Расчет фундаментов промышленного здания на грунте, состоящего из 3 видов супеси

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

Численные значения этих моментов (М^н) и горизонтальных сил (Q^н) вычисляются по формулам, приведённым в таблице 1.

Формулы для вычисления моментов и горизонтальных сил.   

Таблица 1

	Промышленные здания				Бытовые помещения
	одноэтажные		многоэтажные
	внутренние колонны	наружные колонны	внутренние колонны	наружные колонны	внутренние колонны	наружные колонны
Мн	0,05Nкн	0,08 Nкн	0,02Nкн	0,05Nкн	0	0,03Nкн
Qн	0,006Nкн	0,01Nкн	0,006Nкн	0,008Nкн	0	0,005Nкн

Горизонтальные силы Q считаются приложенными в уровне верхнего обреза фундаментов. Направление действия моментов и горизонтальных сил в плоскости поперечника здания может быть принято любым.

Нагрузки от собственного веса стен подсчитываются как произведение веса одного м² вертикальной поверхности на грузовую площадь, приходящуюся на рассматриваемый фундамент. В случае опирания элементов покрытия на стены, к нагрузке от стен добавляется нагрузка от соответствующей грузовой площади покрытия.

Вес стеновых панелей принимается равным 3 кН/ м² их вертикальной поверхности. Удельный вес кирпичной кладки 18 кН/ м³ . В подсчете нагрузок от стен должны быть учтены коэффициенты уменьшения их веса за счет оконных и дверных проёмов. Эти коэффициенты принимаются:

а) Для наружных стен цехов промышленных зданий k=0,5;

б) Для наружных стен бытовых помещений k=0,6.

В перечисленные выше нагрузки не входит вес фундаментов и грунта на их обрезках.

Результаты сбора нагрузок сводим в таблицу 2.

Таблица 2

Фундамент №	Нагрузки от колонн						Нагрузки от стен
	колонна	грузовая площадь, м2	единичная нагрузка, кН/м2	Nн, кН	Mн, кН*м	Qн, кН	грузовая площадь м2	единичная нагрузка, кН/м2	коэффициент  уменьшения нагрузки k	Рн ст, кН
1	К1	216	10,12	2376	118,8	14,26	-	-	-	-
2	К2	108	10	1080	86,4	10,8	68,4	3	0,5	102,6
3	К3	-	-	38,4	-	-	68,4	3	0,5	102,6

2. Анализ инженерно-геологических условий

2.1. Физические свойства грунта №I- супесь:

1) плотность сухого грунта:

ρ_d=ρ/(1+W)=1,81/(1+0,182)=1,53 т/м³,

W=0,182 д.е.- природная влажность,

ρ=1,81 т/м³ - плотность грунта,

2) удельный вес грунта:

γ=ρg=1,81*9,81=17,738 кН/м³,

g=9,81 м/с²- ускорение свободного падения,

3) удельный вес твёрдых частиц:

γ_s=ρ_sg=2,68*9,81=26,26 кН/м³,

ρ_s=2,71 т/м³- плотность твёрдых частиц,

4) удельный вес сухого грунта:

γ_d=ρ_dg=1,53*9,81=14,99 кН/м³ ,

5) коэффициент пористости грунта:

e=(ρ_s-ρ_d)/ρ_d=(2,68-1,53)/1,53=0,752,

6) пористость грунта:

η=e/(1+e)=0,752/(1+0,752)=0,429,

7) влажность полного насыщения:

W_sat=eγ_w/γ_s=0,752*10/26,26=0,286 д.е.,

γ_w=10 кН/м³- удельный вес воды,

8) степень влажности:

S_r=Wρ_s/eρ_w=0,182*2,68/0,752*1=0,649,

ρ_w=1 т/м³ – плотность воды,

0,5< S_r≤ 0,8 – влажный грунт,

9) показатель пластичности:

I_p=W_l-W_p=0,21-0,17=0,04,

0,01< I_p≤ 0,07 – супесь

    показатель текучести:

I_l=(W-W_p)/( W_l-W_p)=(0,182-0,17)/0,04=0,3,

0< I_l≤ 1 – пластичное состояние грунта.

10) коэффициент пористости на текучесть:

e_l=W_lρ_s/ρ_w=0,21*2,68/1=0,56,

      просадочность грунта:

I_ss=(e_l-e)/(1+e)=(0,56-0,752)/(1+0,752)=-0,11,

I_ss< 0,1 – грунт просадочный,

I_ss< 0,30 – грунт ненабухаемый.

2.2. Физические свойства грунта №II-супесь:

1) плотность сухого грунта:

ρ_d=ρ/(1+W)=1,971/(1+0,267)=1,56 т/м³,

W=0,267 д.е.- природная влажность,

ρ=1,971 т/м³ - плотность грунта,

2) удельный вес грунта:

γ=ρg=1,971*9,81=19,158 кН/м³,

g=9,81 м/с² - ускорение свободного падения,

3) удельный вес твёрдых частиц:

γ_s=ρ_sg=2,66*9,81=26,07 кН/м³,

ρ_s=2,66 т/м³- плотность твёрдых частиц,

4) удельный вес сухого грунта:

γ_d=ρ_dg=1,56*9,81=15,288 кН/м³ ,

5) коэффициент пористости грунта:

e=(ρ_s-ρ_d)/ρ_d=(2,66-1,56)/1,56=0,71,

6) пористость грунта:

η=e/(1+e)=0,71/(1+0,71)=0,415,

7) влажность полного насыщения:

W_sat=eγ_w/γ_s=0,71*10/26,07=0,272 д.е.,

γ_w=10 кН/м³- удельный вес воды,

8) степень влажности:

S_r=Wρ_s/eρ_w=0,267*2,66/0,71*1=1,

ρ_w=1 т/м³ –плотность воды,

 S_r=1 –грунт насыщенный водой,

9) показатель пластичности:

I_p=W_l-W_p=0,294-0,225=0,069,

0,01< I_p≤ 0,07 – супесь

      показатель текучести:

I_l=(W-W_p)/( W_l-W_p)=(0,267-0,225)/0,069=1,043,

I_l > 1 – грунт текучий,

10) коэффициент пористости на текучесть:

e_l=W_lρ_s/ρ_w=0,294*2,66/1=0,782,

      просадочность грунта:

I_ss=(e_l-e)/(1+e)=(0,782-0,71)/(1+0,71)=0,042,

I_ss< 0,1 – грунт просадочный,

I_ss< 0,30 – грунт ненабухаемый.

2.3. Физические свойства грунта №III- супесь:

1) плотность сухого грунта:

ρ_d=ρ/(1+W)=1,98/(1+0,264)=1,566 т/м³,

W=0,264 д.е.- природная влажность,

ρ=1,98 т/м³ - плотность грунта,

2) удельный вес грунта:

γ=ρg=1,98*9,81=19,4 кН/м³,

g=9,81 м/с²- ускорение свободного падения,

3) удельный вес твёрдых частиц:

γ_s=ρ_sg=2,71*9,81=26,56 кН/м³,

ρ_s=2,71 т/м³- плотность твёрдых частиц,

4) удельный вес сухого грунта:

γ_d=ρ_dg=1,566*9,81=15,36 кН/м³ ,

5) коэффициент пористости грунта:

e=(ρ_s-ρ_d)/ρ_d=(2,71-1,566)/1,566=0,731,

6) пористость грунта:

η=e/(1+e)=0,731/(1+0,731)=0,422,

7) влажность полного насыщения:

W_sat=eγ_w/γ_s=0,731*10/26,56=0,275 д.е.,

γ_w=10 кН/м³- удельный вес воды,

8) степень влажности:

S_r=Wρ_s/eρ_w=0,264*2,71/0,731*1=0,979,

ρ_w=1 т/м³ – плотность воды,

0,8< S_r≤ 1 – грунт насыщенный водой.

9) показатель пластичности:

I_p=W_l-W_p=0,28-0,22=0,06,

0,01< I_p≤ 0,07 – супесь

      показатель текучести:

I_l=(W-W_p)/( W_l-W_p)=(0,264-0,22)/0,06=0,733,

 0< I_l≤ 1 – пластичное состояние грунта.

10) коэффициент пористости на текучесть:

e_l=W_lρ_s/ρ_w=0,28*2,71/1=0,759,

      просадочность грунта:

I_ss=(e_l-e)/(1+e)=(0,759-0,731)/(1+0,731)=0,016,

I_ss< 0,1 – грунт просадочный,

I_ss< 0,30 – грунт ненабухаемый.

3. Выбор конструкций колонн.

При выборе типа и размеров колонн учитываются размеры самого здания, условия привязки их к осям.

Колонна К-3:

Колонна фахверка

Пролёт – 18м,

Шаг – 6м,                                                                                                              

Отметка верха колонны – 9,6м,

Грузоподъёмность крана – 10т.

Колонна К-1:

Колонна крайняя

Пролёт – 18м,

Шаг – 12м,                                                                                                               

Отметка верха колонны – 9,6м,

Грузоподъёмность крана – 10т.

Колонна К-2:

Колонна крайняя

Пролёт – 18м,

Шаг – 12м,                                                                                                               

Отметка верха колонны – 9,6м,

Грузоподъёмность крана – 10т.

4. Проектирование фундаментов мелкого заложения.  

Глубина заложения фундаментов мелкого заложения выбирается из условий:

• назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;

• глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;

• существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

• инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоёв, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и пр.);

• глубины сезонного промерзания.

4.1 Определение нормативной и расчетной глубины промерзания грунта:

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта d_fn,:

d_fn=d₀√M_t=0,28√72=2,37 м,

M_t=-18,8-16,6-9,8-16,9-9,6=-72- безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в г.Кемерово,

d₀- величина, принимаемая равной: 0,28-для супесей.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта d_f:

d_f=k_hd_fn,

Ф-К1: d_f=0,7*2,37=1,659 м,

Ф-К2: d_f=0,7*2,37=1,659 м,

Ф-К3: d_f=0,7*2,37=1,659 м,

k_h- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, определяемый по СНиП.

4.2 Определение глубины заложения фундамента с учетом инженерно геологических условий строительной площадки.

Расчет ведем по таблице 2 СНиП 2.02.01-83* в зависимости от уровня подземных вод (d_w)

d_w =2,9 м

Ф-К1: d_f=1,659 м, тогда d_w  d_f +2=3,659 м значит глубина заложения фундамента должна быть не менее d_f

Ф-К2: d_f=1,659 м, тогда d_w  d_f +2=3,659 м значит глубина заложения фундамента должна быть не менее d_f

Ф-К3: d_f=1,659 м, тогда d_w  d_f +2=3,659 м значит глубина заложения фундамента должна быть не менее d_f

4.3 Определение глубины заложения с учетом конструктивного фактора.

d=1350+50+400+300=2100 мм

Принимаем наибольшую глубину заложения фундамента равную 2100 мм.

4.4. Формирование подколонников:

Размеры подколонников в плане назначаются из конструктивных соображений, кратными 300 мм.

Фундамент под фахверковую колонну К3 :                                                         

    

			∑Nо=Nн+Pст=45,6+102,6=148,2 кН,

 

   _{Nн=38,4 кН}                                              

                                                    

                             

 

        ^{350    50          1000         50   350}

                           1800

 

  Фундамент под среднюю колонну К1:

∑Nо=Nн=2376 кН, ∑Mox=0, ∑Moy=Mн+Qн*df=118,8+2,1*14,26=144,47 кНм.

 

     _{Nн=2376 кН}                                               

                                                     

     _{Мн=118,8 кНм}                  ^{Qн=14,26 кН}

 

        ^{450    50         1400          50   450}

                           2400

 

Фундамент под колонну К2:

∑Nо=Nн + Рст=1080+102,6=1182,6 кН , ∑Moу=Mн+Qн*dk+Pст*e=             =86,4+102,6*0,65+14,26*2,1=178,76 кНм, ∑Moх=0.

            

     _{Nн=1080 кН}                                                

                                                    

     _{Мн=86,4 кНм}                          ^{Qн=14,26 кН}

 

        ^{450    50          1400          50   450}

                           2400

 

4.5. Определение размеров подушки фундамента:

4.5.1 Определение размеров подушки фундамента под колонну К1:

Фундамент под колонну К1 является центрально загруженным, поэтому