Механика грунтов, основания и фундаменты

Расчёт продольной арматуры

Расчёт продольной арматуры железобетонного подколонника производим на вне-центренное сжатие коробчатого сечения стаканной части в плоскости заделанного торца ко-лонны (см. рис. 2.6.4, сеч. I – I) и на внецентренное сжатие прямоугольного сечения подколон-ника в сечении II – II.

Расчёт производим на сочетания  по I гр. пр. состояний:

а) ; ; .

б) ; ; .

а)  ;

.

б)  ;

.

  Проверим условия:

а)  ,

.  Условие выполняется.

б)  ,

.

Условие выполняется, армируем исходя из минимального процента армирования.

Принимаем 5Ø 18 А-III с .

Расчёт поперечной арматуры

 

 

 

Расчётная схема стаканной части подколонника (рис. 2.6.6).

Рис. 2.6.6.  Расчётная  схема стаканной части подколонника

Эксцентриситеты выбранных усилий:

а)  ;

б)  .

Момент от действующих  сил относительно оси, проходящей через  т. К₁ поворота колонны равен:

.

При , , .

Принимаем 4Ø 10 А-III с .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ПрОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА

 

3.1.  Определение глубины заложения подошвы плиты ростверка

 

Высота ростверка  .

Глубина заложения подошвы  ростверка  .

 

3.2.  Выбор типа сваи, её длины,  сечения

 

Рассмотрим три варианта длины сваи:

; ; ; при поперечном сечении сваи принимаем С4-30, С8-30, С11-30 (см. рис. 3.2.1).

Рис. 3.2.1.  К определению  длинны сваи

 

 

3. Определение несущей способности сваи

 

Несущую способность висячей сваи определим по формуле:

,

где γ_с – коэффициент условий работы сваи в грунте, ;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи.

Так как во втором слое залегает мягкопластичная глина  с  , а СНиП 2.02.03-85 предусматривает расчетные сопротивления только для грунтов с , то целесообразно будет прорезать второй слой и рассматривать вариант с длиной сваи равной 11 м.

Для сваи длиной 11 м ; для , ;

А – площадь опирания на грунт сваи, ;

U – наружный периметр поперечного сечения сваи, ;

, – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления грунта, , ;

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

- расчётное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи.

; ; ; ; ; ; (см. рис. 3.3.1).

Рис. 3.3.1.  К определению  несущей способности сваи

 

; ; ; ; ; ; .

 

4. Определение количества свай в ростверке

 

Определим расчётную  нагрузку допускаемую на сваю по формуле:

Тогда требуемое количество свай определяется:

.

Схема расположения свай в ростверке показана на рис. 3.4.1.

 

 

 

Рис. 3.4.1.  Схема расположения свай в ростверке

 

5. Проверка несущей способности сваи

,  ,

где N_св – максимальная нагрузка на сваю в свайном ростверке;

N_p, M_y – соответственно расчётная сжимающая сила и момент в плоскости подошвы свайного ростверка.

;

;

; ;

n – количество свай, ;

;

, то есть свая Б не работает на выдергивание.

Расчетная нагрузка на сваи крайнего ряда (с учетом возможности их перегрузки на 20%) .

Количество свай выбрано  верно, так как .

 

 

6. Расчет ростверка по прочности 

 

Внецентренно нагруженный  свайный фундамент под сборную  железобетонную колонну показан на рис. 3.6.1.

Рис. 3.6.1.  Свайный фундамент 

 

 

1. Расчёт ростверка на продавливание колонной

 

Для внецентренно нагруженного фундамента расчёт ростверка состоящего из 6 свай производим по формуле:

Схема образования пирамиды продавливания показана на рис. 3.5.1.

определим величины реакций свай от нагрузок колонны на ростверк (нагрузки считаем приложенными к верхнему обрезу ростверка):

а) в первом ряду свай от края ростверка со стороны наиболее нагруженной его части

 ;

б) во втором ряду от края ростверка      .

определим величину продавливающей силы:

.

Площадь боковой поверхности  заделанной в стакан части колонны:

.

Коэффициент учитывающий  частичную передачу продольной силы на плитную часть ростверка через  стенки стакана:

где –  расчетное сопротивление бетона класса  В15  осевому растяжению с учетом коэффициента условий работы бетона.

Предельная величина продавливающей силы которую может  воспринять ростверк с рабочей толщиной дна стакана  :

–

условие не выполняется, прочность ростверка на продавливание колонной не обеспечена, увеличиваем высоту ростверка до 1,8 м, тогда

–

условие выполняется, прочность ростверка на продавливание колонной обеспечена.

 

2. Расчёт ростверка на продавливание угловой сваей

 

Проверим достаточность  высоты ступени ростверка (высотой ступени ростверка ).

Фактическая продавливающая сила:

.

Высота плиты ростверка от верха головки свай ;

; ;

 

.

.

;

;

;

; ;

n – количество свай, ;

,

прочность плиты ростверка  на продавливание угловой сваей  не обеспечена, увеличим марку бетона до В20, и высоту ступени ростверка до . Окончательные размеры свайного фундамента с учетом произведенных корректировок в расчетах показаны на рисунке 3.6.2.

Рис. 3.6.2.  Свайный фундамент 

 

;

 

.

.

Прочность плиты ростверка на продавливание  угловой сваей обеспечена

 

3.6.3. Расчет прочности наклонных сечений плиты ростверка по поперечной силе

 

Расчёт производим по формуле: .

Определим расчетную величину поперечной силы со стороны наиболее нагруженной части ростверка как сумму реакций всех свай крайнего ряда от расчетных нагрузок на сваи:

.

Расчетная высота плиты ростверка при составит:

;

  ,

.

Прочность наклонных  сечений плиты ростверка обеспечена.

 

4. Расчет ростверка на изгиб

 

Определяем  величины изгибающих моментов:

• в сечениях 1-1 и 3-3 по граням колонны (см. рис 3.6.2.):

,

;

-   в  сечениях 2-2 и 4-4 по граням подколонника:

,

.

 

Принимаем арматуру в плите ростверка:

в продольном направлении – 14 Ø16 А-III с ,

в поперечном направлении – 10 Ø16 А-III с .

 

7. Расчет по деформациям

 

3.7.1. Определение сопротивления  грунта в плоскости нижних концов свай

 

Средневзвешенное  значение угла внутреннего трения:

,

Размеры опорной  площади условного массива:

,

.

Объем условного  массива: .

Объем свай: .

.

Средневзвешенное  значение объемного веса:

.

Вес условного  массива грунта: .

Вес свай: .

Вертикальная  составляющая нормальных сил в уровне нижних концов свай:

Природное давление под подошвой условного фундамента (см. рис. 3.3.1.):

 

3.7.2. Расчет абсолютной  осадки свайного фундамента

 

   Таблица  3.7.1.

Определение осадки свайного фундамента

0	-	117,59	23,518		1	337,95		23,4
0,5	0,5	121,89	24,378	0,271	0,982	331,87	334,91	23,4	0,0057
1	0,5	126,19	25,238	0,541	0,931	314,63	323,25	23,4	0,0055
1,5	0,5	130,49	26,098	0,812	0,848	286,58	300,605	23,4	0,0051
2	0,5	134,79	26,958	1,082	0,739	249,75	268,165	23,4	0,0046
2,5	0,5	139,09	27,818	1,353	0,635	214,60	232,175	23,4	0,0040
3	0,5	143,39	28,678	1,623	0,537	181,48	198,04	23,4	0,0034
3,5	0,5	147,69	29,538	1,894	0,457	154,44	167,96	23,4	0,0029
4	0,5	151,99	30,398	2,165	0,389	131,46	142,95	23,4	0,0024
4,5	0,5	156,29	31,258	2,435	0,331	111,86	121,66	23,4	0,0021
5	0,5	160,59	32,118	2,706	0,287	96,99	104,425	23,4	0,0018
5,5	0,5	164,89	32,978	2,976	0,249	84,15	90,57	23,4	0,0015
6	0,5	169,19	33,838	3,247	0,216	73,00	78,575	23,4	0,0013
6,5	0,5	173,49	34,698	3,517	0,190	64,21	68,605	23,4	0,0012
7	0,5	177,79	35,558	3,788	0,168	56,78	60,495	23,4	0,0010
7,5	0,5	182,09	36,418	4,058	0,150	50,58	53,68	23,4	0,0009
8	0,5	186,39	37,278	4,329	0,134	45,29	47,935	23,4	0,0008
8,5	0,5	190,69	38,138	4,600	0,121	40,72	43,005	23,4	0,0007
9	0,5	194,99	38,998	4,870	0,109	36,84	38,78	23,4	0,0007

Схема к расчету  осадок фундамента приведена на рис. 3.7.1.

Рис. 3.7.1. Схема  к расчету осадок фундамента

 

3.7.3. Расчет на действие  горизонтальной нагрузки

 

Сваи в  свайном фундаменте должны быть проверены  на горизонтальную нагрузку, если ее величина не превышает 20 кН при сваях 30х30 см.

В нашем случае . Сила, приходящаяся на одну сваю: > 20 кН, следовательно, требуется расчет на действие горизонтальной нагрузки.

Начальное значение модуля упругости бетона: .

Момент инерции: .

Жесткость при  изгибе: .

Условная  ширина сваи: ,

, так как в пределах  расположен 1 слой грунта – песок средней крупности, то  .

Находим коэффициент  деформации :

.

Приведенная глубина погружения сваи: .

Перемещение сваи в уровне подошвы плиты ростверка  от единичных усилий в том же уровне:

;

;

,

где коэффициенты принимаем для приведенной глубины .

Расчетный момент заделки:

.

Знак “-“  означает, что на голову сваи передается момент, направленный против часовой  стрелки. Расчетная схема сваи приведена на рис. 3.5.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.5.2. Расчетная схема сваи

 

Расчетные усилия: .

Горизонтальные  перемещения  и угол поворота сечения сваи в уровне подошвы плиты ростверка:

Определение внутренних усилий для проверки прочности  ствола сваи.

 

Горизонтальная сила, приходящаяся на одну сваю: .

 

 

Рис. 3.5.3. Расчетная схема сваи

 

Расчетные усилия:

Горизонтальные перемещения и угол поворота сечения сваи в уровне подошвы плиты ростверка:

Величины  изгибающих моментов в поперечных сечениях сваи, расположенных на разных глубинах  z от подошвы ростверка (табл. 3.5.2):

 

Приведенная глубина расположения сечения сваи  .

Вычислениями  при 

пренебрегаем