3 Выбор типа оснований и конструкции фундамента для сечения 1-1

Заключительным этапом изучения строительной площадки является оценка инженерно-геологических условий, принятия рацио­нального конструктивного решения фундаментов, проектируемого здания, глубины заложения их, а так же выбора способа производства работ. В рассматриваемых грунтовых условиях можно запроектиро­вать несколько вариантов устройства фундаментов. На основе вари­антного способа проектирования принимается то инженерное реше­ние, которое позволяет с меньшими затратами труда, в более корот­кий срок, без ухудшения эксплуатационных качеств здания, меньшей сметной стоимости выполнить устройство фундаментов для проекти­руемого здания. При выборе рациональных конструкций фундаментов должны учитываться следующие факторы:

1. Инженерно-геологические условия площадки строительства (физико-механические свойства грунтов, характеристика их напластования, наличие слоев, склонных к скольжению, карстовых полостей и пр.)

2. Конструктивные особенности проектируемого здания, на­грузки и их воздействие на фундамент.

З. Уровень подземных вод и их химический состав.

4. Глубина заложения фундаментов примыкающих зданий, а так же глубина прокладки инженерных коммуникаций.

5. Существующий и проектируемый рельеф строительной площадки.

6. Гидрологические условия строительной площадки, а так же возможность их изменения в процессе выполнения работ по устройст­ву фундаментов и эксплуатации здания.

Вариантность инженерных решений - важнейший принцип проектирования фундаментов сооружений. В курсовом проекте расчё­ту и сравнению по стоимости подлежат два варианта: на естествен­ном основании и свайный. Сравнение вариантов фундаментов следу­ет проводить на самом загруженном фундаменте.

3.1 Проектирование фундамента на естественном основании

Глубина заложения фундамента зависит:

1)от конструктивных особенностей фундамента - глубина подвала равна 2,6 метра

2)нельзя закладывать фундамент в зоне чернозёма;

3)нельзя закладывать фундамент в зоне промерзания грунтов

Подошва фундамента должна располагаться ниже расчётной глубины промерзания для грунтов, обладающих пучинистыми свойст­вами. Расчётная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:

, (7)

где d_fт - нормативная глубина промерзания (по заданию КП),

K - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений.

d_f = 0,6 1,5 = 0,9 м.

По конструктивным особенностям глубина подвала – 2,6 м, то глубине промерзания удовлетворяет.

4) из опыта строительства минимальная глубина заложения 0,5м, а в зоне сейсмики 1м;

5) глубина заложения зависит от прочностных и деформативных показателей грунта;

6) не рекомендуется располагать подошву грунта на границе раздела грунтов

7) глубина заложения конкретного фундамента зависит от глубины заложения соседних фундаментов.

3.2 Подбор размеров подошвы фундамента

Предварительная площадь фундамента:

, (8)

где - сумма нагрузок на фундамент для расчета второй группы предельных состояний (для ленточных фундаментов – погонная нагрузка), кН;

- табличное значение расчетного сопротивления грунта несущего слоя, кПа;

- средний удельный вес материала фундамента и грунта на его обрезах (принять 20 кН/м3);

- глубина заложения фундамента, м.

Принимаем блоки бетонные стен подвалов ФБС 24.4.6 – Т (ГОСТ 13579-94) m=1,3т, ФБС 24.4.3 – Т (ГОСТ 13579-94) m=0,31т и плиту – подушку железобетонную ФЛ 8.24–1,3,4(ГОСТ 13580 – 85) m=1,55 т.

Так как фундамент закладывается близко к границе слоёв грунта, то при расчете необходимо принимать худшие из характеристик двух грунтов.

Основным критерием при подборе размеров подошвы фундамента является выполнение условия:

P_II ≤ R, (9)

где P_II – среднее давление по подошве фундамента, кПа;

, (10)

где ∑N_iII – внешняя суммарная расчетная нагрузка на фундамент для расчетов по второй группе предельных состояний, кН;

N_ФБС – вес фундаментного блока, кН;

N_ФЛ – вес фундаментной плиты;

N_приг – вес пригруза;

N_гр^лев – вес грунта с левой стороны от фундамента, кН;

N­­­­_гр^прав – вес грунта с правой стороны от фундамента, кН;

N_ПОЛА – вес пола, кН;

А– принятая площадь фундамента, м².

Рисунок 2 – Ленточный фундамент, сечение 1-1

N_ФБС =

N_ФЛ =

N_приг =

N_гр^лев = 0,2 2,0 18,3= 7,32 кН;

N­­­­_гр^прав = 0,2х0,3х18,3=1,098 кН;

N_пола = 0,1 24 0,2 = 0,48 кН.

R – расчетное сопротивление грунта, определяемое по формуле:

, (11)

где b = 0,8 м – ширина подошвы фундамента;

γ_С1 = 1,25 и γ_С2 = 1,1 – коэффициенты условия работы;

γ_II = кН/м³ – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;

γ_II' = 18,3*0,95=17,385 кН/м³ – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;

K_Z = 1 – коэффициент при b ≤ 10 м;

К = 1,1 – коэффициент надежности;

М_γ = 0,56, М_q = 3,24 и М_С = 5,84 – коэффициенты для φ = 21°.

С_II = 23,5 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;

d_I – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:

, (12)

где h_S = 0,60 м –толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf = 0,1 м – толщина конструкции пола подвала, м;

γ_cf = 24 кН/м³ – расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала;

d_B =1,6 м – глубина подвала расстояние от уровня планировки до пола подвала, м.

Условие P_II ≤ R выполняется,

P_II =212 кПа < 249 кПа = R.

Недогруз составляет:

При пересчете на подушку ФЛ 6.24 – 4, получился перегруз грунта основания:

P_II =272,9 кПа > 246,95 кПа = R.

Поэтому принимаем подушку ФЛ 8.24–1,3,4, её размеры достаточны для восприятия нагрузок от вышележащих конструкций здания.

При внецентренном загружении фундамента последовательным приближением добиваются удовлетворения следующих условий:

для максимального краевого давления

, (13)

для минимального давления

, (14)

Краевые давления по подошве фундамента вычисляют по формуле:

_, (15)

где ∑N_II – суммарная вертикальная расчетная нагрузка в уровне подошвы фундамента, вычисляется аналогично как при расчете среднего давления по подошве, кН;

М – момент от расчетных нагрузок в уровне подошвы, кНм;

W – момент сопротивления площади подошвы фундамента, м³.

Для ленточного фундамента

, (16)

Момент от перекрытия:

Рисунок 3 – Схема к определению эксцентриситета для M_пер

.

Момент от собственного веса грунта на левой консоли:

.

Момент от собственного веса грунта на правой консоли:

.

Момент от пола подвала:

.

Момент от пригруза:

Расчетные характеристики грунта засыпки суглинка твердого:

γ_II' = 0,95γ_II = 0,95 18,3= 17,385кН/м³;

φ_II' = 0,9φ_II = 0,9 21= 18,9°;

С _II' = 0,5 С _II = 0,5 3 = 1,5 кПа.

Определяю интенсивность давления грунта:

θ₀ = = 45° – 18,9/2 = 35,55°;

λ = tg²θ₀ = tg²35,55° = 0,51;

K_I = .

Интенсивность горизонтального активного давления грунта от собственной массы на уровне подошвы фундамента

P_γ3 = , (17)

P_γ3 =

Момент от горизонтального активного давления грунта от собственной массы:

Интенсивность горизонтального давления грунта от нагрузки q на поверхности земли:

P_q = q λ γ_f , (18)

P_q = 10 0,51 1 = 5,1 кПа.

Момент от горизонтального активного давления грунта от нагрузки q:

Момент инерции 1 м стены подвала:

I_b = .

Коэффициенты:

m₁ = ;

n = ;

n₁ = ;

К = .

е = 0,4/2 – 0,04 = 0,16 м

Опорная реакция в уровне низа плиты перекрытия надподвального этажа:

R_a = , (19)

R_a =

Момент в уровне подошвы:

М₀ =

∑М=2,06-2,196+0,329+0,144-0,6+16,09+13,49-30,4=-1,083 кНм

_.

_.

222,12 < 1,2 249 =298,8 кПа

201,88 > 0 .

Условия выполняются. Размеры фундамента достаточны для восприятия нагрузок от вышележащих конструкций.