Основания и фундаменты под промышленное здание

Граница сжимаемой толщины CD определяется исходя из условия:

 если Е ≥ 5 МПа.

 если Е < 5 МПа.

Для Е = 17 МПа нижнюю границу сжимаемой толщи примем по условию это условие соблюдается на глубине: z = 4,0 м.

Определим осадку S по формуле:

 

где 8 см – предельно допустимое значение осадки, установленное нормами проектирования.

 

Рисунок 4.6 - Расчетная схема определения осадок методом послойного суммирования фундамента З-1

Рассчитываем осадки фундамента Г-3 и другие деформации фундамента и сопоставим их с допустимыми по нормам деформациями.

Для фундамента Г-3.

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 4.2.

Таблица 4.2 – Параметры для определения величины осадки фундамента Г-5

hi	z	ζ=2×z/b	η=l/b	α	σzp	σzg	0,2×σzg	σzpi	E0i
0	0	0	1,1	1	128,27	31,09	6,22	125,90
0,6	0,6	0,4	1,1	0,963	123,53	42,06	8,41	111,73	16
0,9	1,5	0,9	1,1	0,779	99,93	58,51	11,70	83,83	16
0,9	2,4	1,5	1,1	0,528	67,73	74,97	14,99	56,50	16
0,9	3,3	2,1	1,1	0,353	45,28	91,43	18,29	40,21	16
0,5	3,8	2,4	1,1	0,274	35,15	100,57	20,11	32,00	17
0,9	4,7	2,9	1,1	0,225	28,86	117,03	23,41	24,69	17
0,9	5,6	3,5	1,1	0,160	20,52	133,48	26,70		17

Граница сжимаемой толщины АВ определяется исходя из условия:

 если Е ≥ 5 МПа.

 если Е < 5 МПа.

Для Е = 17 МПа нижнюю границу сжимаемой толщины примем по условию  это условие соблюдается на глубине: z = 5,6 м.

Определим осадку S по формуле:

 

 где 8 см – предельно допустимое значение осадки, установленное нормами проектирования.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.7 - Расчетная схема определения осадок методом послойного суммирования фундамента Г-3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Выбор глубины заложения ростверка

 

Глубину заложения подошвы  свайного ростверка следует назначать  в зависимости от конструктивных решений подземной части здания или сооружения (наличие подвала, технического подполья) и проекта планировки территории (срезкой или подсыпкой), а также от высоты ростверка, определяемой расчетом.

Так как верхние слои основания являются пучинистыми, глубину  заложения ростверков назначают  с учетом расчетного сезонного промерзания грунтов. Поэтому глубина заложения ростверка должна быть не менее 2м. Исходя из конструктивных соображений глубина заложения ростверка должна быть на 40 см больше глубины стакана.

Принимаем глубину заложения 2.0 м.

 

Сопряжение свай с  ростверком при действии на фундаменты изгибающих моментов должно быть жестким, а при действии только центральной нагрузки– свободным (шарнирным).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок  5.1 - Схема к определению несущей способности сваи (фундамент З-1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2  Выбор  глубины погружения сваи, их длины и сечения

 

За расчетную длину  сваи принимаем расстояние от подошвы  ростверка до низа сваи (без учета  длины острия). L_св= а+ L_сл + (0,5…1,0)

где - расчетная длина сваи,  м;  

- глубина заделки сваи в ростверк, м;

 - общая мощность слабых слоев грунта, прорезаемых свай, м.

По номенклатуре железобетонных свай принимаем стандартную сваю, удовлетворяющую расчетной длине L_св.

Для фундамента № З-1: L_св= 7500+ 300 + 500 = 8300 мм, принимаем длину сваи равной 8 м.

Для фундамента № Г-3: L_св= 7500 + 300 + 500 = 8300 мм, принимаем длину сваи равной 8 м.

Выбираем сплошные сваи с размерами поперечного сечения 30х30 см.

 

 

5.3  Определение  несущей способности сваи по  грунту

 

Несущую способность F_d висячей сваи погружаемой без выемки грунта работает на сжимающую нагрузку, определяемую по формуле:

,

где γ_C  = 1 - коэффициент условий работы  сваи в грунте;

 γ_CR, γ_Cf, - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетной сопротивление грунта и принимаемые по приложению I;

 R – расчетное сопротивление грунта под нижним кон- 
сом сваи, принимаемое по приложению 2 в зависимости от глубины погружения и вида грунта под нижним концом сваи;

А - площадь опирания на грунт сваи,  м,  принимаемая по площади поперечного сечения брутто

 – наружный периметр поперечного сечения сваи,   м;

 f_i – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по приложению 3 в зависимости от средней глубины расположения слоя грунта;

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

Для определения  значений расчетного сопротивления грунта 
на боковой поверхности сваи f_i поступают следующим образом:

• все слои грунта H_i, которые прорезает свая, начиная от подошвы ростверка, расчленяют на элементарные слои h_i толщиной не более 2 м (h_i ≤ 2 м),
• определяют расстояние до середины каждого элементарного слоя h_i;
• для каждого значения по приложению 3 находят значения расчетных сопротивлений f_i.

 

При промежуточных  значениях  для определения f_i применяют интерполяцию.

Фундамент № З-1

h ₁ =1,0 м             z ₁ = 5,5 м        f ₁ = 17,5

h ₂ =1,0 м            z ₂ = 6,00 м       f ₂ = 18,0

h ₃ =1,0 м            z ₃ = 6,5 м       f ₃ = 18,25

h ₄ =1,25 м         z ₄ = 7,1 м      f ₄ = 18,55

h ₅ =1,25 м        z ₅ = 7,8 м         f ₅ = 18,75

h 6 =0,8 м             z 6 = 8,2 м         f 6 = 19,0

 

                           

Рисунок  5.2 - Схема к определению несущей способности сваи (фундамент З-1)

 

Глубина погружения сваи 2,0+8,0-0,3 = 9,7 м

R = 541,8  

Определяем несущую  способность F_d  забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающих на выдергивающую нагрузку:

 γ_с =1;    γ_сr =1;    γ_сf  =1    

А_с = 0,3 х 0,3 = 0,09 м²

U = 0.3+0.3+0.3+0.3 = 1.2 м.

F_d=1х1х541,8х0,09+1х1,2х(1х17,5+1,0х18,0+1,0х18,25+1,25х18,55+1,25х18,75+0,8х19,0)

 

F_d = 197,35  

Допускаемая расчетная нагрузка на сваю F определяем по формуле:

F = F_d / γ_k,   γ_k – коэффициент надежности, принимаемый равный 1,4 .

F = 197,35 / 1.4 = 140,97

Фундамент Г-3

h ₁ =1,1 м            z ₁ = 5,8 м     f ₁ = 17,75

h ₂ =1,1 м           z ₂ = 6,3 м      f ₂ = 18,15

h ₃ =1,0 м           z ₃ = 6,8 м      f ₃ = 18,45

h ₄ =1,15 м          z ₄ = 7,4 м     f ₄ = 18,70

h ₅ =1,15 м        z ₅ = 8,0 м      f ₅ = 19,0

h 6 =0,8 м             z 6 = 8,4 м      f 6 = 19,0

 

                    

Рисунок  5.3 - Схема к определению несущей способности сваи (Г-3)

 

Глубина погружения сваи 2,0+8,0-0,3 = 9,7 м

R = 541,8   

Определяем несущую  способность F_d  забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающих на выдергивающую нагрузку:

γ_с =1;    γ_сr =1;    γ_сf  =1    

А_с = 0,3 х 0,3 = 0,09 м²

U = 0.3+0.3+0.3+0.3 = 1.2 м.

F_d=1х1х541,8х0,09+1х1,2х(1,1х17,75+1,1х18,15+1,0х18,45+1,15х18,70+1,15x19,0+0,8 х19,0)

 F_d = 198,31  

Допускаемая расчетная  нагрузка на сваю F определяем по формуле:

F = F_d / γ_k,   γ_k – коэффициент надежности, принимаемый равный 1,4 .

F = 198,31 / 1.4 = 141,65

 

5.4  Определение  количества свай и размещение  их в плане

 

Так как вес ростверка и грунта на его уступах, невозможно определить, пока неизвестны размеры ростверка, для предварительного определения количества свай  можно принять, что вес ростверка и грунта на его уступах составляет 15 % от заданной вертикальной нагрузки на фундамент. Таким обратим, необходимое количество свай определяется по формуле

.

где - расчетная вертикальная нагрузка в уровне обреза фундамента, кН;

F - расчетная допускаемая нагрузка на сваю, кН.

  Определяем  количество  свай для фундамента № З-1:

n = (1.15* 450) / 140,97 = 3,7 шт.

принимаем количество свай для фундамента № З-1 равное 4 шт.

 

Для фундамента № Г-3:

n = (1.15* 541,8) / 141,65 =4,4 шт.

Принимаем количество свай для фундамента № Г-3 равное 5 шт.

Размещая  сваи в плане, учитываю, что расстояние между осями забивных висячих свай без уширения в плоскости их нижних концов должно быть но  менее 3d (где d - сторона квадратного ил большая сторона прямоугольного поперечного сечения сваи).

 При внецентренно  нагруженных свайных фундаментах принимаю прямоугольные ростверки, вытянутые в плоскости действия изгибающего монета,  а сваи располагаю таким образом, чтобы момент сопротивления свайного поля в плоскости действия изгибающего момента был максимальным.

Размеры подошвы ростверка в плане (длину и ширину ) определяем из условий размещения свай. Расстояние от края плиты ростверка до наружной грани крайней сваи (свес ростверка) принимают равным 10 см.

Таким образом, длину и ширину подошвы ростверка можно определить по формуле

,

 

Рис. 5.4 - Схема размещения свай для определения размеров ростверка

 

 

где a – расстояние между осями свай в ряду вдоль искомой стороны; n - число рядов свай поперек искомой стороны; d - размер поперечного сечения свай; c – свес ростверка.

 

 

Определяем размеры  ростверка в плане для фундамента З-1:

Вр = (3*0,3)*(2-1)+0,3+2*0,1 = 1,7  , принимаем   Вр = 1,8

Lр = (3*0,3)*(2-1)+0,3+2*0,1 = 1,7  , принимаем   Lр =1,8     

 

 

 

Определяем размеры ростверка в плане для фундамента Г-3:

Вр = (0,3*3)*(3-1)+0,3+2*0,1 = 2,3, принимаем   Вр = 2,4

Lр = (0,3*4)*(3-1)+0,3+2*0,1 = 2,3, принимаем Lр = 2,4

 

Вес ростверка и грунта на его уступах определяем приблизительно по формуле

  ,

где = 20 средний вес грунта вдоль боковой поверхности ростверка и материала ростверка, кН/м³; А – площадь подошвы ростверка, м²; - глубина заложения ростверка от уровня планировки.

Для фундамента № З-1:

G рост + G гр = 20 * 1,8* 1,8 *2,0= 129,6

Для фундамента № Г-3:

G рост + G гр = 20 * 2,4* 2,4 *2,0 = 230,4

 

 

 

 

 

5.5 Проверка расчетной  нагрузки, передаваемой на сваю  и уточнение

количества  свай

Для внецентренно нагруженного свайного фундамента З-1 проверку фактической расчетной нагрузки на сваю осуществляем исходя из условия