Проектирование фундаментов сборочного цеха

Определяем площадь подошвы фундамента в плане по формуле

А=Nn/(R0-gср*dр),

где Nn – расчётная нагрузка по обрезу фундамента, кН;

R0 – расчётное сопротивление грунта основания, кПа;

gср – среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах (принимаем gср=20 кН/м3);

dр – глубина заложения фундамента, м.

А= 17.7 м2

Ширина квадратного фундамента определяется по формуле b=ÖA=Ö17.7=4.2 м

Определяем расчётное сопротивление грунта

R=(gc1gc2 /k)*(Mg*kz*b*g||+Mq*dp*g||‘+(Mq-1)*dn*g||‘+Mc*c||),

При вычислении R значения характеристик j||, g||,с|| и коэффициентов gc1, gc2 принимаем для слоя грунта, находящегося под подошвой фундамента до глубины zr=0.5b=0.5*4.2=2.1м.

gc1, gc2 – коэффициенты условий работы (табл. В.1[8]):

gc1 =1.1 - для песка; gc2 =1.0;

Mg, Mq,Mc – коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения (табл. 2):

j|| = 28,8° по табл. 16[3]:Mg= 1.046, Mq=5.184, Mc=7.611

kz – коэффициент, принимаемый равным 1 при bÐ10м;

k = 1.1 – коэффициент надёжности, т.к. значения j и с приняты по таблицам;

g|| - осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м3 с учётом взвешивающего действия воды.

gвзв =(gs - gw)/(1+ei),

где еi – коэффициент пористости i-го слоя; gsi – удельный вес частиц грунта i-го слоя, кН/м3; gw = 10 кН/м3 – удельный вес воды.

gвзв =(26.6– 10.0) / (1+0.68) =9,88 кН/м3

g|| =10.56 кН/м3

c|| - расчётное значение удельного сцепления грунта: c|| = 3,4 кПа;

g||‘ – расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м3:

g||‘ =16.53 кН/м3

d1 –глубина заложения, м: d1 =1.85 м

R= (1.046*1*4.2*10.56+ 5.184*1.85*16.35+ 7.611 *3.4) =234.5 кПа

Ширина подошвы фундамента

b= 2.4 м

Уточняем значение R при b= 2.4 м и zr=0.5b=0.5*2.4=1.2 м.

g|| =11.07 кН/м3

R= (1.046*1*2.4*11.07+ 5.184*1.85*16.35+ 7.611 *3.4) =215.6 кПа

Ширина подошвы фундамента

b= 2.5 м

Уточняем значение R при b= 2.5 м и zr=0.5b=0.5*2.5=1.25 м.

g|| =11.02 кН/м3

R= (1.046*1*2.5*11.02+ 5.184*1.85*16.35+ 7.611 *3.4) =216.7 кПа

Вычисленное значение R отличается от предыдущего менее чем на 5% (0.5%).

Следовательно, далее уточнение размеров производить не требуется.

Окончательно принимаем b=2.5 м.

Определяем схему загружения фундамента. Определяем эксцентриситет

е =0,07м

Т.к. е=0.07 м<b/30=2,5/30=0.083 м, то размеры фундамента определяем как для центрально загруженного фундамента, т.е. будет квадратным в плане.

Принимаем l =2.5 м

Проверяем выполнение условий

Рmax= N|| /A+ gср*dр+ SM|| /W £ 1.2R,

Pmin= N|| /A+gср*dр- SM|| /W> 0

Рmax =+ 20*1.85+= 253,2кПа £ 1.2*216,7=260кПа

W=b*l2 / 6= 2.5*2.52 / 6= 2.6м3

Рmin=+ 20*1.85 - = 177.6кПа > 0

Рср =+ 20*1.85= 215.4кПа < 216.7кПа (0.6%)

Условие выполняется.

3.1.3 Конструирование тела фундамента

Принимаем конструкцию стаканного типа с подколонником. Толщину стенок стакана назначаем по верху 225 мм, что больше 150 мм для фундаментов с армированной частью.

Зазор между колонной и стаканом 75 мм. Т.к. размеры колонны в плане 0.6х0.4 м, то размеры подколонника в плане ℓcf = 600+2*225+ 2*75= 1200 мм

bcf =400+2*225+ 2*75= 1000 мм

Глубину стакана назначаем 650 мм.

Вынос ступени: С1 =(ℓ - ℓcf)/ 2= (2.5 – 1,2)/ 2= 0.65 м

С2 =(b - bcf)/ 2= (2.5 – 1.0)/ 2= 0.75 м

Принимаем 2 ступени высотой 0,3 м.

Конструкция тела фундамента см. рис. 3.1.2.

3.1.4 Расчёт фундаментов по деформациям

Расчёт осадки фундамента производится исходя из условия:S £ Su, где S – величина конечной осадки отдельного фундамента, определяемая расчётом, см; Su- предельная величина осадки основания фундаментов зданий и сооружений, см (по табл. Б.1, п. 1 [7] Su =8 см).

Для определения осадки фундамента составляем схему, показанную на рис. 3.1.3.

Для расчёта используем метод послойного суммирования. Определяем вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе слоёв в характерных горизонтальных плоскостях по формуле:

szg= Sgi*hi,

где gI – удельный вес грунта i-го слоя, кН/м3; hi – толщина i-го слоя грунта, м.

На подошве 1 слоя

szg2 =1.5*18.2= 27.3 кПа

На подошве фундамента szg0 =27.3+ 0.25*19.4= 32.15 кПа

На подошве WL

szgwl =32.15+ 0.15*9.88= 35.06 кПа

На подошве 2 слоя с учётом взвешивающего действия воды gвзв = 9.88 кН/м3

szg3=35.06+ 4.6*9.88= 80.51 кПа

На подошве 3 слоя с учётом взвешивающего действия воды

gвзв =(26.5– 10.0) / (1+0.69) =9.76 кН/м3

Определяем дополнительное вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента

szp0 =Рср - szg1 = 215.4 – 32.15 = 183.25 кПа

Толщу грунта мощностью (4 – 6)b =10 - 15 м разбиваем на слои толщиной h=0.4b=0.4*2.5=1.0 м.

Строим эпюру распределения дополнительных вертикальных напряжений в грунте по формуле:

szpi = a*szp0,

где a - коэффициент, учитывающий изменение дополнительного вертикального напряжения по глубине (по табл. 24 [ 2]).

Строим эпюру szgi. Вычисления ведём до соблюдения условия: 0.2szg = szp

Осадку каждого слоя основания определяем по формуле:

S= b*szpicp * hi / Ei,

где b = 0.8 – безразмерный коэффициент для всех видов грунтов; szpicp – среднее дополнительное вертикальное напряжение в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней и нижней границах i-го слоя толщиной hi, кПа; Еi – модуль деформации i-го слоя, кПа.

Таблица 3.          К расчёту осадок.(соотношение h = ℓ / b =1.0)

Проверяем условие S Si= 2.09см < Su = 8см

Условие выполняется, т.е. деформации основания меньше допустимых.

3.1.5 Расчёт фундаментов по несущей способности

Расчёт фундаментов по прочности производится на расчётные усилия: N=1115*1.35=1505.25 кН, M = 64.0*1.35=86.4 кНм, Q = 23.0*1.35 = 31.05 кН.

При расчёте тела фундамента по несущей способности вводим коэффициент условий работы gс = 1.5.

Принимаем бетон класса С 30/37: fcd = 30/1.5 =20 МПа; fck = 30 МПа;

fcfd = 0.21*fck2/3 / gc= =0.21*302/3 / 1.5 =1.35 МПа.

Расчёт фундамента на продавливание производим из условия, чтобы действующие усилия были восприняты бетоном фундамента без установки поперечной арматуры.

Проверяем условие hcf< (ℓcf - ℓc) / 2

0.25 м < (1.2 - 0.6) / 2=0.3 м

Продавливание фундамента может произойти от низа колонны. Проверяем прочность фундамента на продавливание.

F £ fcfd*d*bm*k,

где F – расчётная продавливающая сила, кН;

k – коэффициент, принимаемый равным 1;

fcfd – расчётное сопротивление бетона растяжению, кН/м3;

bm – определяется по формуле:

bm = buc + d;

buc – ширина подколонника, м;

d– рабочая высота плитной части, м.

bm = 1 + 0.52 = 1.52м; d= 0.6 – 0.08=0.52 м.

Продавливающая сила

F = A0 * Pmax,

A0 = 0.5b (ℓ - ℓuc -2d) – 0.25 (b – buc – 2d)2

A0 = 0.5*2,5*(2.5 – 1.2 – 2*0.52) – 0.25*(2,5 – 1.0 – 2*0.52)2 =0.27м2

Pmax =Ni / A *(1±6*e/l)

Pmax =  + =274.0 кПа

Pmin =  - =207.7 кПа

где е – эксцентриситет силы, определяемый по формуле:

е= М| /N|= 86.4 / 1505.25 = 0.06 м

F= 0.27* 274.0= 74.56 кН

74.56 кН < 1.35*103*0.52*1*1.52 =1067 кН

Условие выполняется.

Принятая высота плитной части фундамента достаточна.

Аналогично проверяем прочность нижней ступени на продавливание.

F £ fcfd*d1*bm,

A0 = 0.5*2,5*(2.5 – 1.8– 2*0.22) – 0.25*(2,5 – 1.7 – 2*0.22)2 =0.29 м2

F= 0.29* 274.0= 80.18 кН

80.18 кН < 1.35*103*0.22*1*1.22 =362.34 кН

Условие выполняется. Прочность нижней ступени на продавливание обеспечена.

По прочности на раскалывание фундаменты проверяются от действия нормальной силы в сечении у обреза фундамента. Выбор расчётной формулы осуществляется по условию:

bc / hc < Afb / Afl,

где bc, hc – размеры сечения колонны, м;

Afb, Afl – площади вертикальных сечений фундамента в плоскостях, проходящих по осям колонны параллельно сторонам l и b подошвы фундамента, за вычетом площади сечения стакана, м2.

Afb = 0.9*1.0 + 0.3*1.7+ 0.3*2,5 – 0.5*0.45*(0.5+0.55) = 1.9 м2

Afl = 0.9*1.2 + 0.3*1.8+ 0.3*2.5 – 0.5*0.65*(0.7+0.75) = 1.9 м2

0.4 / 0.6 = 0.67< 1.9/1.9 =1

Расчёт ведём по формуле:

N £ (1+bc / lc)*m’*gc*Afl*fcfd,

где m’ – коэффициент трения бетона по бетону, принимаемый равным 0.7;

gc – коэффициент условий работы фундамента в грунте, принимаемый равным 1.3.

1505.25 кН < (1+0.4 / 0.6)*0.7*1.3*1.9*1.35*103 =3888 кН

Условие выполняется. Принятая высота плитной части фундамента достаточна. Рассчитываем рабочую арматуру плитной части фундамента.

Расчётный изгибающий момент в сечении 1-1

М1 =(b*(l-luc)2*(P1 + 2Pmax)) / 24,

P1 = 264.7 кПа – давление грунта в сечении 1-1

М = (2,5*(2.5 – 1.2)2*(264.7 + 2*274.0)) / 24 = 143.1 кНм

Расчётный изгибающий момент в сечении 2-2.

М2 = (2,5*(2.5 – 1.8)2*(256.8+ 2*274.0)) / 24 =41.08 кНм

Расчётный изгибающий момент в сечении 3-3

М3 =(P*l*(b – buc)2) / 8,

М3 = (240.85* 2.5* (2,5 – 1.0)2) / 8 = 169.35 кНм

Расчётный изгибающий момент в сечении 4-4

М4 = (240.85* 2.5* (2,5– 1.7)2) / 8 = 48.2кНм

Определяем площадь сечения арматуры

Asf = M / a*fyd*J

J = 0.5 + Ö (0.25 - am/c0)

am= M / a*fcd*b*d2

a, c0 – принимаем по таблице 6.6 [ 9 ]: a = 0.85, с0 = 1.947

fyd – расчётное сопротивление арматуры при растяжении, МПа (принимаем арматуру класса S 400 fyd =365 МПа)

- в сечении 1-1

am= 143.08/ 0.85*13.3*103*2.5*0.522 = 0.021

J = 0.5 + Ö (0.25 – 0.021 / 1.947) =0.989

Asf = 143.08/ 0.85*365*103*0.989 = 4.66 см2

- в сечении 2-2

am= 41.08/ 0.85*13.3*103*2.5*0.222 = 0.034

J = 0.5 + Ö (0.25 – 0.034 / 1.947) =0.982

Asf = 41.08 / 0.85*365*103*0.982= 1,35 см2

- в сечении 3-3

am= 169.35 / 0.85*13.3*103*2.5*0.522 =0.025

J = 0.5 + Ö (0.25 – 0.025/ 1.947) =0.987

Asf = 169.35/ 0.85*365*103*0.987= 5.53 см2

- в сечении 4-4

am= 48.17/ 0.85*13.3*103*2.5*0.222 = 0.040

J = 0.5 + Ö (0.25 – 0.040/ 1.947) =0.979

Asf = 48.17/ 0.85*365*103*0.979= 1.59 см2

По максимальным значениям площади арматуры в каждом из направлений принимаем Ш10 S 400 с шагом 200 мм

As = 0.785*13=10.21 см2 ³ 5.53 см2.

Продольную арматуру подколонника назначают в соответствии с конструктивными требованиями в количестве не менее 0.05% от площади поперечного сечения подколонника или из условия сжатия бетона подколонника. Площадь продольной арматуры определяем в сечениях 1-1, 2-2 (рис. 14). Коробчатое сечение 1-1 приводим к двутавровому. Определяем в сечении изгибающий момент и продольную силу.

М = М1 + Q1*h1,

N = N1 + Gf

где Gf – нагрузка от веса подколонника на уровне торца колонны

Gf = h*bf*h1*g*g1*gn,

g - удельный вес тяжелого бетона,g =25 кН/м3; gn – коэффициент надёжности по назначению, gn =0.95; g1 – коэффициент надёжности по нагрузке, g1 = 1.1

М = 86.4+ 31.05* 0.65 =106.58 кНм

Gf =1.2*1.2*0.65*25*0.95*1.1 = 24.45 кН

N = 1505.25+ 24.45 = 1529.7 кН

Определяем эксцентриситет е0 = М / N =106.58 / 1529.7 =0.07 м

е0 =0.07 м < hc / 2 = 0.6 / 2 =0.3 м

Проверяем условие: N < fcd *bf *hf,

где fcd – расчётное сопротивление бетона на растяжение, МПа.

1529.7 кН < 13.3*103*1.2*0.25 =3990 кН

Условие соблюдается, следовательно, нейтральная ось проходит в пределах полки, т.е. арматуру рассчитываем как для прямоугольного сечения шириной 1200 мм.

Высота сжатой зоны: x = N / fcd*hf,

x = 1529.7 / 13300*0.25 = 460 мм > 2as’ = 2*35 = 70 мм

Площадь сечения арматуры при d = 1200 – 35 =1165 мм

As= N(e – (d – 0.5x)) / (fyd(d + as’)),

As = 1529.7 *(0,63 – (1.165 – 0.5*0.46)) / (365000*(1.165 - 0.035)) < 0

е = е0 + h/2 – а = 0.07+ 1.2 / 2 – 0.035 =0,63 м

Минимальная площадь арматуры по формуле: As = 0.0005*bf*h,

As = 0.0005* 1.2*1.2= 7,2 см2

Принимаем по 4Ш16 с каждой стороны стакана As = 8.04 см2

Поперечное армирование осуществляется в виде сеток, расстояние между которыми не более четверти глубины стакана (0.25d = 0.25*0.65 =0.175 мм) и не более 200 мм. Принимаем шаг сеток 150 мм и количество 5 шт. Диаметр арматуры сеток должен быть не менее 8 мм и 0.25d продольной арматуры.

Принимаем 4Ш8 S400(AS=2.01 см2)

Проверяем условие:

N £ fcdl * Al * y,

где fcdl – расчётное сопротивление бетона смятию: fcdl = a *jb* fcd, для бетона класса С16/20 y =1;

jb = 3ÖAL2 /AL =3Ö 1.2*1.2 / 0.4*0.6 =1.82 < 2.5, т.е. принимаем j = 1.82 где AL2 - рабочая площадь бетона, м2:AL2 = h*bf;

AL – площадь смятия, м2: AL = hc*bc

fcdl = 1* 1.82* 13300 = 24,2МПа

N1 =1529.7 кН < 24200*0.4*0.6*1 = 5809кН

Т.е. прочность дна стакана на смятие обеспечена.

3.2 Расчёт фундамента свайного

Расчёт свайных фундаментов и их оснований выполняется по предельным состояниям:

1) первой группы: по прочности материала свай и ростверков; по несущей способности грунта основания свай; по несущей способности оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки;

2)второй группы: по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок; по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов; по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций фундаментов.

Подошву ростверка заглубляют ниже расчётной глубины промерзания пучинистого грунта. Между подошвой ростверка и пучинистым грунтом делается шлаковая, гравийная или щебёночная прослойка толщиной 250–300 мм, а непучинистым – не менее 100 мм. Свес ростверка относительно крайних свай – не менее 0.5d+ 50 мм, расстояние между осями свай во всех направлениях не должны быть менее 3d. Размеры ростверка в плане предварительно принимают по размерам здания и в процессе конструирования уточняют. Класс бетона назначают не менее С12 /15.

Страницы: 1, 2, 3