Проектирование строительных конструкций и вариантное проектирование фундаментов жилого дома

 2.Проектирование строительных конструкций

            2.1  Общие данные

            Участок для строительства дома расположен на ул. Серафимовича в Ленинском районе г. Новосибирска.

Поверхность участка сравнительно ровная, с общим понижением рельефа в южном и юго-западном направлении.

 2.2 Инженерно-геологическая характеристика и гидрогеологические условия площадки

Геологическое строение площадки представляет собой напластования двух видов грунтов: суглинки и супеси с различными физико-механическими характеристиками каждого слоя.

2.3  Физико-механические характеристики грунтов

Физико-механические характеристики грунтов по материалам инженерно-геологических изысканий, выполненных ОАО «НИИ», Новосибирский филиал.

            2.4  Анализ инженерно-геологических условий площадки

Для уточнения видов и их характеристик произведём дополнительный анализ инженерно-геологических условий, используя указания СНиП 2.01.01-82, СНиП 2.02.01-83*.

           2.4.1  Исходные данные для анализа

Физико-механические свойства грунтов:

I – суглинок:

·  плотность частиц ρ_s=2,72т/м³;

·  плотность грунта ρ=1,5т/м³;

·  природная влажность ω=0,45;

·  влажность на границе раскатывания ω_р=0,40;

·  влажность на границе текучести ω_L=0,47;

·  угол внутреннего трения φ=17°;

·  удельная сила сцепления С=5кПа;

·  модуль деформации Е=7 МПа.

II – супесь:

·  плотность частиц ρ_s=2,71т/м³;

·  плотность грунта ρ=1,49т/м³;

·  природная влажность ω=0,37;

·  влажность на границе раскатывания ω_р=0,35;

·  влажность на границе текучести ω_L=0,38;

·  угол внутреннего трения φ=19°;

·  удельная сила сцепления С=12кПа;

·  модуль деформации Е=9 МПа.

III – песок средней крупности:

·  плотность частиц ρ_s=2,60т/м³;

·  плотность грунта ρ=1,7т/м³;

·  природная влажность ω=0,16;

·  угол внутреннего трения φ=30°;

·  удельная сила сцепления С=3кПа;

·  модуль деформации Е=20 МПа.

           2.4.2  Вычисление производных характеристик грунтов

I грунт – суглинок :

        – объёмный вес скелета грунта:

g_s = ρ_s×g = 2,72×9,8 = 26,66 кH/м³

– объёмный вес грунта:

g = ρ×g =1,5×9,8 = 14,7 кH/м³

– плотность сухого грунта:

ρ             1,5

ρ_d = –––––– = –––––––– = 1,03 т/м³.

1+ ω         1+0,45

– объёмный вес сухого грунта:

g_d = ρ_d×g = 1,03×9,8 = 10,1 кH/м³

– пористость грунта:

ρ_d1,03

n=1– –––– = 1– ––––– = 0,62 д.е.

ρ_s2,72

– коэффициент пористости грунта:

n           0,62

e= –––– = ––––––––– = 1,63 д.е.

1 – n     1 – 0,62

– степень влажности грунта:

ω × ρ_s0,45 × 2,72

S_r= –––––– = –––––––––– = 0,75 д.е.

e × ρ_ω1,63 × 1

– число пластичности:

I_P= ω_L – ω_P= 0,47 – 0,40 = 0,07 д.е.

– показатель текучести:

ω – ω_P0,45 – 0,40

I_L= –––––––– = –––––––––– = 0,71 д.е.

ω_L – ω_P       0,47 – 0,40

II грунт – супесь:

         – объёмный вес скелета грунта:

g_s = ρ_s×g = 2,71×9,8 = 26,56 кH/м³

 – объёмный вес грунта:

g = ρ×g = 1,49×9,8 = 14,6 кH/м³

– плотность сухого грунта:

ρ             1,49

ρ_d = –––––– = –––––––– = 1, 1 т/м³.

1+ ω         1+0,37

– объёмный вес сухого грунта:

g_d = ρ_d×g = 1,1×9,8 = 10,8 кH/м³

– пористость грунта:

ρ_d1,1

n =1– –––– = 1– ––––– = 0,6 д.е.

ρ_s2,71

– коэффициент пористости грунта:

n           0,6

e = –––– = –––––––– = 1,5 д.е.

1 – n     1 – 0,6

– степень влажности грунта:

ω × ρ_s0,37 × 2,71

S_r= –––––– = –––––––––– = 0,7 д.е.

e × ρ_ω1,5 × 1

– число пластичности:

I_P= ω_L – ω_P= 0,38 – 0,35 = 0,03 д.е.

– показатель текучести:

ω – ω_P0,37 – 0,35

I_L= –––––––– = ––––––––– = 0,67д.е.

ω_L – ω_P        0,38 – 0,35

III грунт – песок средней крупности:

         – объёмный вес скелета грунта:

g_s = ρ_s×g = 2,60×9,8 = 25,48 кH/м³

– объёмный вес грунта:

g = ρ×g =1,70×9,8 = 16,66 кH/м³

– плотность сухого грунта:

ρ              1,70

ρ_d = –––––– = –––––––– = 1,47 т/м³.

1+ ω         1+0,16

– объёмный вес сухого грунта:

g_d = ρ_d×g = 1,47×9,8 = 14,36 кH/м³

– пористость грунта:

ρ_d1,47

n=1– –––– = 1– ––––– = 0,43 д.е.

ρ_s2,60

– коэффициент пористости грунта:

n            0,43

e= –––– = –––––––– = 0,75 д.е.

1 – n     1 – 0,43

– степень влажности грунта:

ω × ρ_s0,16 × 2,60

S_r= –––––– = ––––––––––– = 0,56 д.е.

e × ρ_ω0,75 × 1

          2.4.3  Классификация грунтов

I – суглинок:

– наименование грунта ( I_P=0,07 ) – суглинок;

– по просадочности (S_r= 0,75 д.е. ) – непросадочный;

– по консистенции ( I_L=0,71 ) – тугопластичный;

– по степени сжимаемости (Е=7 МПа ) – среднесжимаемый.

II – супесь:

– наименование грунта ( I_P=0,03 ) супесь;

– по просадочности (S_r= 0, 7 д.е. ) – непросадочный;

– по консистенции ( I_L=0,67 ) – мягкопластичный;

– по степени сжимаемости (Е=9 МПа ) – среднесжимаемый.

III – песок:

– по плотности сложения ( e = 0,75 д.е. ) – плотный;

– по степени водонасыщения (S_r= 0,56 д.е. ) – влажный;

– по степени сжимаемости (Е=20 МПа ) – слабосжимаемый.

2.5  Сбор нагрузок

           Для расчета  фундаментов необходима расчетная нагрузка, с учетом коэффициента надежности по нагрузке γ_f , определяемого в соответствии с указаниями СНиП 2.01.07-85*. Учитывая эти требования получим расчетные нагрузки на 1 п.м. свайного фундамента, которые сведены в таблицы 2.1-2.7.

Таблица 2.1 - Сбор нагрузок от покрытия

N_Р=8,74  кН/м²

Таблица 2.2 - Сбор нагрузок от перекрытия чердака

N_Р=5,21 кН/м²

Таблица 2.3 - Сбор нагрузок от крайней стены на 1 п.м.

N_Р=364 кН

Таблица 2.4 - Сбор нагрузок межэтажного перекрытия

N_Р=5,6 кН/м²

Таблица 2.5 - Сбор нагрузок на 1 п.м. фундамента крайней стены по оси Гс (грузовая площадь S=3,70 м2)

N_р=1046,52 кН

Таблица 2.6- Сбор нагрузок на 1 п.м. фундамента средней стены по оси Бс (грузовая площадь S=7,85 м2)

N_р=1227,8 кН

Таблица 2.7 - Сбор нагрузок на 1 п.м. фундамента торцевой стены по оси 1с

N_р=1097,03 кН

            2.6  Вариантное проектирование

            2.6.1 Набивные фундаменты. Сваи диаметром 500мм.

2.6.1.1 Назначение глубины заложения ростверка

             При анализе инженерно-геологических условий строительной площадки выделяем слой грунта для опирания набивных свай. Таким слоем является слой 3, представлен песком средней крупности. Этот слой имеет наибольший модуль деформации, а так же достаточную мощность для заглубления сваи. Свая работает как висячая свая.

Определим глубину заложения ростверка d_p. Назначение d_p в зависимости от геологических и гидрогеологических условий площадки строительства и глубины промерзания.

Расчетная глубина сезонного промерзания d_f определяется согласно  формуле 3  (5):

,                  (2.1)

           где   – коэффициент теплового режима здания

 – нормативная глубина промерзания, м

 Учитывая влияние конструктивного фактора на глубину заложения фундамента, окончательно принимаем:

           2.6.1.2  Определение  размеров сваи

           Длину набивной сваи определяем с учетом:

–заделка головы сваи в ростверк на величину 100 мм;

–толщина бетонной подготовки 100 мм;

–прорезаемая грунтовая толща до слоя опирания:

• для сечений крайней стен – 4450 мм;

• для сечений средней стен – 4450 мм;

• для сечения торцевой стены – 4650 мм;

–заглубление нижнего конца сваи в несущий слой не менее 1000 мм.

• для сечений крайней стен:

  L_нр.,ср.= 100+4450+1250 = 5800 мм – принимаем забивные сваи длиной 5,8 м, сечением 500х500 мм.

• для сечения средней стены:

L_нр.,ср.= 100+4450+1450 = 6000 мм – принимаем забивные сваи длиной 6,0 м, сечением 500х500 мм.

• для сечения торцевой стены:

  L_нр.,ср.= 100+4650+1250 = 7000 мм – принимаем забивные сваи длиной 7,0 м, сечением 500х500 мм.

           2.6.1.3  Определение несущей  способности сваи

          Определим несущую способность сваи по грунту F_d.

Несущая способность забивной висячей сваи определяется в соответствии со СНиП 2.02.03-85 как сумма сил расчетных сопротивлений грунтов оснований под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле:

                  (2.2)

где g_c — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый g_c = 1;

R ― расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа (тс/м²), принимаемое по табл.1 СНиП 2.02.03-85  ( R_кр..=3100 кПа, R_ср.=3050 кПа, R_торц.=3300 кПа );

A — площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, или по площади сваи-оболочки нетто;

u — наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

f_i — расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа (тс/м²), принимаемое по табл.2 (7):

– для сечений крайней стены:

f₁=4,98 кПа;

f₂=8,5 кПа;

f₃=5,53 кПа;

f₄=35,7 кПа;

– для сечения средней стены:

f₁=4,42 кПа;

f_1а=8,5 кПа;

f₃=6,19к Па;

f₄=38,15 кПа;

– для сечений торцевой стены:

f₁=4,98 кПа;

f₂=8,5 кПа;

f₃=5,2 кПа;

f₄=36,75 кПа;

h_i — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м:

– для сечений крайней стены:

h₁=1,35 м;

h₂=2,0 м;

h₃=1,1 м;

h₄=1,25 кПа;

– для сечения средней стены:

h₁=1,15 м;

h₂=2,0 м;

h₃=1,3 м;

h₄=1,45 кПа;

– для сечений торцевой стены:

h₁=1,35 м;

h₂=2,0 м;

h₃=1,3 м;

f₄=1,0 кПа;

f₅=1,25 кПа;

g_cR g_cf — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл. 3 СНиП 2.02.03-85

Определяем несущую способность свай:

– для сечений крайней стены,сечение1-1:

– для сечений средней стены, сечение 2-2:

– для сечения торцевой стены, сечение 3-3:

2.6.1.4 Определение шага свай по длине ленточного фундамента

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту, определяется