Расчет основания и фундаментов стройплощадки на грунте, состоящем из пяти слоев (насыпной слой, почвенный слой, песок мелкий, песок пылеватый, глина зеленая)

3.1 ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ СТРОЙПЛОЩАДКИ

№ слоёв	Наименование грунтов	Скважины						Физико-механические характеристики  грунтов
		№1		№2		№3		r, г/см3	rs, г/см3	W, %	WL, %	Wr, %	j,  град	С, кПа	р	Е, мПа
		h	H	h	H	h	H
1	Насыпной слой	1,80	1,8	1,90	1,9	2,10	2,1	1,4	–	–	–	–	–	–	–	–
2	Почвенный слой	0,95	2,75	0,80	2,7	0,80	2,9	1,2	–	–	–	–	–	–	–	–
3	Песок мелкий, аллювиальный	3,15	5,9	2,85	5,55	3,60	6,5	1,79	2,65	12	–	–	34	–	–	16,0
4	Песок пылеватый, аллювиальный	4,90	10,8	4,20	9,75	3,80	10,3	1,95	2,65	25	–	–	32	1	–	16,0
5	Глина зелёная	3,85	14,65	3,60	13,35	4,10	14,1	1,84	2,70	36	49	28	20	30	–	11,5

h – мощность слоя в м;

H – глубина от устья скважины до подошвы слоя в м.

Строительство девятиэтажного панельного жилого дома ведется в г.Харькове. Данные особенностей строительной площадки даны в таблице.

1)Проведем анализ и выбор основания фундамента:

  1.Насыпной слой - не рассматриваем.

  2.Почвенный слой не рассматриваем.

  3.Песок мелкий аллювиальный.

  е – коэффициент пористости

rs *W

S – степень влажности;

2,65*0,12

  4.Песок пылеватый аллювиальный

  5.Глина зеленая.

I_r – число пластичности;

I_r = W_L – W_r = 49 – 28 = 21;

I_L – показатель консистенции;

Анализ характеристики грунтов показывает, что в качестве несущего предпочтительнее  третий слой – песок  аллювиальный

Глубина промерзания грунта для г.Харькова 1,1м с учетом наличия технического подполья h = 1,8м, принимаем глубину заложения фундамента 2,85м. Грунтовые воды отсутствуют.

2) Расчетное сопротивление грунта основания

где  в = 1м ;

       j _c1 = 1,3;

j_с2 = 1;

k = 1,1;

j = 34^о;

      М_с = 9,22;  M_g = 7,22;  M_j= 1,55;

K_z = 1;

  С_II = 0;

a_I = h_r + her(j _c^‘t/ j_II ) *aв = 1,8;

a_I= 2+0,2(2,2 / 1,4) = 2,31;

R= (1,3*1 / 1,1)*(1,55*1*1*18,7+7,22*2,31*14+1* (7,22-1)*1,8*14+0) = 503 кПа.

3) Предварительный расчёт размера подошвы фундамента:

A = в ² = (116*162) / (503 – 20*2*8,5) = 0,2 м;

Принимаем наименьший типовой размер фундамента Ф6:

Размеры:  в = 0,6; е = 2,38; h = 0,3;

Проверяем условия R > P_ср ;

P_ср = (N +Q ) / A ;        Q = 0,1*N;

P_ср = (N+ s_гр+ s_ср+ С_с)/А = (0,116 + 0,003 + 0,029 + 0,012) / (0,6*2,38) = = 0,112 (мПа);

R = 0,49 (мПа);

С_с = 4 * 10 * (1960 / 2,38) + 10 * (490 / 1,18) = 0,029 (мН).

4) Расчёт и построение эпюр бытовых давлений, определение осадки:

а) Давление

в точке 1 – s_z1 = 10r₁h₁ = 10*1,9*1.4 = 26.6 кПа;

в точке 2 – s_z2  = 26,6+0,8*10*1,7=40,2 кПа;

в точке 3 – s_z3 = s_z2  +10r₃h₃ ¹ = 40.2+10*1.79*0.15 = 42.88 кПа;

в точке 4 –s_z4  = 42,88+10*1,79*2,85 = 93,89 кПа;

в точке 5 – s_z5  = 93,89+10r₄ h₃ = 93.89+10*4.2*1.95 = 175.8 кПа;

в точке 6 – s_z6 = 175,8+10*3,6*1,84 = 242,03 кПа.

Дополнительные давления на основание

s_z  = a_i  (r_ср -s_z3r ) = (0,112-0,4288)a_i= 69,12a_i

Расчет ленточного фундамента

Выбранный фундамент марки Ф6 имеет размеры в = 0,6; l = 2,38;

h = 0,3; Рср = 0,112 мПа;

N = 116,162 кН;

N ^р = 172,8 кН;

Условие Рср < R выполняется.

Рассчитываем конструкцию фундамента по I и П группам предельных состояний.

В качестве материала фундамента берем бетон класса В-15.

Высота защитного слоя бетона а = 3,5 см.

Рабочая высота сечения  h_о = 0,3 – 0,035 = 0,265 м.

Находим расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта на обрезах.

s_ср^р = 1,1 (0,003 + 0,029) = 0,035мН;

s _ср^р = 1,2 * 0,012 = 0,014.

Давление под подошвой фундамента у грани стены

Q = 0,113 * 0,6 ((2,38 – 0,6) / 2) = 0,06 мН.

Проверяем условие 

Q = jb₃*Rb_t *h _о * b,

0,06< 0,6* 0,75 * 0,6 * 0,265 = 0,07.

Условие выполняется, следовательно, установка поперечной арматуры не требуется.

Q = 0,113 [0,5 ( 2,38 – 0,6 ) – 0,625] – 0,6 = 0,018 < 0,075.

Определяем расчетную продавливающую силу

F = (0,113 * 2,38 – 0,6 – 2 * 0,265) / 2 = 0,07 мН.

Проверим прочность фундамента на продавливание по условию

F< jb * Rb_t* h₀ * b* Um;

0,07< 1,0 * 0,75 * 1,0 * 0,265 = 0,198.

Прочность на продавливание обеспечена.

Изгибающий момент в сечении у грани стены:

М = 0,125 * 0,113 * (2,38 – 0,6)²  = 0,0268 мНм.

В качестве рабочих стержней принимаем арматуру класса АIII с расчетным сопротивлением R₃ = 355 мПа.

Требуемая площадь сечения арматуры на 1м длины плиты:

А_r = 0,0268 / (0,9* 0,265*355) = 0,000316 м ² = 3,1 см ²

Принимаем 6f6 АIII с A_r = 3,82см ².

Шаг – 15см.

Площадь распределительной арматуры

А^rp = 0,1*3,82 = 0,382 см ².

Принимаем 6f6 АI c Asr = 0,764 см ².

Шаг – 30см.

Изгибающий момент от нормативной нагрузки у грани стены

М = 0,125* 0,113(2,38 – 0,6) ² * 0,6 = 0,027 мНм.

Еr = 200000 мПа,  Ев = 20500.

a = Er / Eb = 200000/20500 = 9,75.

Коэффициент армирования

М1 = 3,82/ 30,60 = 0,0021 = 0,21% > 0.05%.

Упругопластический момент сопротивления сечения фундамента у грани стены

Wr l = (0,292 + 1,5* 9,75* 2 * 0,0021) * 0,6 * 0,3 ² = 0,029 м ³,

Rbt = 1,15мПа.

Момент трещинообразования

Мсчс = 1,15*0,029 = 0,032

М < Мсчс = 0,027 < 0,032

Трещин не образуется.

4 РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ

4.1 РАСЧЕТ ПАНЕЛИ ПЕРЕКРЫТИЯ

4.1.1 Подсчет  нагрузок

	Нормативная нагрузка, Н/м2	Коэффиц. перегрузки	Расчетная нагрузка, Н/м2
Упругий линолеум S=18 мм	0,018*8000=144	1,2	172,8
Железобетонная панель S=160 мм	0,16*25000=4000	1,1	4400
Постоянная нагрузка	4144	-	g0 = 4572.8
Временная нагрузка	1500	1,3	d0 =1950
Полная нагрузка	5644	–	g = 6522,8

Таблица 4.1 – Подсчет  нагрузок.

Схема конструкции перекрытия

 

Плита – тяжёлый бетон S = 160 мм

                                                  Линолеум на упругой основе S = 18 мм

пл

Класс рабочей арматуры  А_III  и  Вр_I  .

Конструктивная арматура и подъемные петли класса А_I.

Бетон класса В15 , Rв = 7*10⁶  н/м² = 1 мПа.

4.1.2 Расчёт по четырем сторонам опирания

			l1 = 3300 – 10 * 2 = 3280 мм; l2 = 5700 – 10 * 2 = 5680 мм; Отношения l1 / l2 = 5,68 / 3,28 = 1,7 < 3.

 

Учитываем работу панели в 2-х направлениях. Формула расчета по предельному равновесию:

ql₁ ²/ 24(3l₂ – l₁) = M₁(l₂+ M₂ / M₁* l₁), где

М₁ – пролетный момент полосы шириной в 1м в направлении пролета l₁;

М₂ – пролетный момент полосы в направлении пролета l₂.

Отношение М₁ / М₂ принимаем при  l₂ / l₁ = 1,5 : 2 равным 0,5 : 0,15

Относительно М1

М₁ = (ql₁ ²/24) *((3*l₂ / l₁ – 1) /(l₂ / l₁ + 0,3)) = (ql₁ ²/24) *((3*1,7 – – 1) /(1,7 + 0,3)) = ql₁ ²/11,7.

М₁ = (6522,8 * 3,28 ²) / 11,7 = 5997,9 Нм.

М₂ = 0,3 * 5997,9=1799,4 Нм.

Толщина защина защитного слоя 15мм.

а = 20 мм, рабочая высота h₀ = h – а = 160 – 20 = 140 мм.

А₀ = М₁ / Rb*b*h₀² = 5997,9 / (7*10 ⁶ * 1 * 0,14 ²) = 0,043716

По таблицам соответствующее x=0,043.

Необходимое сечение арматуры класса А_III полосы в направлении пролета l₁,  при Rb/Rs = 7*10⁶ / 365* 10 ⁶ = 0,0191;

Fr = x bh₀ (Rb/Rs) = 0,043*1*0,14* 0,0191 = 0,000115 = 1,15 см ²

Принимаем 3f(6 : 8)  А_IIIcFr = 1,15 см ².

Арматура располагается в плане с шагом 1000/3 = 330мм.

Расстояние от центра тяжести сечения арматуры, устанавливаемой в направлении пролета l2, до нижней плоскости панели может быть принято:

а = 2,5 см,

тогда  h₀ = 16 – 2,5 = 13,5 см;

A₀ = M₂/Rb* b* h₀ ² = 1799,4 / (7 * 10 ⁶ *1* 0,135 ²) = 0,014166

Соответствующее значение x = 0,014.

Необходимое сечение арматуры В-I полосы в направлении пролета l₂при

Rb/Rs = 7*10⁶ / (315*10 ⁶) = 0,0222;

F r = 0,014* 1* 0,135* 0,0222 = 0,42 cм².

Максимально необходимое сечение арматуры

Fr = 0,001* b* h₀  =  0,001* 1 * 0,135 = 1,35 см ².

Принимаем 5 f 6 ВI c Fs= 1,42 см ² .

По краям плиты в направлении пролета l₂ устанавливаем стержни   f 7 А_III . Арматура в обоих направлениях сваривается в сетку с ячейками 330х200мм.

4.1.3 Расчет при сводном опирании по трём сторонам

			l2 / l1 = 1,7. Момент полосы в направлении пролёта  l1  расположенной в середине пролёта  l2 .

 

m₁ = 0,1* g*l₁² = 0,1*6522,8*3,28 ² = 7017,5 (Нм).

Момент полосы в направлении пролета l₁ расположенного по краю свободной от закрепления стороны

М₁^о = 0,125q* l₂  = 0,125 * 6522,8 *3,28 = 8771,9 (Hм).

Момент полосы шириной 1м в направлении пролета l₂ расположенной в середине пролета

М₂ = 0,011 * 6522,8*3,28 ² = 771,9 (Нм).

Для определения необходимого сечения арматуры класса  А_III  полосы шириной в 1м в направлении пролета l₁, расположенного в середине пролета l₂, находим коэффициент

А₀ = М₁ / (Rb*b*h₀ ²) = 701,.5 / (7*10 ⁶*1*0,14 ²) = 0,0511.

Соответствующее значение x= 0,053.

Необходимое сечение арматуры при

Rb/Rs = 7*10⁶ / (365*10⁶) = 0,0191.

Fr =x bh₀  (Rb/Rs) = 0,053*1* 0,14* 0,0191 = 1,41см ².

Для полосы, расположенной по краю свободной от закрепления стороны  панели

А₀ = М₁^о / (Rb*b*h₀ ²) = 8771,9 / (7*10 ⁶*1* 0,14 ²) = 0,0639.

Соответствующее значение x = 0,066.

Необходимое сечение арматуры класса А_III  при Rb/Rs = 0,0191.

Fr = 0,066*1*0,14*0,0191=1,76(см ²).

В направлении пролета l₁ на половине плиты от ее середины до свободного закрепления края на 1м ширины принята арматура 5f 6 А_III с Fr = 1,92см ², на другой половине 5f 6  А_III c Fr = 1,42см ².

В первом случае стержни располагаются с шагом 330мм, во втором – 200мм.

В направлении l2 момент М2 меньше чем в первом расчете, поэтому