Промышленное здание в городе Соликамск

Граница распределительной подушки и верхнего слоя суглинка условна смещена до глубины zi = 0,96 м. от подошвы фундамента (фактическое положение на глубине z = 0,90 м.), граница верхнего и среднего слоев – до глубины zi = 3,84 м. (фактическое положение на глубине z = 3,8 м.), а граница суглинка и глины смещена до глубины zi = 5,23 м. от подошвы (фактическое положение на глубине z = 5,3). На глубине Hc = 6,72 м. от подошвы фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01–83* (прил. 2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ):

szp= 16,86 кПа. » 0,2×szg = 17,16 кПа.,

поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ.

Осадку основания определяем по формуле:

S=β×h×∑σzp,i/Ei=0,8×0,48×[1/45000×(259,41×0,5+250,33+211,42×0,5)+

+1/12000××(211,42×0,5+163,17+123,22+93,39+72,12+56,81+45,66×0,5)+

+1/10000×(45,66×0,5+37,36+31,13+26,20×0,5)+

+1/30000×(26,20×0,5+22,05+19,46+16,86×0,5)]=0,028м.=2,8см.

Условие S =2,8 см. < Su = 8,0 см. выполняется (значение Su = 8,0 см. принято по таблице прил. 4 СНиП 2.02.01–83*).

Расчет и проектирование свайного фундамента

Рассмотрим вариант свайного фундамента из забивных свай сечением 300x300 мм., погружаемых дизельным молотом.

Глубина заложения подошвы ростверка

Назначаем глубину заложения подошвы ростверка:

Расчетная глубина промерзания грунта от поверхности планировки DL равна df = 1,45 м.

По конструктивным требованиям, также как и для фундамента на естественном основании верх ростверка должен быть на отметке – 0,150, размеры подколонника (стакана) в плане lcf x bcf = 2100 x 1200 мм., глубина стакана dp = 1250 мм. Если принять в первом приближении толщину дна стакана (в последующем она должна быть уточнена проверкой на продавливание колонной) равной hp =500 мм., то минимальная высота ростверка должна быть:

hr ³ dp + hp = 1750 мм. = 1,75 м.

Для дальнейших расчетов принимаем большее из двух значений (1,58 м. и 1,75 м.), т.е. hr = 1,8 м. (кратно 150 мм.), что соответствует глубине заложения – 1,95 м. (абс. отм. +83,45).

Необходимая длина свай

В качестве несущего слоя висячей сваи принимаем песок мелкий (слой №4), тогда необходимая длина сваи должна быть не менее:

lсв=h1+h2+h3=0,05+5,15+1 = 6,20 м.

Принимаем типовую железобетонную сваю С-7–30 (ГОСТ 19804.1–79*) квадратного сечения 300 х 300 мм., длиной L = 7 м. Класс бетона сваи В20. Арматура из стали класса 4 Æ10АIII, объем бетона 0,64 м3., масса сваи 1,60 т., толщина защитного слоя ав = 20 мм.

Несущая способность одиночной сваи

Определяем несущую способность одиночной сваи из условия сопротивления грунта основания по формуле (8) СНиП 2.02.03–85*:

Fd = gC × (gCR × R × A + uågcf × fi × hi).

В соответствии с расчетной схемой сваи устанавливаем из табл. 1 СНиП 2.02.03–85* для песков при z = 10,15 м. расчетное сопротивление R=4075 кПа. Для определения fi расчленяем каждый однородный пласт грунта (инженерно-геологический элемент) на слои Li £ 2 м. и устанавливаем среднюю глубину расположения zi каждого слоя, считая от уровня природного рельефа (отн. отм. +1,250). Затем по табл. 2 СНиП 2.02.03. – 85*, используя в необходимых случаях интерполяцию, устанавливаем:

для суглинка при JL = 0,45 и z1 = 4,20 м. Þ f1 = 23,5 кПа.;

для суглинка при JL = 0,45 и z2 = 6,025 м. Þ f2 = 26,50 кПа.;

для суглинка при JL = 1,2 и z3 = 7,60 м. Þ f3 = 6,00 кПа.;

для песков и z4 = 9,25 м. Þ f4 = 62,75 кПа.

Площадь опирания сваи на грунт А=0,3х0,3=0,09м2., периметр U=0,3×4=1,2 м. Для сваи сплошного сечения, погружаемой забивкой дизельным молотом, по табл. 3 СНиП 2.02.03–85* gCR = gCf =1, gС = 1.

Тогда:

Fd=1×[1×4075×0,09 + 1,2×1×(23,5×2,0 + 26,50×1,65 + 6,000×1,50 +62,75×1,80)]= =609,50 кН.

Требуемое число свай

Определяем требуемое число свай в фундаменте в первом приближении при Ncol I = 1900,4 кН.:

n=1900,4 ×1,4×1,3×0,95/[609,50 – 20×1,8×(3×0,3)2×1,4]=5,79.

Принимаем n = 6.

Размещение свай в кусте

Размещаем сваи в кусте по типовой схеме. Окончательно размеры подошвы ростверка назначаем, придерживаясь унифицированных размеров в плане, кратных 0,3 м., и по высоте, кратных 0,15 м.

Вес ростверка и грунта на его уступах

Определим вес ростверка и грунта на его уступах.

Объем ростверка: Vr = 3×1,8×0,9 + 2,1×1,2 × 0,9 = 7,13 м3.;

Объем грунта: Vgr = 3×2,1×1,8 – Vr = 4,21 м3.

Вес ростверка и грунта:

Gr+Ggr=(Vr×gb + Vgr×Kрз×gII)×gf =(7,13×25 + 4,21×0,95×18,7)× 1,2 = 303,65 кН.

Определение окончательных нагрузок

Все действующие нагрузки приводим к центру тяжести подошвы ростверка:

Ntot I = Ncol I + Gr I + Ggr I = 1900,4 + 303,65 = 2204,1 кН.;

Qtot I = Qcol I = 70,0 кН.;

Mtot I = Mcol I + Qtot I×Hr = 702,1 + 70 × 1,8 = 828,1 кН.×м.

Проверка нагрузок на крайние сваи

Определяем расчетные нагрузки, передаваемые на крайние сваи в плоскости подошвы ростверка по формуле (3) СНиП 2.02.03–85*:

NI max = 2204,1 /6+828,1 ×1,25/4×1,252 = 532,97 кН.;

NI min = 2204,1 /6–828,1 ×1,25/4×1,252 =201,73 кН.

Проверяем выполнение условий:

NI max = 532,974 кН.<1,2× Fd /gk×gn = 1,2×609,50 /1,4×0,95=549,9 кН.;

NI mt = 367,35 кН.< Fd /gk×gn = 609,50 /1,4×0,95 = 458,27 кН.;

NI min = 201,73 кН. > 0

Коэффициент надежности по назначению здания gn = 0,95 принят в соответствии со СНиП 2.01.07–85* «Нагрузки и воздейсвия».

Предварительная проверка все сваи по прочности материала

Выполним предварительную проверку сваи по прочности материала по графикам и указаниям учебного пособия.

Определяем коэффициент деформации ae:

.

Начальный модуль упругости бетона класса В20, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении, по табл. 18 СНиП 2.03.01–84*, Еb=24×103МПа. Момент инерции поперечного сечения сваи:

.

Условная ширина сечения сваи bp = 1,5×dсв + 0,5 = 1,5×0,3 + 0,5 = 0,95м. Коэффициент пропорциональности k по табл. 1 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* для песков (е = 0,65), принимаем k = 17МН./м4. Коэффициент условий работы gс = 1.

αε = (17×0,95/1×24×103×0,675×10-3)0,2 = 0,999 м-1.;

Глубина расположения условной заделки сваи от подошвы ростверка:

l1 = 2/αε = 2/0,999 = 2,00 м.

В заделке действуют усилия: продольная сила NI max = 532,97 кН.; изгибающий момент МI = Qtot I×l1/n = 70 ×2,00/6 = 23,33 кН.×м.

Точка, соответствующая значениям указанных усилий, лежит на графике ниже кривой для принятой сваи (сечение 300х300, бетон класса В20, продольное армирование 4Æ10АIII), следовательно, предварительная проверка показывает, что прочность сваи по материалу обеспечена.

Расчет ростверка на продавливание колонной

Класс бетона ростверка принимаем В20, тогда Rbt = 0,90 МПа. (табл. 13 СНиП 2.03.01–84*). Рабочую высоту сечения принимаем h0 = 50 см.

Расчетное условие имеет следующий вид:

;

Размеры bcol = 600 мм., hcol = 1400 мм., c1 = 400 мм. и c2 = 200 мм. показаны на рис., коэффициент надежности по назначению gn = 0,95.

Определяем коэффициент a, учитывающий частичную передачу продольной силы на плитную часть ростверка через стенки стакана, для чего предварительно определяем площадь боковой поверхности заделанной в стакан части колонны Аf (по наружному обводу обоих ветвей).

Af = 2 × (bcol + hcol) × hg = 2 ×(0,6 + 1,4)×1,25 = 5,00 м2.;

α=1–0,4×Rbt×Аf/Ncol I=1–0,4×0,9×103×5,00 /2649,6 =0,32<0,85.

Принимаем a = 0,85.

Значения реакций по верхней горизонтальной грани:

а) в первом ряду от края ростверка со стороны наиболее нагруженной его части:

F1=NcolI/n+McolI×y1/Σyi2=1900,4 /6+702,1 ×1,25/4×1,252=457,15 кН.

Величина продавливающей силы определяется по формуле:

Fper =2×ΣFi =2×(F1+2×F2)=2×(457,15 +2×0)=914,3 кН.

Предельная величина продавливающей силы, которую может воспринять ростверк с принятой толщиной дна стакана:

F= (2×h0×Rbt/α)×[h0×(bcol + c2)/c1 +h0×(hcol + c1)/c2] =

=(2×0,5×0,9×103/0,85)×[0,5×(0,6+0,2)/0,4+0,5×(1,4+0,4)/0,2]=

=5823,4 кН.> gn× Fper = 0,95× 914,3 =868,59 кН.,

т.е. прочность ростверка на продавливание колонной обеспечена.

Расчет свайного фундамента по деформациям

Выполним расчет свайного фундамента по деформациям на совместное действие вертикальной и горизонтальной нагрузок и момента по формуле 14 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*:

проверяем выполнение условия:

Горизонтальная нагрузка на голову сваи равна:

H1=QtotI ×gn /n =70/6=11,67 кН.

Коэффициент деформации αε = 0,999 м-1. Условная ширина сечения сваи bp = 0,95 м. Прочностной коэффициент пропорциональности, для суглинка мягкопластичного (JL = 0,45), по табл. 1 прил. 1 СНиП 2.02.03–85* равен: a = 64,4 кН./м3.

Приведенное значение продольной силы  для приведенной глубины погружения сваи в грунт  = l × αε = 6,95×0,999 = 6,95 > 4 определяем по табл. 2 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* (шарнирное сопряжение сваи с ростверком) при l = 4 и zi = 0. Получаем  = 0,409, тогда:

Hel=0,409×64,4×0,95/0,9992 =25,07 кН.

Так как сила Hel = 25,07 кН. > gn×HI = 11,67 кН., то расчет ведем по первой (упругой) стадии работы системы свая-грунт.

При шарнирном опирании низкого ростверка на сваи М0=0 и =0, следовательно, формулы (30) и (31) по п.12 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* примут вид:

Определяем перемещение в уровне подошвы ростверка от единичной горизонтальной силы НII =1:

εнн = А0/αε3×Еb×I= 2,441/0,9993×24×106×0,675×10-3 =0,000151 м./кН.,

εмн = В0/αε3×Еb×I= 1,621/0,9993×24×106×0,675×10-3 =0,000100 м./кН.,

где безразмерные коэффициенты А0 и В0 приняты по табл. 5 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* для приведенной глубины погружения сваи  = 4 м.

U0=Up=QtotII×εнн/n =70 ×0,000151/6=0,0018 м.,

Ψ0=Ψp =QtotII×εмн/n =70 ×0,000100/6=0,0012 рад.

Так как Up = 0,18 см. < Uu = 1см., условие ограничения горизонтального перемещения головы сваи выполнено.

Расчет устойчивости основания

Выполним расчет устойчивости основания, окружающего сваю по условию (25) прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*, ограничивающему расчетное давление σz, передаваемое на грунт боковыми поверхностями сваи:

Здесь расчетный удельный вес грунта с учетом взвешивания в воде (для слоя 2)gI = gsb = 9,3 кН./м3.; φI = 180; cI = 14 кПа.; коэффициент x = 0,6 (для забивных свай); коэффициент η1 = 0,7. При установлении значения коэффициента η2 по формуле (26) прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*, используем данные табл. 5, из которой следует, что момент от внешних постоянных нагрузок в сечении на уровне нижних концов свай составит для оси Л:

Мс = 117,8 + 10,6 × 8,75= 210,55 кН.×м.

Момент от временных нагрузок в том же сечении составит:

Мt = 99,8 + 324,9 + 27,9 + (1,9 + 50,4 + 0,7) × 8,75 = 916,35 кН.×м.;

η2 = (Мс +Мt)/(ñ×Мс +Мt)= (210,55 +916,35)/(2,5×210,55 +916,35)=0,80

Расчетное давление на грунт σz, кПа., определяем по формуле (36) и указаниям п.13 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*:

,

для глубины , так как  > 2,5;

откуда Z=0,85/0,999=0,85, а  = 0,85.

Для этой приведенной глубины по табл. 4 прил. 1 СНиП 2.02.03–85* имеем:

А1 = 0,996; В1 = 0,849; С1 = 0,363; D1 = 0,103.

σz = (17000/0,999)×0,85×(1,8×10-3×0,996–1,2×10-3×0,849/0,999+

+0+11,92×0,103/0,9993×24×106×0,675×10-3) = 12,28 кПа.

Как видно, gn×σz=0,95×12,28=11,67 кПа.<(σz)u=

=(0,7×0,80×4/cos180)×(9,3×0,85×tg180+0,6×14)=

=25,98 кПа.,

т. е. устойчивость грунта, окружающего сваю, обеспечена.

Несущая способность сваи по прочности материала

Определим несущую способность сваи по прочности материала. Характеристики сваи: Rb =11,5 МПа.; Rsc = Rs = 365 МПа.; b=dсв =30 см.; а=а’=3 см.; h0 = dсв – а’ = 30 – 3 = 27 см.; Аs = Аs’ = 4,52/2 = 2,26 см2.

Из формулы (37) прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* для указанных характеристик сваи получаем следующее выражение для определения моментов Мz в сечениях сваи на разных глубинах z от подошвы ростверка:

Mz=34,92×A3-23,30×B3+14,32×D3.

Результаты дальнейших вычислений, имеющих целью определение Мz max, сводим в табл., причем при назначении Z используем соотношение  = Z × ae, в котором значения Z принимаем по табл. 4. прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*.

Результаты вычислений изгибающих моментов

Как видно из таблицы, МzmaxI=13,7 кН.×м. действует на глубине z =0,96 м.

Эксцентриситеты продольной силы для наиболее и наименее нагруженных свай составляют соответственно:

е01= Мz max I / N max I = 13,7/532,97 = 2,5 см.,

е02= Мz max I / N min I = 13,7/201,73= 6,8 см.

Определим значения случайных эксцентриситетов по п.1.21.СНиП 2.03–01–84* для расчетной длины l1 = 2/αε = 2/0,999 = 2м. и поперечного размера сваи dсв = 30 см.:

еa1= l1/600 =200/600 = 0,33 см.,

Так как полученные значения эксцентриситетов е01 и е02 больше еai, оставляем эти значения для дальнейшего расчета свай по п.3.20 СНиП 2.03.01–84*.

Находим расстояния от точек приложения продольных сил NmaxI и NminI до равнодействующей усилий в арматуре S:

е1= е01+(h0-а’)/2 = 2,5+(27–3)/2 = 14,5 см.,

е2= е02+(h0-а’)/2 = 6,8+(27–3)/2 = 18,8 см.

Определим высоту сжатой зоны бетона по формуле (37) СНиП 2.03.01–84*:

X1=N max I/Rb×dсв=532,97 /11,5×103×0,3=0,1645 м.=16,45 см.,

X2=N min I/Rb×dсв=201,73 /11,5×103×0,3=0,058 м.=5,8 см.

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны по табл. 2.2 п.2.3.12 учебного пособия, составляет для стали А-III и бетона В20 xR=0,591.

При x1=X1/h0=16,45/27=0,609 см.> xR = 0,591, уточняем значение X1:

ñ=N max I/Rb×dсв×h0=532,97 /11,5×103×0,3×0,27=0,572,

α=Rs×Аs/Rb×dсв×h0=365×103×2,26×10-4/11,5×103×0,3×0,27=0,088,

ξ'1=(ñ×(1-xR)+2×α×xR)/(1-xR+2×α)=

=(0,572×(1–0,591)+2×0,088×0,591)/(1–0,591+2×0,088)=0,578,

откуда X1=ξ'1×h0= 0,578×27=15,6 см.

Проверяем прочность сечения сваи по формуле (36) СНиП 2.03.01–84*:

gn×N max I=0,95×532,97 =506,32 кН.<

=[11,5×103×0,3×0,156×(0,27–0,5×0,156)+365×103×2,26×10-4×(0,27–0,03)]/0,145 = 849,16 кН.

gn×N min I=0,95×201,73 =191,64 кН.<[11,5×103×0,3×0,058× (0,2–0,5×0,058)+

+3,65×103×2,26×10-4×(0,27–0,03)]/0,188=194,72 кН.

Несущая способность свай по прочности материала в наиболее нагруженных сечениях обеспечена.

Расчет осадки основания свайного фундамента

Определяем размеры и вес условного фундамента (по указаниям п. 7.1. СНиП 2.02.03–85*).

=(20×3,25+19×1,20+35×1,40)/(3,25+1,20+1,40)=230.

Размеры свайного поля по наружному обводу:

l=2×1,25+0,3=2,8 м.,

b=2×0,625+0,3=1,6 м.

Размеры площади подошвы условного массива:

lусл =l+2×lсв×tg(φIImt/4)=2,8+2×6,95×tg (23/4)=4,20 м.,

bусл =b+2×lсв×tg(φIImt/4)=1,6+2×6,95×tg (23/4)=3,00 м.

Площадь подошвы условного массива Аусл = 12,60 м2.

Объём условного массива Vусл = Aусл × hусл – Vr = 12,6×8,75–7,13 = 103,12 м3.

Вычислим средневзвешенное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента:

γIImt=ΣγIIi×hi/Σhi =

=(18,7×0,7+9,3×4,75+8,89×1,50+9,88×1,80)/(0,7+4,75+1,50+1,80)=10,20 кН./м3.

Вес грунта в объёме условного фундамента: Ggr = Vусл ×gII mt = 1052,1 кН.

Вес ростверка GrII = Vr × gb × gf = 7,13 × 24×1 = 171,1 кН.

Вес свай Gсв II = 1,60 × 9,81×8×1 = 125,57 кН.

Расчетная нагрузка по подошве условного фундамента от веса грунта, ростверка и свай:

GII = 1052,1 + 171,1 + 125,57 = 1348,8 кН.

Проверяем напряжения в плоскости подошвы условного фундамента.

Ntot II = Ncol II + GII = 1583,7 + 1348,8 = 2932,5 кН.

Mtot II = Mcol II + Qcol II × Hr = 585,1 + 58,3 ×1,8 = 690,0 кН.×м.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5