Проектирование фундаментов промышленного здания

Проектирование фундаментов промышленного здания

Содержание

Введение

. Задание на курсовое проектирование

. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

.1 Построение геологического разреза

.2 Определение наименования грунтов, их состояния, величины условного расчетного сопротивления

.3 Определение расчетных значений характеристик грунтов строительной площадки

.4 Оценка геологического строения площадки

. Разработка вариантов фундаментов и выбор типа основания

. Замена слабых грунтов основания песчаной подушкой

.1 Расчет фундамента на искусственном основании

.2 Определение размеров подошвы фундамента мелкого заложения под колонну промышленного здания

.3 Проектирование песчаной подушки

. Фундамент глубокого заложения

.1 Определение глубины заложения подошвы ростверка и длины сваи

.2 Определение несущей способности сваи

.3 Расчет железобетонного ростверка

. Технико-экономическое сравнение вариантов

.1 Сметная стоимость возведения фундамента мелкого заложения

.2 Сметная стоимость устройства свайного фундамента

. Расчет основания по деформациям

.1 Расчет осадки фундамента методом послойного элементарного суммирования

.1.1 Построение эпюры природного давления грунта

.1.2 Построение эпюры осадочных давлений

.1.3 Определение нижней границы сжимаемой толщи

.2 Расчет осадки фундамента

. Выбор сваебойного оборудования

. Определение «отказа» сваи

. Расчет фундамента глубокого заложения по осям «А» и «В»

Библиографический список

Введение

Снижение стоимости и обеспечение необходимой надежности сооружений являются одними из важнейших направлений в области капитального строительства. Затраты на устройство оснований и фундаментов иногда достигают 40% от общей стоимости сооружения, поэтому их удешевление дает вполне ощутимый эффект, выражающийся в миллионах рублей. Добиваться уменьшения таких затрат следует путем интенсификации производства, в т. ч. за счет максимальной индустриализации и автоматизации работ, не допуская при этом возведения ненадежных фундаментов, так как это может привести к обрушению зданий и сооружений.

Уменьшение стоимости и обеспечение необходимой надежности сооружений находятся в прямой зависимости от правильной оценки свойств горных пород, обоснованно выбранного типа основания, рационально запроектированных и качественно возведенных фундаментов.

Основание, фундамент и надземная конструкция неразрывно связаны между собой, взаимно влияют друг на друга и по существу должны рассматриваться как одна система. Деформация и устойчивость горных пород основания зависят от приложенной нагрузки, основных размеров и конструкций фундамента, а также от всего сооружения. В свою очередь, основные размеры, конструкция фундамента и конструктивная схема сооружения назначаются в зависимости от напластования горных пород, их сжимаемости и давления, которое они могут воспринять.

При проектировании оснований должны быть определены основные размеры (глубина заложения, размеры и форма подошвы) и при необходимости предварительно подобраны сечения фундаментов сооружения. Обычно основания, фундаменты, надземные конструкции проектируют раздельно. Последовательными расчетами устанавливают размеры и конструкции фундаментов, которые отвечают предъявляемым требованиям. Проектирование фундаментов состоит из двух этапов. Первый включает в себя выбор конструкции и назначение основных размеров фундамента, определение интенсивности и характера распределения давления по его подошве, второй - расчет и конструирование фундамента сооружения. В соответствии с учебными программами материалы первого этапа проектирования освещаются в курсе оснований и фундаментов, а второго - в курсе строительных конструкций. Здесь рассматриваются только вопросы проектирования оснований и наиболее тесно связанный с ними первый этап проектирования фундаментов.

Проектирование оснований ведется по предельным состояниям. В Данном курсовом проекте проводится расчет оснований по двум предельным состояниям.

Для фундамента мелкого заложения выполняется расчет по предельным состояниям второй группы по деформациям оснований вместе с фундаментом.

При расчете свайного фундамента выполняется расчет по деформациям:

первой группы по прочности материала свай и свайных ростверков; по несущей способности грунта основания свай, коэффициент надежности по нагрузке приближенно принимается равным g_f =1,1…1,2;

б) второй группы: по осадкам основания свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок.

1. Задание на курсовое проектирование

Тема: «Проектирование фундаментов промышленного здания»

Студент: Анисимов Д.В. Группа: ЗД-435

Район строительства г. Самара

Пролет 18 м, шаг колонн 6 м, длина здания 60 м.

Расчетная ось - Б, схема грунтовых условий - А, схема задания - 3а

Сечение колонн 800´400 мм

Усилия от нормативных нагрузок в верхнем обрезе фундамента

М=126 кНм N=584 кНм Q=9,1 кНм

Шифр грунтовых условий:

·     1 слой - V(4)

·        2 слой - III(4)

·        3 слой - II(7)

·        4 слой - II(6)

Физико-механические характеристики грунтов

2. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

.1 Построение геологического разреза

Построение геологического разреза производим в следующей последовательности:

1.  Наносим оси скважин при известном расстоянии между ними. Горизонтальный масштаб принимаем равным М_г 1:500.

2.       На оси скважин наносим вертикальные абсолютные отметки поверхности грунта, подошвы каждого ИГЭ, уровня грунтовых вод, которые принимаем из задания по данным бурения скважин. Вертикальный масштаб принимаем равным М_В 1:100.

.        Отметки соответствующие одинаковым слоям грунта соединяем прямыми линиями.

.        Из условия нулевого объема земляных работ на площадке строительства производим планировку участка и устанавливаем абсолютную планировочную отметку, которая наносится на геологический разрез. При этом учитывается, что в соответствии с природоохранительными мероприятиями, до начала земляных работ плодородный растительный слой должен срезаться и вывозиться.

.        На геологический разрез наносим контуры здания с указанием расчетных цифровых осей.

.2 Определение наименования грунтов, их состояния, величины условного расчетного сопротивления

Для каждого пласта грунта по данным лабораторных испытаний определяется тип, вид, разновидность и условное расчетное сопротивление по таблицам ГОСТ [1]. Рассмотрим грунты, залегающие на данной строительной площадке:

Образец грунта №1 (слой №2)

Для определения типа грунта вычисляем число пластичности:

 (1)

что находится в соответствие с [1] в пределах .

Следовательно, исследуемый грунт - глина.

Разновидность грунта определяется по показателю текучести:

 (2)

что находится в соответствии с [1] в пределах .

Следовательно, глина - текучепластичная.

Дополнительно вычисляем коэффициент пористости:

 (3)

В соответствии с таблицей 6 приложения 1 [2] при показатели текучести  и коэффициенте пористости  условное расчетное сопротивление .

Полное наименование исследуемого грунта: глина текучепластичная .

Образец грунта №2 (слой №3)

Для определения типа грунта вычисляем число пластичности:

что находится в соответствие с [1] в пределах 0,01≤0,04≤0,07.

Следовательно, исследуемый грунт - супесь.

Разновидность грунта определяется по показателю текучести:

что находится в соответствии с [1] в пределах .

Следовательно, супесь - пластичная.

Дополнительно вычисляем коэффициент пористости:

В соответствии с таблицей 6 приложения 1 [2] при показатели текучести  и коэффициенте пористости  условное расчетное сопротивление .

Полное наименование исследуемого грунта: супесь пластичная .

Образец грунта №3 (слой №4)

Тип песка определяется по гранулометрическому составу, приведенному в соответствующей строке исходных данных о свойствах грунтов. В исследуемом грунте вес частиц крупнее 0,5 мм составляет , что больше 50%. Таким образом, данный песок - крупный.

Вид песка определяется по коэффициенту пористости:

 (4)

По ГОСТ [1] для песка крупного рассчитанное значение находится в пределах . Следовательно, исследуемый песок - средней плотности.

Разновидность песка определяется по степени влажности, как

 (5)

что в соответствии с ГОСТ [1] находится в интервале , следовательно, песок насыщен водой. Условное расчетное сопротивление для песка крупного, средней плотности в соответствии с таблицей 5 при коэффициенте пористости  [2] .

Полное наименование исследуемого грунта: песок крупный, средней плотности, насыщенный водой .

Образец грунта №4 (слой №5)

Тип песка определяется по гранулометрическому составу, приведенному в соответствующей строке исходных данных о свойствах грунтов. В исследуемом грунте вес частиц крупнее 0,5 мм составляет , что больше 50%. Таким образом, данный песок - крупный.

Вид песка определяется по коэффициенту пористости:

По ГОСТ [1] для песка крупного рассчитанное значение . Следовательно, исследуемый песок - рыхлый.

Разновидность песка определяется по степени влажности, как

что в соответствии с ГОСТ [1] находится в интервале , следовательно, песок насыщен водой. Условное расчетное сопротивление для песка крупного, средней плотности в соответствии с таблицей 5 при коэффициенте пористости  [2] .

Полное наименование исследуемого грунта: песок крупный, рыхлый, насыщенный водой .

2.3 Определение расчетных значений характеристик грунтов строительной площадки

Значения характеристик грунтов, приведенных в задании, являются нормативными, установленными путем статической обработки результатов лабораторных исследований, выполненных с двенадцатикратной повторностью. Согласно [3, формула (5.1)] все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных характеристик грунтов, определяемых как

 (6)

Где:  - расчетная характеристика грунта

 - нормативная характеристика грунта

 - коэффициент надежности по грунту

Для большинства характеристик грунтов допускается применять , за исключением параметров прочности: . Для них  устанавливается в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определений и значения вероятности  [4]. Для них  определяется по формуле:

 (7)

Где:  - показатель надежности, характеризующий область вокруг среднего значения, в пределах которого с заданной вероятностью  находится «истинное» среднее значение

Показатель надежности  берется с таким знаком, чтобы при расчете оснований была бы обеспечена большая надежность. При вычислении расчетных значений  и  в курсовом проекте значение  берется со знаком «минус». Значение его определяется по формуле:

Для :

 (8)

Для  и :

 (9)

Где:  - коэффициент вариации (относительная изменчивость характеристики), определяемый по формуле (10)

 - коэффициент, определяемый в зависимости от заданной доверительной вероятности a и числа определении, которое равно (n-1) при определении g и (n-2) при определении j.

 (10)

Где:  - среднее квадратичное отклонение

 - число частных определений (количество опытных данных)

Доверительная вероятность расчетных значений характеристик грунтов  для расчетов оснований по первой группе предельных состояний (по несущей способности) и для расчетов оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) . Для прочих характеристик грунта допускается принимать .

В курсовом проекте число частных определений характеристик принимаем равным . Коэффициент вариации  опытных значений характеристик грунта условно задается равным .

Тогда при расчете оснований по первой группе предельных состояний показатель надежности  при  определяется следующим образом.

Для удельного веса грунта :

Для показателей прочности грунта

При расчете основания по второй группе предельных состояний, коэффициент надежности  определяется следующим образом:

Для удельного веса грунта ,

Для показателей прочности грунта ,

С учетом этого соответствующие значения нормативных и расчетных характеристик слоев определяется следующим образом:

Образец грунта 1

Образец грунта 2

Образец грунта 3

Образец грунта 4

2.4 Оценка геологического строения площадки

Из построенного геологического разреза следует, что грунты строительной площадки имеют слоистое напластование с согласным залеганием слоев близких к горизонтальным и выдержанных по мощности.

Напластование грунтов по оси - Б, проектируемого фундамента. С поверхности залегает растительный слой мощностью 0,2 м, абсолютная отметка кровли слоя 100 м, подошвы 99,8 м. Далее залегает слой глины текучепластичной мощностью 3 м, абсолютная отметка кровли слоя 99,8 м, подошвы 96,8 м. Ниже залегает слой супеси пластичной мощностью 2,4 м, абсолютная отметка кровли слоя 96,8 м, подошвы 94,4 м. Далее залегает слой песка крупного средней плотности насыщенного водой, мощностью 3,7 м, абсолютная отметка кровли слоя 94,4 м, подошвы 90,7 м. Далее залегает слой песка крупного, рыхлого насыщенного водой.

3. Разработка вариантов фундаментов и выбор типа основания

Рассматриваются следующие варианты решений: фундамент в открытом котловане на естественном основании (замена слабых грунтов основания песчаной подушкой); фундамент глубокого заложения (свайный фундамент).

Расчет фундаментов мелкого заложения и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям:

1.  первой группы по несущей способности грунта основания фундаментов (этот расчет в курсовом проекте не производится), по прочности фундаментов;

2.       второй группы по деформациям (осадкам) по образованию и раскрытию трещин (этот расчет в курсовом проекте не производится) с коэффициентом .

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям:

1.       первой группы по прочности материала свай и свайных ростверков; по несущей способности грунта основания свай, по устойчивости грунтового массива со свайным фундаментом, коэффициентом надежности по нагрузке равным

.        второй группы по осадкам основания свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок; по перемещениям свай (горизонтальным u_P, углам поворота головы свай y_P) совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов, по образованию и раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов с коэффициентом , [2].

4. Замена слабых грунтов основания песчаной подушкой

В случае если основание сложено слабыми грунтами, имеющими недостаточно высокую прочность, экономически целесообразно искусственно улучшить их свойства.

Применение песчаных подушек позволяет: уменьшить глубину заложения фундамента, в этом случае подушка воспринимает нагрузку от фундамента и предает ее на более прочный, чем заменяемый нижележащий слой; уменьшить давление на слабый грунт основания путем распределения нагрузки от сооружения на большую площадь. Кроме этого подушка препятствует выпиранию грунта из-под подошвы фундамента и уплотняет основание своим весом до возведения сооружения, благодаря чему уменьшается осадка.

В соответствии с нормами проектирования «…плотность грунтов в подушках назначается в зависимости от вида применяемых грунтов и должна быть не менее 0,95 максимальной плотности, получаемой опытным уплотнением грунтов с оптимальной влажностью в полевых и лабораторных условиях. При отсутствии результатов опытного уплотнения допускается плотность грунтов в сухом состоянии принимать для подушек из однородных крупных и средних песков - 1,60 т/м³, неоднородных крупных и средних песков - 1,65 т/м³».

В курсовом проекте в качестве материала песчаной подушки используется песок крупный, средней плотности, угол a принимается равным 50⁰.

Песчаные подушки устраиваются следующим образом: слабые грунты основания выбираются на некоторую проектную глубину и заменяются песком крупным, укладываемым слоями толщиной 15-20 см, каждый слой проливается водой для достижения оптимальной влажности и уплотняется.

4.1 Расчет фундамента на искусственном основании

В соответствии с геологическим разрезом, построенным в приложении, глубина заложения подошвы фундамента мелкого заложения, определяется по указаниям п. 12.2 [3] составляет d_f=1,5 м. При этом основанием фундамента является слой глины текучепластичной с условным расчетным сопротивлением R₀=202 кПа. В таких условиях целесообразно рассмотреть вариант устройства фундамента с заменой слабого грунта (супеси пластичной) песчаной подушкой. В качестве материала песчаной подушки принимается песок крупный средней плотности с R₀=300 кПа.

Глубина заложения подошвы фундамента в этом случае назначается, исходя из конструктивных требований, и принимается равной d_k=d₁=1,2 м.

4.2 Определение размеров подошвы фундамента мелкого заложения под колонну промышленного здания

Определение оптимальных размеров подошвы отдельных внецентренно нагруженных фундаментов под колонны производится методом последовательных приближений в следующем порядке:

а) Определение требуемой площади подошвы фундамента как центрально нагруженного:

 (11)

Где:  - ориентировочное значение расчетного сопротивления грунта основания в уровне подошвы фундамента ;

 - глубина заложения подошвы фундамента

 - осредненное значение удельного веса фундамента и грунта на его ступенях

 - расчетное значение вертикального усилия на обрез фундамента, которое определяется при коэффициенте надежности по нагрузке  и определяемое по формуле 12:

 (12)

Тогда

б) Определяются размеры подошвы фундамента в плане, как имеющего квадратную форму  Принимаем b=1,5 м

в) Вычисляется эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента:

 (13)

Где:  - расчетное значение суммарного изгибающего момента, передаваемое фундаментом на основание в уровне подошвы, определяемое по формуле 14

 (14)

Где:  - соответственно расчетные значения изгибающего момента и поперечного усилия в основном сочетании при

 - расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес конструкций фундамента, грунта на его ступенях, определяемое по формуле 15

 (15)

 - расчетное значение вертикального усилия от веса конструкций фундамента и грунта на его ступенях, ориентировочно при , определяемое по формуле 16

 (16)

Поскольку , принимается прямоугольная в плане подошва фундамента, для чего увеличивается ее размер в плоскости действия изгибающего момента. Для этого вычисляется коэффициент увеличения

 (17)

С учетом вычисленного значения  длина подошвы внецентренно нагруженного фундамента под колонну определяется как

 (18)

Принимаем монолитные столбчатый фундамент с размерами подошвы: ;

г) Вычисляем напряжения под подошвой фундамента:

(19)

 (20)

Где:  - площадь подошвы фундамента, м²;

 - расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес фундамента и грунта на его ступенях, кН

 - эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента, определяемый по формуле 13, м

что меньше

Тогда

Среднее давление под подошвой фундамента определяется по формуле 21:

 (21)

При правильном экономическом подборе размеров подошвы фундамента должны выполняться условия:

1. , т.е. максимальное давление под краями подошвы внецентренно нагруженного фундамента , согласно [3], должно быть меньше или равно :  - условие выполняется;

. , для минимального давления ограничение не введено, но оно должно быть больше 0, т.е. не должно быть отрыва части подошвы фундамента от грунта в результате появления растягивающих напряжений, когда  со знаком «минус»,  условие выполняется;

.  т.е. среднее давление под подошвой фундамента должно быть меньше расчетного сопротивления грунта основания.

 условие выполняется.

.  - условие выполняется.

Недонапряжение по максимальному краевому давлению составляет:

Следовательно, фундамент запроектирован экономично

Расчет конструкции фундамента

(lcf - hc)

≤300+0,5(1500-800)=650

Расчет тела фундамента на продавливание проводится от дна стакана.

Производится расчет фундамента на продавливание, исходя из условия:

Где:  - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельного состояния I группы, кПа, принимаемое с учетом коэффициента условий работы,

 - среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды, определяется по формуле 22:

 (22)

 - меньший размер дна стакана определяется по формуле 23

 (23)

 - расстояние от нижней части стакана до середины рабочей арматуры подошвы фундамента, определяется по формуле 24

 (24)

Тогда:

 - расчетное значение продавливающей силы, определяется по формуле 25

 (25)

 - часть площади основания фундамента, ограниченная нижним основанием в рассматриваемой грани пирамиды продавливания и продолжением соответствующих ребер, по формуле 26

 (26)

 - ширина и длина прямоугольной в плане подошвы фундамента

 - меньший и больший размер дна стакана

Условие выполняется. Продавливания тела фундамента не произойдет.

4.3 Проектирование песчаной подушки

Задаемся ориентировочной толщиной подушки .

Определяем природное давление грунта на уровне подошвы фундамента (точка 0)

 (27)

Где:  - соответственно удельный вес и мощность растительного слоя

 - соответственно удельный вес и мощность слоя суглинка текучепластичного, залегающего выше отметки подошвы фундамента

Дополнительное (осадочное) давление под подошвой фундамента определяется как:

 (28)

Вычисляется природное давление грунта на кровлю подстилающего песчаную подушку слоя, т.е. на 1,9 м ниже подошвы фундамента.

 (29)

По [3, табл. 5.6] при  и  значение коэффициента рассеивания α определяется двойной интерполяцией и составляет α=0,304. Тогда осадочное давление на кровлю подстилающего песчаную подушку слоя супеси пластичной составляет:

 (30)

Полное давление на кровлю подстилающего слоя от природного и осадочного давления составляет

 (31)

Площадь подошвы условного фундамента определяется как

 (32)

Где:

 (33)

Размеры подошвы песчаной подушки в плане рассчитываются как

(34)

 (35)

Где: (36)

Расчетное сопротивление грунта основания, подстилающего песчаную подушку, определяется по формуле (37) [3]:

 (37)

Где: ;; ;

 - коэффициенты, принимаемые по [3, п. 5.5.8, табл. 5.3] в зависимости от угла внутреннего трения грунта основания условного фундамента, поскольку таковым является слой песка крупного:

; ; ;

 - расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы условного фундамента, кН/м³, ;

 - среднее значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы условного фундамента, определяемое как:

 (38)

;  - соответственно расчетное значение удельного веса и толщины каждого слоя грунта по высоте (hp+d1) условного фундамента, кН/м3, м.

Тогда:

Проверяется выполнение условия

Условие выполняется, вычисляем недонапряжение

Уменьшаем размеры подошвы песчаной подушки, принимаем минимально допустимые величины.

 =b+2*0,4=2,3 м

 =l+2*0,4=2,1+0,8=2,9 м

Тогда

,4 кПа ≤ 218,8 кПа - условие выполняется.

Окончательно размеры песчаной подушки принимаются равными .

5. Фундамент глубокого заложения

строительство фундамент свайный осадка

По конструктивным соображениям, условию производства работ принимается свайный фундамент с забивными железными сваями и ростверком.

.1 Определение глубины заложения подошвы ростверка и длины сваи

Устанавливается глубина заложения подошвы ростверка из конструктивных требований без учета сезонного промерзания грунтов, инженерно - геологических особенностей площадки строительства, положения УГВ. При этом в первом приближении высота ростверка назначается на 0,4 ¸ 0,5 м больше необходимой глубины заделки колонны в фундамент h_f т.е.

 (39)

Выбираем забивную сваю (по [6]) квадратного поперечного сечения с ненапрягаемой стержневой арматурой марки С50.30, то есть длиной 5 м и размерами поперечного сечения 0,3х0,3 м. Назначается заделка верхних концов свай в ростверк. При действии вертикальных и незначительно горизонтальных нагрузок эта величина принимается, равной 30 см (5 см свая и 25 см выпуски арматуры). С учетом этого вновь определяется расчетная длина сваи

 (40)

Значения расчетной длины сваи  откладываются на геологическом разрезе, устанавливаем фактическое заглубление сваи в опорные слои песка крупного:

, (41)

Что находится в установленных пределах.

5.2 Определение несущей способности сваи

Определяется несущая способность висячей забивной сваи из условия прочности грунта по [3, формула (7), (8)]:

 (42)

Где:  - коэффициент условий работы сваи в грунте, ;

 - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, ;

 - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по [3, табл. 7.1], ;

 - площадь поперечного сечения сваи, ;

 - наружный периметр поперечного сечения сваи, ;

 - толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м, , , , .

 - расчетное сопротивление i-ого слоя грунта основания мощностью  по боковой поверхности сваи, принимаемое по [3, табл. 7.2] в зависимости от средней глубины расположения слоя грунта, кПа;

, ,

, ,

, ,

, ,

Определяем расчетную нагрузку на сваю из условия прочности грунта по [3, п. 7.1.11]

 (43)

Где:  - коэффициент надежности назначаемые в зависимости от способа определения несущей способности сваи и равный ;

Определяем несущую способность сваи, работающей на сжатие, по условию прочности материала:

 (44)

Где:  - коэффициент продольного изгиба, ;

 - коэффициент условий работы, ;

 - коэффициент условий работы бетона ;

 - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, принимаемое для свай из бетона класса В25; ;

 - площадь поперечного сечения рабочей арматуры, м². Принимаем арматуры сечение сваи 4d по 12 класса АII с расчетным сопротивление сжатию R_sc=270 МПа по [5, табл. 5.8]

В расчете окончательно принимается меньшая из полученных величин P, F_dm, где.

Определяем ориентировочно количество свай в фундаменте:

 (45)

Где: 1,2 - коэффициент, увеличивающий число свай в фундаменте на 20% вследствие действия изгибающего момента и поперечной силы

 - расчетное значение вертикальной нагрузки при коэффициенте надежности по нагрузке ;

Принимаем 3 сваи.

Производится размещение свай, и определяются размеры ростверка в плане, расстояния между осями свай принимаются от 3d до 6d, где d - сторона сечения сваи. Оптимальным считается расстояние, равное 3d. Размеры ростверка в плане должны быть кратными 0,1 м.

Проверяем нагрузку на угловые сваи фундамента, как наиболее нагруженные:

 (46)

Где:  - расстояние от главной оси до оси угловой сваи, м,

 - расчетная нагрузка от собственного веса ростверка и грунта на его ступенях, кН, определяемая при ;

 (47)

 - расчетное значение изгибающего момента относительно главной оси подошвы ростверка, , при ;

 (48)

 - сумма квадратов расстояний от главной оси до оси каждой сваи фундамента, м²;

Проверяется выполнения условий:

,  - условие выполняется;

,  - условие выполняется.

Проверяем напряжения в грунте в плоскости нижних концов свай. При этом свайный фундамент условно принимаем за массивный жесткий фундамент глубокого заложения, контур которого ограничен сверху поверхностью планировки груза, снизу - плоскостью, проходящей через нижние концы свай, с боков - вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней свай на расстоянии .

Для слоистой толщи определяем осредненное значение угла внутреннего трения в грунте:

 (49)

Где ,  - расчетное значение угла внутреннего трения и толщина каждого слоя грунта в пределах расчетной длины сваи, град, м.

, ; , ; ,

Исходя из этого, размеры подошвы условного фундамента в плане определяются:

Площадь подошвы условного фундамента:

 (50)

Определяем давление под подошвой условного фундамента (в плоскости нижних концов свай) от действия расчетных нагрузок соответствующих II группе предельных состояний, то есть при  по формуле:

 (51)

Где:  - расчетная нагрузка от собственного веса свай, ростверка, грунта, в пределах условного фундамента, определяемая приближенно для данного грунта как:

 (52)

С учетом этого:

 (53)

Определяем расчетное сопротивление грунта под подошвой условного фундамента (или в плоскости нижних концов свай) по [3, п. 5.5.8, формула (5.5)]. Для свайного фундамента учитывается то, что глубина подвала равна 0:

 (54)

;; ;

Где: ; ; ;

;

 (55)

Таким образом:

Проверяем выполнения условия:

 - условие выполняется.

5.3 Расчет железобетонного ростверка

При расчет ростверка свайного фундамента производится только проверка ростверка на продавливание колонной по пирамиде, боковые стороны которой проходят от наружных граней колоны до внутренней грани свай, наклонены к горизонтали не более угла, соответствующего пирамиде с с=0,4 Н. Расчетная формула имеет вид

 (56)

Где:  - расчетная продавливающая сила, равная при внецентренно нагруженном фундаменте удвоенной сумме реакций всех свай, расположенных с одной наиболее нагруженной стороны от оси колонны за пределами нижнего основания пирамиды продавливания, которая определяется от усилий, действующих в плоскости верха фундамента, с учетом коэффициента надежности по нагрузке при расчете по I группе предельных состояний, n=2 - число свай за пределами нижнего основания пирамиды продавливания:

 (57)

 - реакция одной сваи фундамента:

 (58)

 - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, кПа, для определенного состояния I группы принимаемое с учетом коэффициента условий работы . Класс бетона В15. .

 - рабочая высота ростверка, принимаемая при сборной колонне от дна стакана до верха нижней рабочей арматуры сетки, м, ;

,  - длина и ширина сечения колонны: ; ;

 - расстояние от соответствующих граней колонн до внутренних граней ближайших свай расположенных за пределами нижнего основания, м, принимаемые от  до ;

 назначается ;  назначается

 - безразмерные коэффициенты, равные , принимаемые от 2,5 до 1. ;

В правой части условия имеем:

Условие выполняется, следовательно, продавливание тела ростверка колонной не произойдет.

Конструирование свайного фундамента представлено в приложении.

6. Технико-экономическое сравнение вариантов

В качестве критерия при оценке и выборе основного варианта фундаментов принимается наименьшие приведенные затраты. Показатель полных приведенных затрат определяется в общем случае с учетом себестоимости возведения фундаментов, капитальных вложений в материально техническую базу строительства эксплуатационных затрат, фактора дефицитности материальных ресурсов и экономичного эффекта, который может быть получен в случае сокращения продолжительности строительства. Расчет сметной стоимости производится по укрупненным показателям, условно для одного отдельного фундамента каждого из вариантов в табличной форме.

6.1 Сметная стоимость возведения фундамента мелкого заложения

Объем земляных работ при разработке котлована:

 (59)

Объем материала песчаной подушки:

Расход монолитного бетона:

Расход бетона на устройство подготовки толщиной 100 мм:

6.2 Сметная стоимость устройства свайного фундамента

Объем земляных работ при разработке котлована:

Расход монолитного бетона при устройстве ростверка:

Объем сборной железобетонной сваи:

Расход бетона на устройство подготовки толщиной 100 мм:

Данные результаты сведены в таблице

Целесообразно использовать фундамент глубокого заложения, для которого выполняется расчет по 2 группе предельных состояний.

7. Расчет основания по деформациям

Расчет оснований по деформациям сводится к определению расчетных величин стабилизированных осадок и сравнению их с предельными. При этом необходимо добиваться выполнения следующего условия:

 (60)

Где:  - максимальная величина осадки фундамента здания, полученная расчетом, см;

 - предельно допустимое значение абсолютной осадки фундамента.

, для производственного одноэтажного здания с ж/б каркасом.

7.1 Расчет осадки фундамента методом послойного элементарного суммирования

.1.1 Построение эпюры природного давления грунта

Природным называется давление от веса вышележащих слоев грунта, определяемое по формуле:

 (61)

Где:  удельный вес грунта, кН/м3

 мощность слоя грунта, м

Ординаты эпюры  вычисляем для всех характерных точек: отметки подошвы фундамента, отметки границ слоев грунта.

Строим эпюру природных давлений слева от вертикальной оси, проходящей через середину подошвы фундамента. Кроме этого вычисляем ординаты вспомогательной эпюры 0,2 .

. На уровне планировки:

; ;

. На контакте I и II слоев (мощность 0,2 м)

. На контакте II и III слоев (мощность 3 м):

. На уровне подошвы условного фундамента (мощность 0,7 м):

. На контакте III и IV слоев (мощность 2,4 м):

6. На подошве IV слоя (мощность 3,7 м):

7. На уровне подошвы ростверка (мощность 1,5 м):

7.1.2 Построение эпюры осадочных давлений

Осадочным называется давление, передаваемое фундаментом на грунт основания и вызывающее его уплотнение. Величина осадочного давления непосредственно под подошвой фундамента определяется как

 (62)

Где:  - среднее давление под подошвой фундамента, кПа

 - природное давление в уровне подошвы фундамента на естественном основании, кПа.

При построении эпюры осадочных давлений толща грунта ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои толщиной 0,4b, где b-ширина подошвы фундамента. При этом высота элементарного слоя должна быть не более 2 м, а модуль деформации - постоянной величиной.

Ординаты эпюр осадочного давления на глубине  ниже подошвы фундамента определяются как

 (63)

Где  - коэффициент рассеивания, определяемый по [3, п. 5.5.32, табл. 5.6.]

Тогда:

Каждый слой грунта ниже подошвы фундамента разбивается на слои толщиной не более 1 м.

Вычисление ординат эпюры осадочных давлений производится в табличной форме.

Величина коэффициента a определяется двойной интерполяцией в зависимости от

 (64)

 (65)

Ординаты эпюры осадочных давлений

.1.3 Определение нижней границы сжимаемой толщи

Толщина грунта, практически влияющая на осадку фундамента, называется сжимаемой. Сжимаемая толща ограничена сверху горизонтальной плоскостью, проходящей через подошву фундамента, а внизу - горизонтальной плоскостью, на уровне которой осадочное давление в пять раз меньше природного, т.е. . Величиной сжатия грунта ниже этого уровня обычно пренебрегают вследствие незначительности.

Мощность сжимаемой толщи легко определяется с помощью графического построения, которое заключается в наложении эпюры природных давлений , вычерченной справа от оси с пятикратным уменьшением, на эпюру осадочных давлений . Точка пересечения этих границ будет соответствовать нижней границе сжимаемой толщи. В данном случае нижняя граница сжимаемой толщи (НГСТ) располагается на глубине 2,75 м от подошвы условного фундамента.

Эпюры природного и осадочного давлений для фундамента мелкого заложения представлены в приложении.

7.2 Расчет осадки фундамента

Полная осадка фундамента определяется как сумма осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи, т.е.

 (66)

Где:  - осадка каждого элементарного слоя грунта м, определяемая как

 (67)

 - среднее давление в середине рассматриваемого элементарного слоя

 - толщина элементарного слоя, м

 - безразмерный коэффициент,

 - модуль деформации грунта, кПа

Тогда:

Полная осадка фундамента:

(68)

Расчетная осадка фундамента удовлетворяет требованиям [8].

8. Выбор сваебойного оборудования

Тип молота выбирается исходя из минимальной энергии удара, необходимой для забивки сваи, которая определяется по формуле:

 (69)

Где:  - расчетная нагрузка на сваю,

Молот принимаем с расчетной энергией удара .

Принимаем паровоздушный молот одиночного действия СССМ-570 с расчетной паспортной энергией удара . Молот должен удовлетворять условию

 (70)

Где:  - полная масса молота,

 - масса сваи и наголовника,

 - коэффициент применимости молота,

Условие выполняется, для забивки свай принимаем паровоздушный молот СССМ-570.

9. Определение «отказа» сваи

Отказ сваи вычисляют по формуле

 (71)

Где:

 - площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полного поперечного сечения ствола сваи, м²;

 - несущая способность сваи;

 - полная масса молота;

 - масса сваи и наголовника;

 - масса подбабка;

 - коэффициент восстановления удара, при забивке железобетонных свай и свай-оболочек мотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем

Условие не выполняется, следовательно, подберем другое сваебойное оборудование.

Принимаем трубчатый дизель-молот С-995 с расчетной паспортной энергией удара . =26 кН; К=6

Условие выполняется. Окончательно оставляем трубчатый дизель-молот С-995.

10. Расчет фундамента глубокого заложения по осям «А» и «В»

Определяется несущая способность висячей забивной сваи из условия прочности грунта по [3, формула (7), (8)], по формуле 42:

Расчетная нагрузка на сваю из условия прочности грунта по [3, п. 7.1.11], по формуле 43:

Несущая способность сваи, работающей на сжатие, по условию прочности материала по формуле 44:

В расчете окончательно принимается меньшую из полученных величин P, F_dm, где.

Количество свай в фундаменте по формуле 45:

Принимаем 3 сваи.

Производится размещение свай, и определяются размеры ростверка в плане, расстояния между осями свай принимаются от 3d до 6d, где d - сторона сечения сваи. Оптимальным считается расстояние, равное 3d. Размеры ростверка в плане должны быть кратными 0,1 м.

Проверяем нагрузку на угловые сваи фундамента, как наиболее нагруженные по формуле 46:

Где:  - расстояние от главной оси до оси угловой сваи, м,

 - расчетная нагрузка от собственного веса ростверка и грунта на его ступенях, кН, определяемая при ;

 - расчетное значение изгибающего момента относительно главной оси подошвы ростверка, , при ;

 - сумма квадратов расстояний от главной оси до оси каждой сваи фундамента, м²;

Проверяется выполнение условий:

,  - условие выполняется;

,  - условие выполняется.

Библиографический список

1.  ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация - М. Минстрой РФ, 1996.

2.  Проектирование фундаментов промышленного здания: Учебное пособие / Под ред. Миловидова В.И., Берсенева М.А., Орлова Н.И. - Челябинск, изд. ЮУрГУ, 2007 - 68 с.

3.       СП 50-101-2004 Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений - М. Госстрой России, 1994.

.        ГОСТ 20522-96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний - М. Минстрой РФ, 1996.

.        СП 52-101-2003 Свод правил по проектированию и строительству. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры - М. Госстрой РФ, 2003.

.        ГОСТ 19804-91 Сваи железобетонные. Технические условия - М. Госстрой СССР, 1991.

.        ГОСТ 28737-90 Балки фундаментные железобетонные для стен зданий промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Технические условия - М. Госстрой СССР, 1990.

.        СНиП 2.02.01-83* Нормы проектирования. Основания зданий и сооружений - М. Госстрой России, 1995.