Расчет и проектирование оснований и фундаментов промышленных зданий

 

Площадь Атр подошвы фундамента определяем по формуле:

Атр = NcolII / (R2усл - gmt×d) = 1310,19 / (146,29 - 20×2,05) = 12,44 м2

Ncol II = max Ncol II×gf=1310, 19×1 = 1310,19 кН

(gf - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый 1)

gmt = 20 кН / м3 - средний удельный вес материала (бетона) фундамента и грунта на его уступах.

d – глубина заложения фундамента от уровня планировки, м.

 

4.3 Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт

 

Принимаем фундамент ФВ 12-1 с размерами подошвы l = 4,2м, b = 3,0 м, тогда

А = l×b = 12,6м2, Нф = 1,5 м, объём бетона Vfun = 7,8 м3

Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:

GfunII - расчетное значение веса фундамента

GgII - расчетное значение грунта на его уступах

Vg – объем грунта на уступах

GfunII = Vfun×gb×gf = 7,8× 25×1 = 195кН

Vg = l×b×d - Vfun = 4,2×3× 2,05 –7,8 = 18,03м3

Gg II = Vg × kpз×gII ×gf= 18,03× 0,95 × 17,05× 1 = 292кН

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

Ntot II = Ncol II + Gg II + Gfun II =1310,19 + 292 + 195 = 1797кН

Mtot II = Mcol II +Qtot II · Нф =826,87 + 81,91× 1,5 = 950кНм

QtotII = QcolII = 81,91 кН

 

4.4 Расчетное сопротивление грунта

 

Уточняем расчетное сопротивление R для принятых размеров фундамента(l = 4,2 м, b = 3 м, d = 2,05 м)

=

=(1,1·1) ·(0,12·1·4,2·8,21+1,47· [0,8·17,05+(2,05-0,8) ·8,21] +3,82·29) = 140 кПа

 

4.5 Давление на грунт под подошвой фундамента

 

Определяем среднее PIImt, максимальное PIImax и минимальное PIImin давления на грунт под подошвой фундамента:

P II max = Ntot II /A + Mtot II/ W= 179712,6 + 950×6/3×4,2² = 251кПа

P II min = Ntot II /A - Mtot II / W= 1797/12,6 - 950×6/3×4,2²=35кПа

P II max = 251кПа< 1,2×R = 1,2 ×140 = 168кПа

Условие ограничения давлений не выполнены, увеличиваем размеры подошвы фундамента.

Принимаем фундамент ФВ 13-1 с размерами подошвы l = 4,2 м, b = 3,6 м, тогда

А = l×b = 15,2 м2, Нф = 1,5 м, объём бетона Vfun = 9,3 м3

GfunII = Vfun×gb×gf = 9,3 × 25×1 = 232,5кН

Vg = l×b×d - Vfun = 4,2 × 3,6 × 2,05 –9,3 = 21,6м3

Gg II = Vg × kpз×gII ×gf= 21,6× 0,95 × 17,05 × 1 = 350кН

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

Ntot II = Ncol II + Gg II + Gfun II =1310,19 + 350 + 232,5 = 1893кН

Mtot II = Mcol II +Qtot II · Нф =826,87 + 81,91 × 1,5 = 950 кНм

QtotII = QcolII = 81,91 кН

Давление на грунт под подошвой фундамента

P II max = Ntot II /A + Mtot II / W= 1893/15,2 + 950×6/3,6×4,2² = 215 кПа

P II min = Ntot II /A - Mtot II / W= 1893/15,2 - 950×6/3,6×4,2²= 35кПа

P II max = 215кПа< 1,2×R = 1,2 × 140 = 168 кПа

Условие ограничения давлений не выполнены, увеличиваем размеры подошвы фундамента.

Принимаем фундамент ФВ 14-1 с размерами подошвы l = 4,8 м, b = 3,6 м, тогда

А = l×b = 17,28 м2, Нф = 1,5 м, объём бетона Vfun = 10,2 м3

GfunII = Vfun×gb×gf = 10,2 × 25×1 = 255кН

Vg = l×b×d - Vfun = 4,8 × 3,6 × 2,05 –10,2 = 25,2м3

Gg II = Vg × kpз×gII ×gf= 25,2× 0,95 × 17,05 × 1 = 408кН

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

Ntot II = Ncol II + Gg II + Gfun II =1310,19 + 408 + 255 = 1973кН

Mtot II = Mcol II +Qtot II · Нф =826,87 + 81,91 × 1,5 = 950 кНм

QtotII = QcolII = 81,91 кН

Давление на грунт под подошвой фундамента

P II max = Ntot II /A + Mtot II / W= 1973/17,28 + 950×6/3,6×4,8² = 182 кПа

P II min = Ntot II /A - Mtot II / W= 1973/17,28 - 950×6/3,6×4,8²= 45кПа

P II max = 182кПа< 1,2×R = 1,2 × 140 = 168 кПа

Условие ограничения давлений не выполнены, увеличиваем размеры подошвы фундамента.

Принимаем фундамент ФВ 15-1с размерами подошвы l = 4,8 м, b = 4,2 м, тогда

А = l×b = 20,16 м2, Нф = 1,5 м, объём бетона Vfun = 11,7 м3

GfunII = Vfun×gb×gf = 11,7 × 25×1 = 293кН

Vg = l×b×d - Vfun = 4,8 × 4,2 × 2,05 –11,7 = 29,6м3

Gg II = Vg × kpз×gII ×gf= 29,6× 0,95 × 17,05 × 1 = 480кН

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

Ntot II = Ncol II + Gg II + Gfun II =1310,19 + 480 + 293 = 2083кН

Mtot II = Mcol II +Qtot II · Нф =826,87 + 81,91 × 1,5 = 950 кНм

QtotII = QcolII = 81,91 кН

Давление на грунт под подошвой фундамента

P II max = Ntot II /A + Mtot II / W= 2083/20,16 + 950×6/4,2×4,8² = 162кПа

P II min = Ntot II /A - Mtot II / W= 2083/20,16 - 950×6/3,6×4,8²= 44кПа

P II max = 162кПа< 1,2×R = 1,2 × 140 = 168 кПа

P II min = 44кПа> 0

P II mt = Ntot II /A = 2083/20,16 = 94,4

PIImt= 94,4<R = 140

Все условия ограничения давлений выполнены.

Эпюра контактных давлений по подошве фундамента приведена на рисунке 5.

 

4.6 Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования

 

Для расчета осадки фундамента методом послойного суммирования составляем расчетную схему, совмещенную с геологической колонкой по оси фундамента А-5 (Рис.6).

Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента при планировке срезкой в соответствии с п.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83

szg,0 = [gII×dw + gsbII×(d - dw)] = [17,05×0,8 + 8,21× (2,05 – 0,80)] = 24 кПа

Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента:

szp 0 = P0= PII mt - szg,0 = 94,4 – 24 = 70,4 кПа

Соотношение сторон подошвы фундамента

η = l/b = 4,8/4,2 = 1,1

Значения коэффициента a устанавливаем по табл.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83

Для удобства пользования указанной таблицей из условия ξ=2hi/b=1,68/4,2=0,4 принимаем толщину элемента слоя грунта hi = 0,2 × b = 0,2 × 4,2 = 0,84 м

Дальнейшие вычисления сводим в таблицу 8

Определение осадки

 

Таблица 8

zi, м	ξ=2zi/b	zi + d, м	a	szp = a×P0, кПа	szg = szg,0 + + gsb, i× zi, кПа	0,2×szg, кПа	Е, кПа
0	0	2,05	1,000	70,40	24,00	4,80	8000
0,84	0,4	2,65	0,963	67,80	30,90	6,18	8000
1,68	0,8	3,25	0,812	57,16	37,80	7,56	8000
2,52	1,2	3,85	0,625	44,00	44,70	8,94	8000
3,36	1,6	4,45	0,469	33,02	52,60	10,52	6000
4, 20	2,0	5,05	0,355	25,00	59,70	11,94	6000
5,04	2,4	5,65	0,274	19,30	66,90	13,38	6000
5,88	2,8	6,25	0,215	15,14	73,15	14,63	16000
6,72	3,2	6,85	0,172	12,11	80,17	16,03	16000
7,56	3,6	7,45	0,141	9,92	87, 20	17,44	16000

 

Граница глины и суглинка условно смещена до глубины zi = 3,36м от подошвы (фактическое положение на глубине z = 3,35 м), а граница суглинка и глины смещена до глубины zi = 5,04 м от подошвы (фактическое положение на глубине z = 5,05). На глубине Hc = 6,72 м от подошвы фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01-83 (прил.2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ)

szp= 12,11 кПа » 0,2×szg = 0,2×80,17 = 16,03

поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ.

Осадку основания определяем по формуле:

Условие S = 2,6 см < Su = 12,0 см выполняется (значение Su = 12,0 см принято по таблице прил.4 СНиП 2.02.01-83).

Расчетная схема и эскиз фундамента на распределительной подушке приведена на Рис.6.

 

5. Расчет и проектирование варианта фундамента на искусственном основании, в виде песчаной распределительной подушки

 

5.1Глубина заложения фундамента

 

Аналогично фундаменту на естественном основании назначаем глубину заложения фундамента d = 2,05 м. Принимаем для устройства подушки песок среднезернистый, плотный, имеющий проектные характеристики: E = 45 МПа; е = 0,50; g II = 20,2 кН / м3; gn,sb = 10,7 кН/м3.

 

5.2Определение требуемой площади подошвы фундамента

 

Для определения площади Атр подошвы фундамента принимаем расчетное сопротивлениеR0 = 500 кПа, материала песчаной подушки, среднезернистого песка.

ТогдаАтр=NcolII / (R0 - gmt×d) = 1310,19 / (500 - 20×2,05) = 2,85 м2

 

5.3. Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт

 

В соответствии с требуемой величиной площади подошвы Атр = 2,85 м2 и высотой фундаментаНф = d = 1,5 м, подбираем типовой фундамент серии 1.412-2/77.

Принимаем фундамент ФВ12-1, размеры которого l = 4,2 м, b = 3,0 м, Нф = 1,5 м; объем бетона Vfun = 7,8 м3

Вычисляем расчетное значение веса фундамента и грунта на его уступах:

Gfun = Vfun×gb×gf= 7,8×25×1 = 195 кН

Vg = l×b×d – Vfun= 4,2×3×2,05 – 6,8 = 19,03 м3

GgII = Vg×Kрз ×gII×gf = 19,03×0,95×17,05×1 = 308 кН

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

Ntot II = Ncol II + Gg II + Gfun II =1310,19 + 308 + 195 = 1813кН

Mtot II = Mcol II +Qtot II · Нф = 826,87 + 81,91 × 1,5 = 950м

QtotII = QcolII = 81,91 кН

 

5.4Расчетное сопротивление грунта

 

Уточняем расчетное сопротивление R песка подушки для принятых размеров фундамента (l = 4,2 м; b = 3,0; d= 1,5 м):

R=R0(1+k1(b-b0) /b0) +k2×gII (d-d0) =500× [1 + 0,125 × (3 - 1) /1)] +0,25×17,05(2,05-2) =731,5кПа

 

5.5Давление на подушку под подошвой фундамента

Определяем среднее PIImt, максимальное PIImax и минимальное PIImin давления на распределительную песчаную подушку фундамента:

=144+108= 252кПа

= 144-108 = 36 кПа

PIImax = 252 кПа < 1,2×R = 1,2×731,5 = 877,8 кПа

PIImin = 36 кПа > 0

134 кПа <R = 731,5 кПа

Все требования по ограничению давлений выполнены.

 

5.6Определение толщины распределительной подушки

 

Назначаем в первом приближении толщину песчаной подушки hп = 0,9 м. Проверяем выполнение условия szp + szg£Rz, для этого определяем при z = hп = 0,9 м:

а) szg= gII×dw + gsb II×(d – dw) + gsb п × z = 17,05× 0,80 + 8,21× (2,05 – 0,80) + 10,7×0,9=33,5 кПа

б) szp = a×(PII mt – szg, 0) = 0,91×(134 – 21,85) = 102кПа

szg, 0 = gII×dw + gsbII× (d - dw) = 17,05×0,8 + 8,21× (2,05 – 0,8) = 23,9 кПа

a = 0,91 для ξ = 2z/b = 2×0,9/3 = 0,6 и η = l/b = 4,2/3 = 1,4

Коэффициент a определен интерполяцией из табл.1 прил.2 к СНиП 2.02.01-83

в) Az= Ntot/szp = 1813/102 = 16,52 м²

а = (4,2-3) /2 = 0,6 м; м

=

= 180кПа

szg + szp = 33,5 + 102 = 135,5< Rz = 180 кПа

Условие проверки выполняется

5.7. Расчет осадки методом послойного суммирования

Для расчета осадки фундамента методом послойного суммирования составляем расчетную схему, совмещенную с геологической колонкой по оси фундамента А-5.

Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента при планировке срезкой в соответствии с п.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83:

szg,0 = [gII×dw + gsbII×(d - dw)] = [17,05×0,8 + 8,21× (2,05 – 0,8)] = 24 кПа

Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента:

szp 0 = P0= PII mt - szg,0 = 134 – 24 = 110 кПа

Соотношение сторон подошвы фундамента η = l/b = 4,2/3 = 1,4

Значения коэффициента a устанавливаем по табл.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83.

Для удобства пользования указанной таблицей из условия ξ=2hi/b=1,2/3=0,4 принимаем толщину элемента слоя грунта hi = 0,2 × b = 0,2 × 3 = 0,6 м

Дальнейшие вычисления сводим в таблицу 9

Определение осадки

 

Таблица 9

zi, м	ξ=2zi/b	zi + d, м	a	szp = a×P0, кПа	szg = szg,0 + + gsb, i× zi, кПа	0,2×szg, кПа	Е, кПа
0	0	2,05	1,000	110,00	24,00	4,80	45000
0,60	0,4	2,65	0,966	106,26	28,93	5,79	45000
1, 20	0,8	3,25	0,824	90,64	33,85	6,77	8000
1,80	1,2	3,85	0,644	70,84	38,77	7,75	8000
2,40	1,6	4,45	0,490	53,90	43,70	8,74	8000
3,00	2,0	5,05	0,375	41,25	48,63	9,72	8000
3,60	2,4	5,65	0,291	32,01	54,10	10,82	6000
4, 20	2,8	6,25	0, 194	21,34	59,11	11,82	6000
4,80	3,2	6,85	0,175	19,25	65,90	13,18	16000
5,40	3,6	7,45	0,152	16,72	71,14	14,23	16000
6,00	4,0	8,05	0,126	13,86	76,38	15,28	16000
6,60	4,4	8,65	0,099	10,89	81,62	16,32	16000
7, 20	4,8	9,25	0,084	9,24	86,85	17,37	16000

 

Граница глины и суглинка условно смещена до глубины zi = 3,00 м от подошвы (фактическое положение на глубине z = 3,35 м), а граница суглинка и глины смещена до глубины zi = 4,8 м от подошвы (фактическое положение на глубине z = 5,05). На глубине Hc =6,0 м от подошвы фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01-83 (прил.2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ) поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ

szp= 13,86 кПа » 0,2×szg = 0,2×76,38 = 15,28

Осадку основания определяем по формуле:

Условие S = 3,5 см < Su = 12,0 см выполняется (значение Su = 12,0 см принято по таблице прил.4 СНиП 2.02.01-83).

Расчетная схема и эскиз фундамента на распределительной подушке приведена на рис.7.

 

 

6. Расчет и проектирование свайного фундамента

 

Рассмотрим вариант свайного фундамента из забивных висячих свай сечением 300x300 мм, погружаемых дизельным молотом.

 

6.1Глубина заложения подошвы ростверка

 

Назначаем глубину заложения подошвы ростверка:

Расчетная глубина промерзания грунта от поверхности планировки DL равна df = 1,27 м.

По конструктивным требованиям, также как и для фундамента на естественном основании верх ростверка должен быть на отметке– 0,700, размеры подколонника (стакана) в планеlcf x bcf = 2100 x 1200 мм, минимальная высота ростверка должна быть

hr ³ dp + hp = 1250 + 500= 1750 мм = 1,75 м

Для дальнейших расчетов принимаем большее из двух значений (1,27 и 1,75 м),т.е. hr = 1,8 м (кратно 150 мм), что соответствует глубине заложения –2,05м(абс. отм.63,35).

 

6.2Необходимая длина свай

В качестве несущего слоя висячей сваи принимаем глину (слой 4), тогда необходимая длина сваи должна быть не менее: lсв = h1 + h2 + h3 = 0,05 + 5,05 + 1 = 6,1 м (рис.8)

Принимаем типовую железобетонную сваю С7-30 (ГОСТ 19804.1-79*) квадратного сечения 300 х 300 мм, длиной L = 7 м. Класс бетона сваи В20. Арматура из стали класса А-III4 Æ12, объем бетона 0,64 м3, масса сваи 1,6т, толщина защитного слоя ав = 20 мм.

 

 

6.3Несущая способность одиночной сваи

 

Определяем несущую способность одиночной сваи из условия сопротивления грунта основания по формуле (8) СНиП 2.02.03-85:

Fd = gC × (gCR × R × A + U ×ågcf × fi × hi).

В соответствии с расчетной схемой сваи (рис.8) устанавливаем из табл.1 СНиП 2.02.03-85 для глины(IL = 0,2) при z = 8,1 м расчетное сопротивление R =4788кПа. Для определения fi расчленяем каждый однородный пласт грунта (инженерно-геологический элемент) на слои Li £ 2 м и устанавливаем среднюю глубину расположения zi каждого слоя, считая от уровня природного рельефа. Затем по табл.2 СНиП 2.02.03. -85, используя в необходимых случаях интерполяцию, устанавливаем:

для глины при IL = 0,60 и z1 = 2,95 мÞf1 = 14,3 кПа

для глины при IL = 0,60 и z2 = 4,625 мÞf2 = 16,8 кПа

для суглинка при IL = 0,60 и z3 = 6,15 мÞf3 = 18,2 кПа