Строительство цеха по производству молочной продукции

2.7. Расчет фундамента

 

2.7.1. Данные для проектирования

 

Для проектируемого здания в его производственной части  применены отдельные железобетонные фундаменты ступенчатого типа под колонны. Бетон принят класса В15.

Физические свойства грунта:

• основанием служит суглинок с коэффициентом пористости е = 0,75;
• показателем текучести I_l = 0,56;
• расчетным значением удельного сцепления с_II = 20 кПа;
• углом внутреннего трения φ = 18^о;
• уровень грунтовых вод – 2,5 м.

 

2.7.2. Определение глубины заложения

 

Глубина заложения фундаментов назначается в результате совместного рассмотрения инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки, сезонного промерзания и пучиностости грунтов, конструктивных и эксплуатационных особенностей зданий, величины и характера нагрузки на основание.

Глубина заложения фундаментов  была определена в архитектурно-строительном разделе (п. 1.6) :  d_f = 0,8 м.

 

По конструктивным требованиям:

         м,

где   , принимаем м.

      Так как по типовой серии минимальная высота фундамента м, принимаем минимальную глубину заложения фундаментов: d = 1,5 + 0,15 = 1,65 м.

 

2.7.3. Расчет основания

 

      Из расчета сочетаний усилий (п. 2.4) принимаем расчетные нагрузки в колонне на уровне ее заделки в фундамент (сечение 2-2):  

          М = 55 кН·м;         N = 414,5 кН;         Q = 14,9 кН.

      Проверку прочности грунтового основания выполняем по нормативным нагрузкам:

кН – нагрузка от стеновых панелей, передающаяся непосредственно на фундаментную балку и через фундамент на основание.

;

           кН·м;   кН;

          где = 1,17 - усредненный коэффициент надежности для одноэтажных производственных зданий.

     В первом приближении  принимаем b = 2100 мм; l = 2400 мм.

      Среднее давление грунта под подошвой фундамента:

         кПа.

      Определяем расчетное сопротивление грунта основания по формуле:

         ;

         кПа,

- - коэффициент условий работы для суглинков при 0,25<I_l = 0,56 ≤ 0,5;

- - коэфф. условий работы при L/H = 48/7,2 = 6,67  >  4;

- ; при φ = 16^о;

-   при b = 2,4 м <  10 м;

- b = 2,4 м - ширина подошвы фундамента;

- кН/м³ – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;

- кН/м³ – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;

- м - глубина заложения фундаментов от уровня планировки;

- - глубина подвала.

      Проверим условие:        

      Уточняем размеры подошвы:

 м;

 м.

      Проверим условие:      .

 

      Во втором приближении принимаем  b₂ = 1800 мм; l₂ = 2400 мм.

      Среднее давление грунта под подошвой фундамента:

кПа.

      Расчетное сопротивление грунта основания:

кПа.

      Проверим условие:        

      Уточняем размеры подошвы:

 м;

 м.

      Проверим условие:

. 

 

      Принимаем  b₃ = 1800 мм; l₃ = 2100 мм.

      Среднее давление грунта под подошвой фундамента:

кПа.

      Расчетное сопротивление грунта основания:

кПа.

      Проверим условие:

 →  условие прочности  не выполняется, необходимо увеличить площадь подошвы фундамента.

      Для дальнейшего конструирования и расчета принимаем:

b = 1800 мм; l = 2100 мм.

 

2.7.4. Конструирование тела фундамента

 

      Определяем размеры подколонника:

l_п  ≥ h_col + 2·75 + 2·l_ст = 400 + 2·75 + 2·175 = 900 мм.

Принимаем  l_п = 900 мм, l_ст = 175 мм.

b_п  ≥ b_col + 2·75 + 2·b_ст = 400 + 2·75 + 2·175 = 900 мм.

Принимаем  b_п = 900 мм.

Проектируем плитную  часть:

l_выл =( l – l_п ) / 2 = (2400 – 900) / 2 = 750 мм;

b_выл =( b – b_п ) / 2 = (1800 – 900) / 2 = 450 мм.

Так как  l_выл = 750 мм и b_выл = 450 мм, поэтому плитная часть одноступенчатая по ширине и двухступенчатая по длинне, в плоскости рамы.

      Минимальное значение рабочей высоты плитной части определим по приближенной формуле:

 м,

где - коэффициент условий работы;

 кПа.

Минимальная высота плитной части:    м.

Принимаем высоту первой ступени плитной  части : h₁ = 0,3 м;

Глубина стакана  м. Принимаем м, при глубине анкеровки м.

Толщина дна стакана  м;

 Рабочая высота дна стакана м.

Рис. 2.7.1. Размеры фундамента

 

 

2.7.5. Расчет на продавливание и раскалывание

 

      Определим, к какому типу относится проектируемый фундамент (высокий или низкий). Для этого вычислим:

         a = [ l_n – (h_col + 2·50)] / 2 = [900 – (400 + 2·50)] / 2 = 200 мм;

         b = h_подк – ( l_an + 50) = 1200 – (750 + 50) = 400 мм.

a = 300 мм  >  b = 100 мм   -   фундаменты «высокие», поэтому расчет на продавливание фундамента по грани колонны не производим.

 

Для проверки принятой высоты первой ступени вычисляем прочность  по грани плоскости продавливания, параллельной меньшей стороне подошвы  фундамента.

Размер нижней стороны  грани плоскости продавливания:

 мм;

Средний размер этой грани:

 мм;

Вычислим площадь прямоугольника продавливания:

 мм²;

Расчетная продавливающая сила:

 м²; м³;

 кПа;

Н;

Проверяем условие:

Н< Н, где для тяжелого бетона.

Условие выполняется, то есть прочность на продавливание  по рассматриваемой грани и высота первой ступени достаточны.

2.7.6. Расчет прочности подколонника

 

2.7.6.1. Расчет по нормальному  сечению

 

П одколонник рассчитывается как внецентренно сжатый элемент, но с повышенной жесткостью:

         .

Прочность подколонника проверяем в сечении I - I в уровне торца колонны. Коробчатое сечение приводим к эквивалентному двутавровому:

         

Рис. 2.7.2.  К расчету подколонника по нормальным сечениям.

 

      Расчетные усилия:     кН;

               66,92 кН·м.

      Эксцентриситет:       м.

      Проверяем условие:  

кН < кН.

Так как условие выполняется, т.е. нейтральная ось проходит в  пределах полки, арматуру рассчитываем как для прямоугольного сечения шириной мм.

      Высота сжатой зоны:    м.

      Эксцентриситет           м.

Рабочая высота:           м.

      Площадь сечения арматуры:

         .

      Так как арматура по расчету не требуется, принимаем ее по конструктивным требованиям:

на каждую грань (4 грани) м².

Принимаем по сортаменту 4Ø12 А-II  с м².

 

2.7.6.1. Расчет по наклонному сечению

Изгибающий момент в сечении  I-I:

 66,92 кН·м.

 м.

      Если выполняется условие:

, то разрушение пройдет по сечению II-II.

      Изгибающий момент в сечении II-II:

 кН·м.

 

      Площадь сечения поперечной рабочей арматуры сварной сетки:    

            м².

 

Рис.2.7.3. К расчету подколонника по наклонному сечению.

 

По сортаменту принимаем 4Ø10 A-II c A_sw = 3,14 cм².

 

2.7.7. Расчет прочности плитной части

 

Ступень фундамента под действием реактивного давления грунта работает как консольная балка, заделанная в массиве фундамента. Расчет на прочность произведем для сечений, проходящих по грани подколонника и ступени.

      Площадь сечения арматуры определяем по формуле:         ,

A_sl – площадь сечения рабочей арматуры, параллельной стороне l;

A_sb – площадь сечения рабочей арматуры, параллельной стороне b;

M_yi – изгибающий момент в i-том сечении фундамента относительно оси y, проходящей через центр тяжести сечения и параллельной стороне b;

M_xi – изгибающий момент в i-том сечении фундамента относительно оси x, параллельной стороне l;

h_0i – рабочая высота плитной части фундамента в i-том сечении.

 

      При действии изгибающего момента в плоскости поперечной рамы:

 кН·м;

 кН·м.

мм.

      Так как размеры фундамента меньше 3 м, то в основании устанавливаем только одну сетку с шагом S = 200 мм в продольном и поперечном направлениях.

 м².

Принимаем по сортаменту 12Ø10 А-II c A_sl = 0,000942 м².

 м².

Принимаем по сортаменту арматуру 9Ø12 А-II  c A_sb = 0,00102 м².

 

 

Рис. 2.7.4. Армирование плитной части, сетка С1.