Расчет и проектирование оснований и фундаментов промышленных зданий (стр. 2 из 7)
gsb = 8,21 кН/м3; удельное сцепление cII = 29 кПа.
Вычисляем условно расчетное сопротивление:
== (1,0·1) ·(0,12·1·1·8,21+1,47· [0,8·17,05+(2-0,8) ·8,21] +3,82·29) = 146,29 кПа.
Полное наименование грунта слоя № 2 по ГОСТ 25100– 95 Глина мягкопластичная. Этот грунт может быть использован как естественное основание, поскольку имеет достаточную прочность. (Е = 8 МПа > 5 МПа).
Слой №3: суглинок
Толщина слоя h1 = 4,90. По табл.3 СНиП 2.02.01-83* gc1 = 1,0 для (IL > 0,5); gc2 = 1 для зданий с гибкой конструктивной схемой.
При jII = 14° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 0,26; Mq = 2,05; Mc = 4,55.
Удельный вес грунта gsb = 8,51 кН/м3; удельное сцепление cII = 14 кПа.
Вычисляем условно расчетное сопротивление:
== (1,0·1) ·(0,29·1·1·8,51+2,17· [0,8·17,05+(4,90-0,8) ·8,21] +4,69·14) = 171 кПа
Полное наименование грунта слоя№3 по ГОСТ 25100–95 суглинок мягкопластичный.
Слой №4: глина
Толщина слоя h2 = 1,70. По табл.3 СНиП 2.02.01-83* gc1 = 1,25 для (IL < 0,25); gc2 = 1 для зданий с гибкой конструктивной схемой.
При jII = 17° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 0,39; Mq = 2,57; Mc = 5,15.
Удельный вес грунта gsb = 8,51 кН/м3; удельное сцепление cII = 14 кПа.
Вычисляем условно расчетное сопротивление:
== (1,25·1) ·(0,43·1·1·8,95+2,73· [0,8·17,05+(4,90-0,8) ·8,21+1,70·8,51] +5,31·44) =506 кПа
Полное наименование грунта слоя № 4 по ГОСТ 25100– 95 глина мягкопластичная.
Заключение
В целом площадка пригодна для возведения здания. Рельеф площадки спокойный с небольшим уклоном в сторону скважин 1 и 3. 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 0,80 м необходимо водопонижение; возможность открытого водоотлива из котлованов, разработанных в суглинке, должна быть обоснована проверкой устойчивости дна котлована (прорыв грунтовых вод со стороны слоя глина); 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) фундамент на распределительной песчаной подушке (может быть достигнуто уменьшение размеров подошвы фундаментов и расчетных осадок основания)
3) 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 стальную колонну, расположенную по осям А - 5, для исходных данных, приведенных выше.
4.1 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 tвн = 15° и грунта основания, представленного глиной, по 2.28 СНиП 2.02.01-83:
d³df= Kh×dfn= Kh×d0
= 0,7×0,23 
= 1,27 м.Kh=0,7 –коэффициент учитывающий влияние теплового режима сооружения, 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
af = 1,1 м > 0,5 м).
dfn – нормативная глубина промерзания
d0 – величина, принимаемая равной для глины - 0,23 м
Второй фактор - учет конструктивных особенностей здания. Требуется подколонник площадью сечения 1500х1200 мм. Минимальный типоразмер высоты фундамента для указанного типа подколонника Hф=1,5м. Таким образом, по второму фактору требуется d =Hф+0,7=2,2 м.
Третий фактор - инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки. С поверхности на большую глубину залегает слой 2, представленный достаточно прочным суглинком. 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) с отметкой 65,40 м d = 2,05 м, Нф = 1,5 м. Абсолютная отметка подошвы фундамента (FL) составляет 63,35 м, что обеспечивает выполнение требования о минимальном заглублении в несущий слой. В самой низкой точке рельефа (см. рис.3. скв.1) заглубление в несущий слой 2 от отметки природного рельефа (NL) составляет: 64,90 - 0,3 – 63,35 = 1,25 м > 0,5 м.
4.2 Определение площади подошвы фундамента
Площадь Атр подошвы фундамента определяем по формуле:
Атр = NcolII / (R2усл - gmt×d) = 1310,19 / (146,29 - 20×2,05) = 12,44 м2
Ncol II = max Ncol II×gf = 1310, 19×1 = 1310,19 кН
(gf - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый 1)
gmt = 20 кН / м3 - средний удельный вес материала (бетона) фундамента и грунта на его уступах.
d – глубина заложения фундамента от уровня планировки, м.
4.3 Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт
Принимаем фундамент ФВ 12-1 с размерами подошвы l = 4,2 м, b = 3,0 м, тогда
А = l×b = 12,6 м2, Нф = 1,5 м, объём бетона Vfun = 7,8 м3
Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:
GfunII - расчетное значение веса фундамента
GgII - расчетное значение грунта на его уступах
Vg – объем грунта на уступах
GfunII = Vfun×gb×gf = 7,8 × 25×1 = 195 кН
Vg = l×b×d - Vfun = 4,2 × 3 × 2,05 –7,8 = 18,03 м3
Gg II = Vg × kpз ×gII ×gf = 18,03 × 0,95 × 17,05 × 1 = 292 кН
Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:
Ntot II = Ncol II + Gg II + Gfun II =1310,19 + 292 + 195 = 1797 кН
Mtot II = Mcol II + Qtot II · Нф =826,87 + 81,91 × 1,5 = 950 кНм
QtotII = QcolII = 81,91 кН
4.4 Расчетное сопротивление грунта
Уточняем расчетное сопротивление R для принятых размеров фундамента (l = 4,2 м, b = 3 м, d = 2,05 м)
==(1,1·1) ·(0,12·1·4,2·8,21+1,47· [0,8·17,05+(2,05-0,8) ·8,21] +3,82·29) = 140 кПа
4.5 Давление на грунт под подошвой фундамента
Определяем среднее PIImt, максимальное PIImax и минимальное PIImin давления на грунт под подошвой фундамента:
P II max = Ntot II /A + Mtot II / W = 179712,6 + 950×6/3×4,2² = 251 кПа
P II min = Ntot II /A - Mtot II / W = 1797/12,6 - 950×6/3×4,2² = 35 кПа
P II max = 251 кПа < 1,2×R = 1,2 ×140 = 168 кПа
Условие ограничения давлений не выполнены, увеличиваем размеры подошвы фундамента.
Принимаем фундамент ФВ 13-1 с размерами подошвы l = 4,2 м, b = 3,6 м, тогда
А = l×b = 15,2 м2, Нф = 1,5 м, объём бетона Vfun = 9,3 м3
GfunII = Vfun×gb×gf = 9,3 × 25×1 = 232,5 кН
Vg = l×b×d - Vfun = 4,2 × 3,6 × 2,05 –9,3 = 21,6 м3
Gg II = Vg × kpз ×gII ×gf = 21,6 × 0,95 × 17,05 × 1 = 350 кН
Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:
Ntot II = Ncol II + Gg II + Gfun II =1310,19 + 350 + 232,5 = 1893 кН
Mtot II = Mcol II + Qtot II · Нф =826,87 + 81,91 × 1,5 = 950 кНм
QtotII = QcolII = 81,91 кН
Давление на грунт под подошвой фундамента
P II max = Ntot II /A + Mtot II / W = 1893/15,2 + 950×6/3,6×4,2² = 215 кПа
P II min = Ntot II /A - Mtot II / W = 1893/15,2 - 950×6/3,6×4,2² = 35 кПа
P II max = 215 кПа < 1,2×R = 1,2 × 140 = 168 кПа
Условие ограничения давлений не выполнены, увеличиваем размеры подошвы фундамента.
Принимаем фундамент ФВ 14-1 с размерами подошвы l = 4,8 м, b = 3,6 м, тогда
А = l×b = 17,28 м2, Нф = 1,5 м, объём бетона Vfun = 10,2 м3
GfunII = Vfun×gb×gf = 10,2 × 25×1 = 255 кН
Vg = l×b×d - Vfun = 4,8 × 3,6 × 2,05 –10,2 = 25,2 м3
Gg II = Vg × kpз ×gII ×gf = 25,2 × 0,95 × 17,05 × 1 = 408 кН
Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:
Ntot II = Ncol II + Gg II + Gfun II =1310,19 + 408 + 255 = 1973 кН
Mtot II = Mcol II + Qtot II · Нф =826,87 + 81,91 × 1,5 = 950 кНм
QtotII = QcolII = 81,91 кН
Давление на грунт под подошвой фундамента
P II max = Ntot II /A + Mtot II / W = 1973/17,28 + 950×6/3,6×4,8² = 182 кПа
P II min = Ntot II /A - Mtot II / W = 1973/17,28 - 950×6/3,6×4,8² = 45 кПа
P II max = 182 кПа < 1,2×R = 1,2 × 140 = 168 кПа
Условие ограничения давлений не выполнены, увеличиваем размеры подошвы фундамента.
Принимаем фундамент ФВ 15-1с размерами подошвы l = 4,8 м, b = 4,2 м, тогда
А = l×b = 20,16 м2, Нф = 1,5 м, объём бетона Vfun = 11,7 м3
GfunII = Vfun×gb×gf = 11,7 × 25×1 = 293 кН
Vg = l×b×d - Vfun = 4,8 × 4,2 × 2,05 –11,7 = 29,6 м3
Gg II = Vg × kpз ×gII ×gf = 29,6 × 0,95 × 17,05 × 1 = 480 кН
Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:
Ntot II = Ncol II + Gg II + Gfun II =1310,19 + 480 + 293 = 2083 кН
Mtot II = Mcol II + Qtot II · Нф =826,87 + 81,91 × 1,5 = 950 кНм
QtotII = QcolII = 81,91 кН
Давление на грунт под подошвой фундамента
P II max = Ntot II /A + Mtot II / W = 2083/20,16 + 950×6/4,2×4,8² = 162 кПа
P II min = Ntot II /A - Mtot II / W = 2083/20,16 - 950×6/3,6×4,8² = 44 кПа
P II max = 162 кПа < 1,2×R = 1,2 × 140 = 168 кПа
P II min = 44 кПа > 0
P II mt = Ntot II /A = 2083/20,16 = 94,4
PIImt= 94,4 < R = 140
Все условия ограничения давлений выполнены.
Эпюра контактных давлений по подошве фундамента приведена на рисунке 5.
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 (Рис.6).