Проектирование и расчет оснований и фундаментов одноэтажного промышленного здания

R₀(е=0,82; I_L=0.5)=189  кПа,

- отношение сторон  подошвы   фундамента,

- осредненный  удельный  вес  фундамента и грунта.

Расчетное сопротивление  грунта:

,

 

где   γ_с1=1,2;

γ_с2=1;

k=1;

М_γ=0,47;

М_q=2,89;

М_с=5,48;

k_z=1;

γ_II=18.91 кН/м³;

;

с_II=24 кПа;

d₁=1,35 м.

 

 

Уточняем  b:

Принимаем b=1,8 м. Тогда .

Таким образом, размеры  подошвы 1,8х1,8 м (R=265,5кПа).

Среднее давление  под  подошвой фундамента  от  расчетных  вертикальных  усилий:

Краевые давления  под  подошвой фундамента:

где - момент сопротивления подошвы фундамента.

Условие  не выполняется, увеличиваем размер фундамента.

Принимаем b=1,8м; l=2,4м; А=4,32м².

; ;

Условие  выполняется, оставляем  принятый  фундамент.

 

Проверка слабого  подстилающего слоя супесей.

 

Для супеси: φ=17˚,  с_II=5 кПа.

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2

 

Должно выполняться  условие:

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на  глубине  3,65  м от  отметки планировки срезкой: 

Дополнительное давление на глубине z от подошвы фундамента:

, где α – коэффициент,  определяемый  по табл.1 приложения 2 [1] в зависимости от и ,

Площадь условного фундамента:

Ширина условного фундамента:

где  .

Расчетное сопротивление  грунта  под  подошвой  условного фундамента:

 

где γ_с1=1,1;

γ_с2=1;

k=1;

М_γ=0,39;

М_q=2,57;

М_с=5,15;

k_z=1;

γ_II=17,93 кН/м³;

;

с_II=5 кПа;

d_z=1,35 м.

 

 

Условие выполняется, поэтому оставляем  принятые размеры  фундамента.

 

3.3.Конструирование фундамента.

 

Принимаем класс бетона  В15.

Толщина стенок бетонного армированного  стакана при

<2а_к=2·0,4=0,8 м и должна составить 800 мм. Конструктивно принимаем δ_ст=175 мм в направлении размера b.

Глубина заделки колонны в стакан h_з=а_к=400 мм. Глубина стакана h_с=h_з+50=400+50=450 мм. Тогда толщина днища стакана:

Н_ф-h_с=1200-450=750мм что больше минимальной допустимой толщины 200 мм.

Коэффициент к₁ при классе бетона В15 и Р_max=248,3 кПа к₁=3. Примем высоту нижней ступени h₁=300 мм. Тогда рабочая высота бетона при величине а=70+20/2=80 мм (предположим диаметр арматуры 20 мм).

h₀₁=300-80=220 мм/

Наибольший  допустимый вынос нижней ступени:

,

где k₁=3 .

.

Фактический вынос ступени (в предположении, что плитная  часть состоит из одной ступени) в направлении размера b составит:

Фактический вынос ступени (в предположении, что плитная  часть состоит из одной ступени) в направлении размера l составит:

Изменим высоту первой ступени: h₁=450 мм.

h₀₁=450-80=370 мм

Наибольший допустимый вынос нижней ступени:

,

где k₁=3 .

.

Фактический вынос ступени (в предположении, что плитная  часть состоит из одной ступени) в направлении размера b составит:

Фактический вынос ступени (в предположении, что плитная часть состоит из одной ступени) в направлении размера l составит:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3

 

 

3.4.Определение конечной осадки  основания  фундамента методом послойного суммирования.

 

Расчет оснований производится, исходя  из  условия:

,

где S – совместная  деформация основания и сооружения, определяемая расчетом,

S_u – предельное значение  совместной  деформации основания и сооружения, принимается по [1].

Осадки основания рассчитываются методом послойного суммирования по  формуле:

,

где β=0,8 – безразмерный  коэффициент,

σ_zp,i – среднее значение дополнительного  вертикального напряжения в i-том слое грунта, равное полусумме указанных  напряжений  на верхней и нижней границах  слоя;

h_i и E_i – соответственно толщина и модуль деформации  слоя грунта;

n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Вертикальное напряжение от собственного  веса  грунта  на границе  слоя, расположенного  на глубине z, от  подошвы фундамента определяется по формуле:

,

где -  удельный вес грунта,  расположенного выше подошвы фундамента;

 и  - удельный вес и толщина i-го  слоя грунта;

- вертикальное напряжение от  собственного  веса грунта на  уровне подошвы фундамента;

d_n - глубина заложения фундамента  от поверхности природного рельефа.

Дополнительные вертикальные  напряжения на глубине z от подошвы фундамента  определяются по  формуле:

,

где α – коэффициент ,  принимаемый  по табл.1 приложения 2 [1] в зависимости от относительной глубины и отношения сторон  прямоугольного фундамента η;

р₀ – дополнительное  вертикальное давление  под подошвой  фундамента

.

Нижняя граница сжимаемой  толщи основания, до которой производится  суммирование  осадок, принимается  на глубине, где выполняется условие:

Однородные  пласты  основания ниже  подошвы фундамента разбиваем на  слои толщиной 

,

1. z=0,6м

2. z=1,2м

 

3. z=1,8м

4. z=2,45м

5. z=3,05м

6. z=3,65м

7. z=4,15м

 

Нижняя граница сжимаемой  толщи, до которой производится суммирование осадки, принимается на глубине, где выполняется условие

Расчетная схема на Рис.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4

 

Результаты расчетов сведены в таблицу №4.

Таблица №4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Осадка основания:

Требование СНиП выполняется

 

4. Конструирование свайного фундамента (I тип).

 

4.1.Определение глубины заложения ростверка. Выбор размера сваи.

 

По своим физико-механическим характеристикам  слой №3 (глины) является более прочным, чем слой №2. Поэтому в качестве несущего слоя под нижний конец сваи принимаем слой №3. Заглубление сваи в слой №3 при I_L=0,19 должно быть не менее 1 м.

Принимаем свободное сопряжение ростверка  со сваей с  глубиной заделки оголовка сваи в  ростверк – 100 мм.

Тогда требуемая длина сваи:

Принимаем сваи сечением 30х30 см длиной 7 м.

 

4.2.Определение несущей способности  сваи.

 

Несущая способность висячей сваи определяется  по формуле:

,

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

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

А – площадь поперечного сечения сваи, равна 0,09 м²;

U – наружный периметр поперечного сечения сваи;

f_i – расчетное  сопротивление i-го  слоя грунта основания на боковой поверхности  сваи;

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

γ_CR,γ_cf  - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на  боковой  поверхности сваи.

 

Рис.5

Расчетное  сопротивление  грунта под нижним концом сваи определяем  по табл.VI.1 приложения VI [3]: R=4929 кПа (I_L=0.2).

По табл. VI.2 приложения VI [3] определяем расчетное  сопротивление i-го  слоя грунта основания на боковой поверхности  сваи:

          f₁=18,11 кПа ;

f₂=21,2 кПа ;

f₃=12,11 кПа;

f₄=12,66 кПа;

f₅=61,8 кПа.

Периметр  ствола  сваи:

По табл. VI.3 приложения VI [3]:

Несущая способность  сваи:

Определение требуемого количества свай в фундаменте. Определение  фактической  нагрузки  на сваю.

 

Требуемое  количество свай  в кусте определяют по формуле:

,

где ,

n=1,1 – коэффициент перегрузки;

d_p=1,35 м – глубина заложения подошвы ростверка от отметки планировки;

γ₀=20 кН/м³ – осредненный удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах;

- площадь ростверка (здесь  a – расстояние  между осями свай, для висячих призматический забивных свай принимается a=3d=0.9 м, d=0,3 м – размер поперечного сечения сваи);

 

γ_k=1,4 – коэффициент надежности;

- расчетная нагрузка на обрез свайного фундамента;

Требуемое  количество свай:

. Принимаем 4 сваи и располагаем их на расстоянии 0,9 м в осях друг от друга.

Нагрузка с учетом  изгибающего момента, действующего  на крайние сваи:

,

где N_d – вертикальная сила, кН, действующая на обрезе фундамента (с учетом );

М - расчетный изгибающий момент в уровне обреза фундамента: ;

n – расстояние от главной оси до сваи,  для которой определяется нагрузка;

y_i – расстояние от главной оси до каждой сваи.

Проверим выполнение условия:

.

.

Условие выполняется, поэтому  конструируем ростверк для фундамента из 4 свай.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.6

 

 

Конструирование ростверка.

 

Принимаем ростверк с  одной  ступенью высотой 450 мм и размерами в плане 1,5х1,5 м. Материал ростверка - бетон кл. В15.

 

4.3.Определение осадки основания свайного фундамента.

 

Определение осадки основания  фундамента из висячих свай производится как для условного фундамента на естественном  основании. Границы  условного фундамента:  снизу – плоскостью АБ, походящей  через  нижние концы свай, с боков – вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних  рядов свай на  расстоянии: , сверху – поверхностью планировки  грунта ВГ, где - средневзвешенное расчетное значение угла  внутреннего трения грунта, определяемое по формуле:

,

где φ_II1,φ_II2 и φ_II3 – расчетные значения углов внутреннего трения для пройденных сваей слоев грунта толщиной соответственно d₁, d₂, d₃;

d – глубина погружения свай в грунт, считая  от подошвы  ростверка.

 

В_усл=0,9+0,3+0,56*2=2,32м;  L_усл=0,9+0,3+0,56*2=2,32 м.

 

Вес ростверка:

.

Вес свай:

(здесь 220 – масса 1 м сваи, кг, 10 – ускорение свободного  падения, м/с², 50  - масса острия сваи, кг).

Вес грунта в объеме АБВГ:

Давление под подошвой условного  фундамента:

Расчетное сопротивление  грунта  под  подошвой  условного  фундамента: