Физико-механические характеристики грунта. Сбор нагрузок на фундамент. Расчет и проектирование фундамента мелкого заложения

погружении трубчатым дизельмолотом ж/б сваи)

Расчётный отказ:

η=1500 кН/м²

А=0,09 м² – площадь поперечного сечения сваи

М=1 – т.к. забивка молотом ударного действия

ε²=0,2 - т.к. забивка молотом ударного действия

м = 25,1 мм

8.  Проектирование котлована.

А) для фундамента мелкого заложения (прил. 1):

Глубина котлована 4,5м

R_н = 24 + 1,35 + 0,85 + 0,3 = 26,5 м,

C = 0,75∙4,5 = 3,375 м,

R_в = B_н + С = 26,5 + 3,375 = 29,88 м ≈ 30 м.

Недобор разработки дна котлована экскаватором 10см

Объём котлована: м³

Б) для свайного фундамента (прил. 2):

Глубина котлована 4,2 м.

R_н = 24 + 1,8 + 0,6 + 0,3 = 26,7 м,

C = 0,75∙4,2 = 3,15 м,

R_в = B_н + С = 26,7 + 3,15 = 29,85 м ≈ 30 м.

Недобор разработки дна котлована экскаватором 10 см

Объём котлована: м³

IV.  Сбор нагрузок и определение размеров подошвы фундамента

под остальные колонны здания.

1.1  Средний ряд колонн.

Таблица 8

Нормативные и расчетные вертикальные нагрузки, действующие на фундамент под колонной среднего ряда (сечение 3-3)

Вид нагрузки	Нормативная, NII, кН	γf	Расчётная, NI, кН
1	2	3	4
Постоянная: 1)  Каркас: а) от колонн (погонный вес 1,655 кН/м) =1,655∙9,2+0,5∙0,5∙1,655∙3,2 б) от ригелей (погонный вес 2,306 кН/м) =(6∙4+6∙0,25)∙2,306 2)  От плит перекрытий (толщина 12 см) =0,12∙25∙2∙75,39+0,25∙0,12∙65,97∙25	16,55 58,8 501,87	1,05 1,05 1,1	17,38 61,74 552,06
Всего постоянная нагрузка:	577,22		631,18
Временная. 1)  От навесного потолка (длительная) =0,95∙1∙0,05∙75,4 2)  От временной по заданию 13,26 кН/м2 а) длительная = 0,3∙0,95∙13,26∙28,27 б) кратковременная = 0,7∙0,9∙13,26∙28,27	3,8 106,88 236,25	1,2 1,2 1,2	4,52 128,25  283,5
В том числе длительной кратковременной	110,65 236,25		132,77 283,5

Таблица 9

Определение усилий, действующих на обрезе фундамента

Нагрузка	Обозначение	Коэффициент сочетаний	Значение
			II гр.	I гр.
Вертикальная: 1. Колонны 2.Ригели 3.Перекрытия 4.От навесного потолка 5.От временной по заданию: – длительная – кратковременная	Gкол+Gв. к. Gр1+Gp2+Gp3 Gп1+Gп2+Gп3 Gн. п. Gq. д. Gq. к.	1 1 1 1	16,55 58,8 883,57 3,77 106,88 236,25	17,38 61,7 971,93 4,52 128,25 283,5
Суммарное значение вертикальной нагрузки	Fv		924,12	1047,5
Момент: 1. Момент от от вспомогательной колонны (е = 0,4/2 = 0,2 м) 2. Момент от перекрытий (е=0,2м) слева справа 3. От нагрузки длительной кратковременной	–Mв. к.   –Mп. сл. +Mп. сп.   +Mq. д. +Mq. к.		0,26 66,44 33,93 21,38 47,25	0,28 73,09 37,32 25,65 56,7
Суммарное значение момента	M = – Mв. к. – Mп.сп.. + Mп.сп. + + Mq. д. + Mq. к.		35,84	46,3

1.2  Определение размеров подошвы отдельно стоящего фундамента под средний ряд колонн.

Грунт основания – суглинок тугопластичный, имеет характеристики:

Нагрузки на фундамент по 2-ой гр. пред. сост.:  F_v=924,12 кН, F_h=0 кН, M=35,84 кН∙м

Так как фундамент внецентренно загружен:

м, где кН/м - удельный вес фундамента с грунтом, d = 4,6 м – глубина заложения от уровня планировки,  =1,2 – соотношение размеров подошвы.

Расчетное сопротивление грунта:

=

= кПа.

Где γ_с1=1;  γ_с2=1 (1, табл.3); k=1,1, т.к. с и φ были определены по прил.3 (1);

M_g=0,36; M_q=2,43; M_c=4,99 (1, табл.4); k_z=1, т.к. b<10м; d=4,6 м; с_II =34,66 кПа - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента; 2b=7,06 м;

Необходимо уточнить размеры подошвы:

м

Проверка условия: 

Второе приближение:

2b = 3,41 м

;

кПа.

м

- условие выполняется.

Принимаем типовой монолитный фундамент 1-я ступень 1,8×2,4×0,3м,

2-я ступень 1,8×1,8×0,3м

Уточняется значение R: (2b=3,6 м)

;

кПа

Проверка давления под подошвой.

Среднее давление:.

Проверка краевого давления:  кПа

Условие выполняется, размеры фундамента подобраны верно. Принят фундамент из 2-х ступеней по 0,3м  и  подколонник высотой 1,2 м, площадью 0,9×0,9.

Объём бетона 3,24 м³.

Вес фундамента 3,24×2,5=8,1 т

1.3  Определение размеров ростверка свайного фундамента под средний ряд колонн.

Определение требуемого количества свай.

Предварительно G_p = 0,1N_I = 0,1∙1047,45 = 104,7 кН

 → принимаем 4 сваи.

Ростверк проектируем прямоугольным. Сваи располагаем вертикально.

Расстояние между сваями .

Принимаю, а_min = 3·0,3 = 0,9 м, а = 1,2 м.

Проверка нагрузок действующих на сваи.

Размеры ростверка 2,1×1,8×0,6м, подколонника 0,9×0,9×1,2м

Вес ростверка с подколонником 8,1 т (182 кН)

Вес грунта (1,9+(4,2-1,9-0,6)/2)·18,5·(2,1∙1,8–0,9∙0,9) = 151,1 кН,

Условие выполняется.

2.1  Центральная колонна.

Таблица 10

Нормативные и расчетные нагрузки, действующие на центральную колонну.

Вид нагрузки	Нормативная, NII, кН	γf	Расчётная, NI, кН
1	2	3	4
I.  Постоянная: 1)  Каркас: а) от колонн (погонный вес 1,655 кН/м) =1,655∙18,7 б) от ригелей (погонный вес 2,306 кН/м) =12∙6∙3∙2,306 2)  От плит перекрытий (толщина 12 см) =0,12∙25∙3∙113,1 3)  От покрытия а) панели типа «сэндвич» =2,3∙113,1 б) ванты 40 мм, шаг 3 м =0,005∙18∙4∙78,5∙12	30,95 498,1 1017,88 260,12 340,75	1,05 1,05 1,1 1,2 1,05	32,5 523 1119,66 312,15 408,9
Всего постоянная нагрузка:	2147,79		2396,21
II.  Временная. 1)  От навесного потолка (длительная) =0,95∙1∙0,05∙(113,1∙3+339,29) 2)  От снега а) длительная =1,8/1,4∙1∙0,95∙(113,1+339,29) б) кратковременная =1,8∙1∙0,9∙(113,1+339,29) 3)  От временной по заданию 13,26 кН/м2 а) длительная = 0,95∙0,3∙13,26∙113,1 б) кратковременная = 0,9∙0,7∙13,26∙113,1	33,93 552,56 427,5 945	1,2 1,2 1,2	40,72 732,87 513 1134
В том числе длительной кратковременной	1014 945		553,72 1866,87

Вертикальная нагрузка, действующая на фундамент под центральной колонной:

F_V,II = 2147,79 + 1014 + 945 = 4106,8; F_V,I = 2396,21 + 553,72 + 1866,87 = 4816,8.

Так как центральная колонна нагружена симметричной нагрузкой, то можно предположить, что момент у обреза фундамента не возникает.

2.2  Определение размеров подошвы отдельно стоящего фундамента под центральную колонну.

Грунт основания – суглинок тугопластичный, имеет характеристики:

Нагрузки на фундамент по 2-ой гр. пред. сост.:  F_v=4106,8 кН, F_h=0 кН, M=0 кН∙м

Так как фундамент центрально нагружен:

м, где кН/м - удельный вес фундамента с грунтом, d = 4,6 м – глубина заложения от уровня планировки.

Расчетное сопротивление грунта:

=

= кПа.

Где γ_с1=1;  γ_с2=1 (1, табл.3); k=1,1, т.к. с и φ были определены по прил.3 (1);

M_g=0,36; M_q=2,43; M_c=4,99 (1, табл.4); k_z=1, т.к. b<10м; d=4,6 м; с_II =34,66 кПа - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента; 2b=10,48 м;

Необходимо уточнить размеры подошвы:

м

Проверка условия: 

Второе приближение:

2b = 7,74 м

;

кПа.

м

- условие выполняется.

Принимаем типовой монолитный фундамент 1-я ступень 4,2×4,2×0,3 м,

2-я ступень 3,0×3,0×0,3 м,

3-я ступень 2,1×2,1×0,3 м,

Уточняется значение R: (2b=8,4 м)

;

кПа

Проверка давления под подошвой.

Среднее давление:.

В связи с отсутствием изгибающего момента у обреза фундамента проверка краевого давления не требуется.

Условие выполняется, размеры фундамента подобраны верно. Принят фундамент из 3-х ступеней по 0,3м  и  подколонник высотой 1,2 м, площадью 1,2×1,2.

Объём бетона 10,85 м³.

Вес фундамента 10,85×2,5=27,14 т.

2.3 Определение размеров ростверка свайного фундамента под центральную колонну.

Определение требуемого количества свай.

Предварительно G_p = 0,1N_I = 0,1∙4816,8 =481,7 кН

 → принимаем 9 свай

Ростверк проектируем квадратным. Сваи располагаем вертикально.

Расстояние между сваями .

Принимаю  а = 1,2 м.

Проверка нагрузок действующих на сваи.

Размеры ростверка 3,3×3,3×0,6м, подколонника 1,2×1,2×1,2м

Вес ростверка с подколонником 20,6 т (206 кН)

Вес грунта (1,9+(4,2-1,9-0,6)/2)·18,5·(3,3∙3,3–1,2·1,2) = 421,25 кН,

Условие выполняется.

V.  Технико-экономическое сравнение свайного фундамента и

фундамента мелкого заложения

                                                                                    Таблица 7

Технико-экономическое сравнение на 1 траншею.

Показатели	Ед. изм	Стоимость единицы	Объём работ		Стоимость работ
			Фундамент мелкого заложения	Свайный фундамент	Фундамент мелкого заложения	Свайный фундамент
Земляные работы
1 Разработка грунта экскаватором на гусеничном ходу: а) в отвал б) с погрузкой в транспорт	1000м3	23,6 27,6	7,800 3,178	7,067 3,178	184,08 87,71	166,8 87,71
2 Разработка грунта вручную в траншеях	100м3	83	2,206	2,206	183,1	183,1
4 Водоотлив из котлована	100м3	74,8	8,825	8,825	660,1	660,1
5 Устройство а) бетонной подготовки б) песчаной подготовки	1м3	27 5	17,125	17,29	462,4	86,45
6 Устройство монолитных фундаментов под колонны	100м3	26,64	4,873	1,379	129,82	36,73
7 Бетон B15	м3	24,3	487,3	137,9	11841	3309,6
8 Арматура (0,1% от Vф·7850)	1 кг	0,23	3823	1083	879,3	249,1
9 Погружение свай дизель-молотом	м3	18,4		137,7		2533,7
10 Сваи квадратного сечения длиной 10м	м	8,1		1530		12393
11 Устройство опалубки	м2	0,29	335,2	281,5	97,2	81,64
Всего					12524,7	19787,9

Наиболее экономичным является фундамент мелкого заложения

VI.  Расчёт фундамента мелкого заложения по материалу.

1.  Расчёт на продавливание.

Конструкция фундамента мелкого заложения

1-я ступень 3,6×2,7×0,3 м,

2-я ступень 2,7×2,1×0,3 м,

3-я ступень 1,8×1,5×0,3 м.

Подколонник - высота 1,2 м, площадью 0,9×0,9 м.

Рис. 14   Принятый фундамент мелкого заложения.

N_I = 2587,8 кН

F_h=176,7 кН

M=1105,8 кН·м

R_bt=8,5 МПа

h₀=0,85 м

U_m=4(b_g+h₀)=4(0,9+0,85)=2,88 м

=8500·2,88·0,85=19584 кН

А₀=0,5b(l-l_g-2h₀)-0,25(b-b_g-2h₀)²=0,5·2,7·(3,6-0,9-2·0,85)-0,25∙(2,7-0,9-2·0,85)²=1,215

Расчёт на продавливание нижней ступени:

A_01·p_max  ≤ R_bth₀₁b_p

b_p = b₁ + h₀₁ = 2,1 + 0,3 = 2,4 м

А₀₁=0,5b(l-l₁-2h₀₁) =0,5·2,7·(3,6-2,7-2·0,3)=0,405

0,405·408,5=201 < 8500·0,3·2,4=6120

Условия выполняются, следовательно,  продавливание не произойдёт.

2.  Расчёт на раскалывание.

, следовательно, фундамент проверяется на действие нормальной силы по формуле:

N=2587,8 ≤ (1+b_k/l_k)μγ_cA_bR_bt=(1+1)·0,75·1,3·2,97·8500=49228 кН

3.  Подбор арматуры.

А=9,72 м²

W=4,374 м³

P_max=408,49

R_s=230 МПа

Рис. 15   Фундамент мелкого заложения

   и арматурная сетка в нижней плите.

Таблица 8

Определение моментов в расчётных сечениях

№	Сi	Кi	pi	Mxi	Myi
1	0,3	0,8333	465,18	380,8	415,42
2	0,6	0,6667	425,39	1475,94	1610,12
3	0,9	0,5	385,6	3214,52	3506,75

Принимается продольная арматура АIII 33Ø28 (33 стержней диаметром