Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства. Выбор типа фундаментов

Раздел 3

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ

3.1 Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства

Выбор типа фундаментов

ИГЭ-1 – насыпной грунт мощностью 1,1м. Плотность составляет 1,65г/см³. Влажность w=12%. Физико-механические свойства не определяются. Основанием служить не может.

ИГЭ-2 – песок средней крупности, в состоянии средней плотности, во влажном состоянии. Мощность слоя – 1,7м. Влажность – w=13,6%; плотность-  =1,88г/см³; коэффициент пористости – е=0,61. Категория грунта по сейсмическим свойствам – II. Условное расчетное сопротивление – R₀=200кПа³100кПа. Основанием фундамента мелкого заложений служить может.

ИГЭ-3 – Суглинок твердый, влажный. В случае аварийного замачивания будет в стабильном состоянии. Мощность слоя – 3,5м. Плотность грунта - =1.85г/см³; коэффициент пористости – е=0,65; модуль общей деформации – Е=20,6МПа. Категория грунта по сейсмическим свойствам – II. Условное расчетное сопротивление R₀=257кПа³100кПа. Основанием фундаментов мелкого заложения служить может. Основанием свайного фундамента служить может.

ИГЭ-4 – Песок средней крупности, в состоянии средней плотности, насыщен водой. Мощность слоя 2,2м. Плотность грунта - =2,00г/см³; коэффициент пористости – е=0,65; модуль общей деформации – Е=31,8МПа. Категория грунта по сейсмическим свойствам – III. Основанием свайного фундамента являться не может, так как мала мощность слоя и грунт насыщен водой.

ИГЭ-5 – Глина тугопластичная, насыщена водой, находится в стабильном состоянии. Мощность слоя 3,9м. Плотность грунта - =2,01г/см³; коэффициент пористости – е=0,723; Категория грунта по сейсмическим свойствам – III. Условное расчетное сопротивление R₀=330кПа³100кПа. Основанием свайного фундамента служить может.

ИГЭ-6 – Супесь твердая, насыщенная водой. Вскрытая мощность слоя 2,6м. . Плотность грунта - =2,10г/см³; коэффициент пористости – е =0,57; Категория грунта по сейсмическим свойствам – II. Условное расчетное сопротивление R₀=280кПа³100кПа. Основанием свайного фундамента служить может.

Выводы: за основание фундаментов мелкого заложения принимаем ИГЭ-2 – песок средней крупности. За основание свайного фундамента принимаем ИГЭ-5 и ИГЭ-6. Категорию грунтов строительной площадки принимаем – III, руководствуясь СНиП II-7-81*

Расчётная сейсмичность площадки - 8 баллов.

3.2 Определение размеров подошвы фундаментов

Фундамент колонны крайнего ряда

По результатам статического расчета поперечной рамы каркаса в ЭВМ, определяем наиболее неблагоприятное основное сочетание усилий в сечении колонны на обрезе фундамента, а также рассчитываем усилия при действии сейсмической нагрузки, для этого составляем особое сочетание усилий:

Для фундаментов крайнего ряд.

N_особ.=N_П0,9+N_snl0,85+N_sn,кр0,5+N_вр.дл.0,85+ N_вр.кр.0,5+N_сейс=308,5×0,9+13,4×0.85+

+13,4×0.5+6.1×0,85+24,3× 0.5+14.7=327,8кН

М_особ.=М_П0,9+М_snl0,85+М_sn,кр0,5+М_вр.дл.0,85+М_вр.кр.0,5+М_сейс=-24,1×0.9+0.6×0,85+

+0,6×0.5-1.2×0,85- 4,8×0.5- 33= -57.3кНм

F_особ.=F_П0,9+F_snl0,85+F_sn,кр0,5+F_вр.дл.0,85+ F_вр.кр.0,5+F_сейс=20,3×0,9-13,4×0.85–

–0,5×0.5+1×0,85+4,1× 0.5+15,4=35,9Кн

Для фундамента среднего ряда

N_особ =686,6×0.9+33.1×0,85+33,1×0.5+13.8×0,85+55,1×0.5+0=701.9кН

М_особ = – 37,8кНм

F_особ.= 19,6кН

Таблица 3.1 — Расчетные нагрузки на обрезе фундамента колонны крайнего ряда

Определяем величину эксцентриситета          нагрузки от фундаментной балки

e = 400/2 + 250/2+20 = 350 мм.

Определяем нагрузку от фундаментной балки для расчетов по I и II группам предельных     состояний по формулам:

N_{ф б I}  = γ_n γ_f

N_{ф б II}  = γ_n

N_{ф б I}  = 96,0 х 1 х 1.1 = 105,6 кН,

N_{ф б II}  = 96,0 х 1 = 96,0 кН, здесь γ_n =1– коэффициент надежности по назначению для зданий I класса, γ_f = =1,1 – коэффициент надежности         по нагрузке для фундаментной балки.

-нагрузка от фундаментной балки.

Определяем нагрузки для расчетов по II группе предельных состояний при коэффициенте надежности по нагрузке γ_f = 1,2  на верхнем                                                                            обрезе фундаментов

1. комбинация (сочетание) нагрузок

N_II¢ = 394,2/1,2 + 96,0 = 424,5 кН,

M_II¢ = -46,3/1,2 – 96,0 х^.0,45 = -81,8 кН_*м,

F_II¢= 36,6/1,2 = 30,5 кН.

Расчет выполняем для сборных железобетонных фундаментов серии 1.020-1/87 под колонну сечением 400×400мм. Глубину заложения фундамента принимаем согласно конструктивным особенностям каркаса здания, т.е. при отметке низа колонны  -1,100м и высоте фундамента H_ф=900мм с глубиной стакана 650мм, получим, с учетом удаления верхнего растительного слоя грунта толщиной 200мм, глубину заложения  d=950мм и отметку подошвы фундамента FL= – 1,400м.

При выборе сборного фундамента так же была учтена нормативная глубина сезонного промерзания грунта для ст. Барсуковской  d_{f n} = 0.8 м. Расчетная глубина промерзания грунта равна: d_f = K_h. _df n = 0,7× 0,8 = 0,56 м, где K_h= 0.7– коэффициент учитывающий тепловой режим здания.

Размеры подошвы фундамента     определяют исходя из следующих условий следующих условий

Pср  = N_II / b l    + γ_mt d < R  ;                                                 (3.1)

P_max= N_II / b l  + γ_mt d + M_II / W < 1.2 R ;                            (3.2)

Pmin  = N_II / b l  + γ_mt d -  M_II / W > 0 ;                                  (3.3)

Здесь W = b l² /6   - момент сопротивления подошвы фундамента,

γ_mt = =20...22 кН/м³ -  среднее взвешенное значение удельного веса бетона фундамента и грунта на его обрезах,

N_II и  M_II - нагрузки, приведенные к отметке подошвы  фундамента

Поскольку величина давления под подошвой фундамента (Р) и величина расчетного сопротивления грунта (R) зависят от размеров под подошвой фундамента (b, l), то рекомендуются следующие методы определения размеров подошвы фундамента. 

1. Графоаналитический метод  (параграф 26 [2] или параграф 5.3 [3]). 

2. Решение квадратного уравнения относительно размеров подошвы