Промышленного здания

• Название: Промышленного здания
• Дата: 15.05.2023
• Размер: 7.5 Mb.
• Имя файла: MU_OiF_po_SP_primer_Adigamov_R_Sh_-_2017 (1).docx
• Тип: Учебное пособие; #1133296
• страница: 2 из 5

_II= 17⁰ 32^I/1,096 = 16⁰.

Образец грунта № 4:

 =20,5 кН/м³; с = 0; =18⁰38^I.

_II = 20,5/1,026 = 20 кН/м³; _II = 18⁰ 38^I / 1,096 = 17⁰.

Образец грунта № 5:

 = 22кН/м³; с = 41,7кПа;  = 17⁰32^I.

_II= 22/1,026 = 21,4 кН/м³; с_II = 41,7/1,096 = 38 кПа; _II= 17⁰ 32^I / 1,096 = 16^о.
2.4. Оценка геологического строения площадки.

Из построенного на рис. 2 геологического разреза следует, что грунты строительной площадки имеют слоистое напластование с согласным залеганием слоев, близких к горизонтальным и выдержанных по мощности.

В толще грунтов залегают грунтовые подземные воды с абсолютной отметкой уровня 109,60 м.

Подземные воды неагрессивны к бетону.

Напластование грунтов по оси проектируемого фундамента следующее. С поверхности залегает растительный слой мощностью 0,9 м, абсолютная отметка кровли слоя 113,15 м, подошвы 112,25 м. Далее залегает супесь пластичная мощностью 3,8 м, абсолютная отметка кровли слоя 112,25 м, подошвы 108,45 м. Ниже залегает суглинок твердый мощностью 2,7м, абсолютная отметка кровли слоя 108,45 м, подошвы 105,75 м. Далее залегает песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой, мощностью 3,2 м, абсолютная отметка кровли слоя 105,75 м, подошвы 102,55 м. Ниже залегает суглинок тугопластичный мощностью 4,35 м, абсолютная отметка кровли 102,55 м, подошвы 98,2 м. По предварительным данным супесь пластичная может быть использован в качестве естественного основания фундамента.

Рис. 2. Геологический разрез по скважинам

3. РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ ФУНДАМЕНТОВ

И ВЫБОР ТИПА ОСНОВАНИЯ
Рассматриваются следующие варианты решений: фундамент в открытом котло­ване на естественном основании; фундамент глубокого заложения; замена слабых грунтов основания песчаной подушкой.

4. ХАРАКТЕРИСТИКА ЗДАНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК

НА ФУНДАМЕНТЫ
Здание производственное бесподвальное не отапливаемое. Каркас здания состоит из сборных железобетонных колонн прямоугольного сечения и сборных железобетонных сегментных стропильных ферм. Стропильные фермы опираются на колонны сверху, т.е. сопряжение элементов шарнирное. Колонны жестко заделываются в отдельно стоящие фундаменты стаканного типа.

По степени ответственности рассматриваемое здание относится ко второму классу.

По расчетному сопротивлению грунта здание классифицируется как имеющее гибкую конструктивную схему. По чувствительности к неравномерным деформациям основания - здание малочувствительно к осадкам.

В задании на курсовое проектирование в учебных целях приводятся только основное сочетание нормативных нагрузок (прил. 13), действующих на фундамент в уровне его обреза и соответствующее максимальному значению вертикальной силы (постоянные нагрузки+временные нагрузки длительного действия). Расчетные значения нагрузок следует определять как произведение их нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке _f, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию и принимаемый:

а) при расчете оснований на прочность и устойчивость в соответствии с п. 5/7 /6/;

б) в расчетах оснований по деформациям - равным единице, если в нормах проектирования конструкций и оснований не установлены другие значения.

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям:

а) первой группы: по прочности материала свай и свайных ростверков; по несущей способности грунта основания свай, по устойчивости грунтового массива со свайным фундаментом (в курсовом проекте не производится), коэффициент надежности по нагрузке приближенно принимается равным _f,=1,1.. ..1,2;

б) второй группы: по осадкам основания свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок; по перемещениям свай (горизонтальным и_p, углами поворота головы свай ψ_p, ) совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов, по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов (не производится), _f, =1,0.

Расчет фундаментов мелкого заложения и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям:

а) первой группы: по несущей способности грунта основания фундаментов (в курсовом проекте не производится), по прочности и раскрытию трещин тела фундамента;

б) второй группы: по деформациям (осадкам, прогибам), _f =1,0.
5. ФУНДАМЕНТ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ НА ЕСТЕСТВЕННОМ

ОСНОВАНИИ.

5.1. Определение глубины заложения фундамента.

Глубина заложения фундаментов определяется в соответствии с указаниями пункта 5 /6/ с учетом глубины сезонного промерзания грунта, положения УГВ, теплового режима, конструктивных особенностей здания и т.п.

Из конструктивных требований при отсутствии подвала или технического подполья, минимальная глубина заложения столбчатого фундамента под железобетонную колонну d_к определяется из условия d_к = h_f+ 0,2 м,

где h_f - глубина заделки колонны в фундамент, в данном случае h_f =1,0 м;

0,05 – зазор между торцом колонны и дном стакана, см;

0,2 - минимальная толщина дна стакана, м.

Тогдаd_к = 1 + 0,2+0,05 = 1,25=1,3 м.

Полученная глубина заложения откладывается на геологическом разрезе от отметки планировки. Подошва фундамента при этом опирается на слой супеси пластичной с I_L = 0,8. В соответствии с п. 5.5.5 /6/ проверяется условие недопущения морозного пучения грунтов основания.

Для района г. Тюмень нормативная глубина сезонного промерзания грунтов d_fn = 2,0 м. Расчетная глубина сезонного промерзания грунтов определяется как

d_f= К_h· d_f ,

где К_h - коэффициент влияния теплового режима здания, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемого здания по табл. 5.2 /6/; для наружных и внутренних фундаментов не отапливаемых зданий К_h=1,1.

Рассматриваемое промышленное здание является не отапливаемым, с учетом этого

d_f = 2,0·1,1 = 2,2 м.

Далее из геологического разреза (по расчетной оси) определяется глубина расположения уровня подземных вод d_=112,6 -109,6 = 3,0 м и величина d_f + 2,0 = 2,2 + 2,0 = 4,2 м.

Как видно имеет место выполнение условия d_<d_f+2 м, т.е. 3,0 м < 4,2 м. По таблице 5.3 /6/ в таком случае для супеси пластичной при I_L> 0 глубина заложения фундамента должна приниматься не менее расчетной глубины промерзания d_f=2,2 м, что больше d_к = 1,3 м.

Выбирая большую из этих величин, глубина заложения фундамента принимается равной d₁ = 2,2 м. Подошва фундамента в этом случае опирается на супесь пластичную, которая и принимается за опорный слой грунта.

Если данный грунт имеет небольшое расчетное сопротивление (ил, торф, насыпной грунт, растительный слой и т.п.), а близко залегает более прочный слой, в ряде случаев целесообразно заглубить фундамент в этот слой, что позволит уменьшить размеры его подошвы. Принятая глубина заложения фундамента не должна находиться на границе или вблизи границы двух слоев грунта. В таком случае необходимо заглубить фундамент в нижележащий слой не менее чем на 0,2 м.

5.2. Определение размеров подошвы внецентренно нагруженного фундамента мелкого заложения под колонну промышленного здания.
Определение оптимальных размеров подошвы отдельных внецентренно нагруженных фундаментов под колонны производится методом последовательных приближений (приложение 1, блок-схема) или с использование программы расчета на ЭВМ в следующем порядке:

а) определяется требуемая площадь подошвы фундамента как центрально нагруженного.

,

где N^P- расчетное значение вертикального усилия на обрез фундамента, которое определяется при коэффициенте надежности по нагрузке _f , принимаемым в расчете оснований по деформациям равным γ_f =1, N^P =2354x1 =2354 кН;

R₀ - ориентировочное значение расчетного сопротивления грунта основания в уровне подошвы фундамента, определяемое, например, по эпюре R₀ геологического разреза, R₀=190кПа;

d₁ - глубина заложения подошвы фундамента, d₁=2,2 м;

_ml - осредненное значение удельного веса фундамента и грунта на его ступенях, _ml = 20 кН/м³;

;

б) определяются размеры подошвы фундамента в плане, как имеющего квадратную форму ,размеры подошвы плитной части фундаментов обычно принимаются кратными 0,1 м (0,3 м, если предполагается использование унифицированной щитовой опалубки);

в) уточняется величина расчетного сопротивления грунта основания для квадратного фундамента с шириной подошвы b=4,0 м по формуле 5.7/6/

,

где γ_c1 , _с2 - коэффициенты условий работы принимаемые по табл. 5.4 /6/,

γ_c1 =1,1 для супеси пластичной с I_L=0,8, _с2 =1,0для здания с гибкой конструктивной схемой;

k - коэффициент надежности, k =1,0 т.к. прочностные характеристики грунта определялись по данным испытаний;

М_, М_q, М_c - коэффициенты, принимаемые по табл. 5.5 /6/ в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения основания фундамента, для супеси пластичной при φ_II = 18⁰ , М_=0,43; М_q =2,73; М_c=5 ,31;

К_z - коэффициент, принимаемый равным: при b<10м- К_z=1, при

b≥10м - К_z= + 0,2м (здесь z₀=8м);

γ₁₁ - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, γ₁₁=20 кН/м³ , при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды;

- то же, залегающих выше подошвы фундамента до отметки планировки, в примере

с₁₁ - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего ниже

подошвы фундамента, с₁₁=5 кПа;

d_b - глубина подвала, в курсовом проекте для бесподвального здания d_b=0

b - ширина подошвы фундамента, b =4,0 м.

кПа.

Если подсчитанные по формуле 5.7 /6/ значение R существенно отличается от R₀(более 10%), производится перерасчет размеров подошвы квадратного фундамента путем подстановки в выражение для определения требуемой площади подошвы вместо R₀ полученного значения R;

г) вычисляется эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента как е_х=М_х/N,

где М_х - расчетное значение суммарного изгибающего момента, передаваемое фундаментом на основание в уровне подошвы, кНм;

N - расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес

конструкций фундамента, грунта на его ступенях и т.п. кН.

М_х=М^р + Q^Р.d₁,

где М^P, ^P - соответственно расчетные значения изгибающего момента и поперечного усилия в основном сочетании при γ_f=1,

М^P =1792 = 792 кНм, Q^Р = 1132 = 132 кН;

d₁ = 2,2 м.
Тогда М_х= 792 + 1322,2 = 1082,4 кНм.
N = N^P + G,

где N^P =2354кН;

G - расчетное значение вертикального усилия от веса фундамента и грунта на его ступенях, ориентировочно, при γ_f = 1 ,

кН.

Окончательно
N= 2354 + 704 = 3058 кН.

Тогда эксцентриситет приложения вертикальной нагрузки

.
Поскольку e_x=0,35 м >0,033l=0,0334,0=0,132 м, но меньшеl/6=4:6=0,64м, принимается прямоугольная в плане подошва фундамента и увеличивается ее размер в направлении действия изгибающего момент. Для этого вычисляется коэффициент увеличения К₀ по формуле

,

.
Значения К₀, как правило, принимаются в пределах от 1,1 до 1,5 /7/.

С учетом вычисленного значения К₀ длина подошвы внецентренно нагруженного фундамента под колонну определяется как l = К₀  b = 1,2  4,0 = 4,8 м.

Если е_хменьше 0,033b, допускается квадратная в плане подошва фундамента и краевые давления можно не определять;




Рис. 3. Монолитный фундамент под колонну.

д) проверяются краевые напряжения под подошвой фундамента исходя из трапециевидной эпюры давлений

,

где N - расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес фундамента и грунта на его ступенях, кН,

N=N^P+G=12354+1·44,8202,2=3198,8 кН;

А - площадь подошвы фундамента, м²,

А = b·l=44,8=19,2м²;

M_х- расчетное значение изгибающего момента относительно центра подошвы фундамента кН м ,

М_х=М^P+Q^Рd₁ =1792 + 1·1322,2= 1082,4кHм;

, что меньше l/6=4,8:6=0,8 м;

l - размер подошвы фундамента в направлении действия изгибающего момента, l =4,8 м .

Тогда кПа.
При правильном, экономичном подборе размеров подошвы фундамента должны выполняться условия:

1. p_max≤1,2R, т.е. максимальное давление под краями подошвы внецентренно нагруженного фундамента p_шах, должно быть меньше или равно 1,2R (до 5% для монолитных фундаментов),

238,2 кПа < 1,2∙182 = 218,4 кПа - не выполняется.

2. p_min> 0, для минимального давления ограничение не введено, но оно должно быть больше 0, т.е. не должно быть отрыва подошвы фундамента в резуль­тате появления в грунте растягивающих напряжений, когда р_minсо знаком «минус»,

95 кПа > 0 - выполняется.

3. p₀ < R, т.е. среднее давление под подошвой фундамента должно быть меньше рас- четного сопротивления грунта основания,

166,6 кПа < 182 кПа - выполняется.
Условие (1) не выполняется, поэтому увеличивается размер подошвы фундамента в направлении действия момента, что соответствует рекомендациям /7/. Принимается l=5,2 м, b=4,0 м, К₀=1,3 (значении R=182 кПа при той же величине b=4,0 м не изменилось)и производится перерасчет. В ряде случаев целесообразно увеличить значение b,определить l = К₀ ∙ bипересчитать R).

Тогда

N = 1·2354 + 1∙4∙5,2∙2,2∙20 = 2354 + 915,2 = 3269,2 кН;

, что меньше l/6 = 5,2:6 = 0,86 м:



р_max = 217кПа, р_тin = 97,5кПа, p₀ = 157,З кПа.

Проверяется выполнение условий

p_max=217кПа< 1,2R=218,4 кПа;

p_min =97,5 кПа>0;

р₀ = 157,3 кПа < R = 182 кПа.

Условия выполняются, а недонапряжение по максимальному краевому давлению составляет , что меньше 5%. Следовательно, фундамент запроектирован экономично.

Окончательно принимается фундамент с габаритами подошвы l= 5,2 м, b = 4,0 м, d₁ =2,2 м. Таким образом, принятые размеры фундамента удовлетворяют условиям, ограничивающим краевые давления и их соотношения.

Если на глубине z от подошвы фундамента в пределах сжимаемой толщи залегает менее прочный слой грунта, то в нем под действием сжимающих напряжений могут развиваться пластические деформации, приводящие к нелинейной зависимости между нагрузкой на основание и осадкой фундамента. В этом случае необходимо проверить выполнение следующего условия 5.9 /6/ (при глубине котлована менее 5 м)



где σ_zp- вертикальное напряжение от внешней нагрузки на кровлю подстилающего слоя, кПа;

σ_zg - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на кровлю подстилающего слоя, считая от отметки природного рельефа, кПа;

R_z - расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z, вычисляемое по формуле 5.7/6/ для условного фундамента, шириной b_z , кПа.

В свою очередь , A_z=N/σ_zp, a=(l-b)/2,



2-2

Рис.4. Монолитный фундамент под колонну.

где N - расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес конструкции фундамента и грунта на его ступенях, кH;

l, b - соответственно длинна и ширина проектируемого фундамента, м.

Если условие не выполняется, необходимо принять большие размеры подошвы фундамента.

В данном случае несущим слоем является супесь пластичная с условным расчетным сопротивлением R₀ = 190 кПа, которая подстилается суглинком полутвердым с R₀ = 230 кПа, т.е. более прочным грунтом. Поэтому проверка подстилающего слоя не выполняется.
5.3. Основные указания к конструированию

При известной высоте фундамента, размерах подошвы определяются параметры его подколонной и плитной части с учетом следующих указаний /4, 7/.

1. При назначении размеров подколонной части учитывается, что толщина стенок неармированного стакана поверху принимается не менее 200 мм, толщина армированного стакана назначается расчетом, но не менее 150 мм /2, 7/. Размеры стакана принимаются больше размера колонны в плане понизу на 100 мм, поверху на 150 мм. Толщина дна стакана назначается по расчету, но не менее 200 мм.

2. Высота ступеней принимается по табл. 4.22/7/в зависимости от высоты плитной части фундамента (табл. 3).
Таблица 3

Высота ступеней фундаментов

Высота плитной части фундамента, мм	h1, мм	h2, мм	H3, мм
300 450 600 750 900 1050 1200 1500	300 450 300 300 300 300 300 450	- - 300 450 300 300 300 450	- - - - 300 450 600 600

3. Максимальный вынос нижней ступени жесткого фундамента вычисляется по формуле l = k∙h₁, где значение коэффициента k в курсовом проекте ориентировочно принимается равным k=2,0.

4. Рекомендуемый класс бетона для монолитных железобетонных фундаментов, В 12,5, В 15, В 20.

5. Размеры ступеней плитной части фундамента принимаются кратными 0,1 (0,3 м, если предполагается использование унифицированной щитовой опалубки).

6. Замоноличивание колонны производится бетоном класса не ниже В 15.

7. Армирование подошвы осуществляется сетками из арматуры периодического профиля классов А-II и А-Ш. Расстояние между осями рабочих стержней составляется 200 мм, диаметр их при длине до 3 м - не менее 10 мм, при большей длине - 12 мм. Диаметр продольных стержней подколонника принимается не менее 12 мм. Подколонники армируются продольными и поперечными стержнями, площадь сечений стержней определяется расчетом, который в курсовом проекте не производится.

8. Под монолитным фундаментом при любых грунтах предусматривается устройство сплошной бетонной подготовки толщиной 100 мм из бетона класса не ниже В 5.

Конструирование фундамента выполняется в масштабе 1:20; 1:50; 1:100 (см. рис. 3,4).

5.4. Расчет конструкции фундамента

Расчет конструкций фундамента (плитной части и подколонника) производится по прочности и раскрытию трещин /4/. В курсовом проекте выполняется только проверка плитной части на продавливание /2/.

При стаканном сопряжении колонны с фундаментом, если выполняются условия h_b≥Н + 0,5(l_cf - h_с) или h_b ≥ H + 0,5(b_cf - b_c), расчет тела на продавливание производится от нижнего обреза подколонника. Здесь h_b- расстояние от дна стакана до подошвы фундамента, м; Н- высота плитной части фундамента, м; l_cf и b_cf - соответственно больший и меньший размер сечения подколонника, м; h_cи b_c - соответственно больший и меньший размер сечения колонны в плане, м. При этом условие прочности на продавливание имеет вид

N≤R_bt∙b_т∙Н₀,

где b_т - среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания, м, b_т = b_cf + Н₀;

Н₀ - рабочая высота сечения плитной части фундамента, м, исчисляемая до середины рабочей арматуры подошвы;

R_bt - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельного состояния I группы, кПа, принимаемое с учетом коэффициента условий работы γ_b2 =1,1.;

N - расчетное значение продавливающей силы, кН.

Для центрально нагруженных фундаментов N = А_f0 ∙ р₀, внецентренно нагруженных N = А_f0 ∙ p_max ,

где р₀, р_max - среднее или наибольшее краевое давление на грунт от расчетных нагрузок, кПа; А_f0 - площадь нижнего основания пирамиды продавливания, м².

A_f0=0,5∙b∙(l -l_cf -2∙H₀)-0,25∙(b-b_cf - 2∙H₀)².

Если h_b≤Н + 0,5(l_сf -h_с ) или h_b ≤ Н + 0,5(b_cf - b_c) , тогда расчет тела фундамента на продавливание производится от дна стакана. Условие прочности на продавливание в этом случае записывается как

N≤R_bt∙b_т∙h_0b,

где N - расчетное значение продавливающей силы, N = А_f0 ∙p_max

b,l - ширина и длина прямоугольной в плане подошвы фундамента, м;

h_оb - расстояние от дна стакана до середины рабочей арматуры подошвы, м;

b_m=b_h+h_0b.

A_f0=0,5∙b∙(l-l_h-2∙h_0b)-0,25∙(b-b_h-2∙h_0b)²,

где l_h, b_h - соответственно больший и меньший размер дна стакана, м.

В данном случае, l=5,2 м, b=4 м, H_f = 2,2м, Н=0,9 м, h_с=0,8 м, l_с=0,5 м, l_{с f}=1,4м, b_сf=1,1м, l_h=h_с+2∙0,05 = 0,881м, b_h =b_С+2∙0,05 = 0,51м, h_b= Н_f-1- 0,05 = 2,2 - 1 - 0,05 = 1,05 м, h_0b =h_b - 0,055 = 1,05 - 0,055 = 0,995 м, R_bt = γ_b2 ∙ 750 = 1,1 ∙ 750 = 853 кПа для бетона класса В15 с учетом коэффициента условий работы γ_b2 = 1,1, р_max = 217 кПа.

Проверяется выполнение условия h_0h ≤ Н + 0,5 (l_сf - h_с ).

H + 0,5(l_{c f} - h_с ) = 0,9 + 0,5(1,4 - 0,8) = 1,2 м . 0,9951,2 м. Следовательно, расчет

тела фундамента на продавливание будет производиться от дна стакана. Тогда

b_т = 0,51 + 0,995 = 1,505 м.

А_f0 = 0,5∙4∙(5,2 - 0,81 - 2∙0,995) - 0,25∙(4 - 0,9 - 2∙0,995)² = 4,67 м².

N = 4,67∙217∙1,1 = 1115кН.

Проверяется соответствующее условие прочности.

1166≤853∙1,505∙0,995.

1115кH<1277кН.

Условие выполняется, следовательно продавливание тела фундамента не происходит. Если условие не выполняются, необходимо изменить высоту фундамента (глубину заложения) и выполнить его перерасчет по п. 5.2.

5.5. Стоимость возведения фундамента.

Объем земляных работ в курсовом проекте рассчитывается для котлована под отдельный фундамент. Глубина котлована равняется глубине заложения фундамента. Размеры котлована понизу превышают размеры подошвы фундамента на 0,2 м с каждой стороны. Крутизна откоса котлована назначается по приложению 12. В случае, если в пределах высоты котлована располагаются несколько слоев грунта, крутизна откоса назначается по наименьшему значению, определенному для каждого из этих слоев. Объем фундамента определяется за вычетом стаканной части. Толщина бетонной подготовки под фундамента

принимается равной 100 мм. В данном случае объем земляных работ при разработке котлована - 111,7 м³, расход монолитного бетона – 12,92 м³, расход бетона на устройство подготовки толщиной 100 мм – 2,46 м³. Полученные значения заносятся в таблицу 6.


6. ЗАМЕНА СЛАБЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ ПЕСЧАНОЙ ПОДУШКОЙ

В ряде случаев, когда основание сложено слабыми грунтами, имеющими недостаточно высокую прочность, экономически целесообразно искусственно улучшить их свойства. В курсовом проекте рассматривается один из способов искусственного улучшения грунтов основания - устройство песчаной подушки. Применение песчаных подушек позволяет: уменьшить глубину заложения фундамента, в этом случае подушка воспринимает нагрузку от фундамента и передает ее на более прочный, чем заменяемый нижележащий слой; уменьшить давление на слабый грунт основания путем распределения нагрузки от сооружения на большую площадь. Кроме этого, подушка препятствует выпиранию грунта из-под подошвы фундамента и уплотняет основание своим весом до возведения сооружения, благодаря чему уменьшается осадка.

В соответствии с рекомендациями /7/«... плотность грунтов в подушках назначается в зависимости от вида применяемых грунтов и должна быть не менее 0,95 максимальной плотности, получаемой опытным уплотнением грунтов с оптимальной влажностью в полевых или лабораторных условиях. При отсутствии результатов опытного уплотнения допускается плотность грунтов в сухом состоянии принимать не менее: для подушек из однородных крупных и средних песков - 1,60 т/ж³, неоднородных крупных и средних песков -1,65 т/м³».

Модули деформации грунтов в подушках, а также расчетные сопротивления основания принимаются, как правило, по результатам непосредственных их испытаний на опытных участках, а также по данным опыта строительства в аналогичных условиях. При отсутствии результатов непосредственных испытаний модули деформации грунтов в подушках в водо-насыщенном состоянии и расчетные сопротивления допускается принимать по табл. 11.18 /8/.

Параметры подушки назначаются и проверяются таким образом, чтобы давление, передаваемое на основание, не превосходило его расчетного сопротивления. При этом в соответствии с /7/ширина грунтовой подушки поверху должна быть не менее, чем на 0,6 м больше ширины фундамента, понизу - не менее чем на 0,4 м.

В курсовом проекте в качестве материала песчаной подушки используется песок крупный, средней плотности, угол обычно принимается равным 45⁰ .

Песчаные подушки устраиваются следующим образом: слабые грунты основания выбираются на некоторую проектную глубину и заменяются песком крупным или средней крупности, укладываемым слоями толщиной 15-20 см. Каждый слой проливается водой для достижения оптимальной влажности и уплотняется.
Таблица 4

Модули деформации и условные расчетные

сопротивления подушки из различных грунтов

Грунт	Модуль деформации Е, МПа	Условное расчетное сопротивление R0, МПа
Гравелистый, щебеночный Песок: крупный средний мелкий пылеватый Супеси, суглинки Шлак	40 30 20 15 10 10 20	0,4 0,3 0,25 0,2 0,15 0,2 0,25

6.1. Расчет столбчатого фундамента.

В соответствии с инженерно-геологическими условиями площадки строительства, представленными на рис. 2, глубина заложения подошвы фундамента мелкого заложения, определяемая по указаниям п. 5.5 /6/, составляет d_l =2,2 м. При этом, основанием фундамента является слой супеси пластичной (слабый грунт) с условным расчетным сопротивлением R₀= 190кПа, подстилаемый слоем суглинка полутвердого (прочный грунт) с R₀=230кПа. В таких условиях целесообразно рассмотреть вариант устройства фундамента минимально допустимой высоты с заменой слабого грунта (супеси пластичной) песчаной подушкой, опирающейся на прочный грунт (суглинок полутвердый). В качестве материала подушки принимается песок крупный средней плотности с R₀=300кПа.
В процессе проектирования (прил. 3 блок-схема) вначале определяются параметры фундамента, опирающегося на искусственно улучшенное основание в виде песчаной подушки в соответствии с последовательностью, приведенной в разделе 5. Глубина заложения подошвы фундамента в этом случае назначается, исходя из конструктивных требований, и принимается равной d_k=d₁=h_f+0,2+0,05=1,25 м=1,3 м. С учетом этого

а) определяется требуемая площадь подошвы фундамента как центрально нагруженного

;

б) определяются размеры подошвы фундамента в плане, как имеющего квадратную форму

;



Рис.5. Монолитный фундамент под колонну.
в) вычисляется эксцентриситет приложения равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента м, где

М_х = М^Р+ Q^Р∙d₁ =1∙792 + 1∙132∙1,3 = 963,6кН∙м;

N = N^Р + G= 1·2354 + 1∙2,9²∙20∙1,3 = 2573,7кН.

Поскольку е_х= 0,37м > 0,033∙b= 0,033·2,9 = 0,0957м, принимается прямоугольная в плане подошва фундамента, для чего увеличивается ее размер в направлении действия изгибающего момента. Для этого вычисляется коэффициент увеличения



С учетом вычисленного значения К₀длина подошвы внецентренно нагруженного фундамента под колонну составит l=b·К₀= 2,9·1,3 = 3,773,8м.

Принимается монолитный столбчатый фундамент с размерами подошвы l= 3,8 м, b=2,9м;

г) вычисляются краевые напряжения под подошвой фундамента, для чего определяются:

А = 2,9·3,8 = 11,02м²;

N = 1∙2354 + 1∙2,9∙3,8∙1,3∙20 = 2640,5 кН;

, что меньше l/ 6=3,8/6=0,63 м.

Тогда

,

p_max=376,2 кПа; p_min=103 кПа.
Определяется среднее давление под подошвой фундамента

.

Проверяется выполнение условий:

1. р_mах ≤ 1,2R; 376,2 кПа > 1,2∙300 = 360кПа - условие не выполняется;

2. p_min>0; 103 кПа > 0 - выполняется;

3. p₀<R; 239,6кПа < 300 кПа – выполняется;

Первое условие не выполняются, поэтому увеличиваются размеры подошвы фундамента.

Принимается b=3м, l=K₀∙b=1,3∙3=3,9м  4м.

Тогда А = 4∙3 = 12м².

N = 1·2354+ 1∙12∙1,3∙20 = 2666 кH.

, что меньше l/6 = 3,9/6 = 0,65 м.

Определяются краевые напряжения под подошвой фундамента, как

;

.

Среднее давление под подошвой фундамента

кПа.

Проверяется выполнение условий
1. р_mах = 342,2 кПа <1,2R₀ = 360 кПа - условие выполняется;

2. p_min=102,2кПа> 0 - выполняется;

3. p₀=220,2 кПа < R₀=300 кПа - выполняется;

Условия выполняются, а недонапряжение по максимальному краевому давлению составляет

<5%

Следовательно, размеры подошвы фундамента запроектированы достаточно экономично.

Конструирование фундамента производится в соответствии с указаниями п.3 раздела 5.
3-3

4-4


Рис.6. Монолитный фундамент по колонну.
6.2. Производится расчет тела фундамента на продавливание от дна стакана, исходя из условия (см. далее п. 5.4)
N≤R_bl∙b_m∙h_ob,

где h_ob= h_b-0,055 = 1,3-1-0,05 -0,055 = 0,195 м;

b_m=b_h+h_ob=(b_c+2·0,05)+0,195=0,8 + 0,1+0,195=1,095 м;

A_fo=0,5b(l-l_h-2h_ob)-0,25(b-b_h-2h_ob)²=0,5∙3(4-0,81-2∙0,195) –

• 
  0,25(3-0,51-2∙0,195)² = 3,3м²;
  

R_bt =853 кПа;

N = p_max∙A_fo=1,1∙342,2∙3,3 = 1242,2 кН.

1242,2 кН≤1,1∙853∙1,095·0,195 кН.

1242,2 кН>182 кН.

Условие не выполняется, поэтому возможно продавливание фундамента колонной. В связи с этим, необходимо увеличить рабочую высоту фундамента и добиться выполнения условия (прил. 3 блок схема). Ряд промежуточных расчетов показал (расчеты не приводятся), что все предъявляемые требования удовлетворяются при размерах подошвы фундамента l= 4,4 м, b = 3,0 м, глубине заложения подошвы d₁= 2,2м. В этом случае p_max = 345,72 кПа, p_тin=98,9 кПа, р₀ = 222,3кПа.

Основные параметры монолитного фундамента, удовлетворяющего всем условиям, представлены на рис. 5,6.
6.3. Проектирование песчаной подушки.

Задаемся ориентировочной толщиной h_Пподушки из условия ее опирания на нижележащий слои суглинка полутвердого с заглублением на 0,4м (рис. 7,8). Тогда h_П=2,0 м.





Рис.7. Основные габариты подушки


Рис.8. Замена слабого грунта основания песчаной подушкой.

Определяется вертикальное напряжение от собственного грунта на уровне подошвы фундамента (точка 0), расчет ведется от отметки природного рельефа

_zg0=_II1∙h₁+_II2∙h₂ ,

где _II1, h₁ - соответственно удельный вес и мощность растительного слоя,

_II1=16кН/м³, h₁= 0,9м;

_II2, h₂ - соответственно удельный вес и мощность супеси пластичной, залегающей выше отметки подошвы фундамента (при необходимости следует учитывать взвешивающее действие воды), _II1 = 20 кН/м³, h₂ = 2,2м.

Таким образом, _zg0= 16∙0,9 + 20∙2,2 = 14,4 + 44 = 58,4кПа.

Вычисляется вертикальное напряжение на кровлю подстилающего песчаную подушку слоя, т.е. на 2,0 м ниже подошвы фундамента. Предварительно определяется удельный вес супеси пластичной с учетом взвешивающего действия воды и гидростатическое давление воды на кровлю суглинка полутвердого, который является водоупором (т.к. к_ф=3·10^-9 см/сек, что меньше 1,2·10^-8 см/сек). С учетом этого

.

Гидростатическое давление столба воды на кровлю суглинка полутвердого равно_∙h_=10∙1,15=11,5кПа.

Тогда _zg1 = 58,4+ 20∙0,45+10,12∙1,15+11,5+ 20,2∙0,4 = 98,6кПа.

Вертикальное напряжение от внешней нагрузки под подошвой фундамента определяется как

_zp0=p₀-_zg0=220,2-58,4=161,8кПа.

По таблице 5.4 /7/ при и значение коэффициента рассеивания определяется двойной интерполяцией и составляет =0,557. Тогда вертикальное напряжение от внешней нагрузки на кровлю подстилающего песчаную подушку слоя суглинка полутвердого равняется _z =·_zp0= 0,557·161,8 = 90,1кПа.

Суммарное напряжение на кровлю подстилающего слоя составляет _z =_zp1+_zg1=90,1 + 98,6 = 188,7 кПа.

В соответствии с п. 2.18 /2/ определяется площадь подошвы условного фундамента как

,

где N = N^P+G = 1·2354 +1· 4,4∙3∙2,2∙20=2934,8 кН.

Размер подошвы песчаной подушки в плане рассчитываются как

; ,

где .

Тогда , .

Расчетное сопротивление грунтаоснования, подстилающего песчаную подушку, определяется по формуле (5.7) /6/:



где _c1 = 1,25; _с2 = 1,0; k = 1,0;

Mγ= 0,36; М_q=2,43; М_с = 4,99 при  = 16⁰;

K_z= 1;

₁₁ = 20,2кН/м³, определяется без учета взвешивающего действия воды, поскольку суглинок полутвердый является водоупорным слоем;

.

.

Проверяется выполнение условия

 = 188,7кПа <R = 370,4кПа.

Условие выполняется, однако недонапряжение составляет

.

Уменьшаются размеры подошвы песчаной подушки, принимая в соответствии с /7/, минимально допустимые величины b_П =b+ 2∙0,4 = 3 + 2∙0,4 = 3,8м, l_П =l + 2∙0,4 = 4,4 + 2∙0,4 = 5,2м.

Тогда расчетное сопротивление определяется как

.

Проверяется выполнение условия =188,7кПа <R =361,2кПа. Условие выполняется.

Окончательно размеры песчаной подушки принимаются равными b_П = 3,8м, l_П = 5,2м, h_П = 2,0м.

6.4. Стоимость возведения фундамента.

Объем земляных работ в курсовом проекте рассчитывается для котлована под отдельный фундамент. Глубина котлована равняется глубине заложения подошвы песчаной подушки. Крутизна откоса котлована назначается по приложению 12. В случае, если в пределах высоты котлована располагаются несколько слоев грунта, крутизна откоса назначается по наименьшему значению, определенному для каждого из этих слоев. Объем фундамента определяется за вычетом стаканной части. Толщина бетонной подготовки под фундамента принимается равной 100 мм. В данном случае объем земляных работ при разработке котлована - 289 м³, расход монолитного бетона – 8,4 м³, объем материала песчаной подушки – 77,8 м³, расход бетона на устройство подготовки толщиной 100 мм – 1,63 м³. Полученные значения заносятся в таблицу 6.

7. ФУНДАМЕНТ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

По конструктивным соображениям, условию производства работ принимается свайный фундамент с забивными железобетонными сваями и ростверком (возможны другие конструктивные решения свай и фундаментов глубокого заложения).
7.1. Определение основных размеров.

Предварительно, на миллиметровой бумаге в масштабе М_в 1:100 строится геологическая колонка грунтов по оси проектируемого здания с указанием их мощности. По эпюре условных расчетных сопротивлений (эп.R₀) выбирается несущий (опорный) слой грунта с наибольшей величиной R₀(обычно пески - гравелистые, крупные, средней крупности, глины и суглинки - твердые и полутвердые, тугопластичные, супеси - твердые). Опирание нижних концов свай на рыхлые пески и глинистые грунты текучей консистенции не допускается. Далее производится определение основных размеров свайных фундаментов в соответствии с указаниями и рекомендациями, изложенными в/1,2,5,7/.

Пусть требуется определить основные размеры свайного фундамента с забивными железобетонными сваями и ростверком для инженерно-геологических условий площадки строительства на рис. 2. Из эпюры следует, что опорным следует принимать слой песка средней крупности средней плотности, имеющего наибольшее значением R₀= 400 кПа.
7.1.1. В курсовом проекте устанавливается глубина заложения подошвы ростверка из конструктивных требований без учета сезонного промерзания грунтов, инженерно-геологических особенностей площадки строительства, положения УГВ. При этом, в первом приближении, высота ростверка назначается на 0,4  0,5 м больше необходимой глубины заделки колонны в фундамент h_f т. е.

d_k= h_f+(0,4  0,5) м;

d_k=1 + 0,5 = 1,5 м.

Размеры ростверка по высоте, как правило, принимаются кратными 0,1 м. Принимаем высоту ростверка, d₁=d_k= 1,5 м. Полученная величина глубины заложения d₁ = 1,5 м откладывается в масштабе на схеме от планировочной отметки и устанавливается абсолютная отметка подошвы ростверка, равная 110,75 м.
7.1.2. Задаются заглублением сваи в опорный (несущий) слой грунта на 0,5 м или 1,0 м в соответствии с п. 8.14 /5/ и устанавливается по схеме ориентировочная расчетная длина сваи (h_р), исчисляемая как расстояние от дна предполагаемого котлована до начала заострения. Таким образом, принимая заглубление сваи в слой песка средней крупности на 1,0 м, получим h_р = h₁ + h₂ + h₃ = 2,3 + 2,7 +1,0 = 6,0 м.

По ориентировочной расчетной длине, учитывая метод погружения, форму поперечного сечения, вид армирования, выбирается тип сваи (стандартная длина h_стпри минимальных размерах поперечного сечения). Забивные сваи подбираются, например, по таблице 8.1 /7/.

Выбирается забивная свая квадратного поперечного сечения с ненапрягаемой стержневой арматурой марки С-7-30, т.е. длиной h_ст = 7,0 м и размерами поперечного сечения 30х30 см. Назначается заделка верхних концов свай в ростверк. При действии

вертикальных и незначительных горизонтальных нагрузок эта величина принимается, равной 30 см (5 см - свая и 25 см- выпуски арматуры.) При вертикальных и значительных горизонтальных - 50 см (соответственно 10 см и 40 см). С учетом этого вновь определяется расчетная длина сваи. В нашем случае h_р=h_ст - 0,3м=7-0,3=6,7 м.

Значение расчетной длины сваи h_p = 6,7м вновьоткладывается на геологическом разрезе и проверяется ее заглубление в опорный слой (песок средней крупности) h₃ = h_p – h₁ - h₂, h₃ =6,7 - 2,3 - 2,7 = 1,7м > 1,0м, что находится в установленных п. 8.14 СНиП 2.02.1-85 пределах. Если в результате проверки выясняется, что величина h₃менее 1м, то необходимо принять сваю другой марки с большей стандартной длиной.
7.1.3. Определяется несущая способность сваи по формуле 7.8 СНиП 2.02.03-85 /5/ как

кН,

где _с - коэффициент условий работы сваи в грунте, _с= 1;

_cR, _cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, по табл. 7.4 /5/ _cR=1, _cf = 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, определяемое по табл. 1 /5/. Для песка средней крупности средней плотности (рис. 9), при глубине погружения нижнего конца сваи от уровня природного рельефа равной 9,10 м, R = 3910 кПа. Для плотных песчаных грунтов значение R может быть увеличено по п. 4 табл. 7.2;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта мощностью h_i по боковой поверхности сваи, принимается по табл. 7.3 /5/ в зависимости от средней глубины расположения слоя грунта, кПа. При определенииf_i пласты грунтов следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м. Для плотных песчаных грунтов, супесей и суглинков с е<0,5, глин с е<0,6 значение f_i могут быть увеличены по п.4 табл. 7.3. Расчетное сопротивление слоя супеси пластичной с консистенцией I_L = 0,8 на глубине равно f₁=7,6кПа; расчетное сопротивление слоя суглинка полутвердого с консистенцией I_L = 0,17 на глубине равно f₂ = 58кПа; расчетное сопротивление слоя песка средней крупности, средней плотности на глубине равно f₃=63кПа;

А - площадь поперечного сечения сваи, м²,

;

U - наружный периметр поперечного сечения сваи, м,

;

h_i - толщина i - го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м, h₁ =2,3м, h₂=2,7м, h₃=1,7м.
.



Рис.9. Расчетная схема сваи


7.1.4. Определяется расчетная нагрузка, передаваемая на сваю