Расчет и проектирование оснований и фундаментов промышленных зданий

γ_sb = (γ_s -γ_w) /(1+e)= (26,19 -10) /(1+0,64)=9,87,

где γ_w = 10 кН/м³ – удельный вес воды

Для определения условного расчетного сопротивления грунта по формуле (7) СНиП 2.02.01-83* принимаем условные размеры  фундамента d₁ = d_усл = 2 м и b_усл =1 м (п.1.3.4) и установим в зависимости от заданных геологических условий и конструктивных особенностей здания коэффициенты g_c1, g_c2, k, M_g, M_q и M_c.  Коэффициенты g_c1, g_c2 принимаем по табл.3 СНиП 2.02.01-83*: для глины пески мелкие (0,25<I_L<0,5) g_c1=1,3; для здания с гибкой конструктивной схемой g_c2=1,1. Коэффициент k=1 принимаем по указаниям п.2.41 СНиП 2.02.01-83*. Для j_II=14° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем M_g=1,34, M_q=6,34, M_c=8,55.

Удельный  вес грунта выше подошвы условного  фундамента до глубины d_w=0,90 м принимаем без учета взвешивающего действия воды γ_II=19,13, а ниже уровня УПВ, т.е. в пределах глубины d=d_усл- d_w и ниже подошвы фундамента, принимаем γ_sb =9,87 кН/м³ (п 1.3.4); удельное сцепление с_II=2 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=1*1/1,1*(1,34*1*1*9,87+6,34*(0,95*19,13+(5,7-0,95)*9,87+1,96*9,87)+8,55*2)=808,57 кПа

Полное  наименование грунта слоя № 4 по ГОСТ 25100-95 – пески мелкие.

Заключение

В целом  площадка пригодна для возведения здания. Рельеф площадки спокойный с небольшим  уклоном в сторону 1 и 3 скважин. Грунты имеют слоистое напластование, с выдержанным залеганием пластов (уклон кровли не превышает 2%). Все грунты имеют достаточную прочность, невысокую сжимаемость и могут быть использованы в качестве оснований в природном состоянии. Грунтовые воды расположены на небольшой глубине, что значительно ухудшает условия устройства фундаментов: при заглублении фундаментов более 0,90 м необходимо водопонижение; возможность открытого водоотлива из котлованов, разработанных в суглинке, должна быть обоснована проверкой устойчивости дна котлована (прорыв грунтовых вод со стороны слоя суглинка); суглинок, залегающий в зоне промерзания, в соответствии с табл.2 СНиП 2.02.01-83, является пучинистым грунтом, поэтому глубина заложения фундаментов наружных колонн здания должна быть принята не менее расчетной глубины промерзания суглинка, а при производстве работ в зимнее время необходимо предохранение основания от промерзания.

Целесообразно рассмотреть следующие возможные  варианты фундаментов и оснований:

1) фундамент  мелкого заложения на естественном  основании - глина

2) свайный  фундамент из забивных висячих  свай; несущим слоем для свай  может служить глина (слой 4).

Следует предусмотреть срезку и использование  почвенно-растительного слоя при  благоустройстве и озеленении застраиваемого участка (п.1.5 СНиП 2.02.01-83).

 

4. Расчет и проектирование варианта фундамента на естественном основании

Проектируется монолитный фундамент  мелкого заложения на естественном основании по серии 1.412-2/77 под колонну, расположенную по осям Д-2, для исходных данных, приведенных выше.

1. Определение глубины заложения фундамента

Первый фактор - учет глубины сезонного промерзания грунта. Грунты основания пучинистые, поэтому глубина заложения фундамента d от отметки планировки DL должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Для t_вн = 10° и грунта основания, представленного суглинком, по 2.28 СНиП 2.02.01-83*:

d  ³  d_f =  K_h×d_fn  =  K_h×d₀ =  0,9×0,23×√55,2 = 1,5 м.

Коэффициент K_h = 0,7 принят как уточненный при последующем расчете в соответствии с указаниями примечания к табл.1 СНиП 2.02.01-83 (расстояние от внешней грани стены до края фундамента a_f = 1,1 м > 0,5 м).

Второй фактор - учет конструктивных особенностей здания. Для заглубления баз стальных колонн обрез фундамента принимают на отметке -0,700.  Высота фундамента  стальной колонны должна составлять не менее, чем (l_ан +100_мм.), где l_ан – глубина заделки анкерных болтов в фундамент, равная 1200 мм. Т.е необходимая высота фундамента  H_ф = 1,5 м. Таким образом, по второму фактору глубина залегания d =  1,5+0,7-0,15=2,05 м.

Третий фактор - инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки. С поверхности на большую глубину залегает слой 2, представленный достаточно прочным малосжимаемым суглинком (R_усл = 275,56 кПа). Подстилающие слои 3 и 4 по сжимаемости и прочности не хуже среднего слоя. В этих условиях, учитывая высокий УПВ, глубину заложения подошвы фундамента целесообразно принять минимальную, однако достаточную из условий промерзания и конструктивных требований.

С учетом всех трех факторов, принимаем  глубину заложения от поверхности  планировки (DL) d = 1,8 м, Н_ф = 1,5 м. Абсолютная отметка подошвы фундамента (FL) составляет 63,2 м, что обеспечивает выполнение требования о минимальном заглублении в несущий слой. В самой низкой точке рельефа заглубление в несущий слой 2 от отметки природного рельефа (NL) равной 65,88 м составляет: 65,88 – 0,3 - 63,2 = 2,68 м.

2. Определение площади подошвы фундамента

Площадь А_тр подошвы фундамента определяем по формуле:

А_тр = N_{col II} / (R_усл - g_mt×d) = 2159,4 / (275,56 - 20×2,05) = 9,2 м²,

где g_mt = 20 кН / м³ - средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах.

3. Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт

Принимаем фундамент ФВ11-1 с размерами подошвы l = 3,6 м, b = 3 м, тогда

А = l × b = 10,8 м², Нф = 1,5 м, V_fun=6,8

Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:

G_funII = V_fun ×g_b × g_f = 6,8 × 25×1 = 170 кН;

V_g = l×b×d - V_fun = 3,6 × 3 × 2,05 – 6,8 = 15,34 м³;

G_gII = V_g × k_pз × g_II × g_f  = 15,34 × 0,95 × 18,84 × 1 = 274,56 кН.

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

N_totII = N_{col II} + G_{fun II} + G_gII =2159,4 + 170+ 274,56 = 2603,96 кН;

M_totII = M_{col ll} + Q _{col ll} × Нф  = 1097,1 +  96,7×1,5 = 1242,15 кН×м

Q_totII = Q_{col II} = 96,7 кН.

 

4. Расчетное сопротивление грунта.

Уточняем расчетное сопротивление R для принятых размеров фундамента

(b = 3,6 м, l = 3 м, d = 2,05 м):

R_усл= 1,2*1/1·(0,56·1·3·9,42+3,24· [0,95·18,84+(2,05-0,95) ·9,42] +5,84·23) = 290,04 кПа.

 

5. Давление на грунт под подошвой фундамента.

 

Определяем среднее P_IImt, максимальное P_IImax и минимальное P_IImin давления на грунт под подошвой фундамента

P_IImax= N_totll/A + M_totll/w = N_totll/(b×l) + M_totll×6/(b×l²)=2603,96/(3,6×3)+(1242,15×6)/(3×3,6²)= =432,69 кПа

P_IImin=N_totll/A-M_totll/w=N_totll/(b×l)-(M_totll×6)/(b× l²)= 2603,96/(3,6×3)+(1242,15×6)/(3×3,6²)

=49,31 кПа

P_IImax = 432,69 кПа > 1,2×R = 1,2 × 290,04 = 348,048 кПа

Условия не выполняются, значит необходимо увеличить площадь подошвы  фундамента.

 

Принимаем фундамент ФВ12-1 с размерами подошвы l = 4,2 м, b = 3 м, тогда

А = l × b = 12,6 м², Нф = 1,5 м, V_fun=7,8

Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:

G_funII = V_fun ×g_b × g_f = 7,8 × 25×1 = 195 кН;

V_g = l×b×d - V_fun = 4,2 × 3 × 2,05 – 7,8 = 18,03 м³;

G_gII = V_g × k_pз × g_II × g_f  = 18,03 × 0,95 × 18,84 × 1 = 322,7 кН.

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

N_totII = N_{col II} + G_{fun II} + G_gII =2159,4 + 195+ 322,7 = 2677,1 кН;

M_totII = M_{col ll} + Q _{col ll} × Нф  = 1097,1 +  96,7×1,5 = 1242,15 кН×м

Q_totII = Q_{col II} = 96,7 кН.

 

6. Расчетное сопротивление грунта.

Уточняем расчетное сопротивление R для принятых размеров фундамента

(b = 4,2 м, l = 3 м, d = 2,05 м):

R_усл= 1,2*1/1·(0,56·1·3·9,42+3,24· [0,95·18,84+(2,05-0,95) ·9,42] +5,84·23) = 290,04 кПа.

 

7. Давление на грунт под подошвой фундамента.

 

Определяем среднее P_IImt, максимальное P_IImax и минимальное P_IImin давления на грунт под подошвой фундамента

P_IImax= N_totll/A + M_totll/w = N_totll/(b×l) + M_totll×6/(b×l²)= 2677,1 /(4,2×3)+(1242,15×6)/(3×4,2²)= =352,46 кПа

P_IImin=N_totll/A-M_totll/w=N_totll/(b×l)-(M_totll×6)/(b× l²)= 2677,1 /(4,2×3)+(1242,15×6)/(3×4,2²)

=72,46 кПа

P_IImax = 352,46 кПа > 1,2×R = 1,2 × 290,04 = 348,048 кПа

Условия не выполняются, значит необходимо увеличить площадь подошвы  фундамента.

 

Принимаем фундамент ФВ13-1 с размерами подошвы l = 4,2 м, b = 3.6 м, тогда

А = l × b = 15,12 м², Нф = 1,5 м, V_fun=9,3

Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:

G_funII = V_fun ×g_b × g_f = 9,3× 25×1 = 232,5 кН;

V_g = l×b×d - V_fun = 4,2 × 3,6 × 2,05 – 9,3 = 21,7 м³;

G_gII = V_g × k_pз × g_II × g_f  = 21,7 × 0,95 × 18,84 × 1 = 388,32 кН.

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

N_totII = N_{col II} + G_{fun II} + G_gII =2159,4 + 232,5 + 388,32 = 2780,2 кН;

M_totII = M_{col ll} + Q _{col ll} × Нф  = 1097,1 +  96,7×1,5 = 1242,15 кН×м

Q_totII = Q_{col II} = 96,7 кН.

 

8. Расчетное сопротивление грунта.

Уточняем расчетное сопротивление R для принятых размеров фундамента

(b = 4,2 м, l = 3,6 м, d = 2,05 м):

R_усл= 1,2*1/1·(0,56·1·3,6·9,42+3,24· [0,95·18,84+(2,05-0,95) ·9,42] +5,84·23) = 291,9 кПа.

 

9. Давление на грунт под подошвой фундамента.

 

Определяем среднее P_IImt, максимальное P_IImax и минимальное P_IImin давления на грунт под подошвой фундамента

P_IImax= N_totll/A + M_totll/w = N_totll/(b×l) + M_totll×6/(b×l²)= 2780,2 /(3,6×4,2)+(1242,15×6)/(3,6×4,2²)= =301,24 кПа

P_IImin=N_totll/A-M_totll/w=N_totll/(b×l)-(M_totll×6)/(b× l²)= 2780,2 /(3,6×4,2)+(1242,15×6)/(3,6×4,2²)

=66,46 кПа

P_IImax = 301,24 кПа < 1,2×R = 1,2 × 291,9 = 350 кПа

P_IImin=66,46 > 0

P_IImt= N_totll/A=2780,2 /(3,6×4,2)=183,83 < R = 291,9

Условия выполняются!

 

4.6 Расчет осадки  фундамента методом послойного  суммирования

Для расчета осадки фундамента методом послойного суммирования составляем расчетную схему, совмещенную с  геологической колонкой по оси фундамента А-5.

Напряжение  от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента при планировке срезкой в соответствии с п.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83:

s_zg,0 = [g_II×d_w + g_{sb II} ×(d - d_w)] = [18,84×0,95 + 9,42 × (2,05 – 0,95)] = 28,35 кПа.

Дополнительное  вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента:

s_{zp 0} = P₀  = P_IImt - s_zg,0 = 183,83 – 28,35 = 155,48 кПа.

Соотношение сторон подошвы фундамента:.ŋ=l/b=4,2/3,6=1,17

Значения коэффициента a устанавливаем по табл.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83.

Для удобства пользования указанной  таблицей из условия: ξ=2h/b=0,4 принимаем толщину элемента слоя грунта h_i = 0,2 × b = 0,2 × 3,6= 0,72 м.

Дальнейшие  вычисления сводим в таблицу 8.

Определение осадки.

zi, м	ξ=2zi/b	zi+d	α	δzp=α*P0, кПа	δzg=δzg0+γsbi*zi, кПа	0,2*δzg, кПа	E, кПа
0	0	2,05	1	155,48	28,35	5,67	14000
0,72	0,4	2,77	0,9651	150,05	35,13	7,03	14000
1,44	0,8	3,49	0,8204	127,56	41,91	8,38	14000
2,16	1,2	4,21	0,6383	99,24	48,7	9,74	14000
2,88	1,6	4,93	0,484275	75,3	55,48	11,1	14000
3,6	2	5,65	0,36915	57,4	62,26	12,45	14000
4,32	2,4	6,37	0,2859	44,45	69,04	13,81	10000
5,04	2,8	7,09	0,226075	35,15	75,83	15,17	10000
5,76	3,2	7,81	0,18125	28,18	82,61	16,52	10000
6,48	3,6	8,53	0,14885	23,14	89,4	17,88	28000
7,2	4	9,25	0,123725	19,24	96,17	19,23	28000
7,92	4,4	9,97	0,1046	16,26	102,96	20,6	28000
8,64	4,8	10,69	0,0889	13,82	109,74	21,95	28000