Проектирование столбчатого фундамента неглубокого заложения под колонну промышленного здания

размеры подошвы фундамента; d –  глубина заложения фундамента.

5. Определение давлений под подошвой  фундамента.

P_cp ≤ R;                   P_cp;

P_mas ≤ 1,2×R;           P_mas ;

P_min ³ 0;                 P_min ;  W = ==2,55м³

I. Комбинация:

P_cp328,7 кПа<R=368,4кПа;

P_mах411,7кПа<1.2R=442,1кПа;

P_min 245,6 кПа>0;

II. Комбинация:

P_cp258,2 кПа<R=368,4кПа;

P_mах317,2 кПа<1.2R=442,1кПа;

P_mim 199,2кПа>0;

Условия выполняются, окончательно принимаем размеры подошвы фундамента b = 2,1 м, = 2,7 м  с A = 5,67 м²

6. Расчет осадки. (см. табл.1.)

Метод послойного суммирования:

s_zg.o=g_i×d;

s_zg.i =s_zg.o+Sg_i×h_i;

g_i  и  h_i – соответственно удельный вес и мощность для каждого слоя.

Дополнительное давление под подошвой фундамента:

p₀= p_cp - s_zg.o;

где p_cp – большее из двух комбинаций среднее давление от фундамента.

Напряжения s_zр  на границах слоев:

s_zр.i=a_i× p₀;

s_zg.i× 0,1 ³s_zр.i;

Осадка каждого слоя:

S_i ;

E_i – модуль деформации i-ого слоя;

b  – коэффициент, принимаемый равным 0,8.

s_zp.cp.i

Суммарная осадка:

SS_i ≤ S_и;

где S_и = 15 см – предельная осадка фундамента для промышленного одноэтажного здания; SS_i = 3 см – ожидаемая осадка фундамента.

3 см ≤ 15 см – условие выполняется.

табл.1

7.Проверка слабого подстилающего слоя

Производим проверку слабого подстилающего слоя (ила) в основании столбчатого фундамента по условию:

.

Суммарное напряжение  определяем по табл. 1 на кровле ила:

112,2+38,5=150,7 кПа.

Расчетное сопротивление:

 R 330,6 кПа.

Здесь ;

;  .

Проверка слабого подстилающего слоя удовлетворяется:

150,7 кПа  330,6 кПа.

8. Конструирование и расчет фундамента.

Параметры фундамента b = 2,1 м, = 2,7 м с A =5,67  м²; колонна одноветвевая сечением 400´ 400 мм с отметкой нижнего торца  –  1,0 м.

Назначение размеров ступеней высоты(h) и вылета (c):

h₁ = 300 мм, h₂ = 300 мм.                                      h₁ = 300 мм, h₂ = 300 мм.                 

c₁ = 300 мм, c₂ = 300 мм.                                      c₁ = 450  мм, c₂ = 450 мм.           

Высокий фундамент:

h_сf  - d_p> 0,5×();

h_сf =1800 – 850=950 > 0,5(900-400)=650мм.

d_p = 1 + 0,05 - 0,15= 0,90 м – глубина стакана.

= 0,9 м – ширина стакана.

= 0,4 м – ширина сечения колонны.

Сила продавливания:

F ≤ b_mh_opR_bt;

F = A₀ P_max;

P_max = ;

A₀=0,5b(l-l_cf -2h_op)-0,25(b-b_cf -2h_op) ²;

Принимаем бетон класса В12.5 с расчетным сопротивлением R_bt=660 кПа.

A₀=0,5×2,1×(2,7-0,9 -2× 0,55)-0,25(2,1-0,9 -2× 0,55) ²=0,732 м ²;

P_mах411,7кПа.

F = 0,732×411,7=301,4кН;

b_m=0,5( b_cf +b)=0,5(0,9+2,7)=1,8м;

301,4 ≤ 1,8× 0,55×660=653,4кН;

Условие выполняется.

9. Сравнение фундамента с типовым.

I. Комбинация:                     II. Комбинация:

N^/ = 1854,8  кН;                      N^/ = 1463,5  кН;

M^/  =-211,8 кНм;                     M^/ = 150,4 кНм;

R= 370 кПа.                        

Расчетное сопротивление и нагрузки по I и IIкомбинации соответствуют типовому фундаменту N4 с размерами 2,1´ 2,7 м.

Следовательно, запроектированный фундамент экономичнее  типового.

Номер расценок	Наименование работ и затрат	Единицы измерения	Объем	Стоимость, руб.			Трудоемкость, чел×ч
				Ед. изм-я	Всего	Ед. изм-я		Всего
1-168	Разработка грунта экскаватором	1000м 3	0,09	91,2	8,2	8,33		0,75
1-935	Ручная разработка грунта	м 3	0,66	0,69	0,45	0,25		0,16
6-1	Устройство подготовки	м 3	0,66	29,37	19,4	1,37		0,9
6-7	Устройство монолитного фундамента	м 3	4,05	38,53	156	4,1		16,4
	Стоимость арматуры	Т	0,104	240	30,72	-		-
1-255	Обратная засыпка грунта бульдозером	1000м 3	0,086	14,9	1,28	-		-

10. Подсчет объемов работ и стоимости (столбчатый).

                                                                          Итого:   116,05               18,21

Проектирование свайного фундамента.

1.Выбор глубины заложения ростверка и длины сваи.

Глубину заложенияростверка принимаем минимальной из конструктивных требований  –  d_p= 1,35 м.

Используем в качестве несущего слоя –галечник с песком, залегающий на отметке-11,150 м.

Поэтому принимаем сваи длиной – 11 м (С 110.30), отметка низа конца составит   -12,05 м.

Сечение сваи принимаем 300´ 300 мм.

Инженерно-геологическая колонка:

2. Определение несущей способности сваи.

F_d=1*20000*0,09=1800кН;

F_d  – несущая способность сваи-стойки;

R – расчетное сопротивление грунта под нижнем концом сваи;

A – площадь поперечного сечения сваи;

g_c =1,0 – коэффициент условия работы сваи в грунте;

N_св1286кН.

g_k =1,4 – коэффициент надежности.

3. Определение количества свай в фундаменте.

n  3,16,

n – количество сваи в кусте;

N₁  – сумма вертикальных нагрузок на обрезе ростверка;

d_p – глубина заложения ростверка;

g_cp = 20кН/м³ – усредненный удельный вес фундамента и грунта на его обрезах.

Конструктивно принимаем 4 сваи в кусте.

4. Приведение нагрузок к подошве ростверка.

I. Комбинация:

N^/ = N_k  + N_cm+ N_p= 1700+120+66,8 = 1886,8 кН;

M ^/  = M_k + Q_k×(d_p) - N_cm×a = -150-16*1,2 – 120*0,46= -224,4кНм;

Q ^/ = Q_k= -16кН.

N_р = 1,1×b _р × _р × d _р ×g_cp = 1,1×1,5×1,5×1,35×20 = 66,8 кН;

II. Комбинация:

N ^/ = N_k  + N_cm+ N_p= 1250 + 120 + 66,8 = 1436,8кН;

M ^/  = M_k + Q_k×(d_p ) - N_cm×a = 185 +18×1,2 - 120×0,46= 151,4 кНм;

Q^/ = Q_k= 18кН.

b _р , _р – размеры  ростверка в плане;

N^/ – нагрузка приведенная к подошве ростверка;

M^/– нагрузка приведенная к подошве ростверка;

Q^/ – нагрузка приведенная к подошве ростверка;

N_р – нагрузка от  ростверка.

5. Проверка свай по несущей способности.

1. N_св;

2. N_свmas;

3. N_{св mas}³ 0;

;   ;

Допустимые расчетные нагрузки на каждую сваю приведены в табл.4.

Таблица 4.

Комбинация	№ сваи	Нагрузки, кН
		Nсв	Qсв
I	1,2 3,4	596 347	-4 -4
II	1,2 3,4	276 443	4,5 4,5

I. Комбинация:

596,37 кН; 

347,03 кН;

II. Комбинация:

275,9 кН; 

443,31 кН;

Максимальная допустимая нагрузка из двух комбинаций N_свmas = 596,37 кН.

    596,37<1,2·1286=1543,2 кН;

Условия выполняются.

6. Проверка свай на горизонтальную нагрузку.

Производим расчет перемещения верхнего конца сваи от единичной силы:

Коэффициент пропорциональности  К=12600;

отсюда горизонтальное перемещение сваи от единичной горизонтальной силы равно 0,32мм.

U=0,32*4,5=1,44мм<10мм;

выбираем жесткое опирание ростверка на сваю.

Производим проверку армирования сваи:

Принимаем для сваи-стойки бетон класса В-25.

1,12кНм, следовательно 1,12*4,5=5,04кНм;

N_св= 596,37 кН.

По Графику 11[2]принимаем арматуру 4 Ø12 АΙΙΙ, что соответствует диаметру арматуры типовой сваи.

7. Конструирование ростверка.

c₁ =100м; c₂ =100мм; l_с =400мм; b_с =400мм.

Сила продавливания:

F≤ ;

F =2N =2(596·2)=2384кН

a;    причем    a³ 0,85.

Принимаем бетон класса В-20 с расчетным сопротивлением R_bt= 900 кПа.

_c =2×(b_c+)×d_c =2×(0,4 + 0,4)×0,85 =1,36;

d_c = 0,85 м – высота колонны;

b_c= 0,4 м –  ширина сечения колонны;

= 0,8 м – длина сечения колонны.

a0,71;

Принимаем a= 0,85.

h_ор = 1,35 - 1,05 - 0,05= 0,25 м – высота ступеней,  с учетом зазора.

  2384 <  = 1323,5 кН.

Условие не выполняется, увеличим высоту ступени h_с1=0,6 м. Тогда h_ор= 0,55 м; c₀₁ = 0,4×h_ор =0,22 м;с₀₂=0,22 м;

2384 <  = 3494,1 кН.

Принимаем арматуру нижней сетки С1 в одном направлении 13Ø12 АΙΙΙ с площадью А_S= 14,44см²; в другом направлении 10Ø10 АΙΙΙ с площадью А_S= 7,07см².

8. Подбор сваебойного оборудования и расчет отказа.

Принимаем для забивки свай по табл.4.[2] трубчатый  дизель молот С-1047.

 – отношение ударной части молота (m₄) к массе сваи (m₂)  должно быть не менее 1,0 для грунтов средней плотности при прорезке слабых грунтов.

Отказ в конце забивке сваи:

S_a =;

Расчетный отказ сваи должен находится в пределах: 0,2 см ≤ S_a < 3 см.

E_d  = 63 кДж – энергия удара дизель молота;

h – коэффициент принимаемый 1500 кН/м²;

F_d  =600*1,4=840 кН – несущая способность сваи-стойки;

A = 0,09 м² – площадь поперечного сечения сваи;

m₁ = 5,1 т – полная масса молота; m₂ = 1.38 т – масса сваи; 

m₃ = 0,2 т – масса наголовника; m₄ = 2,5 т – масса ударной части;

S_a == 0,008м = 0,8 см.

0,2 см <  0,8 см – условие  выполняется.

9. Подсчет объемов работ и стоимости(свайный.)

Номер расценок	Наименование работ и затрат	Единицы измерения	Объем	Стоимость, руб.		Трудоемкость, чел×ч
				Ед. изм-я	Всего	Ед. изм-я	Всего
1-230	Разработка грунта бульдозером	1000м 3	0,04	33,8	1,35	-	-
	Стоимость свай	пог. М	36	7,48	269	-	-
5-8	Забивка свай в грунт	м 3	3.24	21,5	69.7	3,79	12.3
5-31	Срубка голов свай	Свая	4	1,19	4.76	0,96	3.88
6-72	Устройство опалубки для воздушной прослойки	м 3	0.22	2,34	0.51	0,93	0.2
6-6	Устройство монолитного ростверка	м 3	1.93	42,76	82.52	6,66	12.8
	Стоимость арматуры ростверка	Т	0,057	240	15,9	-	-
	Обратная засыпка грунта бульдозером	1000м 3	0,038	14,9	0,56	-	-

                                                                                    Итого:  444   22.18

Вывод:

Столбчатый фундамент более дешевый по сравнению со свайным, однако