Расчет фундаментов промышленного здания города Омск на грунте, состоящем из 3 слоев (два вида супеси и песок средней крупности)

1 Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

1.1  Инженерно геологические условия строительной площадки.

Вариант № 6.

Место строительства г. Омск.

Рисунок 1

Таблица1.

№	Наименование грунта	г/см3	г/см3	Природная д.е	д.е.	д.е.	град	град	кПа	кПа	МПа
1	Супесь	2,69	1,835	0,139	0,115	0,17	24	22	13	6	15
2	Супесь	2,66	1,971	0,267	0,225	0,294	23	21	12	6	12,5
3	Песок средней крупн.	2,67	1,995	0,225	-	-	30	27	0	0	25

1.2 Объемно планировочное решение здания.

Вариант здания № 9.

            

Примечания:

1.Стены производственного корпуса и бытовых помещений из стеновых панелей δ=300мм; l=6000мм.

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

 3.Стены бытовых помещений их обыкновенного кирпича d=510мм

4.Температура производственных помещений +16°,бытовых помещений +18°.

1.3 Сбор нагрузок

Назначим грузовые площадки

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,g_ст=3 кН/м²;

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

·  для наружных стен цехов промышленных зданий ;

·  для наружных стен бытовых помещений ;

·  для торцевых стен цехов промышленных зданий .

Таблица2.

фундамент №	Нагрузки от колонн						Нагрузки от стен
	Колонна	Грузовая площадь	Единичная нагрузка	, кН	, кНм	, кН	Грузовая площадь, м2	Единичная нагрузка, кН/м2	Коэффициент уменьшения нагрузки	, кН
1		72	15	1080	86,4	10,8	1,8	3	0,5	129,6
2		288	13,5	3888	194,4	23,33	-	3	1	259,2
5		36	15	540	43,2	5,4	1,8	3	0,5	259,2
7		144	13,5	1944	155,52	19,44	1,8	3	0,5	129,6

1.4 Анализ инженерно геологических условий

1.4.1 грунт 16 - супесь

3.1. Вычисление расчетных характеристик физического состояния грунтов.

а) плотность грунта в сухом состоянии:

ρ_d =(3)

          -где  ω – природная влажность, ρ-плотность грунта;

ρ_d=т/м³;

б)  удельный вес грунта :

(4)

          -где - ускорение свободного падения, =9,81 м/с² ;

1,835*9,81=18,001 кН/м³;

в) удельный вес твердых частиц грунта:

_s =_s* (5)

          -где _s – плотность твердых частиц грунта;

_s =2,69*9,81=26,39 кН/м³;

г) удельный вес сухого грунта:

_d=_d* (6)

_d=1,611*9,81=15,80 кН/м³;

д) коэффициент пористости грунта:

e= (7)

e=;

е) пористость грунта:

n=e/(1+e) (8)

n=0,466/(1+0,466)=0,318

ж) объем минеральных частиц в единице объема:

m=1-n (9)

m=1-0.318=0,682:

з) влажность полного водонасыщения:

W_sat=e*_w/_s  (10),

где _w – удельный вес воды;

W_sat=0,466*9,81/26,39=0,173;

и) удельный вес грунта при учете взвешивающего действия воды,кН/м³:

_sb=(_s-_w)/(1+e) (11)

_sb=(26,39-9.81)/(1+0.466)=11.31 кН/м³ .

 Уточнение вида грунта  (табл.1.8.[3])

I_Р=ω_L- ω_Р (12)

 где I_Р - число пластичности,

      ω_L – влажность на границе текучести,

      ω_Р – влажность на границе пластичности (раскатывания).

I_Р=0,17-0,115=0,055

0,01<I_Р=0,055<0,07=> грунт – супесь.

Наименование грунта по показателю текучести

I_L=( ω- ω_Р)/(ω_L- ω_Р) (13)

     где I_L – показатель текучести,

            ω – природная влажность.

I_L=(0,139-0,115)/(0,055)=0,436

0< I_L=0,436<1=> супесь пластичная.

    Исследование на просадочность:

Показателями просадочности, определяющими возможность проявления просадочных свойств грунта, являются степень влажности S_rи показатель просадочности П.

26.39*0.139/0,466*9,81=0,8024

>0.8-следовательно грунт не является просадочным.

П= (14)

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

e_L= (15)

e_L=

П=

  Исследование на набухание:

Для предварительной оценки набухания грунта используют показатель «П»

П=-0,006<0.3-грунт не набухающий.

E=12. МПа-грунт среднесжимаемый

1.4.2 грунт 14 - супесь

а) плотность грунта в сухом состоянии:

ρ_d=т/м³;

б)  удельный вес грунта :

1,971*9,81=19,335 кН/м³;

в) удельный вес твердых частиц грунта:

_s =2,66*9,81=26,095 кН/м³;

г) удельный вес сухого грунта:

_d=1,556*9,81=15,264 кН/м³;

д) коэффициент пористости грунта:

e=;

е) пористость грунта:

n=0,709/(1+0,709)=0,415

ж) объем минеральных частиц в единице объема:

m=1-0,415=0,585;

з) влажность полного водонасыщения:

W_sat=0,709*9,81/26,095 =0,266;

и) удельный вес грунта при учете взвешивающего действия воды, кН/м³:

_sb=(26,095-9.81)/(1+0,709)=9,529 кН/м³ .

Уточнение вида грунта  (табл.1.8.[3])

I_Р=ω_L- ω_Р (12)

 где I_Р - число пластичности,

      ω_L – влажность на границе текучести,

      ω_Р – влажность на границе пластичности (раскатывания).

I_Р=0,294-0,225=0,069

0,01<I_Р=0,069<0,07=> грунт – супесь.

Наименование грунта по показателю текучести

I_L=( ω- ω_Р)/(ω_L- ω_Р) (13)

     где I_L – показатель текучести,

            ω – природная влажность.

I_L=(0,267-0,225)/(0,069)=0,608

0< I_L=0,608<1=> супесь пластичная.

    Исследование на просадочность:

Показателями просадочности, определяющими возможность проявления просадочных свойств грунта, являются степень влажности S_rи показатель просадочности П.

26.095*0.267/0,709*9,81=1,001

>0.8-следовательно грунт не является просадочным.

П= (14)

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

e_L= (15)

e_L=

П=

  Исследование на набухание:

Для предварительной оценки набухания грунта используют показатель «П»

П=0,042<0.3-грунт не набухающий.

E=12.5 МПа-грунт среднесжимаемый

1.4.2 грунт  – песок средней крупности.

а) плотность грунта в сухом состоянии:

ρ_d=т/м³;

б)  удельный вес грунта :

1,995*9,81=19,570 кН/м³;

в) удельный вес твердых частиц грунта:

_s =2,67*9,81=26,192 кН/м³;

г) удельный вес сухого грунта:

_d=1,574*9,81=15,440 кН/м³;

д) коэффициент пористости грунта:

e=;

е) пористость грунта:

n=0,696/(1+0,696)=0,410

ж) объем минеральных частиц в единице объема:

m=1-0,410=0,590;

з) влажность полного водонасыщения:

W_sat=0,696*9,81/26,192 =0,261 ;

и) удельный вес грунта при учете взвешивающего действия воды, кН/м³:

_sb=(26,192-9.81)/(1+0,696)=9,659 кН/м³ .

   Степень водонасыщенности:

S_r=W/W_sat

S_r=0.225/0.261=0.862, 0.8<S_r<1-песок насыщенный водой.

E=25 МПа>20 МПа-грунт слабосжимаемый.

Таблица3.

№	Наименование грунта			г/см3	г/см3		Природная д.е		д.е.	д.е.		град		град	кПа	кПа		МПа
1	Супесь			2,69	1,835		0,139		0,115	0,17		24		22	13	6		15
2	Супесь			2,66	1,971		0,267		0,225	0,294		23		21	12	6		12,5
3	Песок средней крупн.			2,67	1,995		0,225		-	-		30		27	0	0		25
№		г/см3						Пористость n			Коэф пористост e		Sr				П
1		1,611	0,055			0,436		0,318			0,466		0,8024				-0,006
2		1,556	0,069			0,608		0,415			0,709		1,001				0,042
3		1,574	-			-		0,410			0,696		0,862				-

1-супесь.

2-супесь.

3-песок средней крупности.

1.5 Выбор колонн

1.6 Расчет фундамента мелкого заложения

1.6.1 Определение глубины заложения фундаментов

Факторы, оказывающие влияние на глубину заложения:

конструктивная глубина заложения;

морозное пучение грунта;

величина нагрузки.

Нормативная глубина промерзания грунта в г. Барнауле

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

Наименование города	Температура наружного воздуха
	Средняя по месяцам за зиму
	1	2	3	11	12
Омск	-17,7	-16,3	-9,5	-8,2	-15,2

d₀ -         величина, принимаемая равной, м, для:

супесей, песков мелких и пылеватых - 0,28;

d_fn=0.28*8.18=2.29 м

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

                                                                

где d_fn - нормативная глубина промерзания, определяемая по;

k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения

d₁=d_f=0,57*2,29=1,31 м

По табл2 СНиП сравниваем d_w=3м с d_f+2 и получаем, что d₂>d₁

По конструктивным требованиям d_коз=0.15+h_ст+h₀+а+б

Для 2х ветвевой колонны h_ст>0.5+0.33A_k=1м

б- толщина бетонной подготовки б=0

d_коз=0,15+1+0,2+0,035=1.375м

Из конструктивных соображений принимаем d=1.65м

1.6.2 Определение размеров фундамента       

A_тр=[N^н₀/(R₀-γ_срd)]*μ ,

где А_тр – требуемая площадь подошвы фундамента,

      γ_ср – средний удельный все материала фундамента и грунта на его уступах, принимаем γ_ср=20кН/м³,

      μ – 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_oymin=67,63 кПа

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