Расчет фундаментов производственного здания на грунте, состоящем из 3 слоев (глина, суглинок, песок средней крупности)

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

1.1. Объёмно планировочное решение здания.

Примечания:

Стены здания из панелей

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

2. Стены бытовых помещений из обыкновенного кирпича

3. Температура внутри производственного корпуса  +16⁰С, в бытовых помещениях  +18⁰С.

Значение единичных нагрузок:

1. Производственного корпуса:

  - в первом пролете -  15 кН/м²;

  - во втором пролете – 10 кН/м².

2. Бытовых помещений 18 кН/м².

Рис.1.1. План и разрез здания

1.2. Инженерно – геологические условия площадки.

Рельеф площадки и инженерно – геологические разрезы см. рис 1.2

I Слой - глина

II Слой – суглинок

IIIСлой – песок средней крупности

Физико-механические характеристики грунтов

Глина

Плотность частиц  _s = 2,71 т/м³

Плотность грунта  = 1,697 т/м³

Природная влажность  W = 0,227

Влажность на границе раскатывания  W_p = 0,106

Влажность на границе текучести  W_L = 0,294

Угол внутреннего трения_I = 9°

                                            _II =11°

Угловая сила сцепления  C_I = 18 кПа

                                            C_II = 33 кПа

Модуль деформации  E = 8,6 МПа

Суглинок

Плотность частиц  _s = 2,71 т/м³

Плотность грунта  = 1,959 т/м³

Природная влажность  W = 0,272

Влажность на границе раскатывания  W_p = 0,221

Влажность на границе текучести  W_L = 333

Угол внутреннего трения_I = 16°

                                            _II =18°

Угловая сила сцепления  C_I = 11 кПа

                                            C_II = 20 кПа

Модуль деформации  E = 11 МПа

Песок средней крупности

Плотность частиц  _s = 2,65 т/м³

Плотность грунта  = 2,005 т/м³

Природная влажность  W = 0,241

Угол внутреннего трения_I = 34°

                                            _II =35°

Угловая сила сцепления  C_I = 0

                                            C_II = 2 кПа

Модуль деформации  E = 30 МПа

1.3. Подбор колонн.

Размер колонн и их привязка к разбивочным осям принимается в зависимости от проектов, шага и отметок верха колонн.

2. СБОР НАГРУЗОК

На обрез фундамента передаются: вертикальная сосредоточенная нагрузка от колонны, которая считается приложенной в центре тяжести поперечного сечения колонны; моменты и горизонтальные силы, действующие в плоскости рамы здания; от свободного веса стен.

Результаты сбора нагрузок сведён в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

Фундамент № (оси ...)	Нагрузки от колонн						Нагрузки от стен
	Колонна	Грузовая площадь, м2	Единичная нагрузка кН/м2	N11,          кН	M11,       кН	Q11,       кН	Рст11,     кН	Грузовая площадь, м2	Единичная нагрузка кН/м2	Коэффициент уменьшения нагрузки К
Ф-2          А-1	К-2	6*12=72	15	72*15=1080	86,4	10,8	72,9	3*16,2=48,6	3	0,5
							97,2	4*16,2	3
Ф-3          А-3	К-3	12*12=144	15	15*144=2160	172,8	21,6	145,8	16,2*6=97,2	3	0,5
Ф-1          Б-3	К-1	12*12=144	15	15*144=2160	108	12,96	-	-	-	-
		12*12=144	10	10*144=1440	72	8,64
Ф-4          Д-3	К-4	6*6=36	18	18*36=648	-	-	-	-	-	-

3. АНАЛИЗ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

3.1. Вычисления производственных характеристик физического состояния грунтов.

В исходных данных даны базовые характеристики грунтов. По переходным формулам вычислим производственные характеристики грунтов.

1. Удельный вес грунта

 

где g = 10 м/с² – ускорение свободного падения; плотность грунта

2. Плотность сухого грунта

,

где W – природная влажность

3. Удельный вес сухого грунта

,

4. Удельный вес твёрдых частиц

,

где _s – плотность твёрдых частиц

5. Объём твёрдых частиц в ед. объёма

_,

6. Объём пор в ед. объёма

,

7. Коэффициент пористости

,

8. Влажность полного водонасыщения

,

где _w = 1т/м³ – плотность воды,

9. Степень влажности

_,

I слой – глина:

1. Удельный вес грунта

 ,

2. Плотность сухого грунта

,

3. Удельный вес сухого грунта

,

4. Удельный вес твёрдых частиц

,

5. Объём твёрдых частиц в ед. объёма

_,

6. Объём пор в ед. объёма

,

7. Коэффициент пористости

,

8. Влажность полного водонасыщения

,

9. Степень влажности

_.

IIслой – суглинок:

1. Удельный вес грунта

 ,

2. Плотность сухого грунта

,

3. Удельный вес сухого грунта

,

4. Удельный вес твёрдых частиц

,

5. Объём твёрдых частиц в ед. объёма

_,

6. Объём пор в ед. объёма

,

7. Коэффициент пористости

,

8. Влажность полного водонасыщения

,

9. Степень влажности

_.

IIIслой – песок средней крупности:

1. Удельный вес грунта

 ,

2. Плотность сухого грунта

,

3. Удельный вес сухого грунта

,

4. Удельный вес твёрдых частиц

,

5. Объём твёрдых частиц в ед. объёма

_,

6. Объём пор в ед. объёма

,

7. Коэффициент пористости

,

8. Влажность полного водонасыщения

,

9. Степень влажности

_.

3.2. Классификация грунтов.

Глина

1) Уточнение наименования грунта

          ;

2)

3) Классификация по показателю текучести:

Показатель текучести грунта вычисляется по формуле:

где W – природная влажность грунта, (доли ед.)

                    W_P – влажность на границе скалывания грунта, (доли ед.)

                    W_L – влажность на границе раскатывания грунта, (доли ед.)

;

4) Предварительная проверка на просадочность:

          Определим показатель просадочности:

          ,

          где  e_L - коэффициент пористости при влажности на границе текучести;

        е -  коэффициент пористости;

,

,

Т.к. ,  при , то получаем, что данный грунт является просадочным. Но проведя дополнительные исследования, получаем, что грунт не просадочный.

5) Предварительная проверка на набухание:

Т.к. , то грунт ненабухаюший.

Т.к. Е=8,6 МПа, то грунт среднесжимаемый.

Суглинок

1) Уточнение наименования грунта

          ;

2)

3) Классификация по показателю текучести:

Показатель текучести грунта вычисляется по формуле:

где W – природная влажность грунта, (доли ед.)

                    W_P – влажность на границе скалывания грунта, (доли ед.)

                    W_L – влажность на границе раскатывания грунта, (доли ед.)

;

4) Предварительная проверка на просадочность:

          Определим показатель просадочности:

          ,

          где  e_L - коэффициент пористости при влажности на границе текучести;

        е -  коэффициент пористости;

,

,

Т.к. ,  при , то получаем, что данный грунт является просадочным. Но проведя дополнительные исследования, получаем, что грунт не просадочный.

5) Предварительная проверка на набухание:

Т.к. , то грунт ненабухаюший.

6) Т.к. Е=11 МПа, то грунт среднесжимаемый.

Песок средней крупности

1) По степени влажности:

Т.к.  , то грунт насыщенный водой.

2) По плотности сложения:

Т.к. , то грунт средней плотности.

3) Т.к. Е = 30 МПа, то грунт малосжимаемый.

4.ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Принимаем отдельно стоящий фундамент под каждую колонну из монолитного железобетона, верхний обрез фундамента имеет относительную отметку фундамента -0,15м.

4.1. Принятие конструктивных размеров фундаментов

Ф-1                                                     Ф-2

                      Ф-3                                                     Ф-4

4.2. Назначение глубины заложения фундамента

, м

M_t = сумма среднесуточных отрицательных температур по месяцам, для г. Бийска, равная 69,5

d₀ – величина, принимаемая для супеси равной 0,28

,

, м

где d_f – расчетная глубина сезонного промерзания грунта

               d_fn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта

               к_h– коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, к_h = 0,54

d_f = 1,917*0,6 = 1,035 м.

Т.к. d_к,Ф-2= d_к,Ф-3= d_к,Ф-1=2,05 м, то для этих фундаментов принимаем d=2,05 м, d₁=1,9м.

Т.к. d_к,Ф-4=1,6 м, то для этого фундамента принимаем d=1,6м, d₁=1,45м.

4.3. Определение приведенных нагрузок

Все действующие нагрузки на обрез фундаментов передаются на основание. Определим нагрузки, действующие на основание:

Ф – 1

N_К1 = 2160кН; М_К1 = 108кНм; Q_К1 = 12,96кНм

N_К2 = 1440кН; М_К2 = 72кНм; Q_К2 = 8,64кНм

N₀ = N_К1+ N_К2 = 2160+1440 = 3600кН

М_0х = М_К1+М_К2 + Q_К2 * 1,9 = 108+72+

+38,64*1,9 = 221,04кНм

М_0у = 0

Ф – 2

Р_ст1 = 72,9кН; Р_ст2 =97,2кН; N_К = 1080 кН;

М_К = 86,4кН; Q_К = 10,8кН

N₀ =  N_К + Р_ст1+ Р_ст2 = 1080 + 72,9+97,2 = 1250,1кН

М_0х = М_К+Р_ст1 *0,8 + Q_К*1,9 = 86,4+72,9*0,8+

+10,8*1,9 = 165,24кНм

М_0у = Р_ст2*0,65=97,2*0,65=63,18кНм

Ф – 3

Р_ст = 145,8кН; N_К = 2160 кН;

М_К = 172,8кН; Q_К = 21,6кН

N₀ =  N_К + Р_ст = 2160 + 145,8= 2305,8кН

М_х0 = М_К+ Р_ст *0,8 + Q_К*1,9 = 172,8+145,8*0,8+

+21,6*1,9 = 330,48кНм

М_у0 = 0

Ф – 4

N_К = 648 кН; М_К = 32,4кН; Q_К = 3,888кН

N₀ =  N_К = 648кН

М_х0 = М_К+Q_К*1,9 = 32,4+3,888*1,9 = 39,787кНм

М_у0 = 0

4.4. Назначение размеров подошвы фундамента по величине расчётного сопротивления основания

1. Расчётное сопротивление основания определяется по формуле:

где  _c1;_c2 – коэффициент условий работы, _c1 = 1;_c2  = 1;

        К – коэффициент, принимаемый равным 1

        M_y M_g M_C – коэффициенты, принимаемые по таблице 4[3]; M_y=0,21; M_q=1,83; M_C=4,29;

        К_Z - коэффициент, принимаемый равным 1, при b 10 м., где b – ширина подошвы фундамента;

        _II – среднее расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учётом взвешивающего действия воды), _II = 16,97 кН/м³;

        ^¢_II – среднее расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, ^I_II = 16,97 кН/м³;

         С_II – расчетное значение удельного сцепления, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, С_II = 33;

         d₁ – глубина заложения фундамента; d₁ = 1,9м;

.

2. Требуемая площадь подошвы фундамента определяется по формуле:

        ;

где  А_тр - требуемая площадь подошвы фундамента;

        _ср – усреднённый удельный вес фундамента и грунта, _ср = 21кН/м³;

       d₁ – глубина заложения фундамента; d₁ = 1,9м;

Тогда

Значит, А=3,3*2,7=8,91 м².

3. Расчетное сопротивление основания определяется по формуле:

4. Среднее давление под подошвой фундамента определяется по формуле:

        , кПа

       

 где  А_тр - площадь подошвы фундамента, А = 8,91 м²;

       d₁ – глубина заложения фундамента; d₁ = 1,9м;

      _ср – усреднённый удельный вес фундамента и грунта, _ср = 21кН/м³;

 

5. Проверка условия p_ср, R

, проверка выполняется.

6. Проверка краевых условий:

;

;

где  W_0x, W_0y – моменты сопротивления относительно осей, соответственно