Расчетно-конструктивное проектирование 13-этажного сборно-монолитного жилого дома с помещениями общественного назначения

2 Расчетно-конструктивное проектирование

2.1 Инженерно-геологические и природные условия площадки строительства

Площадка строительства находится в Кировском районе г. Новосибирска, по улице Зорге 205/1.

Климатический район строительства — І В. Средняя годовая температура воздуха -0,6⁰С. Абсолютная максимальная температура воздуха падает на июль месяц и достигает +37⁰С, абсолютная минимальная падает на январь  и составляет- 51⁰С.Расчетная зимняя температура наружного воздуха - 39°С.

Нормативная снеговая нагрузка – 1,5 кПа (IV снеговой район ).

Нормативное давление ветра (III ветровой район ) – 0,38 кПа. Средняя скорость ветра зимой 5 м/с. Преобладающими ветрами в январе являются ветры южного, юго-западного и юго-восточного направлений со скоростью ветра за три самых холодных месяца – 3,9 м/с. В июле преобладающими являются ветры южных направлений, со средней скоростью за три самых жарких месяца –3,1м/с.

Зона влажности - сухая.

Нормативная глубина промерзания грунтов - 2,2 м.

Подземные воды на глубину бурения до 10 метров не вскрыты.

За относительную отметку 0.000 принята отметка верха плиты перекрытия подвала, что соответствует абсолютной отметке 124,00 м.

                                  Рисунок 2.1 Литологический разрез

2.2   Анализ инженерно-геологических условий площадки

Инженерно - геологические условия стройплощадки определены согласно инженерно-геологическим изысканиям, выполненным в 2003 году российским государственным проектно- изыскательским институтом «Росгипролес» (новосибирский филиал).

По исходным физико-механическим характеристикам грунта (плотность частиц, плотность грунта, природная влажность, влажность на границе раскатывания, влажность на границе текучести, угол внутреннего трения, удельная сила сцепления, модуль деформации) были рассчитаны следующие характеристики грунтов:

1) Плотность сухого грунта, т/м³:

        ρ= ρ/(1+ω),                                                                      (2.1)

где ρ - плотность грунта, г/см (т/см );

ω - влажность грунта.

2)Удельный вес грунта, кН/м³:

          γ = ρ∙g,                                                                              (2.2)

где g - ускорение свободного падения, g = 10 м/с.

3)Удельный вес твёрдых частиц грунта, кН/м³:

         γ=ρ∙g,                                                                              (2.3)

где ρ_s - плотность твёрдых частиц грунта, г/см (т/м ).

4)Удельный вес сухого грунта, кН/м³:

         γ  = ρ∙g,                                                                           (2.4)

где ρ- плотность в сухом состоянии, г/см (т/м ).

5)Коэффициент пористости грунта:

          e = - 1.                                                                                       (2.5)

6)Пористость грунта:

           n = .                                                                            (2.6)

7) Объем минеральных частиц в объеме грунта:

         m = .                                                                            (2.7)

8) Полная влагоемкость грунта:

         ,                                                                             (2.8)

где -удельный вес воды, =10 кН/м³

9)Число пластичности:

          I = ω - ω,                                                                           (2.9)

где ω- влажность на границе текучести;

ω- влажность на границе раскатывания.

10)Показатель текучести:

        I_L = ,                                                                        (2.10)

где ω - природная влажность;

ω- влажность на границе текучести;

ω- влажность на границе раскатывания.

11) Степень влажности:

              S_r=,                                                                         (2.11)

где γ_s и γ_ω - удельные веса частиц грунта и воды, кН/м³.

Результаты расчета физико - механических характеристик сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1Сводная инженерно-геологическая таблица с физико-механическими

 характеристиками грунтов

Наименование показателя	Ед. изм.	Номер слоя
		2	2а	2б	3
Влажность природная	д. е.	0,18	0,19	0,24	0,26
Влажность на границе текучести	д. е.	0,33	0,31	0,26	-
Влажность на границе раскатывания	д. е.	0,2	0,2	0,18	-
Плотность грунта	г/см	1,57	1,67	1,91	1,98
Плотность частиц грунта	г/см	2,72	2,72	2,72	2,67
Плотность сухого грунта	г/см	1,34	1,41	1,53	1,80
Удельный вес грунта	кН/м3	15,7	16,7	19,1	19,8

Продолжение таблицы2.1

Наименование показателя	Ед. изм.	Номер слоя
		2	2а	2б	3
Удельный вес твердых частиц грунта	кН/м3	27,2	27,2	27,2	26,7
Удельный вес сухого грунта	кН/м3	13,4	14,1	15,3	15,7
Коэффициент пористости	д. е.	1,03	0,929	0,766	0,7
Пористость грунта	%	50,7	48,2	43,4	41
Объем минеральных частиц в объеме грунта	д. е.	0,49	0,52	0,57	0,59
Полная влагоемкость грунта	д. е.	0,38	0,34	0,28	0,26
Степень влажности	д. е.	0,48	0,56	0,852	1
Число пластичности	д. е.	0,13	0,11	0,08	-
Показатель текучести	д. е.	-0,15	-0,09	0,75	-
Удельное сцепление	кПа	45/18	36/17	28/18	15
Угол внутреннего трения	Град.	23/16	24/16	18/14	32
Модуль деформации	МПа	8/3	7/4	7/6	15
Относительная просадочность при Р=0,3 МПа	д. е.	0,068	0,028	-	-

Примечание: в числителе приведены значения при естественной влажности грунта, в знаменателе - в водонасыщенном состоянии

Классификация грунтов.

1. По числу пластичности:

ИГЭ-2-суглинок, I=13% (7< I≤17);

ИГЭ-2а-суглинок, I=11%;

ИГЭ-2б- суглинок, I= 8%.

2. По консистенции:

ИГЭ-2- при I_L < 0 суглинок твердый;

ИГЭ-2а - при I_L < 0 суглинок твердый;

ИГЭ-2б – при 0,5 < I ≤ 0,75 суглинок мягкопластичный.

3. По предварительной оценке на просадочность.

При предварительной оценке к просадочным обычно относятся грунты со степенью влажности S≤0,8, для которых величина показателя I= ,                                           (2.12)

где е - коэффициент пористости природного грунта;

 - коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести,

,                                                                 (2.13)

где ω- влажность на границе текучести;

ρ_s - плотность твёрдых частиц грунта, г/см;

ρ - плотность воды, г/см.

ИГЭ-2 – = 0,898;

I= = - 0,07 ≤ 0,17, грунт просадочный;

ИГЭ-2а - I=- 0,04, грунт просадочный;

ИГЭ-2б – грунт не просадочный, так как S=0,852;

ИГЭ-3 – грунт не просадочный, так как S=1.

4. По предварительной оценки по набуханию:

По предварительной оценки к набухающим от замачивания водой относятся грунты, для которых значение показателя I≥ 0,3, следовательно,грунты слоев 2 и 2а не набухающие.

5. По степени водонасыщения:

ИГЭ-2 - S= 0,48 < 0,5, грунт маловлажный;

ИГЭ-2а - S= 0,53> 0,5, грунт влажный;

ИГЭ-2б - S= 0,82 > 0,8 –грунт насыщенный водой;

ИГЭ-3 - S= 1 > 0,8 –грунт насыщенный водой.

6. По сжимаемости:

ИГЭ-2 - 5< Е= 8<20 МПа – грунт среднесжимаемый;

ИГЭ-2а -5< Е= 7<20 МПа – грунт среднесжимаемый;

ИГЭ-2б -5< Е= 7<20 МПа – грунт среднесжимаемый;

ИГЭ-3 -5< Е= 15<20 МПа – грунт среднесжимаемый.

7. По плотности сложения:

e = 0,7- средней плотности.     

В результате проведенного анализа были выделены следующие инженерно – геологические элементы:

ИГЭ- 1- Почвенно- растительный слой с корнями деревьев, мощностью 0,3 м;

ИГЭ- 2- Суглинок лессовый, тяжелый, пылеватый, малой степени водонасыщения, твердый, ненабухающий, просадочный, мощностью 1,7- 2,7 м. залегает в верхней части разреза до глубины 2- 3 м.;

ИГЭ- 2а- Суглинок лессовый, легкий, пылеватый, средней степени водонасыщения, твердый ненабухающий, просадочный, слагает среднюю часть разреза, мощность слоя 4 м.;

ИГЭ- 2б- Суглинок  лессовый, легкий пылеватый, насыщенный водой, мягкопластичный, непросадочный, вскрытая мощность слоя 3 м.

ИГЭ-3- Песок мелкий, средней плотности, светло-бурый, насыщенный водой, незасоленный, без примеси органических веществ, мощность слоя 4 м.

Вывод: в данных геологических условиях рассмотрим два варианта, фундамент мелкого заложения –ленточный и свайный фундамент.

2.3 Сбор нагрузок

Схема ленточного фундамента и расчетные сечения изображены на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 Схема ленточного фундамента

     Таблица 2.2 Сбор нагрузок

№ п/п	Вид нагрузки	Нормативная  нагрузка, кН/м	Коэффициент надежности-	Расчетная нагрузка кН/м
Нагрузка от покрытия:
1	Асбестоцементые волнистые листы	0,16	1,1	0,176
2	Настил δ= 0,025 м., γ= 500 кгс/м	0,125	1,1	0,138
3	Собственный вес стропил: 0,1∙0,2∙600=12 кгс/м2	0,12	1,1	0,132
4	Снеговая нагрузка (IV р-н)	2,4	1,4	3,36
	ИТОГО:	2,805		3,81
Расчетная нагрузка с учетом наклона кровли 30 q=q∙l/2=3,81∙6,93/2				13,19 кН/пм
Нагрузка на чердачное перекрытие:
1	Ж/б пустотелая плита	2,0	1,1	2,2
2	2 слоя рубероида	0,1	1,3	0,13
3	Утеплитель δ= 160 мм., γ= 6 кН/м	0,96	1,3	1,25
4	Временная нагрузка	0,75	1,4	1,05
	ИТОГО:	3,81		4,63
Нагрузка на 1 м междуэтажного перекрытия:
1	Конструкция пола	1,13	1,3	1,469
2	Ж/б плита	2,0	1,1	2,2
3	Временная нагрузка	2,0	1,0	2,0
4	Нагрузка от перегородок	0,75	1,2	0,9
	ИТОГО:	5,88		6,569
Нагрузка от покрытия на хранилище:
1	Грунт со шлаком δ= 450 мм., γ= 6 кН/м	2,7	1,3	3,51
2	3 слоя рубероида	0,15	1,3	0,195
3	Цементно-песчаная стяжка δ=30мм, γ= 18 кН/м	0,54	1,3	0,702
4	Утеплитель δ= 200 мм., γ= 6 кН/м	1,2	1,3	1,56
5	Ж/б плита	2,7	1,1	2,97
6	Снеговая нагрузка S= =Sμ= 2,4∙2,9=6,96кН/м, μ=2∙h/S= 2∙3,5/2,4= 2,9	4,87	1,4	6,96
	ИТОГО:	12,16		15,897

Сбор нагрузок на расчетные участки.

Сечение 1-1

1. от чердачного перекрытия: 4,63∙3= 13,89 кН;

2. от междуэтажного перекрытия: 6,569∙3∙3= 59,12 кН;

3. от покрытия кровли: 13,19 кН;

4. вес кладки (δ=0,63+0,02) с отм. -1,2 до отм. 10,5: 0,65∙11,7∙18∙1,1= 150,6кН;

5. вес утеплителя δ=130мм, γ= 0,4 кН/м с отм. -1,6 до отм. 9,8: 1,4∙0,13∙0,4∙1,3=0,77кН.

ИТОГО: 13,89+59,12+13,19+150,6+0,77= 238кН.

Сечение 2-2

1. от чердачного перекрытия: 4,63∙6=27,78кН;

2. от междуэтажных перекрытий: 6,569∙6∙3= 118,24кН;

3. от покрытия кровли: 13,19∙2=26,38кН;

4. вес кладки (δ=0,38+2∙0,02)  с  отм. -1,9 до отм. 10,5: 12,4∙0,42∙18∙1,1=103,12кН;

ИТОГО:27,78+118,24+26,38+103,12=275,5кН

Сечение 3-3

1. вес кладки (δ=0,63+0,02) с отм. -1,2 до отм.10,5: 0,65∙18∙1,1∙11,7=150,58кН;

2. вес утеплителя δ=130мм, γ= 0,4 кН/м с отм. -1,6 до отм. 9,8: 11,4∙0,13∙0,4∙1,3=0,77кН

ИТОГО:150,58+0,77=151,35кН.

Сечение 4-4

1. от покрытия на хранилище: 15,897∙2,85=45,31кН;

2. вес кладки с отм. -0,48 до отм.3,4: 0,65∙3,88∙18∙1,1=49,94кН;

3. вес кладки с отм. -1,9 до отм.-0,48: 0,772∙1,42∙18∙1,1=21,7кН

ИТОГО:45,31+49,94+21,7=116,95кН.

2.4 Расчет ленточного фундамента

2.4.1 Назначение глубины заложения подошвы фундамента

Расчётная глубина сезонного промерзания определяется по формуле (3) [5].

d_f = k_h∙d_fn,                                                                        (2.14)

где k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимается по табл. 1 [5] k_n = 0,5;

d_fn = 2,2 м.-нормативная глубина промерзания г. Новосибирска по статистическим данным.

d_f= 0,5∙2,2 = 1,1м.

По условию недопущения морозного пучения по табл. 2 [5] для суглинка с I < 0,25 глубину заложения фундамента следует принимать не менее 0,5 d_f, те есть не менее 0,55м.

Конструктивная глубина заложения фундамента от уровня природного рельефа -1,2 м равна  3+0,4-1,2=2,2м, для фундаментной подушки, высотой 0,3м и d =3+0,6-1,2=2,4м для фундаментной подушки, высотой 0,5м.

Из найденных значений глубины заложения выбираем большую