Расчет оснований и фундаментов

Выполняем расчет фундаментов по буквенной оси Е и цифровой 8 (ФМЗ-1).

Строительство ведется в г. Ульяновск. Подвал запроектирован.

Мощность =4,0м, начальное расчетное сопротивление =240кПа и модуль деформации =19МПа грунта ИГЭ-3 являются достаточными, чтобы использовать данный слой грунта в качестве несущего.

Назначаем класс бетона фундамента В20. Толщину защитного слоя . Запроектирована железобетонная колонна с размерами сторон b_c x h_c = 0.4 х 0.6 м.

Производим сбор нагрузок на 36,3 м² грузовой площади фундамента в осях Е-8.

3.5.1 Сбор нагрузок на фундамент

Таблица 14

Вид нагрузки и расчет	Нормативная нагрузка кН/м^2	Коэффи-циент надежности γf	Расчет-ная нагрузка кН/м^2
1. Постоянные:
	Защитный слой из гравия на битумной мастике - 10 мм, кН/м^3	16·0,01×36,3 =5,81	1,3	7,55
	2 слоя наплавляемого рулонного битумно-полимерного материала «Техноэласт-ЭКП» - 10 мм, кН/м^3	2·0,01·0,03×36,= =0,022	1,2	0,026
	Цементно - песчаная стяжка – 30 мм, кН/м^3	18·0,03×36,3 =19,6	1,3	25,48

Продолжение табл. 14

	Утеплитель РУФ БАТТС - 200 мм, кН/м^3	1,6·0,2×36,3 =11,62	1,2	13,94
	Цементно - песчаная стяжка – 30 мм, кН/м^3	18·0,03×36,3 =19,6	1,3	25,48
	Сетка 100/100/5/5 – 5 мм, кН/м^2	3,168×36,3 =114,99	1,05	120,74
	Керамзитовый гравий по уклону - 300 мм, кН/м^3	12·0,3×36,3 =130,68	1,3	169,88
	Пароизоляция «Техноэласт» - 5мм, кН/м^2	0,012×36,3=0,44	1,2	0,53
	Монолитная ж/б плита – 200 мм, кН/м^3	25·0,2×36,3 =181,5	1,1	199,65
	Конструкция пола:
10.1	Линолеум «Таркетт» - 2 мм, ρ=1,8 кН/м^3	0,002·1,8·36,3·4 =0,523	1,2	0,627
10.2	Мастика клеящая «Бустилат» - 1мм, ρ= 0,003 кН/м^3	0,000003·36,3·4 = 0,00044	1,2	0,00052
10.3	Стяжка из цементно-песчаного раствора М150 – 40 мм,ρ=18 кН/м^3	0,04·18·36,3·4 =104,54	1,3	135,91
10.4	Керамзитобетон – 55 мм, ρ=12 кН/м^3	0,055·12·36,3·4 =95,83	1,3	124,58
	Монолитная ж/б плита – 200 мм, кН/м^3(4шт)	0,2×25×36,3×4= =726	1,1	798,6
	Монолитная ж/б второстепенная балка мм, h=500мм кН/м^3(4шт)	25·0,25·0,5· ×12,1*4= =151,25	1,1	166,38

Продолжение табл. 14

	Монолитная ж/б колонна 600х 400мм h=3,6м (4 шт.), ρ=25кН/м^3	25·0,4·0,6·3,6×4=86,4	1,1	95,04
	Собственный вес монолитного ж/б фундамента 3000х2100мм h=600мм, ρ=25кН/м^3	25·3,78= =94,5	1,1	103,95
Итого	1921,71		2050,25
2. Временные
	Снеговая	1,7 ×36,3=61,71	1,4	86,4
	Полезная
	- длительная	0,7·36,3=25,41	1,2	30,492
	- кратковременная	1,3·36,3=47,19	1,2	56,628
	От перегородок	0,575×36,3·4= =83,49	1,1	91,84
Всего	2055,29		2231,75

3.5.2 Определение высоты фундамента (ФМЗ-1)

Расчет и проектирование фундамента (ФМЗ-1) в сечении I-I производим по расчетной нагрузке на обрез фундамента:

Определение высоты фундамента по конструктивным требованиям

Определение высоты фундамента по конструктивным требованиям выполняем в следующей последовательности: Назначаем предварительную высоту плитной части фундамента: d=0.25м.

Определение расчетной высоты фундамента

Определение расчетной высоты фундамента выполняем в следующей последовательности:

1. Уточняем требуемую рабочую высоту плитной части фундамента:

(2.5.1)

(2.5.2)

2. Определим требуемую расчетную высоту плитной части фундамента:

>0,3м – условие выполняется.

Округляем кратно 0.15: h_pl = 0.6м.

3. Определим расчетную высоту фундамента:

Округляем кратно 0.3: H_f = 0,6м, но так как минимальная высота фундамента H_f =1.5м.

3.5.3 Определение глубины заложения фундамента (ФМЗ-1)

1. Определяем расчетную глубину промерзания несущего слоя грунта:

, (2.5.3)

где - коэффициент, учитывающий температурный режим здания,

- нормативная глубина промерзания грунта, определяемая в зависимости от климатического района строительства,

2. Определяем, зависит ли глубина заложения фундамента от глубины промерзания грунтов:

, (2.5.4)

т.к. ,

то для несущего слоя - суглинок полутвердый, непросадочный, с модулем деформации E₀ = 19 МПа и начальным расчетным сопротивлением R₀ = 240 кПа - глубина заложения фундамента назначается не менее расчетной глубины промерзания грунта .

3. Глубина заложения фундамента по конструктивным требованиям:

, (2.5.5)

где - высота фундамента,

- толщина слоя грунта от обреза фундамента до низа пола подвала

- толщина конструкций пола подвала,

- высота цоколя, .

Так как расчетная глубина промерзания грунта меньше, чем конструктивная глубина заложения фундамента, то в качестве расчетного значения глубины заложения фундамента принимаем большую из них, то есть .

Абсолютная отметка подошвы фундамента составляет:

. (2.5.6)

3.5.4 Определение размеров подошвы фундамента

1. Соотношение размеров сторон подошвы фундамента принимается в пределах

2. Определим предварительные размеры подошвы:

; (2.5.7)

(2.5.8)

Рис 4. Схема определения глубины заложения фундамента по конструктивным требованиям.

Округляем кратно 0.3: b_f = 3,3 м, l_f = 3,9 м.

3. Определим соотношение длины здания к его высоте:

(2.5.9)

4. Уточняем расчетное сопротивление грунта основания:

(2.5.10)

и - коэффициенты условий работы, - коэффициент, , так как прочностные характеристики определены непосредственными испытаниями

- коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения несущего слоя грунта, - ширина подошвы фундамента, - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой, k_z = 1,0, т.к. ширина подошвы фундамента b_f= 3,3 < 10 м; d_b - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до уровня пола подвала.

(2.5.11)

, (2.5.12)

где - удельный вес грунта неразрушенной структуры ИГЭ-1,

- удельный вес грунта ИГЭ-i с учетом взвешивающего действия воды,

- плотность твердых частиц грунта ИГЭ-i,

- удельный вес воды,

- коэффициент пористости грунта ИГЭ-i,

d₁^'- приведенная глубина заложения фундамента от пола подвала,

h_s - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала.

(2.5.13)

(2.5.14)

5. Уточняем размеры подошвы фундамента:

; (2.5.15)

; (2.5.16)

Округляем кратно 0.3 и окончательно принимаем размеры фундамента ФМЗ-1: b_f = 3,0 м, l_f = 3,9 м.

6. Определяем среднее давление под подошвой центрально нагруженного фундамента:

(2.5.17)

(2.5.18)

(2.5.19)

(2.5.20)

(2.5.21)

Все условия выполняются, следовательно, размеры подошвы фундамента подобраны правильно.

Окончательные размеры подошвы фундамента: b_f = 3,0 м, l_f = 3,9м.

3.5.5 Вычисление вероятной осадки фундамента (ФМЗ-1)

Вычислим ординаты эпюр природного давления σ_zg и вспомогательной 0.2σ_zg:

(2.5.22)

где - толщина i-ого слоя грунта;

- удельный вес i-ого слоя грунта (при наличии подземных вод, определяется с учетом взвешивающего действия воды).

Точка 0 – на поверхности земли:

(2.5.23)

Точка 1 – на границе 2-ого и 3-ого слоев:

(2.5.24)

Точка 2 – на уровне подошвы фундамента:

(2.5.25)

Точка 3 – на границе 3-ого и 4-ого слоев:

(2.5.26)

Точка 4 – на границе 4-ого и 5-ого слоев:

(2.5.27)

Точка 5 – на границе 5-ого слоя:

(2.5.28)

Определим дополнительное вертикальное давление на основание от здания или сооружения по подошве фундамента:

(2.5.29)

Разобьем толщу грунта под подошвой фундамента на элементарные подслои:

(2.5.30)

(2.5.31)

Определяем дополнительные вертикальные нормальные напряжения на глубине от подошвы фундамента:

(2.5.32)

По полученным данным строим эпюру дополнительных вертикальных напряжений от подошвы фундамента.

Для удобства расчета осадки в се вычисления ведем в табличной форме.

Таблица 15

№ ИГЭ	Наименование грунта и его состояние	Мощность слоя,	, м	, м			, кПа	, кПа	, кПа
ИГЭ-3	Суглинок тугопластичный	2,15	0.00	0.00	0.00	1.000	180,18
0.6	0,6	0,4	0,972	175.13	177.66
0.6	1,2	0,8	0,848	152.79	163.96
0.6	1,8	1,2	0,682	122.88	137.84
0,35	2,15	1,43	0,615	110.81	116.85
ИГЭ-4	Супесь текучая, непросадочная	5,2	0.25	2,4	1,6	0,532	95.86	103.33
0,6	3,0		0,414	74.59	85.23
0,6	3,6	2,4	0,325	58.56	66.58
0,6	4,2	2,8	0,260	46.85	49.64
0,6	4,8	3,2	0,210	37.84	42.34
0,6	5,4	3,6	0,173	31.17	34.50
0,6	6,0	4,0	0,161	29.01	30.09

Определим величину общей осадки по формулам:

(2.5.33)

(2.5.34)

Сравниваем полученное расчетное значение вероятной осадки S со значением предельных деформаций основания S_u, принимаемое в зависимости от конструктивной системы здания или сооружения . Условие выполняется.

3.5.6 Расчет тела фундамента

Конструирование фундамента

1. Назначаем количество и высоту ступеней фундамента:

фундамент с двумя ступенями.

2. Назначаем размеры консолей ступени плитной части:

- в направлении действия момента: (2.5.35)

- в направлении перпендикулярном действия момента: (2.5.36)

Рис. 5 К расчету осадки фундамента ФМЗ-1 в сечении I – I

Расчет прочности нижней ступени на продавливание

Расчет на продавливание нижней ступениследует вести по 1-ой схеме.

(2.5.37)

h_ol - рабочая высота нижней ступени фундамента, h_ol = h₁- a_s = 0,3 - 0,04 = 0,26 м. (2.5.38)

(2.5.39)

(2.5.40)

(2.5.41)

Условие выполняется, продавливания не произойдет.

Рисунок 6 К определению высоты фундамента

Расчет прочности фундамента по поперечной силе

Расчет прочности фундамента по поперечной силе заключается в проверке прочности рабочей высоты нижней ступени h₀₁ фундамента по наклонному сечению на восприятие поперечной силы Q одним бетоном, исходя из условия

(2.5.42)

(2.5.43)

Правая часть неравенства принимается не менее и не более .

Все условия выполняются. Прочность нижней ступени по поперечной силе обеспечена.

Определение площади сечения арматуры плитной части фундамента

Расчет выполняется в следующей последовательности:

1. В сечениях I-I, II-II, III-III определяем изгибающие моменты: В плоскости действия момента – в направлении большей стороны:

-для сечения I-I:

(2.5.44)

(2.5.45)

(2.5.46)

(2Ю5Ю47)

-для сечения II-II:

(2.5.48)

(2.5.49)

-для сечения III-III:

(2.5.50)

(2.5.51)

В плоскости, перпендикулярном плоскости действия момента, от реактивного давления грунта :

-для сечения I-I:

(2.5.52)

-для сечения II-II:

(2.5.53)

-для сечения III-III:

(2.5.54)

2. В тех же сечениях определяем требуемую площадь сечения рабочей арматуры А_s^тр в плитной части фундамента:

(2.5.55)

(2.5.56)

(2.5.57)

В плоскости, перпендикулярном плоскости действия момента:

(2.5.58)

(2.5.59)

(2.5.60)

Из трех значений в соответствующем направлении выбираем большее: в плоскости действия момента: , в плоскости, перпендикулярном плоскости действия момента: .

Принимаем шаг стержней

(2.5.61)

Принимаем диаметр одного стержня Ø=12мм.(A_s=1,313см²), окончательно принимаем 26Ø12 (A_s=1,313м²)

В плоскости, перпендикулярном плоскости действия момента:

шаг стержней

(2.5.62)

Принимаем диаметр одного стержня Ø=12мм (A_s=1,313 см²), принимаем 20Ø12.

Т.к. размеры ширины подошвы фундамента , то подошва фундамента армируется одной арматурной сеткой с рабочей арматурой в двух направлениях.

Дата добавления: 2015-10-13