Механіка грунтів, основи та фундаменти

          - площа стіни шириною 1 м і висотою 3,0 м

Знайдемо суму моментів горизонтальних вітрових зусиль відносно точки А ( точка на рівні відмітки землі: -0,200 м).

 або

де  – розрахункове вітрове навантаження на стіну і-го поверху, кН;

 – плече сили Wm відносно т.А, м;

 м – ширина будинку в осях А-В.

Отже,  кН

Визначимо нормативне зусилля Vn за формулою :

Vn = V /γfm = 3,62 /1,14= 3,18 кН.

Схема вітрового навантаження

2.5.          Збір навантаження на низ підошви фундаментів

2.5.1.  По розрізу 1-1.

а)      від вітрового навантаження

- нормативне:      N1n = Vn = 3,18 кН;

- розрахункове: N1 = V = 3,62 кН;

б)      від покриття :

- нормативне:      N2n = qn × A1 = 3,82 кН/м2×3 м2 = 11,46 кН;

- розрахункове: N2 = q× A1 = 4,42 кН/м2×3 м2 = 13,26 кН;

в)      від перекриття над І-ІІ поверхами :

- нормативне:      N3n = qn×A1×2 = 8,95 кН/м2×3 м2×2= 53,7 кН;

- розрахункове: N3 = q×A1×2 = 10,55 кН/м2×3 м2×2=63,3 кН;

г)       від перекриття над підвалом:

- нормативне:      N4n = qn × A1 = 8,96 кН/м2×3 м2= 26,88 кН;

- розрахункове: N4 = q× A1 = 10,48 кН/м2×3 м2= 31,44 кН;

д)      від цегляних стін та вікон:

- нормативне:      N5n = 1 м ×hбуд×(1-к)×bст×18 кН/м3 =1 м×11,7 м×(1-0,28)×0,51 м×18кН/м3 =77,33 кН+11,7 м×1 м×0,28×0,5кН/м2=79,0 кН;

- розрахункове: N5 = N5n × γfn = 79,0 кН×1,1 = 86,9 кН;

Сумарне навантаження:

-                      нормативне навантаження під підошвою фундаменту:

N = ΣNin = N1n+N2n + N3n + N4n +N5n = 3,18 + 11,46 + 53,7 + 26,88 + 79,0 = 174,2 кН

-                     розрахункове навантаження під підошвою фундаменту

N = ΣNi = N1 + N2 + N3 + N4 +N5 = 3,62 + 13,26 + 63,3 + 31,44 + 86,9=198,52 кН.

2.5.2.  По розрізу 2-2

а)      від покриття

- нормативне:      N1n = qn× A2 = 3,82 кН/м2×36 м2 = 137,52 кН;

- розрахункове: N1 = q× A2 = 4,42 кН/м2×36 м2 = 159,12 кН;

б)      від перекриття над І-ІІ поверхами :

- нормативне:      N2n = qn×A2×3 =8,95 кН/м2×36 м2×2=644,4 кН;

- розрахункове: N2 = q×A2×3 =10,55 кН/м2×36 м2×2=759,6 кН;

в)      від перекриття над підвалом:

- нормативне:      N3n = qn × A2 = 8,96 кН/м2×36 м2= 322,56 кН;

- розрахункове: N3 = q× A2 = 10,48 кН/м2×36 м2= 377,28 кН;

г)       від колон:

- нормативне:      N6n =qn=0,45 м×0,45 м×13,7 м×25 кН/м3 =69,4 кН;

- розрахункове: N6 = q = 69,4 кН × 1,1 = 76,3 кН;

Сумарне навантаження

-                      нормативне навантаження під підошвою фундаменту

N = ΣNin = N1n + N2n + N3n + N4n = 137,52 + 644,4 + 322,56 + 69,4 = 1173,9 кН.

-                     розрахункове навантаження під підошвою фундаменту

N = ΣNi = N1 + N2 + N3 = 159,12 + 759,6 + 377,28 + 76,3 = 1372,3 кН.

Cхема вантажних площ в перерізах

2.5.3. По розрізу 3-3

а)      від вітрового навантаження

- нормативне:      N1n = Vn = 3,18 кН;

- розрахункове: N1 = V = 3,62 кН;

б)      від стін та вікон

- нормативне:      N2n = 1 м ×hбуд×bст×18 кН/м3 =1 м×11,7 м×0,51 м×18кН/м3 =107,4 кН+11,7 м×1 м×0,5кН/м2=113,3 кН;

- розрахункове: N2 = N2n × γfn = 113,3 кН×1,1 = 124,6 кН;

Сумарне навантаження:

-                      нормативне навантаження під підошвою фундаменту

N = ΣNin = N1n + N2n =3,18 + 113,3 =116,5 кН.

-                     розрахункове навантаження під підошвою фундаменту

N = ΣNi = N1 + N2 = 3,62 + 124,6 = 128,2 кН.

3.                ВИЗНАЧЕННЯ ШИРИНИ ПІДОШВИ СТРІЧКОВОГО ФУНДАМЕНТУ

Як було визначено, закладання фундаменту повинно бути нижче глибини планувальної відмітки на 3,4…3,5 м. Попадаємо в 31 шар грунту, розрахунковий опір якого рівний 284 кПа Збірний стрічковий фундамент складається з фундаментних плит висотою 0,3 (0,4) м і стінових блоків висотою 0,58 м.

При підрахунку навантажень на фундамент дана споруда класифікується як споруда із жорсткою конструктивною схемою, тому вертикальна сила передається фундаменту без ексцентриситету. Горизонтальна сила від бокового тиску грунту на стінку підвалу, що сприймається перекриттям першого поверху і підлогою підвалу, в розрахунку не враховується.

3.1.          Визначення ширини підошви фундаменту в першому наближенні

3.1.1. По перерізу 1 – 1:

31 шар грунту:  м2  м

3.1.2. По перерізу 3 – 3

31 шар грунту:  м2  м

3.2.         Визначення розрахункового опору ґрунту

,

де b1 =0,8 м ; b3 = 0,54 м ; - ширина підошви фундаментів у відповідних перерізах;

kz = 1 ( при b < 10 м).

k = 1,1 - коефіцієнт, приймаємо, фізико-механічні характеристики прийняті згідно ДБН В.2.1- 10-2009 «Основи і фундаменти будівель та споруд».

В якості грунту основи під фундаменти приймаємо шар " 31 " - глина легка пилувата, напівтверда.

γc1 = 1,25 ; γc2 = 1,0 - коефіцієнти умов роботи за табл. Е.7 ДБН при

L / Н = 24/11,6 = 2,1 > 1,50,

γII = 17,85 кН/м3 - оcереднене розрахункове значення питомої ваги грунтів, залягаючих нище підошви фундаментів.

γ`II = 19,2 кН/м3 - оcереднене розрахункове значення питомої ваги грунтів , залягаючих вище підошви фундаментів.

db = 2 м - глибина підвалу;

d1(1) = 1,1 м ; d1(3) = 1,1 м: - глибини закладання фундаментів .

сII = 47 кПа;

φII = 18° ;

Мγ = 0,43 ; Мq = 2,73; Мс = 5,31 - коефіцієнти прийняті за табл. E.8 ДБН.

3.2.1.  Переріз 1 – 1

 кПа

Уточнене значення ширини підошви фундаменту:

 м2  м

Необхідна ширина підошви 0,5 м. Приймаємо плиту ФЛ10.12 з шириною 1,0 м, довжиною 1,18 м. Кількість плит n= L/l= 25,02/1,18=22 шт.

3.2.2.  Переріз 3 – 3:

 кПа

Уточнене значення ширини підошви фундаменту

 м2  м

Необхідна ширина підошви

0,32 м. Приймаємо плиту ФЛ8.12 з шириною 0,8 м, довжиною 1,18 м. Кількість плит n= L/l= 12,62/1,18=11 шт

4.                ВИЗНАЧЕННЯ ФУНДАМЕНТІВ ПІД КОЛОНИ

Мінімальна висота фундаменту під колони 1,5 м. Глибина закладання 4,1 м. Попадаємо в 31 шар грунту, розрахунковий опір якого рівний 284 кПа.

4.1.          Визначення параметрів фундаменту в першому наближенні.

4.1.1. По розрізу 2-2.

31 шар грунту

 м2

Приймаємо глибину закладання фундаменту 4,1 м.

Підошву фундаменту приймаємо 2,4х2,4 м (А = 5,76 м2)

4.1.2. Визначення розрахункового опору грунту

,

По розрізу 2-2

 кПа

Уточнене значення ширини підошви фундаменту:

 м2

Підошву фундаменту приймаємо 1,8х1,8 м (А =3,24 м2)

 кПа

5.                РОЗРАХУНОК ОСНОВИ ЗА ДЕФОРМАЦІЯМИ

5.1.          Позацентрово-стиснутий фундамент в перерізі 1-1.

Прийнято розміри підошви фундаменту 1 м

Перевірку правильності підібраних розмірів фундаменту проведемо за формулою

Gф = (0,6*0,58+1*0,3)×25=16,2 кН

Gгр = 0,86×19,2 =16,5 кН

Wу=b2/6=12/6=0,2 м3;

Сумарний момент відносно осі У рівний:

∑Му = M1гру- M2гру

де Мb- момент від бокового тиску вітру;

M1гру – момент від бокового тиску грунту;

M2гру – утримуючий момент від грунту над підошвою фундаменту.

Для визначення бокового тиску грунту додають ще нормативну величину навантаження на поверхні землі, яке рівне 10 кН/м.

Боковий тиск грунту зведемо до зосередженої сили

де hnp=q/γ – висота еквівалентного шару грунту

hnp=q/γ=10/19,2=0,52 м

l – крок колон

Визначимо момент від бокового тиску ґрунту

Визначимо момент від грунту над фундаментом

=Gгр×е=16,5×0,4=6,6 кНм

Отже, виконаємо перевірку правильності підібраних розмірів підошви фундаменту

 кПа

 кПа;  кПа;  кПа < R= 431,6 кПа

Схема фундаменту (Розріз 1-1)

5.2.         Центрально-стиснутий фундамент в перерізі 2-2.

Прийнято розміри підошви фундаменту 1,8х1,8 м (А = 3,24 м2)

Gф = (1,8×1,8×0,3+1,2×1,2×0,3+0,93)×25=53,3 кН

Gгр = 3,28×19,0 =62,3 кН

Виконаємо перевірку правильності підібраних розмірів підошви фундаменту:

Отже, умова виконується.

Схема фундаменту (Розріз 2-2)

5.3.         Позацентрово-стиснутий фундамент в перерізі 3-3.

Прийнято розміри підошви фундаменту 0,8 м

Перевірку правильності підібраних розмірів фундаменту проведемо за формулою

Gф = (0,6*0,58+0,8*0,4)×25=16,7 кН

Gгр = 0,51×19,0 =9,7 кН

Wу=b2/6=0,82/6=0,11 м3;

Сумарний момент відносно осі У рівний

∑Му = M1гру- M2гру

Боковий тиск грунту зведемо до зосередженої сили:

де hnp=q/γ – висота еквівалентного шару грунту

hnp=q/γ=10/19,2=0,52 м

l – крок колон

Визначимо момент від бокового тиску ґрунту

Визначимо момент від грунту над фундаментом:

=Gгр×е=9,7×0,35=3,4 кНм

Отже, виконаємо перевірку правильності підібраних розмірів підошви фундаменту

 кПа

 кПа;  кПа;  кПа < R= 429,3 кПа

Схема фундаменту (Розріз 3-3)

6.                РОЗРАХУНОК ОСАДКИ МЕТОДОМ ПОШАРОВОГО СУМУВАННЯ

Осадка основи " S " із використанням розрахункової схеми ДБН В.2.1-10-2009 «ОСНОВИ ТА ФУНДАМЕНТИ СПОРУД» визначається методом пошарового сумування за формулою :

S = β ∙ Σσzpi ∙ hi/Еi

Додаткові вертикальні напруження на глибині Z від підошви фундаменту

Вертикальне напруження від власної ваги грунту σzgі на границі шару, розміщеного на глибині z від підошви фундаменту:

де γі, hі – відповідно питома вага і товщина і-го шару грунту.

Нижня границя стискання приймається на глибині z=Hc , де виконується умова

σzp=0.2×σzg

6.1.          Визначення осадки фундаменту в 1 - 1.

=48,0 кПа

 кПа

σzp0= p0 - σzg0 = 206,9 - 48,0 = 158,9 кПа

hi = 0,4 х b = 0,4 х 1 = 0,4 м, приймаємо hi = 1,0 м, b = 1,0 м, z = 1,0 м,

η > 10 (стрічковий фундамент)

Визначаємо осадку фундаменту

 м <  м, що становить 13,0 % від

Розподілення вертикальних напружень під підошвою фундаменту в 1 – 1.

6.2.          Визначення осадки фундаменту в перерізі 2 - 2.

η = l/b=1,8/1,8=1

=78,4 кПа

 кПа

σzp0= p0 - σzg0 = 398,0 - 78,4 = 319,6 кПа

hi = 0,4 х b = 0,4 х 1,8 = 0,72 м,приймаємо hi = 1,0 м, b = 1,8 м, z = 1,0 м,

η = 1 (стовпчастий фундамент)

Визначаємо осадку фундаменту

 м <  м, що становить 29,6 % від

Розподілення вертикальних напружень під підошвою фундаменту в 2 – 2.

6.3.          Визначення осадки фундаменту в перерізі 3 - 3.

=88,3 кПа

 кПа

σzp0= p0 - σzg0 = 195,1 - 88,3 = 106,8 кПа

hi = 0,4 х b = 0,4 х 0,8 = 0,32 м, приймаємо hi = 1,0 м, b = 0,8 м, z = 1,0 м,

η > 10 (стрічковий фундамент)

Визначаємо осадку фундаменту:

 м <  м, що становить 6,3 % від

Розподілення вертикальних напружень під підошвою фундаменту в 3 – 3.

7.                РОЗРАХУНОК НЕСУЧОЇ ЗДАТНОСТІ В ПЕРЕРІЗІ 1 -1.

Розрахунок несучої здатності ґрунтів виконуємо, виходячи із умови :

F ≤ γcFu /γn

В перерізі 1-1 під підошвою фундаменту залягає шар грунту №31 - глина легка пилувата, напівтверда.

Сумарна вертикальна сила:

Fv = N + Gгр + Gф =  = 231,22 кН

Горизонтальне навантаження в даному випадку викликається тільки активним тиском грунту і знаходиться за формулою

Fh =

Коректуємо значення характеристик несучого грунта з врахуванням коефіцієнтів надійності по грунту γg(c) = 1,5; γg(φ) = 1,15

Умова виконується

Сили граничного тиску основи, визначається за формулою :

Nu = b'l' (Nγξγb'γI + Nqξqγ'I d + Nc ξccI)

де b' = b -2 · eb = 1 - 2 · 0,27 = 0,46 м

l` = l - 2 · e1 = 1 м

eb = M/N = 99,9 / 198,52 = 0,27

Коефіцієнт внутрішнього тертя грунту φI = 16°, δ =17

Nγ = 1,47, Nq = 4,64, Nс = 10,02.

Коефіцієнти форми фундаменту:

η = l`/b`=1/0,46=2,1

ξγ = (1-0,25)/ η = (1 – 0,25)/2,1 = 0,36,

ξq = (1 + 1,5)/ η = (1 + 1,5 )/2,1 = 1,2;

ξc = (1+0,3)/ η = (1 + 0,3 )/2,1 = 0,62;

Nu = 0,46·1· (1,47· 0,36·0,46·17,85 + 4,64·1,2·19,2·3,5 + 10,02·0,62·31,3)= 263,6 кН

Перевіряємо умову :

F = N = 198,52 кН < 0,9 · 263,6 /1,15 =206,3 кН.

Несуча здатність грунту основи - достатня.

8.                РОЗРАХУНОК ПАЛЕВОГО ФУНДАМЕНТУ

8.1.          В перерізі 1 -1

Залізобетонна паля заглиблена в шар №22 - пісок середньої крупності, однорідний, середньої щільності. Приймаємо палю марки С3 - 300 ( довжина l = 3 м, переріз b х h = 300 х 300 мм ). Бетон B20 , поздовжня арматура класу - 4Ø10 А400C.

Розрахунковий опір висячої палі по ґрунту знаходимо як суму опорів грунтів основи під нижнім закінченням палі та по її боковій поверхні за формулою

 Ра

де γс = 1,0 - коефіцієнт умов роботи палі;

R = 3500 кПа - розрахунковий опір грунту під нижнім кінцем палі залізобетонної;

А = 0,09 м2 - площа опирання на грунт палі, приймаємо за площею поперечного перерізу палі брутто;

u = 0,3 х 3 = 0,9 м ;

γсR = 1,0 ; γсf = 1,0

z1 = 3,0 м;   f1 = 41,5 кПа; h1 = 1,0 м;

z2 = 4,0 м; f2 = 45,5 кПа; h2 = 1,0 м;

z3 = 5,0 м; f3 = 48 кПа; h3 = 1,0 м;

Одну палю у складі фундаменту по несучій здатності грунтів основи розраховуємо, виходячи із умови

N<Fd/γk ;

де γк = 1,2 – коефіцієнт надійності згідно СНиП 2.02.03-85 ;

Визначимо необхідну кількість паль за формулою:

де Gp – вага ростверку;

Gгр – вага грунту над ростверком;

Gп – вага палі.

Gp=(0,6×0,4×1+0,6×0,58×1×5)×25=49,5 кН

Gп=0,3×0,3×1×3×25=6,75 кН

Приймаємо конструктивно 1 палю, крок паль 1/0,86=1,1 м

Ростверк 0,6х0,4

8.2.          В перерізі 2 - 2

Залізобетонна паля заглиблена в шар №30 - суглинок легкий пилуватий, твердий. Приймаємо палю марки С3 - 300 (довжина l = 3 м, переріз b х h =300 х 300 мм ). Бетон B20 , поздовжня арматура класу - 4Ø10 А400C.

Розрахунковий опір висячої палі по ґрунту знаходимо як суму опорів грунтів основи під нижнім закінченням палі та по її боковій поверхні за формулою :

 Ра

де γс = 1,0 - коефіцієнт умов роботи палі;

R = 6900 кПа - розрахунковий опір грунту під нижнім кінцем палі залізобетонної;

А = 0,09 м2 - площа опирання на грунт палі, приймаємо за площею поперечного перерізу палі брутто ;

u = 0,3 х 3 = 0,9 м ;

γсR = 1,0 ; γсf = 1,0

z1 = 4,25 м; f1 = 53,75 кПа;    h1 = 0,7 м;

z2 = 4,95 м;          f2 = 55,85 кПа;     h2 = 0,7 м;

z3 = 5,65 м;          f3 = 57,3 кПа;      h3 = 0,7 м;

z4 = 6,45 м;          f4 = 58,9 кПа;      h4 = 0,9 м;

Одну палю у складі фундаменту по несучій здатності грунтів основи розраховуємо, виходячи із умови :

N<Fd/γk ;

де γк = 1,2 – коефіцієнт надійності згідно СНиП 2.02.03-85 ;

Визначимо необхідну кількість паль за формулою:

де Gp – вага ростверку;

Gгр – вага грунту над ростверком;

Gп – вага палі.

Gp=(1,5×1,5×0,4+0,93)×25=40,7 кН

Gп=0,3×0,3×4×3×25=27,0 кН

Gгр=0,294×19=5,6 кН

Приймаємо конструктивно 4 палі

Ростверк 1,5х1,5

9.                СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Методичні вказівки до курсового проекту. Львів, 1999.

2. ДБН В.2.1-10-2009 «Основи та фундаменти споруд».

3. ДБН В.1.2-2:2006 «Навантаження і впливи».

4. Далматов Б. И. «Механика грунтов», 1984.

5. СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

Страницы: 1, 2