Проектирование оснований и фундаментов гражданских зданий

 

 

4. Расчет и конструирование фундаментов

  4.1. Определение глубины заложения подошвы фундамента.

   Определяем глубину  заложения подошвы фундамента 6-этажного крупнопанельного дома. Здание строится в г.Томск.

   Принимая во внимание наличие технического подполья под всем зданием, равномерное загружение всех фундаментов нагрузкой от здания, отсутствие примыкающих зданий, спокойного характера напластований отдельных видов грунтов, отсутствие уровней грунтовых вод и верховодки, необходимо учесть  глубину сезонного промерзания грунтов.

Расчетная глубина промерзания (3, п.п.2.27 и 2.28):

                                         df =kh ·df n                                                         [4.1]

где kh =0,7 - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения для здания с температурой в техническом подполье 5оС.

 df n - нормативная глубина промерзания:

df n =d0·                          [4.2]

где - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в районе строительства г. Томск .

  55оС (8, табл.1)

  - величина для суглинков равная 0,28м

df =0,7·0,28·

=1,005 м

    Анализ инженерно-геологических  условий площадки строительства  и конструктивных решений здания позволяет сделать вывод, что принятая глубина заложения фундаментов достаточна.

4.2.Определение размеров подошвы фундамента.

Ширина подошвы ленточного фундамента:

 

[4.3]

 

Площадь подошвы столбчатого фундамента:

                         [4.4]

Где n0II и N0II – соответственно расчетные усилия по 2-му предельному состоянию на 1 п.м. ленточного или сосредоточенное на столбчатый фундаменты, приложенные к их верхнему обрезу (при коэффициенте надежности по нагрузке **f =1), кН;

       R – расчетное сопротивление грунта основания; подставляется R0 для предварительного определения размеров фундаментов, кПа;

      **mg =20 кН\м3– средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах;

      d – глубина заложения фундамента от уровня планировки, м.

Сечение 1-1

Предварительно ширина подошвы фундамента:

м

Уточнение значения R0 с учетом конструктивных особенностей фундамента (b=1,28 м, d=2,75м):

   [4.5]

Где - коэффициенты условий работы (17, табл.П3.3.),

             KZ=1, при b<10м

             К=1 – прочностные характеристики  грунта (φII и СII) определены непосредственным испытанием

             М** =0,98; Мg =4,93; Мс =7,4- для φII=280 (17, п.3.2)

               **II =18 кН\м3   и =17 кН\м3  - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента.

             СII =0 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;

             d1 – приведенная глубина заложения фундамента от пола подвала:

                  [4.6]

Где   =0,55м - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала,

  - толщина конструкции пола

- расчетное значение  удельного веса конструкции пола  подвала

db =2,05 м – глубина подвала

Уточняется ширина подошвы фундамента:

% т.к. разность двух значений «b» превышает 10%, то уточнение необходимо продолжить .

Расчетное сопротивление грунта основания при b=1,13 и d=2,75

Тогда 

Т.к разница последних двух значений b меньше 10% , дальнейшее уточнение не делается.

Сечение 2-2

Предварительно ширина подошвы фундамента:

м

Уточнение значения R0 с учетом конструктивных особенностей фундамента (b=1,01 м, d=2,75м):

Уточняется ширина подошвы фундамента:

 % т.к. разность двух значений «b» не превышает 10%, то расчет завершен.

Сечение 3-3

Предварительно ширина подошвы фундамента:

Уточнение значения R0 с учетом конструктивных особенностей фундамента (b=0,77 м, d=2,75м):

Уточняется ширина подошвы фундамента:

м

% т.к. разность двух значений «b» не превышает 10%, то расчет завершен.

Сечение 4-4

Предварительно ширина подошвы фундамента:

Уточнение значения R0 с учетом конструктивных особенностей фундамента (b=1,11 м, d=2,75м):

   [4.5]

Уточняется ширина подошвы фундамента:

% т.к. разность двух значений «b» не превышает 10%, то расчет завершен.

Сечение 1-1:

Сечение 2-2:

Сечение 3-3:

Сечение 4-4:

 

4.3. Конструирование  фундамента

Подбор сборных стеновых и фундаментных блоков производится по ГОСТ (19,прил.4).

Сечение 1-1:  ФЛ 12,24 - В=1200мм; скос по: Х=300мм  У=200мм; L=2380мм;  m=1,8 т;  ФБС 24.4.6-Т: l=2380мм; h=580мм; b=400мм; m=1,3 т

     Сечение 2-2:  ФЛ 10.24 - В=1000мм; скос по: Х=200мм  У=200мм; L=2380мм; m=1,5 т; ФБС 24.6.6-Т: l=2380мм; h=580мм; b=600мм; m=1,96т

      Сечение 3-3: ФЛ 8.24 - В=800мм; Н=300мм; L=2380мм                                                                              ФБС 24.6.6-Т:  l =2380мм h=580мм; b=600мм;  m=1,96т                                            Сечение 4-4: ФЛ 10.24 - В=1000мм; L=2380мм; скос по: Х=200мм У=200мм;                                                                                                                     

m=1,5т; ФБС 24.6.6-Т: =2380мм;  h=580мм;  b=600мм;  m=1,96т                     

                                                                          

сечение 1-1:

Проверка давления на грунт под подошвой фундамента:

  [4.7]

Где Р11 – давление под подошвой фундамента, кПа;

        Gf 11 – собственный вес фундамента длиной 1 п.м., определяемый как произведение удельного веса материала фундамента (ж/б – 24 кН/м3) и объема материала фундамента (1,22 м3)   24х1,22=29,28 кН

       Gg 11 – вес грунта на уступах фундамента, определяемый как произведение удельного веса грунта (17,1 кН/м3) и объема грунта (0,86 м3)  17,1х 0,86=14,7 кН;

       А –  площадь 1 п.м. подошвы фундамента.

 кПа

Следовательно, принятая ширина подошвы фундамента достаточна.

Сечение 2-2:

Gf 11 = 24х1,7=40,8 кН

Gg 11=17,1х0,44=7,52 кН;

 кПа

Следовательно, принятая ширина подошвы фундамента достаточна.

 

Сечение 3-3:

Gf 11 = 24х1,68=40,32 кН

Gg 11=17,1х0,2=3,42 кН;

Следовательно, принятая ширина подошвы фундамента достаточна.

 

Сечение 4-4:

Gf 11=24х1,7=40,8 кН

Gg 11=17,1х 0,44=7,52 кН;

Следовательно, принятая ширина подошвы фундамента достаточна

 

5. Расчет осадки  основания.

    Определяем осадку  основания 6-ти этажного кирпичного здания (ширина подошвы фундамента b=1,2 м глубина заложения фундамента d=2,3 м, среднее давление на грунт под подошвой фундамента Р11=299,32 кПа).

1. Строим эпюру вертикальных  напряжений от собственного грунта  – эп.σzg.

На глубине от подошвы фундамента σzg:

σzg=**II·dn+Σ**II,i·hi

В уровне подошвы фундамента:

σzg.0=**II·dn=17,1·2,3=39,33 кПа

На границах выделенных слоев грунта:

σzg.1=**II,1·h1=17,1·3,16=54,03 кПа

σzg.2=**II,1·h1+ **II,2·h2=17,1·3,16+17·1,33=76,64 кПа

2. Определяем дополнительное  давление на уровне подошвы  фундамента:

σzр.0=Р0= Р11- σzg.0=299,32-39,33=259,99 кПа

3. Строим эпюру дополнительного  вертикального напряжения от  сооружения – эп. σzр; при этом дополнительное вертикальное напряжение на глубине Z от подошвы фундамента определяем по формуле: σzр=α·Р0,

где α – коэффициент, принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента и относительной глубины Z=2z\b.

4. Строим эпюру 0,2σzg.

5. Определяем глубину  сжимаемой толщи; нижняя ее граница  на глубине z=Нс, где выполняется условие

σzр=0,2σzg (точка пересечения эпюры σzр и эпюры 0,2σzg)

Согласно расчетной схеме рис.5.1. Нс=704 см.

6. Определяется осадка  основания, складывающаяся из осадок  слоев грунта, входящих в сжимаемую  толщу:

                                                [5.1]

где - осадка элементарного слоя

n – количество элементарных слоёв, входящих в сжимаемую зону

                                                                            [5.2]

где  - безразмерный коэффициент, =0,8

- толщина элементарного  слоя, м;

- напряжение в середине  элементарного слоя, м

Е – модуль деформации элементарного слоя

Основное условие проверки на деформацию:

где  - предельно допустимая деформация (3, прил.4)

 

 

 

 

S=0,34 см<Su=10 см

Вывод: Осадка допустима.

 

 

 

 

 

6. Расчет и конструирование  свайного фундамента.

6.1. Определение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю.

Определяем расчетную нагрузку, допускаемую на призматическую железобетонную сваю сечением 0,30х0,30м.

Длина сваи подбирается из условия погружения нижнего конца сваи на 1м, определится отметка нижних концов свай «-6,6» и длина свай 3,19 м.

Несущая способность забивной сваи:

          [6.1.]

где **с =1– коэффициент условий работы сваи в грунте (4);

     R=7550 кПа – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (4, табл.1);

A – площадь опирания на грунт сваи, м2

u – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

f1 – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой

      поверхности  сваи, кПа (4,табл.2);

hi – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, м;

**cR=1, **cf =1– коэффициенты условия работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, при погружении сваи забивкой молотами (4, табл.3).

вид	hi, м	li,м	fi
Песок мелкий	0,86	2,73	34	29,24
Супесь пластичная	1,33	3,82	37,6	50,008
Песок гравелистый	1	4,99	56	56

                                                                                     

 

Fd=1·(1∙7550∙0,09+1,2·(29,24+50,008+56)=841,79 кН.

Значение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю:

             

                              [.2.]

где **к=1,4 – коэффициент надежности (4, п.4.3.)

 

 

6.2. Определение  расстояний между сваями и  выполнение плана расстановки  свай.

Расстояние между сваями под стены здания:

                                       

                                  [6.3.]

где N – расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, кН;

      ni - расчетная нагрузка на 1 м фундамента (с учетом веса ростверка и грунта на его обрезах), кН.

При значениях расчетных нагрузок в указанных сечениях n1,1=363,32 кН; n1,2=284 кН; n1,3=208,73 кН; n1,4=303,58 кН расстояния между сваями:

 

Сечение 1-1 а1=         Сечение 2-2 а1=

         Сечение 3-3 а1=       Сечение 4-4   а1=

 

Выбираем однорядный вариант расстановки свай, шаг1500 м.

 

Технико-экономическое сравнение

вариантов фундамента.

 

№ п/п	Виды работ	Ед. изм.	Нормативы на ед. изм.		Сборный ленточный фундамент			Свайный фундамент
			Стоим (руб)	Трудоем. (ч/час)	Объем раб.	Стоим. (руб.)	Трудоем (ч/час)	Объем раб.	Стоим. (руб.)	Трудоем (ч/час)
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	Разработка грунта 1 групп. экскаваторов		0.131	0.006	4,18	0,547	0,025	5,59	0,732	0,033
2	Монтаж ж/б ф-ых плит		51.40	0,331	0,33	16,962	0,109	–	–	–
3	Погружение свай		60.82	1.457	–	–	–	0,287	17,455	0,418
4	Устройство монолитных ростверков		37.08	1.426	–	–	–	0,2	7,41	0,285
5	Монтаж бетонных блоков стен подвала		42.70	0.405	0,928	39,625	0,375	0,928	39,625	0,375
6	Монтаж ж/б плит перекрытия		72.60	1.547	1.155	83.853	1.787	1.155	83.853	1.787
7	Бетонный подст. слой		34.73	2.28	0,06	2,08	0,14	0,06	2,08	0.14
Итого:						143,067	2,436		151,155	3,038