Основания и фундаменты промышленного здания

метки: Фундамент, Основание, Здание, Условие, Нагрузка, Промышленный, Подошва, Высота

Исходные данные для проектирования оснований и фундаментов

1.1 Инженерно-геологические условия строительной площадки

Вариант №9

Место строительства г. Новосибирск

Рис.1 Грунтовые условия

За относительную отметку 0.000 принята отметка уровня пола первого этажа , соответствующая абсолютной отметке 28.50

Физико-механические свойства грунтов

Наименование грунта	Плотность частиц сs, (т/м3)	Плотность грунта с, (т/м3)	Природная влажность W,	Влажность на границе раскатывания Wс, %	Влажность на границе текучести WL, %	Угол внутреннего трения, град.	Удельная сила сцепления, кПа	Модуль деформации Е, МПа
						цII	цI	cII	cI
I Глина	2,73	1,952	0,292	0,210	0,347	16	14	21	14	8,4
II Песок пылеватый	2,69	1,994	0,260	—	—	28	25	4,8	0	15,0
III Супесь	2,71	1,980	0,264	0,220	0,280	20	18	9,6	5	11,2

1.2 Объемно-планировочное решение здания

1. Стены здания из панелей д=300 мм

2. Стены бытовых помещений из обыкновенного кирпича д=510 мм

3. Балки (фермы) в средних пролётах опираются на подстропильные фермы, в крайних пролётах- на колонны.

4. Температура внутри производственного корпуса +160, в бытовых — +180

5. В бытовых помещениях нагрузки 6 кН/м2

Рис. 2. Конструктивная схема здания план здания, разрезы I-I

Вариант здания 9:

Пролеты (м) L1=24

L2=24

L3=24

Отметки (м) Н1=12,60

Н2=14,40

Н3=16,20

Н4=10,20

Нагрузки (кН/м2) I-12

II-15

III-12

Грунтовые условия: ИГЭ-I-24, ИГЭ-II-8, ИГЭ-III-13, WL- 25-50

1.3 Сбор нагрузок на обрез фундамента

Р=В*Н*g*Кпр , где

Р- нагрузка от собственного веса стен,

В-ширина стенового пояса,

Н-высота стены,

g-вес стен панелей,

Кпр- коэффициент просветленности.

Формулы для вычисления моментов (М II) и горизонтальных сил (Q II)

	Промышленные здания	Бытовые помещения
	одноэтажные	многоэтажные
	колонны	колонны	колонны	колонны	колонны	колонны
QII	0,006N	0,01N	0,006N	0,008N	0	0,005N

Фундамент №4

Р=24*12,6*3*0,6=544,32 кН

N=А*g=12*3*12+12*3*15=432+540=972кН

М=N*0,05= 972*0,05=48,6кН*м

Q=N*0,006=972*0,006=5,832кН

Фундамент №5

Р=0

N=А*g=12*6*12+12*6*15=1080+864=1944кН

М=N*0,05=1944*0,05=97,26 кН*м

Q=N*0,006=1944*0,006=11,66кН

Фундамент №7

Р=В*Н*g*Кпр+В*h*д*?*К+ В*Н*g*Кпр = 12*12,6*3*0,6+3*10,2*0,51*18*0,8+3*12,6*3*0,6=272,16+224,73+68,04==564,93кН

N=А*g=3*12*12+3*3*6=432+54=486кН

М= N*0,08+N*0,03=432*0,08+54*0,03=34,56+1,62=36,18кН*м

Q=N*0,01+ N*0,005=432*0,01+54*0,005=4,32+0,27=4,59кН

Фундамент №8

Р=3*10,2*0,51*18*0,8=224,73кН

N=А*g=12*6*12+3*6*6=864+108=972кН

М= N*0,08+N*0,03=864*0,08+108*0,03=69,12+3,24=72,36кН

Q= N*0,01+ N*0,005=864*0,01+108*0,005=8,64+0,54=9,18кН

№ фунда-мента	Нагрузки от колонн	Нагрузки от стен
	Грузовая площадь, м2	единичная нагрузка	Nн, кН	Мн, кН	Qн, кН	Грузовая площадь, м2	единичная нагрузка	k	Pн ст, кН
Ф4 (1-Б)	36	12	972	48,6	5,83	302,4	0,9	0,6	544,32
		15
Ф5 (3-Б)	144	12	1944	97,26	11,66	0	—	0,6	0
		15
Ф7 (1-Г)	36	12	432	34,56	4,32		0,9	0,6	340,2
Ф7 (1-Д)	9	6	54	1,62	0,27		9,18	0,8	224,73
Ф8 (2-Г)	72	12	864	69,12	8,64		0,9	0,6	224,73
Ф8 (2-Д)	18	6	108	3,24	0,54		9,18	0,8

Подбор колонн.

Для пролета 24 м, шаг 6 м, отметка верха колонн 12,6 м выбираем колонну 1000*400 (мм)

Фахверковая колонна 400*400 (мм)

1.4 Сбор нагрузок на подошву фундамента., Фундамент 5.

N0=Nk=1944

Mox=0

Moy=Mk-Q*1,8=97,2-11,66*1,8=76,21

Q=Qk=11,66

Фундамент

N0=Nk+Рст=972+544,32=1516,32

Mox =- Рст*0,8=-544,32*0,8= — 435,46

Moy = -Mk-Q*1,8= -48,6-5,38*1,8= -58,28

Q =Qk=5,83

Фундамент 7

N0=Nk+ NkI+Pст1+ Pст2+ Pст3=272,16+224,73+68,04+432+54=1050,93

Mox = Pст1*0,54- Pст2*0,225+ Pст3*0,645+ NkI*0,195- Nk*0,385=146,97+144,95-15,31+10,53-166,32=120,83

Moy =Mk+ MkI+(Qk+QkI)*d- Nk*0,35- Pст1*0,225+ Pст2*0,3+ NkI*0,65+ Pст3*0,9=36,18+8,262-151,2-61,24+20,41+35,1+202,26=89,77

Q=Qk + QkI=4,32+0,27=4,59

Фундамент 8

N0=Nk+ NkI+Pст1=864+108+224,73=1196,73

Mox= 0

Moy= — N*0,35+ NkI*0,65+(Qk+Qk)*d+ Mk+ MkI= -846*0,35+108*0,65+9,18*1,8+69,12+3,24=

• 302,4+70,2+16,52+69,12+3,24=

-143,32

Q =Qk+ QkI=8,64+0,54=9,18

1.5 Анализ инженерно-геологических условий

При оценке инженерно-геологических условий на основании имеющихся исходных данных, освещены следующие вопросы:

1. Географическое положение площадки.

2. Геологическая характеристика площадки (расположение и глубина скважин, описание грунтов в порядке их залегания сверху вниз, мощность пластов и особенности их залегания, гидрогеологические условия)

Проанализируем каждый из пластов грунта с точки зрения его пригодности в качестве основания для фундаментов по его прочностным, деформационным и другим свойствам:

2. Расчет фундаментов мелкого заложения

2.1Определение глубины заложения фундамента

1) Определим нормативную глубину сезонного промерзания грунта.

dfn=d0*vMt=0,23*v(-71,9)=1,95

d0=0,23-для суглинка

Mt — сумма отрицательных температур за весь зимний период : -71,9

2) Определим расчетную глубину сезонного промерзания грунта:

df=Кh* dfn=0,55*1,95=1,073

3) Определяем глубину заложения подошвы фундамента.

dw-глубина подземных вод

dw=28,50-25,5-0,15=2,85

dw?df+2

2,85 <1,073+2

2,85<3,073

Принимаем глубину заложения подошвы фундамента d=1,8м

2.2 Определение размеров подошвы фундамента (Ф5)

1). Первоначально принимаем размеры подошвы фундамента, конструктивно, исходя из размеров колонны

l=1800 мм, b=1200мм.

Определим условное расчетное сопротивление грунта.

где г с1 и гс2 — коэффициенты условий работы

k — коэффициент, принимаемый k = 1,0, т.к. прочностные характеристики грунта (ц и с) определены непосредственными испытаниями;

Mг, Mq, Mc — коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения

kz — коэффициент, принимаемый равным при

b — ширина подошвы фундамента

гII — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента

г’II — то же, залегающих выше подошвы

сII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента

d1 — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки ();

Определим максимальное, среднее и минимальное напряжение под подошвой фундамента от действующих нагрузок и сравним эти давления с расчетным сопротивлением грунта:

Требуемая площадь фундамента.

А=0,7*L*L

м

B=0,7*4,16=2,91=3,0м

Gcрф=b*L*d*?ср=3*4,2*1,8*,21=476,28

Аф=b*L=3*4,2=12,6м2

Проверка:

кН — условие выполнено

183,45>0 — условие выполнено.

Окончательно принимаем размеры подошвы фундамента: lф=4200мм , bф=3000мм.

2.3 Расчет осадок фундамента

Расчет осадки фундамента Ф-5

N	zi	о=2z/b	б	уzg=уzg,0+Угihi	уzp=б*p0	уzp(ср)	0,1(0,2) уzg	E
0	0,00	0,00	1,000	34,47	157,62	148,09	6,89	8,4
1	1,05	0,7	0,879	44,20	138,55	136,11	8,84	8,4
2	1,2	0,8	0,848	45,59	133,66	108,76	9,12	8,4
3	2,4	1,6	0,532	69,06	83,85	67,54	13,81	15,0
4	3,6	2,4	0,325	92,53	51,23	42,16	18,51	15,0
5	4,8	3,2	0,210	116,00	33,1	31,68	23,2	15,0
6	5,16	3,44	0,192	123,04	30,26	27,11	24,61	15,0
7	5,86	3,91	0,152	136,63	23,95		27,32	11,2
						?561,45

где уzp — среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-том слое грунта, равное полу сумме напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

• hi и Ei — соответственно толщина и модуль деформации i-того слоя грунта;
• б — коэффициент, принимаемый по СНиП 2.02.01-83* в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной о=2z/b;

• p0=рср- уzg,0 — дополнительное вертикальное давление на основание;
• рср — среднее давление под подошвой фундамента;
• уzg,0=гII*z0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

Если грунт обводненный то в расчете учитывается удельный вес грунта во взвешенном состоянии:

гw-удельный вес воды(гw=10кН/м3)

Проверка:

,условие выполнено, осадка допустима

2.4 Определение размеров подошвы фундаментов («razmer»)

Исходные данные:

Исходные данные для расчета:

Количество фундаментов: 4

Коэффициент надежности грунтового основания: 1

Удельный вес материала фундамента и грунта: 21

Коэффициент условий работы грунтового основания: 1,1,1,1

Коэффициент условий работы здания или сооружения: 1,1,1,1

Угол внутреннего трения грунта 16,16,16,16

Удельный вес грунта выше подошвы :19,15; 19,15; 19,15; 19,15;

• Удельный вес грунта ниже подошвы: 19,15;
• 19,15;
• 19,15;
• 19,15;

• Удельное сцепление грунта:21,0;
• 21,0;
• 21,0;
• 21,0;

• Начальный размер большей стороны подошвы фундамента: 1,8;1,8;2,7;2,7

Принятый размер шага увеличения подошвы фундамента: 0,05; 0,05; 0,05; 0,05;

Глубина заложения подошвы ф-та от уровня планировки: 1,8

Вертикальная нагрузка на фундамент: 1516,32; 1944;1050,93;1196,73

Отношение меньшей стороны ф-та к большей:1;0,7; 0,7; 0,7;

Расстояние от уровня планировки до пола подвала: 0,0,0,0

Момент нагрузок вдоль большей стороны: -435,46;0;120,83;0

Момент нагрузок вдоль меньшей стороны:-58,28;76,21;89,77;-143,32

Результат расчета

№	Больший размер подошвы, м	Меньший размер подошвы, м	Среднее давление, т/кв.м	Расчетное сопр. грунта	Макс. Краевое давлени Б
1	3,000	3,000	206,280	209,111	193,329
2	4,050	2,835	207,112	207,981	221,160
3	3,050	2,135	199,190	203,186	237,932
4	3,250	2,275	199,657	204,145	148,534

№	Минимал. Краевое давление Б, т/кв.м	Максим. Краевое давлен. Д, т/кв.м	Минимал. Краевое давлен. Д, т/кв.м	Максим. Угловое давление, т/кв.м	Минимал. Угловое давление, т/кв.м
1	219,231	109,511	303,049	96,560	316,000
2	193,065	207,112	207,112	221,160	193,065
3	160,447	235,693	162,687	274,435	123,944
4	250,779	199,657	199,657	148,534	250,779

Принимаемые размеры подошвы фундаментов.

Ф№4

L.=3,0м; b.=3,0м

Ф№5

L.=4,2 м; b.=3,0м

Ф№7

L.=3,0м; b.=2,1м

Ф№8

L.=3,3м; b.=2,4м

2.5 Определение расчетных осадок фундаментов («osadka»)

1)3,8см<8см

2)4,2см<8см

3)2,4см<8см

4)2,8см<8см

2.6 Конструирование фундаментов МЗ

Ф4

Ф5

Ф7

Ф8

3.Свайные фундаменты

3.1 Определение расчетных нагрузок в уровне подошвы ростверка

Глубина заложения ростверков

Глубину заложения подошвы ростверков принимаем

Размеры ростверков

Ф№4

Lобр.=1,8м; bобр.=1,8м

Ф№5

Lобр.=1,8м; bобр.=1,2м

Ф№7

Lобр.=2,7м; bобр.=1,8м

Ф№8

Lобр.=2,7м; bобр.=1,8м

Расчетные нагрузки в уровне подошвы ростверка

Расчетные нагрузки получаем путем умножения нормативных нагрузок на коэффициент

Для фундамента Ф№4

Для фундамента Ф5

Для фундамента Ф№7

Для фундамента Ф№8

3.2 Выбор типа, длины и марки свай

фундамент свая строительный

Нижний конец сваи следует заглублять в прочные грунты, прорезая более слабые

Рабочая длина сваи

Заказная длина сваи с учетом высоты головы и бетонной подготовки

Принимаем Марку С7-30

3.3 Определение несущей способности свай

Несущую способность , , висячей забивной сваи работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле[1 п.4.2]:

• где — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый ;
• расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, , принимаемое по табл.1[1];
• площадь опирания на грунт сваи, , принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто, А=0,32=0,09 м2;
• наружный периметр поперечного сечения сваи, u=4*a=4*0,3=1,2 м;
• расчетное сопротивление слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, , принимаемое по табл.2 [1];
• толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, ;
• , — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл. 3 [1].

3.4 Определение количества свай в ростверке

Количество свай в каждом фундаменте определим по формуле:

• где — сумма вертикальных составляющих расчетных нагрузок на фундамент;
• коэффициент надежности, принимается по п.3.10 [1] =1,4;

Определение нагрузки max, min нагруженной сваи :

• где — расчетная сжимающая сила, кН;
• расчетные изгибающие моменты, кН·м, относительно главных центральных осей х и у плана свай в плоскости подошвы ростверка;
• число свай в фундаменте;
• расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;
• расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м;

Для наиболее и наименее нагруженных свай должно выполняться условие:

Фундамент Ф-5

№	с	Li	fi	Fi* fi
1	1,05	2,33	12,5	13,13
2	0,15	2,93	14	2,1
3	1,98	3,99	53	104,94
4	1,98	5,97	53	104,94
5	1,39	7,66	10	13,9
				?239,01

=4,5*1,8*1,8*21*1,2=367,42

Фундамент Ф-4

№	с	Li	fi	Fi* fi
1	1,06	2,33	13	13,78
2	0,23	2,97	14	3,22
3	1,99	4,09	53	105,47
4	1,99	6,08	58,5	116,42
5	1,3	7,72	10	13
				251,89

=3,9*2,4*1,8*21*1,2=424,57

Фундамент Ф-7

№	с	Li	fi	Fi* fi
1	0,8	2,2	13	10,4
2	0,24	2,72	48	11,52
3	2,01	3,85	53	106,53
4	2,01	5,86	58	116,58
5	1,48	7,6	10	14,8
				?259,83

=2,7*1,8*1,8*21*1,2=220,45

• Условие не выполняется

Принимаем 8 свай.

=3,3*1,8*1,8*21*1,2=269,43

Фундамент Ф-8

№	с	Li	fi	Fi* fi
1	0,78	2,19	12	9,36
2	0,27	2,72	48	12,96
3	2,01	3,86	53	106,53
4	2,01	5,87	58	116,58
5	1,46	7,6	10	14,6
				?260,03

=2,7*1,8*1,8*21*1,2=220,45

3.5 Расчет свайных фундаментов по деформациям

Данный расчёт произведён для фундаментов №5.

Подготавливаем данные для компоновки условного массива:

Вычисляем средневзвешенное значение угла внутреннего трения :

?mtII= ц1*h1+ц2*h2+ц3*h3=

(16*1,2+28*3,96+20*1,39)/6,55=157,88/6,55=24,10

h1+h2+h3

h*tg ?mtII/4=0.7<2*d=0,9

3.6 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента

3.7 Определение фактического давления под подошвой условного фундамента

Русл= (N0+Gгр,рост+Gсваи+Gгр )/(Aусл);

Gсвай=n*A*Vcв*гсв=11*0,63*24=166,32кН

Gгр = (Vусл.ф+Vр+Vсв*n)* гII.mt =(121,38-31,21-0,63*11)=892,3 кН

Gгр,рост=bp*Lp*dp* гср =4,5*1,8*1,8*21=306,18

Русл= 2332,84+306,18+166,32+892,3 = 213,24 кН

3*5,78

Проверка:

• =213,24 < Ryсл = 430,43 — Условие выполнено.

Условие выполняется , ранее подобранные габариты ростверка и количество свай верны.

3.8 Определение расчетной осадки фундамента

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия S?Su,

где S — совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом в соответствии с указаниями обязательного приложения 2[1],

Su- предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое в соответствии с указаниями пп.2.51-2.55[1].

Осадка основания S c использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле,

— безразмерный коэффициент, равный 0,8;

— среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i — ом слое грунта, равное полу сумме указанных напряжений на верхней Zi-1 и нижней Zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

и — соответственно толщина и модуль деформации i — ого слоя грунта;

— число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

N	zi	о=2z/bусл	б	уzg=уzg,0+Угihi	уzp=б*p0	уzp(ср)	0,1(0,2) уzg	E
0	0	0	1	90,05	123,19	103,35	18,01	11,2
1	2,08	1,39	0,678	112,35	83,52	63,75	22,47	11,2
2	4,16	2,77	0,357	135,23	43,98	35,29	27,05	11,2
3	6,24	4,16	0,216	157,53	26,6		31,51	11,2
						?202,39

Проверка выполнения условия

S=0.8 ? (202.39*14.64)/56*103=0.042

4.2см<8см — условие выполняется.

3.9 Конструирование ростверков

Ф4

Ф5

Ф7

Ф8

3.10 Расчет ростверка на продавливание колонной

На продавливание колонной ростверк рассчитывается по формуле (8.12)

где — расчетная продавливающая нагрузка, равная удвоенной сумме реакций всех свай, расположенных с одной наиболее нагруженной стороны от оси колонны за пределами нижнего основания пирамиды продавливания; подсчитывается от усилий, действующих в плоскости верха фундамента;

• рабочая высота ростверка, принимаемая от верха нижней рабочей арматурной сетки до дна стакана;
• , — ширина и высота сечения колонны;
• , — расстояние от соответствующих граней колонн до внутренних граней каждого ряда свай;
• ,- безразмерные коэффициенты, равные и принимаемые от 2,5 до 1;
• расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.

Nu=2*750*0,45(1(0,4+0,3)+1(1+1,39))=2085кН

N=n*Nmax=8*253.87=2030.96

Проверка условия:

N< Nu

2030.96<2085 — условие выполнено

3.11 Расчет ростверка на продавливание угловой сваей

Nmax ? Nрасч

Nрасч=Rbt*h2[в1(b02+c02/2)+ в2(b01+c01/2)]=0.75*0.4(1(0.36+0.99/2)+0.73(0.4+0))=344.1

Проверка условия:

253,87<344,1 — условие выполнено.

3.12 Подбор нижней арматуры по изгибающим моментам.

Расчет на прочность нормальных сечений производится на момент от нормальных нагрузок.

Сечение выполняется в стороне наиболее загруженных свай (Nmax).

Образующиеся изгибающие моменты вызывают необходимость постановки разного количества арматуры, но ставим постоянную по длине арматуру по Mmax.

Nmax=253.87

n=4

ab=50мм

aL=240мм

Мизгb=4*253.87*0.05=50.774

МизгL=2*253,87*0,24=121,86

Подбор площади сечения продольной арматуры

где Rs-расчетное сопротивление арматуры растяжению;

• н- коэффициент =0,9;

h0- рабочая высота сечения

мм

мм

Принимаем 17D12 Аs=452мм2, m=0,888кг

7D12 Аs=905мм2, m=0,888кг

3.13 Выбор сваебойного оборудования и расчет проектного отказа

Выбор молота для погружения свай по п.8.5.2

Выбор массы ударной части молота

Mn?1,25Мсв

Мсв=сV=0,3*0,3*7*2500=1575кг

Mn=1,25*1575=1968,75кг

Определение минимальной энергии удара

где а — коэффициент, равный 25 Дж/кН

Fv — расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.

Принимаем трубчатый дизель-молот (с водяным охлаждением) по табл.8.31[2] С-1047:

• масса ударной части молота, кг 2500;
• высота подскока ударной части, мм :

наибольшая 2800

наименьшая 2000(200);

• энергия удара, 37.0;
• число ударов в 1мин, не менее 44;
• масса молота с кошкой, кг 5500;

Габариты, мм:

• Длина 840;
• Ширина 950;
• Высота 4970.

Определение проектного отказа

?-к-т для ж/б 1500кН/м2

А-площадь поперечного сечения сваи

?g-к-т безопасности=1

N-рач. Нагрузка на сваи Fv

М-к-т для забивных свай 1

?-к-т восстановления удара 0,2

m1-полный вес молота

m2-вес сваи с оголовком, 5% от веса сваи* на кол.

M3-вес подбабка=0

Еd-расч. энергии удара=68,67кДЖ

Gh-вес ударной части молота

hm-фактическая высота падения молота

Отказ 28мм, больше 2мм, условие выполнено.

Поз	Наименование	Кол-во	масса