Проектирование оснований и фундаментов 8-и этажного жилого дома

,

где – расчетная нагрузка на ленточный фундамент по I группе предельных состояний;

= 382,08 кН/м;

Pсв– расчетная нагрузка, допускаемую на сваю по грунту; Pсв= 333,4 кН.

hp – 0,5

α– коэффициент, зависящий от вида свайного фундамента; для ленточного фундамента под стену α = 7,5;

d – сторона сечения сваи; d= 0,3м;

dрф – высота ростверка и фундамента, не вошедшая в расчет при определении нагрузки на ленточный фундамент по I группе предельных состояний; dрф= 2,3м;

γб– удельный вес бетона; γб = 24кН/м3;

сваи/пог.м.

Расчетное расстояние между осями свай на погонный метр стены определяется по формуле:

м.

Т.к. 1 < n =1,35 < 2; aр = 0,7 м < 3d= 0,9м; то принимаем двухрядное расположение свай. Расстояние между сваями aр = 0,7 м. Ширину ростверка для двухрядного расположения свай считаем по формуле:

bp = Cр+d+2*0,1=0,41+0,3+2*0,1=0,93м.

Cр =

 

 

Рис 6. План расположения свай на ростверке.

 

 

Фактическая нагрузка, приходящаяся на одну сваю, определяется по формуле:

,

 

где Qр– вес ростверка; определяется по формуле:

,

где hр – высота ростверка; hр= 0,5м;

bр – ширина ростверка; bр= 0,93 м;

γб– удельный вес бетона; γб = 24кН/м3;

кН/м;

Gгр – вес грунтовой пригрузки ростверка; определяется по формуле:

,

где bФБС– ширина фундаментного блока стены подвала; bФБС = 0,6м;

dр – глубина заложения подошвы ростверка; dр= 2,3м;

γгр– удельный вес грунта на обрезе ростверка; γгр = 18кН/м3;

кН/м;

n –количество свай на 1 погонный метр фундамента; n = 1,29 сваи/пог.м;

кН.

Условие Nсв<Pсв (311,7 кН < 333,4 кН) выполнено.

 

2. Расчет отдельно  стоящего свайного фундамента  под внутренний каркас здания

 

Для отдельно стоящего свайного фундамента под внутренний каркас здания принимаем такую же сваю, как и для ленточного фундамента - С-70-30. Расчетная нагрузка, допускаемая на одну сваю, Pсв= 333,4 кН.

Требуемое количество свай под колонну для фундамента, воспринимающего вертикальную нагрузку, определяется по формуле:

,

где – расчетная нагрузка на столбчатый фундамент по I группе предельных состояний;

= 1 274,86 кН;

свай.

При проектировании отдельно стоящего свайного фундамента количество свай округляется до целого числа в большую сторону. Таким образом, принимаем свайный фундамент из трех свай. Высоту ростверка также принимаем равной hр = 0,5м.

Чтобы получить минимальные размеры ростверка в плане и тем самым уменьшить его материалоемкость, назначаем расстояние между осями свай равным минимально допустимому расстоянию 3∙d (3∙0,3 = 0,9м). Расстояние от края ростверка до боковой грани сваи (свесы) принимаем равными 0,05м. Ср=0,57м, ар=0,7. Тогда размеры ростверка в плане будут 1,67*1,67*0,6м. Поверх ростверка устанавливаем подколонник  БК-2 (размеры 1,20x1,20х0,6м).

 

                                   

7. План ростверка с  расположением свай.

 

Фактическая нагрузка, приходящаяся на одну сваю, определяется по формуле:

,

где Gр– вес ростверка; определяется по формуле:

,

где hр – высота ростверка; hр= 0,5м;

bр – ширина ростверка; bр= 1,67м;

lр – длина ростверка; lр= 1,67м;

γб– удельный вес бетона; γб = 24кН/м3;

кН;

GБК– вес подколонника  БК-II; определяется по формуле:

,

где hБК – высота подколонника  БК-II; hБК= 0,6м;

bБК – ширина подколонника  БК-II; bБК= 1,20м;

lБК – длина подколонника  БК-II; lБК= 1,20м;

γб– удельный вес бетона; γб = 22 кН/м3;

кН;

n– принятое количество свай в ростверке; n = 5;

кН.

Т.к. Nсв<Pсв (297,8 кН < 333,4 кН), то запроектированный свайный фундамент удовлетворяет требованиям СНиП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

 

 

 

3. Расчет свайного  фундамента под наружную стену  здания

по II группе предельных состояний (по деформациям)

 

Расчет свайного фундамента и его основания по деформациям производим как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

Проверяем давление на грунт под подошвой условного свайного фундамента и плоскости нижних концов свай.

Угол распределения нагрузки от сваи на грунт αср (рис. 8) определяется по формуле:

 

 

 

где φi  и hi – угол внутреннего трения и толщина i–го слоя грунта, соприкасающегося с  боковой поверхностью сваи (необходимо учитывать, что в работе сваи принимают участие только грунты, имеющие расчетное сопротивление):

 

 

 

tg 4˚6’ = 0,072

 

 

 

Рис 8. К определению давления на грунт под подошвой условного фундамента.

 

 

Ширина условного фундамента определяется по формуле:

 

Bусл = d+2 * lср * tgαср + Ср = 0,3+2*6,9*0,072+0,41=1,7 м.

 

Определим площадь условного фундамента по формуле:

 

Аусл = Вусл*Z8 = 1,7*9,2 = 15,64 м2

 

Gсум = Аусл*20 = 15,64*20 = 312,8 кН/м

 

Pф =

В результате расчета получаем следующее значение для Pф:

Рф ≡ R (1000кПа).

 

 

VI. Расчет осадок фундаментов

 

Расчет фундаментов по деформациям производим в соответствии с указаниями

СП 22.13330.2011  «Основания зданий и сооружений» и СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты». Расчет фундаментов по деформациям сводится к определению расчетных конечных величин осадок фундаментов, расчетной разности осадок соседних фундаментов и сравнению полученных расчетных величин с предельно допустимыми деформациями для данного типа здания.

 

1. Расчет осадок  свайного фундамента под наружную  стену здания методом

послойного суммирования (СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений»).

 

Фактическое давление в уровне условного свайного фундамента равно Pф = 357,49 кПа. Ширина условного свайного фундамента равна Bусл = 1,86 м. Высота от спланированной отметки (DL) до подошвы условного свайного фундамента равна Z8= 9,2м.

Строим эпюру природных напряжений szg.

Рис 9. Эпюра природных напряжений по оси 1 szg.

 

Значения координат для построения эпюры природных напряжений определяем по формуле:

σi = σi-1 + γi ∙ hi,

где σi– природное напряжение на подошве рассматриваемого слоя;

σi-1  – природное напряжение на кровле рассматриваемого;

γi – удельный вес грунта рассматриваемого слоя с учетом взвешивающего действия воды;

hi – толщина рассматриваемого слоя.

σ1 = σ0 + γ1 ∙ h1 = 0 + 16,0 ∙ 1 = 16,00 кПа.

σ2 = σ1 + γ2 ∙ h2 = 16 + 19,5 ∙ 3,5 = 84,25 кПа.

σ3 = σ2 + γ3 ∙ h3 = 84,25 + 19,4 ∙ 4 = 161,85 кПа.

σ4 = σ3 + γ4 ∙ h4 = 161,85 + 20,6 ∙ 0,7 = 176,27 кПа.

σ5 = σ4 + γ5 ∙ h5 = 176,27 + (20,6-10) = 186,87 кПа.

 

По эпюре природных напряжений находим значение природного напряжения в уровне условного свайного фундамента szg,0 = 176,27 кПа.

Дополнительное напряжение в уровне условного свайного фундамента определяем по формуле:

;

кПа.

Ординаты эпюры дополнительного осадочного напряжения определяем по формуле:

,

где a– коэффициент затухания напряжений, зависящий от геометрических параметров фундамента    ( h) и от относительной глубины рассматриваемой точки ( ζ); ϛ

Расчет ординат эпюры дополнительного осадочного напряжения выполняем в табличной форме (табл.2).

 

Расчеты ординат для построения эпюры дополнительного осадочного напряжения

Таблица 2.

 

ζ	Z = ζ*b/2	α	σzр, кПа	σzg, кПа	0,2* σzg, кПа	Слои основания
0,0	0,000	1,000	208,73	176,27	35,26	Hs=4,76   Песок средней крупности
0,4	0,340	0,977	203,92	180,30	36,06
0,8	0,680	0,881	183,89	184,33	36,87
1,2	1,020	0,755	157,59	188,36	37,68
1,6	1,360	0,642	134,00	192,39	38,48
2,0	1,700	0,550	114,80	196,42	39,29
2,4	2,040	0,477	99,56	200,45	40,09
2,8	2,380	0,420	87,66	204,48	40,90
3,2	2,720	0,374	78,06	208,51	41,71
3,6	3,060	0,337	70,34	212,54	42,51
4,0	3,400	0,306	63,87	216,57	43,32
4,4	3,740	0,280	58,44	220,60	44,12
4,8	4,080	0,258	53,85	224,63	44,93
5,2	4,420	0,239	49,88	228,66	45,74
5,6	4,760	0,223	46,54	232,69	46,54
6,0	5,100	0,208	43,41	236,72	47,35
6,4	5,440	0,196	40,91	240,75	48,15
6,8	5,780	0,185	38,61	244,78	48,96
7,2	6,120	0,175	36,52	248,81	49,77
7,6	6,460	0,166	34,64	252,84	50,57
8,0	6,800	0,158	32,97	256,87	51,38
8,4	7,140	0,150	31,30	260,90	52,18
8,8	7,480	0,143	29,84	264,93	52,99
9,2	7,820	0,137	28,96	268,96	53,80
9,6	8,160	0,132	27,55	272,99	54,60
10,0	8,500	0,126	26,29	277,02	55,41

 

Расчеты ординат для построения эпюры дополнительного осадочного напряжения 

Согласно табл.2 строим эпюру дополнительных напряжений szp. Построением прямолинейной эпюры 0,2∙szg ограничиваем активную зону сжатия и находим зону Hs, в пределах которой считаем осадку (рис. 10).

 

 

Рис 10. Схема к расчету осадки по методу элементарного суммирования для фундаментов глубокого заложения. 

Осадка фундамента зависит от деформационных характеристик  грунтов и площади эпюры дополнительного напряжения.

Отметка подошвы свайного фундамента FL (114,30).

Для определения осадки необходимо найти модули деформации слоев грунта , входящих в активную зону сжатия. На основании табл.2 в данную зону входит один слой грунта – песок средней крупности. Образец грунта взят с глубины заложения сваи. Для получения характеристик грунта проводились компрессионные испытания. Результаты испытаний указаны в табл.3.

Табл.3.

P, кПа	0	50	100	200	400
e	0,600	0,594	0,590	0,586	0,580

 

Для определения модуля деформации необходимо знать, как изменяется коэффициент пористости грунта (e) при изменении давления в грунте основания в интервале от давления в природном состоянии (σzg) до полного давления, которое получается после постройки сооружения, (σz= σzg+ σzp). Т.к. отметка глубины отбора монолита (образца грунта) соответствует отметке подошвы фундамента (нижнего конца свай), то для определения модуля деформации принимаем значения давлений (σzg и σzp), соответствующие значениям давлений в уровне нижнего конца свай (σzg,0и σzp,0). Следовательно, σzg=σzg,0= 176,27 кПа, σzp = σzp,0 = 181,22 кПа.

По табл.3 строим компрессионную кривую  для песка на глубине 9,2м (график зависимости коэффициента пористости грунта от давления в грунте основания) и определяем значения коэффициента пористости, соответствующие давлениям σzи σzg.

σz= σzg+ σzp = 176,27+208,73 = 385,5 кПа. (Рф)

 

 

Рис.11. Компрессионная кривая. Скважина 1, глубина 9,2 м.

 

 

По компрессионной кривой получаем значения коэффициента пористости:

- для σzg= 176,27кПа   e1 = 0,5870;

- для σz= 385,5   кПа  e2 = 0,5806.

Определяем модуль деформации по формуле:

,

где β4– безразмерный коэффициент; определяемый по формуле:

;

где νо– коэффициент относительной поперечной деформации грунта, зависящий от вида грунта; для суглинковνо = 0,3;

;

– коэффициент относительной сжимаемости грунта; определяется по формуле:

,

где – коэффициент сжимаемости грунта в интервале изменения действующих напряжений; определяется по формуле:

;

;

кПа.

Определяем полную осадку грунтов в пределах сжимаемой зоны Hs = 4,72 м по формуле:

,

где β– коэффициент перехода от плоской задачи к пространственной; β = 0,8;

σzp,i – значение дополнительного давления на кровле i-го элементарного слоя грунта;

σzp,(i+1) – значение дополнительного давления на подошве i-го элементарного слоя грунта;

hi – толщина i-го элементарного слоя грунта в сантиметрах;

 – модуль деформации i-го элементарного слоя грунта;

 

 

 

Предельно допустимая осадка согласно СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» для жилого здания с железобетонным каркасом составляет Su = 8,0 см.

Т.к. S<Su (6,4 см < 8,0см), то запроектированный свайный фундамент удовлетворяет требованиям СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

 

 

Обработка данных по штамповым испытаниям. Формула Шлейхера.

Табл.4.

P, кПа	0	50	100	150	200	250	300	350
S, мм	0	4,01	7,98	10,03	16,00	27,41	52,24	94,11

 

 

Рис 12. График зависимости осадки от давления. Скважина 1.

Модуль деформации грунта определяется  в пределах прямолинейного участка – приложенного при испытаниях давления от 100 до 200 кПа

Определяем модуль деформации по формуле:

,

где ω– безразмерный коэффициент, зависящий от формы взятого для испытания штампа; для квадратного штампа ω = 0,85;

νо– коэффициент относительной поперечной деформации грунта, зависящий от вида грунта; для песков и супесей νо = 0,3;

b – ширина штампа; b = 1000 мм;

Δσ– приращение напряжения, действующего на штамп в интервале определения модуля деформации; Δσ =σ2– σ1 = 200 – 100 = 100кПа;

ΔS – приращение осадки, соответствующей принятому интервалу определения модуля деформации; ΔS =S2– S1 = 16 - 7,98 = 8,02 мм

кПа.

 

VII. Список  литературы

 

1. ГОСТ 25001-82 «Грунты. Классификация».