Фундаменты и основания

Содержание

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства.

2.1. Определяемые характеристики.

Приводимые ниже характеристики определены либо лабораторным путем, либо получены в результате полевых испытаний.

Слой №1.

Мощность слоя 3м.

Плотность грунта при природной  влажности  r =1,92 кН/м³

Плотность твердых частиц грунта r_s = 2, 73 кН/м³.

Природная влажность грунта W = 0,32 д.е.

Влажность на границе раскатывания W_p =0, 26 д.е.

Влажность на границе текучести  W_L =0.47 д.е.

 

Слой №2.

Мощность слоя 7м.

Плотность грунта при природной  влажности  r =1,99 кН/м³

Плотность твердых частиц грунта r_s = 2,70 кН/м³.

Природная влажность грунта W = 0,26д.е.

Влажность на границе раскатывания  W_p = 0,20 д.е.

Влажность на границе текучести  W_L = 0,30 д.е.

 

Слой №3.

Мощность слоя 8м.

Плотность грунта при природной  влажности  r =1,7 кН/м³

Плотность твердых частиц грунта r_s = 2,66 кН/м³.

Природная влажность грунта W = 0,12 д.е.

Влажность на границе раскатывания  W_p = 0

Влажность на границе текучести  W_L = 0

 

 

2.2.  -Вычисляемые характеристики.

 

•  Число пластичности 

Слой №1:

Слой №2:

Слой №3:

  По числу пластичности определяем, что слой №3 относится к пескам, слой №1 к глинам и №2 к суглинкам.

 

• Плотность сухого грунта

Слой №1:

Слой №2:

Слой №3:

 

• Удельный вес грунта природного сложения (где g=9.81»10м/сек²)

Слой №1:

Слой №2:

Слой №3:

• Удельный вес твердых частиц

Слой №1:

Слой №2:

Слой №3:

• Удельный вес сухого грунта

Слой №1:

Слой №2:

Слой №3:

• Пористость

Слой №1:

Слой №2:

Слой №3:

• Коэффициент пористости

Слой №1:

Слой №2:

Слой №3:

- Степень влажности , (где - плотность воды).

Слой №1:

Слой №2:

Слой №3:

 

 

• Показатель текучести 

Слой №1:

Слой №2:

Слой №3: -

• Коэффициент пористости при влажности на границе текучести

Слой №1:

Слой №2:

Слой №3: -

• Показатель

 

Слой №1: 0,22

Слой №2: -

Слой №3: -

• Удельный вес насыщенного водой грунта

Слой №1:

Слой №2:

Слой №3:

 -    Удельный вес взвешенного водой грунта

Слой №1:

Слой №2:

Слой №3:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На основе приведенных  выше расчетов определяем:

 

Слой №1 – Глина мягкопластичная, непросадочная, ненабухающая.

Слой №2 – Суглинок мягкопластичный, непросадочный, ненабухающий.

Слой №3 – Песок мелкий, средней плотности, маловлажный.

 

-    Удельное сцепление  с, кПа:

 

Слой №1  с = 43 кПа

Слой №2  с = 20кПа

Слой №3  с = 2 кПа

 

 

-   Модуль деформаций  Е МПа:

 

Слой №1 Е = 15 МПа

Слой №2  Е = 12МПа

Слой №3  Е = 18 МПа

 

-   Угол внутреннего  трения  φ:

 

Слой №1  φ = 16°

Слой №2  φ =18°

Слой №3  φ = 28°

 

-   Расчетное сопротивление  грунта R, кПа:

 

Слой №1  R = 255 кПа

Слой №2  R = 208 кПа

Слой №3  R = 300 кПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Сводная ведомость физико-механических характеристик грунта

№	Характеристика грунта	Обозна чение	Размер ность	Слой грунта
				1	2	3
1	Мощность слоя	hi	м	3	7	8
2	Плотность грунта	r	г/см3	1,92	1,99	1,7
3	Плотность частиц грунта	rS	г/см3	2,73	2,70	2,66
4	Влажность природная	w	д.ед.	0,32	0,26	0,12
5	Влажность на границе текучести	wL	д.ед.	0,47	0, 3	0
6	Влажность на границе раскатывания	wp	д.ед.	0,26	0,2	0
7	Плотность сухого грунта	rd	г/см3	1,45	1,58	1,52
8	Удельный вес	g	кН/м3	19,2	19,9	17
9	Удельный вес частиц грунта	gs	кН/м3	27,3	27	26,6
10	Удельный вес сухого грунта	gd	кН/м3	14,55	15,8	15,2
11	Удельный вес взвешенного водой грунта	gsb	кН/м3	9,22	9,95	9,46
12	Удельный вес насыщенного водой грунта	gsat	кН/м3	19,22	19,95	19,49
13	Пористость	n	д.ед.	0,47	0,415	0,43
14	Коэффициент пористости	e		0,88	0,71	0,75
15	Коэффициент пористости при	eL		1,28	0,81	-
16	Показатель Iss	Iss		0,22	0,006	-
17	Степень влажности	Sr		0,996	0,99	0,43
18	Число пластичности	IP	д.ед.	0,21	0,1	0
19	Показатель текучести	IL		0,29	0,6	-
20	Удельное сцепление	C	кПа	43	20	2
21	Модуль деформации	E	МПа	15	12	18
22	Угол внутреннего трения	j	град	16	18	28
23	Расчетное сопротивление	R0	кПа	255	208	300
24	Полное наименование грунта			Глина тугопластичная, непросадочная, ненабухающая.	Суглинок тугопластичный, непросадочный, ненабухающий.	Песок мелкий, средней плотнос-ти, маловлажный.

 

3. Сбор нагрузок.

1.  Сбор нагрузок в заданных сечениях.

Для расчёта прикладываем к каркасу следующие нагрузки:

1. Нагрузка от собственного веса элементов.
2. От веса покрытия и снега.
3. Временная на перекрытия и от веса перегородок и конструкции пола.
4. Ветровая с учётом знакопеременного характера нагрузки и пульсационной составляющей.

 

№ сече- ния	Нагрузки	Формула расчета и  величина  (кН/мм)	Норматив, ΣFV02	gf	Расчетная ΣFV01
1-1	Постоянные вес стены вес перекрытия вес покрытия и кровли вес перегородки Временные на перекрытие снеговая	d·H· gст ·1п.м. = 0,38·22·18·1 = 150,48 GПЕР· (N-1) ·A1-1 = 4,5·4·3 = 54 GПОКР· A1-1 = 4,1·3= 12,3 GПЕРЕГ ·(N-1)  ·A1-1 = 1,2·4·3 = 14,4   GПЕР,ВР · (N-1) ·A1-1 = 3·4·3 = 36 GСНЕГ · A1-1 = 2·3 = 6	150,48 54 12,3 14,4   36 6	1.1 1.1 1.2 1.1   1,2 1,4	165,53 59,4 14,76 15,84   43,2 8,4
			273,18		307,13
2-2	Постоянные вес стены вес перекрытия вес покрытия и кровли вес перегородки Временные на перекрытие снеговая	d·H·gст·1п.м. = 0,38·22·18·1= 150,48 GПЕР· N · A2-2 = 4,5·5·3 = 67,5 GПОКР· A2-2 = 4,1·3 = 12,3 GПЕРЕГ ·N ·A2-2 = 1,2·5·3 =18 dбл·hпод· gст ·1п.м. = 0,5·2,4·24·1 = 28,8   GПЕР,ВР· N ·A2-2 =3·5·3 = 45 GСНЕГ  ·A2-2 = 2·3 = 6	150,48 67,5 12,3 18 28,8   45 6	1,1 1,1 1,2 1,1 1,1   1,2 1,4	165,53 74,25 14,76 19,8 31,68   54 8,4
			328,08		368,42
3-3	Постоянные вес колонны вес перекрытия вес покрытия и кровли вес перегородки Временные на перекрытие снеговая	bK· hK · Н· gжб = 0,6·0,8·22·23 = 242,88 GПЕР· (N-1) · A3-3 = 4,5·4·36 = 648 GПОКР ·A3-3 = 4,1·36 = 147,6 GПЕРЕГ · (N-1) ·A3-3 = 1,2·4·36 = 172,8   GПЕР,ВР· (N-1) ·A3-3 =3·4·36 = 432 GСНЕГ · A3-3 = 2·36 = 72	242,88 648 147,6 172,8   432 72	1,1 1,1 1,2 1,1   1,2 1,4	267,2 712,8 177,12 190,08   518,4 100,8
			1715,28		1966,4
4-4	Постоянные вес колонны вес покрытия и кровли вес стеновых панелей Временные -  снеговая	bK· hK· hЭТ · g = 0,4·0,5·6·22 = 26,4 GПОК · A4-4= 4,1·90 = 369 d· hЭТ ·g ·l-3 = 0,42·6·22·12 = 665.28   GСНЕГ  ·A4-4 = 2·90= 180	26,4 369 665.28   180	1,1 1,1 1,2   1,4	29,04 405,9 798.336   252
	Кратковременные крановая момент от крана момент от ветра	240 4.2 ±36	240 4.2 ±36	1,2 1,2 1,2	288 5.04 ±43.2

 

 

 

 

2.  Сочетания нагрузок для сечения 4-4.

 

Сочетания нагрузок для сечения 4-4 представлены в таблице №4.

№ сечения	№ сочетания	SFV0 SM0			II предельное состояние
	1	SFV0,MAX			1725.276
		SM0,COOT			4.2
	2	SM0,MAX			+36
		SFV0,COOT			1485.276
	3		SFV0,COOT	1485.276
			SM0,MIN	-36

 

4.Расчет и проектирование  фундаментов мелкого заложения.

4.1 Центрально нагруженный ленточный фундамент (сечение 1-1) .

 

Глубина заложения определяется с учетом:

1. Климатических особенностей района строительства.
2. Гидрогеологических условий района строительства.
3. Конструктивных особенностей сооружения.
1. Наличие подвала.
2. Наличие уже существующих фундаментов.

 

d ≥ d_f^н ∙ K_{h ,}

 

где K_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых зданий ( K_h=0.5 – сооружение без подвала, полы по грунту, среднесуточная температура 20°С ).

        d_fn – нормативная глубина промерзания грунта, принимаемая по схематической карте [2] (d_fn=2.3м ).

Конструктивно принимаю  

 

Вычисляем предварительные размеры  подошвы фундамента в плане.

где g_СР – усредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах   ( g_СР = 20 кН/м³ ).

А_ПРЕД – предварительная площадь подошвы фундамента.

SF_V02 – суммарная вертикальная сила.

Расчетное сопротивление R :

где g_С1; g_С2 – коэффициенты условий работы (g_С1=1,2; g_С2=1).

     k – зависит от способа назначения характеристик грунта ( k=1,1 ).

     k_z – зависит от ширины ФЛ ( k=1 т.к. b£10м ).

     M_g; M_q; M_c – коэффициенты, (M_g=0,36; M_q=2,43; M_c=4,99).

     g¢ - удельный вес грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (g¢=0.8g=0.8∙19,2=15,36 кН/м³ ).

 

где G_Ф – вес фундамента и грунта на его уступе.

P<R на 12.9%

Условие не выполняется

Уточнение 1.

  

После назначения основных размеров подошвы фундамента производим проверку условия:

 

Условие выполняется.

 

По данным расчета производим конструирование  фундамента в сечение 1-1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструкция фундамента в сечении 1-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 4.2 Внецентренно нагруженный ленточный фундамент. (сечение 2-2)

h_s = 0,5 м – высота слоя грунта со стороны подвала

h_cf = 0.2 м - толщина пола подвала

d_цок = 0,2 м ―высота цоколя

 

d =2,4 + 0,5 + 0,2 - 0,2 = 3.3м

 

 

 где d_b = 2 м  – глубина подвала.

 d₁ – глубина заложения подошвы фундамента, определяемая по формуле 8[1].

где  g_cf – расчетное значение удельного веса конструкций пола подвала ( g_cf=22кН/м³ ).

 

где b_Ф – ширина фундаментный блоков (b_Ф=0,5м ).

           

где h_пл – высота плитной части фундамента (h_пл=0,3м).

       g_б – расчетное значение удельного веса ЖБ (g_б=25кН/м³).

 

Где в соответствии с расчетной  схемой

  

Где величина дополнительного давления q₀=10кН/м², тогда

  

  

где b – для ленточных фундаментов b=1п.м

 l – для ленточных фундаментов l=b. После назначения основных размеров подошвы фундамента производим проверку условия:

  

 

Где в соответствии с расчетной схемой

             

 на 1%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструкция фундаментов  в сечении 2-2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3 Центрально нагруженный столбчатый фундамент. (сечение 3-3)

 

, м       h₁= 50 см – конструктивно

           

 

 

Уточняем расчетное сопротивление  R.

После назначения основных размеров подошвы фундамента производим проверку условия:

 

 

Условие не выполняется.

Уточнение 1.

           

            

             

 

 

По данным расчета производим конструирование  фундамента в сечении 3-3:  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструкция фундаментов  в сечении 3-3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4 Внецентренно-нагруженный  столбчатый фундамент (сечение 4-4).

Расчет глубины заложения подошвы  фундамента.

где K_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения ( K_h=1,1м ).

   Принимаем 

Подбор площади подошвы фундамента.

Вычисляем предварительные размеры  подошвы фундамента в плане.

            

                     

l/b=1,5   l=3м                

       G_ф=2,6×3×2×20=312

Расчетное сопротивление R.

            

340,35 ≤ 425,99  на 25,2%         -не удовлетворяет условию

 

l/b=1,2   l=2,4м                

       G_ф=2,6×2,4×2×20=249,6

Расчетное сопротивление R.

            

413,62 ≤ 425,99  на 3%         - удовлетворяет условию

Сочетания по вторым усилиям

 

          

 

380,2<425,99    342,68>0

 

 

 

 

 

 

 

Конструкция фундаментов  в сечении 4-4.

 
5 Определение деформации основания.

 

5.1 Осадка фундамента в сечении 1-1

 

Определяем напряжения от собственного веса выше расположенных слоёв грунта:

на глубине подошвы:

              

              

          

      

  

       

    

      P₀=291,534 – 23,04 = 268,5кПа

h_i=0,4*2,5=1 м

 

 

z	hi	ξ	α	Р0	szpi	szgi	Ei
0	0	0	1	268,5	268,5	23,04	15000
1	1	0.8	0,881	268,5	236,5
1,8	0,8	1,44	0.642	268,5	172,38
2	0,2	1,6	0,477	268,5	128,07
3	1	2,4	0,374	268,5	100,42
4	1	3,2	0,34	268,5	91,3
5	1	4	0,306	268,5	82,16
6	1	4,8	0,258	268,5	69,27		12000
7	1	5,6	0,223	268,5	59,88
8	1	6,4	0,196	268,5	52,63
9	1	7,2	0,175	268,5	46,99
4	0,4	8	0,158	268,5	42,4
4,4	0,4	8,8	0,143	268,5	38,4
4,8	0,4	9,6	0,132	268,5	35,44
5,2	0,4	10,4	0,122	268,5	32,76
5,6	0,4	11,2	0,113	268,5	30,34
6	0,4	12	0,106	268,5	28,46

 

 

 

 

 

 

 

S=0,8*[((268,5+236,5)/2)*(0,4/15000)+(( 236,5+172,38)/2)*(0,4/15000)+(( 172,38+128,07)/2)* (0,4/15000)+((128,07+100,42)/2)*(0,2/15000)+((100,42+91,3)/2)*(0,2/15000)+((91,3+82,16)/2)*(0,4/15000)+((82,16+69,27)/2)*(0,4/15000)+((69,27+59,88)/2)*(0,4/12000)+ ((59,88+52,63)/2)*(0,4/12000)+(( 52,69+46,99)/2)*(0,4/12000)+(( 46,99+42,4)/2)* (0,4/12000)+((42,4+38,4)/2)*(0,4/12000)+((38,4+35,44)/2)*(0,4/12000)+((35,44+32,76)/2)*(0,4/12000)+((32,76+30,34)/2)*(0,4/12000)+((30,34+28,46)/2)*(0,4/12000))] = 0,0293м =

2,93см < S_u = 8см

 

 

 

 

 

 

5.2 Осадка фундамента в сечении 3-3

Определяем напряжения от собственного веса выше расположенных слоёв грунта:

на глубине подошвы:

              

              

          

      

  

       

    

      P₀=289,13 – 23,04 = 266,09кПа

h_i=0,4*2,5=1 м

 

z	hi	ξ	α	Р0	szpi	szgi	Ei
0	0	0	1	266,1	266,09	23,04	15000
1	1	0.8	0,8	266,1	212,88	42,24
1,8	0,8	1,44	0,52	266,1	138,4	57,6
2	0,2	1,6	0,449	266,1	119,5	39,9	12000
3	1	2,4	0,257	266,1	68,4	83,79
4	1	3,2	0,16	266,1	42,58	103,74
5	1	4	0,108	266,1	28,74	123,7
6	1	4,8	0,077	266,1	20,5	143,64

 

 

 

 

 

 

S=0,8*[((266,1+212,88)/2)*(1/15000)+((212,88+138,4)/2)*(0,8/15000)+((138,4+119,5)/2)* (0,2/15000)+((119,5+68,4)/2)*(1/12000)+((68,4+42,58)/2)*(1/12000)+((42,58+28,74)/2)*(1/ 12000)+((28,74+20,5)/2)*(1/12000))] = 0,0356м = 3,56см < S_u = 8см

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Свайный вариант центрально нагруженного отдельностоящего фундамента.

 

Сваи - висячие железобетонные, поперечное сечение 300х300мм, длиной 6м

 (Класс С6-30).

                                  Расчетная схема проектируемого  фундамента 

 

 

Несущая способность определяется по формуле :

где g_С – коэффициент условий работ по грунту ( для забивных свай g_С=1)

g_CF,g_CR – коэффициент условий работы грунта под пятой сваи и на боковой поверхности сваи, зависит от способа погружения  ( g_CR=1, g_CF=1 ).

R – расчетное сопротивление грунта под пятой сваи, зависит от глубины погружения сваи ( R=850кН ).

А – площадь поперечного сечения сваи ( А=b²=0,3²=0,09м² ).

u – наружный периметр сваи ( u=4d=4*0,3=1,2 м ).

f_i – расчетное сопротивление грунта i-го слоя на боковой поверхности сваи

h_i – толщина i-го слоя грунта.

Расчет Sf_ih_i - члена формулы удобно производить в табличной форме

 

I	zi	fi	hi	fihi
1 2 3	2 4 6	30 16 18	2 2 2	60 32 36
Shifi				128

 

 

Вычисляем расчетное значение:

 

где g_g – коэффициент надежности сваи по грунту (g_g=1,4 ).

Определяем предварительное количество свай на 1п.м.

   принимаем конструктивно n=12шт.

Конструируем ростверк.

 

            - расстояние между сваями

 

 

 

 

 

 

Определяем нагрузку приходящуюся на 1 сваю.

Условие выполняется.

 

 

 

Расчет осадки куста  свай.

 

Расчет осадки куста свай начинаем с проверки оснований по деформациям     

     

где G_усл - вес условного фундамента

     

должно выполняться условие

где R –расчетное сопротивление грунта

 

P₀₂ < R

 

Условие выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.Осадка свайного фундамента в сечении 3-3

Определяем напряжения от собственного веса выше расположенных слоёв грунта:

на глубине подошвы:

              

              

          

      

  

       

    

      P₀=406,6 – 137,1 =269,5кПа

h_i=0,4*2,12=0,848 м

 

z	hi	ξ	α	Р0	szpi	szgi	Ei
0	0	0	1	269,5	269,5		27000
0.5	0.5	0.471	0.882	269,5	237,8
0,848	0.348	0.8	0.8	269,5	215,6		10000
1,696	0,848	1.6	0.449	269,5	121
2,544	0,848	2.4	0.257	269,5	69,3
3,392	0,848	3.2	0.16	269,5	43,12
4,24	0,848	4	0.108	269,5	29,11

 

S=0,8[((269,5+237,8)/2)*(0,5/27000)+((237,8+215,6)*(0,348/10000)+((215,6+121)/ /2)*(0,848/10000)+((121+69,3)\2)*(0,848/10000)+(69,3+43,12)/2*(0,848/10000)+ (43,12+29,11)/2*(0,848/10000)] = 0,0424 м = 4,24 см < S_u = 8см