Проектирование фундамента промышленного здания на грунте, состоящем из 3 слоев (супесь, песок пылеват, суглинок)

поправка на действие момента и поперечной силы, принимаем μ=1,2

      N^н₀= 810+108+259,2=1177,2 кН

R₀ по СНиП методом интерполяции для просадочной супеси  R₀=328 кПа

А_тр=[1177,2/(328-20*1,65)]*1,2=4,79м²

  Назначение размеров подошвы фундамента

Размеры подошвы фундамента назначаем из условий:  b/l=0,7 ;     A₁=b*l;

Принимаем: b=2,1м, l=3,0м.

Значения R₀ относятся к фундаментам, имеющим ширину b₀ = 1 м и глубину заложения d₀ = 2 м.

При использовании значений R₀ для окончательного назначения размеров фундаментов расчетное сопротивление грунта основания R, кПа (кгс/см²), определяется по формуле  при d£ 2 м (200 см)

R = R₀[1 + k₁(b - b₀)/b₀] ´ (d + d₀)/2d₀;                          

R=328*[1+0.05*(2,1-1)/1]*(1.65+2)/4=315.76 кПа

Фактическое давление на основание с учетом веса фундамента и грунта на его обрезах.                          P(max,min)=(F+G)/A±(M/W)мах

F=1177.2 кН

G=b*l*d* γ_ср=2.1*3*1.65*20=207.90 кН

M_oy=F₁*e₁+F₂*e₂+F₃*e₃+М₂+Q₂*d=810*0.5+108*0.45+259.2*0.1+3.24+0.54*1.65=483.65кНм

W_oy=2,1*3²/6=3,15м³

M_ox=М₁+Q₁*d=64.8+8.1*1.65=78.16 кНм

W_ox=2.1*3²/6=2,20м³

P_oy(max,min)=219,86±152,23 кПа

P_ox(max,min)=219,86±35,53 кПа  Pmax=372.09 кПа

P=219.86<R=315.76 кПа, Pmax=372.09<1.2R=378.91 кПа, Pmin>0

Проверим недонапряжение (R-P)/R*100%=19%

Конструирование фундамента

1.7. Расчет осадки фундамента.

Расчет осадок фундамента производим из условия:

,

где - совместная деформация основания и сооружения, определяемая  расчетом,

      - предельное значение совместной деформации основания и сооружения.

Расчет осадки осуществляем методом послойного суммирования по формуле:

S=β*Σ(σzp,i ср*hi/Еi),

где - безразмерный коэффициент, =;

      σ_zpi– значение дополнительного давления на кровлю i-го слоя грунта, равное

      σ_zp =α*ρо,

       ρо =Рср - = 219.86-26.73=193.13 кПа

       Р – фактическое давление под подошвой фундамента; Рср=219,86кН

      h_i =0,4*b=0.8м - толщина  слоя грунта;

       b - ширина фундамента ;

      E_i-  модуль деформации  слоя грунта;

= γ*d=16,2*1,65=26,73 кПа; 

=+ ΣγII*hi, 

где - природное давление на кровлю i-го слоя  грунта;

      - природное давление на уровне подошвы фундамента

        - коэффициент, принимаемый по табл.1 (прил.2 [3])

z=i*h,

где z- расстояние от подошвы до рассматриваемой точки.

h=1,4

g_sb= 

где g_sb  - удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды,

      g_s - удельный вес грунта,

      g_w- удельный вес воды, g_w=10 кН/м³.

g_I=16,2 кН/м³;     g_sb^I=(16,2-10)\(1+0,85)=3,35 кН/м³;

g_II=19,94кН/м³ ;    g_sb^II=(19,94-10)\(1+0,70)=5,85 кН/М³

g_III=19,21кН/м³;   g_sb^III=(19,21-10)\(1+0,87)=4,93 кН/м³.

S=0,8/9400*(179,61*0,8+143,11*0,55+100,24*0,8+75,23*0,2)+ 0,8*0,8/15000*(57,75+38,15+26,85+19,90+15,26)= 0,0335м = 3,3 см

S<8см

1.9 Проверка подстилающих слоев и относительной осадки

При наличии в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев, размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы обеспечить условие

s_zp + s_zg £ R_z,

где s_zp и s_zg - вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента соответственно дополнительное от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта, кПа (тс/м²);

R_z-    расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z, кПа (тс/м²), условного фундамента шириной b_z, м, равной:

,

Между I и II слоем

A_z = (N+G)/s_zp=(1385,12)/70,11=19,76м²;a = (l - b)/2= 0,45м,

здесь N - вертикальная нагрузка на основание от фундамента;

l и b - соответственно длина и ширина фундамента.

b_z=(19,76+0,45²) ^1/2-0.45=4.02м

                (7)

где g_с1 и g_с2 - коэффициенты, условий работы,

b_z - ширина подошвы условного фундамента, м;

g_II-      осредненное расчетное значение удельного веса слабого слоя грунта, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м³ ;

g ^/_II - , залегающих выше подошвы;

с_II - расчетное значение удельного сцепления слабого слоя грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа

М_g , М_q, M_c -= 0,78; 4,11; 6,67.

d_z=1.65+2.35=4.0м

R=1.1*1.2*[0.78*1*4.02*19.94+4.11*4*1.62+6.67*0]=434,08 кПа

R=434,08 кПа >s_zp+s_zg=70.11+51.95=122.06 кПа

Между II и III слоем

A_z = (N+G)/s_zp=(1385,12)/13,52=102,45м²

b_z=(102,45+0,45²) ^1/2-0.45=9,68м

d_z=1.65+6.35=7.0м

М_g , М_q, M_c -= 0,32; 2,30; 4,84.

R=1.2*1.1*[0.32*1*9,68*19.21+2,30*7*19,94+4,84*28]=681,20 кПа

R=681,20 кПа >s_zp+s_zg=13,52+75,35=88,87 кПа

Проверка допустимости совместной осадки двух фундаментов

ΔS/L=<[ ΔS/L]=0,002

ΔS– разность между осадками соседних фундаментов, определяемое расчетом,

L – расстояние между осями рассматриваемых соседних фудаментов.

Рассмотрим фундменты 1 и 4:   S1= 0.022м ; S2= 0.015м ; ΔS=0,007м

L=6м                    ΔS/L=0,007/6=0,0012<[ ΔS/L]=0,002

1.10 Расчет прочности фундамента

Бетон тяжелый класса В20. R_b= 11,5 МПа, R_bt= 0,9 МПа;

 арматура из горячекатаной стали класса A-III  R_s = R_sc= 365 МПа .

M_oy=483.65кНм Q_у=8,10кН   N₁=810+259.2=1070кН N₂=108кН

M_ox=78.16 кНм Q_х=0.54кН

G=b*l*d* γ_ср=2.1*3*1.65*20=207.90 кН

а_с=в _с=2,1м   а=3м  в=2,1м

По линейной интерполяции определим напряжения в основании в сечении 1-1 р₁ = 135 кН/м² и на грани пирамиды продавливания р₂ = 395 кН/м² .Рассматривая полосу шириной 1 м, определим погонную силу продавливания Q = (а-а_стак- 2h₀) (p_max + p₂)/4 = 1 * (3,0 – 2,1 - 2 * 0,265) * (448,2 + 395)/4 = 63,24 кН.

Сопротивление продавливанию полосы 1м без поперечной арматуры =1,5*1,1*0,9*1*0,0.265²*10³/0,0.265= 445,5 кН > Q =63,24 кН

Принятые размеры фундаментной плиты достаточны.

Погонный изгибающий момент от расчетных нагрузок в сечении 1-1:

 М=р₁(а-а_с)²/8+ (р₁- р_тin)(а-а_с)²/12 =

= 1х(135х(3-2.1)²/8 + (135-80)х(3-2.1)²/12 = 113.06 кНм.

Требуемое сечение арматуры

A_s=M/(0.9h₀R_s) = 113.06*10³/(0.9*26.5*365)=12.99 см²/м

Принимаем  ∅ 10 A-III с шагом s = 200 мм (As = 19.65см²на 1 п.м.).

Арматуру, укладываемую параллельно меньшей стороне фундамента, определим по максимальному по­гонному изгибающему моменту в сечении 2-2:

М=р_тах(b-b_с)²/8 = 1х372.09(3-2.1)²/8 = 37.66 кНм.

Требуемое сечение арматуры

A_s=M/(0.9h₀R_s) = 37.66*10³/(0.9*26.5*365)=4.33 см²/м

С учетом повышенной коррозионной опасностью принимаем ∅10 A-III с шагом s = 200 мм (As = 19.65 см²на 1 п.м.).

В стаканной части фундамента арматуру принимаем также из стержней ∅10A-III с шагом вертикальных стерж­ней не более 400 мм, а горизонтальных — не более 200мм (20 х 10). При этом суммарная площадь вертикальных стержней в каждой из коротких стенок