Проектирование фундаментов для двухпролетного одноэтажного промышленного здания II класса ответственности

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Введение

Анализ местных условий строительства

Выбор глубины заложения фундамента

Определение размеров подошвы фундамента

Расчет осадок подошвы фундамента

Литература

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Необходимо запроектировать фундаменты для двухпролетного одноэтажного промышленного здания II класса ответственности, в котором технологическое оборудование и заглубленные помещения не оказывают влияния на их расположение. Нагрузки на полы цеха вблизи колонн крайнего ряда отсутствуют. Режим работы кранов 7, круглосуточный.

Проектируемое промышленное здание должно иметь железобетонный каркас. Поэтому по прил. СНиП 2.02.01-83* предельная осадка такого здания Su = 8 см, предельный крен не нормируется.

Исходные данные по разрезу № 5

Наименование грунта и абсолютные отметки подошвы слоев (м):

.        Отметка поверхности земли - 136,4

.        Отметка подошвы слоя - 135,7

.        Глина 1 - 133,6

.        Глина 2 - 126,2

.        Песок мелкий - без отметки.

Удельный вес твердых частиц грунта γs , (кН/м3):

Глина 1 - 27,2

Глина 2 - 27,4

Песок мелкий - 26,2

Удельный вес грунта в сухом состоянии γ, (кН/м3):

Почва - 12,8

Глина 1 - 18,9

Глина 2 - 19,0

Песок мелкий - 18,4

Естественная влажность W:

Глина 1 - 0,20

Глина 2 - 0,19

Песок мелкий - 0,10

Граница текучести WL:

Глина 1 - 0,36

Глина 2 - 0,39

Песок мелкий - нет данных

Граница раскатывания WР:

Глина 1 - 0,18

Глина 2 - 0,19

Песок мелкий - нет данных

Удельное сцепление С, кПа:

Глина 1 - 38

Глина 2 - 57

Песок мелкий - 4

Угол внутреннего трения  , град:

Глина 1 - 13

Глина 2 - 18

Песок мелкий - 36

Модуль деформации Е, МПа:

Глина 1 - 19

Глина 2 - 25

Песок мелкий - 37

ВВЕДЕНИЕ

Фундамент - специальная заглубленная в грунт конструкция, подземная часть здания, предназначенная для передачи и распределения заданной нагрузки от сооружения на грунты основания. Фундамент - важнейшая часть любого сооружения, так как устойчивость сооружения обеспечивается благодаря расположению его фундаментов на прочных грунтах, которые в свою очередь обладают пористостью и дисперсностью. Для того, чтобы предотвратить выпучивание, фундаменты закладывают ниже фактической глубины промерзания грунта. Поэтому при проектировании фундаментов необходимо пользоваться регламентациями строительных норм и правил.

Фундаменты стаканного типа предназначены для установки колонн одноэтажных промышленных зданий. Сечение колонн бывает от 300×300 до 700×500 мм. По глубине заложения фундаменты условно разделяют на две основные группы - мелкого и глубокого заложения [1].

Для изготовления фундаментов применяются бетоны низких классов с прочностью на сжатие не более 20 МПа, от В12,5 до В20. От величин постоянных и временных нагрузок, действующих на обрез, зависят конструктивные особенности фундаментов стаканного типа. Фундамент может иметь одну или несколько ступеней. В растянутую зону стакана устанавливается арматурный каркас, предназначенный для восприятия растягивающих напряжений, которые в результате передачи нагрузок от колонн возникают в дне стакана [2].

Фундаменты стаканного типа имеют высокую экономическую эффективность, в связи с тем, что относятся к ответственным строительным конструкциям, позволяющим снижать материалоёмкость сооружений [3].

В данной работе рассчитаны параметры фундамента стаканного типа под одноконсольную одноветвевую колонну.

АНАЛИЗ МЕСТНЫХ УСЛОВИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА

Для расчета физико-механических свойств наслоений грунтов пользуемся справочными данными из СНиП 2.02.01-83*, приведенными в таблицах 2.2-2.6. Для всех грунтов рассчитываем:

Удельный вес скелета грунта в состоянии естественной влажности

γ_d = γ/(1+W),

где γ - удельный вес грунта в сухом состоянии;

W - естественная влажность.

Для глины 1 γ_d = 18,9/(1 + 0,20) = 15,75 кН/м³

Для глины 2 γ_d = 19,0/(1 + 0,19) = 15,97 кН/м³

Для мелкого песка γ_d = 18,4/(1 + 0,10) = 16,73 кН/м³

Удельный вес грунта во взвешенном состоянии

,

где  - удельный вес твердых частиц грунта;

 - удельный вес воды, равный 10 кН/м³;

е - коэффициент пористости.

Коэффициент пористости:

е = (γ_s /γ_d)-1

Для глины 1 е = (27,2/18,9) - 1 = 0,44

Для глины 2 е = (27,4/19,0) - 1 = 0,44

Для мелкого песка е = (26,2/18,4) - 1 = 0,42

Тогда удельный вес грунта во взвешенном состоянии будет равен

Для глины 1 g_sb = (27,2 - 10)/(1 + 0,44) = 11,94 кН/м³

Для глины 2 g_sb =(27,4 - 10)/(1 + 0,44) = 12,08 кН/м³

Для мелкого песка g_sb = (26,2 - 10)/(1 + 0,42) = 11,41 кН/м³

Только для песка вычисляем степень влажности

S_r = 18,4 _* 0,10/0,42 _* 10 = 0,44

Только для глинистых грунтов рассчитываем:

Число пластичности

,

где  - влажность на границе текучести;

 - влажность на границе раскатывания.

Для глины 1 J_p = 0,36 - 0,18 = 0,18

Для глины 2 J_p = 0,39 - 0,19 = 0,20

Показатель текучести

Для глины 1 J_L = (0,20 - 0,18)/0,18 = 0,11

Для глины 2 J_L = (0,19 - 0,19)/0,20 = 0

Согласно данным таблицы 2.2 методических указаний, мелкий песок является плотным, т.к. е < 0,6. Согласно таблице 2.3 песок является маловлажным, т.к. 0 < S_r ≤ 0,5.

Согласно данным таблицы 2.5 методических указаний, глина 1 и глина 2 являются полутвердыми, так как 0 < J_L ≤ 0,25.

Далее по таблицам 2.6 и 2.7 методического пособия на основе вычисленных данных определим величину условного сопротивления сжатию (R₀) каждого пласта грунта.

Значение условного сопротивления сжатию для мелких маловлажных песков R₀ = 0,20 МПа.

Для глины 1 по таблице 2.6 не удается определить значение условного сопротивления сжатию, так как значение показателя текучести J_L = 0,11 и значение коэффициента пористости е = 0,44 - промежуточные, в таком случае следует произвести интерполяцию. По примечанию 3 таблицы 2.6 - в том случае, когда число пластичности находится в диапазоне значений 0,15 < J_р ≤ 0,20 (J_p = 0,18), то величина условного сопротивления сжатию принимается средней между суглинками и глинами, имеющими соответствующий коэффициент пористости. Поэтому производим две интерполяции.

Таблица 2.1 - Интерполяция для определения условного сопротивления сжатия глины 1 (суглинки при 0,1 < J_р ≤ 0,15)

Δ J_L = 0,1

,35 - 0,30 = 0,05

,05/10 = 0,005

,005 _* 9 = 0,045

,30 + 0,045 = 0,345

Расчетное сопротивление R₀ = 0,345 МПа.

Таблица 2.2 - Интерполяция для определения условного сопротивления сжатия глины 1 (глины при J_р > 0,20)

Δ J_L = 0,1

,45 - 0,35 = 0,10

,10/10 = 0,01

,01 _* 9 = 0,09

,35 + 0,09 = 0,359

Расчетное сопротивление R₀ = 0,359 МПа.

Найдем среднее значение (0,345 + 0,359)/2 = 0,352.

Расчетное сопротивление R₀ = 0,35 МПа.

Так как величина показателя текучести для глины 2 J_L = 0 и является табличным значением, интерполяцию для этого типа грунта производить не нужно. Из примечания 3 методического пособия следует, что, для того, чтобы найти условное сопротивление сжатию для глин с числом пластичности, находящимся в диапазоне значений 0,15< J_р ≤ 0,20, необходимо принять его средним между глинами и суглинками, имеющими соответствующий коэффициент пористости.

Для суглинков при е = 0,5 и J_L = 0 R₀ = 0,40 МПа

Для глин при е = 0,5 и J_L = 0 R₀ = 0,60 МПа

Найдем среднее значение (0,40 + 0,60)/2 = 0,50.

Расчетное сопротивление R₀ = 0,50 МПа.

Расчеты физико-механических свойств наслоений грунта представим в табличной форме.

Таблица 2.2 - Физико-механические свойства грунтов на площадке строительства

Примечания: γ_w - удельный вес воды, 10 кН/м³;

γ - удельный вес сухого грунта в состоянии естественной пористости.

Заключение по результатам расчета физико-механических свойств напластований грунтов.

На основе полученных данных анализа инженерно-геологических свойств напластований грунтов, можно сделать вывод о том, специфических свойств грунтов, влияющих на возможность возведения двухпролетного промышленного здания II класса ответственности, не обнаружено. Грунты, в свою очередь, обладают условным сопротивлением сжатию R₀ большим 0,15 МПа и модулем деформации Е больше 5 МПа. Из этих условий следует сделать вывод о том, что напластования грунтов данной строительной площадки могут служить в качестве естественного основания для проектируемого промышленного здания.

Опираясь на требования СНиП 2.02.01-83*осуществляем первоначальное назначение отметки подошвы фундамента исходя из свойств грунта основания и экономических соображений. В дальнейшем отметка подошвы может быть изменена. Для этого необходимо провести уточняющие расчеты.

Согласно СНиП 2.02.01-83*:

) обрез фундамента рекомендуется назначать ниже поверхности грунта не менее чем на 0,25 м;

) подошва фундамента должна опираться на прочный грунт;

) подошва фундамента заглубляется ниже расчетной глубины промерзания не менее чем на 0,5 м в прочный грунт.

ВЫБОР ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТА

Глубина заложения фундамента (d) - это расстояние от поверхности планировки или пола подвала до подошвы фундамента. Подошва фундамента должна опираться на прочные слои грунта, обеспечивающие восприятие нагрузки от фундамента и долговременную эксплуатационную надежность здания. Не рекомендуется опирать фундамент на свеженасыпанные, илистые и заторфованные грунты, рыхлые пески и грунты, содержащие растительные остатки. Рекомендуется предусматривать заглубление подошвы фундаментов в несущий слой грунта не менее чем на 0,5 м; избегать наличия под подошвой фундамента слоя грунта малой толщины, если его строительные свойства значительно хуже свойств подстилающего слоя; закладывать подошву фундамента выше уровня подземных вод для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ.

Одним из важнейших факторов, предопределяющих заглубление подошвы фундамента, является глубина сезонного промерзания грунта. Для районов, где глубина промерзания на незастроенной территории не превышает 2,5 м, ее нормативное значение (d_fn) определяют по формуле:

d_fn = d₀ √M_t,

строительство грунт фундамент стаканный

где M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП 2.01.01 «Строительная климатология и геофизика»; M_t = 22,3.

d₀ - эмпирический коэффициент, величина которого зависит от вида грунта. Для глин d₀ = 0,23 м.

d_fn = 0,23 √22,3 = 1,1 м.

Глубина промерзания с учетом заданных отметок

ГП = 136,4 - 1,1 = 135,3 м.

Расчетная величина заглубления подошвы вычисляется с учетом глубины промерзания грунта, так как согласно СНиП 2.02.01-83* подошва фундамента заглубляется ниже расчетной глубины промерзания не менее чем на 0,5 м в прочный грунт. Учитывая то, что обрез фундамента должен находиться на отметке не менее 0,25 м от отметки земли (принимаю в курсовой работе 0,3 м) и высота фундамента стаканного типа под колонны должна приниматься не меньше 1,5 м, рассчитаем величину заглубления подошвы фундамента:

ПФ = 136,4 - 0,3 - 1,5 = 134,6 м.

Оценивая схему инженерно-геологической колонки, отмечаем, что глубина нормативного промерзания находится выше заглубления подошвы на 0,5 м.

Учтем тот факт, что в связи с особенностями теплового режима внутри промышленных зданий в условиях эксплуатации, глубина промерзания будет отличаться от нормативной. Поэтому введем понятие расчетного значения глубины промерзания грунта (d_f ) и вычислим его по формуле:

d_f = K_{h *} d_fn,

где K_h - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха внутри помещений, примыкающих к наружным фундаментам, учитывающий наличие подвала или технического подполья, а также состав полов. Принимается по СНиП 2.02.01 «Строительная климатология и геофизика». Значение К_h принимаем в соответствии с заданной температурой, равной 10 ⁰С конструктивными особенностями сооружения. Так как проектируется промышленное здание без подвала с полами по грунту, выбираем значение

К_h = 0,7

d_f = 0,7 _* 1,1 = 0,77 м.

ГП = 136,4 - 0,77 = 135,63 м. Принимаю ГП = 135,6 м.

На процесс морозного пучения грунтов существенное влияние оказывает уровень подземных вод и показатель текучести грунта. На строительной площадки отсутствуют подземные воды, поэтому расчет уровня подземных вод не ведем.

Высота фундамента (h_f) из условия надежной заделки колонны в стакан должна быть не менее:

h_f ≥ d_c + h_g + 0,05

где d_c - глубина заделки колонны в фундамент;_g - расстояние от дна стакана до подошвы фундамента, принимаемое не менее 0,2 м;

,05 - расстояние между торцом колонны и дном стакана, назначаемое для обеспечения рихтовки колонны при монтаже, м.

Выберем типоразмер колонны для здания высотой 9,6 м.

Так как постоянная вертикальная нагрузка N₁ =359 кН и N₂ = 666 кН, то грузоподъемность крана выбирается 10т. Выбираем колонны 2КК96 с размерами

l = 10500 мм = 10,5 м

l₁ = 3500 мм = 3,5 м

b = 400 мм = 0,4 м

h = 600 мм = 0,6 м

Когда колонна имеет сплошное прямоугольное сечение, при стаканном сопряжении фундамента с железобетонной колонной глубина заделки колонны в фундамент (d_c) должна быть не меньше величины длинной стороны сечения (l_c), но кратная 0,3 м.

Глубина заделки в фундамент (d_c) для колонн типоразмера 2КК96:

d_c > l_с [l - 0,8(l_с - 0,9)]

d_c > 0,4[l - 0,8(0,4 - 0,9)] = 0,56

Принимаю d_c = 0,6 м.

Из условия надежной заделки колонны в стакан, высота фундамента (h_f ) предусматривается не менее:

h_f ≥ 0,6 + 0,2 + 0,05 = 0,85.

Высоту фундамента округляем до ближайшего большего размера, кратного 0,3 м. В промышленных зданиях минимальная высота фундамента стаканного типа под колонны не может быть менее 1,5 м. Поэтому принимаем высоту фундамента 1,5 м.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА

Размеры подошвы фундамента устанавливают на основе расчетов оснований по деформациям, которые включают:

построение эпюры давлений в подошве фундамента и величине отрыва;

расчет давлений под подошвой;

·  расчет величины давления на кровлю слабого слоя;

·  расчет осадок и крена;

- проверку размеров подошвы фундамента по несущей способности основания (для скального - по прочности; для других видов оснований - по прочности и устойчивости; для всех видов оснований - на сдвиг по подошве и по слабому слою).

В первом приближении площадь подошвы фундамента (А) определяют по конструктивным соображениям и вычисляют по формуле:

А = N_П/(R₀ - γ_{mt *} d),

где N_П - сумма всех вертикальных нагрузок в обрезе фундамента для расчетов по П группе предельных состояний, кН;

R_o - табличное значение условного сопротивления грунта сжатию, кПа;

γ_mt - среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимаемое в инженерных расчетах равным 20 кН/м³;

d - глубина заложения фундамента, м.

Глубину заложения фундамента принимаем исходя из отметки назначения обреза и высоты фундамента. Согласно СНиП 2.02.01-83*, обрез фундамента рекомендуется назначать ниже поверхности грунта не менее чем на 0,25 м. Назначаем обрез фундамента на высоту 0,3 м от отметки земли. Следовательно d = 0,3 + 1,5 = 1,8м.

Значение N_П определяют как сумму наибольшей вертикальной нагрузки N_Пmax из всех заданных сочетаний нагрузок от колонны для расчетов по П группе предельных состояний и дополнительных нагрузок в обрезе фундамента в виде, например, веса фундаментной балки, веса стены и т.д.

Для условий курсового проекта:

N_П = N_Пmax + G₁

где G₁ - вес стены, кН;

G₁ = H_{1 *} b_{0 *} n _* γ_{1 *} k_{n *} γ_n,

где H₁ - высота здания, м;

b₀ - толщина стены, м;

n - шаг колонн (n=6), м;

γ₁ - удельный вес материала стены, кН/м³;

k_n - коэффициент проемности. Принимаем k_n=0,8;

γ_n - коэффициент надежности по назначению (γ_n=0,9).

G₁ = 9,6 _* 0,25 _* 6 _* 8 _* 0,8 _* 0,9 = 82,94 кН

N_П = (359 + 666) + 82,94 = 1107,94 кН

Определим площадь подошвы фундамента

А = 1107,94/(350 - 20 _* 1,8) = 3,53 м².

При центрально нагруженном фундаменте его подошву проектируют квадратной, и сторона подошвы определяется как корень квадратный из площади (А). При внецентренно нагруженном фундаменте его подошву развивают в направлении действия наибольшего момента, т.е. проектируют прямоугольный в плане фундамент. Отношение ширины подошвы фундамента (b) к его длине (l) принимают в пределах m= b/l = 0,6...0,85.

Задаваясь соотношением сторон, по вычисленному значению площади определяет длину (l) и ширину (b) подошвы фундамента, округляя их до ближайшего размера, кратного 300 мм.

Принимаем фундамент с размерами подошвы 1,8 х 1,8 м.

Первой проверкой найденных размеров подошвы является установление формы эпюры давлений в подошве фундамента (контактных давлений) и сравнение ее с допустимой.

Форма эпюры контактных давлений обусловлена значениями эксцентриситетов, и проверка сводится к выполнению условия:

ξ_i ≤ ξ_u (i =1,2,….n)

где ξ_i - расчетное значение относительных эксцентриситетов для каждого i - го сочетания нагрузок при расчетах по П гр. предельных состояний;

n - число сочетаний нагрузок при расчетах по П группе предельных состояний;

ξ_u - предельный эксцентриситет, принимающий следующее значение:

ξ_u =1/6 - для остальных производственных зданий с мостовыми кранами и открытых крановых эстакад.

Относительный эксцентриситет вертикальной нагрузки в подошве фундамента для каждого сочетания определяется по формуле

ξ_i = e_i/a,

где a - сторона подошвы фундамента (a = l или b), вдоль которой действуют моменты, м;

e_i - эксцентриситет вертикальной нагрузки, приложенной к подошве фундамента, определяемый по формуле:

e_i = (Σ М_Пi) / (Σ N_Пi) (i =1,2…n)

где Σ M_Пi - сумма всех моментов, относительно выбранных координатных осей в подошве фундамента;

Σ N_Пi - сумма всех вертикальных сил, приложенных к подошве фундамента.

При учете моментов от временных нагрузок (снеговой, крановой, ветровой и т.д.) подколонник и подошву фундамента проектируют симметричными относительно колонны и начала их координат, полагая находящимися на одной оси, т.е. центры тяжести колонны, подколонника и подошвы в плане совпадают. Направления координатных осей назначают параллельными сторонам колонны, подколонника и подошвы фундамента.

В курсовом проекте заданы моменты в обрезе фундамента только относительно одной оси О₁У (вдоль оси О₁Х). Поэтому условно можно определить моменты относительно точки О₁ пересечения оси колонны с подошвой фундамента. При этом за положительное направление нагрузок условно принимается:

для вертикальной нагрузки (N ↓) сверху вниз;

для момента (М) против часовой стрелки;

для горизонтальной силы (Q ←) справа, налево.

Для первого сочетания:

Σ N _П1 = N_П1 +G₁+G_f,

где G_f - ориентировочный вес фундамента, грунта на его уступах иподготовки под полы, определяемый по формуле:

G_f = b _* l _* (d +0,15) _* γ_{mt *} γ_n,

где γ_n - коэффициент надежности по назначению (γ_n=0,9).

G_f = 1,8 _* 1,8 _* (1,8 +0,15) _* 20 _* 0,9 = 113,72 кН.

Σ N _П1 = 359 + 82,94 + 113,72 = 555,66 кН.

Σ M _П1 = M _П1 + Q _{П1 *} h_f + N _{П1 *} 0 + G₁ (b_ст+ l_cт) _* 0,5,

где b_ст - толщина стены, м;

l_cт длина стены, равная 1 м.

Σ M _П1 = 44 + 17 _* 1,5 + 555,66 _* 0 + 82,94 (0,25 + 1) _* 0,5 = 121,34 кНм.

Эксцентриситет приложения равнодействующей вертикальной нагрузки в подошве фундамента в первом сочетании:

e₁ = (Σ M _П1)/(Σ N _П1)

e₁ = 121,34/555,66 = 0,218 м.

ξ₁ = e₁/ l

ξ₁ = 0,218/1,8 = 0,121.

Для второго сочетания:

Σ N _П2 = N _П2 +G₁+G_f

Σ N _П2 = 666 + 82,94 + 113,72 = 862,66 кН

Σ M _П2 = M _П2 + Q _{П2 *} h_f + N _{П2 *} 0 + G₁ (b_ст+ l_ст) _* 0,5

Σ M _П2 = -55,5 + (-46) _* 1,5 + 862,66 _* 0 + 82,94 (0,25 + 1) _* 0,5 = - 72,66 кНм.

e₂ = (Σ M _П2)/(Σ N _П2)

е₂ = 72,66/862,66 = 0,084

ξ₂ = e₂/ l

ξ₂ = 0,084/1,8 = 0,047.

В обоих сочетаниях ξ₂ и ξ₁ меньше ξ_{и =} 1/6_, поэтому на данном этапе проектирования размеры подошвы фундамента не изменяем и смещение центра тяжести подошвы относительно оси колонны не производим.

В соответствии со СНиП 2.02.01-83* среднее давление под подошвой фундамента (Р) не должно превышать расчетное сопротивление грунта (R), краевое давление при действии изгибающего момента вдоль каждой оси фундамента (P_max) не должно превышать 1,2 R и в угловой точке (P^с_max) не должно превышать 1,5 R .

При действии момента только в одной плоскости должны выполняться два условия:

Р < R и P_max ≤ 1,2 R.

Расчетное сопротивление грунта основания для бесподвальных зданий определяют по формуле:

R = [(γ_{С1 *} γ_С2)/к] _* (M _{g *} К_{Z *} b _* γ_П + M_{q *} d _* γ_П¹ + M_{c *} C_П),

где γ_С1 и γ_С2 - коэффициенты условий работы приведены в табл 5.1 (СНиП 2.02.0I-83*, табл.3);

к - коэффициент, принимаемый равным: к = 1 - т. к. прочностные характеристики грунта (С и φ) определены непосредственными испытаниями;;

M_g , M_q , M_c - коэффициенты_, принимаемые по табл. 5.2 методических указаний в зависимости от угла внутреннего трения φ_П:

φ_П = 13⁰ → M_g = 0,26,

M_q = 2,05,

M_c = 4,55.

К_Z - коэффициент, принимаемый равным:

при b < 10 м К_Z =1;

b - ширина подошвы фундамента, м;

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

γ_П¹ - то же, залегающих выше подошвы;

C_П - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d - глубина заложения фундамента, м.

γ_П = 18,9 _* 1,0 + 19,0 _* 4,4/5,4 = 18,98 кН/м³

γ_П¹ = 18,9 _* 1,1 / 1,1 = 18,9 кН/м³

R = [(1,25 _* 1)/1] _* (0,26 _* 1 _* 1,8 _* 18,98 + 2,05 _* 1,8 _* 18,9 + 4,55 _* 38) = 314,40 кПа

Давления под подошвой определяют по формулам: среднее давление

_Пi = (ΣN_Пi ): (b _* l)

_Пi = 862,66/1,8 _* 1,8 = 266,25 кПа;

максимальное и минимальное краевые давления

P_Пmaxi = P _* (1+6ξ_i)

P_Пmaxi = 266,25 _* (1 + 6 _* 0,047) = 341,33 кПа

P_Пmini = P _* (1- 6ξ_i)

P_Пmini = 266,25 _* (1 - 6 _* 0,047) = 191,17 кПа.

В курсовом проекте для используемого сочетания нагрузок проверяются следующие условия P_Пi ≤ R, P_Пmaxi ≤ 1,2R._Пi = 266,25 кПа ≤ R = 314,40 кПа

P_Пmaxi = 341,33 кПа ≤ 1,2R = 1,2 _* 314,40 = 377,28 кПа

Т. к. условия выполняются, то окончательно принимаем фундамент с размерами 1,8 х 1,8 м.

РАСЧЕТ ОСАДОК ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА

Подобранные ранее размеры подошвы фундамента должны быть достаточными, чтобы удовлетворялось условие расчета основания по деформациям:

S ≤ S_u,

где S - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом по приложению 2 СНиП 2.02.01-83*;

S_u - предельное значение совместной деформации основания и сооружения, которое допускается принимать согласно приложению 4 СНиП 2.02.01-83*.

Метод послойного суммирования рекомендуется СНиП 2.02.01 - 83* для расчета осадок фундаментов шириной менее 10 м. Величина осадки фундамента определяется по формуле

,

где β - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σ_zpi - среднее вертикальное (дополнительное) напряжение в i - м слое грунта;

h_i и E_i - соответственно толщина и модуль деформации i - го слоя грунта;

n - число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Техника расчета сводится к следующему:

h_i ≤ 0,4b,

где b - ширина подошвы фундамента.

h_i ≤ 0,4 _* 1,8 = 0,72 м.

Границы элементарных слоев должны совпадать с границами слоев грунтов. Глубина разбивки должна быть примерно равна 3b = 3 _* 1,8 = 5,4 м.

Чертеж с номерами, границами, высотами слоев и эпюрой приведен на листе формата А1.

Определяют значения вертикальных напряжений от собственного веса грунта (σ_zgo) на уровне подошвы фундамента

σ_zgo = Σγ_ih_i,

где Σγ_ih_i - сумма вертикальных нагрузок, от собственного веса грунта выше подошвы фундамента.

σ_zgo = 12,8 _* 0,7 + 18,9 _* 1,1 = 29,75 кН/м³

Определяют значения вертикальных напряжений от собственного веса грунта (σ_zgo) на уровне подошвы фундамента и на границе каждого слоя

σ_zg = σ_zgo + Σγ_ih_i,

где σ_zgo - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;

 - удельный вес грунта i - го слоя;

h_i - толщина i - го слоя грунта.

σ_zg1 = 29,75 + 18,9 _* 0,4 = 37,31 кПа

σ_zg2 = 37,31 + 18,9 _* 0,6 = 48,65 кПа

σ_zg3 = 48,65 + 19,0 _* 0,6 = 60,05 кПа

σ_zg4 = 60,05 + 19,0 _* 0,6 = 71,45 кПа

σ_zg5 = 71,45 + 19,0 _* 0,6 = 82,85 кПа

σ_zg6 = 82,85 + 19,0 _* 0,6 = 94,25 кПа

σ_zg7 = 94,25 + 19,0 _* 0,6 = 105,65 кПа

σ_zg8 = 105,65 + 19,0 _* 0,6 = 117,05 кПа

σ_zg9 = 117,05 + 19,0 _* 0,8 = 132,25 кПа

По результатам расчета строится эпюра вертикальных напряжений от собственного веса грунта. Эпюра приведена на листе формата А1.

Определяют дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента по формуле

σ_zpo = P - σ_zgo .

Среднее давление на грунт от нормативных постоянных нагрузок

P = (N_Пi )/A

P = 862,66/1,8 _* 1,8 = 266,25 кПа

σ_zpo = 266,25 - 29,75 = 236,50 кПа

Значения ординат эпюры распределения дополнительных вертикальных напряжений в грунте вычисляются по формуле

σ_zp = α _* σ_zgo,

где α - коэффициент, принимаемый по табл. 6.1 методических указаний в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента l/b и относительной глубины, равной 2z/b.

Относительная глубина 2z/b для каждого элементарного слоя грунта:

z₁/b = 2 _* 2,2/1,8 = 2,44 м

z₂/b = 2 _* 2,8/1,8 = 3,11 м

z₃/b = 2 _* 3,4/1,8 = 3,78 м

z₄/b = 2 _* 4,0/1,8 = 4,44 м

z₅/b = 2 _* 4,6/1,8 = 5,11 м

z₆/b = 2 _* 5,2/1,8 = 5,78 м

z₇/b = 2 _* 5,8/1,8 = 6,44 м

z₈/b = 2 _* 6,4/1,8 = 7,11 м

z₉/b = 2 _* 7,2/1,8 = 8,00 м

Соотношение сторон прямоугольного фундамента будет равным

l/b = 1,8/1,8 = 1

Подберем коэффициент α для каждого элементарного слоя.

Так как точно значение коэффициента α определить не удается, то следует воспользоваться методом интерполяции.

Таблица 5.1 - Интерполяция для определения коэффициента α

Δ z/b = 0,4

,257 - 0,201 = 0,056

,056/40 = 0,0014

,0014 _* 36 = 0,0504

,201 + 0,0504= 0,2514

Принимаем значение α₁ = 0,2514.

Аналогично определим коэффициент для остальных слоев

α₂ = 0,1692

α₃ = 0,1201

α₄ = 0,0896

α₅ = 0,0685

α₆ = 0,0549

α₇ = 0,0445

α₈ = 0,0369

α₉ = 0,0290

Тогда

σ_zp1 = 0,2514 _* 236,50 = 59,456 кПа

σ_zp2 = 0,1692 _* 236,50 = 40,016 кПа

σ_zp3 = 0,1201 _* 236,50 = 28,404 кПа

σ_zp4 = 0,0896 _* 236,50 = 21,190 кПа

σ_zp5 = 0,0685 _* 236,50 = 16,200 кПа

σ_zp6 = 0,0549 _* 236,50 = 12,984 кПа

σ_zp7 = 0,0445 _* 236,50 = 10,524 кПа

σ_zp8 = 0,0369 _* 236,50 = 8,727 кПа

σ_zp9 = 0,0290 _* 236,50 = 6,859 кПа

Далее определяют нижнюю границу сжимаемой толщи (В.С.). Она находится на горизонтальной плоскости, где соблюдается условие σ_zp ≤ 0,2σ_zg.

Проверим на выполнение условий последний слой №5

0,2σ_zg5 = 0,2 _* 82,85 = 16,57 кПа, что больше σ_zp5 = 16,200 кПа.

Можно сделать вывод, что слой №5 является нижней границей сжимаемой толщи и деформации в нижележащих слоях грунта будут только упругими.

Осадку каждого слоя основания определяют по формуле

S = (β _* σ_{zpi(ср) *} h_i)/E_i,

где β = 0,8 - безразмерный коэффициент для всех видов грунтов;

σ_zpi(ср) - среднее дополнительное вертикальное напряжение в i - ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней и нижней границах слоя, толщиной h_i;

h_i и E_i - соответственно толщина и модуль деформации i - го слоя грунта;

n - число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

S₁ = [0,8 _* (236,50 + 59,456)/2 _* 0,4]/19000 = 0,00249 м₂ = [0,8 _* (59,456 + 40,016)/2 _* 0,6]/19000 = 0,00126 м₃ = [0,8 _* (40,016 + 28,404)/2 _* 0,6]/25000 = 0,00066 м₄ = [0,8 _* (28,404 + 21,190)/2 _* 0,6]/25000 = 0,00048 м₅ = [0,8 _* (21,190 + 16,200)/2 _* 0,6]/25000 = 0,00036 м₆ = [0,8 _* (16,200 + 12,984)/2 _* 0,6]/25000 = 0,00028 м₇ = [0,8 _* (12,984 + 10,524)/2 _* 0,6]/25000 = 0,00023 м₈ = [0,8 _* (10,524 + 8,727)/2 _* 0,6]/25000 = 0,00018 м₉ = [0,8 _* (8,727 + 6,859)/2 _* 0,8]/25000 = 0,00020 м

ΣS_i = 0,00614 м = 0,61 см; S_u = 8 см

ΣS_i < S_u → 0,61 см < 8 см, т.к. условие выполняется оставляем подобранные размеры подошвы фундамента без изменений. Далее необходимо представить полученные значения в табличной форме.

Таблица 5.2 - Результаты расчетов при определении осадки фундамента

Σ=0,0061

На основании выполненных расчетов сделаем вывод о том, что напластования грунтов данной строительной площадки могут служить в качестве естественного основания для проектируемого промышленного здания. Расчетная величина суммарной осадки меньше допустимой SS_i ≤ S_u .

Слой № 5 является нижней границей сжимаемой толщи и деформации в нижележащих слоях грунта будут только упругими.

ЛИТЕРАТУРА

I. СHиП 2.02.01-83*. Строительные нормы и правила. Основания зданий и сооружений. Минстрой РФ. - М.: Стройиздат, I995. - 48 с.

2. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83).- М.: Стройиздат,1986.- 416 с.

З. Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Под ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова.-М.: Стройиздат,1965.- 480 с.

. СНиП 2.01.01-82. Строительные нормы и правила. Строительная климатология и геофизика. - М.:Стройиздат, 1983.-136 с.

. СНиП 2.01.07-85. Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия. - М.: ЦИТП Госстроя CССР, I986.- 36 с.

6. СНиП 2.03,01- 84*. Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонные конструкции. - М.: ЦИТП Госстроя CССР, I985.- 80 с.

7. Пособие по проектированию фундаментов естественном основании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83). - М.: ЦИТП Госстроя CССР, I989.- 113 с.

. Далматов Б.И. и др. Основания и фундаменты. - М.: Изд-во АСВ; СПбГАСУ, 2002.

. Берлинов М.В. Основания и фундаменты. - М.: ВШ, 1998. - 319 с.

. Методическое указание по основаниям и фундаментам Моргун Л.В. - 2010г.