Курсовая работа (т): Расчет и конструирование фундаментов общественного здания, страницы 6-10

А = 3,61 м2 - площадь подошвы фундамента под колонну 2-Б;

γ_ср = 16 кН/м³ - средний удельный вес грунта и материала кладки фундамента;

d₁ = 1,6 м - глубина заложения фундамента

Неравенство выполняется, недонапряжение составило 3%, следовательно, размеры подошвы фундамента приняты верно.

Давление под подошвой внецентренно нагруженного фундамента:

,

M_II = 30 кН·м - момент от сочетания расчетных нагрузок;

- момент сопротивления

Неравенства выполняются, недонапряжение составило 2%, что не превышает допустимых норм, следовательно, размеры подошвы фундамента приняты верно.

Согласно выполненным расчетам под колонны среднего ряда принят фундамент с размерами подошвы 1,9х1,9 м; под колонны крайнего ряда принят столбчатый фундамент с размерами подошвы 1,8х1,8 м, высотой 900 мм. Высота ступеней составляет 300 мм. Размеры по обрезу фундамента 900х900 мм. Фундамент принят с армированной стаканной частью, толщина стенки стакана составила 175 мм. Размеры стакана приняты с учетом зазоров между стенкой стакана и колонной: по низу стакана 50 мм, по верху - 75 мм. Глубина стакана принята 500 мм, зазор между низом колонны и дном стакана - 50 мм. Армирование фундамента принято пространственным каркасом, состоящим из нижней сетки с размерами ячейки 150х150 мм, трех верхних сеток, расположенных в стаканной части фундамента с шагом 100 мм. Сетки объединены между собой в пространственный каркас 8 вертикальными стержнями.

3.5 Расчет осадки фундамента

Т.к. ширина рассматриваемого фундамента менее 10 м, расчет осадки фундамента выполняется методом послойного суммирования.

Величина осадки фундамента:

,

β = 0,8 - безразмерный коэффициент;

σ_zpi - среднее вертикальное (дополнительное) напряжение в i-м слое грунта;

h_i - толщина i-го слоя грунта;

Е_i - модуль деформации i-го слоя грунта;

n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания

Вертикальное (природное) напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента:

,

γ_i - удельный вес грунта i-го слоя;

h_i - толщина i-го слоя грунта

Дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента:

,

P_II = 371,86 кПа - среднее давление (фактическое) на уровне подошвы фундамента под стеной среднего ряда

P_II = 402,72 кПа - то же, под стеной крайнего ряда

σ_zg₀ - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента

Дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента под стену среднего ряда:

Дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента под стену крайнего ряда:

Толща грунта мощностью 4b = 4·1,9 = 7,6 м ниже подошвы фундамента под среднюю стену разбивается на слои h = 0,4 м = 0,4b = 0,4·1,9 = 0,76 м.

Толща грунта мощностью 4b = 4·1,8 = 7,2 м ниже подошвы фундамента под крайнюю стену разбивается на слои h = 0,32 м = 0,4b = 0,4·1,8 = 0,72 м.

Дополнительные вертикальные напряжения в грунте:

Таблица 5. Расчет осадки основания фундамента

Номер расчетного слоя	Глубина подошвы расчетного слоя от подошвы фундамента z_i, см	Толщина слоя h_i, см	Расчетный удельный вес грунта γ, кН/м³	Природное давление σ_zg на глубине z_i, кПа	Коэффициент Коэффициент αДополнительное давление σ_zp на глубине z_i, кПаСреднее дополнительное давление в слое σ_zp_ср, кПаМодуль деформации грунта E_i, кПаОсадка слоя S_i, см
фундамент под колонну среднего ряда
1	0,76	0,76	19,2	14,59	0,8	0,960	353,30	32000	0,67
2	1,52	0,76	19,2	29,18	1,6	0,449	165,24	32000	0,31
3	2,28	0,76	19,2	43,78	2,4	0,257	94,58	32000	0,18
4	3,04	0,76	19,2	58,37	3,2	0,160	58,88	32000	0,11
5	3,8	0,76	19,2	72,96	4,0	0,108	39,75	32000	0,08
6	4,56	0,76	20,0	91,20	4,8	0,077	28,34	14000	0,12
7	5,32	0,76	20,0	106,40	5,6	0,058	21,35	14000	0,09
8	6,08	0,76	20,0	121,60	6,4	0,045	16,56	14000	0,07
9	6,84	0,76	19,0	129,96	7,2	0,036	13,25	22000	0,04
10	7,6	0,76	19,0	144,40	8,0	0,029	10,67	22000	0,03
фундамент под стену крайнего ряда
1	0,72	0,72	19,2	13,82	0,8	0,960	344,22	32000	0,62
2	1,44	0,72	19,2	27,65	1,6	0,449	160,99	32000	0,29
3	2,16	0,72	19,2	41,47	2,4	0,257	92,15	32000	0,17
4	2,88	0,72	19,2	55,30	3,2	0,160	57,37	32000	0,1
5	3,6	0,72	19,2	69,12	4,0	0,108	38,72	32000	0,07
6	4,32	0,72	20,0	86,40	4,8	0,077	27,61	14000	0,11
7	5,04	0,72	20,0	100,8	5,6	0,058	20,8	14000	0,09
8	5,76	0,72	20,0	115,20	6,4	0,045	16,14	14000	0,07
9	6,48	0,72	20,0	129,60	7,2	0,036	12,91	22000	0,04
10	7,2	0,72	19,0	136,80	8,0	0,029	10,4	22000	0,03

Нижняя граница сжимаемой толщи (ВС) находится на горизонтальной плоскости, где соблюдается условие:

Для фундамента под колонну среднего ряда это условие начинает выполняться в 3 слое:

кПа

Осадка основания фундамента под колонну среднего ряда:

Неравенство выполняется, следовательно, осадка основания фундамента под стену среднего ряда удовлетворяет требованиям СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

Осадка основания фундамента под стену крайнего ряда:

Неравенство выполняется, следовательно, осадка основания фундамента под стену крайнего ряда удовлетворяет требованиям СП 22.13330.2011.

3.6 Проверка прочности слабого подстилающего слоя основания

Т.к. в пределах сжимаемой толщи основания нет грунта, расчетное сопротивление которого меньше, чем R₀ = 200 кПа несущего слоя грунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента, принятые размеры подошвы фундамента не проверяют по прочности слабого подстилающего грунта.

4. Расчет свайного фундамента

4.1 Выбор типа, длины и сечения сваи

Тип свай, их длина, размер поперечного сечения назначаются исходя из конкретных инженерно-геологических условий строительной площадки.

В практике гражданского строительства чаще всего применяют сваи сечением 250х250 мм, 300х300 мм. Длина сваи определяется глубиной залегания несущего слоя грунта и отметкой заложения подошвы ростверка. Нижний конец сваи рекомендуется заглублять в несущий слой грунта на 11,5 м

В работе принята свая С5,5-30 по ГОСТ19804-91. Размеры поперечного сечения 300х300 мм; длина призматической части 5,5 м; длина острия 250 мм; вес 1 п.м. сваи 0,00229 мН; класс бетона В30; армирование: поперечное сплошное, напрягаемая стержневая арматура.

Способ погружения сваи в грунт - забивка. Свая по характеру работы - висячая.

4.2 Предварительное определение глубины заложения и толщины плиты ростверка

Глубина заложения подошвы свайного ростверка зависит от вида грунтов, положения уровня грунтовых вод и конструктивных особенностей сооружения.

В основании расположены суглинки - грунты пучинистые. В пучинистых грунтах глубина заложения свайного ростверка назначается ниже расчетной глубины промерзания не менее чем на 0,25 м.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта:

d_f = 0,61 м (см. п.3.1 расчета)

Глубина заложения подошвы свайного ростверка:

Обрез ростверка принимается на 150…200 мм ниже уровня отметки пола. Толщина ростверка должна быть не менее 400 мм.

Принимаем: отметка обреза ростверка - 0,200; отметка подошвы ростверка - 1,000; толщина ростверка 800 мм; глубина заделки головы железобетонной сваи в ростверк - 200 мм.

4.3 Определение расчетного сопротивления сваи

Расчетное сопротивление сваи определяется по прочности материала и прочности грунта. Для висячих свай расчет по материалу не требуется, т.к. его результаты обычно больше, чем по грунту.

Расчетное сопротивление висячей сваи по грунту:

;

γ_с = 1 - коэффициент условий работы сваи;

γ_к = 1,4 - коэффициент надежности по грунту;

R = 3700 кПа - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

А = 0,3х0,3 = 0,09 м² - площадь поперечного сечения сваи;

u = 1,65 м - наружный периметр сваи;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа;

h_i- толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

γ_CR = 1, γ_cf = 1 - коэффициенты условий работы под нижним концом и по боковой поверхности сваи, зависящие от способа погружения свай (для свай, погружаемых забивкой).

Острие сваи заведено в несущий слой - суглинок пылеватый с линзами песка полутвердый на 1,0 м. Слои грунта, прорезаемые сваей, поделены на полоски толщиной не более 2м.

Таблица 6

№ слоя	h_i	z_i	f_i	f_ih_i	∑f_ih_i
1	1,3	0,65	23	29,9	156,47
2	1,3	1,95	30	39,0
3	1,5	3,35	14,7	22,05
4	1,4	4,8	16,8	23,52
5	1,0	6,0	42	42,0

Расчетное сопротивление висячей сваи по грунту:

Количество свай:

∑N₁ - сумма внешних расчетных вертикальных нагрузок, приведенных к подошве плиты ростверка;

N₁ = 1,2N_n

η - коэффициент, учитывающий работу свай при наличии момента внешних сил в уровне подошвы ростверка

Количество свай под колонну среднего ряда:

;

Принимаем 4 сваи.

Количество свай под колонну крайнего ряда:

;

Принимаем 4 сваи.

Фактическое давление на сваю:

;

N_ф1 - фактический вес ростверка и грунта на его уступах

Фактическое давление на сваю под колонну крайнего ряда:

N_ф1 = N_ф1 = (1,57х1,57х0,8х25)+[(1,57х1,57)-(0,4х0,4)]х19,2=93,55кПа

;

Условие выполняется, следовательно, свайный фундамент запроектирован верно.

Фактическое давление на сваю под колонну среднего ряда:

N_ф1 = (1,57х1,57х0,8х25)+[(1,57х1,57)-(0,3х0,3)]х19,2=94,9кПа

;

Условие выполняется, следовательно, свайный фундамент запроектирован верно.

.4 Проверка давления в основании свайного фундамента как условно - массивного

При расчете осадок свайный фундамент принимают условно как массивный с подошвой, расположенной на уровне концов свай. Перед определением осадки проверяется прочность основания фундамента в уровне острия сваи.

Положение граней 1;2 и 3;4 условного массивного фундамента определяют используя средневзвешенное значение расчетного угла внутреннего трения: