Проектирование оснований и фундаментов 8-и этажного жилого дома

• расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, +10оС;

• место строительства – г.Кострома;

• уровень подземных вод находится на глубине 9,5 м от планировочной отметки земли.

 

Определяем глубину заложения подошвы фундамента, исходя из конструктивных особенностей здания. В здании с подвалом заглубление подошвы фундаментов ориентировочно назначаем на 0,5м (общая толщина фундаментной плиты 0,3м и пола подвала 0,2м) ниже отметки пола подвала.

Глубину заложения фундамента определяем по формуле:

 

d=dв-hц+hcf+hs

 

где dв– размер от чистого пола подвала до пола первого этажа; dв= 2,4 м;

hs– величина заглубления подошвы фундамента от низа пола подвала;hs= 0,3 м;

hcf – толщина принятой конструкции пола подвала; hcf = 0,2м;

hц – высота цокольной части здания; hц = 0,8м;

d = 2,4 - 0,8+0,2+0,3= 2,1 м.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов определяется по формуле:

,

где dо – величина, зависящая от вида грунта; принимаем dо = 0,3 м;

Mt – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в районе строительства; для г.Кострома, Mt = 39,8 м;

м.

Расчетная глубина сезонного промерзания для глины в районе строительства г. Кострома по формуле:

dfR=kh*dfn,

 

где kh – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения; для наружных фундаментов отапливаемых сооружений kh= 0,6;

dfn– нормативная глубина сезонного промерзания грунтов; dfn= 1,893;

 

dfR= 0,6∙1,893= 1,135 м.

 

Полученное значение расчетной глубины сезонного промерзания грунта зависит от инженерно-геологических условий, а также района строительства.

Окончательно принимаем глубину заложения подошвы фундамента по наибольшей величине из найденных значений (расчетной глубине сезонного промерзания, глубине заложения подошвы фундамента, исходя из конструктивных особенностей). Т.к. глубина заложения подошвы фундамента, исходя из конструктивных особенностей здания, d = 2,1м больше расчетной глубины сезонного промерзания грунта dfR = 1,135м, то окончательно принимаем глубину заложения подошвы фундамента 2,1м.

Принимаем планировочную отметку DL (123.50).

Абсолютная отметка глубины заложения фундамента FL (121.40).

 

Рис 2.Определение глубины заложения подошвы фундамента в здании с подвалом.

 

 

 

IV.Определение размеров подошвы фундамента

мелкого заложения

 

Определение размеров подошвы фундаментов производим методом последовательных приближений.

Поскольку грунтовые условия в верхнем напластовании геологического разреза являются неудовлетворительными для проектирования фундаментов мелкого заложения, необходимо заменить грунты, залегающие в уровне подошвы фундамента (супесь текучая), песчаной подушкой из песка средней крупности средней плотности со следующими характеристиками:

γср = 20 кН/м3, Ro = 400 кПа, φ = 31o, С= 0 кПа. (φ от 300 до 350)

 

1. Расчет ленточного  фундамента под наружную стену  здания

 

Определяем ориентировочную ширину подошвы ленточного фундамента при табличном значении расчетного сопротивления грунта, лежащего под подошвой фундамента, по формуле:

,

где – расчетная нагрузка от стены здания на ленточный фундамент; = 341,7 кН/м;

Ro– табличное значение расчетного сопротивления грунта основания под подошвой фундамента; Ro = 400 кПа;

d – глубина заложения фундамента; d = 2,1м;

γср – осредненный удельный вес стеновых блоков, фундамента и грунта на обрезах фундамента; принимаем γср = 20кН/м3;

м.

Полученная ширина подошвы ленточного фундамента является предварительной, т.к. ширина определена, исходя из табличного значения расчетного сопротивления основания. По найденному размеру принимаем типовую фундаментную подушку ФЛ 10.24 - b=1м.

Уточненное значение расчетного сопротивления грунта основания определяем по формуле:

,

где γС1– коэффициент условий работы грунтов, зависящий от вида грунтов, лежащих в основании здания; для песка γС1 = 1,4;

γС2– коэффициент условий работы здания во взаимодействии с основанием, зависящий как от вида грунтов, залегающих непосредственно под подошвой фундамента, так и от отношения длины здания L = 95,2 к его высоте H = 27,6 а также от жесткости здания; т.к. 1,5<L/H<4,0, то коэффициент принимается  γС2= 1,2;

k – коэффициент надежности; если прочностные характеристики грунта (φ и С) определены по результатам непосредственных испытаний грунтов строительной площадки, то коэффициент надежности принимается равным k = 1,0;

Mγ, Mg, Mc– коэффициенты, принимаемые по СНиП в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента;для принятой песчаной подушки при φ = 32o коэффициенты будут равны:   Mγ= 1,34; Mg= 6,35; Mc = 8,55;

Kz – коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей фундамента; при ширине фундамента (меньшей стороне подошвы) менее 10м (b= 1м) коэффициент принимается равным  Kz =1,0;

b –ширина фундамента (меньшая сторона подошвы); b =1м;

–расчетное значение удельного веса грунта, залегающего ниже подошвы фундамента;    

= 20,0 кН/м3;

d1 – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:

 

 

,

где hs– толщина слоя грунта от отметки подошвы фундамента до отметки низа пола подвала;hs= 0,3м;

hcf – толщина принятой конструкции пола подвала; hcf = 0,2 м;

γcf – расчетное значение удельного веса материала конструкции пола подвала; γcf = 22,0 кН/м3;

–осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента; определяется по формуле:

,

где γi и hi– расчетные значения удельных весов и мощностей слоев грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;

d – глубина заложения фундамента; d = 2,1м;

кН/м3;

м;

dВ – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала:

,

где dв– размер от чистого пола подвала до пола первого этажа; dв= 2,4 м;

hц – высота цокольной части здания; hц = 0,8 м;

dВ = 2,4 - 0,8 = 1,6 м;

СII – коэффициент сцепления грунта, лежащего ниже подошвы фундамента; СII = 0 кПа;

 

Проверяем фактическое среднее давление, действующее под подошвой фундамента, при принятой ширине фундамента и заданных нагрузках по формуле:

,

где

G– собственный вес 1м длины принятого фундамента, состоящего из одного ряда блоков

ФЛ 10.24 и четырех рядов блоков ФБС 24.6.6.

 

 

Рис 3. Схема ленточного фундамента.

 

 

 

Gф=b*0,3*1*24 + 4*0,6*0,6*1*22 = 38,88 кН/м;

Gгр– вес грунта на обрезе фундамента с наружной стороны; определяется по формуле:

 

Gгр=0,2*1,8*18=6,48 кН/м;

 

 кПа.

Согласно СНиП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» среднее давление на основание под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания. Условие выполняется.

Определяем разницу между расчетным сопротивлением грунта основания и средним давлением на основание под подошвой фундамента:

.

Т.к. разница между средним давлением, действующим по подошве фундамента, и расчетным сопротивлением основания составляет менее 10% (Δ=6,8%), то ширина подошвы фундамента принята достаточно экономично.

 

2. Расчет столбчатого  фундамента под внутренний каркас  здания

 

Столбчатый фундамент под внутренний каркас здания примем квадратной формы в плане.

Ориентировочные размеры подошвы квадратного фундамента определяем по формуле:

,

где – расчетная нагрузка на столбчатый фундамент; = 990,8 кН;

R– расчетное сопротивление грунта основания; R= 421,7 кПа;

d – глубина заложения фундамента; d = 2,1м;

γII–расчетное значение удельного веса грунта, залегающего ниже подошвы фундамента, принимаемое равным расчетному значению удельного веса грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента; γII= 20кН/м3;

По сортаменту принимаем отдельно стоящий столбчатый фундамент 2Ф15.9.

 Вес фундамента 2Ф15.9 равен Gф = 40 кН. Ширина подошвы фундамента b = 1,6 м.

Определяем расчетное сопротивление грунта основания по формуле:

,

где γС1– коэффициент условий работы грунтов, зависящий от вида грунтов, лежащих в основании здания; для песка γС1 = 1,4;

γС2– коэффициент условий работы здания во взаимодействии с основанием;γС2= 1,2;

k – коэффициент надежности; k = 1,0;

Mγ, Mg, Mc– коэффициенты, принимаемые по СНиП в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента; для принятой песчаной подушки при φ = 33o коэффициенты будут равны:   Mγ= 1,44; Mg= 6,78; Mc = 8,88;

Kz – коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей фундамента; при ширине фундамента (меньшей стороне подошвы) менее 10м (b= 1,8м) коэффициент принимается равным  Kz =1,0;

b –ширина фундамента; b =1,5м;

–расчетное значение удельного веса грунта, залегающего ниже подошвы фундамента; = 20кН/м3;

d1 – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала; d1 = 0,54м;

–осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента; =18,7кН/м3;

dВ – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала; dВ= 1,6м;

СII – коэффициент сцепления грунта, лежащего ниже подошвы фундамента; СII= 0кПа;

Определяем фактическое давление, действующее под подошвой фундамента, при принятых размерах фундамента и заданных нагрузках по формуле:

,

 

Gф– собственный вес фундамента; Gф = 30кН;

 

кПа.

  Определяем разницу  между расчетным сопротивлением  грунта основания и средним  давлением на основание под  подошвой фундамента:

.

Т.к. разница между средним давлением, действующим по подошве фундамента, и расчетным сопротивлением основания составляет менее 20% (Δ=6,6%), то столбчатый фундамент принят достаточно экономично.

Окончательно принимаем отдельно стоящий столбчатый фундамент 2Ф15.9.

 

 

 

V. расчет свайного фундамента под наружную стену

9-этажного  жилого дома

 

1. Расчет ленточного  фундамента под наружную стену  здания

 

Т.к. сваи передают нагрузку на грунты основания боковой поверхностью (за счет трения) и нижним концом, то данные сваи относятся к висячим сваям. Несущая способность висячей забивной сваи определяется по формуле:

,

где γс– коэффициент условий работы свай в грунте, принимаемый γс= 1,0;

γсR– коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи, учитывающий влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта; принимается по табл.3

СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты»; при погружении сплошных с закрытым нижним концом свай молотами γсR= 1,0;

R– расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по табл.1   

СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» в зависимости от вида грунта под нижним концом сваи и глубины погружения нижнего конца сваи; для песка средней крупности при глубине погружения нижнего конца сваи Z8= 9,20 м расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи будет равно R = 3 900 кПа;

A – площадь опирания на грунт сваи, принимаемая по площади поперечного сечения сваи; при сечении сваи 0,3х0,3м площадь опирания на грунт сваи будет равна А = 0,09м2;

u– наружный периметр поперечного сечения сваи; при сечении сваи 0,3х0,3м наружный периметр поперечного сечения сваи будет равен u = 1,2м;

γсf– коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, учитывающий влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта; принимается по табл.3

СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты»; при погружении сплошных с закрытым нижним концом свай молотами γсf= 1,0;

fi– расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, определяемое по табл.2 СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» методом интерполяции; при определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности сваи пласты грунтов следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2м ; всего получилось 5 слоев толщиной не более 2м;

hi– толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (принимается толщины однородных слоев не более 2м); h1 = 1 м; h2 = 1,2 м ; h3 = 2 м; h4 = 2 м; h5 = 0,7 м.

Рис 5. К определению несущей способности висячей забивной сваи.

 

Определяем расчетное сопротивление слоев грунта основания на боковой поверхности сваи по табл.2 СНиП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» методом интерполяции. Средняя глубина слоя Zi грунта берется от планировочной отметки земли до отметки середины слоя грунта. Расчетные сопротивления слоев грунта основания на боковой поверхности сваи будут равны:

1 слой: супесь пластичная (IL = 0,64; Z1 = 2,8 м): f1=11 кПа.

2 слой: супесь пластичная (IL = 0,64; Z2 = 3,9 м): f2 = 12,5 кПа.

3 слой: суглинок текучепластичный (IL = 0,96; Z3 = 5,5 м): f3 = 6,5 кПа.

4 слой: суглинок текучепластичный (IL = 0,96; Z4 = 7,5 м): f4 = 6,5 кПа.

5 слой: песок средней крупности, средней плотности (Z5 = 0,7 м): f5 = 63,5 кПа.

Несущая способность висячей забивной сваи будет равна:

 

Fб = 115,7 кН;          Rост=R*A=3900*0,09=351 кПа;        Fd= Rост+Fб=351+115,7=466,7 кПа;

 

Расчетную нагрузку, допускаемую на сваю по грунту, определяем по формуле:         ,

где γк– коэффициент безопасности по грунту, принимаемый γк= 1,4;        кН.

Количество свай на 1 погонный метр фундамента определяется по формуле: