Министерство образования и науки Республики Казахстан Евразийский Национальный университет имени Л.Н. Гумилева Архитектурно-строительный факультет Кафедра «Проектирование зданий и сооружений» ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ По дисциплине: «Геотехника II» Тема: «Основания и фундаменты» Выполнила: студентка группы РПЗС-32 Джамбул Р. _______________________ (подпись) Проверил: к.т.н., доцент Енкебаев С.Б. _____________________ (подпись) г. Астана, 2023 г. Алибекова.Н.Т
стр. 2 Содержание ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................................3 1. Исходные данные для проектирования.....................................................................4 2. АНАЛИЗ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ.............6 2.1 Определение наименования грунтов.................................................................6 2.2 Определение табличных значений расчетного сопротивления грунтов.........9 2.3 Определение нормативной и расчетной глубины промерзания грунта ........10 2.4 Определение расчетных нагрузок и расчетных характеристик грунтов.......10 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ .......................................................................................................................................12 3.1. Определение глубины заложения подошвы фундаментов ...........................12 3.2 Предварительное определение размеров подошвы фундаментов.................14 3.3 Предварительное конструирование фундаментов..........................................16 3.4 Определение расчетного сопротивления грунта ............................................23 3.5 Проверка давления под подошвой фундамента .............................................25 3.6. Расчет осадки основания фундамента под колонну......................................33 3.7 Проверка подстилающего слоя основания .....................................................37 3.8 Расчет крена фундамента.................................................................................38 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ..........................................41 4.1. Анализ инженерно-геологических условий применительно к свайному варианту фундаментов. ..........................................................................................41 4.2. Предварительное определение глубины заложения и толщины плиты ростверка.................................................................................................................41 4.3 Выбор типа, длины и сечения свай .................................................................42 4.4 Определение несущей способности свай по материалу и грунту .................42 4.5 Определение числа свай и их размещение в ростверке .................................46 4.6 Определение усилий в сваях во внецентренно нагруженном фундаменте под колонну ...................................................................................................................48 4.7 Проверка давления в основании свайного фундамента .................................50 4.8 Расчет осадки основания свайного фундамента.............................................52 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ ФУНДАМЕНТОВ .......................................................................................................................................57 6. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ....................................................59
стр. 3 ВВЕДЕНИЕ Основания и фундаменты сооружений должны проектироваться на основе и с учетом: Результатов инженерных изысканий для строительства; Данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения и условия его эксплуатации; Нагрузок, действующих на фундаменты; Окружающей застройки и влияния на нее вновь строящихся и реконструируемых сооружений; Экологических и санитарно-эпидемиологических требований. Проектирование оснований включает обоснованный расчетом выбор: Типа основания (естественное и искусственное); Типа, конструкции; Типа материала; Размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения, ленточные, столбчатые и др.). Курсовой проект разработан в соответствии с заданием и представляет собой расчёт и конструирование фундамента. Проект состоит из пояснительной записки и графической части. Графическая часть разработана на 1-м листе А1. Проект включает подбор для заданного гражданского здания ленточный фундамент мелкого заложения и свайный фундамент, выбор наиболее экономичного варианта фундамента и подбор для него арматурного каркаса. Целью курсового проекта является закрепление и углубление теоретических знаний, полученных при изучении дисциплины «Основания и фундаменты».
стр. 4 1. Исходные данные для проектирования Вариант-6 Приложения А. – Размеры здания № А, м В, м Длина в осях L, м Шаг колонн, м Кол-во этажей N 12 5,4 3,0 66 6,0 3 Приложения Б. – Нормативные нагрузки на обрезах фундаментов Фундамент Нагрузки, ед. изм. Номер варианта По осям А и Г NOII, кН м 360 По оси Б (под колонны) NOII, кН м MOII, кН×м 860 96 По оси В NOII, кН м 360 Торцевые стены NOII, кН м 230 Поперечные стены NOII, кН м 90 Приложения В. – Характеристики грунтов № Крива я гранс ост. Мощность, м , г/см3 , г/см3 , гра д с, МПа Е, МПа 8 - 4,1 2,68 1,76 1,92 0,199 0,308 0,32 0,28 24 0,009 0,007 23,0 20,0 12 - 4,8 2,77 1,72 1,96 0,144 0,304 0,46 0,24 8 0,061 0,030 11,0 8,5 3 3 5,1 2,64 1,80 1,92 0,215 0,296 - - 28 - 39,0 39,0 Приложения Д. – Последовательность расположения слоев, уровень грунтовых вод и район строительства Первая буква фамилии Расположение слоев грунта от поверхности вглубь Глубина расположения уровня подземных вод от поверхности , м Район строительства П 8,12,3 5,0 Павлодар
стр. 5
стр. 6 2. АНАЛИЗ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ 2.1 Определение наименования грунтов В задании на курсовую работу каждый студент получает индивидуальный вариант инженерно-геологических условий строительной площадки. Для построения геологического разреза указаны условные номера слоев, их мощность и глубина залегания подземных вод. Напластование грунтов в пределах строительной площадки предполагается горизонтальным. По заданным характеристикам, выше я указал эти приложения В, Г, Д, необходимо для каждого номера грунта из задания определить его наименование. Определяем плотность каждого слоя сухого грунта: = 1 + , (1) где, -плотность монолитного грунта, г/см3 ; - значение, природной влажности грунта. первый слой «8»: 1 = 1,76 1 + 0,199 = 1,46 г см3 второй слой «12»: 2 = 1,72 1 + 0,144 = 1,50 г см3 третий слой «3»: 3 = 1,92 1 + 0,296 = 1,48 г см3 Определяем коэффициент пористости грунта для каждого слоя: = (− ) , (2) где, -плотность твердых частей грунта, г/см3 ; - плотность сухого грунта, г/см3 . первый слой «8»: 1 = 2,68 − 1,46 1,46 = 0,83 второй слой «12»: 2 = 2,77 − 1,50 1,50 = 0,84 третий слой «3»: 3 = 2,64 − 1,48 1,48 = 0,78 Определяем степень влажности для каждого слоя грунта: = × × , (3) где, -плотность твердых частей грунта, г/см3 ; - плотность сухого грунта, г/см3 ; - Коэффициент пористости. первый слой «8»:
стр. 7 1 = 2,68 × 0,199 0,83 × 1 = 0,64 второй слой «12»: 2 = 2,77 × 0,144 0,84 × 1 = 0,47 третий слой «3»: 3 = 2,64 × 0,296 0,78 × 1 = 1 По таблице 2.1(с.) определяем степень влажности для каждого слоя. Определяем процент пластичности грунта: = ( − ) × 100%, (4) где, - влажность грунта текучести; - влажность грунта раскатывания. первый слой «8»: 1 = (0,32 − 0,28) × 100% = 4 % С помощью найденных характеристик грунтов определяем наименование грунтов по разновидностям. Классификация пылевато-глинистых грунтов по типу приведена в таблице 2.2. Таблица 2.2 Тип пылевато-глинистых грунтов Число пластичности IР, % Супеси 1 IР 7 Суглинки 7 < IР 17 Глины IР > 17 второй слой «12»: 2 = (0,46 − 0,24) × 100% = 22 % Таблица 2.2 Тип пылевато-глинистых грунтов Число пластичности IР, % Супеси 1 IР 7 Суглинки 7 < IР 17 Глины IР > 17 Определяем процент текучести грунта: = − − , (5) где, - влажность грунта текучести; - влажность грунта раскатывания; - значение, природной влажности грунта. первый слой «8»:
стр. 8 1 = 0,199 − 0,28 0,32 − 0,28 = −2,025 % С помощью найденных характеристик грунтов определяем наименование грунтов по разновидностям. Помимо типа пылевато-глинистого грунта следует установить его разновидность по показателю текучести IL в соответствии с таблицей 2.3. Таблица 2.3 Разновидности пылевато-глинистых грунтов Показатель текучести IL Супеси: твердые IL 0 пластичные 0 IL 1 текучие IL > 1 Суглинки и глины: твердые IL 0 полутвердые 0 IL 0,25 тугопластичные 0,25 < IL 0,5 мягкопластичные 0,5 < IL 0,75 текучепластичные 0,75 < IL 1 текучие IL 1 Таким образом полное наименование первого слоя пылевато-глинистого грунта: «супесь- твердый». второй слой «12»: 2 = 0,144 − 0,24 0,46 − 0,24 = −0,43 % Таблица 2.4 Разновидности пылевато-глинистых грунтов Показатель текучести IL Супеси: твердые IL 0 пластичные 0 IL 1 текучие IL > 1 Суглинки и глины: твердые IL 0 полутвердые 0 IL 0,25 тугопластичные 0,25 < IL 0,5 мягкопластичные 0,5 < IL 0,75 текучепластичные 0,75 < IL 1 текучие IL 1 Таким образом полное наименование пылевато-глинистого грунта: «глины-твердые и глины-тугопластичные».
стр. 9 2.2 Определение табличных значений расчетного сопротивления грунтов. Мы вычисляем фазовые характеристики, и другие классификационные показатели грунтов, надлежит для каждого слоя грунта определить табличное значение расчетного сопротивления R0 в соответствии с приложением Ж. Это значение R0 будет в дальнейшем использовано для предварительного назначения размеров подошвы фундаментов. Для грунтов с промежуточными значениями е, IL, ρd, Sr, значение R0 определяется по интерполяции табличных значений. Двойную интерполяцию, необходимую для нахождения R0 для пылеватоглинистых грунтов, рекомендуется выполнять за один прием: 0(, ) = [ (2 − ) 2 − 1 ] ∙ [(1 − )0,(1,0) + 0,(1,1)] + [ − 1 2 − 1 ] ∙ [(1 − )0,(2,0) + 0,(2,1)], (6) где, , - характеристики грунта, для которого определяется 0; 1, 2- соседние значения коэффициента пористости, в интервале между которыми находится коэффициент пористости для рассматриваемого грунта; 0,(1,0) , 0,(1,1)- табличные значения 0 для 1 при = 0 и = 1 соответственно; 0,(2,0) , 0,(2,1)- то же для 2. Слой первый «8»-супесь: 0,1 = 0,7 × ((1 + 2,025) × 250 − 2,025 × 200) = 250 кПа Кривые гранулометрического состава несвязанных грунтов Приложение Г
стр. 10 Слой второй «12»-глина: 0,угв1 = [ (1,0 − 0,84) 1,0 − 0,8 ] × [(1 + 0,43) × 300 − 0,43 × 200] + [ 0,84 − 0,8 1,0 − 0,8 ] ∙ [(1 + 0,43) × 250 − 0,43 × 100] = 337,3 кПа 0,угв2 = [ (1,0 − 0,84) 1,0 − 0,8 ] × [(1 − 0,29) × 300 + 0,29 × 200] + [ 0,84 − 0,8 1,0 − 0,8 ] ∙ [(1 − 0,29) × 250 + 0,29 × 100] = 258,1 кПа Слой третий «3»-песок: На основе предварительных расчетов R0,3=500 кПа. 2.3 Определение нормативной и расчетной глубины промерзания грунта Определяем нормативную глубину промерзания грунта для города Павлодар: = 0√ , (7) где, 0 - величина, принимаемая равной для супесей - 0,28; - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, Мt принимается по приложению К. = 0,28√65,7 = 2,26 м Определяем расчетную глубину промерзания грунта для города Павлодар: = ℎ × , (8) где, -нормативная глубина промерзания грунта, м; ℎ- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых сооружений по таблице К.2. (1). = 0,7 ∗ 2,26 = 1,58 − для цокольного перекрытия 2.4 Определение расчетных нагрузок и расчетных характеристик грунтов Основания зданий и сооружений рассчитываются по двум группам предельных состояний. Все расчеты оснований должны производится на расчетные значения нагрузок в соответствии с пунктом 2.5 [1]. Расчетные значения нагрузок получают путем умножения нормативных нагрузок на коэффициент надежности по нагрузке γf. В курсовом проекте во всех случаях допускается принимать γf =1. Определем удельное сцепление: = , (9)
стр. 11 где, - нормативное значение удельного сцепления грунта, МПа; (с) - коэффициент надежности для грунта, равный 1,5. Определяем угол внутреннего трения: 1 = () . (10) где, - нормативное значение модуля упругости грунта, МПа; ()- коэффициент надежности для грунта, равный 1,15. Определяем модуль упругости грунта: 1 = , (11) где, - нормативное значение модуля упругости грунта, МПа; - коэффициент надежности для грунта равный 1. Первый слой «8»: 1 = 24 1,15 = 20,87° 1 = 0,009 1,15 = 0,006 МПа 1 = 23 1 = 23 МПа Второй слой «12»: 2 = 8 1,15 = 6,95° 2 = 0,061 1,5 = 0,04 МПа 2 = 11 1 = 11 МПа Третий слой «3»: 3 = 28 1,15 = 24,34° 3 = 39 1 = 39 МПа
стр. 12 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ 3.1. Определение глубины заложения подошвы фундаментов В реальном проектировании оптимальную глубину заложения подошвы фундаментов определяют на основе технико-экономического сравнения различных вариантов. В курсовой работе глубина заложения подошвы фундаментов назначается на основе анализа геологических и гидрогеологических условий, конструктивных особенностей здания (наличие или отсутствие подвала), а также с учетом условий недопущения возникновения сил морозного пучения грунтов под подошвой фундаментов, если фундаменты проектируются на пучинистых грунтах. При выполнении курсовой работы целесообразна следующая последовательность выбора глубины заложения подошвы фундамента - d: 3.1.1 С учетом расчетной глубины промерзания грунта df и таблицы 3.1 решается вопрос, зависит ли глубина заложения фундаментов под наружные стены от глубины промерзания грунта (- глубина расположения уровня подземных вод задана в приложении Д). Эта глубина заложения подошвы фундамента для данного района строительства является минимально возможной -. Для внутренних фундаментов безподвальных отапливаемых зданий можно принять равной 0,5 м. Таблица 3.1 - Глубина заложения фундаментов в зависимости от расчетной глубины промерзания грунта и глубины расположения подземных вод Грунты под подошвой фундамента Глубина заложения фундаментов в зависимости от глубины расположения уровня подземных вод dω, м, при dω df + 2 dω > df + 2 5 м>1,58+2=3,58 м Скальные, крупнообломочные с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности Не зависит от df Не зависит от df Пески мелкие и пылеватые Не менее df То же Супеси с показателем текучести IL < 0 То же То же То же, при IL 0 То же Не менее df Суглинки, глины, а также крупнообломочные грунты с пылеватоглинистым заполнителем при показателе текучести грунта или заполнителя IL 0,25 То же То же То же, при IL < 0,25 То же Не менее 0,5df 3.1.2 По конструктивным соображениям для зданий с подвалом обрез фундаментных плит располагается 0,2 м ниже пола подвала (отметка пола подвала задана на схеме здания, приложение А). Таким образом, при
стр. 13 использовании сборных железобетонных подушек высотой 0,3 м (принять в первом приближении) минимальная глубина заложения фундаментов по конструктивным соображениям для подвальной части здания составит: = + 0,2 + 0,3, (12) = 2,3 + 0,2 + 0,3 = 2,8 м где, - глубина подвала от уровня планировки. Для сборных фундаментов глубина их заложения дополнительно зависит от принятой конструкции фундаментных подушек (высота подушек hf = 0,3; 0,5 м) и стеновых блоков (высота блока с учетом шва равна 0,6 м). 3.1.3 Если на небольшой глубине (ориентировочно в пределах dmin+1м или d к min+1м, по большему значению) залегает более прочный слой грунта (по значению R0), фундамент следует заглубить в этот слой. В любом случае рекомендуется в выбранный несущий слой грунта фундамент заглубляется на 0,5 м с учетом возможной погрешности в определении отметки кровли слоя, допущенной при инженерных изысканиях. 3.1.4 Фундаменты под внутренние стены, колонны и наружные стены здания можно закладывать на различной глубине, но при этом допустимая разность отметок заложения соседних фундаментов - ∆h должна назначаться в соответствии с рисунком 3.1 по формуле: ∆h ≤ a (tgφI + cI p ) , (13) 0,51 ≤ 3,75 (tg20,87° + 0,006 0,2 ) 0,51 ≤ 1,56 где, a - расстояние между фундаментами в свету; I, cI - расчетные значения соответственно угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта, определяемые по подразделу 2.4; р - среднее давление под подошвой вышерасположенного фундамента от расчетных нагрузок (в первом приближении р=0,2 МПа, с последующей корректировкой после определения размеров подошвы фундамента) При заложении ленточных фундаментов смежных участков на разных отметках переход от одной отметки заложения фундамента к другой осуществляется уступами, в соответствии с рисунком 3.2. Отношение высоты уступа к его длине принимается не менее 1/2 для связанных грунтов и не менее 1/3 для песчаных грунтов. Высота уступа не более 0,6 м. Ленточные фундаменты примыкающих участков должны иметь одинаковую глубину заложения на протяжении не менее 1 м от шва. При назначении глубины заложения фундамента под колонны следует учесть, что сопряжение колонны с плитной частью фундамента осуществляется с помощью подколонника. Отметка верха подколонника принимается на 150 мм ниже отметки планировки поверхности земли, поэтому глубина заложения подошвы фундамента под колонны должна быть на 150 мм больше суммарной высоты подколонника и плитной части фундамента.
стр. 14 3.2 Предварительное определение размеров подошвы фундаментов При выбранной глубине заложения подошвы фундамента ее площадь А, м2 , можно предварительно определить по формуле: = 0 × (0 − × × ) , (14) где, 0 - расчетная нагрузка на погонный метр ленточного фундамента или на фундамент под колонну, кН; 0 - расчетное сопротивление грунта несущего слоя, кН/м2 ; - глубина заложения подошвы фундамента, м; - удельный вес материала фундамента (γm = 20 кН/м3 ); - коэффициент, учитывающий меньший удельный вес грунта по сравнению с удельного весом материала. - коэффициент, учитывающий влияние момента внешних сил, принимаемый равным, для внецентренно загруженных фундаментов под колонны m =1,1÷1,2, для ленточных фундаментов m =1. Далее подбирают размеры подошвы фундамента. Для ленточных фундаментов расчет ведется на 1 м длины, следовательно, ширину подошвы фундамента - b находят по формуле: b = A 1 , (15) Для фундаментов, имеющих прямоугольную подошву (фундамент под колонну), предварительно задавшись соотношением сторон η = l/b, ширину подошвы определяют по формуле: b = √ A η , (16) В курсовой работе принимаем η=1 - фундамент имеет квадратную подошву. Определяем площадь подошвы ленточного фундамента по оси А: A = 360 × 1 250 − 1 × 20 × 1,24 = 1,59 м 2 Определяем ширину подошвы ленточного фундамента по оси А: = 1,59 1 = 1,59 м Выбираем фундаментную подушку ФЛ шириной = 1,6 м и высотой h=0,3м. Ширину фундамента назначаем с запасом целью выполнения условий первых и вторых предельных состояний. Определяем площадь подошвы ленточного фундамента по оси В: = 360 × 1 250 − 1 × 20 × 3,04 = 1,9 м 2 Определяем ширину подошвы ленточного фундамента по оси В: = 1,9 1 = 1,9м
стр. 15 Выбираем фундаментную подушку ФЛ шириной = 2,0 м и высотой h=0,3м. Ширину фундамента назначаем с запасом целью выполнения условий первых и вторых предельных состояний. Определяем площадь подошвы ленточного фундамента по оси Г: = 360 × 1 250 − 1 × 20 × 3,04 = 1,9 м 2 Определяем ширину подошвы ленточного фундамента по оси Г: = 1,9 1 = 1,9 м Выбираем фундаментную подушку ФЛ шириной = 2,0 м и высотой h=0,3м. Ширину фундамента назначаем с запасом целью выполнения условий первых и вторых предельных состояний. Определяем площадь подошвы торцевой стены А-Б: = 230 × 1 250 − 1 × 20 × 1,24 = 1,02 м 2 Определяем ширину подошвы ленточного фундамента торцевой стены по оси А-Б: = 1,02 1 = 1,02 м Выбираем фундаментную подушку ФЛ шириной = 1,2 м и высотой h=0,3м. Ширину фундамента назначаем с запасом целью выполнения условий первых и вторых предельных состояний. Определяем площадь подошвы торцевой стены В-Г: = 230 × 1 250 − 1 × 20 × 3,04 = 1,21 м 2 Определяем ширину подошвы ленточного фундамента торцевой стены по оси В-Г: = 1,21 1 = 1,21 м Выбираем фундаментную подушку ФЛ шириной = 1,2 м и высотой h=0,3м. Ширину фундамента назначаем с запасом целью выполнения условий первых и вторых предельных состояний. Определяем площадь подошвы поперечной стены А-Б: = 90 × 1 250 − 1 × 20 × 1,24 = 0,39 м 2 Определяем ширину подошвы ленточного фундамента поперечной стены по оси А-Б: = 0,39 1 = 0,39 м Выбираем фундаментную подушку ФЛ шириной = 0,4 м и высотой h=0,3м. Ширину фундамента назначаем с запасом целью выполнения условий первых и вторых предельных состояний.
стр. 16 Определяем площадь подошвы поперечной стены В-Г: = 90 × 1 250 − 1 × 20 × 3,04 = 0,47 м 2 Определяем ширину подошвы ленточного фундамента поперечной стены по оси В-Г: = 0,47 1 = 0,47 м Выбираем фундаментную подушку ФЛ шириной = 0,6 м и высотой h=0,3м. Ширину фундамента назначаем с запасом целью выполнения условий первых и вторых предельных состояний. Определяем площадь подошвы ступенчатого фундамента по оси Б: = 860 × 1 250 − 1 × 20 × 1,75 = 4 м 2 Определяем ширину подошвы квадратного ступенчатого фундамента по оси Б: = √ = √ 4 1 = 2 м где, А-площадь подошвы фундамента, м2 -значение соотношения длины к ширине. Выбираем фундаментную подушку ФЛ шириной = 2 м и высотой h=0,3 м. Ширину фундамента назначаем с запасом целью выполнения условий первых и вторых предельных состояний. 3.3 Предварительное конструирование фундаментов В курсовом проектировании следует отдавать предпочтение сборным фундаментам. Типовые сборные элементы фундаментов можно подобрать по справочной и нормативной литературе [8-11, 13-15]. Ленточный фундамент состоит из бетонных блоков стен подвалов [13] и железобетонных фундаментных плит [14]. При конструировании фундамента рекомендуется применять сплошные бетонные блоки марки ФБС высотой 0,58 м, шириной 0,6 м (для фундаментов по осям А и Г, а также для фундаментов торцевых стен), шириной 0,5 м (для фундамента по оси В) и шириной 0,4 м (для поперечных стен). Блоки высотой 0,28 м применять не рекомендуется в связи с их практическим отсутствием. Фундаментные плиты рекомендуется применять марки ФЛ толщиной 0,3 м, если возникает необходимость в применении плит толщиной 0,5 м, то нужно скорректировать глубину заложения подошвы фундамента. Для зданий с колоннами квадратного сечения 400х400 мм разработаны одноблочные фундаменты марки 2Ф. Отметка верха подколонника назначается на 150 мм ниже отметки планировки поверхности земли. Фундаментные плиты укладываются на выровненную поверхность песчаного основания или на слой предварительно утрамбованного песка средней крупности толщиной 100 мм (при прочих грунтах основания). Имеющиеся зазоры между фундаментными плитами заделывают бетоном, смотри рисунок 3.3. При этом
стр. 17 площадь сечения рабочей (поперечной) арматуры в монолитных участках принимается эквивалентной арматуре сборных железобетонных фундаментных плит, а класс бетона равным. Для обеспечения пространственной жесткости фундамента делается связь между продольными и поперечными стенами путем перевязки блоков и закладки в швы сеток из арматуры класса А-I диаметром 8 мм (рисунок 3.4). Сетки располагают в горизонтальных швах через один по высоте. Расстояние между вертикальными швами расположенных друг над другом блоков должно быть не менее 0,4 высоты блока в мало сжимаемых грунтах (Е >10 МПа) и не менее высоты блока в сильно сжимаемых грунтах. Монтаж сборных элементов фундаментов ведется на цементном растворе М50 с толщиной швов 20 мм. Для устройства вводов в здание коммуникаций и уменьшения числа типоразмеров фундаментных стеновых блоков в стенах фундаментов оставляют проемы шириной не более 0,6 м (при большей ширине проема он перекрывается перемычками), которые при необходимости заполняются кирпичом или бетоном. Проемы в углах здания не допускаются. Вдоль наружных стен здания устраивается отмостка из водонепроницаемых материалов. Горизонтальная гидроизоляция выполняется в виде непрерывного горизонтального шва толщиной 20 мм из цементного раствора состава 1:2. Вертикальная поверхность фундаментных стен, соприкасающихся с грунтом обмазывается горячит битумом за 2 раза.
Рисунок 2. Размеры фундаментов по осям А, Б, В, Г.
стр. 20
3.4 Определение расчетного сопротивления грунта Расчетное сопротивление грунта , определенное ранее по таблицам, относится к фундаментам, имеющим ширину = 1 м и глубину заложения d0 =2 м. Поэтому после предварительного определения ширины фундамента следует уточнить расчетное сопротивление грунта основания R, кПа, с учетом фактических размеров фундамента: = 1 × 2 × [ × × × + × × ̇ + (− 1) × × ̇ + × ] , (17) где, 1 и 2- коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 3.2 в зависимости от вида грунта, а также от конструктивной схемы и жесткости здания (кирпичные здания с малым шагом несущих стен имеют жесткую конструктивную схему); - коэффициент принимаемый равным 1 (прочностные характеристики грунта определены непосредственными испытаниями); , , - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта, залегающего под подошвой фундамента, и принимаемые по таблице 3.3; - коэффициент, принимаемый в курсовом проекте равным 1; - ширина подошвы фундамента, м; -расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кН/м2 ; - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3 ; ̇ - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м3 (принять ̇ = = 16 кН/м 3 - грунт обратной засыпки); -глубина заложения фундаментов без подвальных помещений, м; -высота подвального помещения, м. -по оси А: = 1,2 × 1 1 ∙ [ 0,72 × 1 × 2 × 16,8 + 3,87 × 2,44 × 16 + (3,87 − 1) × 0 × 16 + 6,45 × 60 1 ] = 674,7 /м 2 -по оси В: = 1,2 × 1 1 ∙ [ 0,72 × 1 × 2 × 16,8 + 3,87 × 2,82 × 16 + (3,87 − 1) × 1,72 × 16 + 6,45 × 60 1 ] = 797,7 /м 2 -по оси Г:
стр. 23 = 1,2 × 1 1 × [ 0,72 × 1 × 2 × 16,8 + 3,87 × 2,82 × 16 + (3,87 − 1) × 1,72 × 16 + 6,45 × 60 1 ] = 797,7 /м 2 -по оси Б: = 1,2 × 1 1 × [ 0,72 × 1 × 2 × 16,8 + 3,87 × 0,72 ×× 16 + (3,87 − 1) × 0 × 16 + 6,45 × 60 1 ] = 546,9 /м 2 -торцевой стены в осях А-В: = 1,2 × 1 1 × [ 0,72 × 1 × 2 × 16,8 + 3,87 × 2,44 × 16 + (3,87 − 1) × 0 × 16 + 6,45 × 60 1 ] = 674,7 /м 2 -торцевой стены в осях В-Г: = 1,2 × 1 1 × [ 0,72 × 1 × 2 × 16,8 + 3,87 × 2,82 × 16 + (3,87 − 1) × 1,72 × 16 + 6,45 × 60 1 ] = 797,7 /м 2 -поперечной стены в осях А-Б: = 1,25 × 1 1 × [ 0,14 × 1 × 2 × 19,2 + 1,55 × 2,44 × 16 + (1,55 − 1) × 0 × 16 + 3,93 × 60 1 ] = 362,02 /м 2 -поперечной стены в осях В-Г: = 1,2 × 1 1 × [ 0,72 × 1 × 2 × 16,8 + 3,87 × 2,82 × 16 + (3,87 − 1) × 1,72 × 16 + 6,45 × 60 1 ] = 797,7 /м 2 d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала (смотри рисунок 3.5), определяемая по формуле: 1 = ℎ + ℎ ∙ ̇ , (18) где, ℎ - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м; ℎ- толщина конструкции пола подвала, м (hcf = 0,15 м); - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м3 (= 22 кН/м3 ). 1 = 0,35 + 0,15 ∙ 22 16 = 0,23 Таблица 3.3 - Коэффициенты Мγ, Мq, Мc: Угол внутреннего трения II, град. Коэффициенты Угол внутреннего трения II, град. Коэффициенты Мγ Мq Мc Мγ Мq Мc 0 1 2 0,00 0,01 0,03 1,00 1,06 1,12 3,14 3,23 3,32 23 24 25 0,69 0,72 0,78 3,65 3,87 4,11 6,24 6,45 6,67
стр. 24 3 4 5 0,04 0,06 0,08 1,18 1,25 1,32 3,41 3,51 3,61 26 27 28 0,84 0,91 0,98 4,37 4,64 4,93 6,90 7,14 7,40 6 7 8 0,10 0,12 0,14 1,39 1,47 1,55 3,71 3,82 3,93 29 30 31 1,06 1,15 1,24 5,25 5,59 5,95 7,67 7,95 8,24 9 10 11 0,16 0,18 0,21 1,64 1,73 1,83 4,05 4,17 4,29 32 33 34 1,34 1,44 1,55 6,34 6,76 7,22 8,55 8,88 9,22 12 13 14 0,23 0,26 0,29 1,94 2,05 2,17 4,42 4,55 4,69 35 36 37 1,68 1,81 1,95 7,71 8,24 8,81 9,58 9,97 10,37 15 16 17 0,32 0,36 0,39 2,30 2,43 2,57 4,84 4,99 5,15 38 39 40 2,11 2,28 2,46 9,44 10,11 10,85 10,80 11,25 11,73 18 19 20 0,43 0,47 0,51 2,73 2,89 3,06 5,31 5,48 5,66 41 42 43 2,66 2,88 3,12 11,64 12,51 13,46 12,24 12,79 13,37 21 22 0,56 0,61 3,24 3,44 5,84 6,04 44 45 3,38 3,66 14,50 15,64 13,98 14,64 Если для подвальной части здания получается d1>d (где d - глубина заложения подошвы фундамента от уровня планировки), то в формуле (19) принимается 1 = 0,23 и = 0 Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды γsb определяется по формуле: = − 1 + , (19) где, - удельный вес твердых частиц грунта, кН/м3 ; - удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м3 ; - коэффициент пористости грунта. = 27,17 − 10 1 + 0,84 = 9,33 кН/м 3 Расчетные значения II,, сII, γII находятся для слоя грунта толщиной z ниже подошвы фундамента, при b < 10 м z = b/2. При этом расчетные значения этих характеристик принимаются по следующим зависимостям: = Н , = Н , (20) = Н 1,5 , = Н , (21) где, -коэффициент надежности по грунту, принимается для песчаных грунтов 1,1, для глинистых-1,15.
стр. 25 3.5 Проверка давления под подошвой фундамента После предварительного подбора типовых элементов фундаментов определяют давления под подошвой фундамента. Требуется проверить фундамент по первой группе предельных состояний, для этого нужно определить значение давлений под подошвой фундамента и проверить условия расчетного сопротивления грунта. Давление под подошвой центрально нагруженного ленточного фундамента определяется по формуле: = + + + + × , (23) где, - вертикальная нагрузка на ленточный фундамент по заданию (приложение Б), кН/м; - нагрузка от веса фундамента; - нагрузка от грунта обратной засыпки на обрезах фундамента; - нагрузка от веса конструкции пола подвала; - нагрузка от временной равномерно распределенной нагрузки q на поверхность прилегающего к зданию грунта (q=10 кН/м2 ); - ширина подошвы фундамента, м; = 1м - погонный метр длины ленточного фундамента. Слагаемые , , , в формуле (23) определяются по приложению Л. Максимальное и минимальное давление под подошвой внецентренно нагруженного фундамента колонны определяется по формуле: = ̇ ⁄ ± ̇ ⁄ = + + ± ⁄ = ( + ) ± 6 2 ⁄ , (24) где, - вертикальная нагрузка на фундамент колонны по заданию (приложение Б), кН; – момент, действующий на фундамент колонны по заданию (приложение Б), кНм; W - момент сопротивления площади подошвы фундамента, м3 ; - ширина подошвы фундаментного стакана, м; - длина подошвы фундаментного стакана, м (при квадратной подошве фундамента l=b). Для центрально нагруженного фундамента должно выполняться условие р R. (25) Для внецентренно нагруженного фундамента должны выполняться следующие условия: рmax 1,2R, (26) рmin 0, (27) рср = N'II / А R. (28)
стр. 26 Если условия (21) ÷ (24) не выполняются, следует уточнить размеры подошвы фундамента (при этом возможно изменится глубина заложения) и повторить расчет до тех пор, пока условия (21) ÷ (24) не будут удовлетворены с точностью (5…15%). Количество приближений обычно не более 3. Значения р и R, входящие в условия (21) ÷ (24), в каждом приближении необходимо определять для одних и тех же размеров подошвы фундамента. Нагрузка от конструкций выше отметки пола по оси А = кН/м Рисунок 3. К определению нагрузок от фундамента по оси А: Определяем нагрузки от цокольных стен ФБС и от подушки фундамента ФЛ для оси А: = × ℎ × × + × × × , (29) где, -ширина подушки ФЛ, м; ℎ-высота подушки ФЛ, м; -длина на погонный метр, м; -удельный вес конструкций фундамента, кН/м3 ; -ширина стен ФБС, м; -высота стен ФБС, м. = 1,2 × 0,3 × 1 × 24 + 0,6 × 0,62 × 1 × 24 = 17,56 кН Определяем нагрузка от грунта которые действуют на уступах подушки ФЛ для оси А: = 2 × × ( − ℎ) × × , (30) где, -ширина на уступах подушки ФЛ, м; ℎ-высота подушки ФЛ, м; -длина на погонный метр, м; -глубина до подошвы фундамента от рельефа грунта, м; -удельный вес грунта на уступах фундамента, кН/м3 . = 2 × 0,3 × (0,64 − 0,3) × 1 × 16 = 3,26 кН Определяем нагрузку от рельефа слева от конструкций фундамента для оси А: = × × , (31) где, -ширина на уступах подушки ФЛ, м; -длина на погонный метр, м; -равно распределенная нагрузка от рельефа, кН.
стр. 27 = 0,3 × 1 × 10 = 3 кН Определяем давление под подошвой центарльно нагруженного ленточного фундамента по оси А: = 360 × 1 + 17,56 + 3,26 + 0 + 3 1,2 × 1 = 319,85 кН ≤ 319,85 /м 2 ≤ 674,7 /м 2 Условие для центрально нагруженного фундамента выполняется. Нагрузка от конструкций выше отметки пола по оси В = кН/м Рисунок 4. –К определению нагрузок от фундамента по оси В. Определяем нагрузки от стен подвала ФБС и от подушки фундамента ФЛ для оси В: = × ℎ × × + × × × , (32) где, -ширина подушки ФЛ, м; ℎ-высота подушки ФЛ, м; -длина на погонный метр, м; -удельный вес конструкций фундамента, кН/м3 ; -ширина стен ФБС, м; -высота стен ФБС, м. = 2,0 × 0,3 × 1 × 24 + 0,5 × 2,42 × 1 × 24 = 43,44 кН Определяем нагрузка от грунта которые действуют на уступах подушки ФЛ для оси В: = × [( − ℎ) + (ℎ− ℎ)] × × , (33) где, -ширина на уступах подушки ФЛ, м; ℎ-высота подушки ФЛ, м; -длина на погонный метр, м; ℎ -высота от подошвы фундамента до пола подвала, м; -глубина до подошвы фундамента от рельефа грунта, м; -удельный вес грунта на уступах фундамента, кН/м3 . = 0,75 × [(2,44 − 0,3) + (0,35 − 0,3)] × 1 × 16 = 26,28 кН Определяем нагрузку от конструкций пола подвального помещения для оси В:
стр. 28 = × ℎ × × , (34) где, -ширина на уступах подушки ФЛ, м; -длина на погонный метр, м; ℎ-высота пола подвала, м; -удельный вес конструкции пола подвала, кН/м3 . = 0,75 × 0,15 × 1 × 22 = 2,475 кН Определяем давление под подошвой центарльно нагруженного ленточного фундамента по оси В: = 360 × 1 + 43,44 + 26,28 + 0 + 2,475 2,0 × 1 = 216,09 кН ≤ 216,09 /м 2 ≤ 797,7 /м 2 Условие для центрально нагруженного фундамента выполняется. Нагрузка от конструкций выше отметки пола по оси Г = кН/м Рисунок 5. –К определению нагрузок от фундамента по оси Г: Определяем нагрузки от стен подвала ФБС и от подушки фундамента ФЛ для оси Г: = × ℎ × × + × × × , (35) где, -ширина подушки ФЛ, м; ℎ-высота подушки ФЛ, м; -длина на погонный метр, м; -удельный вес конструкций фундамента, кН/м3 ; -ширина стен ФБС, м; -высота стен ФБС, м. = 2,0 × 0,3 × 1 × 24 + 0,6 × 2,42 × 1 × 24 = 49,24 кН Определяем нагрузка от грунта которые действуют на уступах подушки ФЛ для оси Г: = × [( − ℎ) + (ℎ− ℎ)] × × , (36) где, -ширина на уступах подушки ФЛ, м; ℎ-высота подушки ФЛ, м; -длина на погонный метр, м;
стр. 29 ℎ -высота от подошвы фундамента до пола подвала, м; -глубина до подошвы фундамента от рельефа грунта, м; -удельный вес грунта на уступах фундамента, кН/м3 . = 0,7 × [(2,44 − 0,3) + (0,35 − 0,3)] × 1 × 16 = 24,52 кН Определяем нагрузку от конструкций пола подвального помещения для оси Г: = × ℎ × × , (37) где, -ширина на уступах подушки ФЛ, м; -длина на погонный метр, м; ℎ-высота пола подвала, м; -удельный вес конструкции пола подвала, кН/м3 . = 0,7 × 0,15 × 1 × 22 = 2,31 кН Определяем нагрузку от конструкций пола подвального помещения для оси Г: = × × , (38) где, -ширина на уступах подушки ФЛ, м; -длина на погонный метр, м; -равно распределенная нагрузка от рельефа, кН. = 0,7 × 1 × 10 = 7 кН Определяем давление под подошвой центарльно нагруженного ленточного фундамента по оси Г: = 360 × 1 + 49,24 + 24,52 + 2,31 + 7 2,0 × 1 = 221,54кН ≤ 221,54 /м 2 ≤ 797,7 /м 2 Условие для центрально нагруженного фундамента выполняется. Нагрузка от конструкций выше отметки пола торцевой стены по оси АВ = кН/м Рисунок 6. -К определению нагрузок от фундамента по оси А-В: Определяем нагрузки от цокольных стен ФБС и от подушки фундамента ФЛ торцевой стены для оси А-В:
стр. 30 = 1,2 × 0,3 × 1 × 24 + 0,6 × 0,62 × 1 × 24 = 17,56 кН Определяем нагрузка от грунта которые действуют на уступах подушки ФЛ торцевой стены для оси А-В: = 2 × 0,3 × (0,64 − 0,3) × 1 × 16 = 3,264 кН Определяем нагрузку от рельефа слева от конструкций фундамента торцевой стены для оси А-В: = 0,3 × 1 × 10 = 3 кН Определяем давление под подошвой центарльно нагруженного ленточного фундамента торцевой стены по оси А-В: = 230 × 1 + 17,56 + 3,264 + 0 + 3 1,2 × 1 = 211,52 кН ≤ 211,52 /м 2 ≤ 674,7 /м 2 Условие для центрально нагруженного фундамента выполняется. Нагрузка от конструкций выше отметки пола торцевой стены по оси ВГ = кН/м Рисунок 7. –К определению нагрузок от фундамента по оси В-Г: Определяем нагрузки от стен подвала ФБС и от подушки фундамента ФЛ торцевой стены для оси В-Г: = 2,0 × 0,3 × 1 × 24 + 0,6 × 2,42 × 1 × 24 = 49,24 кН Определяем нагрузка от грунта которые действуют на уступах подушки ФЛ торцевой стены для оси В-Г: = 0,7 × [(2,44 − 0,3) + (0,35 − 0,3)] × 1 × 16 = 24,52 кН Определяем нагрузку от конструкций пола подвального помещения торцевой стены для оси В-Г: = 0,7 × 0,15 × 1 × 22 = 2,31 кН Определяем нагрузку от рельефа справа от конструкций фундамента торцевой стены для оси В-Г: = 0,7 × 1 × 10 = 7 кН
стр. 31 Определяем давление под подошвой центарльно нагруженного ленточного фундамента торцевой стены по оси В-Г: = 360 × 1 + 49,24 + 24,52 + 2,31 + 7 2,0 × 1 = 221,55 кН ≤ 221,5 /м 2 ≤ 797,7 /м 2 Условие для центрально нагруженного фундамента выполняется. Нагрузка от конструкций выше отметки пола поперечной стены по оси В-Г = кН/м Рисунок 8. – К определению нагрузок от фундамента по оси В-Г: Определяем нагрузки от цокольных стен ФБС и от подушки фундамента ФЛ поперечной стены для оси В-Г: = 0,6 × 0,3 × 1 × 24 + 0,4 × 2,42 × 1 × 24 = 27,55 кН Определяем нагрузка от грунта которые действуют на уступах подушки ФЛ поперечной стены для оси В-Г: = 0 Определяем нагрузку от рельефа слева от конструкций фундамента поперечной стены для оси В-Г: = 0 Определяем давление под подошвой центарльно нагруженного ленточного фундамента поперечной стены по оси В-Г: = 90 × 1 + 27,55 + 0 + 0 + 0 0,6 × 1 = 195,9 кН ≤ 195,9/м 2 ≤ 797,7 /м 2 Условие для центрально нагруженного фундамента выполняется.
стр. 32 Нагрузка от конструкций выше отметки пола по оси Б = кН/м Рисунок 9. – К определению нагрузок от фундамента по оси Б: Определим максимально и минимальное давления под подошвой фундамента под колонну: = ( + × × × ) × ± 6 × × 2 , (39) где, -длина подошвы фундамента, м; -ширина подошвы фундамента, м; -глубина до подошвы фундамента от рельефа грунта, м; -нагрузка от конструкций выше отметки пола, кНм; -удельный вес конструкций фундамента, кН/м3 . = (860 + 2,0 × 2,0 × 1,15 × 20) 2,0 × 2,0 ± 6 × 96 2,0 × 2,0 2 = = 310 /м 2 = 166/м 2 Определим среднее значение давление под подошвой фундамента под колонну: ср = + 2 , (40) где, -максимальное значение давления под подошвой фундамента, м2 ; -минимальное значение давления под подошвой фундамента, м2 . ср = 310 + 166 2 = 238 /м 2 Проверим условия для внецентренного напряженного фундамента: ≤ 1,2 × , (41) 310 ≤ 1,2 × 546,9 = 656,28 /м 2 ≥ 0, (42) 166 /м 2 ≥ 0 ср ≤ , (43) 238 м2 < 546,9 м2
стр. 33 3.6. Расчет осадки основания фундамента под колонну Осадки основания s с использованием расчетной схемы в виде линейнодеформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования. Основное условие применимости к грунтам теории линейного деформирования заключается в том, чтобы напряжения по подошве фундамента находились в пределах первых фаз напряженного состояния грунта, то есть соблюдалось условие ≤ . Схема распределения вертикальных нормальных напряжений в линейнодеформируемом полупространстве приведен на рис. 10. Обозначения, принятые на рисунке: DL-отметка планировки; NL-отметка поверхности природного рельефа; FL-отметка подошвы фундамента; WL-уровень подземных вод; B.C-нижняя граница сжимаемой толщи; d- глубина заложения фундамента от уровня планировки; dn- глубина заложения фундамента от поверхности природного рельефа; b- ширина фундамента; p- среднее давление под подошвой фундамента; p0- дополнительное давление на основание; - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента; ,- вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы; - дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента; ,- дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на уровне подошвы; - глубина сжимаемой толщи. Основна задача при расчете осадки заключается в построении эпюр , и определении нижней границе сжимаемой толщи. Толщина грунта под подошвой фундамента на глубине не менее 0,4b разбивается на элементарные слои толщиной: ℎ = 0,4 × ,м (44) ℎ = 0,4 × 2,0 = 0,8 м Определяем расстояние от подошвы фундамента до верхней границы каждого элементарного слоя , м
стр. 34 Определяем коэффициент, учитывающий по глубине дополнительного напряжения: = 2 × , (45) где, -глубина подошвы слоя от подошвы фундамента, м; -ширина фундамента, м; = 2 × = 2 × 0,8 2,0 = 0,8 = ⁄ = 3,3 2 = 1,65 Коэффициент учитывающий по глубине дополнительного напряжения находим с таблицы 3.4. =0,8 из этого = 0,859 Определяем вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента. Определяем вертикальное напряжение от собственного веса грунта. σzp,0 = γ̇ ∙ dn, (46) где, γ̇-удельный вес грунта выше подошвы фундамента, кН/м3 ; dn-глубина от подошвы фундамента до рельефа грунта, м; σzp,0 = 16,8 ∙ 1,15 = 19,32 кПа Определяем дополнительное вертикальное давление на основание: p0 = p − σzp,0, (47) где, p -среднее давление под подошвой фундамента; σzp,0 -вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента: p0 = 238 − 19,32 = 218,68 Определяем напряжение σzp,i на глубине zi : σzp,i = αi × p0, (48) где, αi - коэффициент учитывающий по глубине дополнительного напряжения; p0-дополнительное вертикальное давление на основание, определяем по формуле: σzp,i = 0,859 × 218,68 = 187,84 Определяем среднее значение дополнительного нормального напряжения в i-м элементарном слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней −1 и нижней границах слоя. , = ,−1 + , 2 , (49)
стр. 35 где, , - напряжение на глубине ; ,−1- напряжение на глубине −1; , = 218,68 + 187,84 2 = 203,26 Определяем осадку основания методом послойного суммирования по формуле: = ∑ ,ℎ =1 , (50) где, - безразмерный коэффициент, равный 0,8; ,- среднее значение дополнительного нормального напряжения в i-м элементарном слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней −1 и нижней границах слоя. ℎ - толщина элементарного i-го слоя грунта (ℎ ≤ 0,4); - число элементарных слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания; -модуль деформации элементарного i-го слоя грунта. = 0,8 × 0,8 × 203,26 15000 = 0,0086 Определяем вертикальное напряжение от собственного веса грунта. = ̇ × + ∑ × ℎ =1 , (51) где, ̇- удельный вес грунта выше подошвы фундамента, кН/м3 ; -глубина от подошвы фундамента до рельефа грунта, м; ℎ - толщина рассматриваемого слоя, м; - удельный вес грунта рассматриваемого слоя, кН/м3 . 1 = 19,32 + 16,8 × 1,2 = 39,48 кПа 2 = 19,32 + 16,8 × 3,2 + 39,48 = 112,56 кПа 3 = 19,32 + 16,8 × 0,9 + 112,56 = 147 кПа 4 = 19,32 + 16,8 × 4,8 + 147 = 246,96 кПа 5 = 19,32 + 16,8 × 5,1 + 246,96 = 351,96 кПа Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи основания. ≤ 0,2 × 5, (52) где, - вертикальное напряжение от собственного веса грунта, кПа. 1 = 0,2 × 39,48 = 7,89 кПа
стр. 36 2 = 0,2 × 112,56 = 22,51 кПа 3 = 0,2 × 147 = 29,4 кПа 4 = 0,2 × 246,96 = 49,39 кПа 5 = 0,2 × 351,96 = 70,39 кПа Расчет осадки рекомендуется выполнять в табличной форме, вид которой приведен в табл. 3.5. Таблица 3.5.- Подсчет осадки основания: № слоя Глубина подошвы слоя от подошвы фундамен та zi,м Толщ ина слоя hi, м Коэффи циент ζi=2zi/b Коэффи циент αi Напряжен ие σzp,i на глубине zi, кПа Среднее напряжен ие σzp,iср, кПа Модуль деформаци и Еi, кПа Осадка слоя si, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - - - 1 218,68 - 15000 - 1 0,8 0,8 0,8 0,859 187,84 203,26 15000 0,0086 2 1,6 0,8 1,6 0,560 122,46 155,15 15000 0,0066 3 2,4 0,8 2,4 0,355 77,63 100,04 15000 0,0042 4 3,2 0,8 3,2 0,235 51,38 64,5 15000 0,0027 5 4 0,9 4 0,164 35,86 43,62 15000 0,0018 6 4,8 0,8 4,8 0,120 26,24 31,05 15000 0,0013 7 5,6 0,8 5,6 0,091 19,89 23,06 15000 0,0009 8 6,4 0,8 6,4 0,071 15,52 17,7 15000 0,0007 9 7,2 0,8 7,2 0,057 12,46 13,99 15000 0,0005 10 8 0,8 8 0,046 10,05 11,25 15000 0,0004 11 8,8 0,8 8,8 0,038 8,3 9,17 15000 0,0003 12 9,6 0,8 9,6 0,032 6,99 7,64 15000 0,00032 13 10,4 0,8 10,4 0,028 6,12 6,55 15000 0,00027 14 11,2 0,8 11,2 0,024 5,24 5,68 15000 0,00024 15 12 0,8 12 0,021 4,59 4,91 15000 0,0002 16 12,8 0,8 12,8 0,018 3,93 4,26 15000 0,00018 17 13,6 0,8 13,6 0,012 2,62 3,27 15000 0,00013 18 14,4 0,3 14,4 0,008 - - 15000 - Полная осадка основания s = Σsi =0,029 м Примечание: Под слоем грунта подразумевается элементарный слои, на которые разделена сжимаемая толща основания. Полученное значение осадки s сравнивается с предельным значением принимаемым в соответствии с приложением 4. Для многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из кирпичной кладки, без армирования = 10 см, а с армированием = 15 см. Осадка считается допустимой, если выполняется условие: Вывод: = 2,9 см ≤ = 15 см, то осадка допустима и увеличение ширины подошвы фундамента не требуется.
стр. 37 Рисунок 3. Расчетная схема к определению осадки основания 3.7 Проверка подстилающего слоя основания При наличии в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев прочности (R0 меньше чем у несущего слоя грунта), размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы обеспечивалось условие: + ≤ , (53) где, - дополнительное вертикальное напряжение на глубине z от подошвы фундамента (на уровне кровли слабого подстилающего слоя), кПа; - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на той же глубине z, кПа; - расчетное сопротивление слабого грунта на глубине z, кПа, определяемое для условного фундамента шириной bz (смотри рисунок 3.8), м, определяемого по формуле: = √ + 2 − , (54) где, = ̇ , = − 2 , (55) здесь, ̇ - суммарная вертикальная нагрузка на основание от фундамента, кН, ̇ = + ; l и b - соответственно длина и ширина фундамента, м. ̇ = 860 + 2,0 × 2,0 × 20 × 1,2 = 956
стр. 38 Для квадратного фундамента: = √ = √ ̇ , (56) = √ 956 30,6 = 5,5 Для ленточного фундамента, у которого нагрузка N'II дается на 1 м длины, ширина условного фундамента определяется по формуле: = ̇ , (57) Определяем расчетное сопротивление слабого грунта на глубине 6,65 м: = 1,2 × 1 1 [ 0,72 × 1 × 5,5 × 16,8 + 3,87 × 2,8 × 1 + 6,45 × 60 1 ] = 557 кН/м 2 Проверяем подстилающий слой фундамента по следующему условию: 30,6 + 153,4 = 184 кН м2 < 557 кН/м 2 –условие выполняется. 3.8 Расчет крена фундамента Расчет крена производится для внецентренно загруженного фундамента под колонну по оси Б. Крен фундамента i при действии внецентренной нагрузки определяется по формуле: = 1 − 2 ∙ ∙ ∙ ( 2 ) 3 , (58) где Е и v - соответственно модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта основания, принимаемые средними в пределах сжимаемой толщи, установленной при расчете осадки; Е=15000 кПа. - коэффициент, принимаемый по таблице 3.6; = 1. - коэффициент, принимаемый по таблице 3.7; = 0,43 N –вертикальная, составляющая равнодействующие всех нагрузок на фундамента в уровне его подошвы; е - эксцентриситет; а - диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент (в курсовом проекте, а = b).
стр. 39 Таблица 3.6 - Коэффициент km Среднее значение модуля деформации грунта основания Е, МПа (кгс/см2 ) Значение коэффициента km при ширине фундамента b, м, равной b < 10 10 b 15 b > 15 Е <10 (100) Е 10 (100) 1 1 1 1,35 1 1,5 Таблица 3.7 - Коэффициент kе Форма фундамента и направление действия момента η = l/b Коэффициент kе при ζ' = 2H/b, равном 0,5 1 1,5 2 3 4 5 ∞ Прямоугольный с моментом вдоль большей стороны 1 1,2 1,5 2 3 5 10 0,28 0,29 0,31 0,32 0,33 0,34 0,35 0,41 0,44 0,48 0,52 0,55 0,60 0,63 0,46 0,51 0,57 0,64 0,73 0,80 0,85 0,48 0,54 0,62 0,72 0,83 0,94 1,04 0,50 0,57 0,66 0,78 0,95 1,12 1,31 0,50 0,57 0,68 0,81 1,01 1,24 1,45 0,50 0,57 0,68 0,82 1,04 1,31 1,56 0,50 0,57 0,68 0,82 1,17 1,42 2,00 Прямоугольный с моментом вдоль меньшей стороны 1 1,2 1,5 2 3 5 10 0,28 0,24 0,19 0,15 0,10 0,06 0,03 0,41 0,35 0,28 0,22 0,15 0,09 0,05 0,46 0,39 0,32 0,25 0,17 0,10 0,05 0,48 0,41 0,34 0,27 0,18 0,11 0,06 0,50 0,42 0,35 0,28 0,19 0,12 0,06 0,50 0,43 0,36 0,28 0,20 0,12 0,06 0,50 0,43 0,36 0,28 0,20 0,12 0,06 0,50 0,43 0,36 0,28 0,20 0,12 0,07 Круглый - 0,43 0,63 0,71 0,74 0,75 0,75 0,75 0,75 Примечания: 1. Промежуточные значения коэффициента kе определяются по интерполяции. 2. При использовании расчетной схемы основания в виде линейно деформируемого полупространства (в курсовом проекте принята именно эта схема) коэффициент kе принимается по графе, соответствующей ζ' = ∞. 3. l и b - соответственно длина и ширина прямоугольного фундамента под колонну При ширине фундамента b <10 м нагрузка на фундамент определяется по формуле: = , (59) где A - площадь подошвы фундамента; p0 - дополнительное давление на основание из расчета осадки. = 218,68 × 4,41 = 964,3 кН Эксцентриситет определяется из выражения:
стр. 40 = ̇ , (60) где М'II - момент от равнодействующей нагрузки в работе принимается равным М0II (приложение Б), кНм. = 96 860 = 0,111 Коэффициент Пуассона ν принимается равным для грунтов: крупнообломочных - 0,27; песков и супесей - 0,30; суглинков - 0,35; глин - 0,42. Средние (в пределах сжимаемой толщи Нс) значения модуля деформации и коэффициента Пуассона грунтов основания ( E и ) определяются по формулам: ̅ = ∑/∑( ) =1 , (61) ̅= ∑ℎ/ =1 , (62) где Аi - площадь эпюры вертикальных напряжений от единичного давления под подошвой фундамента в пределах i-го слоя грунта: = ,ℎ , (63) σzp,icp - среднее значение дополнительного нормального напряжения в i-м элементарном слое грунта из расчета осадки; Еi - модуль деформации i-го слоя грунта; νi - коэффициент Пуассона i-го слоя грунта; hi - толщина i-го слоя грунта (для определения E за hi удобнее принимать толщину i-го элементарного слоя); Нс - глубина сжимаемой толщи из расчета осадки; n - число слоев, отличающихся значениями Е и ν (или число элементарных слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания). Полученное значение крена i сравнивается с предельным значением iu, принимаемым в соответствии с приложением 4 [1]. Для многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из кирпичной кладки, без армирования и с армированием iu= 0,005. Крен считается допустимым, если выполняется условие: ≤ , (64) = 1 − 0,352 15000 × 1 ∙ 0,43 ∙ 964,3 ∙ 0,111 ( 2,0 2 ) 3 = 0,002 0,002 ≤ 0,005- условие выполнилось, следовательно, крен не происходит.
стр. 41 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ 4.1. Анализ инженерно-геологических условий применительно к свайному варианту фундаментов. Проектирование свайных фундаментов производится в соответствии с требованиями СНиП (2). При проектировании фундамента применяем забивные сваи-стойки или висячие сваи. Так как грунты, слагающие верхние слои площадки строительства, не твердые, не крупнообломочные, а также не имеют достаточной несущей способности (E≥ 11000 МПа), то все сваи, погружаемые в 1, 2 и 3 слои грунта, будут висячими. Учитывая минимальную длину свай (3м), применяемых для возведения оснований под сооружения, и небольшую мощность первого слоя (4,1 м), пропадает возможность погрузить сваю в первый слой грунта. Таким образом, для определения окончательной конструкции свайного фундамента необходимо экономически сравнить варианты: Погружение висячей сваи нижним концом во второй слой грунта; Погружение висячей сваи нижним концом в третий слой грунта. 4.2. Предварительное определение глубины заложения и толщины плиты ростверка. Глубина заложения подошвы свайного ростверка принимается одинаковой. Глубина заложения свайного ростверка в непучинистых грунтах назначается независимо от глубины промерзания (не менее 0,5 м от поверхности планировки), в пучинистых грунтах-ниже расчетной глубины промерзания не менее чем на 0,25 м. В промышленных и гражданских зданиях обрез ростверка принимается на 10/15 см ниже уровня отметки пола. Величина заделки головы железобетонной сваи в ростверке составляет: а) при отсутствии горизонтальных нагрузок на фундамент-не менее 5/10 см, при этом заделка выпусков арматуры в ростверк не обязательна (свободное соединение). б) при наличии горизонтальных нагрузок на фундамент- не менее поперечные сечения сваи или на 5/10 см с обязательным выпуском в ростверк арматуры периодического профиля на длину ее анкеровки (жесткое соединение). Поэтому глубину заложения ростверка под зданием определится как минимальная из всех возможных отметок. Следовательно, глубину заложения ростверка принимаем, рассматривая ту часть здания, где расположена колонна и также, рассматривая ту часть здания, где расположен подвал. Учитывая конструктивные требования и размеры подвала, получаем отметку верхней грани ростверка -3,04 м от уровня планировочной отметки земли. Тогда отметки подошвы ростверка: -3,04-0,4=-3,44 м
стр. 42 Глубина заделки головы железобетонной сваи в ростверк принимаем 10 см. Отметка оголовков свай: -3,44+0,1=-3,34 м Толщину ростверка предварительно назначаем 40 см. Соединение сваи с ростверком-свободное, глубина заделки головы сваи в ростверк-10 см. Погружение осуществляется дизель-молотом. По конструктивным соображениям длину свай погружаем на три слоя, то в первом длина свай равна 3 м, а во-втором длина свай равна 8 м, в третьем длина свай 12 м. Ростверк изготовляют из монолитного бетона класса В-15, высотой 1,2 м и высотой ступени 400 мм. 4.3 Выбор типа, длины и сечения свай Размеры сечения свай предварительно принимаем 300×300 мм. Длина свай определяется исходя из мощности слабых прошиваемых слоев и величины заглубления свай в прочный грунт, принимаемой не менее 0,5 м во всех случаях, при этом следует учитывать модульность применяемых в строительстве свай. Длина такой сваи, опирающейся на малосжимаемый слой грунта находится: 1 = 2,3 + 0,5 = 2,8 м, следовательно, принимаю сваю С3-30 длиной 1 = 3 м Висячие сваи тоже необходимо заглубить в подстилающий слой грунта. Длина такой сваи, погружаемые во второй слой грунта находится: 2 = 2,3 + 4,8 + 0,5 = 7,6 м, следовательно, принимаем сваю С8-30 с длиной 2 = 8 м. 4.4 Определение несущей способности свай по материалу и грунту Для расчета и проектирования свайных фундаментов необходимо знать несущую способность одиночной сваи. Несущая способность сваи определяется из условий работы материала, из которого она изготовлена, и грунта, в который она погружена. Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по материалу, из условия прочности ее ствола на сжатие определяется в соответствии с нормами проектирования железобетонных конструкций. В работе допускается определять прочность конструкций ствола сваи по графикам (8,18). За несущую способность сваи по материалу м принимается значение нагрузки, которое соответствует правой концевой точке значение нагрузки, которое соответствует правой концевой точке кривой прочности. Несущая способность свай, работающих на сжимающую нагрузку, зависит от вида свай и условий их взаимодействия с грунтом, а также от особых инженерно-геологических условий (просадочность, сейсмика и т. п). для определения несущей способности свай по грунту существует несколько
стр. 43 способов: растет по формулам и таблицам, динамический, статического зондирования и по данным испытания статической нагрузкой. Несущую способность висячей забивной сваи по грунту, работающей на сжимающую нагрузку, определяют, как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле: = ( + ∑ℎ) , (65) где, −коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый = 1; −расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по приложению М (табл. М1); −площадь опирания сваи на грунт, м 2 , принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто; −наружный периметр поперечного сечения сваи, м; − расчетное сопротивление −го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по приложению М (табл. М2); ℎ −толщина −го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м; , −коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения на расчетные сопротивления грунта, и принимаемые по приложению М (табл. М3). При определении толща грунтов под подошвой ростверка расчленяется на однородные слои толщиной ℎ не более 2м. Расчетная нагрузка , допускаемая на сваю по грунту, определяется по формуле: = к , (66) где, −несущая способность сваи по грунту; к −коэффициент надежности, равный к = 1,4 Вариант 1. Погружение висячей сваи нижним концом в первый слой грунта. Определяем отсчитываемые от уровня земли отметки ℎср и соответствующие им значения сопротивлений f:
стр. 44 ℎср = 2,84 + 1,26 2 = 3,47 м; f = 25,94 кПа; ℎср = 2,84 + 1,26 + 0,9 2 = 4,55 м; f = 28,1 кПа; ℎср = 3,04 + 1,4 + 0,9 + 0,74 2 = 5,37 м; f = 29,74 кПа = 1255 кПа; А = 0,3 × 0,3 = 0,09 м 2 ; = 0,3 × 4 = 1,2 м = 1(0,09 × 1 × 1255 + 1,2 × (3,47 × 25,94 + 4,55 × 28,1 + 5,37 × 29,74)) = 567 кН Определеяем расчетную нагрузку: = 567 1,4 = 405 кН Несущая способность по материалу свай: = 60тс = 600 кН 405 кН < 600 кН Вариант 2. Погружение висячей сваи нижним концом во второй слой грунта. Определяем отсчитываемые от уровня земли отметки ℎср и соответствующие им значения сопротивлений f: ℎср = 2,84 + 1,26 2 = 3,47 м; f = 25,94 кПа; ℎср = 2,84 + 1,26 + 0,9 2 = 4,55 м; f = 28,1 кПа; ℎср = 2,84 + 1,26 + 0,9 + 0,74 2 = 5,37 м; f = 29,74 кПа; ℎср = 2,84 + 1,26 + 0,9 + 0,74 + 1,0 2 = 6,24 м; f = 31,24 кПа;
стр. 45 ℎср = 2,84 + 1,26 + 0,9 + 0,74 + 1,0 + 1,0 2 = 7,24 м; f = 32,24 кПа ℎср = 2,84 + 1,26 + 0,9 + 0,74 + 1,0 + 1,0 + 1,16 2 = 8,32 м; f = 33,16 кПа ℎср = 2,84 + 1,26 + 0,9 + 0,74 + 1,0 + 1,0 + 1,16 + 0,92 2 = 9,36 м; f = 33,68 кПа ℎср = 2,84 + 1,26 + 0,9 + 0,74 + 1,0 + 1,0 + 1,16 + 0,92 + 0,92 2 = 10,28 м; f = 34,2 кПа = 1470 кПа; А = 0,3 × 0,3 = 0,09 м 2 ; = 0,3 × 4 = 1,2 м = 1(0,09 × 1 × 1470 + 1,2 × (3,47 × 25,94 + 4,55 × 28,1 + 5,37 × 29,74 + 6,24 × 31,24 + 7,24 × 32,24 + 8,32 × 33,16 + 9,36 × 33,68 + 10,28 × 34,2)) = 2230 кН Определеяем расчетную нагрузку: = 2230 1,4 = 1592 кН Несущая способность по материалу свай: = 60тс = 600 кН 1592 кН > 600 кН Получается в дальнейших расчетах за несущую способность одной сваи принимаем наименьшее из всех значений: Вычисленная по формулам несущая способность свай в некоторых случаях может существенно отличаться от их несущей способности в реальных условиях строительной площадки. Поэтому непосредственно на строительной площадке несущую способность свай проверяют по данным испытаний динамической нагрузкой, статическим зондированием или статической нагрузкой. В отличие от способа испытания свай статической нагрузкой, динамический способ испытания возможен для всех погружаемых в грунт свай фундамента. Основным преимуществом динамического способа является его простота. И хотя сопротивление одиночной сваи, определяемое динамическим способом, менее точно, чем сопротивление сваи, испытываемой статической нагрузкой, зато этот способ позволяет оценивать несущую способность каждой сваи и сравнивать между собой результаты испытания всех свай. Динамический способ испытания свай основан на связи, существующей между энергией удара свайного погружателя при забивке сваи в грунт и ее несущей способностью. Чем глубже погружается свая, забиваемая свайным молотом, тем больше сопротивление оказывает грунт ее внедрению. В результате от каждого удара получается все меньший и меньший отказ, величину которого следует определять после «отдыха» сваи.
стр. 46 4.5 Определение числа свай и их размещение в ростверке Сваи в ростверке под стены размещают, исходя из предположения, что фундамент центрально нагружен и ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи, расположенные в свайном ряду. Расчет выполняют по первой группе предельных состояний. При этом для однорядного размещения свай в ростверке, первоначально удобнее определять максимально допустимое расстояние между сваями в зависимости от их несущей способности: ,св = св ∑ , (67) где ∑ −сумма внешних расчетных вертикальных нагрузок, приведенных к подошве ростверка (определяется по той же методике, что и для фундамента мелкого заложения). Размещение свай в ростверке осуществляется рядами или в шахматном порядке. Размещая сваи по площади ростверка, необходимо стремиться к сокращению его размеров до конструктивного минимума, соблюдая следующие конструктивные требования: расстояние между осями висячих свай должно быть в пределах 3/6d (d-диаметр или сторона поперечного сечения свай); минимальное расстояние между осями свай-стоек 1,5d; расстояние от края ростверка до внешней сваи при свободном ее закреплении в ростверк принимается при размещении свай: однорядном- не менее 0,2d+5 см; двух- и трехрядном-0,3d+5 см. Под ленточными ростверками сваи рекомендуется располагать в один или два ряда. Размеры отдельного фундамента под колонну: = 2(0,3 ∙ + 5) + 3 = 2(0,3 ∙ 30 + 5)30 + 3 ∙ 30 = 148 (см), принимаем ширину фундамента 150 см= 1,5 м. Ориентировочное число свай в фундаменте под колонну может быть определено по формуле: = ∑ св , (68) где −коэффициент, учитывающий работу свай при наличии момента внешних сил в уровне подошвы ростверка, и принимаемый равным 1,1. Рекомендуется в работе использовать типовые схемы свайных кустов с количеством свай в кусте не менее 4-х, расстояние между осями свай принять первом приближении равным 3d. В общем случае формулу для определения можно записать так: = + + + + , (69) где: −вертикальная нагрузка на ленточный фундамента, кН/м; −нагрузка от веса фундамента; − нагрузка от грунта обратной засыпки на обрезах фундамента; −нагрузка от веса конструкции пола подвала;
стр. 47 −нагрузка от временной равномерно распределенной нагрузки q на поверхность прилегающего к зданию грунта (q=10 кН/м2 ). Нагрузка, передаваемые на несущий слой грунта от вышележащих конструкций здания и грунтов, определяются в соответствии с табл. 3.8. Таблица 3.8.-Определение нагрузок , , , Фундамент Схема действующей нагрузки Формула для определения нагрузок По оси А = 360 /м; = ∙ ℎ ∙ ∙ + ∙ ∙ ∙ = 0,6 ∙ 0,3 ∙ 1 ∙ 24 + 0,6 ∙ 1 ∙ 24 × 2,84 = 45,26 кН/м = 0 = 0 = 0 По оси Б = 860 кН/м = × ℎ × × + × × × = 2,0 × 0,3 × 1 × 24 + 0,9 × 1 × 24 = 36 /м; = 2 × × ( − ℎ) = 2 × 0,4 × (1,15 − 0,3) × 1 × 16 = 11 /м; = 0 = × × = 0,4 × 1 × 10 = 4 /м. По оси В = 360 /м; = ∙ ℎ ∙ ∙ + ∙ ∙ ∙ = 0,6 ∙ 0,3 ∙ 1 ∙ 24 + 0,6 ∙ 1 ∙ 24 × 2,84 = 45,26 кН/м = 0 = 0 = 0