Расчет фундаментов

1 Оценка инженерно геологических  условий строительной площадки

1.1  Инженерно геологические условия строительной площадки

     Физико-механические свойства грунтов.

 

Место строительства  г. Барнаул.

За относительную отметку 0.000 принята отметка уровня пола первого этажа, соответствующая абсолютной отметке 27.80.

Физико-механические свойства грунтов

Наименование грунта	Ρs, т/м3	Ρ, т/м3	W, д.е.	Wp, д.е.	WL, д.е.	φΙΙ , град.	φΙ , град.	cII, кПа	cI, кПа	E, МПа
Суглинок	2,71	1,959	0,272	0,221	0,333	18	16	20	11	11,0
Суглинок	2,72	1,881	0,321	0,218	0,516	15	11	39	20	13,2
Песок мелкий	2,67	1,971	0,270	-	-	29	26	2,6	0	21,0

                                                                                                  

1.2 Объемно планировочное решение здания

План и разрез здания см. на прилагающихся чертежах

Примечание:

Стены производственного корпуса из панелей s=300 мм.

Стены бытовых помещений  из обыкновенного кирпича S=510 мм

Балки (фермы) в средних  пролетах опираются на подстропильные фермы, в крайних пролетах – на колонны.

Температура внутри производственного корпуса +16º С.,в бытовых помещениях +18;

В бытовых помещениях нагрузки 6 кН/м.кв.

2 Сбор нагрузок

Сбор нагрузок – методом  грузовых площадок.

Вертикальная сосредоточенная  нагрузка( ),передающаяся от колонны на фундамент, подсчитывается как произведение заданной единичной нагрузки соответствующего пролета на грузовую площадь покрытия или перекрытия, приходящуюся на рассматриваемую колонну.

,

где  – грузовая площадь покрытия (перекрытия), приходящаяся на рассматриваемую колонну;

     – заданная единичная нагрузка соответствующего пролета.

В единичные значения нагрузок включены: собственный вес конструкции покрытия (перекрытия), собственный вес колонны, снеговая, крановая и другие виды нагрузок.

Кроме вертикальной нагрузки от колонн, на которые опираются  элементы покрытия или перекрытий, на фундаменты передаются моменты и  горизонтальные силы, действующие в плоскости поперечника здания.

Нагрузки от собственного веса стен подсчитываются как произведение одного квадратного метра вертикальной поверхности на грузовую площадь, приходящуюся на рассматриваемый фундамент.

,

где – ширина стенового пояса, приходящаяся на рассматриваемый фундамент;

– высота стены;

 – вес стеновых панелей,  ;

– коэффициент просветности, учитывающий уменьшение веса стен за счет оконных и дверных проемов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фундамент №	Нагрузки от колонн						Нагрузки от стен
	Колонна	Грузовая площадь, м2	Единичная нагрузка, кН/м2	, кН	, кНм	, кН	Грузовая площадь, м2	Единичная нагрузка, кН/м2	Коэффициент уменьшения нагрузки	, кН
Ф-1	К-1	90	15	1350	108	13,5	324	15	0,6	874,8
Ф-3	К-3	45	15	675	54	6,75	135	15	0,6	364,5
Ф-4	К-4	180	10	1800	144	18
							540	10	0,6	972
Ф-5	К-5	360	10	3600	180	21,6	0	0	0,6	0

При расчете нагрузки от собственного веса стен грузовая площадь  стены домножается на вес одного квадратного метра этой стены, в  данном случае он равен 3 кН/м.кв.

3 Анализ инженерно геологических условий

Суглинок (грунт 22)

-уточнение вида грунта  (табл.11.[1])

I_Р=ω_L- ω_Р (3)

где I_Р - число пластичности,

      ω_L – влажность на границе текучести,

      ω_Р – влажность на границе пластичности (раскатывания).

I_Р=0,333-0,221=0,112

I_Р=0,112<0,17=> грунт – суглинки.

-наименование грунта по показателю текучести

I_L=( ω- ω_Р)/(ω_L- ω_Р) (4)

     где I_L – показатель текучести,

            ω – природная влажность.

I_L=(0,273-0,221)/(0,333-0,221)=0,46

0,25< I_L=0,46<0, 5=> грунт тугопластичной консистенции.

определение степени просадочности [1]

(2)

     где S_r – степень влажности грунта,

           ρ_s – плотность частиц грунта,

 ρ_ω – плотность частиц воды, ρ_ω=1т/м³,

           e – коэффициент пористости грунта, определяем по формуле:

e= (ρ_s- ρ_d)/ /ρ_d

     где ρ_d плотность грунта в сухом состоянии.

ρ_d = (7)

ρ_d=1,959/(1+0,273)=1,54

e=(2,71-1,54)/1,54=0,76

S_r=(0,273*2,71)/(0,76*1)=0,97

S_r=0.97<1=> по степени влажности грунт является насыщенным водой ([1] таб 7 на стр.20) необходимо определить просадочность по формуле:

П= где e_L – коэффициент пористости на границе текучести, определяется по  формуле:

e_L= (9)

e_L=(0,333*2,71)/1=0,902

П=(0,902-0,76)/(1+0,76)=0,081

Грунт является просадочным, т.к. S_r<1 и П<0,1 (п.10.1.1 [2]).

Были проведены специальные  испытания, просадочность грунта не проявляется.

Определение степени сжимаемости

5 МПа < Е=11,0 МПа < 20 МПа  => грунт среднесжимаемый.

0.8<S_r<1 – грунт, насыщенный водой

П<0,3 –  грунт ненабухающий

 

Супесь (суглинок 27)

уточнение вида грунта 

I_Р=0,516-0,218=0,298

0,17<I_Р=0,298 => грунт – глина.

наименование грунта по показателю текучести 

I_L=(0,321-0,218)/(0,516-0,218)=0,35

0< I_L=0,35<1=> суглинок пластичной консистенции.

Плотность сухого грунта

ρ_d=1,881/(1+0,321)=1,4

Определение пористости

e=(2,72-1,4)/1,4=0,94

определение степени влажности   

S_r=(0,321*2,72)/0,94*1=0,93<1  грунт, насыщенный водой, необходимо определить просадочность:

e_L=(0,516*2,72)/1=1,4

П=(1,4-0,94)/(1+0,94)=0,24 грунт просадочный

определение степени  сжимаемости

5 МПа < Е=13,2 МПа < 20 МПа  => грунт среднесжимаемый.

   Песок мелкий (грунт 6)

определение плотности  сложения грунта

e=(2,67-1,55)/1,55=0,72

ρ_d =1,971/(1+0,27)=1,55

0,6<e=0.72<0.75 => грунт средней плотности

определение степени влажности   

S_r=(0,27*2,67)/(0,72*1)=1,00125 или приближенно 1

грунт непросадочный, т.к. S_r>0.8 , насыщенный водой

определение степени  сжимаемости

E=21 МПа >20 МПа => грунт слабосжимаемый

1. Грунт - суглинок тугопластичной консистенции, просадочный, среднесжимаемый, насыщенный водой, ненабухающий;
2. Грунт - суглинок пластичной консистенции, просадочный, среднесжимаемый, насыщенный водой;

     3- Грунт - песок мелкий, средней плотности, непросадочный, насыщенный водой, слабосжимаемый;

    Выбор колонн

Колонны, выбранные, для фундаментов 1, 3,4 и 5 показаны, также, на прилагающихся чертежах..

 4 Проектирование фундаментов мелкого заложения

4.1 Определение глубины заложения подошвы фундаментов мелкого заложения

 

Факторы, оказывающие  влияние на глубину заложения:

конструктивная глубина  заложения;

морозное пучение грунта;

величина нагрузки.

Нормативная глубина  промерзания грунта в г. Барнаул:

где M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе.

d₀ - величина, принимаемая равной, м, для суглинков и глин - 0,23;

Для г. Барнаул:

M_t=17,5+16,1+9,1+7,9+15=65,6

d_fn=1,9 м

 Расчетная глубина сезонного промерзания грунта d_f, м, определяется по формуле

 

где d_fn - нормативная глубина промерзания;

k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения

d_f=0,6*1,9=1,14 м

Глубина заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания должна назначаться для наружных фундаментов по табл.2[1].

Так как dw=28,5-25,5-0,15=2,85 м< df+2=3,14м принимаем в

назначаем глубину заложения равную не менее  d_f:,   

 d=1,9 м.

 

 

4.2 Определение нагрузок, действующих на грунтовое основание

 

Приведение нагрузок к подошве  фундамента Ф-1:

 

No=Nk+Nct=1350+874,8=2224,8 кН

 

            M^н_0y= M^н_к+ Q^н_к·d+ N^н_ст· е_ст=

=108+13,5*1,2+874,8*0,8= 824,04кН*м;

 

  М^н_0х=0 кН;

 

 

 

 

 

Приведение нагрузок к подошве фундамента Ф-3:

No=Nk+Nct=675+364,5=1039,5 кН

 

M^н_0y= M^н_к+ Q^н_к·d+ N^н_ст· е_ст=

=54+6,75*1,2+364,5*0,8=353,7 кН;

 

М^н_0х=0 кН;

 

 

 

 

 

 

 

 

Приведение нагрузок к подошве фундамента Ф-4:

 

 

No=Nk+Nct=1800+972=2772 кН

Моy=Мк+Qk*d+Nct*e=

144+18*1,2+972*0,8=943,2

Mox=0

 

 

 

 

Приведение нагрузок к подошве фундамента Ф-5:

 

 

No=Nk+Nct=3600+0=3600 кН

 

 

Moy=180+21,6*1,2=205,92 kH*m

 

М^н_0х=0;

Cогласно расчетам самым нагруженным является 5-ый фундамент.

4.3 Определение размеров подошвы фундамента

Определение условного расчетного сопротивления  грунта для наиболее загруженного фундамента (Ф-5)

При расчете деформаций основания среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания , определяемого по формуле

,

где и – коэффициенты, условий работы, принимаемые по табл.3[1];

– коэффициент,  принимаемый   равным:  , если прочностные характеристики грунта ( и ) определены непосредственными испытаниями, и , если они приняты по табл.1-3 рекомендуемого приложения 1[1];

, , – коэффициенты, принимаемые по табл.4[1];

– коэффициент, принимаемый равным при  – ;

 – ширина подошвы фундамента, ;

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

– то же, залегающих выше подошвы;

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

– глубина заложения фундаментов  бесподвальных сооружений от уровня планировки.

В первом приближении для определения условного расчетного сопротивления грунта принимаем ширину подошвы фундамента равной ее минимально возможному значению, т.е.:

b_min= b_{стакана}=0,9 м. или b_min= 1,1 м тк 0,5+2*0,3

R=1*1/1(0,43*1*1,1*19,59+2,73*1,9*18,81+5,31*20)= 213,03 кПа.

Определяем  площадь подошвы

Площадь подошвы фундамента в первом приближении определяем по формуле:

где – сумма нормативных значений вертикальных составляющих внешних

                          нагрузок;

        – осредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на

                    его уступах;  =22кН/м³

                                         А= 3600 / (213,03-1,9*22)≈21,02 м. кв.

 

Назначение  размеров подошвы фундамента

b/l=0,8

b*l=21,02

b=√0,8*21,02≈4,1 m

l=b/0.8≈5,13 m

Размеры подошвы фундамента принимаем: b=4,1 м, l=5,13м

 

Определение расчетного сопротивления грунта

    

Rусл=1*1/1(0,43*1*4,1*19,59+2,73*1,9*18,81+5,31*20)=238,3 кПа

Определение давления,  передаваемого фундаментом  на грунтовое основание на данном этапе приближения:

                                        

 

                                      Р=3600/21,03+22*1,9=64,02 кПа

Проверка  выполнения условия P<R  : 64,02<238,3 кПа.  Условие выполняется.

 

 

Определение максимального  и минимального давления под подошвой фундамента и проверка выполнения условия P<R

Фактические давления под  подошвой фундамента :

 

                                     

 

где – вес фундамента и грунта на его уступах;

 

     Gф,гр=4,1*5,13*22=462,73

Wx=(b*lкв)/6=(4,1*26,32)/6=17,99 м куб