Проектирование фундаментов одноэтажного промышленного здания каркасного типа

расчета по деформациям                                        для расчета по несущей способности

γ_II=γ/k         k=1                                                                                                            γ₁= γ/k         k=1,1

c_II=c/k         k=1                                                                 c_II=c/k          k=1,15

φ_II=φ/k        k=1                                                                 φ_II=φ/k         k=1

I слой:     γ_II=17,7                                                       γ₁= 16,09

c_II=              3,5                                                        c_II=3,04

φ_II=             32                                                       φ_II=29,09

II слой:     γ_II=19,8                                                       γ₁= 18

c_II=              1,5                                                       c_II=1,304

φ_II=             32                                                       φ_II=29,09

III слой:    γ_II=20,7                                                       γ₁= 18,82

c_II=              0,5                                                        c_II=0,435

φ_II=             40                                                       φ_II=36,36

Расчетные нагрузки на фундамент:

Сечение 1:

k_n=1,2                                                                                    k_n=1

N_I=N* k_n =1620                                                                         N_I=N* k_n =1350

M_I= M* k_n =129.6                                                                     M_I= M* k_n =108

Q_I=Q* k_n =16.2                                                                          Q_I=Q* k_n =13.5

Сечение 2:

k_n=1,2                                                                                   k_n=1

N_I=N* k_n =648                                                                           N_I=N* k_n =540

M_I= M* k_n =51,8                                                                       M_I= M* k_n =43.2

Q_I=Q* k_n =6,48                                                                          Q_I=Q* k_n =5.4

N_Iст=Nст* k_n =145,8                                                                  N_IIст=Nст* k_n =174,96

2. Сбор нагрузок на фундаменты от наземной части здания

Нагрузки от колонн                                                                                               Таблица 2
№ фун-	Колон-на		Грузовая площадь	Единичная нагрузка, кН/м2	Продольная сила сжатия,	Момент	Поперечная сила Q
дам.			М2		N кН	М, кН*м	кН
А-3	1		90	15	1350	108	13,5
Б-3	1		90	15	1350	108	13,5
В-3	2		54	10	540	43,2	5,4
Нагрузки от стен                                                                             Таблица 3
№	Колонна		Груз. пл.	Ед. нагр., кН/м2	Коэф ослаб нагр.	Нагр от стен
А-3	1		97,2	3	0,5	145,8
Расчетные нагрузки с учетом коэф. надежности по нагрузке
По I предельному состоянию (по деформационной способности ,k=1.2)
№	Колонна		Продольная сила сжатия, N кН	Момент  М, кН*м	Поперечная сила Q    кН	Нагр от стен
А-3	1		1620	129,6	16,2	174,96
Б-3	1		1620	129,6	16,2	0
В-3	2		648	51,84	6,48	0
По II предельному состоянию (по несущей способности, k=1)
№	Колонна	Продольная сила сжатия, N кН		Момент  М, кН*м	Поперечная сила Q    кН	Нагр от стен
В-1	1	1350		108	13,5	145,8
В-2	1	1350		108	13,5	0
В-3	2	540		43,2	5,4	0

3. Подбор колонны.

Сечение 1:    - пролет 30 м

- шаг колонн  6 м

- высота до верха колонны 14,4 м

Принимаем  крайнюю двухветвевую колонну   

Сечение 2:   - пролет 18 м

- шаг колонн 6 м

- высота до верха колонны  16,2 м;14,4 м 

Принимаем среднюю двухветвенную колонну и выше указанную  двухветвевую  колонну.                

4. Привязка здания к строительной площадке.

Рассматриваем одноэтажное  промышленное здание каркасного типа. Привязка здания ведется по инженерно-геологическому разрезу. Рельеф площадки, инженерно-геологические разрезы и конструктивная схема здания приняты согласно заданию курсового проекта.

5. Расчет фундаментов мелкого заложения.

5.1 Назначение глубины заложения фундамента

В качестве несущего слоя грунта принимаем I слой – песок мелкий. Мощность этого слоя – 2,5-3,5 м. По своим физико-механическим характеристикам он может служить естественным основанием. Т.к. грунт этого слоя непучинистый, то на глубину заложения фундамента не будет влиять глубина сезонного промерзания. В связи с этим определяем глубину заложения фундамента из конструктивных соображений.

5.2 Учет конструктивных особенностей здания

За основу берем ту колонну, которая заглубляется ниже.

5.3 Назначение размеров подколонника.

Сечение 1

Сечение 2

5.4 Определение формы и размеров подошвы фундамента

(из расчетов по I предельному состоянию)

Сечение 1

1.  Определяем сумму всех внешних нагрузок, действующих на обрез фундамента:

  кН

2.  Определяем расчетное сопротивление грунта R, в первом приближении приняв ширину подошвы фундамента равной ширине подколонника (b=b_пк)

γ_c1 и γ_cII – коэффициенты условий работы;

k – кэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта определены непосредственными испытаниями;

Мq, Mc, Mγ – коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта;

k_z – коэффициент, принимаемый равным: при b< 10 м – k_z=1, при b>10 м – k_z=z₀/b+0.2 (здесь z=8 м);

γ_II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³;

γ^’_II – то же, залегающих выше подошвы;

b – ширина подошвы фундамента, м;

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

                         d₁ – глубина заложения фундамента, м;

d_b – глубина подвала, м.

Mq=6.34                    кН/м³

Mc=8.55                    кПа

M_γ=1.34                    d₁=1.55 м

γ_II= (γ_II(1)*h₁+ γ_II(2)*h₂+ γ_IIвзв(2)*h₃+ γ_IIвзв(3)*h₄)/(h₁+h₂+h₃+h₄)

γ_IIвзв(2)=( γ_s(2)- γ_ω)/(1+e₍₂₎)=(26.5-10)/(1+0.7)=9,706

γ_IIвзв(3)=( γ_s(3)- γ_ω)/(1+e₍₃₎)=(26.5-10)/(1+0.53)=10.78

γ_II=(17.7*4+19,8*1+9,71*0,4+10.78*5)/10,4=14,27  кН/м³

R=  кПа

3.  Определяем площадь подошвы фундамента по формуле:

γ_ср=20 – 22 кН/м³

   м²

4.  Определяем размеры фундамента исходя из условия l/b=1,4

м

l=2.4*1.4=3.27 3.3 м

Проверка: А=3,3*2,4=7,92 м²  > 7,63 м²                       

 

5. Определим расчетное сопротивление грунта R, приняв значение b, полученное расчетом:

Rиспр =  кПа

Тогда исправленное значение площади будет равно:

испр=5,6 м²              l=2,4 м; =2,4 м

6.  Определим вес фундамента:

G_ф = γ_жб*V_ф

V_ф = V_пк+V₁+V₂ = 1.55+1.728+0.768=4.016 м³

G_ф = 25*4.016 = 100.4 кН

7.  Определим вес грунта:

G_гр = (V_авсд – V_ф)*γ_II =4.19*17.7 = 86.94 кН

8.  Определим суммарную нагрузку в уровне подошвы фундамента:

N_II0 = N_0II + (G_ф + G_гр)*k = 1495.8 + (100.4 + 86.94)*1 = 1683.14 кН

9.   Определим max и min давления на основание от фактических нагрузок (с учетом веса фундамента и грунта на его обрезах) и сравним эти давления с расчетным сопротивлением грунта.

                 

  кН*м

e_x = 34.155/1683.14 =0.0203  м

P_ср = (306.99+277,43)/2 = 292,21 кН  < R

Сечение 2:

1.   кН

2.      

Mq=6.34                   кН/м³

Mc=8.55                    кПа

M_γ=1.34                    d₁=1.55 м

γ_II= (γ_II(1)*h₁+ γ_II(2)*h₂+ γ_IIвзв(2)*h₃+ γ_IIвзв(3)*h₄)/(h₁+h₂+h₃+h₄)

γ_IIвзв(2)=( γ_s(2)- γ_ω)/(1+e₍₂₎)=(26.7-10)/(1+0.7)=9,706

γ_IIвзв(3)=( γ_s(3)- γ_ω)/(1+e₍₃₎)=(26.5-10)/(1+0.53)=10.78

γ_II=(17.7*5,5+19,8*0,5+9,706*1,5+10.78*5)/12,5=14,07  кН/м³

R=  кПа

3.   γ_ср=20 – 22 кН/м³

   м²

4.   м

l=2.4*1.4=3,34 3.4 м

Проверка: А=2,4*3,4=8,16 м²  > 7,97 м²             

 

5.  Расчетное сопротивление грунта R, приняв значение b, полученное расчетом

Rиспр =  кПа

Тогда исправленное значение площади будет равно:

испр=7,1 м ²            принимаем:  l=3,5 м; =2,2 м

6.  Вес фундамента:

G_ф = γ_жб*V_ф

V_ф = V_пк+V₁ = 4,25+2,244=6,494 м³

G_ф = 25*6,494 = 162.35

7.  Вес грунта:

G_гр = (V_авсд – V_ф)*γ_II =5.1*17.7 = 90.27

8.  Суммарную нагрузку в уровне подошвы фундамента:

N_II0 = N_0II + (G_ф + G_гр)*k = 1890 + (162.35+90.27)*1 = 2142.62 кН

9.   Определим max и min давления на основание.

                 

 

+5,4*1,55+540*0,7= - 846,855  кН*м

e_x = 846,855/2142,62=0.395  м

              

P_ср = (466.64+92.66)/2 = 279.65 кН < R

5.5 Определение осадок по методу послойного суммирования

1.  Грунт под подошвой фундамента разбивают на слои, толщиной h_i

h_i 0.4*b

2.  На кровле каждого слоя вычисляют значения природного (σ_zg) и дополнительного (σ_zp)давления:

3.   

σ_zg,0=γ_II*h

Природное давление на кровле каждого слоя вычисляют по формуле:

 σ_zg,i= σ_zg,0 +

где  n – число слоев, на которое разбивается грунтовая толща под подошвой фундамента;

γ_II,I – удельный вес i-го слоя грунта, кН/м³;

h_i - толща i-го слоя грунта, м.

Дополнительное давление на подошве фундамента определяют по формуле:

σ_zp,0=P_ср - σ_zg,0            , где   P_ср – среднее давление под подошвой фундамента, кН/м²;

σ_zg,0 – природное давление под подошвой условного фундамента, кН\м²;

Дополнительное давление на кровле каждого элементарного слоя