Основания и фундаменты

 

R_o = 350  кПа

                     

 

                        Заключение по строительной площадке

 

Площадка  в целом пригодная для строительства. В качестве естественного основания могут быть использованы слои: песок и глина.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Фундамент мелкого заложения

 

2.1Выбор глубины заложения фундамента

 

При этом следует учитывать следующие  факторы:

1. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки строительства
2. Климатические условия района строительства
3. Особенности возводимого и соседних сооружений
4. Способ производства работ
5. По отрывке котлованов и возведению фундаментов

 

 

1. Влияние климата.

 

d₁ = d_f

 

Расчетную глубину сезонного промерзания определяют по СНиП  2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика»

d_f  = k_{n ·} d_fn

 

Где d_fn  нормативная глубина промерзания (d_fn = 1,6) г. Ульяновск; k_n  коэффициент, учитывающий влияния теплового режима сооружения, принимаемый по таблице 12.1 СП 50.101.-2004 ;  k_n = 0,6 ( t=15^o)  

 

d_f  = 0.5 ·1.6 = 0,96 м.

d₁ = 0,96.

 

 

2. Инженерно-геологические особенности.

Используется таблица 12.2 СП 50.101.-2004. Глубина заложения фундамента в зависимости от глубины залегания грунтовых вод. Глубина заложения должна быть не менее d_f               

 

d₂ = 0,96м.

 

3) Конструктивные особенности.

Здание имеет подвал на отметке -3.0м. Фундамент выбираем на 0,5м ниже уровня подвала:

 

d₃ = 3,5м

 

Фундаменты здания закладываются  на одинаковой глубине, при этом глубина  заложения – это максимальный из трех параметров.

 

d_1; d_2; d₃

 

Глубина заложения 3,5м

 

 

 

2.2 Определение площади подошвы фундамента мелкого заложения

 

2.2.1 Предварительное назначение  площади подошвы фундамента

 

Размеры подошвы назначаются на основании  давления в основании расчетным  сопротивлением грунта основания, обеспечивая  тем самым выполнение требований второй группы предельных состояний. Предварительное  назначение площади подошвы фундамента произведем для фундамента № 1, который является внецентренно нагруженным.

Внецентренно нагруженным фундаментом называют фундамент, равнодействующая всех внешних нагрузок которого не проходит через центр тяжести площади подошвы.

Для фундамента № 1:

 = 1280 кН  

M_0II = 380 кН·м  

F_0II = 22 кН

       Назначение площади подошвы фундамента предварительно выполняется по формуле:

где - вертикальная нагрузка; R – расчетное сопротивление грунта ( нес. слоя); d –  глубина заложения фундамента; - средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах ( = 19 кН/м³ ); А – площадь подошвы фундамента.

 

= 39 м²;

 

 

Так как фундамент внецентренно нагруженный, то подошву принимаем прямоугольной с соотношение сторон b/l  = 0.6÷0.85.

Принимаем  b/l  = 0,6         b·l = 39     l = 8м 

                                                                                                  b = 4,8м

 

 

 

 

 

 

       

 

  2.2.2 Предварительное конструирование фундамента.

 

                         2.2.3 Проверочный расчет по давлению

Произведем проверку условий:

                                                     

 

где - максимальное и минимальное значение давления по краям фундамента, кПа;

R – расчетное сопротивление грунта, кПа.

 

где А – площадь подошвы фундамента м²;

- вертикальная расчетная нагрузка  на уровне подошвы фундамента  кН;

l – длина подошвы фундамента, м;

e – эксцентриситет приложения нагрузки;   

 

- вес фундамента, кН;

- вес грунта на уступах  фундамента, кН;

 

 

- объем фундамента, м³ ;

- удельный вес тяжелого бетона ( = 23÷25 кН/м³);

 

 

 

- объем условного фундамента  м³;

- удельный вес грунта  ( =18 кН/м³);

 

 

 

где ;

где - горизонтальная нагрузка на уровне верха фундамента кН; d- глубина заложения фундамента м; - момент, действующий на уровне верха фундамента; - расчетный момент на уровне подошвы фундамента.

 

      

 

 

где и	-	коэффициенты, условий работы, принимаемые  по табл. 5.2 СП;
k	-	коэффициент, принимаемый равным: k = 1, если прочностные характеристики грунта (j и с) определены непосредственными испытаниями, и k = 1,1,
	-	коэффициенты, принимаемые по табл. 5.3 СП;
	-	коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м - =1, при b ³ 10 м -вычисляется;
b	-	ширина подошвы фундамента, м;
	-	осредненное расчетное значение удельного  веса грунтов, залегающих ниже подошвы  фундамента (при наличии подземных  вод определяется с  учетом взвешивающего  действия воды), кН/м3 (тс/м3);
	-	то же, залегающих выше подошвы;
	-	расчетное значение удельного сцепления  грунта, залегающего непосредственно  под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);
d1	-	глубина заложения фундаментов  бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

 

(8)

 

где	-	толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
	-	толщина конструкции пола подвала, м;
	-	расчетное значение удельного веса конструкции  пола подвала, кН/м3 (тс/м3);
	-	глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B £ 20 м и глубиной свыше 2 м принимается = 2 м, при ширине подвала B > 20 м - = 0).

 

Подошва 8*4.8.

4 ступени:8*4,8;6*3,8;4*2,8;3*1,8

= = 14,02 кН/м

= =8,46 кН/м

φ=19

С==23,7 кПа

=0,47;   =2,89; =5,48 (по табл. 5.3 СП 50-101-2004); В=4,8; С=23.7; =0; d₁ =3,5

 

V_ф= (8*4,8*0,5)+(6*3,8*0,5)+(4*2,8*0,5)+(3*1,8*0,5)+(1,2*1,2*1,5) = 41,06м³

G_ф= 41,06*24= 985,44 кН/м³

V_об=(4,8*8)*3,5=134,4 м³

G_гр=(134,4-41,06)*18=1680,12 кН/м³

 

= 1280+985,44+1680.12= 3945,56 кН;

А = 39 м²;

101,16 кН;

= 380+22·3,5= 457 кН·м;

е=

Р_min= 92,81 кПа;

Р_max= 109,50 кПа;

R== 351.83 кПа 

 

109,50≤1,2*351.83    102,24≤422,19  на 74 %- условие не выполнено, необходимо уменьшить размер подошвы.

 

Подошва 2,5 *3 м

 

= = 14,02 кН/м

= =8,68 кН/м 

φ=22

С==18 кПа

 

=0,61;   =3,44; =6,04; В=2.5; С=18; =0; d₁ =3,5

 

G_ф= ((2.5*3*0.5)+(1.2*1.2*3))*24= 193.68  кН/м³

V_об=(2.5*3*3)=22.5 м³

G_гр=(22.5-4.32)*18=327.24  кН/м³

= 1280+193.68+327.24= 1800.92 кН;

А = 7.5 м²;

240,12 кН;

= 380+22·3,5= 457 кН·м;

е=

Р_min= 120,06 кПа;

Р_{max= 360.18} кПа;

R== 351.81кПа 

 

360.18≤1,2*351.81    360.18≤422.18  -на 15 %.условие не выполняется, необходимо уменьшить размеры фундамента.

 

Подошва 2.4*2,8

 

= = 14,02 кН/м

= =8,7 кН/м

φ=22

С==17.5 кПа

 

=0,61;   =3,44; =6,04; В=2.4; С=17.5 кПа; =0; d₁ =3,5

 

G_ф= ((2.4*2.8*0.5)+(1.2*1.2*3))*24= 184.32  кН/м³

V_об=(2.4*2.8*3)=20.16 м³

G_гр=(20.16-4.32)*18=285.12  кН/м³

 

= 1280+184,32+285.12= 1749.44 кН;

А = 6.72 м²;

260.3 кН;

= 380+22·3,5= 457 кН·м;

е=

Р_min= 115.27 кПа;

Р_max= 405.32 кПа;

R== 347.5 кПа 

 

405.32≤1,2*347.5    405.32≤417  -на 3 %. условие выполнено.

 

Принимаем окончательный размер фундамента 2.4*2.8 м

 

 

 

 

 

2.2.4 Определение осадки  фундамента методом послойного  суммирования.

 

Основное условие расчета S < S_u, где S_u  предельное допустимые значения осадки для данного типа здания=10 см. Определяется по «приложению Е» СП 50-101-2004.Условие ограничения расчета     

_{σzp=α*P  σzγ=α* σzg0   σzg0=γ^/*d  σzg= σzg0+γh}

_{P=260,3 кПа   l/B=1.16}

 

Точка 0.

 α=1

σ_zp0=1·260.3=260.3 кПа

σ_{zgo 0} =14,02·3.5=49,07 кПа 

σ_{zγ 0}=1·49,07=49,07 кПа 

 

Точка 1

ξ=   α=0,959

σ_zp1=0,959·260.3=249.62 кПа

σ_zg1 =49.07+(9.39*0,5)=53.76 кПа 

σ_{zγ 1}=0,959·49.07=47.05 кПа 

0.2 σ_zg1=  10.75 кПа

  _{условие не выполняется.}

 

Точка 2

ξ=   α=0,630

σ_zp2=0,630·260.3=163.98 кПа

σ_zg2 =53,76+(8,22*0,96)=61.65 кПа 

σ_{zγ 2}=0,630·49,07=30.91 кПа 

0.2 σ_zg2=  12,33 кПа

  _{условие не выполняется.}

 

Точка 3

ξ=   α=0,363

σ_zp3=0,363·260.3=94.48 кПа

σ_zg3 =61.65+(8.22*0,96)=69.54 кПа 

σ_{zγ 3}=0,363·49.07=17.81 кПа 

0.2 σ_zg3=  13.90 кПа

  _{условие не выполняется.}

 

Точка 4

ξ=   α=0,222

σ_zp4=0,222·260.3=57.78 кПа

σ_zg4 =69.54+(8,22*0,96)=77.43 кПа 

σ_{zγ 4}=0,222·49,07=10.89 кПа 

0.2 σ_zg4=  15.48 кПа

  _{условие не выполняется.}

 

 

Точка 5

ξ=   α=0,146

σ_zp5=0,146·260.3=38 кПа

σ_zg5 =77.43+(8,22*0,96)=85.32 кПа 

σ_{zγ 5}=0,146·49,07=7.16 кПа 

0.2 σ_zg5=  17.06 кПа

  _{условие не выполняется}

 

Точка 6

ξ=   α=0,114

σ_zp6=0,114·260.3=29.67 кПа

σ_zg6 =85.32+(8,22*0,66)=90.74 кПа 

σ_{zγ 6}=0,114·49,07=7.06 кПа 

0.2 σ_zg6=  18.14 кПа

  _{условие не выполняется}

 

 

Точка 7

ξ=   α=0,083

σ_zp7=0,083·260.3=21.60 кПа

σ_zg7 =90.74+(11.6*0,96)=101.87 кПа 

σ_zγ7=0,083·49,07=4,07 кПа 

0.2 σ_zg7=  20.37 кПа

  _{условие не выполняется}

 

Точка 8

ξ=   α=0,063

σ_zp8=0,063·260.3=16.39 кПа

σ_zg8 =101.87+(11,6*0,96)=113 кПа 

σ_zγ8=0,063·49,07=3,09 кПа 

0.2 σ_zg8=  22.61 кПа

16.39≤22.61

  _{условие выполняется.}

На этом расчет напряжений заканчивается  и начинается расчет осадки фундамента.

 

S=0.8*+

0.8*(0.00608+0.02148+0.01342+0.00790+0.00497+0.00235+0.00087+0.00067=0.04619 м=4.62 см

S < S_u = 10 см – условие выполнено, следовательно, выбранные размеры фундамента приняты правильно.  

                       

 

                    2.2.5 Проверка слабого подстилающего слоя.

Так как в толщу сжимаемого грунта входит грунт ,с маленьким значением модуля деформации, следовательно необходимо провести проверку слабого подстилающего слоя.

σ_z= (σ_zp- σ_zγ)+ σ_zg≤R_z

B_z=

a= м

A_z=

B_z=

 

=  14,02 кН/м

 

= 8.69 кН/м

 

φ=21.7

С==21.7 кПа

 

=0,59;   =3,38; =5.98; С=21.7; =0; d₁ =4; γ_с1=1,2 ; γ_с2=1,05

 

R== 388,40 кПа 

 

σ_z= (249.62- 47,05)+ 53,76=256.33

 

256.33≤R_z=388,40-условие выполнено, следовательно, выбранные размеры фундамента приняты правильно.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчет  и конструирование свайного фундамента

 

3.1 Определение вида свай

 

 

Свая марки С7-30  В15  4  Ø 12 А –I

Сопряжение с ростверком жесткое, т.е. свая заходит в ростверк на 0,3 метра.

Глубина заложения ростверка определяется также как и для фундаментов  мелкого заложения, и принимается  равной d = 3,5 м.

 

3.2 Определение расчетных характеристик свайного фундамента.

 

Материал  сваи железобетон 0,3х0,3м, армирование четырьмя стержнями диаметром 12 мм,

Класс бетона сваи В15, рабочей арматуры А-I.

Учитывая  инженерно геологические условия  строительной площадки, стоит запроектировать  свайный фундамент висячими сваями, которые будут опираться на суглинок.

 

                    3.3 Определение несущей способности сваи.

 

Несущая способность сваи определяется из условий  прочности материала сваи и грунта. При проверке прочности сваи по материалу  определяют непосредственно силу расчетного материала сваи. При проверке прочности  сваи по грунту определяют первоначальную несущую способность сваи, а затем используя коэффициент надежности находят силу расчетного сопротивления сваи по грунту. В последующих расчетах используют меньшее из двух значений.

 

3.3.1 Несущая способность сваи по материалу

 

Определение несущей способности  сваи по материалу производится по следующей формуле: F_dm=φ(R_b*A_b +R_cs*A_s)

R_b=8.5 МПА=8500 кПа

R_cs=225 МПа=225000 кПа

A=0,3*0,3=0,09 м²

А_s===4.52*10^-4 м²

А_b=A-A_s

А_b=0,09-4,52*10^-4=0,089 м²

F_dm=1*(8500*0,089+225000*4,52*10^-4)=858,2 кН

 

                 3.3.2 Несущая способность сваи по грунту

 

     По геологическим условиям выбираем висячие сваи, следовательно, несущая способность по грунту определяется по следующей формуле:

  где      где g_с – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый g_с=1,0;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.1 СП 50-102-2003;

А – площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, м²;