Проектирование свайных фундаментов под колонны промышленного здания

ТЕМА:

Проектирование свайных фундаментов под колонны промышленного здания

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Оценка грунтовых условий строительной площадки здания

1.1 Исходные данные

1.2 Построение инженерно-геологического разреза

1.3 Оценка грунтов основания

2. Сбор действующих нагрузок

3. Определение глубины заложения ростверка

3.1 Учет глубины сезонного промерзания грунтов

3.2 Учет конструктивных требований

4. Выбор длины сваи

5. Определение несущей способности висячей сваи по сопротивлению грунта

6. Определение количества свай

6.1 Предварительное определение количества свай в фундаменте и их размещение при центральной нагрузке

6.2 Уточнение количества свай в фундаменте и их размещение

6.3 Проверка усилий в сваях

6.4 Определение степени использования несущей способности сваи

7. Расчет конечной осадки свайного фундамента

7.1 Определение размеров подошвы условного фундамента

7.2 Проверка напряжений на уровне нижних концов свай

7.3 Определение нижней границы сжимаемой толщи основания

7.4 Определение осадки фундамента методом послойного суммирования

8. Подбор марки сваи

9. Расчет ростверков по прочности

9.1 Расчет ростверков на продавливание колонной

9.2 Расчет ростверков на продавливание угловой сваей

9.3 Расчет ростверка на изгиб

Список литературы

1.        ОЦЕНКА ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ ЗДАНИЯ

1.1 Исходные данные

Физико-механические характеристики грунтов

Номер слоя	Разновидность грунта	Плотность грунта, ρI /ρII, т/м3	Плотность частиц грунта rs, т/м3	Природная влажность,W	Граница текучести, WL	Граница раскатывания, WP	Число пластичности, JP	Показатель текучести, JL	Коэффициент пористости, е	Степень влажности, SГ	Удельное сцепление сI/сII, кПа	Угол внутреннего трения ,jI/jII, град	Модуль деформации E, МПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1	Почвенно-растительный слой	1,60 1,62	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
13	Суглинок	1,77 1,79	2,68	0,08	0,23	0,14	0,09	<0	0,61	0,48	23 28	17 18	12,0
19	Супесь	1,63 1,64	2,67	0,05	0,19	0,13	0,06	<0	0,65	0,20	21 23	27 29	16 (3)
15	Глина	1,92 1,92	2,73	0,30	0,60	0,31	0,29	<0	0,83	0,98	66 72	13 14	25,0

1.2 Построение инженерно-геологического разреза

Схема расположения скважин и контур здания приведена на рис. 1, а результаты инженерно-геологических изысканий оговорены заданием на курсовое проектирование.

Расстояние между скважинами С-1 и С-2 равно 40 м, размеры контура здания - 2L х 36 м, где L=30 м - пролет здания.

В проекте условно принято, что грунтовая среда не агрессивна по отношению к железобетонным конструкциям.

Рис. 1. План здания и скважин

1.3 Оценка грунтов основания

В проекте к слабым грунтам относятся водонасыщенные глинистые грунты, у которых модуль общей деформации Е_о < 5 МПа.

Оценка грунтов основания выполнена послойно сверху вниз с использованием схемы грунтов основания, построенной по оси проектируемого фундамента (рис.2).

Рис. 2. Схема грунтов основания:

h_i - мощность i-го слоя грунта; d_{1 i} - глубина заложения фундамента в i -ом слое грунта; R_i - расчетное сопротивление i- го слоя грунта; E_i - модуль деформации i-го грунта; WL - уровень подземных вод

Так как подвал в здании отсутствует, то для каждого слоя грунта, кроме почвенно-растительного, его расчетное сопротивление грунта R определяется по формуле, следующей из формулы (7) [1]:

,

где g_с1 и g_с2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 3 [1]; k - коэффициент, принимаемый равным: k = 1, если прочностные характеристики грунта (j и с) определены непосредственными испытаниями; М_g, М_q, М_с - коэффициенты, принимаемые по табл. 4[1]; k_z - коэффициент, принимаемый равным 1 при b<10 м; b - ширина подошвы фундамента, м; (для предварительной оценки грунтов основания принимается b=1м); с_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа; γ_II - осредненное (в пределах b/2) расчетное значение удельного веса грунта, залегающего ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³; γ_ІІ' - осредненное расчетное значение удельного веса грунта выше подошвы фундамента, кН/м³, определяется, как средневзвешенная величина в пределах от DL до FL.

Слой № 13 (J_L <0)

g_с1 = 1,25; g_с2 = 1,01;

j_II = 14° , М_g = 0,43; М_q = 2,73; М_с = 5,31;

с_II = 28 кПа; d₁₁ = 1,5 м;

;

;

;

.

Слой № 19 (J_L <0)

;

g_с1 = 1,25; g_с2 = 1,01;

j_II = 28° , М_g = 0,98; М_q = 4,93; М_с = 7,4;

с_II = 23 кПа; d₁₂ = 2,5 м;

 

.

Слой № 15 (J_L <0) - водоупор

g_с1 = 1,25; g_с2 = 1,01;

j_II = 14° , М_g = 0,29; М_q = 2,17; М_с = 4,69;

с_II = 72 кПа; d₁₃ = 5,4 м;

;

.

Слой № 15 (J_L <0) - водоупор

d₁₄ = 7,4 м;

;

.

Наибольшим расчетным сопротивлением R = 630,57 кПа обладает слой №15 - глина, поэтому слой №15 принимаю как несущий слой основания свайных фундаментов.

2. СБОР ДЕЙСТВУЮЩИХ НАГРУЗОК

Усилия от постоянных нагрузок, а также от действия кранов и ветра принимают по прил. 3 и 4 соответственно для средних и крайних колонн.

Дополнительные усилия от веса стеновых панелей N_cm.п, кН, и фундаментных балок N_Ф.б, кН, определяют только для крайней колонны:

где g_cm.п = 3 кН/мІ - вес 1мІ стеновой панели; g_ф.б = 2,5 кН/п.м. - вес 1 п.м фундаментной балки; В = 12 м - шаг колонн по крайней оси; h_ст.п - высота стены:

_cm.п = ОНСК + h_Ф+ h_пл+ h_кр+h_п = 16,2+0,9+0,3+0,3+0,5 = 18,2 м,

где ОНСК = 16,2 м - отметка низа стропильной конструкции; h_ф = 0,9 м - высота фермы на опоре; h_пл = 0,45 м - высота прилива, при В = 6 м; h_кр = 0,3 - высота кровли; h_n = 0,5 м - высота парапета; g_f =1,1 - коэффициент надежности по нагрузке [2];

Рис. 3. Схема приложения нагрузок от стенового ограждения:

N_cm.п - вес стеновых панелей, кН; N_Ф.б - вес фундаментных балок, кН; е - эксцентриситет приложения нагрузки, м;  - момент от стенового ограждения и фундаментной балки, кН^.м

Определяется момент от стенового ограждения и фундаментной балки (рис.3).

,

где δ_ст.п = 0,3 м - толщина стеновой панели; h_k = 0,5 м - высота сечения крайней колонны; е - эксцентриситет приложения нагрузки,

;

Усилие от снеговой нагрузки:

 ,

где А_гр - грузовая площадь, при шаге колонн В = 12 м

средняя колонна:

А_гр1 =2BL = 2*6*30 = 360 мІ,

крайняя колонна:

А_гр2=BL/2 = 6*24/2 = 90 мІ;

S - полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия,

,

где S_g = 1,8 кН/мІ - расчетное значение веса снегового покрова на 1мІ горизонтальной поверхности земли [2, табл.4], Санкт-Петербург - снеговой район III (карта 1 [2]); μ = 1 - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие [2, пп. 5.3 - 5.6];

N_{сн 1} = 1,8 * 360 = 648 кН;

N_{сн 2} = 1,8 * 90 = 162 кН.

Изгибающий момент М_сн и поперечная сила Q_сн, вызванные действием снеговых нагрузок в крайней колонне, определяются из пропорции:

,

где М_покр, Q_nокp, N_покр - усилия от веса покрытия;

;

М_сн = -7,82 кН м;

Q_сн = 1,32кН.

Расчетные сочетания усилий и варианты сочетания усилий сведены в табл. 1, 2.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ РОСТВЕРКА

Для фундаментов наружного ряда колонн глубина заложения ростверка Н_р [1, пп. 2.25.-2.28.] зависит от 2-х факторов: глубины сезонного промерзания грунтов d_f и конструктивных требований Н_кон. Из этих двух значений выбирается наибольшее.

3.1 Учет глубины сезонного промерзания грунтов

Подошва ростверка должна располагаться ниже расчетной глубины сезонного промерзания грунтов:

H_p ^> d_f,

где d_f - расчетная глубина сезонного промерзания грунта [1]:

d_f = k_h*d_fn = 0,7*1,15 = 0,81 м,

здесь k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, для сооружений без подвала с полами, устраиваемыми по грунту, при t = 10°С k_h = 0,7;

d_fn - нормативная глубина сезонного промерзания

,

где d₀ = 0,23 - величина, принимаемая равной для суглинков и глин; M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе строительства [3], для Санкт-Петербурга M_t = 7,8+7,8+3,9+0,3+5= 24,8 °С;

3.2 Учет конструктивных требований

 

Для обеспечения конструктивных требований необходимо, чтобы глубина заложения ростверка Н_р принималась не менее конструктивных требований Н _кон:

Н_Р ≥ Н_кон .

Верх монолитного стакана фундамента должен находиться ниже отметки пола как минимум на 0,15 м. Тогда (см. рис.4):

H_кон = 0,15 + h_cm + h_dн' ,

Рис. 4. Схема к определению глубины заложения ростверка

высота стакана для средней колонны

h_cm = 0,33h_k + 0,5 = 0,33*1,1 + 0,5 = 0,863 м;

высота стакана для крайней колонны

h_cm > (1,0...1,5) h_k =(1,0...1,5) 0,7 = (0,7 ч 1,05) = 1,05 м;

толщина днища стакана

h_дн = (0,6…0,8) м = 0,8 м;

h_дн^' = h_дн + 0,05 = 0,8 + 0,05 = 0,85 м;

для средней колонны

H_кон = 0,15 + 0,863 + 0,85 = 1,863 м;

для крайней колонны

H_р = 0,15 + 1,05 + 0,85 = 2,05 м;

Принимаю H_р наибольшее и кратное 150 мм, тогда H_р = 2,1 м.

4. ВЫБОР ДЛИНЫ СВАИ

Рис. 5. Схема к определению длины сваи

Минимальная длина сваи 1_св должна быть достаточной для того, чтобы прорезать слабые грунты основания и заглубиться на минимальную величину ∆h в несущий слой (рис.5).

_св = d - Hр + 0,05 + ∆h = 5,4 - 2,1 + 0,05 + 0,5 = 3,85 м.;

где величина ∆h зависит от показателя текучести грунта I_L < 0, (слой № 15): при I_L < 0,1 ∆h_min=0,5 м; 0,05 м - учет шарнирного сопряжения сваи с ростверком.

Принимаю 1_св = 6 м, тогда ∆h = 2,65 м.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВИСЯЧЕЙ СВАИ ПО СОПРОТИВЛЕНИЮ ГРУНТА

Вертикальная привязка сваи к грунтовым условиям (см. рис.6).

Рис.6. Схема к определению несущей способности сваи:

d_ij - расстояние от поверхности земли до середины участка сваи h_ij

Согласно п. 4.2 [4] имеем

,

где g_с = 1 - коэффициент условий работы сваи в грунте; А - площадь опирания сваи на грунт, м²; А = 0,25*0,25 = 0,00625 м²; u - периметр поперечного сечения сваи, u = 0,25*4 = 1 м; - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл.3 [4] (при погружении молотом); R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи [4, табл. 1]: при d_R = 8,05 м, I_L < 0 R = 9980 кПа; f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл.2 [4]; h_i - толщина i-го слоя грунта (мощностью не более 2-х м), соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

Расчет силы трения по боковой поверхности сваи (второе слагаемое формулы) приведен в табличной форме (см. табл. 3).

Таблица 3

Расчет силы трения по боковой поверхности сваи

Номер слоя	hij, м	dij, м	fij, кПа
1	0,4	2,30	43,8	17,52
2	1,40	3,20	49	68,60
3	1,50	4,65	54,95	82,42
4	1,32	6,06	58,12	76,72
5	1,33	7,585	64,08	85,23

Расчетное сопротивление сваи по грунту:

Р_г = F_d / = 954,24/1,4 = 681,6 кН,

где - коэффициент надежности, равный 1,4 (если несущая способность сваи определена расчетом);

Расчетное сопротивление сваи, уменьшенное на значение ее собственного веса (полезная несущая способность сваи):

,

где g_с - собственный вес сваи, кН:

g_с = A l_св γ_b = 0,0625*5,95*25 = 9,297 кН ,

где = 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке; А = 0,0625 м² - площадь поперечного сечения сваи, м²; l_св = 6 - 0,05 = 5,95 м - длина сваи без учета величины заделки сваи в ростверк; γ_b = 25 кН/м³ - удельный вес железобетона;

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА СВАЙ

Число свай в фундаменте и схему их размещения устанавливают расчетами по первой группе предельных состояний. Рекомендуется количество свай определять из условия несущей способности свай по грунту

N_ic<Р_г',

где N_ic - среднее усилие в свае, кН (п. 6.3).

При этом следует обеспечить условие N_{с max}<1,2P_г', где N_{c max} - продольное усилие в голове наиболее нагруженной сваи от невыгодного сочетания нагрузок, кН (п. 6.3) [4].

Число свай определяется методом последовательных приближений.

6.1 Предварительное определение количества свай в фундаменте и их размещение при центральной нагрузке

В первом приближении число свай определяется как для центрально нагруженного фундамента без учета действующего момента. При центральной нагрузке усилия между сваями фундамента распределяются равномерно.

Количество свай n с последующим округлением до целого числа в большую сторону:

,

где N_max - максимальное расчетное усилие из табл.1;

для средней колонны N_max = 7074,20 кН;

для крайней колонны N_max = 2451,66 кН;

t_min - минимальное расстояние между осями свай,

t_min = 3d_c = 3*0,25 = 0,75 м;

d_c = 0,25 м - сторона сечения сваи;

H_p = 2,1 м - глубина заложения ростверка;

= 20 кН/м - осредненный удельный вес бетона ростверка со стаканом и грунта на уступах ростверка;= 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке;

для средней колонны:

;

для крайней колонны:

.

6.2 Уточнение количества свай в фундаменте и их размещение

Рис. 7. Схема к определению количества свай для средней колонны:

Рис. 8. Схема к определению количества свай для крайней колонны:

Количество свай определяем по формуле

,

где М_у⁰ - обобщенный момент, определяемый по формуле

,

где М_у, Q_x, N_max - расчетные сочетания усилий с максимальной нормативной силой;

- коэффициент, зависящий от числа рядов свай по оси Х:

,

где т_х - число рядов свай по оси Х;

а - расстояние между осями крайних свай.

При свободном опирании ростверка на сваи согласно п.8.8 [5] d_m=0, тогда

;

для средней колонны:

а = 2,4 м

;

;

принимаю n = 12;

для крайней колонны:

а = 0,8 м

;

;

принимаю n = 5.

6.3 Проверка усилий в сваях

Усилие в любой свае от основного и дополнительного сочетаний нагрузок в плоскости действия момента М_у:

где  - расстояние от оси сваи до оси У;

J_у^о - момент инерции свайного поля:

G_p - вес ростверка, определяется по формуле

G_p=a_pb_pH_p

Усилие в максимально нагруженной свае

N_{с max} =,

где - расстояние от ЦТ свайного поля до оси крайней сваи в направлении действия момента (см. рис. 7).

Усилия в сваях должны отвечать следующим условиям:

N_ic £ P^'_г,

где N_ic - усилие в свае, кН.

Расчет свайных фундаментов проводится с учетом ветровых и крановых нагрузок, то нагрузку на крайние сваи допускается повышать на 20%:

,

где N_c.max - продольное усилие в голове наиболее нагруженной сваи от невыгодного сочетания нагрузок, кН.

Для отрицательных значений х должно выполняться условие N_i >0

Усилие в максимально нагруженной свае средней колонны:

G_p= 2,9*2,1*2,1*20*1,1 = 281,36 кН.

N_{с max} =;

Усилие в максимально нагруженной свае крайней колонны:

G_p= 1,7*1,7*2,1*20*1,1 = 133,52 кН.

N_{с max} =;

Усилие в сваях средней колонны от I (основного) сочетания нагрузок:

При х = 0,4 м

При х = - 0,4 м

N_с =;

При х = - 1,2 м

N_с =;

 

Усилие в сваях средней колонны от II (дополнительного) сочетания нагрузок:

При х = - 1,2 м

N_с =;

Усилие в свае крайней колонны от I (основного) сочетания нагрузок:

При х = 0 м

N_с =;

При х = -0,6 м

N_с =;

Усилие в сваях крайней колонны от II (дополнительного) сочетания нагрузок:

При х = -0,6 м

N_с =;

6.4 Определение степени использования несущей способности сваи

Расчет свайных фундаментов производится с учетом ветровых и крановых нагрузок, то для наиболее нагруженных свай:

.

При этом степень перегрузки свай (при δ<0) не должна превышать 5 %, степень недогрузки (при δ>0) допускается принимать не более 15 %.

Наиболее нагруженная свая для средней колонны:

.

Наиболее нагруженная свая для крайней колонны:

конструктивный здание свая фундамент

7. РАСЧЕТ КОНЕЧНОЙ ОСАДКИ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА

7.1 Определение размеров подошвы условного фундамента

Расчет свайного фундамента и его основания по деформациям проводится как для условного фундамента на естественном основании (п.6.) [4].

Границы условного фундамента определяются:

·  снизу - плоскостью, проходящей через нижние концы свай;

·        с боков - вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстояние ∆;

·        сверху - поверхностью планировки грунта.

Рис. 9. Схема к определению размеров условного фундамента

Размеры подошвы условного фундамента:

под средней колонной:

а_у = а + d_c + 2∆ = 2,4 + 0,25 + 2*0,55 = 3,75 м,

b_у = b + d_c + 2∆ = 1,6 + 0,25 + 2*0,55 = 2,95 м,

под крайней колонной:

а_у = а + d_c + 2∆ = 1,2 + 0,25 + 2*0,55 = 2,55 м,

b_у = b + d_c + 2∆ = 1,2 + 0,25 + 2*0,55 = 2,55 м,

,

где - осредненное расчетное значение угла внутреннего трения в пределах высоты условного фундамента (рис. 8):

,

где - расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной h_i;

 - глубина погружения свай в грунт;

7.2 Проверка напряжений на уровне нижних концов свай

Давление в грунте от нормативных нагрузок р на уровне нижних концов свай не должно превышать расчетного сопротивления грунта R: р ≤ R.

Давление под подошвой условного фундамента:

где- осредненное значение коэффициента надежности по нагрузке;

G^н_yф - нормативный вес условного фундамента (рис. 9):

С^н_уф = а_ув_уН,

где  = 20 кН/м³ - осредненный объемный вес бетона и грунта;

для средней колонны:

С^н_уф = 3,75*2,95*8,05*20 = 1781,06 кН;

;

для крайней колонны:

С^н_уф = 2,55*2,55*8,05*20 = 1046,9 кН;

;

Определяем расчетное сопротивление грунта на уровне нижних концов свай:

где коэффициенты:  то же, что в формуле п. 1.3.; d1 = Н, b=bу.

для средней колонны:

для крайней колонны:

для средней колонны: 693,9 кПа < 788,52 кПа

для крайней колонны: 475,19 кПа < 785,73 кПа

7.3 Определение нижней границы сжимаемой толщи основания

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта:

В случае наличия водоупора выше ВС необходимо скорректировать эпюру природного давления путем добавления эпюр давления воды с максимальной ординатой в уровне кровли водоупора и нулем на уровне WL. При этом удельный вес грунта выше WL и ниже кровли водоупора принимать не во взвешенном состоянии.

Дополнительное вертикальное давление на основание_o= p - σ_{zg, o} = 693,9 - 150,42 = 54348 кПа,

где σ_{zg, o} - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

Дополнительное давление

,

где a - коэффициент, принимаемый по табл.1 прил. 2 [1], в зависимости от соотношения сторон прямоугольного фундамента  и относительной глубины .

Таблица 7.1

Определение давления под подошвой условного фундамента средней колонны

0	0	1	543.48	150.42	30.08
0.4	0.59	0.968	526.09	161.54	32.31
0.8	1.08	0.833	452.72	170.77	34.15
1.2	1.77	0.657	357.07	183.77	36.75
1.6	2.36	0.505	274.46	194.88	38.98
2	2.95	0.389	211.41	206	41.2
2.4	3.54	0.303	164.67	217.11	43.42
2.8	4.13	0.241	130.98	228.23	45.65
3.2	4.72	0.194	105.44	239.34	47.87
3.6	5.31	0.159	86.41	250.46	50.09
4	5.9	0.133	72.28	261.58	52.32
4.4	6.49	0.113	61.41	272.69	54.54
4.8	7.08	0.096	52.17	283.81	56.76

Строим эпюры вертикальных напряжений от веса грунта, дополнительных давлений (лист 24).

Находим границу сжимаемой толщи основания на глубине z=Hc, где выполняется условие

.

Дополнительное вертикальное давление на основание

_o= p - σ_{zg, o} = 475,19 - 150,42 = 324,77 кПа,

Таблица 7.2

Определение давления под подошвой условного фундамента крайней колонны

0	0	1	324.77	150.42	30.08
0.4	0.59	0.96	311.78	135.91	27.18
0.8	1.08	0.8	259.82	145.14	29.03
1.2	1.77	0.606	196.81	158.14	31.63
1.6	2.36	0.449	145.82	169.25	33.85
2	2.95	0.336	109.12	180.37	36.07
2.4	3.54	0.257	83.47	191.48	38.3
2.8	4.13	0.201	65.28	202.6	40.52
3.2	4.72	0.16	51.96	213.71	42.74
3.6	5.31	0.131	42.54	224.83	44.97

Строим эпюры вертикальных напряжений от веса грунта, дополнительных давлений (лист 26).

Находим границу сжимаемой толщи основания на глубине z=Hc, где выполняется условие

.

7.4 Определение осадки фундамента методом послойного суммирования

 

Осадка фундамента

,

где E_i - модуль деформации для слоя грунта ниже подошвы условного фундамента; n - число слоев, на которое разбита сжимаемая толща; hi - мощность i -го слоя грунта.

для средней колонны:

для крайней колонны:

Осадка запроектированного фундамента должна удовлетворять условие:

где S_u - предельное значение совместной деформации основания и сооружения [1, п.2.39], S_u = 0,08 м.

для средней колонны: 0,052м < 0.08 м

для крайней колонны: 0,026м < 0.08 м

Относительная разность осадок

,

где - разность осадок смежных фундаментов средней и крайней колонны промышленного здания,

- пролет промышленного здания, м.

- относительная разность осадок, по [1, прил.4]

8. ПОДБОР МАРКИ СВАИ

Перемещение несущего элемента от единичной силы:

Перемещение несущего элемента от единичного момента:

где A₀, В₀, С₀ - коэффициенты, определяемые по прил. 1 [4], при , т.к. , то , т.к. сопряжение свай с ростверком принято шарнирным, A₀ = 2,441, В₀ = 1,621, С₀ = 1,751; Н - фактическая глубина погружения сваи; α_э - коэффициент деформации.

где Е_b - модуль упругости материала сваи, для класса бетона В20 Е_b = 24,0*10⁶ кПа; К- коэффициент пропорциональности грунта, , кН/м⁴ [4, прил.1].

где h₁ - мощность слоя грунта с К1 от подошвы ростверка до кровли слоя грунта с К2; h₂ - мощность слоя в пределах h_m от кровли слоя грунта с К2; для суглинков с I<0 К1 = 30000 кН/м⁴; для супеси с I<0 К2 = 18000 кН/м⁴.

Рис. 10. Схема к определению приведенного значения коэффициента пропорциональности грунта

Приведенное значение K получают из предположения, что влияние различных значений K_i на работу сваи уменьшается до нуля в пределах h_m-мощности слоев грунта (рис. 10), определяющих в основном работу свай на горизонтальные нагрузки

_m = 3,5dc+1,5 = 3,5*0,25+1,5 = 2,375 м

Расчетный размер сваи

_p = K_э(1,5dc+0,5) = 1*(1,5*0,25+0,5) = 0,875 м

где Kэ=1 - для прямоугольного сечения сваи; dс - размер поперечного сечения сваи, м; I - момент инерции поперечного сечения сваи.

Момент в голове сваи М^в=0.

Поперечная сила в голове сваи

_в = Qx / n

где n - количество свай;

для средней колонны:

_в = 60,12/12=5,01 кН

для крайней колонны:

_в = 21,40/5 = 4,28 кН

Свободная длина сваи l₀=0

При свободном опирании ростверка на сваи принимается M^B = 0.- количество сечений свай, в которых вычисляем вышесказанные величины при , принимаем N=18.

Наибольший момент по длине элемента устанавливается по эпюре Mz.

Расчет изгибающего момента М_z осуществляется с помощью ЭВМ по программе КОСТ - 2.

По типовому проекту 1.001-10.1[7] определил - продольная арматура 4 Ǿ 10AI, марка каркаса КП 60.25-1, марка сваи С 60.25-1

9. РАСЧЕТ РОСТВЕРКОВ ПО ПРОЧНОСТИ

Необходимо провести расчет по прочности плитной части ростверков под железобетонные колонны: на продавливание колонной, продавливание угловой сваей, на изгиб по нормальному и наклонному сечениям.

9.1 Расчет ростверков на продавливание колонной

Расчет на продавливание колонной центрально-нагруженных ростверков свайных фундаментов с кустами из четырех и более свай проводится из условия

при этом продавливание происходит по боковой поверхности пирамиды, высота которой равна расстоянию по вертикали от рабочей арматуры плиты до низа колонны, меньшим основанием служит площадь сечения колонны, а боковые грани, проходящие от наружных граней колонны до внутренних граней свай, наклонены к горизонтали под углом не менее 45° и не более угла, соответствующего пирамиде с .

где F_per - расчетная продавливающая сила, равная сумме реакции всех свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания, м;

_per = 2

где  - сумма реакций всех свай, расположенных с одной стороны от оси колонны в наиболее нагруженной части ростверка за вычетом реакций свай, расположенных в зоне пирамиды продавливания с этой же стороны от оси колонны._bt - расчетное сопротивление бетона растяжению для железобетонных конструкций с учетом коэффициента условий работы бетона, кПа (табл. 12)[5]; ho - рабочая высота сечения ростверка на проверяемом участке, равная расстоянию от рабочей арматуры плиты до низа колонны, условно расположенного на 5 см выше дна стакана, м; a₀ - коэффициент, учитывающий частичную передачу продольной силы на плитную часть через стенки стакана

где A_f - площадь боковой поверхности колонны, заделанной в стакан фундамента, м²

_f = 2(b_col+h_col)h_anc

где b_col,h_col - размеры сечения колонны, м; h_anc - глубина заделки колонны в стакан фундамента, м; c₁ - расстояние от грани колонны с размером b_со1 до параллельной ей плоскости, проходящей по внутренней грани ближайшего ряда свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания, м; с₂ - расстояние от грани колонны с размером h_col до параллельной ей плоскости, проходящей по внутренней грани ближайшего ряда свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания, м.

Отношение  принимается не менее 1 и не более 2,5.При  c_i принимается равным h₀; при  c_i принимается равным 0,4h₀.

Расчет средней колонны

Рис. 11. Схема образования пирамиды продавливания под железобетонной колонной прямоугольного сечения

;

;_f = 2*(0,5+1,1)*1,1 = 3,52 м²;_per = 2*(3*727,74+2*651,22) = 6971,32 кН;

для класса бетона В15 R_bt = 0,7*10³*0,9 = 0,675*10³ кПа

Повышаю класса бетона до В20

_bt = 0,9*10³*0,9 = 0,81*10³ кПа

Повышаю класса бетона до В25

_bt = 1,05*10³*0,9 = 0,945*10³ кПа

Расчет средней колонны

Рис. 12. Схема образования пирамиды продавливания под железобетонной колонной прямоугольного сечения

принимаю c_i = 0,4h₀ = 0,4*0,8 = 0,32 м;

, т.к. , то c_i = 0,4h₀ = 0,4*0,8 = 0,32 м;_f = 2*(0,4+0,7)*1,1 = 2,42 м²;_per = 2*(3*709,92) = 4259,52 кН;

для класса бетона В15

_bt = 0,7*10³*0,9 = 0,675*10³ кПа

9.2 Расчет ростверков на продавливание угловой сваей

Расчет ростверков на продавливание угловой сваей проводится из условия

где F_ai - расчетная нагрузка на угловую сваю с учетом моментов в двух направлениях, включая влияние местной нагрузки (например, от стенового заполнения), кН; h₀₁ - рабочая высота сечения на проверяемом участке, равная расстоянию от верха свай до верхней горизонтальной грани плиты ростверка или его нижней ступени; u_i - полусумма оснований i-й боковой грани фигуры продавливания высотой h₀₁, образующейся при продавливании плиты ростверка угловой сваей, м; b- коэффициент, определяемый по табл. 7 в зависимости от:

В преобразованном виде формула будет иметь вид

где b₀₁; b₀₂ - расстояния от внутренних граней угловых свай до наружных граней плиты ростверка, м (рис. 13, 14); с₀₁,с₀₂ - расстояния от внутренних граней угловых свай до ближайших граней подколонника ростверка или до ближайших граней ступени при ступенчатом ростверке, м; b₁, b₂- значения этих коэффициентов принимаются по табл. 7 [9].

Примечания:

. При h₁/c₀₁ и h1/c₀₂, меньшем 1, коэффициенты b₁ и b₂ принимаются соответственно такими же, как и при h₀₁/c_oi=1, то есть равными 0,6; при этом с₀₁ и с₀₂ принимаются равными h₁.

. При h₁/c₀₁ и h₁/c₀₂, большем 2,5, коэффициенты b₁ и b₂ принимаются равными 1, а величины с₀₁ и c₀₂ равными 0,4h₁.

. В тех случаях, когда угловая свая в ростверках с подколонником по проекту заходит в плане за обе грани подколенника на 50 мм и более, проверка на продавливание плиты ростверка угловой сваей не проводится.

Расчет средней колонны

при h₀ = 0,75 м, h₀₁ = 0,75-0,5 = 0,7 м

Рис. 13. Схема продавливания ростверка угловой сваей

_ai = 727,74 кН

класса бетона В25

_bt = 1,05*10³*0,9 = 0,945*10³ кПа

при h₀ = 0,9 м, h₀₁ = 0,9-0,5 = 0,85 м

_ai = 727,74 кН

класса бетона В25

_bt = 1,05*10³*0,9 = 0,945*10³ кПа

Расчет средней колонны

Рис. 14. Схема продавливания ростверка угловой сваей

при h₀ = 0,9 м, h₀₁ = 0,9-0,5 = 0,85 м

класса бетона В15

_bt = 0,75*10³*0,9 = 0,675*10³ кПа

при h₀ = 1,05 м, h₀₁ = 1,05-0,5 = 1,00 м

_ai = 709,92 кН

класса бетона В15

_bt = 0,75*10³*0,9 = 0,675*10³ кПа

9.3 Расчет ростверка на изгиб

Расчет прочности ростверков на изгиб проводится в сечениях по граням колонны, а также по наружным граням подколонника ростверка или по граням ступеней ростверка.

Расчетный изгибающий момент для каждого сечения определяется как сумма моментов от реакций свай (от расчетных нагрузок на ростверк) и от местных расчетных нагрузок, приложенных к консольному свесу ростверка по одну сторону от рассматриваемого сечения:

где M_xi, M_yi - изгибающие моменты в рассматриваемых сечениях; F_i -расчетная нагрузка на сваю, нормальная к площади подошвы ростверка; x_i, у_i - расстояния от осей свай до рассматриваемого сечения.

Площадь сечения арматуры, параллельной стороне а_p , на всю ширину ростверка определяется:

в сечении 1-1

в сечении 2-2 по грани ступени (подколонника)

где A_s - площадь поперечного сечения арматуры, должна приниматься не менее минимального процента армирования для железобетонных конструкций μ = 0,05 %.

Площадь сечения арматуры, параллельной стороне b_p, на всю длину ростверка определяется:

в сечении 3-3

в сечении 4-4 по грани ступени (подколонника)

где M_y1,M_y2 - изгибающие моменты на всю ширину ростверка соответственно в сечениях 1 - 1 и 2 - 2; М_x1, М_x2 - изгибающие моменты на всю длину ростверка соответственно в сечениях 3-3 и 4-4; h₀₂ - рабочая высота ростверка в сечениях 1-1 и 3-3; h₀₁ - рабочая высота ростверка в сечениях 2-2 и 4-4; R_s - расчетное сопротивление арматуры (табл. 22)[5]; ν- коэффициент, определяемый по табл. 8 [9] в зависимости от коэффициента, рассчитываемого для:

сечения 1-1

сечения 2-2

сечения 3-3

сечения 4-4

где R_b - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (табл. 12)[5]; а_p, b_p - размеры подошвы ростверка; а₁, b₁ - размеры сечения стаканной части ростверка.

Сетки рабочей арматуры следует конструировать в соответствии с требованиями [6].

Расчет средней колонны

Рис. 15. Расчетная схема при определении арматуры подошвы ростверка

для класса бетона В25

_b = 14,5*10^-1*0,9 = 13,05*10^-1 кН/см²

сечения 1-1

сечения 2-2

Принимаю арматуру, параллельную стороне а_p, длиной l = 2800 мм ф = 20 класса АIII с шагом S=100 мм А_s^f = 3,142 см².

сечения 3-3

сечения 4-4

Принимаю арматуру, параллельную стороне b_p, длиной l = 2000 мм ф = 20 класса АIII с шагом S=100 мм А_s^f = 3,142 см².

Расчет средней колонны

Рис. 16. Расчетная схема при определении арматуры подошвы ростверка

для класса бетона В15

_b = 8,5*10^-1*0,9 = 7,65*10^-1 кН/см²

сечения 1-1

Принимаю арматуру, параллельную стороне а_p, длиной l = 1600 мм ф = 10 класса АIII с шагом S=150 мм А_s^f = 1,131 см².

сечения 3-3

сечения 4-4

Принимаю арматуру, параллельную стороне b_p, длиной l = 1600 мм ф = 12 класса АIII с шагом S=130 мм А_s^f = 1,539 см².

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

. СНиП 2.02.01 - 83^*. Основания зданий и сооружений.

. СНиП 2.01.07 - 85. Нагрузки и воздействия.

. СНиП 23-01 -99. Строительная климатология.

. СНиП 2.02.03 - 85. Свайные фундаменты.

. СНиП 2.03.01 - 84. Бетонные и железобетонные конструкции.

. Пособие по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01 - 84). - М., 1985.

. Типовой проект серия: 1.011.1-10.1 - Сваи забивные железобетонные. Выпуск 1. Часть 1. Сваи цельные сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой.

. Геологическое картирование: Методические указания к лабораторной работе / Сост. О.В. Тюменцева. - Омск: Изд-во СибАДИ, 1994. - 40 с.

. Проектирование свайных фундаментов под колонны промышленного здания: Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Основания и фундаменты» для студентов специальностей 270102 «Промышленное и гражданское строительство» и 270114 «Проектирование зданий» / Сост. М.Я. Сапожников, М.Е. Кашицкая, А.С. Нестеров. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2006. - 48 с.