Проектирование основания и фундамента
Раздел IV. Расчет фундамента по 2-му предельному состоянию
В процессе возведения или эксплуатации сооружения, вследствие недопустимых деформации или местных повреждений основания, часто возникает такой состояние сооружения, при котором оно теряет несущую способность или перестает удовлетворять своему назначению.
Расчет оснований промышленно-гражданских зданий сооружений по 2-му предельному состоянию – расчет по деформациям – сводится к выполнению условия S≤Sпр. определяется по таблице 18 СНиП П-15-74.
Различают абсолютную и среднюю осадку сооружения или конструкции. Абсолютная осадка Sабс характеризуется полной величиной осадки какой – либо точки подошвы сооружения или отдельных фундаментов. Относительная осадка Sотн. вычисляется по величинам абсолютных осадок Sабс нескольких фундаментов (не менее 3-х):
Необходимые для вычисления осадки фундамента данные:
Глубина заложения и размеры подошвы фундамента
Сведения о грунтах и их напластованиях
Среднее давление под подошвой фундамента
Данные компрессионных испытаний грунтов.
Определение абсолютной осадки фундамента в сечении 2-2 методом послойного суммирования
Согласно СНиП П-15-74 осадка определяется методом послойного суммирования, основные предпосылки которого следующие:
1) Принимается, что осадка происходит за счет дополнительного давления Р0 = Рср – Рпр1-1
2) Выполняется главное условие прочности Pср ≤ R
3) Осадка фундамента происходит за счет деформации грунта в пределах некой толщи ограниченной мощности, расположенной под подошвой фундамента. Этот слой называется сжимаемой толщей. Нижняя граница сжимаемой толщи соответствует уровню, на котором выполняется условие Pz ≥ 0,2 Рср
4) Осадка происходит только за счет осевых напряжений Pz
5) Боковое расширение грунта отсутствует, следовательно, при определении осадки фундамента можно пользоваться решением задачи об уплотнении грунтов под воздействием сплошной равномерно распределенной нагрузки.
Значит:
Толщу основания ниже подошвы разобьем на элементарные слои hi=0,2b, hi=0,2х2.5=0,5м.
Определим m и n для каждого элементарного слоя по формулам mi = 2Zi/b; n = a/b,
где Zi – расстояние от подошвы фундамента до подошвы элементарного слоя,
a, b – размеры подошвы фундамента.
По таблице 1, Приложения 3 СНиП П-15-74 определим коэффициент α для каждого слоя.
Все данные находятся в таблице 6.
Определим значения дополнительного напряжения по формуле:
где, γoiн – объемный вес грунта.
На h0 Pос = 281,36 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м – 21,7 кН/м3 х 0,2м) = 239,82 кН/м2
На h1 Pос = 281,36 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 0,7м)= 228,97 кН/м2
На h2 Pос = 281,36 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 1,2м )= 218,12 кН/м2
На h3 Pос = 281,36 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 1,7м )= 207,27 кН/м2
На h4 Pос = 281,36 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 0,2 м)= 196,76 кН/м2
и. т д.
После построения эпюр Pпр и Pос , графически находим мощность сжимаемой толщи Hсжт = 9,68 м.
Все расчетные данные внесем в таблицу:
Таблица 6.1. Данные для расчета абсолютной осадки фундамента в сечении 2-2.
|
№ слоя основа-ния |
№ элем. слоя hi = 0.5м (для всех слоев) |
m1 | α |
Pi = =α(Pср. – Pпр.) |
Pср кН/м2 |
Pпр кН/м2 |
q0 м2/Кн |
Si |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 2 | 1 | 0,4 | 0,96 | 230,2656 | 281,36 | 52 | 2,51 х 10-4 | 0,027633 |
| 2 | 2 | 0,8 | 0,8 | 185,088 | 63,2 | 2,51 х 10-4 | 0,021903 | |
| 2 | 3 | 1,2 | 0,606 | 132,205 | 74 | 2,51 х 10-4 | 0,01577 | |
| 2-3 | 4 | 1,6 | 0,449 | 93,10464 | 84,5 | 1,76 х 10-4 | 0,0078 | |
| 3 | 5 | 2 | 0,336 | 66,14496 | 94,5 | 1,02 х 10-4 | 0,003202 | |
| 3 | 6 | 2,4 | 0,257 | 48,02302 | 104,5 | 1,02 х 10-4 | 0,002318 | |
| 3 | 7 | 2,8 | 0,201 | 35,54886 | 114,5 | 1,02 х 10-4 | 0,00171 | |
| 3 | 8 | 3,2 | 0,16 | 26,6976 | 124,5 | 1,02 х 10-4 | 0,00128 | |
| 3 | 9 | 3,6 | 0,13 | 20,3918 | 134,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000974 | |
| 3 | 10 | 4 | 0,108 | 15,86088 | 144,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000754 | |
| 3 | 11 | 4,4 | 0,091 | 12,45426 | 154,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000589 | |
| 3 | 12 | 4,8 | 0,077 | 9,76822 | 164,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000459 | |
| 3 | 13 | 5,2 | 0,066 | 7,71276 | 174,5 | 1,02 х 10-4 | 0,00036 | |
| 3 | 14 | 5,6 | 0,058 | 6,19788 | 184,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000287 | |
| 3 | 15 | 6 | 0,051 | 4,93986 | 194,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000226 | |
| 3 | 16 | 6,4 | 0,045 | 3,9087 | 204,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000176 | |
| 3 | 17 | 6,8 | 0,04 | 3,0744 | 214,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000136 | |
| 3 | 18 | 7,2 | 0,036 | 2,40696 | 224,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000104 | |
| 3 | 19 | 7,6 | 0,032 | 1,81952 | 234,5 | 1,02 х 10-4 | 7,65E-05 | |
| ∑= 0,085759 | ||||||||
Находим абсолютную осадку сечения c помощью формул.
Переводим величину q0 из МПа-1 в М2/Кн.
0,251 МПа-1 = 2,51 х 10-4 М2/Кн.
Промежуточные значения q0 находим методом интерполяции.
Абсолютная осадка для сечения 2-2 Sабс = 0,085759 м = 8,575 см.
Т.к площади подошв фундаментов у сечений 1-1, 2-2 одинаковы, а нагрузки на фундаменты в сечениях различаются незначительно, (в сечении 1-1 нагрузка меньше чем в 2-2) примем абсолютную осадку для сечения 1-1 равной Sабс = 8,575 см.
Определение абсолютной осадки фундамента в сечении 3-3 методом послойного суммирования
Согласно СНиП П-15-74 осадка определяется методом послойного суммирования, основные предпосылки которого следующие:
1) Принимается, что осадка происходит за счет дополнительного давления Р0 = Рср – Рпр3-3
2) Выполняется главное условие прочности Pср ≤ R
3) Осадка фундамента происходит за счет деформации грунта в пределах некой толщи ограниченной мощности, расположенной под подошвой фундамента. Этот слой называется сжимаемой толщей. Нижняя граница сжимаемой толщи соответствует уровню, на котором выполняется условие Pz ≥ 0,2 Рср
4) Осадка происходит только за счет осевых напряжений Pz
5) Боковое расширение грунта отсутствует, следовательно, при определении осадки фундамента можно пользоваться решением задачи об уплотнении грунтов под воздействием сплошной равномерно распределенной нагрузки. Значит:
Толщу основания ниже подошвы разобьем на элементарные слои hi=0,2b
hi=0,2х2.5=0,48м.
Определим m и n для каждого элементарного слоя по формулам mi = 2Zi/b; n = a/b,
где Zi – расстояние от подошвы фундамента до подошвы элементарного слоя,
a, b – размеры подошвы фундамента.
По таблице 1, Приложения 3 СНиП П-15-74 определим коэффициент α для каждого слоя.
Все данные находятся в таблице 6.
Определим значения дополнительного напряжения по формуле:
где, γoiн – объемный вес грунта.
На h0 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м – 21,7 кН/м3 х 0,2м) = 234,52 кН/м2
На h1 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 0,68м)= 224,104 кН/м2
На h2 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 1,16м )= 213,688 кН/м2
На h3 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 1,64м )= 203,272 кН/м2
На h4 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 0,12 м)= 193,06 кН/м2
На h5 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 0,6 м)= 183,46 кН/м2
На h6 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 1,08 м)= 173,86 кН/м2
На h7 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 1,56 м)= 164,26 кН/м2
На h8 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 2,04м)= 154,66 кН/м2
На h9 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 2,52м)= 145,06 кН/м2
На h10 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 3м)= 135,46 кН/м2
На h11 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 3,48м)= 125,86 кН/м2
На h12 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 3,96м)= 116,26 кН/м2
На h13 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 4,44м)= 106,66 кН/м2
На h14 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 4,92м)= 97,06 кН/м2
На h15 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 5,4м)= 87,46 кН/м2
На h16 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 5,88м)= 77,86 кН/м2
На h17 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 6,36м)= 68,26 кН/м2
На h18 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 6,84м)= 58,66 кН/м2
На h19 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 7,32м)= 49,06 кН/м2
На h20 Pос = 276,06 кН/м2 – (18,6 кН/м3 х2м + 21,7 кН/м3 х 2м + 20 кН/м3 х 7,8м)= 39,46 кН/м2
После построения эпюр Pпр и Pос , графически находим мощность сжимаемой толщи Hсжт = 9,47 м.
Все расчетные данные внесем в таблицу:
Таблица 6.2. Данные для расчета абсолютной осадки фундамента в сечении 3-3.
|
№ слоя основа-ния |
№ элем. слоя hi = 0,48м (для всех слоев) |
m1 | α |
Pi = =α(Pср. – Pпр.) |
Pср кН/м2 |
Pпр кН/м2 |
q0 | Si |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 2 | 1 | 0,4 | 0,96 | 215,0976 | 276,06 | 52 | 2,51 х 10-4 | 0,025915 |
| 2 | 2 | 0,8 | 0,8 | 170,288 | 63,2 | 2,51 х 10-4 | 0,020516 | |
| 2 | 3 | 1,2 | 0,606 | 122,4484 | 74 | 2,51 х 10-4 | 0,014753 | |
| 2-3 | 4 | 1,6 | 0,449 | 86,01044 | 84,5 | 1,76 х 10-4 | 0,007287 | |
| 3 | 5 | 2 | 0,336 | 61,00416 | 94,5 | 1,02 х 10-4 | 0,002987 | |
| 3 | 6 | 2,4 | 0,257 | 44,09092 | 104,5 | 1,02 х 10-4 | 0,002159 | |
| 3 | 7 | 2,8 | 0,201 | 32,47356 | 114,5 | 1,02 х 10-4 | 0,00159 | |
| 3 | 8 | 3,2 | 0,16 | 24,2496 | 124,5 | 1,02 х 10-4 | 0,001187 | |
| 3 | 9 | 3,6 | 0,13 | 18,4028 | 134,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000901 | |
| 3 | 10 | 4 | 0,108 | 14,20848 | 144,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000696 | |
| 3 | 11 | 4,4 | 0,091 | 11,06196 | 154,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000542 | |
| 3 | 12 | 4,8 | 0,077 | 8,59012 | 164,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000421 | |
| 3 | 13 | 5,2 | 0,066 | 6,70296 | 174,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000328 | |
| 3 | 14 | 5,6 | 0,058 | 5,31048 | 184,5 | 1,02 х 10-4 | 0,00026 | |
| 3 | 15 | 6 | 0,051 | 4,15956 | 194,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000204 | |
| 3 | 16 | 6,4 | 0,045 | 3,2202 | 204,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000158 | |
| 3 | 17 | 6,8 | 0,04 | 2,4624 | 214,5 | 1,02 х 10-4 | 0,000121 | |
| 3 | 18 | 7,2 | 0,036 | 1,85616 | 224,5 | 1,02 х 10-4 | 9,09E-05 | |
| 3 | 19 | 7,6 | 0,032 | 1,32992 | 234,5 | 1,02 х 10-4 | 6,51E-05 | |
| ∑=0,080178 | ||||||||
Находим абсолютную осадку сечения c помощью формул.
Абсолютная осадка для сечения 3-3 Sабс = 0,080178м = 8,018 см.
Определяем относительную осадку:
В соответствии с таблицей 18 СНиП П-15-74, Sпр для здания в представленного в настоящем курсовом проекте составляет 15 см. S≤Sпр 8,308 см ≤ 15 см. Главное условие расчета по 2-му предельному состоянию удовлетворено.
Определение осадки фундамента методом эквивалентного слоя сечениях 1-1, 2-2. (метод Цытовича)
Метод эквивалентного слоя состоит в том, что осадка фундамента заданных размеров вычисляется как равновеликая осадка эквивалентного слоя грунта высотой hэквив. Эквивалентным слоем называется такая толща грунта hэквив, которая в условиях невозможности бокового расширения (равномерное загружение всей поверхности распределенной нагрузкой) дает осадку, равную по величине осадке фундамента, имеющего конечные размеры. Мощность эквивалентного слоя зависит от коэффициента поперечной деформации грунта (μср), коэффициента формы площади и жесткости фундамента и его ширины b.
Средний коэффициент поперечной деформации грунта, для всех слоев, залегающих в основании определяется по формуле:
,
где, μi –коэффициент поперечной деформации грунта i-го слоя. (Таблица 9, настоящего методического пособия (см. Литература)).
Осадку однородного основания определяют по формуле:
hэквив. - мощность эквивалентного слоя определяется по формуле:
где, А – коэффициент,
зависящий от
вида грунта
(от деформационных
свойств, μср)
w – коэффициент зависящий от формы и жесткости фундамента
b – ширина подошвы фундамента
Сочетание А w принято называть коэффициентом эквивалентного слоя. Значения коэффициента эквивалентного слоя в зависимости от коэффициента Пуассона для различных грунтов и соотношения сторон загруженной площади приведены в таблице 10 настоящего методического пособия (см. Литература).
Формула для определения мощности примет вид:
Определим
Определим
мощность сжимаемой
толщи:
Находим средний коэффициент относительной сжимаемости:
где, Zi – расстояние от подошвы сжимаемой толщи до середины i-го слоя
hi – высота i-го слоя в пределах сжимаемой толщи.
Для определения значений Zi ; hi cтроим треугольную эпюру. См приложение. Лист 8.
Z1 = 4,1 м, h’1=1,8м Z2 = 1,6м, h’2 = 3,2 м
Вычисляем осадку:
Абсолютная осадка фундаментов в сечениях 1-1, 2-2 равна 12,6 см.
Определение осадки фундамента методом эквивалентного слоя сечениях 3-3. (метод Цытовича)
Определяем
Определим
мощность сжимаемой
толщи:
Для определения значений Zi ; hi cтроим треугольную эпюру. См приложение. Лист 8.
Z1 = 3,85 м, h’1=1,8м Z2 = 1,475м, h’2 = 2,95 м
Находим средний коэффициент относительной сжимаемости:
Вычисляем осадку:
Абсолютная осадка фундамента в сечении 3-3 равна 12,4 см.
Таблица 7. Сравнение расчетных величин осадок
|
Сечение фундамента |
Расчетная величина осадок, см. | |
| Метод послойного суммирования | Метод эквивалентного слоя | |
| 1-1 | 8,575 | 12,6 |
| 2-2 | 8,575 | 12,6 |
| 3-3 | 8,018 | 12,6 |
В соответствии с таблицей 18 СНиП П-15-74, Sпр для здания в представленного в настоящем курсовом проекте составляет 15 см. S≤Sпр 8,308 см ≤ 15 см. Главное условие расчета по 2-му предельному состоянию удовлетворено
Раздел V. Конструктивные мероприятия
Устройство гидроизоляции
Для предотвращения проникновения влаги внутрь здания, а также для обеспечения нормальной эксплуатации конструкций здания, соприкасающихся с водонасыщенным грунтом, устраивается гидроизоляция. Различают проникновение воды за счет капиллярного поднятия (КП) и за счет гидростатического напора (ГН).
Гидроизоляция может быть жесткой и пластичной.
Для устройства жесткой гидроизоляции применяется цементно-песчаный раствор, который наносится на изолируемую поверхность в виде слоя толщиной 20-30 мм. Жесткая гидроизоляция не наносится до окончания возведения здания или сооружения.
Пластичная гидроизоляция бывает обмазочная и оклеечная.
При устройстве обмазочной гидроизоляции битум, разогретый до температуры свыше 100°С или растворенный в бензоле, наносится на изолируемую поверхность слоем в два приема (по 1,5-2 мм каждый).
Оклеечная гидроизоляция выполняется из гибких рулонных кровельных материалов - рубероида, толя, и т.п., приклеиваемых горячими мастиками.
Для борьбы с грунтовой сыростью и водопроницаемостью фундаментов принимаются, кроме того, следующие меры:
1. Отвод поверхностных вод путем устройства отмостки. Отмостка выполняется шириной не менее 1 м и с уклоном 0,02 + 0,05 от здания.
2. устройство дренажа, т.е. системы закрытых каналов - дрен-осушителей, укладываемых около здания для перехвата грунтовой воды и понижения её уровня (дрены прокладывается на 0,5 м ниже уровня пола подвала и применяются при уровне грунтовых вод выше пола подвала; в качестве дрен применяются гончарные трубы 10-20 см с отверстиями, деревянные трубы из трех досок, фашины - связки хвороста, крупный булыжник и т.д.).
Осадочные швы
Осадочные швы предусматриваются в следующих случаях:
а) при значительном различии несущей способности и деформативности грунтов основания в пределах длины здания (применение различных типов фундаментов);
б) при различной этажности отдельных частей здания;
в) при различной глубине заложения фундаментов отдельных частей здания.
Железобетонные пояса
Для обеспечения совместной работы сборных элементов ленточных фундаментов на сильнодеформируемых грунтах устраиваются обвязочные железобетонные пояса и армированные пояса и армированные швы.
Марка раствора для кладки сборных фундаментов назначается в зависимости от степени долговечности сооружения, характеризуемой сроком службы и в зависимости от влажности грунта.
В частности, для зданий II степени долговечности (срок службы 50 лет) в несейсмических районах применяются следующие растворы:
а) при маловлажном грунте - цементно-глиняный раствор М 10;
б) при влажном грунте - цементно-глиняный раствор М 25;
в) при грунтах, насыщенных водой - цементный раствор М 50.
В сейсмических районах во всех указанных случаях применяется цементный раствор М 50.
Литература
Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Механика грунтов, основания и фундаменты» / сост. Б.С. Ордобаев, А.А. Эгембердиева. – Бишкек: Изд – во КРСУ. – 38 с.
СНиП. П-15-74. Нормы проектирования. Основания зданий и сооружений. М.
Справочник по гражданскому строительству Том 2. Издание третье, переработанное и дополненное. Ред. Ю. Е. Корсак.
Основания, фундаменты и подземные сооружения/ М.И. Горбунов-Посадов. Справочник проектировщика.
47