Расчет фундаментов промышленного здания города Тюмень на грунте, состоящем из 3 слоев (супесь, суглинок, песок крупный)

Температура внутри производственного корпуса +18º, в бытовых +20º.

1.3. Сбор нагрузок действующих на обрез фундамента

Вертикальная сосредоточенная нагрузка , передающаяся от колонны на фундамент определяется методом грузовых площадок и подсчитывается как произведение заданной единичной нагрузки соответствующего пролета на грузовую площадь покрытия или перекрытия, приходящуюся на рассматриваемую колонну.  

N_к=q₁·A_гр;                                                                                                  [1.1]

 Вертикальная нагрузка от стены считаем как произведение веса одного квадратного метра вертикальной поверхности на грузовую площадь. Вес стеновой панели q_ст=3 кн/м². Учитываются коэффициенты уменьшения их веса за счет оконных и дверных проемов: для наружных стен цехов промышленных зданий k=0,5, для наружных стен бытовых помещений k=0,6.

P_ст=q_ст·А_ст·k_пр;                                                                                         [1.2]

Моменты и горизонтальные силы  Q, M определяются в соответствие с табл.2 [5].

Первый фундамент.

N_к=10·54=540 кН.

M_к=0,08·540=43,2 кН.

Q_к=0,01·540=5,4 кН.

Р_ст=3·6·9,6·0,5=86,4 кН.

          Второй фундамент.

N_к=10·108=1080 кН.

M_к=0,05·1080=54 кН.

Q_к=0,006·1080=6,48 кН.

          Третий фундамент.

N_к1=10·27=270 кН.

M_к1=0,08·270=21,6 кН.

Q_к1=0,01·270=2,7 кН.

Р_ст1=3·3·9,6·0,5=43,2 кН.

P_ст2=3·3·9,6·0,5=43,2 кН.

N_к2=6·9=54 кН.

M_к2=0,03·54=1,52 кН.

Q_к2=0,005·54=0,27 кН.

Р_ст3=3·3·4,8·0,6=25,92 кН.

Четвертый фундамент.

Р_ст=3·6·9,6·0,5=86,4 кН.

N_к=6·18=108 кН.

M_к=0,03·108=3,24 кН.

Q_к=0,005·108=0,54 кН.

          Результаты сбора нагрузок сформируем в виде следующей таблицы:

Таблица 1.2

Сбор нагрузок на обрез фундамента

2. Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки

Первый слой грунта – супесь:

а) Уточнение грунта:                                      [2.1] 14,5%, => суглинок (т.1.8 [4]);

б) Наименование грунта по показателю текучести:

                                                                          [2.2]

=>тугопластичная (т 1.9. [4]);

в) Определение степени влажности:

;                                                                  [2.3]

Удельный вес твердых частиц:

;                                                                               [2.4]

Коэффициент пористости:

 ;                                                                              [2.5]

                                                                               [2.6]

=> грунт  маловлажный;

г) Определение показателя просадочности:

;                                                                             [2.7]

 грунт непросадочный.                                        [2.8]

д) Определение степени набухаемости: П < 0,3 – ненабухаем;

ж) Степень сжимаемости Е=17 МПа – среднесжимаемый грунт.

з) Определение удельного веса грунта взвешенного в воде:

 ;                                                                          [2.9]

Второй слой грунта – суглинок:

а) Уточнение грунта:  - 20,6%, => глина (т.1.8 [4]);

б) Наименование грунта по показателю текучести:

 мягкопластичная (т 1.9. [4]);

в) Определение степени влажности:

Грунт насыщен водой т.к. находится ниже уровня грунтовых вод.

г) Определение показателя просадочности:

Грунт полностью увлажнен и непросадочен.

Удельный вес твердых частиц:

;

 Определение степени влажности:

; 

Коэффициент пористости:

 ;  

грунт непросадочный.

д) Определение степени набухаемости: П < 0,3 – ненабухаем;

ж) Степень сжимаемости Е=9,1 МПа – среднесжимаемый грунт.

з) Определение удельного веса грунта взвешенного в воде:

 ;

Третий слой грунта – песок крупный:

а) Определение плотности сложения грунта:  ;

 средней плотности (табл.1.7 [4]);

б) Определение степени влажности грунта – грунт насыщен водой т.к. находится ниже уровня грунтовых вод;

в) Степень сжимаемости Е=32 МПа – малосжимаемый грунт.
г) Определение удельного веса грунта взвешенного в воде:

 ;

3. Определение типов и размеров колонн

Рис3.1. колонна для фундамента 1                 Рис3.2. колонна под фундамент 2.

Рис3.3. колонна 1 для фундамента 3.        Рис3.4. колонна 2 для фундамента 3.               

Рис3.5. колонна 1 для фундамента 4.        Рис3.5. фахверк  для фундамента 4.   

4. Глубина заложения фундамента

4.1 Значение конструктивной глубины подошвы фундамента (d_k)

a=0.25 м.

4.2 Определение глубины сезонного промерзания грунта

4.2.1. Определение нормативной глубины сезонного промерзания грунта

;                                                                                                       [4.1]

где d_fn - нормативная глубина промерзания;

d₀ – для супеси=0,23м;

M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП по строительной климатологии и геофизике.

;                                                                   [4.2]

;                                                                        [4.3]

4.2.2. Определение расчетной глубины сезонного промерзания

;                                                                                                           [4.4]

где d_f- расчетная глубина сезонного промерзания;

k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых сооружений - по табл.1 [1].

При внутренней температуре производственного сооружения = +18⁰, пол по грунту без подвала, k_h принимает значения: при t=+15 ⁰ -  0.6, t=+20 ⁰ - 0.5;

Таким образом при +18⁰: ;                                        [4.5]

Расчетная глубина сезонного промерзания производственного сооружения-

м.                                                                             [4.6]

4.3. Выбор окончательной глубины заложения подошвы фундамента(d)

Расположения глубины уровня подземных вод.

;                                                              [4.7]

По табл.2 [1] глубина заложения фундаментов в зависимости от глубины расположения уровня подземных вод, при показатели текучести суглинка I_L =0,38: если  не менее d_f=0,98м. Учитывая, что d_k=1.5м., принимаем глубину заложения подошвы фундаментов равной d=1,5 метра.

5. Проектирование фундаментов мелкого заложения (Вариант 1)

5.1. Определение размеров обреза фундамента

Размеры фундамента принимаем конструктивно.

                                 b_обр=b_к+2·75+2·200=950мм.                   

                        Принимаем b_обр=1,2 м 

                             l_обр=l_к+2·75+2·200=1550.

                        Принимаем l_обр=1,8м.                            

Рис 5.1.   определение обреза  Ф1.

                                                     b_обр=b_к+2·75+2·200=1050мм.                   

                                          Принимаем b_обр=1,2 м 

                                               l_обр=l_к+2·75+2·200=1950.

                                          Принимаем l_обр=2,1м.                     

                                                         Рис5.2.      определение обреза Ф2

                                                              l_обр=200·2+400+450+600+4·75=2150мм.                   

                                          Принимаем l_обр=2,4 м 

                                               b_обр=l_к+2·75+2·200=1550.

                                                                      Принимаем b_обр=1,8м.  

Рис5.3.    определение обреза Ф3

                                                     b_обр=500+2·75+2·200=1050мм.                   

                                       Принимаем b_обр=1,2 м 

                                                                    l_обр=800+600+75·4+150+2·200=2250.

                                                                     Принимаем l_обр=2,4м.  

Рис5.4.   Определение обреза Ф4

5.2. Привидение нагрузок к центру подошвы фундамента.

N_o^н=P_ст+N_к=540+86,4=626,4кН;

ΣM_oy^н=M_к+P_ст·e+Q_к·d=43,2+86,4·0,65+5,4·1,5=

          =107,46кН·м;

      ΣM_ox^н=0;

Рис5.5. действие нагрузок на Ф1

N_o^н=N_к=1080кН;

ΣM_oy^н=M_к+Q_к·d=54+6,48·1,5=63,72кН·м;

           ΣM_ox^н=0;

Рис5.6. действие нагрузок на Ф2                                                           

Рис5.7. действие нагрузок на Ф3

Рис5.7. действие нагрузок на Ф3

N_o^н=P_ст1 +P_ст2+P_ст3+N_к1+N_к2=43,2+43,2+25,92+270+54=436,32кН;

ΣM_ox^н=M_к1-P_ст1·e₁-P_ст3·e₁+Q_к1·d-N_к2·e₂=21,6-43,2·0,65-25,92·0,65+2,7·1,5-54·0,3=-35,478кН·м;

ΣM_oy^н= M_к2+P_ст1·e₃-P_ст2·e₄-P_ст3·e₅+N_к1·e₃-N_к2·e₅+Q_к2·d=1,52+43,2·0,6-43,2·0,05-25,92·0,5+270·0,6-54·0,5+0.27·1,5=147,725кН·м;

Рис5.8. действие нагрузок на Ф4

N_o^н=P_ст+N_к=86,4+108=194,4кН;

ΣM_ox^н= 0;

ΣM_oy^н= M_к -P_ст·e₁-N_к·e₂+Q_к·d=3,24-86,4·0,1-108·0,55+0,54·1,5=-63,99кН·м;

5.3 Определение размеров подошвы фундамента

5.3.1 Определение условного расчетного сопротивления грунта

Расчет ведется для 2-ого фундамента, т.к. является наиболее загруженным.

,кПа;                                         [5.1]

d_b- глубина подвала, d_b=0.

g_с1 =1,2 и g_с2 - коэффициенты, условий работы, принимаемые по табл. 3[1], для зданий с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента g_с2 принимается равным единице;

k =1;

k_z  - коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м - k_z = 1;

М_g =0,69, М_q=3,65, M_c =6,24 - коэффициенты, принимаемые по табл. 4[1];

b  - ширина подошвы фундамента, b=b_обр=1,2м;

g_II  -удельный вес грунта под подошвой фундамента,  g_II  =16,51кН/м³;

g^/_II – удельный вес грунта выше подошвы фундамента,  g^/_II =16,51 кН/м³;

с_II -расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента,  с_II = 25кПа;

d-глубина заложения фундаментов, d=1,5м;

В первом приближении для определения условного расчетного сопротивления грунта принимаем ширину подошвы фундамента равной ее минимально возможному значению: b=b_обреза=1,2м.

5.3.2 Определение требуемой площади подошвы фундамента

Требуемая площадь подошвы фундамента в первом приближении определим по формуле:

                                         [5.2]

где N₀- сумма нормативных значений вертикальных составляющих внешних нагрузок; -осредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах =21 кН/м₃; 1.15 – коэффициент учитывающий внецентренное приложение усилий.

5.3.3 Определение фактических размеров подошвы фундамента

,

принимаем b=1,8м, l=2,7м.

5.3.4 Уточнение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента

b=1,83м, l=2,62м.

принимаем b=1,8м, l=2,7м .

5.3.5 Определение фактических давлений под подошвой фундамента

 G_гр^ф=b∙l∙d∙g_ср;                                                                        [5.3]

G_гр^ф вес фундамента и грунта на его уступах;

Фактические давления под подошвой фундамента равны:

                                                                                [5.4]

W_ox-момент сопротивления относительно оси ОХ;

W_oy  -момент сопротивления относительно оси ОY;

5.3.6 Проверка выполнения условий

а)  - условие выполняется;

б)  - условие выполняется;

в) - условие выполняется;

          Все условия выполняются, значит размеры подошвы фундамента рассчитаны верно.

5.4 Расчет осадки фундамента

5.4.1 «Посадка» фундаментов на ИГ разрез

Рис 5.9. Проецирование фундаментов на разрез

Рис 5.10 “Посадка” фундаментов на инженерно геологический разрез

5.4.2. Расчет осадки фундамента

Рассчитаем осадку второго фундамента, как наиболее нагруженного. Разобьем разрез на слои толщиной ∆h<0,4·b=0,48 м

Рис 5.11 Определение напряжений

Таблица 5.1

Расчет осадки второго фундамента

Z – расстояние от подошвы фундамента до рассматриваемой точки.

 – коэффициент из [4], приложение 2, таблица №1.

5.5 Определение размеров подошвы фундамента по программе “RAZMER”

Смотри приложение.

5.6 Определение осадок фундамента по программе “OSADKA”

Смотри приложение.

5.7 Проверка выполнения условия S≤S_u

S_u – по [4], приложение 4.

S_u=0,08метра

Фундамент 1:  S_u =0,08м.; Фундамент 2:  S_u =0,08м.;

Фундамент 3:  S_u =0,08м.; Фундамент 4:  S_u =0,08м.;

5.8 Конструирование фундаментов мелкого заложения

Рис 5.12 фундамент Ф1

Рис 5.13 фундамент Ф2

Рис 5.14 фундамент Ф3

Рис 5.15 фундамент Ф4

6. Проектирование свайных фундаментов (вариант 2)

6.1 Значение глубины заложения подошвы ростверка

Глубину заложения ростверка принимаем такую же как глубину заложения