Расчетно-конструктивное проектирование. Исходные данные для проектирования

2 Расчетно-конструктивное проектирование

2.1 Исходные данные для проектирования

Площадка строительства находится в Советском районе г. Новосибирска,    административно-лабораторный корпус ИПА СО РАН.

Климатический район строительства — ІВ. Средняя годовая температура воздуха -0,6⁰С. Абсолютная максимальная температура воздуха падает на июль месяц и достигает +37⁰С, абсолютная минимальная падает на январь  и составляет      - 51⁰С.

Нормативная снеговая нагрузка – 1,5 кПа (IV снеговой район по карте 1 и таблице 4 [ ]).

Нормативное давление ветра (III ветровой район по карте 2 и таблице 5 [ ]) – 0,38 кПа. Средняя скорость ветра зимой 5 м/с. Преобладающими ветрами в январе являются ветры южного, юго-западного и юго-восточного направлений со скоростью ветра за три самых холодных месяца – 3,9 м/с. В июле преобладающими являются ветры южных направлений, со средней скоростью за три самых жарких месяца –3,1м/с.

Ветровой район —3. Нормативная ветровая нагрузка — 0,38 кПа.

Зона влажности – сухая.                                                                

Среднемесячная температура января -20°С.

Среднемесячная температура июля +20°С.

Температура внутреннего воздуха +20°С в помещениях обслуживающего персонала и +18 С^о в производственных помещениях. 

Нормативная глубина промерзания грунта 2,2м. Максимальная толщина снегового покрова 603мм. Сейсмичность площадки – 6 баллов.

2.2 Анализ инженерно - геологических условий площадки

По результатам буровых работ и статической обработки данных лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов с привлечением архивных материалов в соответствии с ГОСТ 25100-95 и ГОСТ 20522-96 в разрезе площадки до глубины 18,0м выделено 4 инженерно-геологических элементов.

Физические свойства грунтов, определяемые в лабораторных условиях, приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Физические свойства грунтов

Наименование показателя	Обозначение	Ед. изм.	Номер слоя
			1	2	3	4
Мощность слоя		м	7,4	1,2	4,2	4,8
Плотность грунта	ρ	г/см3	1,77	1,77	1,93	2,0
Плотность твердых частиц	ρs	г/см3	2,69	2,66	2,70	2,66
Природная влажность	W	%	9,7	3,0	21,8	16,3
Влажность на границе текучести	WL	%	21,3		23,4
Влажность на границе раскатывания	WP	%	17,7		17,7
Угол внутреннего трения	φ	град.	25	38	27	38
Удельная сила сцепления	c	кПа	10,3	0,0	8,9	2,0
Модуль деформации	E	МПа	15,5	28	8	40

Остальные показатели физических свойств грунтов определяются расчетом на базе основных показателей.

а) Плотность сухого грунта:

ρ_d= ,                                                  (2.1)

где, ρ – плотность грунта, г/см³;

W-природная влажность, % ;

ρ_d =1,77/(1+0,097) = 1,62 г/см³

б) Удельный вес  грунта:

    =ρ ∙ g , ,                                                  (2.2)

где, ρ =плотность грунта, г/см³;

g=9,81-ускорение свободного падения м/с;                          

=1,77∙9,81=17,3 кН/м³;

в) Удельный вес сухого грунта:

_d= ρ_d∙g = 1,62∙9,81 = 15,9 кН/м³;                             (2.3)

г) Удельный вес твердых  частиц грунта, 

_s= ρ_s∙g =2,69∙ 9,81=26,4 кН/м³;                                (2.4)

д) Коэффициент пористости:

           e= (ρ_s /ρ_d)-1,                                                   (2.5)

где, ρ_s-плотность твердых частиц;

ρ_d-плотность сухого грунта;

e = (2,69/1,62)-1=0,666

е) Пористость грунта:

n=e/(1+e) ,                                                   (2.6)

где, e- коэффициент пористости грунта;

n= 0,666/(1+0,666)=0,397

ж) Объем минеральных частиц:

m=1/(1+e) ,                                                   (2.7)

где, e - коэффициент пористости грунта;

m=1/(1+0,666)=0,6;

з) Полная влагоемкость грунта:

_sat= ∙ _w/_s,                                                   (2.8)

где, _w -удельный вес воды;

_sat=0,666 ∙10/26,4=0,42

и) Степень влажности:

S_r=∙_s/e _w,                                               (2.9)

где, W- природная влажность;

S_r=0,097 ∙ (26,4/0,66) ∙10 = 0,39

к) Удельный вес грунта при учете взвешивающего действия воды:

_sw=(_s-_w)/             (2.10)

л) Число пластичности:

I_p=W_L-W_{Р ,}                                                (2.11)

где, W_L-влажность на границе текучести, % ;

W_p- влажность на границе раскатывания, % ;

I_p=21,3 - 17,7=3,6%

м) Показатель текучести:

I_L= (W-W_Р) / (W_L-W_Р) ,                                                (2.12)

где, W-природная влажность, %;

I_L= (9,7-17,7)/(21,3-17,7)=-2,22

Таблица 2.2 Физико-механические свойства грунтов

Наименование показателя	Обозначение	Ед. изм.	Номер слоя
			1	2	3	4
Плотность сухого грунта	ρd	г/см3	1,62	1,72	1,59	1,72
Удельный вес грунта	γ	кН/м3	17,3	17,3	18,9	19,6
Удельный вес сухого грунта	γd	кН/м3	15,9	16,9	15,6	16,9
Удельный вес твердых частиц грунта	γs	кН/м3	26,4	26,1	26,5	26,1
Коэффициент пористости	e	д.е.	0,66	0,55	0,70	0,55
Пористость	n	%	39,7	35	41,2	36,3
Объем минеральных частиц	m	д.е.	0,6	0,65	0,59	0,65
Полная влагоемкость грунта	ωsat	д.е.	0,42	0,21	0,26	0,21
Степень влажности	Sr	д.е.	0,39	0,23	0,83	0,80
Удельный вес грунта при учете взвешивающего действия воды	γsw	кН/м3	9,8	10,39	9,7	10,45
Число пластичности	Ip	д.е.	3,6		5,7
Показатель текучести	IL	д.е.	-2,2		0,72

Классификация грунтов 

ИГЭ-1

- по числу пластичности

1<I_p=3,6<7- супесь

-по  числу текучести

I_L =-2,22<0-  супесь твердая

-по степени влажности

0<S_r=0,39<0,5 – маловлажные

- по предварительной оценке на просадочность

При предварительной оценки к просадочным относят грунты со степенью влажности  S_r=0,39<0,8 , для которых величина показателя

I_ss = (e_L-e)/1+e ,                                                (2.13)

где, e_L- коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести

e_L =W_L ρ_s/ ρ_w, где, ρ_w- плотность воды, принимаем равной 1г/см³;

e_L=0,213 ∙2,69=0,57

I_ss=(0,57-0,666)/1+0,666 = - 0,057

Грунт с показателем  I_ss= - 0,057<0,3 – ненабухающий от замачивания

-определение сжимаемости грунта

5< Е=15,5<20 МПА – грунт среднесжимаемый.

Исходя из классификации:

Супесь светло-коричневая твердая, просадочная, ненабухающая, незасоленная, без примеси органических веществ.

ИГЭ-2

-по плотности сложения

e=0,55<0,6 – плотного сложения

-по степени водонасыщения

0 < S_r=0,23<0,5 – маловлажные

- определение сжимаемости грунта

Е=28>20МПА – грунт малосжимаемый.

Исходя из классификации:

Песок пылеватый, светло-бурый, маловлажный, незасоленный, без примеси органических веществ.

ИГЭ-3

- по числу пластичности

1 < I_p=5,7 < 7 - супесь

-по  числу текучести

0<I_L =0,72 <1 -  супесь пластичная

-по степени влажности

0,8<S_r=0,83 <1 –  насыщенный водой

- по предварительной оценке на просадочность т. к грунт насыщенный водой – просадочными свойствами не обладает.

- определение сжимаемости грунта

5< Е= 8<20 МПА – грунт среднесжимаемый.

Исходя из классификации:

Супесь песчаная, светло-бурая, твердая, непросадочная,  ненабухающая, незасоленная, с примесью органических веществ.

ИГЭ-4

-по плотности сложения

e=0,54<0,6 – плотного сложения

-по степени водонасыщения

0,8<S_r=0,83<1 - насыщенный водой

- определение сжимаемости грунта

Е=40>20МПА – грунт малосжимаемый.

Исходя из классификации:

Песок средний, светло-бурый, насыщенный водой, незасоленный, с включением гальки и гравия, без примеси органических веществ. 

2.3 Сбор нагрузок 

Сбор нагрузок приведен в таблице 2.3.

Таблица 2.3 Сбор нагрузок

2.4 Расчет фундамента мелкого заложения

2.4.1 Назначение глубины заложения фундамента

Одним из основных факторов, определяющих заглубление фундаментов, является глубина сезонного промерзания.

Нормативная глубина сезонного промерзания определяется:

            d_fn= ∙, где                                                 (2.14)

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;

d₀ –величина, принимаемая для супесей -0,28; 

d_fn = =2,33 м

Расчетная глубина сезонного промерзания определяется:

                          d _f =k _h∙d _fn , где                                              (2.15)

d _fn- нормативная глубина промерзания;

k_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима  сооружения:

d _f =0,5 ∙ 2,33=1,17 м

Глубину заложения определяют

              d₁= ∙ γ_cf/γ^’₁₁ , где                                      (2.16)

h_s - толщина слоя грунта от уровня подошвы фундамента до низа конструкции пола, м;

h_cf - толщина конструкции пола, м;

γ_{cf –}  расчетное значение удельного веса конструкции пола