Определение нагрузок, действующих на основание. Исходные данные для проектирования

III. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ

3.1 Исходные данные для проектирования

3.1.1 Определение нагрузок, действующих на основание

Определим нагрузку, действующую на обрез фундамента по оси 2₁ – М/Н. Грузовая площадь А = 3,3∙5 = 16,5 м².

Нормативная и расчетная нагрузка на фундамент сведены в таблицу.

Таблица 3.1 – Сбор нагрузок на обрез фундамента

№ п/п	Нагрузки	Нормативная нагрузка		Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка кН
		На единицу площади, кН/м2	От грузовой площади, кН
1	2	3	4	5	6
1	Постоянные нагрузки Нагрузки на покрытие: - два слоя техноэласта δ=10 мм, ρ=1200 кг/м3 (0,010∙12)                      - разуклонка из керамзитобетона δ=130 мм, ρ=800 кг/м3 (0,13∙8)              - монолитная плита δ=200 мм, ρ=2500 кг/м3, (0,2∙25)	0,12 1,04 5	1,98 17,16 82,5	1,2 1,3 1,1	2,38 22,31 90,75
	Итого		101,64		115,44
2	Нагрузка от перекрытия на отм. +29.000: - цементно-песчаная стяжка δ=40 мм, ρ=1800 кг/м3 (0,040∙18)	0,72	11,88	1,3	15,44
1	2	3	4	5	6
	- утеплитель	0,4	6,6	1,2	7,92
	“ROCKWOOL” Руф Баттс С δ=220 мм, ρ=180 кг/м3 (0,22∙1,8) - монолитная плита δ=200 мм, ρ=2500 кг/м3 (0,2∙25) - вентканалы δ=120 мм, ρ=1800 кг/м3 ((0,12+0,02)∙5,52∙2,6∙18)	5 -	82,5 36,17	1,1 1,2	90,75 43,4
	Итого		137,15		157,51
3	Нагрузка от перекрытия с 9-ти этажей (2-10 этажи): - линолеум δ=6 мм, ρ=1800 кг/м3 (0,006∙18)∙9 - малоформатные ГВЛВ δ=20 мм, ρ=1250 кг/м3 (0,020∙12,5) ∙9 - засыпка из керамзитового песка δ=34 мм, ρ=700 кг/м3 (0,034∙7) ∙9 - монолитная плита δ=200 мм, ρ=2500 кг/м3 (0,2∙25) ∙9 - перегородки δ=120 мм, ρ=1800 кг/м3 ((0,12+0,04)∙9,86∙2,6∙18) ∙9	0,97 2,25 2,14 45 -	16,01 37,13 35,31 742,5 664,49	1,2 1,2 1,3 1,1 1,2	19,21 44,56 45,9 816,75 797,39
	Итого		1495,44		1723,81
4	Нагрузка от перекрытия на отм. 0.000: - плитка керамогранитная на клею δ=15 мм, ρ=1800 кг/м3 (0,015∙18) - цементно-песчаная стяжка δ=45 мм, ρ=1800 кг/м3 (0,045∙18)	0,27 0,81	4,46 13,37	1,2 1,3	5,35 17,38
1	2	3	4	5	6
	- утеплитель - пенополистерол δ=20 мм, ρ=40 кг/м3 (0,020∙0,4) - монолитная плита δ=200 мм, ρ=2500 кг/м3 (0,2∙25) - перегородки δ=120 мм, ρ=1800 кг/м3 ((0,12+0,04)∙5,47∙3,42∙18)	0,01 5 -	0,17 82,5 53,88	1,2 1,1 1,2	0,2 90,75 64,66
	Итого		154,38		178,34
5	Нагрузка от собственного веса колонны сечением 400х400 мм: - подвала h=2,75 м, ρ=2500 кг/м3 (0,4∙0,4∙(2,75+0,15)∙25) - первого этажа h=3,62 м, ρ=2500 кг/м3 (0,4∙0,4∙3,62∙25) - рядового этажа h=2,8 м, ρ=2500 кг/м3 (0,4∙0,4∙2,8∙25)∙10	- - -	11,6 14,48 112	1,1 1,1 1,1	12,76 15,93 123,2
	Итого		138,08		151,89
	Итого постоянная нагрузка		2026,69		2326,99
6	Временная нагрузка От снега: - кратковременная - длительная	1,28 0,7	21,12 11,55	1,4 1,4	29,57 16,17
	Итого		32,67		45,74
7	От перекрытия на отм. +29.000: - кратковременная - длительная	0,7 -	11,55 -	1,3 1,3	15,02 -
	Итого		11,55		15,02
8	От перекрытия на 2-10 этажах:
1	2	3	4	5	6
	- кратковременная - длительная	1,5 0,3	24,75 4,95	1,3 1,3	32,18 6,44
	Итого		29,7		38,62
9	От перекрытия на отм. 0.000: - кратковременная - длительная	2,0 0,7	33,0 11,55	1,2 1,3	39,6 15,02
	Итого		44,55		54,62
	Итого временная нагрузка		118,47		154,0
	Всего		2145,16		2480,99

Нормативная нагрузка:

- постоянная N_п = 2026,69кН;

- временная длительно действующая N_в.д.=11,55+(4,95∙9)+11,55=

=67,65 кН;

- суммарная, с учетом коэффициента надежности по назначению сооружения γ_п = 0,95 (II класс ответственности) и коэффициентов сочетания для длительно действующих нагрузок φ₁ = 0,95:

N_норм. = 0,95∙(2026,69 + 67,65∙0,95) = 1986,41 кН.

Расчетная нагрузка:

- постоянная N_п = 2326,99 кН;

- временная кратковременная N_в.к.=29,57+15,02+(32,18∙9)+39,6=

=373,81 кН;

- суммарная, с учетом коэффициента надежности по назначению сооружения γ_п = 0,95 (II класс ответственности) и коэффициентов сочетания для кратковременных нагрузок φ₂ = 0,9:

N_расч. = 0,95∙(2326,99 + 373,81∙0,9) = 2530,25 кН.

3.1.2 Инженерно-геологические условия

Запроектируем фундаменты для 10-ти этажного монолитно-кирпичного жилого дома №7а по ул. Водянникова в г. Красноярске. За отм. 0,000 принята отметка чистого пола 1-го этажа, что соответствует абсолютной отметке 240,40. Нагрузка на фундамент составляет N=2530,25 кН.

Инженерно-геологическая колонка представлена на чертеже, а характеристики грунта в табл.3.2.

Таблица 3.2 – Характеристики грунтов

Полное наимено-вание грунта	h, м	W, д.е	е,  д.е.	Плотность,				γ( γsb), кН/м3	JL, д.е.	Sr,  д.е.	Расчётные характеристики			R0,  кПа
				ρ		ρs	Ρd				φΙΙ, град	сΙΙ, кПа	E,  МПа
1	2	3	4	5		6	7	8	9	10	11	12	13	14
Супесь твердая	2,1	0,24	0,93	1,56		2,71	1,40	15,6	<0	0,7	22	11	6	-
Суглинок твердый	6,9	0,23	1,04	1,54		2,71	1,33	15,4	<0	0,6	27	15	16	200
Суглинок твердый	4,9	0,26	0,77	1,80		2,71	1,53	18,0	<0	0,92	22,8	24,4	16,4	243	8
Суглинок тугопластичный	1,3	0,23	0,85	1,78		2,71	1,46	17,8	0,28	0,73	19	18	11	144
Суглинок мягкопластичный	1,4	0,22	0,82	1,73		2,71	1,49	17,3	0,55	0,73	16,6	17,2	9,2	153
1	2	3	4	5		6	7	8	9	10	11	12	13	14
Суглинок твердый	0,8	0,18	0,5	1,97		2,71	1,81	19,7	<0	0,98	25,5	42	30,5	300
Глина твердая	1,2	0,19	0,57	1,95		2,74	1,75	19,5	<0	0,91	20,8	78,4	27,2	530
Суглинок твердый	3,5	0,18	0,5	1,97		2,71	1,81	19,7	<0	0,98	25,5	42	30,5	300

Грунты относятся ко ΙΙ типу грунтовых условий по просадочности (по проекту). Поэтому в этих условиях наиболее целесообразны свайные фундаменты.

Согласно задания по дипломному проектированию сравним два вида фундаментов под здание:

- свайные фундаменты из забивных свай;

- свайные фундаменты из буронабивных свай.

3.2 Проектирование забивных свай

Расчет свай ведем по СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» [6].

Расчет свайного фундамента по несущей способности грунта основания.

Глубина заложения  ростверка  - 4,12 м, высота ростверка  h=1,2 м, Принимаем жёсткое сопряжение ростверка со сваей, заделка головы сваи в ростверк равна  50мм  и  250мм выпуски арматуры сваи.

Принимаем составные сваи длиной 8 м и 7 м  (С80.30 и С70.30), вся длина сваи 15 м, сечение сваи 300х300 мм, низ сваи на глубине – -18,820 м.

По характеру работы в грунте сваи-стойки, так как опираются на малосжимаемый грунт. Следовательно,  они работают за счет сопротивления грунта под нижним концом сваи. Несущая способность сваи-стойки определяется по формуле:

(3.1)

где γ_с – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаем равным 1;

γ_cR – коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи, равный 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, равное 20000 кПа для сваи-стойки;

А- площадь поперечного сечения сваи, м².

F_d = 1∙1∙20000∙0,09=1800 кН; F_d /γ_k =1800/1,4 = 1286 кН.

По опыту строительства расчетную нагрузку, допускаемую на забивную сваю, опирающуюся на глины твердые, принимаем равной 600 кН.

3.2.1 Определение числа свай в кусте под колонну

Так как, значение допускаемой нагрузки на забивную сваю принято        600 кН, тогда число свай под колонну в осях 2₁-М/Н при нагрузке на ростверк 2530,25 кН, определим как:  

                                    (3.2)

где N₀₁ – максимальная сумма расчетных вертикальных нагрузок, действующих на обрез ростверка фундамента, кН;

А – площадь ростверка, приходящаяся на одну сваю (0,9 м²);

γ_mt – средний удельный вес ростверка и грунта на его обрезах;

d_p – глубина заложения ростверка, м.

Принимаем 5 свай.

3.2.2 Выбор сваебойного оборудования

Определенная несущая способность сваи должна быть подтверждена при забивке достижением сваей расчетного отказа  S_a, который устанавливается по формуле:

                                                                 (3.3)

где E_d – расчетная энергия удара для выбранного молота;

m₁– полная масса молота, т;

m₂– масса сваи, т;

m₃ – масса наголовника = 0,2 т;

A– площадь поперечного сечения сваи, м² (А=0,09 м²);

η – коэффициент (для железобетонных свай - 1500 кН/м²);

F_d – несущая способность сваи, кН.

Значение расчетного отказа должно быть больше 0,002м, желательно в интервале 0,005-0,01м; при значении меньше 0,002м применяют молот с большей массой ударной части.

Для забивки используем дизель-молот С-1048.

Определим расчетный отказ:

Расчетный отказ находится в оптимальных пределах.

3.2.3 Проектирование буронабивных свай

Используем в качестве несущего слоя для свай суглинок твердый.                 

Проектируем сваи Ø 320 мм.

Отметка голов свай – 4,170 м.

Отметка низа конца сваи составит – 22,170 м.

Принимаем буронабивные  висячие сваи длиной 18 м.

Определение несущей способности сваи

Несущую способность F_d  кН , набивной и буровой свай, работающих