Расчет фундаментов промышленного здания

Содержание

 

 

введение

Основания  зданий и сооружений должны проектироваться на основе:

а) результатов геологических, инженерно-геологических и инженерно-гидрметеорологических изысканий для строительства;

б) данных характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения, нагрузки, действующие на фундаменты, и условия его эксплуатации;

в) технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений (с оценкой по приведенным затратам) для принятия варианта, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов.

При проектировании оснований и фундаментов следует учитывать местные условия строительства, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в аналогичных условиях инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.

Проектирование оснований включает основанный расчетом выбор:

- типа основания (естественное или искусственное);

- типа конструкции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточные, столбчатые, плитные и  др.; железобетонные, бетонные, бутобетонные  и др.);

- мероприятий, применяемых для уменьшения влияния  деформаций оснований на эксплуатационную  пригодность сооружений (если такие  мероприятия необходимы).

Основания рассчитывают по предельным состояниям. Требования норм расчета заключаются в том, чтобы внешние силовые воздействия не превосходили предельной несущей способности основания, а деформации (осадки, просадки, крены и т.п.) – предельного значения, заданного для данного сооружения. По второй группе предельных состояний по деформациям) основание рассчитывают во всех случаях.

 

1. исходные данные

Рис. 1 Фабричный корпус

 

Таблица 1.1

Усилия на обрезах фундаментов от расчетных нагрузок

 в наиболее невыгодных сочетаниях

Номер схемы и наименован. сооружения	Вариант	№ фундамента	1е сочетание			2е сочетание
			, кН	, кНм	, кН	, кН	, кНм	, кН
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Схема 2. Фабричный корпус	Четный, l = 9 м;	1	1400	- 24	- 20	1680	- 16	12
		2	2270	92	30	2530	114	13
		3	1820	102	35	2100	122	10
		4	620	51	-	630	55	-

 

Примечания:

1. В таблице  даны расчетные усилия для  расчета по деформациям. Расчетные  усилия для расчета по несущей  способности и прочности определяются  путем умножения заданных усилий  на осредненный коэффициент надежности  по нагрузке              =1,2.

2. Знаки усилий: положительное направление поперечной  силы – слева направо, момента  – по часовой стрелке  при  этом положение фундамента –  по разрезу на схеме здания.

 

2. оценка инженерно-геологических свойств грунтов и определение расчетного сопротивления основания

Рис. 2. Геолого-литологический разрез

 

Таблица 1.2

Расчетные характеристики физико-механических свойств грунтов

 

Номер грунта	Наименование грунта	Для расчета по деформациям			Удельный вес                 частиц грунта γs, кН/ м3	Влажность   ωL	Модуль деформации              Е, кПа	Влажность на границе текучести	Влажность на границе раскатывания   ωp	Коэффициент         пористости е	Показатель текучести   JL	Степень влажности    Sr
		Удельный вес   gII ,  кН/м3	Угол внутреннего трения  φII , град	Сцепление  СII, кПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
9	Суглинок пылеватый	17,8	20	15	26,9	0,41	7000	0,45	0,27	1,13	0,60	0,78
13	Песок средней крупности	19,2	36	-	26,5	0,18	31000	-	-	0,63	-	0,76

 

 

Цель проводимой оценки – установление закономерностей изменения сжимаемости и прочности грунтов по глубине, выбор несущих слоев. Общее представление о качестве грунта как основания дает его полное наименование по номенклатуре ГОСТ 25100 - 82.

Устанавливаем полное наименование грунтов:

• Насыпной слой, суглинок перелопаченный с торфом - может служить основанием.
• Торф коричневый слаборазложившийся – не может служить основанием.

• 9 - Суглинок серый, пылеватый с линзами песка, мягкопластичный (при ЈL =0,60), сильносжимаемый (при Е=7000 кПа), R0 =160 кПа (по интерполяции).
• 13 – Песок желтовато-серый среднезернисый, средней плотности (при0,55 ≤е≤0,70), малосжимаемый (при Е=31000 кПа), R0=400 кПа (по табл.).

Таким образом, все грунты, залегающие ниже насыпного слоя, обладают небольшой сжимаемостью и значительной прочностью, причем последняя нарастает с глубиной. В качестве несущего слоя для фундаментов на естественном основании могут служить суглинок пылеватый; для свайных фундаментов – песок средней крупности.

Рис. 3 Эпюра расчетных сопротивлений

3. оценка характера нагрузок и конструктивных особенностей здания

В табл. 1. приведены расчетные нагрузки по обрезу фундаментов для расчета по деформациям – вертикальная , горизонтальная и момент . При их анализе оцениваем:

а) максимальная нагрузка приходится на фундаменты под стены 2, 3. Фундаменты № 1, 2, 3, 4 являются тяжелонагруженными так как нагрузка от стены больше 500 кН.

б) степень различия вертикальных нагрузок: фундамент 1, 2, 3, 4, относится к малой.

в) горизонтальные нагрузки незначительные (Fh / Fv < 0,5), следовательно, они не ухудшают условий работы оснований по устойчивости (несущей способности);

в) эксцентриситет нагрузки, также ухудшающий условия работы основания, оценивается как: малый е = / <0,10 м.

Конструктивные особенности здания оцениваются по чувствительности к осадкам (жесткие рамы, шарнирное опирание, несущие стены и др.) и возможным последствиям при неравномерных осадках фундаментов.

4. разработка вариантов фундамента

Вариантность инженерных решений – важнейший принцип проектирования фундаментов сооружений. Расчету подлежат только два варианта фундамента; на естественном основании и свайный. При выборе вариантов можно менять глубину заложения фундаментов, выбирать в качестве несущего слоя различные грунты, принимать различные типы оснований (естественное, искусственное).

Вариант № 1 – фундамент на естественном основании.

Вариант № 2 – свайный фундамент.

 

5. проектирование фундаментов на естественном основании

(Фундамент  №2)

1. Общие положения

Проектирование фундаментов всех типов ведется в следующем порядке:

- предварительно назначаются  основные параметры и размеры фундаментов их частей;

- конструируются фундаменты  и уточняются действующие нагрузки;

- проводятся расчеты основания  и фундамента по предельным  состояниям.

2. Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундамента зависит должна приниматься с учетом:

- назначения и конструктивных  особенностей проектируемого здания, нагрузок и воздействий на  его фундаменты;

- климатических условий (глубины сезонного промерзания);

- инженерно-геологических  условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия  слоев, склонных к скольжению, карманов  выветривания, карстовых полостей  и пр.);

- гидрогеологических условий  площадки и возможных их изменений  в процессе строительства и  эксплуатации здания;

 

Рис. 4. Схема фундаментов на естественном основании

 

• По геологическим условиям глубина заложения определяется необходимостью прорезки насыпного слоя

d = 1,2 м.

• По конструктивным соображениям (наличие подвала)

d = 3,0 м.

• По климатическим условиям глубина заложения определяется по карте глубин промерзания.

 

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:

 

где    -  коэффициент, учитывающий влияние теплового режима =1.

  -  нормативная глубина промерзания, определяемая по п.2.29 (СНиП 2.02.01-83)

 

где    -  величина зависящая от вида грунта,

для суглинков и глин, м. =0,23,

для супесей, песков мелких и пылеватых, м. =0,28,

для песков гравелистых, крупных и средней крупности, м. =0,30,

- безразмерный коэффициент, численно  равный сумме абсолютных значений  среднемесячных температур за  зиму в данном районе. По табл. 3 СНиП 23-01-99* Строительная климатология, =19,5

=0,23·4,4=1,01 м

Тогда находим:

 м.

Вывод. Из 3-х величин принимаем наибольшую d = 3,0 м.

3. Определение расчетного сопротивления грунта

Расчетное сопротивление грунта основания для первого фундамента определяется по формуле:

 (5.2)

где γс1 , γс2 –  коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 3 СНиП 2.02.01-83*; γс1=1,1, γс2=1,0

k –  коэффициент надежности; при использовании надежной информации о свойствах грунтов принимается к = 1;

Мγ, Mq, Мс –  коэффициенты, зависящие от ; принимаются по таблицам (табл. 4 СНиП 2.02.01-83*);

При φ=220 значения Мγ=1,55 ,  Mq=7,22  ,  Мс= 9,22.

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

,  -  расчетные значения удельного веса грунта под подошвой фундамента в пределах глубины его заложения) и  залегающих выше подошвы  =19 кН/м3, =18 кН/м3

 -  коэффициент, учитывающий рост R для широких фундаментов; при < 10 м принимается = 1;

b   –  ширина подошвы фундамента, b = 2 м

d1   -  глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки.

где - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

- толщина конструкции пола  подвала, м;

 - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м3 (тс/м3);

- глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B < 20 м = 2 м,

 

Принимаем в 1-м приближении ширину подошвы b=2 м:

 кПа

 

4. Определение размеров фундамента

После назначения глубины заложения фундамента ориентировочно определяем требуемую площадь его подошвы:

Атр =                                                   (5.3)

где - нагрузка в уровне обреза фундамента (табл. 1);

R – расчетное сопротивление основания,

γср – средний удельный вес массива γср = 20 кН/м3.

 

Требуемая площадь подошвы фундамента №1:

Атр = =1,83 м2

 

Проверяем напряжения по подошве. Вес фундамента:

GФ = = 34 кН.

 

Вес грунта на консоли подушки:

GГР = = 23 кН.

 

Грунт создает момент:

М= = - 14,3 кН.

 

Суммарные нагрузки по подошве фундамента:

 кН.

 кНм.

 

Среднее давление по подошве

 кПа < 333,2 кПа

Условие выполняется.

Проверяем краевые напряжения:

 м.

=325,4 кПа < 333,2·1,2=399,8 кПа - условие  выполняется.

281,6 кПа.>0

=1,42 < 4.

 

5. Определение осадки фундамента

Выполняем расчет осадки:

Определение осадки производится с использованием схемы в виде линейного полупространства методом послойного суммирования по формуле:

                                                   (5.4)

где β = 0,8 – безразмерный коэффициент;