Основания и фундаменты под промышленное здание

Даны такие физико-механические характеристики грунтов и геологические условия строительной площадки, что можно рассмотреть два варианта фундаментов: фундаменты мелкого заложения, возводимые на естественном основании в открытом котловане монолитные под сборную железобетонную колонну одноэтажного промышленного здания; свайные фундаменты из сплошных призматических свай постоянного сечения с монолитным ростверком.

 

 

 

 

 

 

1. Определение глубины заложения фундамента

По результатам анализа  инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки выбираем II несущий слой – глина.

Определим нормативную  глубину промерзания грунта, м:

,

где  - нормативная глубина сезонного промерзания, м;

- величина, принимаемая равной  для супеси, м;

- коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе.

.

.

Определим расчетную  глубину заложения фундамента, м:

,

где =  0,6 - коэффициент учитывающий влияние теплового режима сооружения.      .

,

С учетом инженерно-геологических, гидрогеологических условий возможности морозного пучения и конструктивных требований назначаем глубину заложения фундамента 1,7 м.

Перед отрытием котлована  делаем водопонижение.

 

2. Определение расчетного сопротивления грунта

Определение в первом приближении расчетное сопротивление  грунта R, приняв меньший размер площади подошвы фундамента b равным 1.0 м или ширине обреза фундамента.

Величина расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента определяется по формуле, кПа:

,

где = 1,1, =1,1 – коэффициенты условий работы, кН/м³;

k = 1 – если прочностные характеристики грунта (φ и с) определены непосредственными испытаниями;

М_γ = 0,36, М_q = 2,43, М_с = 4,99 – коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения φ_II;

–  коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м – k _z =1;

b = 1,0 – ширина подошвы фундамента, м;

 – удельный вес грунта, залегающего под подошвой фундамента, кН/м³;

 – удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента, кН/м³;

С_II = 16 - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, м;

d_b =0 - глубина подвала, м;

= 1,7 м.

Для фундамента З-1: ;

 

,

где h₁ = 5,0 - толщина первого слоя, м;

h₂ = 2,5 - толщина второго слоя, м;

h₃ = 0,8 - толщина третьего слоя, м;

,

 кПа

Для фундамента Г-3:

,

где  h₁ = 5,2 - толщина первого слоя, м;

h₂ = 2,3- толщина второго слоя, м;

h₃ = 0,8 - толщина третьего слоя, м;

,

кПа

 

 

3. Определение фундамента

Под колонны цехов  промышленных зданий проектируется отдельно стоящие монолитные железобетонные фундаменты стаканного типа.

Для фундамента З-1:

Сумма вертикальных нагрузок в уровне обреза фундамента, кН:

,

 кН.

Площадь подошвы фундамента, м²:

,

где = (20 ¸ 23) – средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м³;

= (1,1 ¸ 1,2) – поправка на действие момента и поперечных сил.

м.

Уточним размеры фундамента с учетом требований стандартизации и унификации (размеры каждой из сторон подошвы фундамента, размеры и число ступеней плитной части фундамента).

,

где b – ширина фундамента, м;

l –длина фундамента, м.

,

где .

.

,

.

Исходя из конструктивных соображений и требований стандартизации и унификации принимаем: = 2,0 м,  =  2,4 м.

Уточняем расчетное  сопротивление грунта основания  в соответствии с принятыми размерами  подошвы фундамента, кПа:

 кПа. 

Определение фактических нагрузок с учетом веса фундамента и грунта на его уступах:

ΣN_II = ΣN_0II + N;

где ΣN_0II – сумма вертикальных нагрузок в уровне обреза фундамента, кН;

N – вес фундамента, и грунта м³ 

 

ΣN_II =541,8 + (111,6+67,27) = 720,67 кН.

Максимальное Р_max и минимальное Р_min давления под подошвой фундамента и грунта на его уступах определим по формулам, кН/м²:

,

,

,

где - суммарные моменты относительно центра подошвы фундаментов «О», кН×м;

,

 кН×м, ,

 кН×м,

,

Так как фундамент  находится под действием моментов относительно двух осей инерции, давления ограничиваются условиями

,

.

 кН/м²,

, условие выполняется.

 кН/м²,

.

Среднее Р_ср определим по формуле, кН/м²:

,

где

- промежуточные значения давлений под подошвой фундамента, кН/м².

,

.

,

,

,

.

Среднее давление по подошве фундамента удовлетворяет условию .

Для фундамента Г-3:

Сумма вертикальных нагрузок в уровне обреза фундамента, кН:

,

.

Площадь подошвы фундамента, м²:

,

где = (20 ¸ 23) – средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м³;

= (1,1 ¸ 1,2) – поправка на действие момента и поперечных сил.

 м².

Уточним размеры фундамента с учетом требований стандартизации и унификации (размеры каждой из сторон подошвы фундамента, размеры и число ступеней плитной части фундамента).

,

где  b – ширина фундамента, м;

l –длина фундамента, м.

,

где .

.

,

.

Исходя из конструктивных соображений и требований стандартизации и унификации принимаем: = 3,2м,  = 3,6м.

Уточняем расчетное  сопротивление грунта основания  в соответствии с принятыми размерами подошвы фундамента, кПа:

Определение фактических нагрузок с учетом веса фундамента и грунта на его уступах:

ΣN_II = ΣN_0II + N;

где ΣN_0II – сумма вертикальных нагрузок в уровне обреза фундамента, кН;

ΣN_II = 1260 + (212,4+177,41)= 1649,8 кН.

Максимальное Р_max и минимальное Р_min давления под подошвой фундамента и грунта на его уступах определим по формулам, кН/м²:

 

,

,

,

где - суммарные моменты относительно центра подошвы фундаментов «О», кН×м;

,

,

Так как фундамент  находится под действием моментов относительно двух осей инерции, давления ограничиваются условиями

,

.

,

, условие выполняется.

,

.

Среднее Р_ср определим по формуле, кН/м²:

,

,

.

Среднее давление по подошве  фундамента удовлетворяет условию .

 

4.  Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования

 

Для фундамента З-1.

При наличии слабого подстилающего  слоя необходимо обеспечить проверку условия:

,

где – дополнительное вертикальное напряжение на глубине z от подошвы фундамента, кПа;

– напряжение на глубине z от собственного веса грунта, кПа;

R_z - расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z, кПа.

 

Рисунок 4.5 - Расчетная схема проверки слабого подстилающего слоя грунта

Определим напряжение от собственного веса грунта на кровле слабого слоя

,

.

Определим дополнительные вертикальные напряжения на кровле слабого слоя, :

,

где α = 0,128 - коэффициент рассеивания напряжений в зависимости от формы фундамента, соотношения сторон и относительной глубины.

,

где - напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы проектируемого фундамента

,

Определим расчетное  сопротивление на кровле слабого слоя грунта по формуле

где М_γ = 0,36; M_q= 2,43; M_c= 4,99  - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения слабого грунта.

Ширину подошвы условного  фундамента b_z определим по формуле:

где l и b - соответственно длина и ширина подошвы проектируемого фундамента.

Условие проверки 106,07 кН/м² + 16,43 кН/м² <388,05 кН/м² соблюдается.

Размеры подошвы фундамента определены правильно.

Осадка фундамента определяется по формуле:

,

где β – безразмерный коэффициент равный 0,8;

σ_zpi – среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-м слое грунта, равное среднему арифметическому между напряжениями на кровле и подошве элементарного слоя грунта, кПа;

h_i – толщина i-го слоя грунта, м;

Е_oi – модуль общей деформации i-го слоя грунта, кПа;

 n – число элементарных слоев грунта.

Определим напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы  фундамента кН/м².

 

Определим напряжения от собственного веса грунта на границах слоев толщиной h_i

,

Определяем дополнительные вертикальные напряжения. Подсчет напряжений на границах элементарных слоев сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – Параметры для определения величины осадки фундамента З-1.

hi	z	ζ=2×z/b	η=l/b	α	σzp	σzg	0,2×σzg	σzpi	E0i
0	0	0	1,2	1	128,270	31,090	6,218	121,536
0,6	0,6	0,6	1,2	0,895	114,802	42,062	8,412	92,611	16
0,9	1,5	1,5	1,2	0,549	70,420	58,521	11,704	53,874	16
0,9	2,4	2,4	1,2	0,291	37,327	74,981	14,996	30,721	16
0,9	3,3	3,3	1,2	0,188	24,115	91,440	18,288	20,203	16
0,7	4	4,0	1,2	0,127	16,290	104,241	20,848		17