Файл: Разработка фундамента монтажного цеха.pdf

Исходные данные.

Необходимо разработать фундамент для монтажного цеха.

Рисунок 1 - Схема сооружения

Таблица 1 – Усилия на обрезе фундамента от расчетных нагрузок

	№ фунда-мента	1-е сочетание			2-е сочетание
		N, кН	M, кН·м	T, кН	N, кН	M, кН·м	T, кН
L = 12 м	1	1485	-400	-20	1645	480	42
	2	710	-	-	860	-	-
	3	1910	440	15	2210	-420	-30
	4	410	-	-	450	-	-
	5	190	-	-	220	-	-
	6	700	460	-	720	-300	-50

Исходные характеристики грунтов приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Характеристика грунтов

№ грунта	Наименование	Для расчета по деформациям			Удельный вес частиц грунта, γS, кН/м3	Влажность, ω	Модуль деформации, E, мПа	Влажность на границе текучести, ωL	Влажность на границе раскатывания, ωP	Коэффициент пористости, e	Показатель текучести, JL	Степень влажности, Sr
		Удельный вес, γII, кН/м3	Угол внутреннего прения, ϕII, град	Сцепление, СII
1	Почвенно-растительный слой	15,0
2	Глина	18,1	22	14	26,9	0,39	7,4	0,46	0,20	1,06	0,60	0,99
3	Супесь	20,5	22	10	26,6	0,18	18	0,21	0,15	0,53	0,50	0,90
4	Суглинок	19	26	28	26,6	0,31	12	0,41	0,27	0,83	0,29	0,99

---

1 – Почвенно-растительный слой.

2 – Глина серая пылеватая, слоистая (ленточная).

2 - Супесь серая, легкая, слабослоистая с линзами песка.

3 – Суглинок темно-серый коричневая, с линзами песка, включениями гальки (морена).

Рисунок 2 – Геологический разрез

Введение

Проектирование оснований и фундаментов является одной из основных частей проектирования зданий и сооружений в целом. Выбор конструктивного и объемно-планировочного решений зданий в значительной степени зависит от инженерно-геологических условий площадки строительства и возможных вариантов фундаментов.

Необходимость заглубления фундамента диктуются рядом условий. Заглублением фундамента до прочных грунтов обеспечивают надежное существование сооружения, как во время строительства, так и в период его эксплуатации. Заглубление ниже зоны пучения предохраняет сооружение от воздействия нормальных сил пучения, которые могут вызвать его деформации.

Назначение фундаментов - распределение нагрузки на большую площадь - вытекает из сопоставления прочности мате­риала над фундаментной частью сооружения и прочности грунта. Прочность грунта обычно значительно меньше прочности мате­риала сооружения, поэтому подошва фундамента имеет размеры большие, чем размеры сооружения.

Проектирование оснований фундаментов зданий и со­оружений ведется по двум группам предельных состояний.

Целью расчета по I группе предельных состояний является определе­ние несущей способности оснований, обеспечение прочности и устойчиво­сти фундаментов на сдвиг по подошве и опрокидывание.

Расчет по II группе предельных состояний должен ограничить абсо­лютные и относительные перемещения фундаментов предельными величи­нами, гарантирующими нормальную эксплуатацию сооружений.

При проектировании фундаментов необходимо выполнять расчет их оснований по деформациям с соблюдением условия, чтобы расчетные осад­ки были меньше предельно допустимых значений, указанных в строитель­ных нормах.

Конструктивная характеристика здания

Монтажный цех расположенный в г. Москва имеет размеры в плане
42 х 29 метров. Часть здания в осях А и В имеет несущий стальной каркас, а в осях Д – несущие стены толщиной 0,51 м. Шаг колонн вдоль здания –20,0 м., поперек здания – 8 м. Высота здания в осях А-В – 22,5 м, в осях В-Д – 7,5 м. Уровень земли на отметке 0,0 м.

---

Анализ инженерно-геологических условий

1-й слой. Почвенно-растительный слой имеет малую мощьность, неопределенные расчетные характеристики и не может служить основанием.

2-й слой. Глина серая, пылеватая слоистая ленточная. Мощность около 4 м. По показателю текучести J_L = 0,60 глина мягкопластичная. По величине модуля деформации Е = 7,4 МПа – сильносжимаемая. Условное расчетное сопротивление R₀ = 153 кПа.

Для использования этого грунта в качестве основания устраиваем грунтовую подушку. Уплотненный грунт имеем удельный вес сухого грунта = 17 кН/м³. Толщина уплотнения 2 м.

Принимаем условное расчетное сопротивление R₀ = 300 кПа (по табл. 48 [3]).; e = 0,58; = 22,2 кН/м³. Просадочные характеристики = 34 кПа; = 22 кН/м³ (по прил.1 табл.1 [2]). Е = 20 МПа.

3-й слой. Супесь серая легкая слабослоистая с линзами песка. По показателю текучести J_L = 0,50 супесь тугопластичная. По величине модуля деформации Е = 18 МПа – малосжимаемая. Условное расчетное сопротивление R₀ = 289 кПа.

Может служить основанием.

4-й слой. Суглинок темно-серый тяжелый. По показателю текучести J_L = 0,29 суглинок тугопластичный. По величине модуля деформации Е = 12 МПа – среднесжимаемый. Условное расчетное сопротивление R₀ = 265 кПа. Так же может служить основанием.

Расположение грунтовых вод на большой глубине не ухудшает условия заложения фундаментов.

Варианты устройства основания и фундаментов

В качестве предварительных решений фундамента можно принять следующие:

1. Фундамент мелкого заложения на грунтовой подушке. Так как слой слабого грунта имеет большую глубину, то для устройства фундамента мелкого заложения необходимы мероприятия по усилению грунта.

2. Свайный фундамент на висячих сваях. Этот вариант возможен, так как третий слой грунта имеет достаточную несущую способность, что бы служить основанием свайного фундамента.

3. Сплошная железобетонная плита под всем зданием.

Для расчета принимаем 1 и 2 вариант.

Разработка вариантов для фундамента Ф-3

Расчет фундамента мелкого заложения

Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундаментов d_ф должна определяться с учетом:

- назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения;

- инженерно-геологических условий площадки строительства;

- глубины сезонного промерзания грунтов.

Исходя из конструктивных особенностей проектируемого здания, глубину заложения фундамента, м, определяем по формуле

---

где - глубина подвала.

.

Нормативная глубина промерзания грунта, если она менее 2,5 м, определяется по формуле

где – коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе. Для Москвы = 32,6;

- глубина промерзания в см., зависящая от вида грунта. Для суглинков и глин = 23 см.

= 132 см.

Расчетная глубина промерзания грунта определяется по формуле

где - коэффициент учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундаментов стен и колонн принимаем по табл. 3.1 МУ. = 0,6.

= 0,6·132 = 79 см.

Учитывая большую глубину залегания третьего слоя, необходимость прохождения почвенно-растительного слоя и невысокий уровень подземных вод принимаем глубину заложения фундамента минимальной, но достаточной из условий промерзания и конструктивных требований.

Принимаем глубину заложения от поверхности планировки 2,0 м.

Определение размеров подошвы фундамента

Площадь подошвы нагруженного фундамента определяется по формуле

где - расчетная нагрузка по II группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента;

- расчетное сопротивление грунта основания;

- средний удельный вес грунта и материала кладки фундамента, кН/м³, принимаемый равным 16 кН/м³ (при наличии подвала);

- глубина заложения фундамента от планировочной отметки, м.

Расчет проводим для фундамента 3.

Несущим является второй слой.

Увеличиваем значение A на 10-20% на восприятие момента сил.

Принимаем размер подошвы фундамента 3,6 х 2,7 м.

Определение расчетного сопротивления грунта основания

Расчетное сопротивление грунта основания, кПа, определяют по формуле

где и – коэффициенты условий работы (табл. 3.2 МУ);

- коэффициент надежности по грунту; = 1;

, , – коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения ϕ (табл. 3,3 МУ); = 1 при b < 10 м;

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента на глубину 0,5b (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³;

- то же, залегающих выше подошвы;

- глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина от пола подвала определяемая по формуле

---

где - толшина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны
подвала, м; - толщина конструкции пола подвала, м; - расчетное значение удельного веса конструкции подвала, кН/м³.

- глубина подвала.

= 2,0 м

Уточняем размеры подошвы фундамента

Увеличиваем значение A на 10-20% на восприятие момента сил.

Принимаем окончательно размер подошвы фундамента 3,0 х 2,1 м

Конструируем фундамент в соответствии с размерами колонны, глубиной заложения и площадью подошвы фундамента.

Рисунок 3 – Фундамент мелкого заложения Ф-3

Определение давления на грунт под подошвой фундамента

Вертикальная расчетная нагрузка, приходящаяся на грунт основания под подошвой фундамента, определяется по формуле

где – расчетная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента;

– фес фундамента, который определяется по формуле

где - объем фундамента;

- удельный вес железобетона, который равен 23 кН/м³.

– расчетный вес грунта, лежащего на уступах фундамента

= 3,0·2,1·0,3 + 2,4·1,5·0,3 + 1,8·0,9·1,4 = 5,24 м³.

= 3,0·2,1·2,15 – 5,24 = 8,3 м³.

= 2210 + 5,24·23 + 6,6·18,1 = 2450 кН.

Момент, действующий по подошве фундамента, определяется по формуле

где - момент, действующий по обрезу фундамента;

- сдвигающее горизонтальное усилие;

- высота фундамента.

Эксцентриситет равнодействующий относительно центра тяжести

Среднее давление под подошвой фундамента

где - площадь подошвы фундамента.

Максимальное и минимальное давление под подошвой фундамента

где - длина подошвы фундамента.

Должны выполняться условия:

= 387 = 408 кН/м².

= 518 ≤ = 490 кН/м².

= 255 .

Все условия выполняются не все.

Основание недогружено на 5 %, что допустимо.

Расчет основания по деформациям

Осадка методом послойного суммирования определяется по формуле

где β - безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8;

n – число слоев на которые разбита сжимаемая толща;

h_i – толщина i - го слоя; h_i =0,5м;

σ_zp,i – среднее вертикальное напряжение, возникающее в i - м слое;

- модуль деформации грунта i - го слоя.

Для расчета осадки строим эпюры вертикальных напряжений от собственного веса грунта и дополнительных напряжений по оси фундамента по формулам

где γ_i – удельный вес i - го слоя;

α - коэффициент, принимаемый в зависимости от величин η = l/b и ξ = 2z/b, принимаем по табл. 3.4 МУ.

---