Расчет фундамента

             h₁=5м , h₂=15м, h₃=22.5м, h₄=27м, h₅=29.5м.

            Нормативная  ветровая  нагрузка  по  высотным  зонам  водонапорной  башни:

            F^H₁ = 0.96 тс, F^H₂ = 1.2 тс, F^H₃ = 0.16 тс, F^H₄ = 1.83 тс, F^Н₅ = 0.03 тс.

            М^Н = 2.16 ∙ 5 + 2.4 ∙ 15 + 1.68 ∙ 22.5 + 1.68 ∙ 27 + 0.03 ∙ 29.5 = 130.85 тс.

             

  2.4 Нормативный эксцентриситет равнодействующей внешнего  воздействия

Для того чтобы определить нормативный эксцентриситет равнодействующей внешнего  воздействия воспользуемся следующей формулой:

                                                                                      (2.21)

        где:  N^н – вертикальная  равнодействующая  внешнего  воздействия,тс. 

      E_H=130,85/918=0.14 тс. 
 
 
 
 
 
 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  РАЗМЕРОВ  ФУНДАМЕНТА

      3.1  Тип фундамента

      В  зависимости  от  инженерно-геологических  условий  и внешнего  воздействия фундамент водонапорной  башни может быть  кольцевым или сплошным  (железобетонная  плита).

      В  первом  приближении  следует  принимать  фундамент  кольцевым  и  симметричным  относительно  ствола  башни  (см.  рисунок 3).

Рисунок 3 – Тип фундамента

      d_в – внутренний  диаметр кольца,  м;

      d_н – наружный  диаметр кольца,  м;

      d_ср – средний диаметр кольца,  м;

      b_ф – ширина  подошвы фундамента,  м. 

      Окончательно  тип  фундамента  устанавливается  по  результатам  расчётов  ширины  подошвы  фундамента  b_ф.  При b_ф / 2 < d_ср / 2 – фундамент кольцевой. При b_ф / 2 ≥ d_ср / 2 – фундамент сплошной 

3.2 Глубина  заложения  подошвы  фундамента

      Глубина  заложения  подошвы  фундамента  назначается  из  условия сезонного  промерзания  грунтов:

           (3.1)

где: К_t – коэффициент теплового режима  на  глубину промерзания грунтов (для неотапливаемых сооружений К_t =1.1),

h_н – нормативная глубина сезонного промерзания грунта (см. табл. 26), м.

       

             ,м  
 

3.3 Ширина  подошвы  фундамента

      Ширина  подошвы  фундамента  определяется  расчётом  из  условия  прочности  рабочего  пласта  основания.

      Условие  прочности  на  кровле  рабочего  пласта:

                                                                                          (3.2)

где: _max – максимальная  величина  контактных  напряжений  в крайней точке подошвы фундамента,  тс/м²;

                R – расчётное давление  на основание,  тс/м².

      Определим  максимальную  величину  контактных  напряжений  в  крайней  точке  подошвы  фундамента по следующей  формуле:

                  (3.3)

где: b - коэффициент,  усредняющий плотность грунта  на  обрезах фундамента  и

материала  фундамента  (для  кольцевого  фундамента  b = 0,8 …1,0);

                    g_ф – плотность материала фундамента,  тс/м³;

      Определим расчётное  давление  на  основание  по следующей формуле:

             (3.4)

где:  К_c1, К_c2 – коэффициенты условий работы (см. табл. 21 методические указания);

   K_Н –   коэффициент надёжности  (0,7…1,0);

           М_b,M_d,M_c - коэффициенты  прочности (см. табл. 12 методические указания);

                       g_b   -   плотность грунта  под подошвой  фундамента,  тс/м³;

                       g_d   -   средневзвешенная  плотность грунтового  массива выше    подошвы фундамента,  тс/м³;

                      С  -  сила удельного сцепления грунта под подошвой фундамента,  тс/м².

      Для  облегчения  расчётов  ширины  подошвы  фундамента  используется  графический  способ  профессора  Н.В.Лалетина,  суть  которого  заключается  в  следующем: 

1. Выражение  для  расчётного  давления  на  основание  представляет  собой  уравнение  прямой  линии  R = f(b_ф).
2. Выражение  для  максимальной  величины  контактных  напряжений  в  крайней  точке  подошвы  фундамента  представляет  собой  уравнение  гиперболы s_max = f(b_ф).
3. Если  построить  графики  функций  R = f(b_ф)  и s_max = f(b_ф),  то  точка их  пересечения определяет  расчётное значение  ширины  подошвы фундамента.

Рисунок 4 -  Определение ширины подошвы фундамента (график  Н.В.Лалетина)    

      Рассчитаем  максимальную  величину  контактных  напряжений  в  крайней  точке  подошвы  фундамента:

      β = 0.8

      γ_ф = 2.4

      N^H = 932 тс.

      М^Н = 130.85 тс.

      Кс₁ = 1.4

      Кс₂ = 1.4

      Кн = 1

      Мв = 2.1

      Мd = 9.4

      Мс = 10.8

      γ_в = 0.98 тс/м³

      γ_d = 1.9 тс/м³

      C=0.1 тс/м² 

Решаем  уравнение с неизвестным, т.е b_ф

Задаемся  b_ф = 0.5 м:

тс/м²

Задаемся  b_ф =1 м:

тс/м² 

Задаемся  b_ф =2 м:

тс/м² 

Задаемся  b_ф =3 м:

тс/м²   

            Рассчитаем расчётное  давление  на  основание 

    

Решаем  уравнение с неизвестным, т.е b_ф.

Задаемся  b_ф =0.5 м:

тс/м²

Задаемся  b_ф =1м:

  тс/м²

Задаемся  b_ф =2м:

  тс/м²

Задаемся  b_ф =3м:

  тс/м² 
 
 
 
 

По полученным значениям строим график определение  ширины подошвы  фундамента (график  Н.В.Лалетина):

     Определив ширину подошвы фундамента можно  сделать окончательный вывод  о форме фундамента, так как   b_ф=0.55/ 2 < d_ср =7.62/ 2 – фундамент кольцевой. 

           3.4  Прочность подстилающего пласта основания

          Условие прочности на кровле  подстилающего пласта: 

           

           где: q_max – максимальное значение угла отклонения полного напряжения от направления максимального уплотняющего напряжения, градусы;

                  j - угол внутреннего трения, градусы.

Максимальное  значение угла отклонения определяется из уравнения предельного равновесия грунтового массива основания: 

                                                                                   (3.5)  

                           

где: s₁ – максимальная величина уплотняющих напряжений, тс/м²; 

              s₂ – минимальная величина уплотняющих напряжений, тс/м²; 

              s_с – структурная прочность грунта (давление связности), тс/м². 

                                                                              (3.6) 

где: s_пр^z – природное давление на кровле подстилающего пласта, тс/м²; 

                    s_д^z – дополнительное напряжение на кровле подстилающего пласта, тс/м². 

                                                                                           (3.7) 

                                                                                                      (3.8) 

            Природное давление на кровле  подстилающего пласта определяется  величиной уплотняющих напряжений  от собственного веса грунта, расположенного выше кровли подстилающего  пласта: 

                                                                                                       (3.9)  

      где: g₀ – плотность грунта, расположенного выше кровли подстилающего пласта, тс/м³;

              z – мощность грунта, расположенного выше кровли подстилающего пласта, м. 

            Примечание:

 Мощность  грунта, расположенного выше кровли  подстилающего пласта, определяется  глубиной заложения подошвы фундамента  и мощностью рабочего пласта  

                                        

 где  Z_p – мощность рабочего пласта, м.

 При  многослойной мощности грунта, расположенного  выше кровли подстилающего пласта, определяется средневзвешенная  величина плотности грунтового  массива с учетом взвешивающего  действия грунтовой воды.

 Плотность  грунта, взвешенного в воде, устанавливается  в зависимости от плотности  твердых минеральных частиц и  коэффициента пористости:  

                            . 

Дополнительные  напряжения на кровле подстилающего пласта определяются величиной уплотняющих напряжений от внешнего воздействия: