Расчет фундаментов промышленного здания

szp,i - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней  zi-1 и нижней  zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

hi и Еi   - соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;

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

По прил. 4 СНиП 2.02.01-83* осадка не должна превышать осадку =8 см.

Среднее давление на грунт под подошвой фундамента вычислено выше:

 кН/м2

Определяем давление с учетом напряжений после отрывки котлована:

 

Р0 =Р - szg,0                                                            (5.5)

где Р – среднее давление под подошвой фундамента;

szg,0 = g/ dn, где g/ - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы, dn – глубина заложения фундамента.

Р0 =303,5 - 18·3=272,9 кН/м2

Напряжения, возникающие в грунте основания от указанного выше давления на грунт определяются по формуле:

                                                      (5.6)

где a – коэффициент, принимаемый по табл.1, прил.2 СНиП 2.02.01-83* в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной: x = 2z/b;

Толща грунтов разбивается на элементарные слои толщиной 0,4 м. определяется осадка в каждом слое, затем вычисляется суммарная осадка.

 

Расчет сводим в табл. 5.1.

Таблица 3

№	hi, м	zi, м	d, м	z=2z/b	a	g,кН/м3	szg, кН/м2	szp,кН/м2	szp средн	0,2 szg	Е, кН/м2	Si, м
0		0	3			18,0	30,6	272,9	272,9	6,1
1	0,4	0,4	2,1	0,4	0,96	19,0	38,2	262,0	267,4	7,6	17000	0,0050
2	0,4	0,8	2,5	0,8	0,8	19,0	45,8	218,3	240,2	9,2	17000	0,0045
3	0,4	1,2	2,9	1,2	0,606	19,0	53,4	165,4	191,8	10,7	17000	0,0036
4	0,4	1,6	3,3	1,6	0,449	19,0	61,0	122,5	144,0	12,2	17000	0,0027
5	0,4	2	3,7	2	0,336	19,0	68,6	91,7	107,1	13,7	17000	0,0020
6	0,4	2,4	4,1	2,4	0,257	19,0	76,2	70,1	80,9	15,2	17000	0,0015
7	0,4	2,8	4,5	2,8	0,201	19,0	83,8	54,9	62,5	16,8	17000	0,0012
8	0,4	3,2	4,9	3,2	0,16	18,2	91,1	43,7	49,3	18,2	7500	0,0021
9	0,4	3,6	5,3	3,6	0,131	18,2	98,4	35,7	39,7	19,7	7500	0,0017
10	0,4	4	5,7	4	0,108	18,2	105,6	29,5	32,6	21,1	7500	0,0014
11	0,4	4,4	6,1	4,4	0,091	18,2	112,9	24,8	27,2	22,6	7500	0,0012
12	0,4	4,8	6,5	4,8	0,077	18,2	120,2	21,0	22,9	24,0	7500	0,0010
13	0,4	5,2	6,9	5,2	0,067	18,2	127,5	18,3	19,6	25,5	7500	0,0008
14	0,4	5,6	7,3	5,6	0,058	18,2	134,8	15,8	17,1	27,0	7500	0,0007
15	0,4	6	7,7	6	0,051	18,2	142,0	13,9	14,9	28,4	7500	0,0006
ИТОГО												0,0269

 

Суммарная осадка не превышает допустимой =2,69 см<8 см.

S ≤ Su  - условие выполняется

Нст=6,1 м.

Строим график напряжений szg, 0,2szg, szp.(Рис 5.1)

Рис. 5. Эпюры напряжений

 

6. проектирование свайных фундаментов

1. Выбор типов и размеров свай и ростверка

В данной работе анализ грунтовых условий показал, что применение забивных висячих свай наиболее эффективно.

Для начала принимаем квадратную сваю сплошного сечения.

Ориентировочно задаемся глубиной заложения ростверка, т.е глубина заложения равна =2,0 м. Нижний конец сваи заглубляем песок средней крупности с модулем деформации Е=3100 МПа.

Для заданных грунтовых условий проектируем свайный фундамент из сборных железобетонных свай для бесподвальной части L=7,0 м, а для подвальной части с L=5,0 м, размером поперечного сечения 0,3х0,3м и длиной острия l=0,25 м. Применяется вибропогружение сваи в грунт.

 

2. Определение несущей способности сваи

Найдем несущую способность одиночной висячей сваи, ориентируясь на расчетную схему, показанную на рис. 6.1.

Площадь поперечного сечения сваи А=0,3·0,3=0,09 м2

Периметр сваи u=0,3·4=1,2 м.

Несущую способность Fd, висячей забивной сваи погружаемой без выемки грунта, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле:

                                   (6.1)

где gc - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый gc = 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, тс принимаемое по табл.1 СНиП 2.02.03-85;

A - площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая по площади поперечного сечения сваи;

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл.2 СНиП 2.02.03-85;

hi - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

gcR, gcf - 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 СНиП 2.02.03-85.

 

 

Рис.6.1. Схема расчета несущей способности сваи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сопротивление под нижним концом сваи R=3700 кПа (по табл. 1 СНиП 2.02.03-85).

Толщу грунта пронизываемого сваей, разбиваем на слои толщиной 1 м.

Из таблицы 2 СНиП 2.02.03-85 выбираем значения:

-для 1-го слоя грунта при средней  глубине расположения слоя h1=2,5 м - f1=45 кПа;

-для 2-го слоя грунта при средней  глубине расположения слоя h2=3,5 м - f2=50 кПа;

-для 3-го слоя грунта при средней  глубине расположения слоя h3=4,5 м - f3=54 кПа;

-для 4-го слоя грунта при средней  глубине расположения слоя h4=5,5 м - f4=57 кПа;

-для 5-го слоя грунта при средней  глубине расположения слоя h5=6,5 м - f5=59 кПа;

-для 6-го слоя грунта при средней  глубине расположения слоя h6=7,5 м – f6=60 кПа;

-для  7-го слоя грунта при средней глубине расположения слоя h6=8,5 м – f7=63 кПа.

 

gcR=1,2, gcf=1 – т.к. применяется вибропогружение сваи в грунт.

Подставим эти значения в формулу (6.1) и найдем несущую способность сваи:

 

Fd=1[1,2·3700·0,09+1·1(45·1+50·1+54·1+57·1+59·1+60·1+63·1)]=787,6 кН.

Расчетная нагрузка на сваю будет определена по формуле:

                                                     (6.2)

где gк - коэффициент надежности gк = 1,4;

=562,5 кН.

3. Определение необходимого количества свай

Минимальное расстояние между сваями составляет 3 диаметра.

Предварительно назначаем размеры подошвы ростверка =2,0 м, =2,0 м.

Ориентировочный вес ростверка находим по формуле:

                                   (6.3)

Тогда кН.

Количество свай в фундаменте с учетом веса ростверка находим по формуле:

                                               (6.4)

Тогда 1 шт.

Принимаем 1 сваю на фундаментный ростверк.

4. Определение осадки свайного фундамента

Расчет осадки свайных фундаментов производят, как для условного фундамента мелкого заложения на естественном основании.

Определим осредненный угол внутреннего трения грунтов, прорезываемых сваей, по формуле:

 

                                               (6.5)

 

где - угол внутреннего трения n - го слоя грунта,

hn  - мощность n-го слоя грунта

Т.о:

Площадь условного фундамента равна

                                               (6.6)

где - ширина условного фундамента по подошве,

- длина условного фундамента  по подошве.

=7-0,25=6,75 м длина сваи с учетом  заделки в ростверк,

- расстояние между сваями  в соответствующих осях.

Рис.5.2. Схема приведения свайного фундамента к условному

=2·6,75·0,18=1,95 м

=2·6,75·0,18=1,95 м

Принимаем условный фундамент размером 2х2 м.

= 2 · 2 = 4 м2.

Глубина заложения условного фундамента Н=9 м.

Собственный вес условного фундамента:

=20·4·9=720 т/м2

 

Определение осадки подошвы условного фундамента, как и фундамента мелкого заложения, ведется с использованием схемы в виде линейно деформируемого полупространства методом послойного суммирования по формуле (5.14):

 

Для определения осадки применяем графический метод.

Сила, давящая на подошву условного фундамента определяется по формуле:

3100 кН 

Тогда =3100+720=3820 кН

Давление на грунт под подошвой фундамента: =221,3 кН/м2

Толща грунтов разбивается на элементарные слои толщиной 0,4 м. определяется осадка в каждом слое, затем вычисляется суммарная осадка.

Расчет сводим в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Расчет осадки свайного фундамента

 

№	hi, м	zi, м	d, м	z=2z/b	a	g,кН/м3	szg, кН/м2	szp,кН/м2	szp средн	0,2 szg	Е, кН/м2	Si, м
0		0	9			18	162,0	59,0	59,0	32,4
1	0,4	0,4	9,4	0,4	0,96	10,00	166,0	56,6	57,8	33,2	31000	0,0006
2	0,4	0,8	9,8	0,8	0,8	10,00	170,0	47,2	51,9	34,0	31000	0,0005
3	0,4	1,2	10,2	1,2	0,606	10,00	174,0	35,8	41,5	34,8	31000	0,0004
4	0,4	1,6	10,6	1,6	0,449	10,00	178,0	26,5	31,1	35,6	31000	0,0003
5	0,4	2	11	2,0	0,336	10,00	182,0	19,8	23,2	36,4	31000	0,0002
6	0,4	2,4	11,4	2,4	0,257	10,00	186,0	15,2	17,5	37,2	31000	0,0002
7	0,4	2,8	11,8	2,8	0,201	10,00	190,0	11,9	13,5	38,0	31000	0,0001
8	0,4	3,2	12,2	3,2	0,16	10,00	194,0	9,4	10,6	38,8	31000	0,0001
ИТОГО												0,0016

 

Суммарная осадка не превышает допустимой =0,2 см<8 см.

Нижняя граница сжимаемой толщи  Нгс=10,2 м.

Строим график напряжений szg, 0,2szg, szp. (рис. 6.2)

Рис. 6.2. Эпюры напряжений

 

 

5. Вывод

Так как оба варианта фундаментов удовлетворяют расчетам, принимаем наиболее экономичный вариант – фундамент на естественном основании.

 

 

7. технико-экономическое сравнение вариантов

Сравнение вариантов по стоимости выполняется по укрупненным показателям. Определяем объемы отдельных частей фундаментов на естественном основании и свайного. Расчетная длина участка в обоих случаях принята 1 м. Результаты сводим в таблицы.

Таблица 4

Фундамент на естественном основании

Элементы или виды работ	Объем, м3	Стоимость
		единичная	общая
Фундамент под колонну	0,6	46,50	27,90
Отрывка грунта котлована (принимается равной объему фундамента)	1,5	6,99	10,49
Стоимость варианта			38,39

 

Таблица 5

Свайный фундамент

Элементы или виды работ	Объем, м3	Стоимость
		единичная	общая
Ростверк монолитный железобетонный	0,75	28,30	21,23
Сваи С 5-30	0,72	88,40	63,65
Бетонная подготовка под ростверки	0,17	28,40	4,83
Отрывка грунта (принимается равной объему фундамента)	1,65	5,89	9,72
Стоимость варианта			99,4