Основания и фундаменты
Краткая характеристика проектируемого здания
Здание промышленное с размерами в плане 36 * 72 м. Высота до низа стропильной конструкции 12 м. Производственный корпус с мостовыми кранами грузоподъемностью 120 тон. Сетка колон 6 * 18 м. Выбираем два расчетных фундамента по осям «А» и «В» ( крайний и средний ряд ).
2 Сбор нагрузок на фундаменты.
Фундамент крайнего ряда.
Вид нагрузки |
Нормативная |
f |
Расчетная |
|
кН/м2 |
кН |
кН |
||
Постоянная 1 Гравийная защита 2 Три слоя рубероида 3 Утеплитель ( керамзит ) 4 Пароизоляция 5 Ж/б ребристая плита 6 Ж/б стропильная балка 7 Ж/б колонна 8 Ж/б подкрановые балки 9 Стеновые панели 10 Фундаментные балки |
0,3 0,15 2 0,06 2,8 |
16,2 8,1 108 3,24 151,2 60 100 20 240 15 |
1,3 1,3 1,3 1,3 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 |
21,06 10,53 140,4 4,21 166,32 66 110 22 264 16,5 |
Итого постоянной |
721,74 |
- |
821,02 |
|
Временная 1 Снеговая нагрузка 2 Крановая нагрузка |
1 |
54 1200 |
1,4 1,2 |
75,6 1440 |
Итого временная |
1254 |
- |
1515,6 |
|
ВСЕГО |
1975,74 |
- |
2336,62 |
Горизонтальная нагрузка от крана 0,005 1440 =72 кН
Момент на фундаменте М= 10 1440 = 0,72 МНм
Фундамент среднего ряда
Вид нагрузки |
Нормативная |
f |
Расчетная |
|
кН/м2 |
кН |
кН |
||
Постоянная 1 Гравийная защита 2 Три слоя рубероида 3 Утеплитель ( керамзит ) 4 Пароизоляция 5 Ж/б ребристая плита 6 Ж/б стропильная балка 7 Ж/б колонна 8 Ж/б подкрановые балки 9 Стеновые панели 10 Фундаментные балки |
0,3 0,15 2 0,06 2,8 |
32,4 16,2 216 6,48 302,4 120 100 20 - - |
1,3 1,3 1,3 1,3 1,1 1,1 1,1 1,1 - - |
42,12 21,06 280,8 8,42 332,64 132 110 22 - - |
Итого постоянной |
813,48 |
- |
949,04 |
|
Временная 1 Снеговая нагрузка 2 Крановая нагрузка |
1 |
108 2400 |
1,4 1,2 |
151,2 2880 |
Итого временная |
2508 |
- |
3031,2 |
|
ВСЕГО |
3321,48 |
- |
3980,24 |
Горизонтальная нагрузка от крана 0,05 2880 = 144 кН
Момент на фундаменте М= 10 1,44 = 1,44 Мпа
3 Инженерно-геологические условия площадки строительства.
Определение физико-механических характеристик грунтов площадки строительства.
1 СЛОЙ - Песок крупнозернистый
а) Коэффициент пористости
е = (s - d ) / d = (2660 - 1606 ) / 1606 = 0.66
d = / ( 1 + w ) = 1950 / ( 1 + 0.214 ) = 1606
Песок крупнозернистый средней плотности
б) Степень влажности
Sr = w s / ( e w ) = 0.214 2660 / ( 0.66 1000 ) = 0.86
в) Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды
sw = ( s - w ) / (1 + e ) = (2660 - 1000 ) / ( 1 + 0.66 ) =1000
Песок крупнозернистый средней плотности,влажный = 38 С - нет E0 = 30
2 СЛОЙ - Песок крупнозернистый
а) Коэффициент пористости
е = (s - d ) / d = (2680 - 1522 ) / 1522 = 0.76
d = / ( 1 + w ) = 1800 / ( 1 + 0.183 ) = 1522
Песок крупнозернистый в рыхлом состоянии
б) Степень влажности
Sr = w s / ( e w ) = 0.183 2680 / ( 0.76 1000 ) = 0.65
в) Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды
sw = ( s - w ) / (1 + e ) = (2680 - 1000 ) / ( 1 + 0.76 ) = 954,5
Песок крупнозернистый в рыхлом состоянии,влажный - нет С - нет E0 - нет
3 СЛОЙ - Песок среднезернистый
а) Коэффициент пористости
е = (s - d ) / d = (2670 - 1590 ) / 1590 = 0.68
d = / ( 1 + w ) = 1860 / ( 1 + 0.17 ) = 1590
Песок среднезернистый средней плотности
б) Степень влажности
Sr = w s / ( e w ) = 0.17 2670 / ( 0.68 1000 ) = 0.67
в) Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды
sw = ( s - w ) / (1 + e ) = (2670 - 1000 ) / ( 1 + 0.68 ) = 994
Песок среднезернистый средней плотности ,влажный = 38 С - нет E0 = 25
4 СЛОЙ - Суглинок
а) Число пластичности
Jp = Wl - Wp = 0.219 - 0.100 = 0.119
б) Показатель консистенции
Jl = ( W - Wp ) / ( Wl - Wp ) = ( 0.193 -0.100 ) / ( 0.219 - 0.100 ) = 0.78
Суглинок текуче-пластичный
в) Коэффициент пористости
е = (s - d ) / d = (2700 - 1685 ) / 1685 = 0.6
d = / ( 1 + w ) = 2010 / ( 1 + 0.193 ) = 1685
Суглинок текуче-пластичный
= 19 С = 25 E0 = 17
5 СЛОЙ - Суглинок
а) Число пластичности
Jp = Wl - Wp = 0.299 - 0.172 = 0.127
б) Показатель консистенции
Jl = ( W - Wp ) / ( Wl - Wp ) = ( 0.15593 -0.172 ) / ( 0.299 - 0.172 ) = - 0,13
Суглинок твердый
в) Коэффициент пористости
е = (s - d ) / d = (2730 - 1610 ) / 1610 = 0.7
d = / ( 1 + w ) = 1860 / ( 1 + 0.155 ) = 1610
Суглинок твердый
= 23 С = 25 E0 = 14
Сводная таблица физико-механических свойств грунта
Характеристика грунта |
Номер слоя грунта |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1 Наименование грунта |
Песок крупнозернистый |
Песок крупнозернистый |
Песок среднезернистый |
Сугли нок |
Сугли нок |
2 Удельный вес ( ) |
1950 |
1800 |
1860 |
2010 |
1860 |
3 Удельный вес твердых частиц (s) |
2660 |
2680 |
2670 |
2700 |
2730 |
4 Влажность (W ) |
0,214 |
0,183 |
0,170 |
0,193 |
0,155 |
5 Влажность на границе раскатывания ( Wp ) |
- |
- |
- |
0,100 |
0,172 |
6 Влажность на границе тякучести (Wl ) |
- |
- |
- |
0,219 |
0,299 |
7 Число пластичности ( Jp ) |
- |
- |
- |
0,119 |
0,127 |
8 Показатель консистенции ( Jl ) |
- |
- |
- |
0,78 |
-0,13 |
9 Коэффициент пористости ( е ) |
0,66 |
0,76 |
0,68 |
0,6 |
0,7 |
10 Степень влажности ( Sr ) |
0,86 |
0,65 |
0,67 |
- |
- |
11 Условное расчетное сопротивление ( R ) |
500 |
450 |
500 |
230 |
250 |
12 Угол внутреннего трения ( ) |
38 |
- |
38 |
19 |
23 |
13 Удельное сцепление ( с ) |
- |
- |
- |
25 |
25 |
14 Модуль деформации ( Е0 ) |
30 |
- |
25 |
17 |
14 |
Определение отметки планировки земли
Данные о напластовании грунтов по осям «А» и «Б»
Ось здания |
Мощности слоев |
Абсолютная отметка поверхности |
Уровень грунтовых вод |
|||||
Раст. слой |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
земли |
||
«А» скв. 1 |
0,2 |
1,8 |
2,4 |
2,5 |
3,7 |
14,6 |
134,2 |
132,4 |
«Б» скв.2 |
0,2 |
1,7 |
2,6 |
3,8 |
3,5 |
13,4 |
134,6 |
132,9 |
Отметку планировки земли DL назначаем исходя из минимума земляных работ на площадке.
DL = ( Hскв 1 + Нскв 2 ) / 2 = ( 134,2 + 134,6 ) / 2 = 134,4 м.
Относительно уровня чистого пола DL = -0,1 м., тогда абсолютная отметка пола составит 134,5 м.
По данным наплоставания грунтов строим инженерно-геологический разрез по оси скважин 1 и 2.
Выводы
В целом площадка пригодна для возведения здания . Рельеф площадки ровный с небольшим уклоном в сторону скважины 1. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием пластов ( уклон кровли грунта не превышает 2 % ). Подземные воды расположены на достаточной глубине.
В качестве несущего слоя для фундамента на естественном основании может быть принят 1 слой - песок крупнозернистый. 2 слой песка по своему состоянию ( е = 0,76 ) песок рыхлый ( е > 0,7 ). Нормы проектирования не допускают использования в качестве естественного основания песчанных грунтов в рыхлом состоянии без их предварительного уплотнения.
В качестве альтернативного варианта может быть рассмотрен свайный фундамент с заглублением свай в 5 слой - суглинок твердый. 2 слой - не может быть использован, потому что песок находится в рыхлом состоянии. 3 слой - не рационально использовать, так как он рыхлее 1 слоя. 4 слой - Суглинок - находится в текуче-пластичном состоянии ( 0.75 < Jl =0.78 < 1 ). 5 слой -Суглинок ( Jl < 0 ) находится в твердом состоянии и может выступать в качестве несущего слоя.
4 Проектирование фундамента на естественном основании
Определение глубины заложения подошвы фундамента.
Согласно СНиП 2.02.01-83 (п.2.29а) глубина заложения фундамента на крупных песках не зависит от глубины промерзания. Глубину заложения фундамента принимаем из конструктивных соображений.
Определение размеров подошвы фундамента.
Расчетное сопротивление грунта в основании
R = (c1 c2 / k) ( M Kz b 11 + Mg d1 11` + ( Mg - 1 ) db 11` + Mc c11 )
c1 = 1.4 c2 = 1 К = 1,1
при = 38 М = 2,11 Мg = 9.44 Mc = 10.8
Kz = 1 b = 2.5
11 = 1000 11` = 1000 c11 = 0
d1 = 2 м db = 0
R = ( 1.4 1 / 1.1 ) ( 2.11 1 2.5 1000 + 9.44 2 1000 + 0 + 0 ) = 1.27 ( 5275 + 18880 ) = 307 кПа
задаемся L/b = 1.5
а) Крайний ряд
Aф = N / ( R - d ) = 2.34 / ( 0.307 - 0.02 2 ) = 8.76 м2
Увеличиваем на 20 % получаем Аф = 10,5 м2
Принимаем размеры фундамента 2,5 на 4,0 м (Аф = 10 м2 )
Конструирование фундамента
при Rбетона = 0,19 Мпа
и при марке М 100
= 31 tg = 0.61
h = ( b - b0 ) / 2 tg =
= (4.0 - 1.2 ) / 2 0.61 = 2.4 м
Необходимо принять в качестве несущего слоя 2 слой - песок крупнозернистый, но так как он находится в рыхлом состоянии ( е = 0,76 ) необходимо выполнить мероприятия по его уплотнению.
( еmax = 0.65 ) = 38 E = 30 C - нет
пересчитываем расчетное сопротивление
R = ( 1.4 1 / 1.1 ) ( 2.11 1 2.5 1000 + 9.44 2,4 1000 + 0 + 0 ) = 1.27 ( 5275 + 22656) = 354,72 кПа
Aф = N / ( R - d ) = 2.34 / ( 0.354 - 0.02 2 ) = 7,5 м2
Увеличиваем на 20 % получаем Аф = 9 м2
Оставляем размеры фундамента 2,5 на 4,0 м (Аф = 10 м2 )
Vф = 0,7 1,2 0,4 + 0,5 ( 1,6 1,1 + 2,4 1,5 + 3,2 1,9 + 4 2,5) = 11,06 м3
Vгр = 2,5 4 2,4 - 11,06 = 12,94 м3
Gф = 11,06 2400 = 0,265 МН
Gгр = 12,94 1900 = 0,246 МН
Р max ( min ) = ( N + Gф + Gгр ) / А М / W = ( 2.34 + 0.265 + 0.246 ) / 10 0.72 / 6.67 = 0.40 ( 0.18 ) Мпа
W = b L2 / 6 =2.5 42 / 6 = 6.67 м3
Р max 1,2 R
Мпа 0,42 Мпа
Рср = 0,29 R = 0.354
б) Средний ряд
Aф = N / ( R - d ) = 3,98 / ( 0.307 - 0.02 2 ) = 14,9 м2
Увеличиваем на 20 % получаем Аф = 17,9 м2
Принимаем размеры фундамента 3,5 на 5,0 м (Аф = 17,5 м2 )
Конструирование фундамента
пересчитываем расчетное сопротивление
R = ( 1.4 1 / 1.1 ) ( 2.11 1 3.5 1000 + 9.44 2,4 1000 + 0 + 0 ) = 1.27 ( 7385 + 22656) = 380 кПа
Aф = N / ( R - d ) = 3,98 / ( 0.38 - 0.02 2 ) = 11,64 м2
Увеличиваем на 20 % получаем Аф = 14 м2
Оставляем размеры фундамента 3,5 на 5,0 м (Аф = 17,5 м2 )
Vф = 0,7 1,2 0,4 + 0,5 ( 2 1,3 + 3 1,9 + 4 2,5 +5 3,5 ) = 18,236 м3
Vгр = 3,5 5 2,4 - 18,236 = 23,764 м3
Gф = 18,236 2400 = 0,437 МН
Gгр = 23,764 1900 = 0,452 МН
Р max ( min ) = ( N + Gф + Gгр ) / А М / W = ( 3,98 + 0.437 + 0.452 ) / 17,5 1,92 / 14,6 = 0.41 ( 0.15 ) МПа
W = b L2 / 6 = 3.5 52 / 6 = 14,6 м3
Р max 1,2 R
0,41 МПа 0,46 МПа
Рср = 0,28 R = 0.38
Расчет осадки фундамента по методу послойного
суммирования осадок.
Вся толща грунтов ниже подошвы фундамента разбивается на отдельные слои толщиной 0,2 bf
Для подошвы каждого слоя определяется :
дополнительное напряжение от нагрузки на фундамент
zp i = i + P0 Р0 = Р - zg 0
природное напряжение от собственного веса грунта
zg i = zg i -1 +Hi i
Если zp i < 0,2 zg i то нижняя граница сжимаемой толщи грунтов основания принимается расположенной на уровне подошвы i - го слоя. В противном случае принимается i = i + 1 и продолжается поиск границы сжимаемой толщи грунтов.
Расчет осадки фундаментов производим в табличной форме, как сумму осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи грунтов основания.
а) Крайний ряд ( ось «А» , скв.1 )
0,2 bf = 0,2 2,5 = 0,5 м
zp i = i + P0 Р0 = Р - zg 0 = 290 - 45,6 = 244,4
zg 0 = d = 1900 2.4 = 45.6
zg i = zg i -1 +Hi i
Отметка слоя |
Z (м) |
Коэф. |
Напряжения в слоях |
Е0 |
Осадка слоя (м) |
||
Природное |
20% |
Дополнительное |
|||||
132,00 |
0,0 |
1,000 |
45,6 |
9,12 |
244,4 |
30 |
- |
131,50 |
0,5 |
0,972 |
55,1 |
11,02 |
237,56 |
30 |
3,96 |
131,00 |
1 |
0,848 |
64,6 |
12,92 |
207,25 |
30 |
3,45 |
130,50 |
1,5 |
0,682 |
74,1 |
14,82 |
166,68 |
30 |
2,78 |
130,00 |
2 |
0,532 |
83,6 |
16,72 |
130,02 |
30 |
2,17 |
129,50 |
2,5 |
0,414 |
93,1 |
18,62 |
101,18 |
25 |
2,02 |
129,00 |
3 |
0,325 |
102,6 |
20,52 |
79,43 |
25 |
1,59 |
128,50 |
3,5 |
0,260 |
112,1 |
22,42 |
63,54 |
25 |
1,27 |
128,00 |
4 |
0,210 |
121,6 |
24,32 |
51,32 |
25 |
1,03 |
127,50 |
4,5 |
0,173 |
131,1 |
26,22 |
42,28 |
25 |
0,85 |
127,00 |
5 |
0,145 |
140,6 |
28,1 |
35,44 |
17 |
1,04 |
126,50 |
5,5 |
0,123 |
150,1 |
30 |
30,10 |
17 |
0,89 |
126,00 |
6 |
0,105 |
159,6 |
31,9 |
25,66 |
17 |
0,75 |
Всего |
21,8 |
Осадка фундамента S = 0.8 21,8 = 17,44 мм. 80 мм.
Граница сжимаемой толщи грунта на отм.126,00 м.
(мощность сжимаемой толщи грунтов 6 м. ).
При наличии в сжимаемой толще грунта меньшей прочности, чем вышележащие слои, необходимо проверить условие
zp + zg Rz
z = 5 м zp + zg = 35,44 + 140,6 = 176,04
R = ( 1.4 1 / 1.1 ) ( 0,47 1 8,25 2010 + 2,89 2,4 1860 + 0 + 5,48 25 ) = 1.27 ( 7794 + 12900 + 137 ) = 264 кПа
bz = Az + a2 - a = 80.4 + 0.752 - 075 = 8.25
Az = N / zp = 2.85 / 35.44 = 80.4
a = ( L - b ) / 2 = ( 4 - 2.5) / 2 = 0.75
zp + zg = 176.04 кПа Rz = 264 кПа
Условие выполнилось
б) Средний ряд ( ось «Б» , скв.2 )
0,2 bf = 0,2 3,5 = 0,7 м
zp i = i + P0 Р0 = Р - zg 0 = 280 - 45,6 = 234,4
zg 0 = d = 1900 2.4 = 45.6
zg i = zg i -1 +Hi i
Отметка слоя |
Z (м) |
Коэф. |
Напряжения в слоях |
Е0 |
Осадка слоя (м) |
||
Природное |
20% |
Дополнительное |
|||||
132.00 |
0,0 |
1,000 |
45,6 |
9,12 |
234.4 |
30 |
- |