Расчет надземной части здания (каркаса) и фундамента (суммарная нагрузка на фундамент - 174627 кПа)

2 ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

КОНСТРУКЦИЙ

2.1 Исходные данные для экспертизы и проектирования

Место строительства: г. Новосибирск.

В соответствии с номенклатурой грунтов по ГОСТ 25100-95, учитывая требования ГОСТ 20522-96 и генетические особенности грунтов, в разрезе исследуемой площадки до глубины 25,2 м. выделено 6 инженерно-геологических слоёв (элементов)-ИГЭ:

ИГЭ-7 - суглинок тяжелый пылеватый средней степени водонасыщения тугопластичный непросадочный незасоленный, мощностью 1,4 – 1,5 м.;

ИГЭ-2 – суглинок тяжелый пылеватый насыщенный водой текучий с примесью органических веществ незасоленный с прослоями текучепластичного и мягкопластичного, мощностью 7,3 – 8,8 м.;

ИГЭ-3 – супесь пылеватая насыщенная водой пластичная незасоленная, мощностью 5,7 – 6,0 м.;

ИГЭ-4 - суглинок тяжелый пылеватый насыщеный водой мягкопластичный с примесью органических веществ незасоленный, мощностью 6,3 – 7,0 м.;

ИГЭ-5 – супесь пылеватая насыщенная водой пластичная незасоленная с прослоями текучей и песка, мощностью 5,7 – 6,0 м.;

ИГЭ-6 – песок пылеватый неоднородный плотный насыщенный водой незасоленный, мощностью 2,0 – 4,5 м.

Подземные воды на период изысканий зафиксированы на глубине 4.5 м. на отметке 119,630-120,030. Грунты сильнопучинистые.

Для предотвращения выхода подземных вод на поверхность котлована необходимо устроить дренажные ямы. Так как грунты сильнопучинистые, под фундаментную плиту с отметки дна котлована – 120,900 до отметки низа подготовки -121,750 выполнить подушку толщиной 850 мм. из гранитной дресвяно-щебеночной смеси оптимального зернового состава фракции 20-40 мм., с коэффициентом стандартного уплотнения не менее 0,98. Вынос подушки с расчетной толщиной за края плиты (по низу) не менее 1500 мм. Подушку отсыпать послойно толщиной 20-30 см с механическим уплотнением до характеристик: R=5кг/см², φ=40⁰, Е=40 МПа.

Рисунок 2.1-Геологический разрез

Таблица 2.1 – Характеристики  грунтов

Номер ИГЭ	Наименование	Удельный вес, кН/м3	Модуль деформации, МПа
1	Щебень	22	40
2	Суглинок  лег. тк. сух.	18.2	6.3
3	Суглинок  лег. тк.	18.2	6.3
4	Супесь  пл. чис.	19.6	11.6
5	Суглинок  т. мпл.	19.4	10.2
6	Супесь  пл. прсл.	19.5	22.1
7	Суглинок  тгп.	17.3	4.1

Рисунок 2.2 – Разрез 1-1

Для расчета фундамента используются нагрузки, полученные в результате расчета надземной части здания (каркаса) и приложенные к фундаменту. Расчет произведен в программе МОНОМАХ (Приложение 1). Суммарная нагрузка на фундамент: N=174627 кПа.

Для разработки принимаем фундаментную плиту толщиной 0,85 м, шириной b=18,5 м, длиной L=58,5 м. Материал – бетон В15.

Проверка подстилающего слоя:

Так как в пределах сжимаемой толщи основания находится слой грунта меньшей прочности, чем выше лежащий слой, должно соблюдаться условие:

                                         +≤R_Z;                                       (2.1)

где    и - вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента соответственно дополнительное от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта, кПа;

R_Z – расчетное сопротивление грунта пониженной прочности (суглинок) на глубине z, кПа для условного фундамента шириной b_z, м, равной:

                                          b_z=(√A_z+a²)-a;                                          (2.2)

где    A_z= N / ;

         a=(l-b)/2;

здесь N - вертикальная нагрузка на основание от фундамента;

l и b-соответственно длина и ширина фундамента.

Для слоя ИГЭ-2:

a=(58,5-18,5)/2=20м;

; при h=0,85м, α=0,99;                                                            (2.3)

=0,99*182,65=180,8 кПа;

=+γ*h= γ*d+ γ*h=48,33+22*0,85=67,03кПа;                      (2.4)

A_z=174627/108,8=1605м²;

b_z=(√1605+20²)-20=24,7м;

R_z=[M_y*k_z*b_z*γ_II+M_q*d₁*γ_II+(M_q-1)*d_b*γ^'_II+M_c*c_II]                  (2.5)

где    g_с1 =1,2,  g_с2 =1,25; k =1; М_g=0,43, М_q=2,73, M_c=5,31;

k_z - коэффициент, принимаемый равным:

при b ≥ 10 м - k_z = z₀/b_z+0,2;

k_z=8/24,7+0,2=0,52;

g_II -осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³ (тс/м³);

g_II=18,98 кН/м³;

g^/_II=19,2 кН/м³;

с_II =40;

d₁=0,85м;

d_b = 1,85 м;

    180,8+65,41 =246,2кПа≤ 1007,95кПа проверка выполняется.

Для слоя ИГЭ-5:

a=(58,5-18,5)/2=20м;

; при h=14,15м, α=0,654;                                                            (2.3)

=0,654*182,65=119,45 кПа;

=+γ*h= γ*d+ ∑γ*h=48,33+266,58=314,91кПа;                  (2.4)

A_z=174627/108,8=1605м²;

b_z=(√1605+20²)-20=24,7м;

R_z=[M_y*k_z*b_z*γ_II+M_q*d₁*γ_II+(M_q-1)*d_b*γ^'_II+M_c*c_II]                  (2.5)

где    g_с1 =1,4,  g_с2 =1,4; k =1; М_g=0,61, М_q=3,44, M_c=6,04;

k_z - коэффициент, принимаемый равным:

при b ≥ 10 м - k_z = z₀/b_z+0,2;

k_z=8/24,7+0,2=0,52;

g_II=19,4 кН/м³;

g^/_II=19,06 кН/м³;

с_II =11;

d₁=0,85м;

d_b = 1,85 м;

119,45+314,91=434,36кПа≤ 2590,41кПа проверка выполняется.

2.2 Расчет принятого варианта

Среднее давление под подошвой фундамента Р_ср не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, кПа, определяемого по формуле:

R=[M_y*k_z*b*γ_II+M_q*d₁*γ_II+(M_q-1)*d_b*γ^'_II+M_c*c_II]( 2.6)

где    g_с1 и g_с2 - коэффициенты, условий работы, принимаемые по таблице 3 СНиП 2.02.01-83*;

k  - коэффициент, принимаемый равным: k₁ = 1, если прочностные характеристики грунта (j и с) определены непосредственными испытаниями;

М_g , М_q, M_c  - коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиП 2.02.01-83*;

М_g=2,46, М_q=10,85 M_c=11,73;

k_z - коэффициент, принимаемый равным:

при b ≥ 10 м - k_z = z₀/b+0,2;

k_z=8/18,5 +0,2=0,63;

b=18,5 м - ширина подошвы фундамента;

g_II -осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³ (тс/м³);

g_II=19,48 кН/м³;

g^/_II - то же, залегающих выше подошвы;

g^/_II=17,75 кН/м³;

с_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м²);

d₁ - приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, примем d₁=0.85 м;

d_b -глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, d_b=1,85 м ;

         Определяем расчетную нагрузку на основание:

Р_ср=174627/1082,25+25×0,85=182,65 кПа.                                        

Р_ср =182,65 кПа ≤ R=1105 кПа – проверка выполняется.

Определяем осадку фундамента методом послойного суммирования.

Графические построения можно видеть на рисунке 2.3.

= γ*d=17,3*2,7=46,71 кН/м²;                                                 (2.7)

- вертикальное нормальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;

=+γ*h.                                                                          (2.8)

- дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки