Проектирование фундаментов сборочного цеха
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
На тему:
«Проектирование фундаментов сборочного цеха»
Брест - 2008
Введение
Основания и фундаменты зданий и сооружений служат для восприятия нагрузок от строительных конструкций, технологического оборудования и нагрузок на полы.
Проектирование оснований и фундаментов выполняется в соответствии с СНБ 5.01.01-99 “Основания и фундаменты зданий и сооружений”. При проектировании оснований и фундаментов необходимо учитывать следующие положения:
- обеспечение прочности и эксплуатационных требований зданий и сооружений (общие и неравномерные деформации сооружения не должны превышать допустимые);
- максимальное использование прочностных и деформационных свойств грунтов;
- максимальное использование прочности материала фундаментов;
- достижение минимальной стоимости, материалоемкости и трудоемкости.
Выбор типа оснований или конструктивных решений фундаментов выполняется на основании технико-экономических показателей, получаемых с помощью вариантного проектирования.
Выбор основания производится в зависимости от инженерно-геологических условий площадки строительства, конструктивных особенностей проектируемого здания и сооружения, возможностей местных строительных организаций. Грунты основания должны обеспечивать надежную работу конструкций зданий и сооружений при минимальных объёмах строительных работ по устройству фундаментов и сроках их выполнения. Деформации и устойчивость грунтов основания зависят от особенностей приложения нагрузки, от размеров и конструкции фундамента и всего сооружения. В свою очередь, основные размеры, конструкция фундамента и конструктивная схема сооружения назначаются в зависимости от геологического строения строительной площадки, сжимаемости слагающих её грунтов, а также от давлений, которые грунты могут воспринять.
В качестве основания не рекомендуется использовать илы, торф, рыхлый песчаный и текучепластичный глинистый грунт.
При свайных фундаментах грунты основания должны позволять максимально использовать прочность материалов свай при минимальном их сечении, длине и заглублении подошвы ростверка.
При выборе основания зданий и сооружений необходимо учитывать специальные работы: планировочные работы, водопонижение и т.д. Выполнение этих работ требует дополнительного времени и затрат и может влиять на выбор конструкций.
Принятые конструкции фундаментов должны быть технологичны в строительном производстве
В строительном деле решения механики грунтов используются для проектирования сооружений в промышленном и гражданском строительстве, гидротехническом, железнодорожном и автодорожном строительстве и т.д.
1. Исходные данные
Таблица 1а. Физические характеристики грунтов
Мощность слоёв по скважинам, м | Расстояние от поверхности до УГВ, м | Гранулометрический состав,% | Плотность частиц rS, г/см3 | Плотность грунта r, г/см3 | Влажность,% | Пределы пластичности | |||||||||
Размеры частиц в мм | |||||||||||||||
>2мм | 2-0.5мм | 0.5-0.25мм | 0.25-0.1мм | <0.1мм | |||||||||||
раскаты- вания Wр,% | текучести WL,% | ||||||||||||||
СКВ.1 | СКВ. 2 | СКВ. 3 | СКВ. 1 | СКВ.2 | СКВ. 3 | ||||||||||
2.5 | 2.0 | 1.5 | 2.6 | 2.0 | 1.9 | - | 6.0 | 6.0 | 18.0 | 70.0 | 2.71 | 1.82 | 45.0 | 28.0 | 46.0 |
2.5 | 3.0 | 5.0 | 4.0 | 12.0 | 18.0 | 26.0 | 40.0 | 2.66 | 1.94 | 23.0 | - | - | |||
- | - | - | 0.5 | 19.5 | 27.0 | 18.0 | 35.0 | 2.65 | 1.96 | 24.5 | - | - |
Таблица 1б. Данные о мощности геологических слоев
Абсолютные отметки устья скважин, м | № слоя | Мощность слоев, м по скважинам | Расстояние от поверхности до уровня подземных вод, м | ||||||
скв.1 | скв.2 | скв.3 | скв.1 | скв.2 | скв.3 | скв.1 | скв.2 | скв.3 | |
136.5 | 136.7 | 136.5 | 1 | 2.5 | 2.0 | 1.5 | 2.6 | 2.0 | 1.9 |
2 | 2.5 | 3.0 | 5.0 | ||||||
3 |
Сборочный цех
Здание каркасного типа. Основной несущей конструкцией здания является однопролетная рама с шарнирно закрепленным ригелем, пролетом 24 м. Железобетонные стойки каркаса размером 60*40 см в нижней части защемлены в фундаменте. К основному зданию примыкает вспомогательный корпус, выполненный по конструктивной схеме с неполным каркасом. Несущие наружные стены выполнены из красного кирпича толщиной 51 см. Удельный вес кладки 18 кН/м3. Продольный каркас выполнен из ригелей размером 30*30 см.
2. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки
Скважина №1 (абсолютная отметка устья скважины – 136.5 м, глубина отбора образца 1,3 м).
Показатель пластичности
фундамент показатель геологический площадка
Jр=wL-wp
Jр=46-28=18%
По табл.4 [2] при Jр=18%>17% грунт - глина.
Показатель текучести
JL= (W -WP) / (WL –WP),
JL= (45.0-28.0) / (46.0-28.0) =0.94
По табл. 7[2] при 0.75<JL=0.94≤1.0 глина текучепластичная.
Плотность грунта в сухом состоянии
rd=r/(1+0.01W),
rd=1.82 / (1+0.01*45.0) = 1.26 г/см3
Коэффициент пористости е =rs/rd-1,
е =2.71 /1.26– 1 = 1.15
Степень влажности
S r=0.01*W*rs/е*rw,
S r=0.01 * 45.0* 2.71 / 1.15*1.0 = 1.06
По табл.9 [2] нормативное значение модуля деформации при е=1.15 для глины текучепластичной (JL=0.94) Е=не определены; по табл. 11 [2] нормативные значения удельного сцепления и угла внутреннего трения при е=1.15 для глины текучепластичной (JL=0.94) с, j не определены; по табл. 12 [2] расчётное сопротивление при е=1.15 для глины текучепластичной (JL=0.94) не нормируется.
Скважина №2 (абсолютная отметка устья скважины – 136.7 м, глубина отбора образца 4.0 м).
Т.к. показатель раскатывания и показатель текучести не определены, следовательно, грунт песчаный. Исходя из гранулометрического состава (содержание частиц >2 мм – 4%, >0,5 мм – 16%, >0.25 мм – 34%, >0.1 мм – 60%, <0.1 мм – 100.0%) частиц с размером >0.1 мм содержится 60%, что меньше 75%, т.е. по таблице 3[2] данный грунт – песок пылеватый.
Плотность грунта в сухом состоянии, rd=1.94/(1+0.01*23.0)=1.58 г/см3
Коэффициент пористости грунта, е =2,66/1,58-1=0.68 по табл. 5 [2] при 0.6≤е=0.68≤0.8 песок средней плотности.
Степень влажности S r=0.01*23,0*2.66/0.68*1.00=0,9
По табл. 6 [2] при 0,8<S r=0.9≤1.0 песок насыщенный водой.
По табл. 8 [2] нормативное значение модуля деформации при е=0.68 для песка пылеватого Е=15.9 МПа; по табл. 10 [2] нормативные значения удельного сцепления и угла внутреннего трения при е=0.68 для песка пылеватого с=3.4 кПа, j=28.8°; по табл. 12 [2] расчётное сопротивление для песка пылеватого средней плотности насыщенного водой R=100 кПа.
Скважина №3 (абсолютная отметка устья скважины – 136.5 м, глубина отбора образца 7.0 м).
Т.к. показатель раскатывания и показатель текучести не определены, следовательно, грунт песчаный. Исходя из гранулометрического состава (содержание частиц >2 мм – 0.5%, >0,5 мм – 20%, >0.25 мм – 47%, >0.1 мм –65%, <0.1 мм – 100.0%) частиц с размером >0.1 мм содержится 65%, что меньше 75%, т.е. по таблице 3[2] данный грунт – песок пылеватый.
Плотность грунта в сухом состоянии,
rd=1.96/(1+0.01*24.5)=1.57 г/см3
Коэффициент пористости грунта, е =2,65/1,57-1=0.69 по табл. 5 [2] при 0.6≤е=0.68≤0.8 песок средней плотности.
Степень влажности S r=0.01*24.5*2.65/0.69*1.00=0,94
По табл. 6 [2] при 0,8<S r=0.94≤1.0 песок насыщенный водой.
По табл. 8 [2] нормативное значение модуля деформации при е=0.69 для песка пылеватого Е=15.2 МПа; по табл. 10 [2] нормативные значения удельного сцепления и угла внутреннего трения при е=0.69 для песка пылеватого с=3.2 кПа, j=28.4°; по табл. 12 [2] расчётное сопротивление для песка пылеватого средней плотности насыщенного водой R=100 кПа.
Таблица 2 Сводная таблица физико-механических характеристик грунтов
Наименование грунта | rs т/м3 | r, т/м3 | rd, т/м3 | W,% | Wp,% | WL,% | Jp,% | JL | е | Sr | Еn, МПа | сn, кПа |
gs, кН/м3 | g, кН/м3 | gd, кН/м3 | ||||||||||
2 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
Глина текуче-пластичная |
2.71 27.1 |
1.82 18.2 |
1.26 12.6 |
45.0 | 28.0 | 46.0 | 18 | 0.94 | 1.15 | 1.06 | - | - |
Песок пылеватый средней плотности насыщенный водой |
2.66 26.6 |
1.94 19.4 |
1.58 15.8 |
23.0 | - | - | - | - | 0.68 | 0.9 | 15.9 | 3.4 |
Песок пылеватый средней плотности насыщенный водой |
2.65 26.5 |
1.96 19.6 |
1.57 15.7 |
24.5 | - | - | - | - | 0.69 | 0.94 | 15.2 | 3.2 |
Согласно инженерно-геологического разреза строительная площадка имеет абсолютные отметки 136,5-136.7 м. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием грунтов. Первый слой – глина текучепластичная с отсутствием физико-механических свойств - не может служить в качестве основания фундаментов. Второй слой – песок пылеватый, средней плотности, насыщенный водой – может служить в качестве основания фундаментов мелкого заложения. Третий слой – песок пылеватый, средней плотности, насыщенный водой – может служить в качестве оснований свайных фундаментов.
Скважины расположены друг от друга на расстоянии 30 м и 41,7 м.
Принимаем планировочную отметку земли исходя из равенства объемов выемки и насыпки 136.6 м.
3. Вариантное проектирование
Согласно задания по курсовому проектированию рассматриваем два варианта фундаментов:
-фундаменты на естественном основании;
-фундаменты свайные.
В качестве расчётного принимаем сечение 7-7 с максимальной нагрузкой:
Nn=1115 кН; Mn=64 кНм, Qn=23 кН
Расчет по скважине №3.
3.1 Расчёт фундамента мелкого заложения на естественном основании
Основания рассчитывают по двум группам предельным состояний:
1) по несущей способности;
2) по деформациям.
Расчёт по первому предельному производится для обеспечения несущей способности и ограничения развития чрезмерных пластических деформаций грунта основания с учётом возможных неблагоприятных воздействий и условий их работы в период строительства и эксплуатации сооружений; по второму предельному состоянию – для ограничения абсолютных или относительных перемещений конструкций и оснований такими пределами, при которых обеспечивается нормальная эксплуатация сооружения.
3.1.1 Определение глубины заложения
Определяем расчётную глубину промерзания
df1=df*kh,
где df – нормативная глубина промерзания (по рис.III.1 [1]для г. Воронеж df=1,3*0. 23/0.23=1.1 м), где отношение 0.23/0.23 принято для глины; kh – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения (по табл. 5.3[8] при t=10°С в здании без подвала с полами по грунту коэффициент kh=0.7).
df1=1.1*0.7=0.77 м
Инженерно-геологические условия определяют слой грунта, на который можно опереть фундамент.
d3=hненес.+0.2 =1.9+0.2=2,1 м,
где hненес. – мощность ненесущего слоя грунта, м
Принимаем верхний обрез фундамента на отметке -0.500 м, учитывая высоту фундаментной балки 0,45 м, устанавливаемой на подколонник (см. рис. 3.2.1). Минимальная высота фундамента: с учётом глубины заделки колонны сечением 0.4х0.6 м в стакан (0.6 м), возможности рихтовки (0.05 м) её, минимальной высоты ступени 0.3 м. Н=0.6+0.05+0.3=0.95 м
Принимаем расчётную глубину заложения фундамента 1,85 м, что больше 0.77 м. Нф=1.5 м.
3.1.2 Определение размеров подошвы фундамента
Определяем площадь подошвы фундамента в плане по формуле
А=Nn/(R0-gср*dр),
где Nn – расчётная нагрузка по обрезу фундамента, кН;
R0 – расчётное сопротивление грунта основания, кПа;
gср – среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах (принимаем gср=20 кН/м3);
dр – глубина заложения фундамента, м.
А= 17.7 м2
Ширина квадратного фундамента определяется по формуле b=ЦA=Ц17.7=4.2 м
Определяем расчётное сопротивление грунта
R=(gc1gc2 /k)*(Mg*kz*b*g||+Mq*dp*g||‘+(Mq-1)*dn*g||‘+Mc*c||),
При вычислении R значения характеристик j||, g||,с|| и коэффициентов gc1, gc2 принимаем для слоя грунта, находящегося под подошвой фундамента до глубины zr=0.5b=0.5*4.2=2.1м.
gc1, gc2 – коэффициенты условий работы (табл. В.1[8]):
gc1 =1.1 - для песка; gc2 =1.0;
Mg, Mq,Mc – коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения (табл. 2):
j|| = 28,8° по табл. 16[3]:Mg= 1.046, Mq=5.184, Mc=7.611
kz – коэффициент, принимаемый равным 1 при bР10м;
k = 1.1 – коэффициент надёжности, т.к. значения j и с приняты по таблицам;
g|| - осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м3 с учётом взвешивающего действия воды.
gвзв =(gs - gw)/(1+ei),
где еi – коэффициент пористости i-го слоя; gsi – удельный вес частиц грунта i-го слоя, кН/м3; gw = 10 кН/м3 – удельный вес воды.
gвзв =(26.6– 10.0) / (1+0.68) =9,88 кН/м3
g|| =10.56 кН/м3
c|| - расчётное значение удельного сцепления грунта: c|| = 3,4 кПа;
g||‘ – расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м3:
g||‘ =16.53 кН/м3
d1 –глубина заложения, м: d1 =1.85 м
R= (1.046*1*4.2*10.56+ 5.184*1.85*16.35+ 7.611 *3.4) =234.5 кПа
Ширина подошвы фундамента
b= 2.4 м
Уточняем значение R при b= 2.4 м и zr=0.5b=0.5*2.4=1.2 м.
g|| =11.07 кН/м3
R= (1.046*1*2.4*11.07+ 5.184*1.85*16.35+ 7.611 *3.4) =215.6 кПа
Ширина подошвы фундамента
b= 2.5 м
Уточняем значение R при b= 2.5 м и zr=0.5b=0.5*2.5=1.25 м.
g|| =11.02 кН/м3
R= (1.046*1*2.5*11.02+ 5.184*1.85*16.35+ 7.611 *3.4) =216.7 кПа
Вычисленное значение R отличается от предыдущего менее чем на 5% (0.5%).
Следовательно, далее уточнение размеров производить не требуется.
Окончательно принимаем b=2.5 м.
Определяем схему загружения фундамента. Определяем эксцентриситет
е =0,07м
Т.к. е=0.07 м<b/30=2,5/30=0.083 м, то размеры фундамента определяем как для центрально загруженного фундамента, т.е. будет квадратным в плане.
Принимаем l =2.5 м
Проверяем выполнение условий
Рmax= N|| /A+ gср*dр+ SM|| /W Ј 1.2R,
Pmin= N|| /A+gср*dр- SM|| /W> 0
Рmax =+ 20*1.85+= 253,2кПа Ј 1.2*216,7=260кПа
W=b*l2 / 6= 2.5*2.52 / 6= 2.6м3
Рmin=+ 20*1.85 - = 177.6кПа > 0
Рср =+ 20*1.85= 215.4кПа < 216.7кПа (0.6%)
Условие выполняется.
3.1.3 Конструирование тела фундамента
Принимаем конструкцию стаканного типа с подколонником. Толщину стенок стакана назначаем по верху 225 мм, что больше 150 мм для фундаментов с армированной частью.
Зазор между колонной и стаканом 75 мм. Т.к. размеры колонны в плане 0.6х0.4 м, то размеры подколонника в плане ℓcf = 600+2*225+ 2*75= 1200 мм
bcf =400+2*225+ 2*75= 1000 мм
Глубину стакана назначаем 650 мм.
Вынос ступени: С1 =(ℓ - ℓcf)/ 2= (2.5 – 1,2)/ 2= 0.65 м
С2 =(b - bcf)/ 2= (2.5 – 1.0)/ 2= 0.75 м
Принимаем 2 ступени высотой 0,3 м.
Конструкция тела фундамента см. рис. 3.1.2.
3.1.4 Расчёт фундаментов по деформациям
Расчёт осадки фундамента производится исходя из условия:S Ј Su, где S – величина конечной осадки отдельного фундамента, определяемая расчётом, см; Su- предельная величина осадки основания фундаментов зданий и сооружений, см (по табл. Б.1, п. 1 [7] Su =8 см).
Для определения осадки фундамента составляем схему, показанную на рис. 3.1.3.
Для расчёта используем метод послойного суммирования. Определяем вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе слоёв в характерных горизонтальных плоскостях по формуле:
szg= Sgi*hi,
где gI – удельный вес грунта i-го слоя, кН/м3; hi – толщина i-го слоя грунта, м.
На подошве 1 слоя
szg2 =1.5*18.2= 27.3 кПа
На подошве фундамента szg0 =27.3+ 0.25*19.4= 32.15 кПа
На подошве WL
szgwl =32.15+ 0.15*9.88= 35.06 кПа
На подошве 2 слоя с учётом взвешивающего действия воды gвзв = 9.88 кН/м3
szg3=35.06+ 4.6*9.88= 80.51 кПа
На подошве 3 слоя с учётом взвешивающего действия воды
gвзв =(26.5– 10.0) / (1+0.69) =9.76 кН/м3
Определяем дополнительное вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента
szp0 =Рср - szg1 = 215.4 – 32.15 = 183.25 кПа
Толщу грунта мощностью (4 – 6)b =10 - 15 м разбиваем на слои толщиной h=0.4b=0.4*2.5=1.0 м.
Строим эпюру распределения дополнительных вертикальных напряжений в грунте по формуле:
szpi = a*szp0,
где a - коэффициент, учитывающий изменение дополнительного вертикального напряжения по глубине (по табл. 24 [ 2]).
Строим эпюру szgi. Вычисления ведём до соблюдения условия: 0.2szg = szp
Осадку каждого слоя основания определяем по формуле:
S= b*szpicp * hi / Ei,
где b = 0.8 – безразмерный коэффициент для всех видов грунтов; szpicp – среднее дополнительное вертикальное напряжение в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней и нижней границах i-го слоя толщиной hi, кПа; Еi – модуль деформации i-го слоя, кПа.
Таблица 3. К расчёту осадок.(соотношение h = ℓ / b =1.0)
№ | Zi, см | x = 2*z/b | a | hi, см | szpi, кПа | szgi, кПа | 0.2szgi,кПа | Еi, кПа | Si, см |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
2 |
0 |
0.00 |
1 |
0 |
183.25 |
32.15 |
6.43 |
15900 |
|
15 |
0.12 |
0.97 |
15 | 177.75 |
35.06 |
7.01 |
15900 |
0.136 | |
100 |
0.80 |
0.8 |
85 | 146.60 |
43.46 |
8.69 |
15900 |
0.694 | |
200 |
1.60 |
0.449 |
100 | 82.28 |
53.34 |
10.67 |
15900 |
0.576 | |
300 |
2.40 |
0.257 |
100 | 47.10 |
63.22 |
12.64 |
15900 |
0.325 | |
400 |
3.20 |
0.16 |
100 | 29.32 |
73.10 |
14.62 |
15900 |
0.192 | |
475 | 3.80 |
0.121 |
75 | 22.17 |
80.51 |
16.10 |
15900 |
0.097 | |
500 |
4.00 |
0.108 |
25 | 19.79 |
82.95 |
16.59 |
15200 |
0.028 | |
3 | 545 | 4.36 |
0.094 |
45 | 17.23 |
87.35 |
17.47 |
15200 |
0.044 |
Проверяем условие S Si= 2.09см < Su = 8см
Условие выполняется, т.е. деформации основания меньше допустимых.
3.1.5 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 30/37: fcd = 30/1.5 =20 МПа; fck = 30 МПа;
fcfd = 0.21*fck2/3 / gc= =0.21*302/3 / 1.5 =1.35 МПа.
Расчёт фундамента на продавливание производим из условия, чтобы действующие усилия были восприняты бетоном фундамента без установки поперечной арматуры.
Проверяем условие hcf< (ℓcf - ℓc) / 2
0.25 м < (1.2 - 0.6) / 2=0.3 м
Продавливание фундамента может произойти от низа колонны. Проверяем прочность фундамента на продавливание.
F Ј fcfd*d*bm*k,
где F – расчётная продавливающая сила, кН;
k – коэффициент, принимаемый равным 1;
fcfd – расчётное сопротивление бетона растяжению, кН/м3;
bm – определяется по формуле:
bm = buc + d;
buc – ширина подколонника, м;
d– рабочая высота плитной части, м.
bm = 1 + 0.52 = 1.52м; d= 0.6 – 0.08=0.52 м.
Продавливающая сила
F = A0 * Pmax,
A0 = 0.5b (ℓ - ℓuc -2d) – 0.25 (b – buc – 2d)2
A0 = 0.5*2,5*(2.5 – 1.2 – 2*0.52) – 0.25*(2,5 – 1.0 – 2*0.52)2 =0.27м2
Pmax =Ni / A *(1±6*e/l)
Pmax = + =274.0 кПа
Pmin = - =207.7 кПа
где е – эксцентриситет силы, определяемый по формуле:
е= М| /N|= 86.4 / 1505.25 = 0.06 м
F= 0.27* 274.0= 74.56 кН
74.56 кН < 1.35*103*0.52*1*1.52 =1067 кН
Условие выполняется.
Принятая высота плитной части фундамента достаточна.
Аналогично проверяем прочность нижней ступени на продавливание.
F Ј fcfd*d1*bm,
A0 = 0.5*2,5*(2.5 – 1.8– 2*0.22) – 0.25*(2,5 – 1.7 – 2*0.22)2 =0.29 м2
F= 0.29* 274.0= 80.18 кН
80.18 кН < 1.35*103*0.22*1*1.22 =362.34 кН
Условие выполняется. Прочность нижней ступени на продавливание обеспечена.
По прочности на раскалывание фундаменты проверяются от действия нормальной силы в сечении у обреза фундамента. Выбор расчётной формулы осуществляется по условию:
bc / hc < Afb / Afl,
где bc, hc – размеры сечения колонны, м;
Afb, Afl – площади вертикальных сечений фундамента в плоскостях, проходящих по осям колонны параллельно сторонам l и b подошвы фундамента, за вычетом площади сечения стакана, м2.
Afb = 0.9*1.0 + 0.3*1.7+ 0.3*2,5 – 0.5*0.45*(0.5+0.55) = 1.9 м2
Afl = 0.9*1.2 + 0.3*1.8+ 0.3*2.5 – 0.5*0.65*(0.7+0.75) = 1.9 м2
0.4 / 0.6 = 0.67< 1.9/1.9 =1
Расчёт ведём по формуле:
N Ј (1+bc / lc)*m’*gc*Afl*fcfd,
где m’ – коэффициент трения бетона по бетону, принимаемый равным 0.7;
gc – коэффициент условий работы фундамента в грунте, принимаемый равным 1.3.
1505.25 кН < (1+0.4 / 0.6)*0.7*1.3*1.9*1.35*103 =3888 кН
Условие выполняется. Принятая высота плитной части фундамента достаточна. Рассчитываем рабочую арматуру плитной части фундамента.
Расчётный изгибающий момент в сечении 1-1
М1 =(b*(l-luc)2*(P1 + 2Pmax)) / 24,
P1 = 264.7 кПа – давление грунта в сечении 1-1
М = (2,5*(2.5 – 1.2)2*(264.7 + 2*274.0)) / 24 = 143.1 кНм
Расчётный изгибающий момент в сечении 2-2.
М2 = (2,5*(2.5 – 1.8)2*(256.8+ 2*274.0)) / 24 =41.08 кНм
Расчётный изгибающий момент в сечении 3-3
М3 =(P*l*(b – buc)2) / 8,
М3 = (240.85* 2.5* (2,5 – 1.0)2) / 8 = 169.35 кНм
Расчётный изгибающий момент в сечении 4-4
М4 = (240.85* 2.5* (2,5– 1.7)2) / 8 = 48.2кНм
Определяем площадь сечения арматуры
Asf = M / a*fyd*J
J = 0.5 + Ц (0.25 - am/c0)
am= M / a*fcd*b*d2
a, c0 – принимаем по таблице 6.6 [ 9 ]: a = 0.85, с0 = 1.947
fyd – расчётное сопротивление арматуры при растяжении, МПа (принимаем арматуру класса S 400 fyd =365 МПа)
- в сечении 1-1
am= 143.08/ 0.85*13.3*103*2.5*0.522 = 0.021
J = 0.5 + Ц (0.25 – 0.021 / 1.947) =0.989
Asf = 143.08/ 0.85*365*103*0.989 = 4.66 см2
- в сечении 2-2
am= 41.08/ 0.85*13.3*103*2.5*0.222 = 0.034
J = 0.5 + Ц (0.25 – 0.034 / 1.947) =0.982
Asf = 41.08 / 0.85*365*103*0.982= 1,35 см2
- в сечении 3-3
am= 169.35 / 0.85*13.3*103*2.5*0.522 =0.025
J = 0.5 + Ц (0.25 – 0.025/ 1.947) =0.987
Asf = 169.35/ 0.85*365*103*0.987= 5.53 см2
- в сечении 4-4
am= 48.17/ 0.85*13.3*103*2.5*0.222 = 0.040
J = 0.5 + Ц (0.25 – 0.040/ 1.947) =0.979
Asf = 48.17/ 0.85*365*103*0.979= 1.59 см2
По максимальным значениям площади арматуры в каждом из направлений принимаем Ш10 S 400 с шагом 200 мм
As = 0.785*13=10.21 см2 і 5.53 см2.
Продольную арматуру подколонника назначают в соответствии с конструктивными требованиями в количестве не менее 0.05% от площади поперечного сечения подколонника или из условия сжатия бетона подколонника. Площадь продольной арматуры определяем в сечениях 1-1, 2-2 (рис. 14). Коробчатое сечение 1-1 приводим к двутавровому. Определяем в сечении изгибающий момент и продольную силу.
М = М1 + Q1*h1,
N = N1 + Gf
где Gf – нагрузка от веса подколонника на уровне торца колонны
Gf = h*bf*h1*g*g1*gn,
g - удельный вес тяжелого бетона,g =25 кН/м3; gn – коэффициент надёжности по назначению, gn =0.95; g1 – коэффициент надёжности по нагрузке, g1 = 1.1
М = 86.4+ 31.05* 0.65 =106.58 кНм
Gf =1.2*1.2*0.65*25*0.95*1.1 = 24.45 кН
N = 1505.25+ 24.45 = 1529.7 кН
Определяем эксцентриситет е0 = М / N =106.58 / 1529.7 =0.07 м
е0 =0.07 м < hc / 2 = 0.6 / 2 =0.3 м
Проверяем условие: N < fcd *bf *hf,
где fcd – расчётное сопротивление бетона на растяжение, МПа.
1529.7 кН < 13.3*103*1.2*0.25 =3990 кН
Условие соблюдается, следовательно, нейтральная ось проходит в пределах полки, т.е. арматуру рассчитываем как для прямоугольного сечения шириной 1200 мм.
Высота сжатой зоны: x = N / fcd*hf,
x = 1529.7 / 13300*0.25 = 460 мм > 2as’ = 2*35 = 70 мм
Площадь сечения арматуры при d = 1200 – 35 =1165 мм
As= N(e – (d – 0.5x)) / (fyd(d + as’)),
As = 1529.7 *(0,63 – (1.165 – 0.5*0.46)) / (365000*(1.165 - 0.035)) < 0
е = е0 + h/2 – а = 0.07+ 1.2 / 2 – 0.035 =0,63 м
Минимальная площадь арматуры по формуле: As = 0.0005*bf*h,
As = 0.0005* 1.2*1.2= 7,2 см2
Принимаем по 4Ш16 с каждой стороны стакана As = 8.04 см2
Поперечное армирование осуществляется в виде сеток, расстояние между которыми не более четверти глубины стакана (0.25d = 0.25*0.65 =0.175 мм) и не более 200 мм. Принимаем шаг сеток 150 мм и количество 5 шт. Диаметр арматуры сеток должен быть не менее 8 мм и 0.25d продольной арматуры.
Принимаем 4Ш8 S400(AS=2.01 см2)
Проверяем условие:
N Ј fcdl * Al * y,
где fcdl – расчётное сопротивление бетона смятию: fcdl = a *jb* fcd, для бетона класса С16/20 y =1;
jb = 3ЦAL2 /AL =3Ц 1.2*1.2 / 0.4*0.6 =1.82 < 2.5, т.е. принимаем j = 1.82 где AL2 - рабочая площадь бетона, м2:AL2 = h*bf;
AL – площадь смятия, м2: AL = hc*bc
fcdl = 1* 1.82* 13300 = 24,2МПа
N1 =1529.7 кН < 24200*0.4*0.6*1 = 5809кН
Т.е. прочность дна стакана на смятие обеспечена.
3.2 Расчёт фундамента свайного
Расчёт свайных фундаментов и их оснований выполняется по предельным состояниям:
1) первой группы: по прочности материала свай и ростверков; по несущей способности грунта основания свай; по несущей способности оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки;
2)второй группы: по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок; по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов; по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций фундаментов.
Подошву ростверка заглубляют ниже расчётной глубины промерзания пучинистого грунта. Между подошвой ростверка и пучинистым грунтом делается шлаковая, гравийная или щебёночная прослойка толщиной 250–300 мм, а непучинистым – не менее 100 мм. Свес ростверка относительно крайних свай – не менее 0.5d+ 50 мм, расстояние между осями свай во всех направлениях не должны быть менее 3d. Размеры ростверка в плане предварительно принимают по размерам здания и в процессе конструирования уточняют. Класс бетона назначают не менее С12 /15.
Сваи