Основания и фундаменты

   Граница сжимаемой толщи определена на глубине z = H₀ =720 см.

Используя данные табл.2.2, вычисляем осадку основания фундамента:

S=0,8*∑ σ_zgi* h_i/E

Согласно прил.8 для производственных одноэтажных  зданий с полным железобетонным каркасом максимальная предельная осадка S_u =8 см. Расчетная, осадка S = 1,6 < S_u =8 см.

Условие расчета  основания фундамента по второй группе предельных состояний соблюдается.

Расчет элементов  фундамента по прочности.

Толщина стенки стакана определяется из условия:

d_g≥0,2l_c; d_g=0,2м

d_g≥150 мм; d_g=0,15м

С учетом модуля 300 мм l_uc = 1,8 м, b_uc = 1,2 м.

  Для третьего сочетания нагрузок:

∑N_{II 3}=562,9+540,4*1,1=1157,34 кН;

∑M_{II 3}=88,9+32,1*1,5+540,4*1,1*(0,51+01)=318,35 кНм;

P_II3=267,9 кПа

P_II3 max=1157,34/2,4*1,8+6*318,35/1,8*2,4²=452,09 кПа

Для четвертого сочетания нагрузок:

∑N_{II 4}=10192+540,4*1,1=1613,64 кН;

∑M_{II 4}= -591,6+(-73,8*1,5)+540,4*(0,5+0,1)/2=-521 кНм;

P_II4=373,5 кПа

P_II4 max=1613,4/1,8*2,4+6*521/1,8*2,4²=674,9 кПа

Берем максимальные значения давления.

Определение сечения  арматуры в плитной части фундамента (считаем для 4-го сочетания).

Предположим, что плитная часть фундамента состоит из одной ступени высотой h₁ = 0,3 м. Рабочая высота нижней ступени при защитном слое 35 мм и диаметре арматуры 20 мм по формуле:

H₀₁≥300-40-20/2=250 мм.

Определяем допускаемый вынос нижней ступени С

b-b₁ =b-b_uc=1,8-1,2=0,6>2h₀₁ = 2*0,250 = 0,5 м

Принимаем класс  бетона В 15.

[C_l]=k*h₀₁, где К=3

[C_l]=3*0,25=0,75

[C_b]=k*h₀₁, где К=2,2

[C_b]=2,2*,25=0,66

Так как условия выполняются, следовательно, достаточно 2-х ступеней.

Определяем  количество арматуры в подошве фундамента. Сначала определяем количество рабочей  арматуры вдоль длины подошвы  в плоскости действия момента  сразу на всю ширину подошвы. Вычисляем эксцентриситет по формуле:

              

 

Сечение 1 - 1:                                                                                             

вылет консоли С = (2,4-1,8)/2=0,3,  рабочая высота h₀₁ = 0,25 м; момент от реактивного давления грунта по формуле:

= 2*С₁ΣNi/3(l-2e_Ii)*[1-2 С₁/9(l-2 e₁2]

=2*1613,64*0,3²/3(2,4-2*0,45)* [1 - 2* 0,3/9(2,4 - 2* 0,45)] =205,6 кНм.

 Площадь  арматуры класса A-400 при R_s = 355000 кПа

 

      Сечение 2-2:                                                                         

  С₂=(2,4-1)/2=0,7м; 

 кНм;

Из двух значений A_sl, выбираем наибольшее A_sl - 31 см².

Сечение1'-1'  (относительно стороны b) ;

 вылет консоли  С₁ = 0,6 м, рабочая высота h₀₁'= 0,45 м;

;

;

Сечение 2' -2';

;

;

 вылет консоли  С₁ = 0,95 м, рабочая высота h'_o = 1,441 м,

Из двух значений A_sb выбираем наибольшее A_sb =13см².

N_l=b/0,2=1,8/0,2=9 шт.

N_b=l/0,2=2.4/0,2=12 шт.

Расчетный диаметр  одного стержня

; принимаем диаметр d_b = 20 мм.

; Принимаем диаметр d_b = 12 мм.

. Схема армирования подошвы представлена на рис.1.

3. Проектирование ленточных фундаментов

Требуется запроектировать  сборный сплошной ленточный фундамент  под наружную продольную стену АБК. Здание имеет 9 этажей. Стены кирпичные толщиной 0,51м. Удельный вес кирпичной кладки 18кН/м³.  Расстояние между продольными стенами в осях 6м, в свету 5,6м Междуэтажные перекрытия из сборных железобетонных плит с полами из линолеума q₁=3 кПа. Покрытие – сборная ребристая железобетонная плита, пароизоляция, утеплитель, 3-х слойный гидроизоляционный ковер q₂=5 кПа. Кровля плоская α=0.

Высота Н  определяется по формуле Н=n*3+1,2, где n-количество этажей (n=9)

Н=9*3+1,2=28,2м.

Коэффициент проемности γ=0,85.

Конструктивная  схема здания – гибкая.

Сбор нагрузок.

Грузовая площадь A=l₀*1м.п./2=5,6/2=2,8 м.п.

Нагрузка от кирпичной кладки N₁=H*b*γ*m*γ_f

N₁=28,2*0,51*18*0,85*1=220,4 кН/м

 Нагрузка  от перекрытий N₂=А*q₁ *γ_f*n

N₂=2.8*3*1*9=75,6 кН/м

Нагрузка от покрытия  N₃=А*q₂ *γ_f

N₃=2,8*5*1=14 кН/м

Временная длительная нагрузка от перегородок N₄=А*q₃ *n

N₄=2,8*0,5*9=12,6 кН/м

Полезная нагрузка N₅=А*q₄ *n

N₅=2,8*0,7*9*9=16,64 кН/м

Равномерная распределенная снеговая нагрузка q₅=S_g*μ

q₅=1,8*1=1,8 кПа

Снеговая нагрузка N₆= q_5*А

N₆= 1,8*2,8=5,04 кН/м

N_II=∑N_I=343,16 кН/м

Выбор глубины  заложения  фундамента.

b₀= N_II/(R₀-γ_mt*d)

b₀= 343,16/(230-20*1,35)=1,69 м. Принимаем ширину фундамента равную 2м (b=2м).

По формуле R= (γ_с1* γ_с2/K)*[ М_γ*K_z*b*γ_II+ М_q*d* γ_II’+ М_с*C_II) вычислим уточненное расчетное сопротивление грунта.

 Коэффициент К =1, так как прочностные характеристики определены инженерно-геологическими изысканиями: при 22° согласно прил.7.

K_z=1,0; C_II=19 кПа

Коэффициенты γ_с1=1,25 и  γ_с2=1,0 согласно прил.25

  М_γ.= 0,72, М_q =3,87, М_с =6,45.

R= (1,25*1,0/1)*[ 0,72*1*2*18+ 3,87*1,35*17,2 + 6,45*19)= 298,1

B=343,16/(298,1-20*1,35)=1,26м. Принимаем ширину фундамента равной 1,4м.

Определяем  вертикальные нагрузки в уровне подошвы  фундамента. Стену подвала назначаем из фундаментных стеновых блоков сплошных из тяжелого бетона шириной b'= 0,5 м марки ФБС 24.5.6 – Т.  Вес стены подвала:

G₁=b’*(0,6*2)*γ_b

G₁=14,4кН/м²

Вес фундаментной плиты по формуле 

G₂= G_р/l_p=2,4*10/2,98=8,05 кПа

Вес грунта на левом  уступе фундаментной плиты находим  по формуле

 G₃=(b-b’)(d-0,3)γ_II^”=(1,4-0,5)(1,35-0,3)=15,44 кПа

Усилия от временной нагрузки на внешней стороне фундамента определим по

формуле

G₄= (b-b’)/2*q=(1-0,5)/2*10=0,45*10=4,5кПа

Сумма вертикальных нагрузок в уровне подошвы фундамента:

∑N=N_I+∑G_i

∑N=385,6

Условие выполняется:

P=∑N/b≤R

P=385,6/1,4=275,4≤298,1

4. Проектирование свайных фундаментов.

4.1.  Фундамент из забивных железобетонных цельных свай квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой по ГОСТ 19804.1-79*. Размеры поперечного сечения сваи принимаем 30 х 30 см.

Высоту ростверка  так же, как и фундамента мелкого  заложения из конструктивных соображения, назначаем 1,5 м. Так как на ростверк действуют горизонтальные силы и моменты, предусматриваем  жесткое сопряжение ростверка со сваями путем заделки свай в ростверк на 50 см. Из них 40 см составляют выпуски арматуры, а 10 см непосредственная заделка.

Отметку острия сваи назначаем в зависимости  от грунтовых условий строительной площадки. В качестве несущего пласта выбираем глину твердую, кровля которых  находится на глубине 4,0 м. Сваи заглубляем в этот  слой на 1,0 м, тогда отметка нижнего конца сваи будет - 5.

Длину сваи определяем как разность между отметками  головы и нижнего конца:

L= 5-1 = 4м. По ГОСТ 19804.1-79* (прил.18) марка сваи С 50.30. Если вычисленная длина сваи не совпадет с размерами, указанными в ГОСТе, то увеличивают заглубление в несущий слой так, чтобы длина сваи L получалась стандартной.  

Так как свая опирается на сжимаемые грунты, то она относится к висячим.

4.2. Несущую способность забивной висячей сваи F_d определяем по формуле

В этой формуле:

, при погружении сплошной сваи дизель-молотом (см. прил.21);

А = 0,3 х 0,3 = 0,09 м²;

u= 4 х 0,3=1,2 м;

R = 8800 кПа (см. прил.19).

Для определения f, грунт на боковой поверхности сваи разделяем на однородные слои толщиной не более 2 м. Находим среднюю глубину расположения слоя грунта (расстояние от середины слоя до уровня природного рельефа z_i  ). По прил.20 в зависимости от показателя текучести суглинка (J_L = 0, J_L = 0) определяем по интерполяции значения расчетных сопротивлений грунта на боковой поверхности:

h₁  =2,0м; z₁ =2,5 м;   суглинок J_L = 0; f₁ = 45 кПа;

h₂  = 0,5 м; z₂ = 3,75 м;            суглинок J_L = 0; f₂ = 52,5 кПа;

h₃  =1,0 м;  z₃= 4,25 м;    глина J_L = 0; f₃ = 53,75 кПа;

Подставляя найденные значения в формулу, получим:

F_d=1[1*8800*0,09 + 1*1,2 (2* 45 + 0,5*52,5 + 1*53,75)] =996,1 кН

4.3. Определяем  нагрузку, допускаемую на сваю, по  формуле 

Р=996,1/1,4=711,5 кПа

=1019,2 + 540,4 = 1559,6 кH.

Количество свай вычисляем по формуле

n= (1559,6+155,9)/711,5=2,4

Принимаем 4 свай. Располагаем их в два ряда, а  расстояние между осями свай назначаем  минимальным - 3b_p = 3* 0,3 = 0,9 м.

Определим нагрузку в подошве ростверка в обоих  сочетаниях для расчета по первой группе предельных состояний. Вертикальная нагрузка N_d складывается из веса стены, ростверка и вертикальной силы от колонны, а момент M_VI - из момента от веса стены, момента от колонны и момента от горизонтальной силы Q_I ,приложенной в обрезе ростверка.

Уточненный  вес ростверка по формуле 

G_I = 1*1,8 *1,2* 1,5** 20 = 71,28 кН.

Нагрузки для 3-го сочетания согласно формуле 

N_dI3=562,9+540,4+71,28=1174,58 кН

|M_YI3|=88,9+32,1*1,5+540,4*(0,51+1)/2=545,05 кНм

N_fI3=1174.58/4±545,05/1,44=293,6±378,5 кН

N_fI3max=672,1 кН; N_fI3min=-84.9 кН;

Нагрузки для 4-го сочетания

N_dI3=1019,2+540,4+71,28=1630,9 кН

|M_YI3|=-591,6+32,1*1,5+540,4*(0,51+1)/2=-294,3 кНм

N_fI3=1630,9/4±(-294,3)/1,44=407,7±204,4кН

N_fI3max=612,1 кН; N_fI3min=-203,3 кН;

 Недогруз сваи по формуле

∆=(672,1-711,5)/672,1*100%=-5,86 %

  Таким образом, выбранное количество свай удовлетворяет расчетам по несущей способности грунта основания. Используя ранее найденные размеры и соблюдая конструктивные требования, вычерчиваем схему запроектированного свайного куста.                     

 

4.4. Для расчета осадки основания запроектированного свайного фундамента по формуле определяем осредненное значение угла внутреннего трения

φ_IImt=(20*3,5+1*24)/4,5=21⁰; φ_IImt/4=5,2; tg5,2=0,091

Размеры подошвы  условного фундамента складываются из расстояния между осями крайних  свай, стороны сечения сваи и 2а₁ , где a₁ - расстояние от внешней грани сваи до границы условного фундамента . В направлении оси у (ширина подошвы условного фундамента b_у )

b_у =0,9+ 0,3+ 2*0,405= 2,01 м;

в направлении  оси х (длина подошвы условного  фундамента l_y )

l_y =1,2 + 0,3 + 2*0,405 = 2,31м.

Глубина заложения  условного фундамента d_y =10,0 м.

 Вес условного  фундамента

G_IIV=b_r l_r d_rγ_a1γ_n=2.31*2.01*10.0*20=928.62кН

Суммарная вертикальная нагрузка в подошве условного  фундамента

N_II=max(N_{II 1}, N_{II 2})+ G_IIV+G_IIγ =518.4+896,7+681,6=2096,7кН

Среднее давление в подошве фундамента

P_IIy=2096,7/2,01*2,31=421,54

Расчетное сопротивление  грунта в подошве условного фундамента:

R =

(0,72*1.0*2.01*17,2+3,87*10.0*17,2 + 6,45*19)= 1011,5 кПа.

Условие P_{II y}= 421,54 < R = 1011,5 кПа выполняется.

Переходим к  расчету осадки основания свайного фундамента. Основание ниже подошвы  условного фундамента разбиваем  на слои толщиной h_y = 0.2 b_У = 0,5м. На границе каждого слоя определяем напряжения от собственного веса грунта

Коэффициент α  принимаем по прил.9 в зависимости  от относительной глубины  и соотношения сторон подошвы условного фундамента здесь z - расстояние от подошвы условного фундамента до границы рассматриваемого слоя).

Промежуточные вычисления производим в табличной форме (табл. 4).

 

 

Таблица 4. К  расчету осадки основания свайного фундамента

№ п/п	z, м	σzg   кПа	by	α	σzp кПа	σzpi кПа	h, м	E, кПа
1	0,0	172	0,0	1,000	249	241,5	0,7	17600
2	0,7	184,04	0,7	0,84	234	229,5	0,7
3	1,4	196,08	1,4	0,549	225	224	0,7
4	2,1	208,12	2,1	0,336	213	208	0,7
5	2,8	220,16	2,8	0,201	200	194	0,7
6	3,5	232,2	3,5	0,138	189 176
7	4,2	244,24	4,2	0,098		Нижняя граница сжимаемой толщи
8	4,9	256,26	4,9	0,072