016

0,00402

5

2,1

10

0,00324

3,24462

1022

0,0038

3

14

0,00159

1,13235

1414

0,00215

В сечениях по граням ступеней фундамента проверяем достаточность принятой арматуры для сечений 2-2, 3-3, 5-5, 6-6, тоже принимая защитный слой 50 мм.

Табл.28а Выполнение проверки достаточности принятой арматуры для сечений 2-2 и 5-5

Тип фундамента

РIIср, кН

Pmax, кН

Pmin, кН

P2, кН

b, м

b2, м

l, м

l2, м

2

190,78

193,16

188,4

192,57

3,6

2,4

4,80

3,60

3

197,99

195,91

200,07

199,55

3,6

2,4

5,70

4,50

4

187,61

175,04

200,18

197,04

3,3

2,1

4,20

3,00

5

195,5

136,85

254,15

244,38

2,1

1,5

3,00

2,40

Табл.28б Выполнение проверки достаточности принятой арматуры для сечений 2-2 и 5-5

Тип фундамента

(Pmax+P2)/2, кН

(l- l2)2/8, м2

(b-b2)2/8, м2

h0, м

Ra, кПа

М2-2, кН*м

Aa(2-2), м2

М5-5, кН*м

Aa(5-5), м2

2

192,87

0,18

0,18

0,55

270000,00

124,98

0,00094

164,83

0,00123

3

199,81

0,18

0,18

0,55

270000,00

129,48

0,00097

203,14

0,00152

4

198,61

0,18

0,18

0,55

270000,00

117,97

0,00088

141,83

0,00106

5

249,27

0,05

0,05

0,25

270000,00

23,56

0,00039

26,39

0,00043

Табл.29а Выполнение проверки достаточности принятой арматуры для сечений 3-3 и 6-6

Тип фундамента

РIIср, кН

Pmax, кН

Pmin, кН

P3, кН

b, м

b3, м

l, м

l3, м

2

190,78

193,16

188,4

192,57

3,6

3

4,80

4,20

3

197,99

195,91

200,07

199,55

3,6

3

5,70

5,10

4

187,61

175,04

200,18

197,04

3,3

2,7

4,20

3,60

Табл.29б Выполнение проверки достаточности принятой арматуры для сечений 3-3 и 6-6

Тип фундамента

(Pmax+P3)/2, кН

(l- l3)2/8, м2

(b-b3)2/8, м2

h0, м

Ra, кПа

М3-3, кН*м

Aa(3-3), м2

М6-6, кН*м

Aa(6-6), м2

2

192,87

0,04

0,05

0,25

270000,00

31,24

0,00051

41,21

0,00068

3

199,81

0,05

0,05

0,25

270000,00

32,37

0,00053

50,78

0,00084

4

198,61

0,05

0,04

0,25

270000,00

29,49

0,00049

35,46

0,00058

Для фундамента 5-го типа используются только две плиты, а для фундамента 1-го типа - одна. Поэтому данные для них по сечениям 3-3 и 6-6 отсутствуют, а для фундамента 1-го типа – и по сечениям 2-2 и 5-5.

Результаты вычислений и сравнение с подобранной площадью по сортаменту сведем в таблицу:

Табл.30 Выполнение проверки достаточности принятой арматуры для сечений 2-2, 3-3, 5-5 и 6-6

Тип фундамента

Aa(2-2), см2

Aa(3-3), см2

Кол-во и диаметр стержней

Aa по сортаменту, см2

Aa(5-5), см2

Aa(6-6), см2

Кол-во и диаметр стержней

Aa по сортаменту, см2

2

9,35

5,14

1725

83,5

12,33

6,78

2318

58,5

3

9,69

5,33

1728

104,7

15,20

8,36

2818

71,3

4

8,83

4,85

1620

50,3

10,61

5,84

2016

40,2

5

3,88

0,00

1022

38

4,34

0,00

1414

18,096

Как видно из таблицы 30 принятая арматура достаточна по всем сечениям и для 2,3,4,5-го типов фундамента.

В пояснительной записке необходимо вычертить принятый фундамент в двух проекциях с указанием арматуры.

  1. Расчет свайного фундамента.
    1. Определение глубины заложения подошвы ростверка.

При выборе глубины заложения учитываются следующие факторы:

1) инженерно-геологические условия площадки строительства.

2) особенности возводимого здания.

3) климатические особенности.

Основным климатическим фактором, влияющим на глубину заложения, является промерзание грунтов. Для определения возможности промерзания грунтов под фундаментами необходимо, прежде всего, знать нормативную глубину промерзания dfn. Расчет произведен в п.2.1 данной курсовой работы.

Окончательно принимаем глубину заложения ростверка 1,35 м (в зависимости от нормативной глубины промерзания).

  1. Выбор вида, материала и размера сваи.

Рис.10 Расчетная схема для определения длины сваи

Примем железобетонные забивные сваи квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой. По характеру работы целесообразно принять висячую сваю.

Определим длину сваи, для фундаментов 2,3,4,5-го типов (рассматривать устройство свайного фундамента вместо ленточного – 1-го типа не будем, т.к. это нецелесообразно ввиду явно более дорогого и трудоемкого способа устройства фундамента в этом случае):

lсв=H1-df+H2+0,05=4-1,35+2,5+0,05=5,65 м

Табл.31 Подбор сваи по технико-экономическому сравнению вариантов

Марка сваи

Длина сваи, м

Сечение сваи, см

Марка бетона

Масса сваи, т

Продольная арматура А-I

Марку сваи принимаем С6-20 по таблице 31 для фундаментов 2,3,4,5-го типов. Для получения необходимой длины часть сваи необходимо удалить. Основные характеристики сваи приведены в таблицу 31а.

Табл.32 Основные характеристики сваи

Марка сваи

Длина сваи, м

Сечение сваи, см

Класс бетона

Масса сваи, т

Продольная арматура А-I

С6-30

6

30х30

В20

1,38

416

  1. Определение несущей способности сваи по материалу и по грунту.
  2. Расчетное сопротивление (несущая способность) сваи по материалу определяется по следующей формуле:

Fd=с**(Rпр*Ас+Rа.с.*Аа)

где с =1- коэффициент условий работы сваи; =1 - коэффициент, учитывающий условия погружения; Rпр - расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии (СП 52-101-2003,Таблица 5.2), Rпр=11500 кПа; Rа.с. - расчетное сопротивление арматуры сжатию (СП 52-101-2003,Таблица 5.8), Rа.с.=215000 кПа; Ас=0,09 м2 – площадь поперечного сечения сваи; Аа=4,52*10-4 м2 - площадь поперечного сечения всех продольных стержней арматуры.

Fd=1*1*(11500*0,09+215000*0,000452)=1*1*(1035+97,18)=1132,18 кН

  1. Несущую способность сваи по грунту (рис.12) находят как сумму сопротивлений, оказываемых грунтами основания под нижним концом сваи и по ее боковой поверхности по формуле (СНиП 2.02.03-85, СП 24.13330.2011):

Рис.12 Расчетная схема для расчета висячей сваи по несущей способности

Fd=с*(сR*R*А+u*сf*fi*hi)

где с =1- коэффициент условий работы сваи в грунте; R=2400 кПа - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по табл. 7.2, примечание №4; А=0,09 м2 – площадь опирания на грунт сваи, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто; u=1,2 м – наружный периметр поперечного сечения ствола сваи; f1=22 кПа; f2=14 кПа – расчетные сопротивления i-го слоя грунта (1-й - глина серая пылеватая, слоистая; 2-й - супесь серая, легкая) основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемые по табл. 7.3; h1=4 м; h2=1,65 м; – толщина i-го слоя грунта основания, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (1-й - глина серая пылеватая, слоистая; 2-й - супесь серая, легкая); сR=1 и сf=1 - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи, принимаемые по таблице 7.4.( погружение сплошных свай механическими молотами).

Получаем: Fd=1*(1*2400*0,09+1,2*(1*22*4+1*14*1,65)=1*(216+1,2*111,1)=349,32 кН

Определив несущую способность сваи по материалу и грунту, выбираем наименьшее значение и используем его в дальнейших расчетах – 349,32 кН.

  1. Определение необходимого числа свай в фундаменте

Число свай, необходимых для восприятия нагрузки на фундамент рассчитывается по следующей формуле:

n=(k*N0I)/(Fd-2*dp*cp*k)

где N0I - расчетная нагрузка на фундамент по первому предельному состоянию из раздела 2.11 данной курсовой работы; k - коэффициент надежности, который равен 1,4, если Fd определяется расчетным путем; Fd - несущая способность сваи, которая была рассчитана в пункте 3.3 (принимается наименьшее значение, Fd=349,32 кН); a - расстояние между осями свай, которое принимается для висячих свай 3d=0,9 м, где d=0,3 м, размер поперечного сечения сваи, т.о. 2=0,81 м2; dp=1,35 м - глубина заложения ростверка; принимаем cp=20 кН/м - средний удельный вес материал ростверка фундамента и грунта.

Рассчитав необходимое число свай, округляем цифру до целого числа. Так как на фундамент действует момент, необходимо расчетное количество свай увеличить на 20%.

Табл.33 Расчет необходимого числа свай

Тип фундамента

N0I

k

k*N0I

Fd

a2

dp

cp

a2*dp* cp*k

Fd-a2*dp* cp*k

nрасч

n

n*1,2

2

3613,58

1,4

5059,01

349,32

0,81

1,35

20

30,62

318,70

15,87

16

19

3

4425,03

1,4

6195,04

349,32

0,81

1,35

20

30,62

318,70

19,44

20

24

4

2854,32

1,4

3996,05

349,32

0,81

1,35

20

30,62

318,70

12,54

13

16

5

1357,71

1,4

1900,79

349,32

0,81

1,35

20

30,62

318,70

5,96

6

7

  1. Конструирование ростверка и его расчет

Конструирование ростверка начинается с размещения свай в плане. Сваи располагаем в рядовом порядке. Расстояние между осями свай принимаем равным: для висячих свай 3d=0,9 м. Расстояние от края сваи до края ростверка принимаем d = 0,4 м.

Табл.34 Расчет размеров ростверка

Тип фундамента

n

n*1,2

nоткорр

e

a*(e-1)

k=2*d

d

b, м

l, м

2

16

19

20

4

2,70

0,80

0,30

3,80

4,70

3

20

24

25

5

3,60

0,80

0,30

4,70

4,70

4

13

16

20

4

2,70

0,80

0,30

3,80

4,70

5

6

7

12

3

1,80

0,80

0,30

2,70

3,80

Размеры ростверка: b=(0,4*2+0,9*3)+0,3=3,8 м; l=(0,4*2+0,9*4)+0,3=4,7 м (для 20 свай – фундаменты 2,4-го типа).

Размеры ростверка: b=(0,4*2+0,9*4)+0,3=4,7 м; l=(0,4*2+0,9*4)+0,3=4,7 м (для 25 свай – фундаменты 3-го типа).

Размеры ростверка: b=(0,4*2+0,9*2)+0,3=2,7 м; l=(0,4*2+0,9*3)+0,3=3,8 м (для 12 свай – фундамент 5-го типа).

Проверим возможность опрокидывания ростверка для всех типов фундамента с учетом приложенного момента. Ширина ростверков под стены должна быть не менее 0,4 м (определяется по формуле: b>d+20 см). Высота ростверка принимается не менее 0,6 м. Вес ростверка определяется по следующей формуле:

Np=Vp*жб

где Vp - объем ростверка; жб - удельный вес железобетона, который принимаем в зависимости от класса, выбранного по СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции (для В20 – 23,48 кН/м3).