Проектирование фундамента под крайнюю рядовую колонну одноэтажного промышленного здания

Определенная несущая  способность сваи должна быть подтверждена при забивке достижением сваей расчетного отказа  S_a, который рассчитывается по формуле:

Sa=[Ed∙η∙A/Fd∙(Fd+η∙A)]∙[(m1+0,2∙(m2+m3))/m1+m2+m3)], (34);

где E_d – расчетная энергия удара для выбранного молота;

m₁ – полная масса молота, т;

m₂ – масса сваи, т, 2,5;

m₃ – масса наголовника, 0,2 т;

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

η – коэффициент,для железобетонных свай - 1500 кН/м²;

F_d – несущая способность сваи, кН, 840.

S_a=[E_d∙η∙A/F_d∙(F_d+η∙A)]∙[(m₁+0,2∙(m₂+m₃))/m₁+m₂+m₃)]=

[63∙1500∙0,09/840∙(840+1500∙0,09)]∙[(5,1+0,2∙(2,5+0,2))/5,1+2,5+0,2)]=0,0075м.

Значение расчетного отказа должно больше 0,002м, и заключается в интервале 0,005-0,01м.

 

 

3.7. Конструирование свайного фундамента

 

Назначение размеров стакана  и подколонника в монолитном ростверке производят аналогично фундаменту мелкого заложения: для колонн с размером поперечного сечения 400*500 мм сечение подколонника следует принимать 1200х1200 мм. Глубина стакана при этом составляет 900 мм. Отметка верхнего обреза фундамента принимается – 0,150м. Размеры стакана понизу принимается на 100мм больше размеров сечения колонны, поверху – больше на 150мм. Продольная ось колонны совмещается с геометрическим центром подошвы фундамента.

Размеры ростверка 300мм и составляют b=1800мм, l=1800мм, а расстояние от его грани до грани сваи не менее 150мм.

Также назначается количество ступеней – одна. Вылет ступеней с обеих сторон 450мм.

Сопряжение ростверка  со сваями принято жестким, так как присутствуют пучинистые грунты, при этом арматура замоноличивается в ростверк на величину, не менее 20 Æ AIII, что составляет 280мм.

При заделке сваи на глубину 50мм арматурные сетки плиты укладываются на головы свай.

Класс бетона для ростверков по прочности на сжатие принят В12,5, по морозостойкости - не ниже F50. Армирование подошвы осуществляется сетками из стержней арматуры АIII.

1. Расчетом на продавливание плитной части колонной проверяется достаточность принятой высоты ростверка. Пирамида продавливания образуется плоскостями, проведенным от дна стакана под углом 45⁰ до центра рабочей арматуры плиты (на 50мм выше подошвы ростверка).

Суть проверки на продавливание  заключается в том, чтобы продавливающая сила не превысила прочность на растяжение по граням пирамиды продавливания.

Проверка производится из условия:

F<(2∙R_bt∙h_0p/α)∙[ h_0p/c₁∙(b_c+c₂)+ h_0p/c₂∙(l_c+c₁), (35);

где F – расчетная продавливающая сила, равная удвоенной сумме усилий в сваях, расположенных с одной наиболее нагруженной стороны от оси колонны и находящихся за пределами нижнего основания пирамиды продавливания; усилия в сваях определяются от нагрузки, приложенной к обрезу ростверка;

F=2∙(N_cв1,2+N_cв3+N_cв4,5), (36);

Усилия в сваях 

I комбинация:

N_св^1,2=1585/4-50,4*0,6/4*0,6²=354,25кН;

N_св³=1585/4=396,25кН;

N_св^4,5=1585/4-50,4*0,6/4*0,6² =375,25кН.

II комбинация:

N_св^1,2=1445/4-60,4*0,6/4*0,6²=336,08кН;

N_св³=1445/4=361,25кН;

N_св^4,5=1445/4+60,4*0,6/4*0,6²=529,03кН;

 

Усилия в сваях

Таблица 7

Комбинация	№ сваи	Nсв, кН
I	1,2	354,25
	3	396,25
	4,5	375,25
II	1,2	336,08
	3	361,25
	4,5	529,03

 

 

Принимаю для расчета  продавливающую силу по I комбинации, как большую:

F=2∙(N_cв1,2+N_cв3+N_cв4,5)=2∙(354,25+396,25+375,25)=2251,5кН.

α – коэффициент не менее 0,85, принимаемый равным:

α=(1- 0,4R_bt A_C/N_max)=(1-0,4∙617,1∙2,21/1585)=0,66, принимаю α=0,85;

R_bt – расчетное сопротивление бетона ростверка растяжению, равное 0,66МПа, при классе бетона В12,5, (R_bt следует умножать на коэффициенты γ_b2 =1,1 и  γ_b3=0,85), R_bt=660∙1,1∙0,85=617,1МПа;

А_С – площадь боковой поверхности колонны, заделанной в стакан фундамента, 2∙(b_c+l_c)∙d_c=2∙(0,5+0,8)∙0,85=2,21м²;

h_оp – рабочая высота плиты, 0,55м;

с₁ и с₂ – расстояния от грани колонны соответственно с размерами b_C  и l_C до внутренней грани ближайшего ряда свай, расположенных за пределами пирамиды продавливания (не более h_op=550мм и не менее 0,4h_op=220мм), соответственно 500мм, 500мм.

2251,5<(2∙617,1∙0,55/0,85)∙[ 0,55/0,5∙(0,5+0,5)+0,55/0,5∙(0,8+0,5);

3168<2020,5кН.

Условие выполняется.

 

2. Проверка на  продавливание ступени ростверка  угловой сваей производится, так как ни одна угловая свая не заходит в плане за обе грани подколонника.

Проверка производится по формуле:

N_C £ R_bt∙h_0l ∙[b₁∙(b₀₂+0,5∙C₀₂)+b₂∙ (b₀₁+0,5∙C₀₁)], (37);

где N_C – усилие в угловой свае, подсчитанное от расчетных нагрузок, действующих по подошве ростверка, 615,4кН;

h₀₁ – высота ступеней над сваей, 0,55м;

b₀₁, b₀₂  – расстояния от внутренних граней сваи до ближайших наружных граней ростверка, оба значения равны 0,45м;

c₀₁, c₀₂ – расстояния от внутренних граней сваи до ближайших граней подколонника, но не более h₀₁=0,55, оба значения равны 0,2м;

b₁, b₂ - безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 21 /1/ в зависимости от h₀₁/C_0i, но не менее 0,6 и не более 1. Так как отношение h₀₁/C₀=0,55/0,2=2,75, а β нельзя принимать больше 1, то принимаю значение β в обоих случаях 1.

615,4£ 617,1∙0,55 ∙[1∙(0,45+0,5∙0,2)+1∙ (0,45+0,5∙0,2)];

615,4<373,3кН;

Условие выполняется.

Расчет плиты ростверка  на изгиб и определение сечения  арматуры производится с учетом того, что к плите ростверка прикладывается сосредоточенная нагрузка в местах опирания на сваи.

3. Подбор диаметра арматуры для сетки С1 осуществляется в результате расчета фундамента по прочности. Под давлением отпора грунта фундамент изгибается, в сечениях фундамента возникают моменты (1-1, 2-2).

Момент в сечении  ростверка определяется по формуле:

М=N_св∙х, (38);

N_св – расчетная нагрузка на сваю, кН, 615,4;

х – расстояние от центра каждой сваи в пределах изгибаемой консоли до рассматриваемого сечения, м;

 

М_1-1=2∙615,4∙0,3=369,2кНм;

М_2-2=2∙615,4∙0,65=800кНм.

Максимальным из полученных моментов является М=800кНм, по нему и  буду подбирать арматуру.

Площадь рабочей арматуры равна:

А_s=М/(§∙h₀∙R_s);

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

h₀=1,2-0,05=1,15м;

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);

b – ширина сжатой зоны сечения, 1,2м;

R_b – расчетное сопротивление бетона сжатию, для бетона марки В12,5 оно равно 7,5МПа.

α_m=М/(b∙h₀²∙R_b)=800/(1,2∙1,15²∙7500)=0,068;

§=0,965;

А_s=М/(§∙h₀∙R_s)=800∙10³/(0,965∙115∙365)=19,75см²;

По сортаменту подбираю арматуру для компоновки сварной сетки  CI по набольшей стороне – 13d14 A-III с A_s=20,01см² масса 1,208кг/м.

Ростверк армируется следующим образом: плита – сеткой С1 из стержней класса AIII и диаметром не менее 10 мм, так как l<3м, с шагом 200 мм; подколонники – двумя сетками С2, расположенными вертикально по сторонам, перпендикулярно плоскости момента (по сторонам подколонника b_f ) из стержней класса AI и AIII.

Армируется подошва ростверка одной сеткой с рабочей арматурой в двух направлениях.

Продольная рабочая арматура сетки С2 класса АIII диаметром 10 мм ставится с шагом 200 мм, а поперечная арматура класса АI диаметром 6 мм с шагом 300 мм назначается конструктивно. В пределах стакана распределительная арматура не ставится.

Кроме этого, армируется стакан ростверка 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.

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 2БФ 60, 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.

 

4. Расчет стоимости и трудоемкости возведения столбчатого и свайного фундаментов

 

Подсчет стоимости и трудозатрат  для упрощения ведется для  фундаментов под одну колонну. Причем учитываются только те виды и объемы работ, которые отличаются при устройстве фундаментов, например: земляные, свайные  работы, изготовление монолитного фундамента. Определяют объемы земляных работ следующим  образом.

Для устройства столбчатых фундаментов под колонны каркасных  зданий отрывают траншеи вдоль горизонтальных разбивочных осей (А, Б, В и т.д.) до отметки подошвы. Выемку грунта для бетонной подготовки толщиной 100мм выполняют вручную. При этом длина траншеи равна шагу колонн 6. Ориентировочно ширина траншеи по низу назначается на 1-2м больше длины фундамента. Верхний ее размер зависит от устойчивости откосов. Так как столбчатый фундамент заглублен на глубину до 5м и в основном в супесь, то по табл. 22 /1/, принимаю крутизну откоса 1:0,85.  Для ростверка отрывают траншею. Так как ростверк заглублен на глубину до 1,5м и в основном в песок мелкий, то по табл. 22 /1/, принимаю крутизну откоса 1:0,5.

Группа грунта по трудоемкости его разработки соответствует для  песчаных грунтов -1 группа; супеси относят ко 2-ой группе.

Расчет стоимости работ  и трудоемкости по возведению данных фундаментов ведется на базе расценок и норм трудозатрат 1984г.

 

 

 

Расчет стоимости и  трудоемкости возведения столбчатого  фундамента

Таблица 8

Шифр	Наименование работ	Единица измер-я	Коли-чество	Расценки, руб.	Стоимость,     руб.	Трудоёмкость, чел./ч / ед./общ.
Земляные работы
1-169	Разработка экскаватором грунта 2-ой группы.	1000м3	0,042	112	4,7	10,2/0,43
1-368	Транспортировка грунта в отвал на расстояние до 3 км	т	70,1	0,39	27,34	-
1-278	Ручная разработка грунта под подошвой фундамента	м3	0,44	0,69	0,3	1,25/0,55
1-321	Обратная засыпка грунта слоями с уплотнением	1000м3	0,036	18,9	0,68	-
1-368	Транспортировка грунта для обратной засыпки	т	59,4	0,39	23,17	-
Бетонные работы
6-1	Устройство бетонной подготовки (В-3,5)	м3	0,44	29,37	12,92	1,37/0,6
6-7	Устройство железобетонного  фундамента объёмом до 10 м3	м3	5,89	38,53	226,94	4,10/24,15
Ценник	Арматура стержневая A-I; A-III	т	0,1	240	24	-
Итого:					320,05	25,73

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет стоимости и  трудоемкости возведения свайного фундамента

Таблица 9