Проектирование фундаментов сборочного цеха

Сваи по характеру работы подразделяются на сваи-стойки и сваи, защемленные в грунте, на жесткие и гибкие. Тип сваи выбирают в зависимости от характеристик слоя грунта, который находится под острием сваи, защемлённые в грунте. К жёстким сваям, защемленным в грунте, относятся сваи с глубиной заложения нижнего конца сваи равной восьми размерам её поперечного сечения. Сваи-стойки принимают, когда под острием находятся скальные или малосжимаемые грунты (Е>50 МПа). Во всех остальных случаях принимают сваи, защемленные в грунте.

При назначении длины сваи следует учитывать следующее:

1. Заделывать сваи в ростверк, работающий на вертикальные сжимающие нагрузки, необходимо не менее чем на 5 см для ствола сваи, и не менее чем на 25 см для выпусков арматуры сваи.

2. Заделывать сваи в ростверк, работающий на вертикальные растягивающие или горизонтальные нагрузки, необходимо не менее чем на наибольший размер поперечного сечения сваи для ствола сваи, и не менее чем на 40 см для выпусков арматуры сваи.

3. Заглублять сваи в крупнообломочные грунты, крупные и средней крупности пески, а также в глинистые грунты с показателем консистенции IL < 0.1 не менее чем на 0.5 м, а прочие нескальные грунты – не менее чем на 1.0 м.

3.2.1 Определение глубины заложения

Глубину заложения ростверка принимаем ниже расчётной глубины промерзания (см. п.3.1.1) 0.77 м.

Высота ростверка принимаем: Н=0.95 м. Конструктивная глубина заложения определится как:

d =1.3 м > 0.77 м

Принимаем заделку сваи в ростверк 50 мм и заделку выпусков арматуры сваи 250 мм.

Определяем длину сваи: lсв = l0 + l гр +l н.сл., l0 – глубина заделки сваи в ростверк, м; lгр – расстояние от подошвы до кровли несущего слоя (суглинок тугопластичный), м; lн.сл. – заглубление в несущий слой, м

lсв = 0.3+0.3+2,4= 3.7 м

По табл. 23[3] принимаем сваю С 70.30-6 (армирование 4Ш 12 S400 и бетон класса С16/20).

3.2.2 Определение несущей способности сваи на грунт

Расчётная схема для определения несущей способности сваи дана на рис. 3.2.1 Слои грунта, прорезаемые сваей, делим на элементарные слои толщиной не более 2 м. Вычисляем средние глубины zi для каждого слоя грунта. Определяем несущую способность сваи по формуле:

Fd = gc (gcR * A *R + USgcf*fi*hi),

где g с – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1; gсR, gcf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие способы погружения свай на расчётные сопротивления грунтов, определяемые по табл. VI.3[ 1]: при погружении свай забивкой молотами gсR= gcf = 1;

А – площадь опирания на грунт сваи, м2;

U – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

R – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, определяемое по таблице 6.1[ 11];

fi – расчётное сопротивление i-го слоя грунта по боковой поверхности сваи, кПа, определяемое по таблице 6.2 [11],

hi- толщина i-го слоя грунта, м.

Определяем fi в зависимости от величины zi и характеристик грунтов:

z1 =1.35 м  f1 = 4,51 кПа      h1 = 0.3 м f1*h1 = 1.35 кН/п.м.

z2 =2.5 м     f2 =37,5 кПа                 h2 = 2.0 м f2*h2 =75,0 кН/п.м.

z3 =4.5 м     f3 =45.5 кПа                 h3 = 2.0 м f3*h3 =91.0 кН/п.м.

z4 =6.0 м     f4 =48.0 кПа                 h4 = 1.0 м f4*h4 =48.0 кН/п.м.

z5 =7.2 м     f5 =49.2 кПа                 h5 = 1.4 м f5*h5 =68.88 кН/п.м.

S fi*hi =284.23 кН/п.м.

При z0 =7.9 м R =1545 кПа; А = 0.3*0.3=0.09 м2; U = 0.3*4 =1.2 м

Fd = 1*(1* 0.09* 1545+ 1.2*1*284.23) = 480.13 кН

Несущая способность сваи по материалу:

Nств =m j (Rв*Ав + Rs*As),

где m – коэффициент условий работы сечения, равный 1.0;

j - коэффициент продольного изгиба ствола, равный 1.0;

Rв – расчётное сопротивление бетона осевому сжатию, кПа;

Ав – площадь поперечного сечения бетона, м2(Rв = fcd =16/1.5 =10.67 МПа);

Rs – расчётное сопротивление сжатой арматуры, кПа (класс S400 Rs =365000 кПа);

Аs –площадь сечения продольной арматуры, м2 (по сортаменту Аs =0.000452 м2 для арматуры 4Ш12)

Nств = 1*1 (10670* 0.09 + 365000 * 0.000452) =1125.28 кН.

В дальнейших расчётах принимаем меньшее значение несущей способности.

Расчётная допустимая нагрузка на сваю

P = Fd /gк,

где gк =1.4 – для промышленных и гражданских зданий.

Р = 480.13/ 1.4 =342.95 кН

Определяем количество свай: n = N / P,

n = (1115*1.2)/ 342.95=3.9 сваи

В плане сваи размещаем с шагом 3d =900 мм. Расстояние от края ростверка до ближайшей грани сваи не менее 50 мм.

Определяем давление на голову сваи:

Nmaxmin =(N +Gp) / n ± åM*y /S yi2

где y – расстояние от центра тяжести свайного поля до ряда свай, в котором определяется давление на сваю, м;

уi – момент инерции отдельного ряда свай относительно центра свайного поля, м.

Gp = bp*lp*d*gср*gс =1.3*1.3*1.3*20*1.1 =48.33 кН

где gср – усреднённое значение удельного веса грунта и фундамента, кН/м3;

gс – коэффициент условий работы.

Nmax =+ =403.8 кН < 1.2*342.95 = 411.5 кН (2%)

Nmax = - =308.4 кН > 0

Условие выполняется.

Окончательно принимаем сваю С70.30-6 - рис. 3.2.2.

3.2.3 Расчёт осадки свайного фундамента

Расчёт осадок свайного фундамента выполним методом эквивалентного слоя. Свайный фундамент рассматривается как условный массив. Построение условного массивного фундамента показано на рис. 3.2.3.

Определяем средневзвешенное значение угла внутреннего трения:

jййmt = (28,8*5.0+28,4*1.4)/6.4 = 28,7°

a = jййmt / 4 = 28,7/ 4 =7,18°

Определяем ширину условного фундамента:

b1 = 6.4* tg 7.18° =0.8 м

bусл = 2b1 + d = 2*0.8 + 1.2= 2.8 м

lусл = 2*0.8 + 1,2 = 2.8 м

Определяем вес условного фундамента

Gусл = G1 + G2 + G3,

где G1, G2, G3 – вес отдельного слоя грунта в массивном фундаменте, кН

Gусл =2.8*2.8* (1.5*18.2 + 0.4*19.4+4.6*9.88 + 1.4*9.76) =277.24 кН

Среднее давление по подошве условного массивного фундамента

Р = (Nйй + Gусл) / Аусл = (1115 + 277.24) / (2.8*2.8)=176.1 кПа

Определяем расчётное сопротивление

gc1 =1.1 - для песка; gc2 =1.152 при L/H=30/14,45=2.1;

j|| = 28,4° по табл. 16[3]:Mg= 1.012, Mq=5.058, Mc=7.508

g|| =9,76кН/м3, c|| = 3,2 кПа;

g||‘ =(1.5*18.2+ 0.4*19.4+4.6*9.88 + 1.4*9.76)/7.9= 11.92 кН/м3

R= (1.1*1.152/1.1)*(1.012*1*2.8*9.76+ 5.058*8.0*11.92 + 7.508 *3.2) =542.7 кПа

Р =176.1 кПа < R =542.7 кПа, т.е. условие выполняется.

Определяем дополнительное вертикальное напряжение на уровне подошвы условного фундамента szp0 = P - gйй’*h

szp0 = 176.1– 7.9* 11.92 = 99.8 кПа

Мощность эквивалентного слоя hэкв = Аw * bусл

Коэффициент Аw принимаем по таблице IV.3 [1] для песка при n =0.3 Аw =0.99

hэкв = 0.99*2.8 =2.8 м

Осадку свайного фундамента определяем по формуле:

S = hэкв * mn *szp0,

mn i = b / Ei, (3.44) где b = 0.74 по табл. 1.15 [ 5 ] - для супеси и песка

mn 2 = 0.74 / 15.2= 0.049 МПа-1

S = 2.8* 0.049 * 0.0998 = 0.014 м =1.4 см < Su = 8 см.

3.2.4 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 20/25: fcd = 20/1.5 =13.3 МПа; fck = 20 МПа; fcfd = 0.21*fck2/3 / gc= =0.21*202/3 / 1.5 =1.2 МПа.

Расчёт прочности по наклонным сечениям производим по формуле:

Q £ m b d fcfd,

где Q = SNi – сумма реакций всех свай, находящихся за пределами наклонного сечения

Q = 403.8 кН; b – ширина ростверка, м;

Определяем значение m =2.45 по табл. 5.1 [3]

с – расстояние от плоскости внутренних граней свай до ближайшей грани подколонника, м;

d – рабочая высота, м. d= 0.3 - 0.08=0.22 м

Q= 403.8 кН £ 2.45*1.3 * 0.22* 1030 =721.7 кН

т.е. условие выполняется, толщина дна стакана достаточна.

Определяем изгибающий момент

М1-1 =N *x,

где x = а/2 – hк/2 = 0.9 / 2 – 0.3 / 2 =0.3 м, где а – расстояние между осями свай, м

М1-1 =403.8 * 0.3=121 кНм

Определяем площадь сечения арматуры

Asf = M / a*fyd*J,

J = 0.5 + Ö (0.25 - am/c0),

am= M / a*fcd*b*d2,

am= 121 / 0.85*13.3*103*1.3*0.222 = 0.031

J = 0.5 + Ö (0.25 – 0.031 / 1.947) =0.984

Asf = 121 / 0.85*365*103*0.984= 3.3 см2

fyd - расчётное сопротивление сжатой арматуры, кПа(класс S400 fyd=365000 кПа)

По сортаменту арматуры принимаем Ш 12 шаг 200 мм.

Расчёт на местное сжатие производим по формуле

N £ 1.5 fcd *Aв,

где N – расчётная нормальная сила в сечении колонны у обреза ростверка, кН(N =1906,2 кН)

Ав – площадь сечения колонны, м2

1505.25 кН £ 1.5* 13300* 0.4*0.6=4788 кН

Условие выполняется.

Расчёт ростверка на продавливание колонной производим по формуле

N£[a1*(b+с2) +a2*(h+с1)]*d* fcfd,

где N - расчетная продавливающая сила, кН

b – сечение колонны, м; с- расстояние от плоскости грани колонны до ближайшей грани сваи, м

a - безразмерный коэффициент, принимаемый в зависимости от отношения с/d

Угловая свая заходит в плане за грани подколонника на 50 мм, т.е. проверку на продавливание производить не требуется.

Прочность плиты ростверка на продавливание обеспечена.

Расчёт ростверка на продавливание угловой сваей производим по формуле

Nф£[b1*(b02+с02 /2)+ b2*(b01+с01/2) ]*d* fcfd,

Nф =361.4 кН –расчетная нагрузка на угловую сваю

b0 – расстояние внутренних граней до ближайшей грани угловой сваи, м;

с0 – расстояние от плоскости внутренних граней до ближайших граней подколонника, м

b - безразмерный коэффициент, принимаемый по табл. 5. 3[3] в зависимости от отношения

Угловая свая заходит в плане за грани подколонника на 50 мм, т.е. проверку на продавливание производить не требуется.

Прочность плиты ростверка на продавливание обеспечена.

3.2.5 Выбор сваебойного оборудования и определение отказа сваи

Определяем минимальную энергию удара Э =1.75*a*Р

где a - эмпирический коэффициент (a = 0.025 кДж / кН); Р – расчётная допустимая нагрузка на сваю, кН

Э = 1.75* 0.025 *342.95 = 15.0 кДж

По табл. 26 [ 3] принимаем трубчатый дизель- молот С-995 с водяным охлаждением и характеристиками:

-масса ударной части 1250 кг

- высота подскока 2800 мм

- энергия удара 19.0 кДж

- число ударов в 1 мин -44

- масса молота с кошкой 2600 кг

- габариты 720*520*3955 мм

Производим проверку пригодности принятого молота по условию

(Gh + GB) / Эр £ km

где Эр – расчётная энергия удара, Дж; Gh – полный вес молота, Н; GB – вес сваи, наголовника и подбабка, Н

GB = 0.30*0.30*7*25 + 2 + 1 =18.75 кН

Эр = 0.9* Gh’ * hm

где Gh’ – вес ударной части молота, кН; hm – фактическая высота падения ударной части молота, м

Эр = 0.9* 12.5 * 2.8 =31.5 кДж

(26+ 18.75) / 31.5 =1.42 £ 6, т.е. условие выполняется.

Для контроля несущей способности свайных фундаментов и окончательной оценки применимости выбранного молота, определяем отказ сваи.

Sa =h* A *Ed *(m1 + e2*(m2+ m3)) / [ Fd /M *(Fd /M + h * A)* (m1 + m2 + m3)]

где h - коэффициент для свай из железобетона (h = 1500 кН/м2 по табл. 10[8]); А – площадь поперечного сечения сваи, м2; Еd – расчётная энергия удара молота, кДж; Fd – несущая способность сваи, кН; М – коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия равным 1; m1, m2, m3 – вес соответственно молота, сваи с наголовником и подбабка, кН; e2 – коэффициент восстановления удара (e2 = 0.2).

Sa = 1500 * 0.09* 31.5*(26+0.2* 18.75) =0.01 м > Sапр = 0.002 м

(403.82* (403.82 + 1500* 0.09)*(26+18.75))

Условие выполняется.

4. Технико-экономическое сравнение вариантов

Укрупнённые единичные расценки на земляные работы, устройство фундаментов принимаем по табл. 27 [3].

Таблица 4. Технико–экономическое сравнение вариантов

Вывод: Наиболее экономичным является первый вариант выполнения работ – фундамент на естественном основании.

5. Расчет осадки фундамента во времени

5.1 Расчёт осадки фундамента во времени

Сечение 7-7

Осадку, происходящую за определённое время, определяем по формуле:

St = S*u,

где S –конечная осадка, см; u -степень уплотнения, определяемая по табл. 2.1[1].

Определяем расчётную схему:

kф1 = 2*10-11м/с < kф2 =8*10-9м/с,

где kфi – коэффициент фильтрации i-го слоя грунта, м/с (табл. 1.20 [6]), т.е. расчёт ведётся по схеме 1 согласно табл. 2.1[1].

Путь фильтрации воды составит h=H=5,45 м

Определяем коэффициент фильтрации грунта основания: kф =8*10-9м/с

Определяем коэффициент консолидации сn = kф / mn*gw

сn = 8*10-9 / 0.047* 10 -6 * 10* 104 = 1.7* 10-6 м2/с = 5.4 * 105 см2/год

Принимаем hэ = Н / 2 =5,9/2 =2,95 м

mn i = b / Ei, (24 ) где b = 0.74 по табл. 1.15 [ 6] - для песка

mn 1 = 0.74 / 15.9=0.047 МПа -1

Определяем значение показателя Т:

Т = 4*h2 / p2*cn = 4 *5452 / 3.142* 5.4 *105 =0,22 год

Таблица 7. К расчёту осадки фундамента во времени

Используя полученные данные, строим зависимость осадки во времени.

5.2 Расчёт осадки фундамента во времени (сечение 3-3)

Путь фильтрации воды составит h=H=3.8м

Определяем коэффициент фильтрации грунта основания: kф =8*10-9м/с

Определяем коэффициент консолидации

сn = 8*10-9 / 0.047* 10 -6 * 10* 104 = 1.7* 10-6 м2/с = 5.34 * 105см2/год

Принимаем hэ = Н / 2 =3.8/2 =1.9м

mn = S hi* mn i *zi / 2hэ2

где hi – мощность каждого слоя в пределах сжимаемой толщи, м; mn i – коэффициент относительной сжимаемости соответствующего слоя; zi – расстояние от точки, соответствующей глубине Н, до середины рассматриваемого слоя, м; gw - удельный вес воды, кН/ м3

mn 1 = 0.74 / 15.9=0.047 МПа -1; mn 2 = 0.74 / 15.2 = 0.049 МПа-1

mn =(1.7*0.047* 2.95+ 2.1 * 0.049 * 1.05) / 2* 1.92 = 0.047 МПа -1

Определяем значение показателя Т:

Т = 4*h2 / p2*cn = 4 *3802 / 3.142* 5.34 *105 =0.11 год

Полученные данные сводим в таблицу 8.

Таблица 8. К расчёту осадки фундамента во времени

Используя полученные данные, строим зависимость осадки во времени

5.3 Расчёт осадки фундамента во времени (сечение 2-2)

Путь фильтрации воды составит h=H=6.1м

Определяем коэффициент фильтрации грунта основания: kф =8*10-9м/с

Определяем коэффициент консолидации

сn = 8*10-9 / 0.048* 10 -6 * 10* 104 = 1.7* 10-6 м2/с = 5.29 * 105 см2/год

Принимаем hэ = Н / 2 =6.1/2 =3.05 м

где mn– коэффициент относительной сжимаемости для слоистых оснований, определяемый по формуле:

mn = S hi* mn i *zi / 2hэ2

где hi – мощность каждого слоя в пределах сжимаемой толщи, м; mn i – коэффициент относительной сжимаемости соответствующего слоя; zi – расстояние от точки, соответствующей глубине Н, до середины рассматриваемого слоя, м; gw - удельный вес воды, кН/ м3

mn 1 = 0.74 / 15.9=0.047 МПа -1; mn 2 = 0.74 / 15.2 = 0.049 МПа-1

mn =(1.7*0.047* 5.25+ 4.4 * 0.049 * 2.2) / 2* 3.052 = 0.048 МПа -1

Определяем значение показателя Т:

Т = 4*h2 / p2*cn = 4 *6102 / 3.142 *5.29 *105 =0.29 год

Полученные данные сводим в таблицу 9.

Таблица 9. К расчёту осадки фундамента во времени

Список используемой литературы

1.                       Берлинов М.В., Ягулов Б.А, Примеры расчета оснований и фундаментов.- М.: Стройиздат, 1986 - 173 с.

2.                       Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. - М.: Стройиздат, 1981. - 319 с.

3. ЗАДАНИЯ к курсовому проекту и расчетно-графической работе по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты» для студентов специальности 70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» заочной формы обучения. – Брест 2002

3.                 Лапшин Ф.К. Основания и фундаменты в дипломном проектировании. - Саратов, 1986. - 224 с.

4.                 Методические указания к курсовому проекту по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты» для студентов специальности 1202 и 1205. - Брест, 1987-48 с.

5.                 Основания, фундаменты и подземные сооружения (М.И. Горбунов-Посадов, В.А. Ильичев, В.И. Крутов и др.) - М.: Стройиздат, 1985. - 480 с.

6.           Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1986. - 415 с.

7.                 Стандарт университета. Оформление материалов курсовых и дипломных проектов (работ), отчетов по практике. Общие требования и правила оформления. СТ БГТУ-01-02-Брест, 2002 – 32 с.

8. Строительные нормы Республики Беларусь. СНБ 5.01.01-99. Основания и фундаменты зданий и сооружений. – Минск, 1999.

9. Строительные нормы и правила. Строительная климатология и геофизика. СНиП 2.02.01-82. - М.: Стройиздат, 1983.

10. Строительные нормы Республики Беларусь. СНБ 5.03.01-02. Конструкции бетонные и железобетонные. – Минск, Стройтехнорм, 2002 г - 274 с.

Страницы: 1, 2, 3