Проектирование несущих конструкций подземной части здания

- в глине  полутвёрдой  = 0,25 на глубине расположения слоя z₆ = 18,7 м

	= 0,25
Z15 =15	f01=61,5
Z20 =20	f02=67,5

 

№ п.п.
1	9,25	54,56
2	10,90	0
3	13,00	59,10
4	15,00	61,50
5	17,00	63,90
6	18,70	65,64

 

 

 

 

 

 

 

Используя найденные  значения R и вычисляем несущую способность сваи по грунту .

 

Несущая способность  сваи d=0,3 см:

 

  Расчетная  нагрузка, допускаемая на сваю  по грунту, составит:

 

Несущая способность  сваи d=0,6 см:

 

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту, составит:

 

 

Следовательно несущая способность обеспечена.

Проверка  экономичности:

 

Т.к. разница  значений и N составляет менее 10%, то сваи запроектированы экономично.

 

 

 

 

 

 

 

2. Размещение свай в кусте

 

Геометрические  размеры ростверка в плане  определяются нормативными требованиями к взаимному размещению свай в  свайном кусте. Расстояние между  сваями должно быть не менее трех диаметров  свай (диаметр берется по наименьшему  значению). Высоту ростверка рекомендуют  принимать не менее 40 см. Более точная высота ростверка определяется расчетом на поперечную силу и на продавливание.

Ростверк  представляет собой шарнирное сопряжение, оголовок свай запускается в ростверк на 100 мм.

3. Расчет на продавливание ростверка колонной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реактивный  отпор сваи Ri и равная ему доля внешней нагрузки Ni создают на участках С₀₁ и С₀₂ напряженное состояние среза, следовательно, существует возможность продавливания ростверка силой Ri ,по пространственному сечению с наклонными гранями №1 и №2.

 Из всех  возможных граней среза на  участках С₀₁ и С₀₂ , именно гранями №1 и №2, имеют наименьшие углы α к горизонту (т.е. наибольшие длины проекции на горизонтальную плоскость С₀₁ и С₀₂), и поэтому имеют наименьшую способность на продавливание.

,

где - коэффициент условия работы, принимаемый равный 1, поскольку наклонная трещина при продавливании появляется на нейтральной оси ростверка, где отсутствует продольная рабочая арматура, расположенная у подошвы ростверка и, следовательно, отсутствует ее влияние на прочность.

где (cумма R_i за пределами пирамиды продавливания).

 

Найдем h_от из условия

 

 

 

 

- необходимая  минимальная высота.

Окончательно, = 1,2м.

 

Принимаем .

Отношение принимается не менее 1 и не более 2,5.

При принимается равным ; при принимается равным 0,4 .

 

Собственный вес ростверка:

 

 

Несущая способность: - несущая способность обеспечена.

 

Т.к. разница  значений и N составляет менее 10% , сваи запроектированы экономично.

 

4. Расчет на продавливание ростверка угловой сваей

 

Расчет ростверков на продавливание угловой сваей  производится из условия:

где - расчетная нагрузка на угловую сваю с учетом моментов в двух направлениях, включая влияние местной нагрузки (например, от стенового заполнения);

       - рабочая высота сечения на проверяемом участке, равная расстоянию от верха свай до верхней горизонтальной грани плиты ростверка или его нижней ступени;

        -полусумма оснований i-й боковой грани фигуры продавливания высотой, образующейся при продавливании плиты-ростверка угловой сваей;

        -коэффициент, определяемый по формуле:

Здесь к - коэффициент, учитывающий снижение несущей способности плиты ростверка в угловой зоне.

В преобразованном  виде формула  будет иметь вид:

 где 

-расстояния от внутренних  граней угловых свай до наружных  граней плиты ростверка.

-расстояния от внутренних  граней угловых свай до ближайших  граней подколонника ростверка или до ближайших граней ступени при ступенчатом ростверке.

Высота плиты  ростверка от верха головки свай:

 

 

Определяем  величины , :

 

 

 

 

1,0	0,60	1,4	0,76	1,8	0,89	2,2	0,97
1,1	0,65	1,5	0,80	1,9	0,91	2,3	0,98
1,2	0,69	1,6	0,83	2,0	0,93	2,4	0,99
1,3	0,73	1,7	0,86	2,1	0,95	2,5	1,00

 

 

Определяем  предельную нагрузку на сваю, которую  может воспринять плита ростверка  из условия её продавливания угловой  сваей:

 

 

Следовательно, прочность плиты ростверка на продавливание угловой сваей  обеспечена

 

 

5. Расчет по прочности наклонных сечений ростверков на действие поперечной силы

 

Расчет по прочности наклонных сечений  ростверков на действие поперечной силы производится по формуле:

где - сумма реакций всех свай, находящихся за пределами наиболее нагруженной части ростверка с учетом большего по величине изгибающего момента;

b - ширина подошвы ростверка;

- расчетная высота в рассматриваемом  сечении ростверка;

с - длина проекции наклонного сечения, принимаемая равной расстоянию от плоскости внутренних граней до ближайшей грани колонны.

Значение  принимается не менее 0,4 и соответственно и не более 1,6 и

 

=1,2 м;

 

 

Определяем  предельную величину поперечной силы, которую может воспринять плита  ростверка по наклонному сечению:

 

Следовательно, прочность наклонных сечений  плиты ростверка по поперечной силе обеспечена.

 

6. Расчет на смятие ростверка угловой сваей

 

 

При шарнирном  соединении сваи с ростверком возможно смятие бетона ростверка по стыку  с торцом сваи.

- при равномерном сжатии

Для бетона В25:

-коэффициент, учитывающий влияние  бетонной обоймы:

где  

 

 

 - проверка выполняется

 

 

	6	10	15	20
	0,92	0,9	0,8	0,6

 

 

2.7.   Расчет ростверка на изгиб по нормальным и наклонным сечениям

Расчетный изгибающий момент в сечение ростверка определяется по формуле:

 

Определяем  высоту сжатой зоны

 

 

 

 

Высота сжатой зоны

 

 

Принимаем 18Æ18 , шаг 200 мм.

 

где 50 мм - защитный слой.

 

Условия работы ненапрягаемой арматуры	Коэффициенты для определения анкеровки ненапрягаемой арматуры
	Периодического профиля				Гладкой
			Не менее				Не менее
1.Заделка арматуры: а) растянутой в растянутом бетоне б) сжатой или растянутой в сжатом бетоне	0,7   0,5	11   8	20   12	250   200	1,2   0,8	11   8	20   15	250   200
2.Стыки арматуры внахлестку: а) в  растянутом бетоне   б) в сжатом бетоне	0,9   0,65	11   8	20   15	250   200	1,55   1	11   8	20   15	250   200

 

8. Определение ширины раскрытия трещин

 

Нагрузка, передаваемая на ростверк, является длительной, трещины  допускаются (3 категория), нет грунтовых  вод, следовательно, допускается раскрытие  трещин до 0,3 мм. Ширина раскрытия трещин определяется по формуле:

где - коэффициент, принимаемый при учете кратковременных нагрузок и непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;

-коэффициент, зависящий от  вида и профиля продольной  растянутой арматуры (для периодического  профиля  =1);

-коэффициент армирования,

 

- коэффициент, учитывающий отрицательное  влияние длительно действующей  нагрузки.

;

-напряжения в арматуре в  эксплуатационный период,

 

-модуль упругости арматуры;

d=18 мм- диаметр арматуры.

 - (допустимая величина раскрытия) => требование норм по ширине раскрытия трещин не выполняются => увеличим диаметр арматуры:

18Æ22 (шаг 200мм) А_s =68,42 см²

Тогда:

 

 

 

 

 

- (допустимая величина  раскрытия) => требование норм по  ширине раскрытия трещин выполнены.

Окончательно  принимаем 18Æ22   шаг 200 мм.

 

2.9 Расчет свай по материалу

 

Грунт неоднородный – торф, глина.

В расчётной  схеме моментом и поперечной схеме  можно пренебречь, так как момент слишком мал, а сдвига не будет, потому что стена в грунте создаёт  ядро жёсткости.

Определим l₁ (СНиП 2.02.03-85):

 

где =2,2 м – свободная длина (торф),

      – коэффициент деформации (м^-1)

 

где k – коэффициент жёсткости основания (коэффициент

пропорциональности) в зависимости от типа грунта, окружающего 

сваю, в случае неоднородного грунта, берётся усреднённое  значение.

В нашем случае для глины тугопластичной с I_I = 0,25 k = 14400 кН/м²

Е – модуль упругости сваи при условии длительности действия нагрузки:

Е = 0,85·30000·10³ = 25,5·10⁶ кН/м²;

I – момент инерции прямоугольного поперечного сечения сваи,

 

b_p – условная ширина сваи, м, принимаемая равной:

b_p = 1,5d+0,5м=1,5·0,27+0,5=0,905 м.,

где d – сторона квадратного сечения свай в плоскости, перпендикулярной действию нагрузки;

γ_с = 3 – коэффициент условной работы при учете развития только первой стадии напряженно-деформированного состояния системы свая-грунт.

 

Тогда:

Расчетная длина: l_расч = 0,7· = 0,7·4,62 = 3,234 м.

 

Следовательно, свая рассчитывается как центрально сжатый элемент.

Центрально  загруженный элемент проверятся по формуле:

 

m=1 – коэффициент условия работы.

φ – коэффициент, учитывающий длительность загружения, гибкость и характер армирования элемента.

При λ_усл = 11,98 по таблице определяем φ=1,597

,

Необходимо  найти площадь сечения арматуры:

 

По расчёту  арматура в данном случае не нужна, следовательно, принимаем её конструктивно 4 стержня Æ16мм. 

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНОГО ПОЛЯ ПОД КОЛОННЫ КАРКАСА ЗДАНИЯ

 

Кусты свайного поля целесообразно размещать непосредственно  под колонну. В этом случае плита  ростверка объединяет  все сваи свайного поля, обеспечивает совместную работу не только свай в границах каждого  куста, но и всех кустов, связанных  этой плитой.

Расчетная модель для плиты ростверка выстраивается  следующим образом: вокруг каждого  куста выделяется условно ростверк по геометрическим размерам в плане  эквивалентный ростверку отдельно стоящему. Затем эти ростверки  объединяются в ростверковые ленты по двум направлениям плана плиты. Таким образом, получается система перекрестных лент, каждая из которых в плоскости своего изгиба можно рассматривать в ростверковом отношении как неразрезную многопролетную балку, которая регулярно чередуется загруженными пролетами с незагруженными.

 Для оценки напряженного состояния  каждой ленты (балки) в плоскости  ее изгиба достаточно выделить элемент  – загруженный пролет, установив  на его опорах граничные условия, которые учитывают неразрывную  связь этого пролета с остальной  лентой этой балки.

Ni – сумма реактивного отпора свай, вызывающий изгиб выделенного пролета (или условного ростверка в плоскости ZOX)

Схема В) допускает  податливость опорных защемлении, свойственную  опорным сечениям неразрезной балки.

Расчет каждого  загруженного пролета целесообразно  вести методом предельного равновесия. При симметричном загружении уравнение равновесий для схем В), B1) записывается следующим образом:

Целесообразно принимать равно моментную схему  загружения, тогда:

Для крайнего пролета расчетная схема Б), Б1). Расчет по схеме Б), Б1) и В), B1) можно рассчитать в упругой плоскости, а затем корректировать значения расчетных моментов, стремясь к наиболее оптимальной схеме армирования ростверковой плиты.

Расчет свайного поля на продавливание колонны стоящими сваями, на поперечную силу, на смятие плиты по стыку со сваей допустимо  свести к расчету условного ростверка  на все эти воздействия как  ростверка отдельно стоящего.

Армирование ростверка плиты производят с  учетом эпюры моментов ростверковых лент. Следуя эпюре моментов, мы должны по нижней грани ростверковой плиты обязательно поставить арматуру в пределах условных ростверков, заводя эту арматуру за грани условных ростверков не меньше, чем на длину анкеровки.