2.2. Выбор глубины заложения фундамента с учетом конструктивных особенностей сооружения.

Глубина заложения фундаментов принимается с учетом конструктивных особенностей сооружения. В водонапорных башнях в ряде случаев устраивается подвальное помещение, в котором размещается арматура водопроводной сети и подсобные помещения. При выборе глубины заложения фундаментов необходимо учитывать глубину прокладки водопроводных труб. Эта глубина должна быть такой, чтобы исключалось замерзание воды в трубах, то есть должна быть ниже глубины промерзания грунта.

Ввод водопроводных сетей в сооружение рекомендуется устраивать выше подошвы фундамента. Таким образом, глубина заложения фундамента с учетом прокладки водопроводной сети:

d = d_fn + 0,2 + d₁ + f₀ + C, м (2.2.1)

где d_fn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта, м;

0,2 – расстояние от горизонта промерзания грунта до верха водопроводной трубы, м;

d₁ – диаметр трубы, м;

f₀ – расстояние от низа трубы до пола подвала, м;

C – расстояние от пола подвала до подошвы фундамента, принимаемое не менее 0,5м.

d = 0,38+0,2+0,2+0,5+0,5=1,78

С учетом глубины подвала глубина заложения фундамента составляет:

d = h_p + С, м (2.2.2)

где h_p – глубина подвала, м.

d =2,7+0,5=3,2 м

3. Определение нагрузок, действующих на основание фундамента водонапорной башни.

3.1. Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах оснований.

Нагрузки и воздействия на основание, передаваемые фундаментом башни, а также

возможные их: сочетания определяются согласно СНиПу [5]. 1;

Расчет оснований по деформациям должен производится на основное сочетание нагрузок; по несущей способности - на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок и воздействий - на основное и особое сочетания.

Основное сочетание включает в себя постоянные, длительные и кратковременные

нагрузки. .

К постоянным относятся нагрузки от веса ствола водонапорной башни, цоколя, шатра, покрытия, перекрытий, фундамента и грунта на его обрезах.

К длительным относятся нагрузки от веса резервуара, воды в резервуаре, снеговые,

от людей и складируемых материалов на перекрытия.

К кратковременным относится ветровая нагрузка.

При расчете оснований по деформациям коэффициент надежности по нагрузке γ_f-1.

3.2. Определение постоянных нагрузок.

3.2.1. Нагрузки от ствола, цоколя и шатра водонапорной башни.

Нагрузки от ствола (N₁), цоколя (N₂) и шатра (N₃) башни определяются по формуле:

N= ¼* 3,14* γ_f*γ_i*H_i* (D²_1i – D²_2i), (3.2.1.1)

где γ_i – удельный вес материала соответствующей конструкции (для ж/б γ= 25кН/м³, для кирпича γ=18кН/м³);

H_i – высота соответствующей конструкции, м;

D²_1i – наружный диаметр конструкции, м;

D²_2i – внутренний диаметр конструкции, м.

N₁= 1/4·3,14·1·25·18·(9,4² - 9²)=2599,92 кПа

N₂=0,25·3,14·1·18·2,7 ·((10,28² + 9²))=941,5 кПа

N₃= 0,25·3,14·1·18·8·(12,02² – 11²)=2654,2 кПа

3.2.2.Нагрузки от покрытий и перекрытий.

Нагрузка от перекрытия и покрытия (N₄) включает в себя нагрузки от всех перекрытий и покрытия. Нагрузка от каждого перекрытая определяется по формуле:

N4 = γf*γi*Fni*hni (3.2.2.1)

где γ_i – среднее значение удельного веса материалов перекрытия и покрытия, кН/м³;

F_ni – площадь перекрытия или покрытия, м²;

h_ni – толщина перекрытия или покрытия, м.

Покрытия:

N₄ = 1·25·(3,14*11²)/4 ·0,1=237,46 кПа

1^ое перекрытие:

N₅ = 25·1·3,14·(11²/4) ·0,3=712,39 кПа

2^ое перекрытие:

N₅ = 25·1·3,14·(9²/4) ·0,1=1589,6 кПа

3.2.3. Нагрузка от фундамента и грунта на его обрезах.

N_фп= γf*γi*Fni*hni

N_фп=25·1·3,14·11,28²/4 ·0,5=1248,5 кПа

3.2.4. Нагрузка от резервуара.

N₆ = 0,785*γ₁*γ*δ*[4*H_p*(D_p + δ) + D²_p] (3.2.4.1)

N₈ = 3,14/4·1·25·0,1·[4·7·(9+0,1)+9²]=659,0 кПа

3.2.5. Нагрузка от воды в резервуаре.

Нагрузка от воды в резервуаре определяется из расчета, что удельный вес воды составляет γ_w=10кН/м³, а резервуар может быть заполнен полностью.

N₇ = ¼ *π* γ_f* D²_p * H_p *γ_w (3.2.5.1)

N₇ = 1/4·3,14·1·9²·7·10=4450,95 кПа

Нагрузка от трубопровода ничтожно мала по сравнению с нагрузкой от резервуара, поэтому ею можно пренебречь.

3.2.6. Снеговая нагрузка.

Снеговая нагрузка определяется в зависимости от географического положения места строительства, указанного в задании.

В нашем районе снеговой нагрузки не будет.

3.2.7. Определение ветровой нагрузки.

Для определения ветровой нагрузки необходимо вычертить контур башни в масштабе 1:100.

Контур башни разбивают на секции, не превышающие по высоте 10м, каждая из которых должна иметь постоянный диаметр. В данном случае треугольные контуры покрытия могут быть условно заменены прямоугольными. Далее определяю нормативное значение ветровой нагрузки на каждую секцию.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки W_m на высоте Z над поверхностью земли следует определять по формуле:

W_m = W₀*К*С (3.2.7.1)

где W₀ – нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от ветрового района (II);

К – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

С – аэродинамический коэффициент, принимаемый, в данном случае, для ствола башни С= 0,7; для шатра С= 0,8.

W_m1 = 0,38·0,7·1,0=0,27 кПа

W_m2 = 0,38·0,7·1,2=0,32 кПа

W_m3 = 0,38·0,8·1,33=0,4 кПа

Нормативное значение средней ветровой нагрузки определятся по формуле:

W_mz = W_mi [1+ ((z – z_i)/z_i+1 – z_i)*(k_i+1 + k_i)] (3.2.7.2)

где W_mi – нормативное значение нагрузки на высоте 1ой секции;

z – высота центра секции;

z_i и k_i – соответственно высота и коэффициент верхней части 1ой секции;

z_i+1 и k_i+1 – соответственно высота и коэффициент вышележащей (1+1) секции.

W_mz1 = 0,27·[1+((5 – 0)/(10 – 0))·(1 – 0,75)]=0,3

W_mz2 = 0,32·[1+((14 – 10)/(18 – 10))·(1,2 – 1,0)]=0,35

W_mz3 = 0,4·[1+((22 – 18)/(26 – 18))·(1,33-1,2)]=0,43

Равнодействующая ветровой нагрузки в пределах каждой секции Qi прикладывается в середине секции и определяется по формуле:

Qi = γ_f*W_mz*h_i*D (3.2.7.3)

где W_mz – нормативное значение средней ветровой нагрузки в пределах каждой секции, кПа;

h_i – высота секции, м;

D – наружный диаметр ствола или шатра башни, м.

Qi₁ = 1·0,3·8·9,4=22,56

Qi₂ = 1·0,35·10·9,4=32,9

Qi₃ = 1·0, 43·8·12,02=41,35

Расчетный момент от действия ветровой нагрузки определяется по формуле:

M^p = Q₁*h₁₁+ Q₂*h₂₁+ Q_i*h_i1, (3.2.7.4)

где Q_i – равнодействующая ветровой нагрузки в пределах каждой секции, кН;

h_i1- расстояние от точки приложения равнодействующей Q_i до подошвы фундамента.

M^p = 22,56*8,2+32,9*17,2+41,35*25,2=1792,89