Проектирование фундамента под крайнюю рядовую колонну одноэтажного промышленного здания

Площадь рабочей арматуры равна:

А_s=М/(§∙h₀∙R_s), (26);

 

h₀ – рабочая высота сечения, определяемая как расстояние от верха сечения до центра рабочей арматуры;

h₀=0,3-0,05=0,25м;

R_s – расчетное сопротивление арматуры, для арматуры класса А-III периодического профиля диаметром 10-40мм равное 365000кПа;

§ - коэффициент, зависящий  от величины α_m:

α_m=М/(b∙h₀²∙R_b), (27);

b – ширина сжатой зоны сечения, 2,1м;

R_b – расчетное сопротивление бетона сжатию, для бетона марки В15 оно равно 8,5МПа.

α_m=М/(b∙h₀²∙R_b)=66,87/(2,4∙0,25²∙8500)=0,05;

§=0,943;

А_s=М/(§∙h₀∙R_s)=66,87∙10³/(0,943∙25∙365)=7,77см²;

По сортаменту подбираю арматуру для компоновки сварной сетки  CI, по наибольшей стороне – 11d14мм A-III и с A_s=16,929см², масса 1,208кг/м.

Кроме этого, армируется стакан столбчатого фундамента сварными плоскими сетками. Поперечную и продольную арматуру назначают конструктивно в виде сеток С-3 из парных стержней Æ8мм AI с шестью сетками, так как эксцентриситет принимает наибольшее значение е > l_c/2=0,55>0,8/2=0,55>0,4м. Шаг сеток в этом случае принимается 50+2х100+2х200. Верхняя сетка заглублена от обреза на 50 мм, нижняя ставится выше торца колонны не менее чем на 50мм.

Под фундаментом устраивается подготовка из бетона В3,5 толщиной 100 мм, с выпуском за грань плиты фундамента на 150 мм. При этом толщина защитного слоя бетона принимается равной 35 мм.

 Для опирания наружных стен и сооружения цоколя предусматриваются фундаментные балки. Размеры их зависят от шага колонн, ширины наружных стен и размеров подколонника. Для здания с навесными панелями и шагом колонн 6 м применяются балки 2БФ60, с длиной 5950мм, серии 1.415.1-2. Фундаментные балки опираются на бетонные столбики, которые выполняются на готовом фундаменте, ширина набетонок должна быть не менее максимальной ширины балки, а обрез на отметке - 0,35м. Крепление бетонного столбика к фундаменту осуществляется за счет сцепления бетона с поверхностью фундамента.

 

 

 

 

 

 

3. Проектирование свайного фундамента

 

Проектирование свайного фундамента ведут в следующей  последовательности:

1. назначают вид свай, их параметры, глубину заложения ростверка;
2. определяют несущую способность свай;
3. находят их число в фундаменте;
4. выполняют эскиз фундамента в зависимости от конструктивных особенностей здания;
5. собирают нагрузки с учетом веса ростверка, выявляют их наиболее неблагоприятные комбинации;
6. рассчитывают фундамент и его элементы (сваи и ростверк)  по прочности;
7. выполняют проверочный расчет по деформациям;
8. окончательно конструируют фундамент, оформляют рабочие чертежи, вычисляют объемы работ, их трудоемкость и стоимость;
9. формулируют требования к производству работ и технологии погружения и изготовления свай (и их качеству).

 

3.1. Назначение вида сваи и ее параметров

 

В данном проекте проектируются висячие сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку острием и боковой поверхностью. Минимальное заглубление нижнего конца сваи в малосжимаемые грунты, а также в пески крупные, средней крупности и пылевато-глинистые грунты с показателем текучести JL<0,1 составляет не менее 0,5 м.

При проектировании на просадочных грунтах предусматривают, как правило, заглубление нижних концов свай в непросадочные грунты.

Глубина заложения подошвы  ростверка зависит от конструктивного решения подземной части здания и высоты ростверка. На стадии эскизного проектирования для бесподвальных зданий рекомендуется глубина заложения ростверка, равная отметке дна стакана и увеличенная на толщину плиты: 250 мм.

Высота ростверка принимается  равной:

900+250=1150мм=1200мм.

Глубина заложения ростверка равна:

1200+150=1350мм.

При строительстве на пучинистых грунтах предусматривают меры,

 

предотвращающие воздействие  нормальных усилий пучения на подошву  ростверка. Это достигается устройством  под ним воздушного зазора высотой не менее 150 мм, огражденного досками (горбылями) или асбестоцементными листами.

Длину сваи устанавливают следующим  образом. Отметку головы сваи для  определения ее длины принимают  на 0,3м выше отметки подошвы ростверка с последующей разбивкой при жестком сопряжении ростверка и сваи.

Предварительную отметку острия сваи принимают, исходя из требований: прорезка слабого слоя, минимальная длина заглубления в более прочный грунт и т.д. Таким образом, длину сваи приравнивают к ближайшему размеру сортамента. После определения типовой сваи корректируют отметку ее острия.

Длина сваи составляет:

0,3+8,45+0,5=9,25м=10м.

Выбираю для дальнейшего проектирования сваю С100.30, с вариантом армирования 8-14АIII, классом бетона В20, расходом бетона 0,91м³, массой арматуры 62,8 кг, массой сваи 2280кг.

 

3.2. Определение несущей способности забивной сваи

 

По характеру работы в  грунте в зависимости от условий  опирания нижнего конца проектируемые сваи следует отнести к висячим, так как они не опираются на малосжимаемый грунт (скальный, крупнообломочный с песчаным заполнителеми т.д.), а основанием их служит песок крупный средней плотности, насыщенный водой. Эти сваи работают как за счет сопротивления грунта по боковой поверхности, так и за счет сопротивления грунта под нижним концом.

Несущую способность забивной висячей сваи (кН) определяют по формуле:

F_d=γ_c∙(γ_cR∙R∙A+u∙Σγ_cf∙f_i∙h_i), (28);

где γ_с – коэффициент условий работы сваи в грунте, 1;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, табл.17 /1/, 6610кПа;

A – площадь поперечного сечения сваи, м², 0,09м²;

u – периметр поперечного сечения сваи, м, 1,2;

f_i – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, табл. 18 /1/;

h_i - толщина i-го слоя грунта у боковой поверхности сваи, м;

γ_сR, γ_сf - коэффициенты условий работы соответственно под нижним концом и на боковой поверхности, учитывающие способ погружения и принимаемые при погружении свай марок С, γ_cR=1, g_cf=1.

F_d=γ_c∙(γ_cR∙R∙A+u∙Σγ_cf∙f_i∙h_i)=1∙(1∙6610∙0,09+1,2∙372,22)=1041,56кН;

  Для определения числа свай в фундаменте необходимо назначить допускаемую нагрузку на одну сваю. Ориентировочные ее значения равны:

F_d/γ_К=1041,56/1,4=743,97кН.

где γ_К - коэффициент надежности ,1,4.

При назначении нагрузки, допускаемой  на сваю, учитываются ограничения. Для  забивных  свай сечением  30х30см, заглубленных в крупные или   гравелистые   пески – 600кН. Поэтому окончательно принимаю допускаемую на сваю нагрузку равную 600кН.

 

 

 

 

3.3. Определение числа свай в фундаменте и

эскизное конструирование  ростверка

 

Число свай в  фундаменте устанавливается исходя из условия максимального использования их несущей способности:

n=N_0I/(F_d/γ_к- Ā∙d_p∙γ_mt), (29);   

где N_0I – максимальная сумма расчетных вертикальных нагрузок, действующих на обрезе ростверка:

N_0I =N_max+N_ст=1585, кН;

Ā - площадь ростверка, приходящаяся на одну сваю, 0,9 м²;

g_mt-средний удельный вес ростверка и грунта на его обрезах, 20 кН/м³;

d_p – глубина заложения ростверка, м.

n=N_0I/(F_d/γ_к- Ā∙d_p∙γ_mt)=1585/(600-0,9∙1,35∙20)=2,75шт;   

          Полученное значение n округляется  до целого числа в сторону  большего и количество свай в кусте равно 4 шт.

Размещение свай в кустах ведется с учетом следующих требований:

1. центр тяжести должен совпадать (или находиться возможно ближе) с точкой приложения равнодействующей постоянных нагрузок;
2. расстояние между осями забивных свай не менее 3d (d - сторона квадратного поперечного сечения сваи);

Конструирование начинают с  размещения свай и определения размеров ростверка в плане.

          Свесы ростверков со свай составляют не менее 150 мм. Размеры монолитного ростверка в плане должны быть кратны 300 мм, а по высоте -150 мм.

Ориентировочно вес ростверка, кН, определяется по формуле: G_p=b_pl_pd_pγ_mt, (30);

где b_P и l_P - размеры ростверка в плане, м;

d_P - высота ростверка, м;

γ_mt - среднее значение его удельного веса и грунта (при ступенчатом ростверке – 22 кН/м³).

G_p=b_pl_pd_pγ_mt=1,8*1,8*1,35*22=96,23 кН.

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение нагрузок

Таблица 4

Расчетная схема	Вид расчета	Комбинация	N, кН	M, кН∙м	Q, кН
	Для расчета тела фундамента по I предельному состоянию	I	Nmax+Nст.= 1585	Mсоот.-Nст.∙а=50,4	Qсоот.=50
		II	Nсоотв.+Nст.= 1445	-Mmax-Nст.∙а=60,4	-Qсоот.= 55
	Для расчета основания  по I  предельному состоянию	I	Nmax+    +Nст.+G∙1,1= 1690,85	Mсоотв+Q(d-0,15)-Nст.a/=110,4	Q=43,48
		II	Nсоотв.+ +Nст.+G∙1,1= 1550,85	-Mmax-Q(d-0,15)-Nст.a/=126,4	-Q=47,83

 

Сбор нагрузок осуществляется следующим образом. Для расчета  тела фундамента нагрузки принимаются  по заданию. Для расчета основания свайного фундамента на отметке подошвы ростверка значения нагрузок принимают без деления на коэффициенты (расчет по несущей способности). При этом, значения веса фундамента G умножают на коэффициент 1,1.

 

3.4. Расчет свайного фундамента

по несущей способности грунта основания

 

Расчет  свайного фундамента выполняют по 1-ой группе предельных состояний. При этом должно удовлетворяться условие:

N_C< F_d/γ_K, (31);

где N_C – наибольшая расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН;

F_d – несущая способность сваи, кН;

γ_K – коэффициент надежности; при определении несущей способности расчетом он равен 1,4;

Расчетная нагрузка на сваю при действии моментов в одной плоскости определяется по формуле:

 

N_ci=N^//n±М^/∙х/Σх_i², (32);                                                        

где N' и M' – соответственно расчетные усилия в неблагоприятных сочетаниях и комбинациях, при которых расчетное усилие в свае наибольшее; при определении вертикального усилия к расчетной нагрузке добавляют вес свай с коэффициентом надежности 1,1;

n – число свай в фундаменте, 4;

x – расстояние в плоскости действия момента от главной оси куста до сваи, усилие в которой определяется;

x_i – расстояние от главной оси до каждой из свай.

Для крайних свай в кусте возможно превышение F_d/γ_k на 20%.

Нагрузки на сваи:

I комбинация:

N_св^1,2=1690,85/4-110,4*0,6/4*0,6²=442,71-46=376,71кН<720кН;

N_св³=422,71кН <600кН;

N_св^4,5=335,04кН<720кН.

II комбинация:

N_св^1,2=1550,85/4-126,4*0,6/4*0,6²=335,04кН<720кН;

N_св³=1585,85/4=387,71 кН<600кН;

N_св^4,5=440,38кН<720кН;

Условие N_C< F_d/γ_K соблюдается во всех комбинациях и во всех нагрузках.

Таблица 5

Комбинация	№ сваи	Nсв, кН
I	1,2	376,71
	3	422,71
	4,5	468,71
II	1,2	355,04
	3	387,71
	4,5	440,38

 

3.5. Определение осадки свайного фундамента

Расчет осадки свайного фундамента при действии вертикальных нагрузок следует производить если сваи заглублены нижним концом в глинистые грунты с показателем текучести больше 0,5 или в пылеватые и мелкие пески с модулем деформации меньше 15 Мпа, если под несущим слоем, на который опираются сваи, залегает более слабый грунт, если сваи находятся в просадочных грунтах и возможно х замачивание. В нашем случае данный расчет не требуется.

 

3.6. Выбор сваебойного оборудования.

Назначение расчетного отказа

 

Критериями контроля несущей  способности свай при погружении являются глубина погружения и отказ. От глубины погружения зависит величина несущей способности.

Сваебойное оборудование выбирают с учетом его производительности, соотношения массы молота и массы  сваи, климатических факторов и т.д.

Предварительный подбор молота рекомендуется производить по отношению  массы ударной части m₄ и массы сваи m₂. Это отношение изменяется от 0,8 до 1,5 в зависимости от плотности грунтов и типа дизель-молотов.

m₄/ m₂=1, тогда m₄= m₂=2,28т.

По табл.20 /1/, выберу по вышеуказанному условию трубчатый дизель молот С-1017, масса ударной части которого равна 2,5т, энергия удара 63кДж, полная масса молота 5,1т.