Расчет фундамента

1.   Исходные данные

Назначение здания – промышленное, отапливаемое.

Длина здания Lзд = 216 м. Ширина здания Bзд = 60 м.

Ширина пролета  Впр = 15 м. Шаг Вш = 8 м.

Высота фундамента Нф = 3,0 м.

Размеры подошвы  Вф×Lф = 3,4×4.7 м

Бетон фундамента В35 на ПЦ марки М-500.

Бетон подготовки – В7,5.

Температура выдерживания бетона +5 °С, наружного воздуха tн.в. = -11,13°С.

Растительный  слой грунта – без корней и примесей.

Грунт – глина жирная с примесью гравия >10% по объему ; объемная масса грунта

 γ = 1,9 т/м3.

Армирование: сетки  ступеней d_sc=14 мм с шагом ас=250 мм, nсс=2 сетка в

ступени, подколонник – dsп=12 мм с шагом ап=250 мм,

сетки подколонника dsc=12 мм с шагом ас=150 мм, nсс=3 сетки по обрезу

Расстояние транспортировки  грунта на вывоз L = 9 км.

Расстояние транспортировки  бетонной смеси, l = 18 км.

Срок планировочных  работ – 2-3 дн.

Срок выполнения земляных работ менее 30 дн.

Согласно заданию  принимаем металлический каркас здания, фундаменты монолитные железобетонные. Всего Nфунд = 140 фундаментов (определено по плану несущих конструкций).

Отметка заложения  обреза фундамента -0,150 м. Тогда отметка дна котлована

Fдн = Нф + Fобр + hнед = 3,0 + 0,15 + 0,1 = 3,25 м. 
 
 
 
 

2. Определение вида земляных работ для устройства фундамента

1. Определение  высоты котлована 

Нк = Fдн – hср – hнед = 3,25 – 0,15 – 0,1 = 3,0 м. 

2. Определение  горизонтального заложения откоса (см. формулу (4)):

d = m× Hк = 0, 5×3,0 = 1,5 м.

где m – коэффициент  откоса, для супеси m = 0, 5 (прил. 1) 

3. Определение  расстояния между выемками в  поперечном направлении

здания (по пролетам)

Lmax = Впр – Lф – 2×0,6–2×m×Нк = 15,0–4,7×2×0,6–2×0, 5×3,0 =6,36 м 

4. Определение  расстояния между выемками в  продольном направлении

здания (по шагу)

Lmin = Вшаг – Вф – 2×0,6–2×m×Нк = 8,0–3,4×2×0,6–2×0,5×3,0 =0,92 м 

5. При Lmax = 6,36 м ≤8,0 м - устраиваем общий котлован под все здание с

устройством въездной траншеи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Подсчет объемов земляных работ

При расчете  принимаем расстояние от основания откоса котлована до фундамента 0,6 м. Недобор грунта производим вручную на высоту 0,10 м.

1. Определение  площади срезки растительного  слоя бульдозером 

S = (Взд+20)×(Lзд+20) = (60+20)×(216+20) = 18 800 м². 

2. Определение  объема работ при перемещении срезанного грунта в отвал при расстоянии перемещения Lзд /2 = 216/2 = 108 м:

Vср.пер = S×hср = 18 800×0,15 = 2 832 м3.

где hср – высота срезанного грунта при планировке, hср = 0,15 м. 

3.Определение объема котлована:

3.1. Определение  длины котлована по дну с  учетом привязки крайних колонн температурного блока 0,5 м:

а = Lзд – 0,5×2 + Вф + 0,6×2 = 216 – 1+3,4+1,2 = 219,6 м.

где 0,5 – привязка крайних колонн температурного блока, м. 

3.2. Определение  ширины котлована по дну:

в = Взд + Lф + 0,6×2 = 60 + 4,7 + 1,2 = 65,9 м. 

3.3. Определение  длины котлована по верху:

А = а + 2×d = 219,6 + 2×1,5 = 222,6 м. 

3.4. Определение  ширины котлована по верху:

В = в + 2×d = 65,9 + 2×1,5= 68,9 м. 

3.5. Определение  объема котлована:

Vк = Нк×(а×в +А×В+(а+А)×(в+В))/6 =

3,0×(219,6×65,9+222,6×68,9+(219,6+222,6)×(65,9+68,9))/6 = 44 708,67 м³. 

4. Определение  объема съезда.

Принимаем 1 съезд в котлован:

Vсъезда =

= 

5. Определение  объема земляных работ:

Vзем.раб = Vк + Vсъезда = 44 708,67 + 58.64 = 44 767.31 м3. 

6. Определение  объема всех фундаментов:

Vфунд = (Vступ + Vподк)×Nфунд =

(0.3×(3,4×4,7+2,8×3,8+2,2×2,9+1,6×2) + 1,8×1,1×1)×140 = 1 574,16 м3. 

7. Определение объема бетонной подготовки:

Vбет.под = Впод×Lпод×hпод×Nфунд = 3,6×4,9×0,1×140 = 246,96 м3,

где Впод – ширина бетонной подготовки:

Впод = В_ф+0,2=3,4+0,2=3,6 м

Lпод = Lф+0,2 м = 4,7 + 0,2 = 4,9 м;

hпод – высота бетонной подготовки, hпод = 0,1 м. 

8. Определение  объема работ при подчистке  грунта под фундаментами вручную:

Vнед.руч = (Впод + 0,1)×(Lпод + 0,1)×hнед×Nфунд =3,7×5×0,1×140=259 м3. 
 

9. Определение  площади поверхностей фундамента, соприкасающихся с грунтом:

Sф = (Вф×h1+Lф×h1)×2 + (Вф1×h2+Lф1×h2)×2+ ...+ (Вф×Lф – Вфi×Lфi) =

(3,4×0,3 + 4,7×0,3)×2 + (2,8×0,3 + 3,8×0,3)×2+ (2,2×0,3 + 2,4×0,3)×2 +(1,6×0,3 + 2,0×0,3)×2+

+(1,8×1×2 + 1,8×1,1×2) + (3,4×4,7 – 1,1×1,0) = 36,18 м2. 

10. Определение  объема работ при обратной  засыпке пазух котлована вручную. Засыпка вручную поверхности фундамента производится на толщину 0,6 м, тогда:

Vобр.з.руч = Sф×tупл×Nфунд = 36,18×0,6×140 = 3 039,12 м³. 
 

11. Определение  объема работ при уплотнении  грунта обратной засыпки

электротрамбовками  вручную:

11.1. Определение  площади уплотнения грунта у подошвы фундамента:

Sпод = 4×(0,62 + 3,4 × 0,6) = 9,6 м2.

Примечание: при  расчете площади уплотнения у  подошвы фундамента bст = 0. 

11.2. Определение  площади уплотнения грунта вблизи фундамента в уровне первой, второй и третьей ступеней:

Sст _{1, 2,3}=4×(t²_упл-b²_cт+B_фi (t_упл-b_cт ))= 4×(0,6²-0,3²+1,6 (0,6+0,3))+4(0,6²-0,3²+2,2(0,6+0,3))+

+4(0,6²-0,3²+2,8(0,6+0,3))+4(0, 6²-0,3²+3,4(0,6+0,3)) =40,32 м² 

11.3. Определение  площади уплотняемой поверхности  грунта вблизи под-

колонной части  фундамента:

  23,04 м² 

11.4. Определение  площади уплотняемой поверхности фундамента:

S = ΣSст + Sподк = 49,92+ 23,04 + 40,32 = 72,96 м² 

11.5. Определение  объема работ при уплотнении  грунта обратной засыпки

всех фундаментов  электротрамбовками вручную:

Sупл.руч = Sфунд×Nфунд =72,96×140 = 10 214,4 м². 

12. Определение  объема обратной засыпки:

Vобр.з = Vзем.раб – Vфунд – Vбет.под ± (Vнед.руч – Vбет.под) = (44 767.31 – 1 574,16-

– 246,96  + (259 – 246,96  )) = 42 958,23 м³. 

13. Определение  объема работ при разработке  грунта в транспорт:

Vвывоз = Vфунд + Vбет.под ± (Vнед.руч – Vбет.под) =

=1 574,16+ 246,96  – (259 – 246,96  ) = 1 809,08 м³. 

14. Определение  объема работ при разработке  грунта навымет (в отвал),

Vотв, и перемещении грунта в отвал, Vпер.:

Vотв = Vпер = Vобр.з = 42 958,23 м3. 

15.Определение  объема работ при обратной засыпке котлована бульдозером, Vобр.з.бульд, и уплотнением катками, Vупл.кат:

Vобр.з.бульд = Vупл.кат = Vобр.з – Vобр.з.руч = 42 958,23 – 3 039,12 = 39 919,11 м³.

Примечание: обратная засыпка производится бульдозером  и экскаватором. 

4. Подсчет объемов  опалубочных работ

1. Определение  объема работ укрупнительной  сборки опалубки . Площадь укрупненных панелей равна всей площади опалубки фундаментов:

S укр.сб = Sоп×Nфунд = 34,2×140 = 4 788 м²;

Спецификация  элементов опалубки

2. Определение объема работ по монтажу опалубки. В блок собираем эле-

менты опалубки ступеней и подколонника. Определим  их массу:

2.1. Опалубка нижней ступени включает: 8 щитов (поз.1) массой 35,25 кг, 4 щита марки (поз.7) массой 21 кг и 4 щита (поз.9) массой 25,5 , 2 схватки марки Сх-3,5 массой 24,5 кг  и 2 схватки марки Сх-4,8 массой 33,6 кг, тогда масса блока:

         Мбл1 = =35,25×8+ 4×21+4×25,5+ +2×24,5+2×33,6=458,2 кг 

2.2. Опалубка 2 ступени включает: 8 щитов (поз.2) массой 28,5 кг, 4 щита (поз.6) массой 16,5 кг и 4 щита (поз.7) массой 21, 2 схватки марки Сх-3,2 массой 22,4 кг, 2 схватки

 Сх-4,35 массой 30,45 масса блока:

Мбл2 = 8×28,5+4×16,5+4×21+2×22,4+2×30,45 = 483,7 кг. 

2.3. Опалубка 3 ступени  включает: 8 щитов (поз.3) массой 21,75 кг,4 щита (поз. 5) массой 12 кг , 4 щита (поз.6) массой 16,5 кг, 2 схватки марки Сх-2,6 массой 18,2 кг и 2 схватки марки Сх-3,45 массой 24,15 кг, масса блока:

Мбл3 = 8×21,75+4×12+4×16,5+2×18,2+2×24,15 = 372,7 кг 

2.4. Опалубка 4 ступени включает: 10 щитов (поз.4) массой 15 кг, 4 щита (поз. 5) массой 12 кг , 2 схватки марки Сх-2 массой 14 кг и 2 схватки марки Сх-2,55 массой 17,85 кг, масса блока:

Мбл4 = 10×15+4×12+2×14+2×17,85=261,7 

2.5.Опалубка подколонника при монтаже включает: 4 щита марки 8 массой 49,5 кг, 4 щита марки 10 массой 45кг и 8 схваток марки Сх-1,65 массой 11,55 кг, и 8 схваток Сх-1,4 массой 9,8 масса блока:

Мбл5 = 4×49,5+4×45+8×11,55+8×9,8 = 548,8 кг. 

Если принять  монтаж подколонника по отдельным щитам  поверхности,

то масса одного укрупненного щита: Мбл5 = 4×49,5+4×45+8×11,55+8×9,8 = 548,8  кг.

Таким образом, масса всех блоков превышает 50 кг и монтаж этих конструкций производится краном. 

3. Определение  площади опалубки подготовки (см. табл. 18.4.2):

Sпод = Sоп.под×Nфунд = 1,7×140 = 238 м2. 
 
 
 

Спецификация  элементов опалубки на бетонную подготовку 

Монтаж  производим краном, так как масса блока: 49+71.4 = 120.4 , 36+53,2= 89,2 кг - более 50 кг.

4. Общая потребность опалубки для устройства фундаментов и бетонных подготовок.

4.1. Общая площадь опалубки:

Sоп + Sпод = 4 788 + 238 = 5026 м²

4.2. Общая масса  опалубки:

Моп + Мпод = 314,97 т + 29,35 т = 344,32 т 
 
 
 
 
 
 

5. Подсчет объемов  арматурных работ

Спецификация  арматурных сеток  и стержней фундаментов 

1. Определение  объема работ по сортировке  конструкций.

Для ручных работ  подъем тяжести ограничен до 50 кг. Для сортировки вручную принимаем сетку С4 с массой 42,47 кг и С4 с массой 30,01, а также сетки С5 с массой 11,19 кг и массой 8,44 кг, арматурные стержни А1, масса каждого стержня составляет 3,54 кг. Определим процентное соотношение сеток, сортируемых краном и вручную.

1.1. Определение  количества сеток сортируемых  краном весом более 50 кг

М_{сорт.кран} =539,01т× т.

1.2. Определение  количества сеток сортируемых  вручную весом до 50 кг

Мсорт.руч = 539,01 т× = 83,81, т. 

2. Определение объема работ по установке арматурных сеток. Сетки С1, С2, С3 массой свыше 50 кг устанавливаем в проектное положение краном, сетки марки С4,С5 – вручную. Тогда: (280+280+280+280+280+280) = 1680 сеток монтируем краном, и (280+280+840+840)= 2240 сеток марки С4 и С5 монтируем вручную.

3.  Определение объема работ по установке и вязке отдельных арматурных стержней. Масса стержней составляет 16,35 т

4. Объем арматурных  работ определяется по формуле 

Mарм = Mарм.сет + Mарм.ст = 539,01 + 16,35 = 555,36 т. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Подсчет объемов  бетонных работ

1. Определение  объема работ по приему и  укладке бетонной смеси на фундаменты и бетонную подготовку по формулам

Vприем.бет.подг = Vподг = 246.96 м³.

Vприем.бет.фунд = Vфунд = 1 574,16 м³. 

2. Определение  объема работ по подаче бетонной  смеси на фундаменты и

бетонную подготовку по формулам

Vпод.бет.подг = Vприем.бет.подг×К = 246,96×1,02 = 251,90 м³.

Vпод.бет.фунд = Vприем.бет.фунд×К = 1 574,16×1,02 = 1 605,64 м³. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

7. Определение числа  захваток при бетонировании.

При бетонировании  фундаментов производительность работ определяется числом рабочих-бетонщиков. Состав звена по Е4-1-49, табл.1 включает бетонщиков 4р-1 чел, 2р-1 чел, итого: 2 чел.

Производительность  бетонщиков в смену при укладке  смеси 

П_см= м³/см,

где n – количество рабочих в звене, n = 2 чел,

Нвр – норма времени, Нвр = 0,26 чел×час (табл. 1 Е4-1-49),

При общем объеме бетонных работ Vфунд = 1 605,64  м³ максимальное кол-во захваток должно быть не более :

Nмах = = см.

Разбиваем весь объем работ на 30 захваток. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

8. Выбор машин и  механизмов для  земляных и монтажных  работ

Выбор бульдозера для планировки

Для выполнения планировочных работ при перемещении  грунта до 40-60 м принимаем бульдозер средней мощности ДЗ-8 на базе трактора С-100. 

Технические характеристики бульдозера ДЗ-8

1. Расчет  производительности бульдозера ДЗ-8 в  смену по формуле 

Пб =8ч×q×Кв×Кт×Кгр/tц = 8×2,51×0,75×0,6×0,8/0,01273 = 570 м3/см,

где q – объема грунта перед отвалом, м³ (см. формулу (51)):

q = 0,75×h2×b×Kп/Кр = 0,75×1,2²×3,2×0,9/1,24 = 2,51 м ³,

где Кп – коэффициент, учитывающий потери грунта при перемещении:

Кп =1 - 0,005×lпер = 1 - 0,005×20 = 0,9,

где lпер – длина перемещения грунта при полном цикле работы:

lпер = 0,25×Взд +5 м = 0,25×60+5=20 м;

Кр – коэффициент первичного разрыхления грунта,

для растительного  грунта Кр = 1,24;

tц – время полного цикла работы бульдозера:

tц =tз + tп + tобх + tпер =0,0018+0,00345+0,0025+0,005 = 0,013 ч,

где tз – затраты времени на резание грунта:

tз =lз/(1000×Vз) = 5,22/(1000×2,9) = 0,0018 ч,

где lз – длина пути резания грунта:

lз = q/(b×hср) = 2,51/(3,2×0,15) = 5,22 м;

tп – затраты времени на перемещение и разравнивание грунта:

tп =lпер/(1000×Vпер) = 20/(1000×5,8) = 0,00345 ч;

tобх – затраты времени на обратный ход:

tобх =lпер/(1000×Vобх) = 20/(1000×7,9) = 0,0025 ч;

Объем работ  по срезке растительного слоя при высоте hср = 0,15 м составляет:

18 800 м²×0,15 = 2 820 м³. При производительности 520 м³/см объем работ будет выполнен одной машиной при работе в 2 смены за 2 820/(520×2) =3 дн, что не превышает директивный срок выполнения работ 2-3 дн. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выбор экскаватора для  разработки грунта

1. Предварительный  выбор емкости ковша экскаватора.

При объеме земляных работ ≈45 000 м³ принимаем экскаватор ЭО-5122

с объемом ковша 1,6 м³ и производительностью 154 м³/ч.

2. Определение требуемой производительности экск-ра по формуле

Птр =м³/смен,

где Тдн – срок выполнения работ, Тдн = 30 дней (по заданию);

nсм – сменность работ, принимаем nсм = 2.

Производительность  не менее 746 м³/смен или 746/8ч = 93 м³/ч

Для транспортировки  грунта принимаем автотранспорт:

- для экскаватора  ЭО-5122 с (Vк = 1,6 м3) принимаем бортовой автомобиль марки

МАЗ-543 грузоподъемностью Q = 16 т;

3. Расчет количества  машин для транспортирования  грунта на вывоз:

3.1. Определение  эксплуатационной производительности  экскаватора

ЭО-5122 (Vк = 1,6 м3):

= 476,19 м³/см

где Нвр – норма времени работы экскаватора (в маш×час) при погрузке грунта в транспорт, Нвр = 1,68 маш×час (Е2-1-9) 

3.2. Определение  объема грунта в ковше экскаватора  в плотном состоянии:

м³

где Vк – геометрический объем ковша экскаватора, Vк = 1,6 м³;

Кпер.разр – коэффициент первичного разрыхления, для супеси

Кпер.раз = 4 % (ЕНиР сб.2 «Земляные работы»,прил. 2). 

3.3. Определение  веса грунта в ковше в плотном  состоянии:

mгр = ⋅ γ_гр = 1,54×1,9 = 2,93 т,

где γгр – объемный вес грунта - супеси, γгр = 1,9 т/м³ (по заданию). 

3.4. Определение  полного числа ковшей грунта  в бортовом автомобиле

МАЗ-543 грузоподъемностью Q = 16 т: 

3.5. Определение  грузоподъемности автосамосвала  в м³:

Q_м3 = ⋅ n_ковш =1,54×6 = 7,7 м³.

3.6. Определение  коэффициента использования транспортной  единицы

МАЗ-543 с грузоподъемностью Q = 16 т:

К₁=n_ковш=0,92

3.7. Определение  сменной производительности автосамосвала:

= 73,60 м³

где Т1 – продолжительность смены автотранспорта, Т1 = 8 ч;

t – время  простоя под погрузкой и разгрузкой, ч;

L – дальность  транспортировки грунта на вывоз, L = 9 км;

V – средняя  техническая скорость транспорта, V = 18-36 км/ч.

3.8. Определение  необходимого количества машин:

N_маш= 7,46= 8 маш. 

Технические характеристики экскаватора ЭО-5122