Расчет и конструирование фундаментов на естественном основании

ВведениеПроектирование оснований и фундаментов является одной из наиболее сложных задач в строительстве, т.к. от оценки несущей способности основания, выбора конструкции подземной части сооружения, методов возведения фундаментов зависит в дальнейшем работа надфундаментой части зданий и сооружений. Сложность проектирования зависит от многих факторов: от многообразия грунтов и их свойств, условий их залегания, наличия или отсутствия подземных вод и т.д. Проект фундамента является частью в составе сооружения, однако задачи проектирования оснований и фундаментов решаются отдельным блоком со своими исходными данными. Проектирование ведется по общим принципам и последовательности выполнения расчетов по двум предельным состояниям.Конструкции фундаментов и оснований должны быть надежными, прочными, долговечными, отвечать всем требованиям нормативно-технической документации.В курсовом проекте рассмотрены вопросы проектирования фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов под наружные стены и под железобетонные колонны 400 х 400 мм административного здания с жесткой конструктивной схемой, размерами L x B x H = 36 х 18 х 15 м.Посадка здания на местностиПривязка здания и оценка рельефаГлавный фасад здания размещается по линии застройки с привязкой углов к строительной геодезической сети разбивочного плана М1:1000Высотная привязка осуществляется из условий нулевого баланса земляных работ при планировке территории строительной площадки.где hi - высотные отметки поверхности рельефа для углов здания;n – количество углов в зданииВысотные отметки hi поверхности рельефа для углов здания и по осям скважин №1 и 2 определяются по горизонталям плана строительной площадки из представления длины заложения между горизонталями в плане.Из подобия треугольников находим абсолютные отметки углов здания.По плану горизонталей определяют направление уклона местности и величину максимального уклона, где - превышение отметок горизонталей, м; - минимальное расстояние между горизонталямиВывод: естественный рельеф местности пригоден для организации строительства с незначительной планировкой. Рис.1 Посадка здания на местности.Геологический профиль основанияГеологический профиль составляется по вертикальному разрезу в створе скважин 1–2.По геологическому разрезу устанавливаются гидрогеологические условия основания при проектировании фундаментов и расчете их осадки.Рис.2 Геолого-литологический разрез по створу скважины 1-2 площадки №4. Мв1:200 Мг:1000.Дополнительные расчетные сведения о грунтах основанияОпределение дополнительных значений физико-механических характеристик грунтов основанияТаблица 1. Грунтовые условия строительной площадки (по данным геологической скважины) для варианта грунтовых условий №4.№ варианта№ слояГрунт*Глубина от поверхности, мРасчетные значения характеристик с доверительной вероятностью а – 0,85Слоев грунтаГрунто-вых водγ, кН/м3γs, кН/м3ωωрωfφ°с, кПаЕ, МПаυотдо12345678910111213141541100,73,6---------250,74,818,926,90,140,180,271535300,18364,810,617,727,40,240,20,451438270,12Грунты: 1 – почва каштановая, суглинистая;5 – суглинок легкий, плотный, полутвердый с галькой;6 – глина пылеватая, комковая, полутвердая;Для оценки сжимаемости и прочности грунтов в каждом слое грунта вычисляют присущие ему физические и механические характеристики:1-ый слой. Почва каштановая, суглинистая – не пригодна в качестве основания под фундаменты.2-ый слой. Суглинок легкий, плотный, полутвердый с галькой.Объемный вес сухого грунта:γd=γ1+ω=18,91+0,14=16,58кНм3.где где - удельный вес грунта, кН/м3ω – влажность грунта, д.е.Коэффициент пористости:е=γs-γdγd=26,9-16,5816,58=0,62.где γs – удельный вес частиц скелета грунта кН/м3.Разновидность глинистого грунта определяем по числу пластичности IP и по показателю текучести IL.Число пластичности определяем как разность влажностей на границе текучести и на границе раскатывания:Ip=ωL-ωp=0,27-0,18=0,09(9%).Число пластичности лежит в пределах , следовательно, данный глинистый грунт имеет разновидность суглинок.Показатель текучести:IL=ω-ωpIp=0,14-0,180,09=-0,44.следовательно, по ГОСТ 25100-2020 суглинок твердый и является водоупором, т.к. IL<0,25.Грунт находится ниже уровня грунтовых вод и является водоупором, поэтому не определяем удельный вес грунта во взвешенном состоянии:Коэффициент относительной сжимаемости Т.к. , следовательно грунт малосжимаемый.Расчетное сопротивление грунта основания Ro=290кПа при е=0,62 и IL=0 [табл.Б.3, 4]3-ый слой. Глина пылеватая, комковая, полутвердая.Объемный вес сухого грунта:γd=γ1+ω=17,71+0,24=14,27кНм3.где где - удельный вес грунта, кН/м3ω – влажность грунта, д.е.Коэффициент пористости:е=γs-γdγd=27,4-14,2714,27=0,92.где γs – удельный вес частиц скелета грунта кН/м3.Разновидность глинистого грунта определяем по числу пластичности IP и по показателю текучести IL.Число пластичности определяем как разность влажностей на границе текучести и на границе раскатывания:Ip=ωL-ωp=0,45-0,20=0,25(25%).Число пластичности лежит в пределах , следовательно, данный глинистый грунт имеет разновидность глина.Показатель текучести:IL=ω-ωpIp=0,24-0,200,25=0,16.следовательно по ГОСТ 25100-2020 глина полутвердая и является водоупором, т.к. IL<0,25.Грунт находится ниже уровня грунтовых вод и является водоупором, поэтому не определяем удельный вес грунта во взвешенном состоянии:Коэффициент относительной сжимаемости Т.к. , следовательно грунт малосжимаемый.Расчетное сопротивление грунта основания Ro=261кПа при е=0,92 и IL=0,16 [табл.Б.3, 4]Общая оценка строительной площадкиПо инженерно-геологическому разрезу площадка имеет спокойный рельеф с абсолютными отметками 92,65-92,90м (imax=3,6%),. Грунты имеют слоистое напластывание с согласным залеганием пластов, подземные коммуникации и выработки отсутствуют, подземные воды на глубине 3,6 м от поверхности.Грунты, малосжимаемы (mv<0,1 МПа-1), незначительно различаются по сжимаемости и прочности, достаточно прочные (R0>200 кПа) и могут служить естественным основанием здания.Глубина заложения по конструктивным требованиямГлубина заложения по конструктивным требованиямГлубина подвала dв=1,4 м.По конструктивным требованиям глубина заложения ленточных и столбчатых фундаментов определяется по формуле:d>dв+h+0,1=1,4+0,5+0,1=2,0 м.где db =1,4м - глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В>20м и глубиной свыше 2м принимается db = 2м h = 0,5м– высота фундаментной плиты (h=0,3...0,5м)0,1м – толщина пола, м.Глубина заложения по условиям промерзанияПо условиям промерзания глубина заложения фундамента назначается с учетом района строительства, теплового режима здания и гидрогеологических условий строительной площадки.Нормативная глубина сезонного промерзания для суглинков в районе г. Кострома составит:Нормативную глубину сезонного промерзания грунта определяем:где d0 =0,23м –для суглинков и глин.Mt - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе по СП 131.13330.2020 «Строительная климатология» (для г. Кострома) Mt = (10,5+9,3+3,3+2,6+7,6) =33,3Расчетная глубина промерзания составит:df=dfn*кh=1,33*0,5=0,67мгдеdfn - нормативная глубина промерзаниякh=0,5 – – для здания с подвалом при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении 15С (таблица 2.2 прил.2 [1])Глубина расположения грунтовых вод dw=3,6мdf+2,0м=0,67+2,0=2,67мdf=0,67м.Рис. 3. К определению глубины заложения фундамента.Выбор вариантов конструкций фундаментовДля сравнения задаемся вариантами ленточных фундаментов мелкого заложения со сборной или монолитной железобетонной плитой, столбчатых монолитных абсолютно жёстких и жёстких с гибкой плитой и вариантами свайных фундаментов с монолитным ростверком при однорядном и двухрядном размещении сваи (см. рис.4). Во всех вариантах фундаментов принимаем бетонные стеновые блоки подвала марки ФБС 24.4.6.Рис.4. Варианты конструкций ленточных, столбчатых свайных фундаментова)– сборные железобетонные плиты и бетонные стеновые блоки ленточного фундамента; б) – монолитная железобетонная плита и бетонные стеновые блоки ленточного фундамента;в) – абсолютно жёсткий монолитный железобетонный столбчатый фундамент; г) - жёсткий монолитный железобетонный столбчатый фундамент с гибкой плитой; д)– однорядный свайный фундамент с монолитным железобетонным ростверком и бетонными стеновыми блоками; е) - двухрядный свайный фундамент с монолитным железобетонным ростверком и бетонными стеновыми блоками.Расчет ленточных фундаментов мелкого заложенияОпределение размеров подошвы фундаментаОриентировочно требуемая ширина подошвы ленточного фундамента определяется по формуле:b1=fnR0-γm∙d=550290-20∙2,0=2,2 м.где fn – нормативная нагрузка на 1мп фундамента, кН/м;R0- расчетное сопротивление грунта, вычисленное в уровне подошвы фундамента при b=1м и глубине заложения d=2м, кПа, – среднее значение удельного веса грунта и материала кН/м3, допускается принимать γm=20кНм3d= 2,0м - глубина заложения ленточного фундамента.Вычисляем расчетное сопротивление грунта основания при b=2,1мR=γc1⋅γc2k⋅Mγ⋅kz⋅b⋅γII+Mq⋅d1⋅γII`+Mq-1⋅dв⋅γII`+Mc⋅CIIгде γc1=1,25 для суглинка твердого (табл. 5.4 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты»)γc2=1,064 – коэффициенты, условий работы, принимаемые (табл. 5.4 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты»); для суглинка твердого и сооружения с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения к его высоте ;к – коэффициент, принимаемый равным: , если прочностные характеристики грунта ( и ) определены непосредственными испытаниями, и , если они приняты по таблицам приложения. В курсовой принимаем Mγ=0,32, Mq=2,30, Mc=4,84 – коэффициенты, принимаемые по (табл. 5.5 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты»); для φII =15°;кz – коэффициент, принимаемый равным: при b<10м→кz =1;b=2,2м – ширина подошвы фундамента;γII – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3 (тс/м3) на глубине 0,5b;γII=hiγihi=18,9 кН/м3γII, – то же, залегающих выше подошвы:γII,=hiγihi=0,7*17,0+1,3*18,90,7+1,3=18,24 кН/м3принимаем удельный вес почвенного слоя 17кН/м3.cII=35 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);d1 – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:d1=hs+hcf∙γcfγu'=0,5+0,1∙2418,24=0,63 м;гдеhs=0,5 м– толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала до отметки низа пола подвала;hcf=0,1м. – толщина конструкции пола подвала;γcf=24кН/м3- расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала;γII,= 18,24кН/м3 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, учитывая грунты, находящиеся во взвешенном состоянии.db= 1,4 м – глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала (для сооружений с подвалом шириной b≤20м и глубиной свыше 2м, принимается db=2м).R=1,25⋅1,0641,0⋅0,32⋅1⋅2,2⋅18,9+2,30⋅0,63⋅18,24+2,30-1∙1,4∙18,24+4,84∙35=322,1кПаУточняем размеры подошвы фундаментаb2=fnR0-γm∙d=550322,1-20∙2,0=1,95 м.b1-b2=2,20-1,95=0,25>0,05мПри b2=1,95 м расчетное сопротивление будет равно:R=1,25⋅1,0641,0⋅0,32⋅1⋅1,95⋅18,9+2,30⋅0,63⋅18,24+2,30-1∙1,4∙18,24+4,84∙35=320,1кПаb3=fnR0-γm∙d=550320,1-20∙2,0=1,96 м.b3-b2=1,96-1,95=0,01<0,05м,Условие выполняется. Примем b=2,0мКонструирование ленточного фундаментаСборный фундаментПринимается сборный фундамент, состоящий из фундаментной плиты ФЛ 20.12 размером м и весом кН (табл. 1 ГОСТ 13580-85 «Плиты железобетонные ленточных фундаментов») и трех рядов стеновых бетонных блоков ФБС 24.4.6 размером м и весом (по табл. 1, 2 ГОСТ 13579-78 «Блоки бетонные для стен подвалов»).Расчетная схема сборного фундамента показана на рисунке 5.Расчетное сопротивление грунта R под подошвой фундамента шириной bf=2,0м м будет равноR=1,25⋅1,0641,0⋅0,32⋅1⋅2,0⋅18,9+2,30⋅0,63⋅18,24+2,30-1∙1,4∙18,24+4,84∙35=320,5кПаСуммарная нормативная нагрузка на 1м фундамента от собственного веса составляет кН/м.Рис.5. Расчетная схема сборного фундаментаСуммарная нормативная нагрузка на 1м фундамента от веса грунта, лежащего на фундаментной плите: кН/м,где: м3.Среднее давление под подошвой фундамента составляет: так как при м .Условие выполняется, фундамент запроектирован экономично.Сборно-монолитный фундаментРис.6. Расчетная схема сборно-монолитного фундаментаПринимается сборный фундамент, состоящий из монолитной железобетонной фундаментной плиты м кН и трех рядов стеновых бетонных блоков ФБС 24.4.6 размером м и весом (по табл. 1, 2 ГОСТ 13579-78 «Блоки бетонные для стен подвалов»).Расчетная схема сборного фундамента показана на рисунке 6.При высоте монолитной фундаментной подушке глубина заложения фундамента составит , что также больше расчетной глубины промерзания .Расчетное сопротивление грунта R под подошвой фундамента шириной м будет равно:γII,=hiγihi=0,7*17,0+1,2*18,90,7+1,2=18,20 кН/м3d1=hs+hcf∙γcfγu'=0,4+0,1∙2418,20=0,53 м;R=1,25⋅1,0641,0⋅0,32⋅1⋅2,0⋅18,9+2,30⋅0,53⋅18,20+2,30-1∙1,4∙18,20+4,84∙35=315,0Нормативная нагрузка от собственного веса на 1 м фундаментной плиты: кН/м,где: м2;- площадь поперечного сечения фундаментной плиты;- расчетная длина подошвы ленточного фундамента, принята равной 1;-нормативный удельный вес железобетона, кН/м3.Суммарная нормативная нагрузка на 1м фундамента от собственного веса составляет кН/м.Суммарная нормативная нагрузка на 1м фундамента от веса грунта, лежащего на фундаментной плите:кН/м,где: м3.Среднее давление под подошвой фундамента составляет: так как при м .Расчет осадки фундамента мелкого заложения методом послойного суммированияИсходные данные:грунты оснований: 1 слой – почва, м;2 слой – суглинок твердый, м, кН/м3 МПа;3 слой – глина полутвердая, м, кН/м3 МПа;ширина подошвы фундамента м;глубина заложения подошвы фундамента м;среднее давление под подошвой кПа;грунтовые воды на глубине 3,6 м.1. Вертикальное напряжение от веса грунта на уровнена границе слоя 1 и слоя 2 В уровне подошвы фундамента:в уровне подземных вод ;в уровне подошвы 2 слоя кПа;подошвы 3 слоя кПа.2. Принимаем толщину элементарного слоя 3.Дополнительное давление под подошвой фундамента^Таблица 2. Вычисление ординат вспомогательной эпюры 0,2 σzg,iгде толщина i-ого слоя грунта; удельный вес i -ого слоя грунта (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды).Т.к. суглинок является водоупором, взвешивающее действие воды не учитываем.Определяем дополнительные вертикальные нормальные - напряжения на глубине, от подошвы фундамента: ,где коэффициент рассеивания напряжений для соответствующего слоя грунта, зависит от формы подошвы фундамента и соотношений и - находим путем линейной интерполяции (табл.5.8 СП 22.13330.20116 «Основания и фундаменты»). По полученным данным строим эпюру дополнительных вертикальных напряженийОсадку фундамента определяют по формуле где безразмерный коэффициент, , среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения от подошвы фундамента в i-ом слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней и нижней границах слоя по вертикали, проходящей через центр фундамента; толщина i-ого слоя грунта; модуль деформации i-ого слоя грунта;количество слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания. Расчет осадки приведен в форме таблицыТаблица 3 – Расчет осадки сборно-монолитного фундамента (в формате exel)Рис.7. К расчету осадки фундамента мелкого заложения.Нижняя граница сжимаемой толщи находится на глубине НГСТ= 9,18м.Проверяем условие , где – предельно допустимая осадка для данного сооружения.Принимаем . .Размеры подошвы фундамента достаточны для передачи на грунт давления от сооружения.Расчет столбчатых фундаментов мелкого заложения Определяем основные размеры и конструируем столбчатый центрально нагруженный фундамент под колонну Определение размера подошвы столбчатого фундаментаГрунт несущего слоя суглинок легкий, плотный, твердый с галькой с удельным весом = 18,9 кН/м3 и коэффициентом пористости е = 0,62, IL=-0,44.Условное расчетное сопротивление основания, сложенного суглинком, Rо = 0,29 МПа.Глубина заложения подошвы фундамента от планировочной поверхности площадки с учетом глубины подвала и конструктивных соображенийd = dв+ hрр + hf=1,4 + 0,15 + 1,9 = 3,45 мКонструкция фундамента показана на рис. 8: Высота фундамента hf, определяется глубиной стакана (hs) равной (1…1,5)hк, толщиной днища стакана, определяемой из условия продавливания и принимаемой не менее 200мм и фундаментной плиты, состоящей из одной, двух или трех ступеней высотой не более 0,5 метра.При hк= 400мм принимаем hs = 0,6м, толщина подстаканника 0,3м, фундаментную плиту из двух ступеней по 0,5м каждая. hf = 0,6 +0,3 +1,0 = 1,9мСледовательно, глубина заложения подошвы фундаментаd = dв+ hрр + hf=1,4 + 0,15 + 1,9 = 3,45 мПредварительная площадь подошвы фундамента:А=N / (R - md) = 3,2/ (0,29 – 0,02 3,45) =14,5м2 Размеры фундамента квадратного в плане b=l=А=14,5=3,8мРасчетное сопротивление грунта основания при b = 3,8м и глубине заложения 3,45м составит: – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3 (тс/м3);γII=hiγihi=18,9 кН/м3 – то же, залегающих выше подошвыγII,=hiγihi=0.7∙17,0+2,75∙18,90,7+2,75=18,51 кН/м3принимаем удельный вес почвенного слоя 17кН/м3.cII=35кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);d1 – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формулеd1=hs+hcf∙γcfγu'=1,9+0,15∙2418,51=2,1м; гдеhcf=0,15м. – толщина конструкции пола подвала;γcf=24кН/м3- расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала;γII, = 18,51 кН/м3 3 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, учитывая грунты, находящиеся во взвешенном состоянии.R=1,25⋅1,0641,0⋅0,32⋅1⋅3,8⋅18,9+2,30⋅2,1⋅18,51+2,30-1∙1,4∙18,51+4,84∙35=419,6кПаПлощадь подошвы фундамента уточненная:А=N / (R - md) = 3,2/ (0,4196 – 0,02 3,45) =9,1м2 b=l=А=9,1=3,0мРасчетное сопротивление грунта основания при b = 3,8м и глубине заложения 3,45м составит: R=1,25⋅1,0641,0⋅0,32⋅1⋅3,0⋅18,9+2,30⋅2,1⋅18,51+2,30-1∙1,4∙18,51+4,84∙35=413,2кПаПлощадь подошвы фундамента уточненная:А=N / (R - md) = 3,2/ (0,4132 – 0,02 3,45) =9,3м2 b=l=А=9,3=3,005мA =3,05-3,0=0,05, что менее 10%. Принимаем b=3,0м.Расчетное сопротивление грунта основания при b=3,0мРис.8 К определению ширины подошвы фундаментаПлощадь подошвы фундаментаA = b ℓ = 3,0 3,0 = 9,0 м2Площадь второй ступениA = b ℓ = 2,2 2,2 = 4,84 м2Вес фундаментной плитыGf = A∙hn =( 9,0 +4,84)∙ 0,5 ∙ 0,025= 0,173МН.Вес стакана под колоннуGs = 1,0 1,0 0,9 0,025 =0,0225МНОбъем фундамента 9,0∙0,5+4,84∙0,5+0,9=9,82м3Вес грунта на обрезах фундаментаGq1 = (A - As) hq q = (9,0 – 1,0) 0,9 0,0185 = 0,1332 МН.Gq2 = (A – A1) hq q = (9,0 – 4,84) 0,5 0,0185 = 0,03848 МН.Gq = 0,1332 + 0,03848=0,172 МН.Среднее давление под подошвой фундаментаР=396,3кПа < R = 413,2 кПа – условие удовлетворяется. Следовательно, фундамент запроектирован рационально.Окончательно принимаем для фундамента под колонну монолитную плиту размером 3,0 х 3,0 м с высотой ступени hп = 0,5 м.Расчетная нагрузка на уровне пола подвала составляет N = 3,2*1,15=3,68 МН.От веса фундамента Gf = 1,1∙(0,173+0,0225) = 0,215 МН,От грунта на уступах фундамента Gq = 1,15 ∙ 0,172 = 0,198 МН.Давление под подошвой фундамента от действия расчетных нагрузок.Конструирование столбчатого фундаментаКонструирование жесткого столбчатого фундамента производится на основании результатов расчёта с соблюдением нормативных требований.Схема монолитного железобетонного столбчатого жесткого фундамента стаканного типа приведена на рис. 9Рис. 9 Схема монолитного железобетонного столбчатого фундамента стаканного типаРасчет осадки столбчатого фундамента методом эквивалентного слояЭквивалентным называется слой грунта мощностью hэ, осадка которого при сплошной нагрузке на поверхности pо будет равна осадке грунтового полупространства под воздействием местной нагрузки интенсивностью роОпределим методом эквивалентного слоя осадку столбчатого фундаментаРо = Р - ∙d = 454,7- (17,0∙0,7+18,9∙2,75) = 454,7- 63,88 = 390,82кПа,b =3,0 м,Слой 2 суглинок твердый с коэффициентом Пуассона ν=0,18.При глубине заложения фундамента 3,45м получим: h = 4,1 – 2,75 = 1,35 мПо табл. 4 методических указаний определяем Аωm=1,01.Толщина эквивалентного слоя hэ= Аωmb=1,01·3,0=3,03 м.где: А – площадь подошвы фундамента; ω – коэффициент, зависящий от формы, площади и жёсткости фундамента, значения табулированы в табл. 3 методических указаний.Мощность сжимаемой толщи Н=2 hэ=2·3,03=6,06 м.При глубине заложения подошвы фундамента d = 3,45 м в сжимаемую толщу входит II и III слои грунтов с модулями деформаций ЕII =30 МПа, EIII=27 МПа, Относительные коэффициенты сжимаемости для: - второго слоя суглинка твердогоνII = 0,18; ;mυII =βII / EII =0,921/30 = 0,031 МП∑а-1 ;- третьего слоя ( глины полутвердой) - средний относительный коэффициент сжимаемостиКонечная осадка фундамента= 390,82·3,03·3,4·10-5=0,0403 м = 4,03смПроверка условияS= 4,03см < S u =10 см – условие удовлетворяется.Рис.10. Расчётная схема осадки фундамента методом эквивалентного слояРасчет конечных осадок отдельных фундаментов с учетом их взаимного влиянияФундаменты сборные железобетонные под колонны квадратной формы размером 3,0х3,0 м; глубина заложения подошвы d = 3,45 мДополнительное давление по подошвам фундаментов Р0= 390,82кПа Грунтовые условия площадки рассчитаны в задании №1.Грунт основания – мощный слой суглинка твердого (v = 0,18), относительный коэффициент сжимаемости mv = 3,1*10-5 кПа.Мощность эквивалентного слоя по формуле hэ=Aωmb=1,01∙3,0=3,03 м,где: Aωmb=1,01 при v = 0,18, n = l/b = 1 по таблице 4 методических указаний.Собственная осадка фундамента рассчитана в задании 6 и равна= 390,82·3,03·3,4·10-5=0,0403 м = 4,03смДополнительная осадка фундамента Sд от загружения соседнего определяется по методу угловых точек. Центральная точка F рассматриваемого фундамента 2 является угловой для прямоугольников загрузки ACFD-I и ACFD-II, прямоугольник BCFE загружен фиктивно.Рис. 11. Расчетная схема к определению осадки фундаментов с учетом их взаимного влиянияДополнительная осадка в точке F фундамента 2 от загружения фундамента 1.Sд=2SFI-SFII=2hэсI-hэсIImvp0=21,664-1,412∙3,4∙10-5∙390,82=0,66 см.где: SFI и SFII – соответственно осадки угловой точки F прямоугольников I и II.Для прямоугольников I: n = l/b = 7,5/1,5 = 5,0; коэффициент эквивалентного слоя для угловой точки при v = 0,18 по табл. 4 [1] по формулеAωс=0,5Аω0=0,5∙2,218=1,109.Таблица 4. Расчет интерполяции в формате exel.Мощность эквивалентного слоя hэсI=Aωсb=1,109∙1,5=1,664 м.Для прямоугольников II: n = l/b = 4,5/1,5 = 3,0;Aωс=0,5Аω0=0,5∙1,882=0,941;hэсII=Aωсb=0,941∙1,5=1,412 м.Полная осадка фундаментов под колонны с учетом их взаимного влияния:S = SS + Sд = 4,03 + 0,66= 4,69 смПроектирование котлована зданияТребуется разработать рабочие чертежи котлована здания.Исходные данные:1. Размеры здания в плане LхB = 36х18 м.2. Глубина заложения подошвы фундамента d = 2,0 м для сборного ленточного фундамента3. Грунт основания твердый суглинок.4. Ширина сборного ленточного фундамента b = 2,0.Ширина прохода между основанием откоса и фундаментом a принимается 0,8 м.Размеры дна котлована в плане:- длинаLд = L + 2(a+b/2) = 36 + 2(0,8 + 1,0) = 39,6 м;- ширинаBд = B + 2(a+b/2) = 18 + 2(0,8 + 1,0) = 21,6 м;Глубина котлована в точках 1, 2, 3, 4:h1 = 92,68 – 90,75= 1,93 м;h2 = 92,70 – 90,75 = 1,95 м;h3 = 92,83 – 90,75 = 2,08 м;h4 = 92,80 – 90,75 = 2,05 м.Размеры котлована поверху:- длина по оси АLvА = Ld + Z1 + Z4 = 39,6 + 0,965 + 1,025 = 41,59 м.где: заложения Z определяются по крутизне естественного откоса h/Z = 1/0,5 по табл. 5 учебно-методического пособия «Расчет и проектирование фундаментов»:Z1 = 0,5h1 = 0,5 · 1,93 = 0,965 м;Z2 = 0,5h2 = 0,5 · 1,95= 0,975 м;Z3 = 0,5h3 = 0,5 · 2,08= 1,04;Z4 = 0,5h4 = 0,5 · 2,05 = 1,025 м;- длина по оси ГLvГ = Ld + Z2 + Z3 = 39,6 + 0,975 + 1,04 = 41,615 м.- ширина по оси 1Вv1 = Вd + Z1 + Z2 =21,6 + 0,965 + 0,975 = 23,54 м.- ширина по оси 7Вv7 = Вd + Z3 + Z4 = 21,6 + 1,04 + 1,025 = 23,665 м. Рис. 11. Чертежи плана и разреза котлована.Определение несущей способности одиночных свай Расчёт несущей способности одиночной сваи-стойки на действие вертикальной нагрузкиТаблица 5. Исходные данные для расчета свайных фундаментов№ вариантаПоперечное сечение сваиКоличество стержней, диаметр и класс арматурыМатериалРазмеры сечения48 Ø 16 A-IB2530 х 30Расчётная несущая способность сваи определяется как наименьшее из значений: а) сопротивление сваи по материалу; б) сопротивление сваи по грунту под нижним её концом.Сопротивление сваи по материалу определяется по формуле для расчета соответствующих строительных конструкций как для элемента, работающего на сжатие, без учета продольного изгиба. Так, для железобетонной сваи расчетная нагрузка по материалу определяется по формуле Rb = 14,5МПа - расчетное сопротивление бетона cваи при осевом сжатии; А =0,3х0,3=0,09м2 –площадь поперечного сечения сваи; Rsc = 225МПа– расчетное сопротивление арматуры сжатию;Аs = 16,08х10-4 – площадь поперечного сечения арматуры (8 Ø 16 A-I).Расчётная несущая способность грунта основания под нижним концом сваи-стойки.Fd= γc·γcr∙R∙A=1·1,0·5,446·103·0,09= 490,1 кН,где Fd – расчётная несущая способность грунта основания под нижним концом сваи-стойки длиной 6м;R = 5446кПа – расчетное сопротивление под нижним концом забивной сваи при глубине погружения 7,55м;γс –коэффициент условий работы (γс=0,9 при размере поперечного сечения свай d<20см и γс =1при d >20см) ;γcr = 1,0 – коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи при забивке молотами;Вывод: За несущую способность сваи принимается несущая способность грунта под нижним концом сваи как меньшее по значению.Рис.12. Расчётная схема сваи-стойки в грунтах основания.Расчёт несущей способности одиночной висячей сваи на действие вертикальной нагрузки.Глубина заложения подошвы ростверка от планировочной поверхности площадки с учетом глубины подвала и конструктивных соображенийd = db + hпп + hf = 1,4 + 0,15 + 1,3 = 2,85м.где db = 1,4 м - глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В>20м и глубиной свыше 2м принимается db = 2м h = 1,3м– высота ростверка0,15м – толщина пола, м.Нижние концы свай погружают в грунт с достаточно хорошей несущей способностью на глубину 1,5….3 м. Слой 2 суглинок твердый, слой 3 глина полутвердая. Т.к. расчетные сопротивления под нижними концами свай для полутвердых глин меньше, чем для твердого суглинка, а слоя суглинок твердый не хватает для размещения сваи, то проектируем сваи в слое 3 глина полутвердая.Учитывая указанное, выбираем сваю С50.30 длиной 5 м и сечением bхh=30х30 см. Так как свая заделывается в ростверк на 300 мм, следовательно, рабочая длина сваи составляет 4,7 м (длина острия 0,25 м в длину сваи не входит). Нижний конец сваи при такой ее длине будет погружен в суглинок на глубину в среднем на 2,75м.Для висячей забивной сваи несущая способность определяется как сумма расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле,где: =1 - коэффициент условий работы сваи в грунте; =5446кПа - расчетное сопротивление грунта под концом сваи на глубине 7,55, кПа; = 0,3∙0,3=0,09м2 - площадь опирания сваи в грунте, , принимаемая по площади поперечного сечения сваи (брутто); = (0,3+0,3)∙2=1,2м - наружный периметр поперечного сечения сваи, м; - расчетное сопротивление i – го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по приложению 2 табл.13 методических указаний; - коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающее влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунтов и принимаемые по приложению 2 табл.15.В соответствии с расчетной схемой несущая способность сваи по грунту определится: Рис. 13. К определению несущей способности сваи по грунту.,где: – расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, кПа; = 1,4 – коэффициент надежности при расчётном способе определения несущей способности сваи Fd. Расчёт несущей способности одиночной висячей сваи на действие горизонтальной нагрузки.Вид сваи и способ погружения – одиночная свая сплошная без круглых пустот сечением b × h = 300 ×300 мм; забивка молотом.Длина сваи принимается l = 5 м.Материал свай – арматура 8d16 A-I. Бетон класса В25.Нагрузки:- вертикальная нормативная – по заданию: N = 3200 кН;- горизонтальная, действующая на уровне поверхности земли Н = 0 кН;- изгибающий момент М = 0 кНм.Расчетная схема показана на рисунке 14.Рис. 14 – Схема нагрузок на сваюПри расчете свай всех видов по прочности материала сваю допускается рассматривать как стержень, жестко защемленный в грунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии l, определяемом по формуле:l1 =l0+2αε=2,85+210,11=3,0 м,где l0 – длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта, м;αε – коэффициент деформации, 1/м, определяемый по формуле:αɛ =5Kbр/(γсEI)=518000∙0,95/(1∙30∙103∙5,4∙10-6)=10,11 (1/м),где К = 18000 кН/м4 – коэффициент пропорциональности для глин и суглинков твердых и полутвердых [5, приложение В, таблица В.1];bp = 1,5·0,3+0,5 = 0,95 м – условная ширина сваи, м, принимаемая равной: для свай диаметром стволов 0, 8 м и более bp = d + 1, а для остальных размеров сечений свай bp = 1, 5d + 0,5 м;d = 0,3 м – наружный диаметр круглого или сторона квадратного, или сторона прямоугольного сечения свай в плоскости, перпендикулярной к действию нагрузки, м;γc = 1 – коэффициент условий работы;E = 30 МПа = 30·103 кПа – модуль упругости материала сваи [2, таблица 5.4];I = bh4/12 = (0,3·0,3)4/12 = 5,4·10-6 м4 – момент инерции поперечного сечения сваи.Расчет деформации свай производится по условиям:Up ≤ Uu ;ψр ≤ ψu.где up, ψp – расчетные значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад;uu, ψu – предельные допустимые значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад.Значения uu и ψu должны задаваться в проекте из условия нормальной эксплуатации проектируемых строительных конструкций здания или сооружения.Расчетные значения: Up=НоƐнн+МоƐнм;Ψр = НоƐмн+МоƐмм.Расчетные значения поперечной силы в рассматриваемом сечении Но = Н = 0 кН и изгибающего момента Мо = М = 0 кНм – усилия в проекте не заданы, фундаменты центрально нагруженные. Найдем перемещения и угол поворота от единичной силы.Горизонтальное перемещение сечения от действия единичной силы Н=1:Ɛнн = 1αε3ЕвI Ао = 110,113⋅30000⋅106⋅5.4∙10-6 ‧ 2,727 = 0,00163‧10-3 м/кН.Горизонтальное перемещение сечения от единичного момента М=1, равное углу поворота сечения от силы Н=1:Ɛнм=Ɛмн= 1αε2ЕвI Во = 110,112⋅30000⋅106⋅5.4∙10-6 ‧ 1,758 = 0,0106 ‧10-3 (1/кН).Угол поворота сечения (1/кН‧м) от единичного момента М=1:Ɛмм= 1αεЕвI Со = 110,11⋅30000⋅106⋅5.4∙10-6 ‧ 1,818 = 0,111‧10-2 (1/кН‧м).Значения коэффициентов А0, В0, С0 приведены в таблице 1 методических указаний по расчету сваи на действие горизонтальной нагрузки.Uu и Ψu – предельные значения, устанавливаются заданием на проектирование.Возможность использования линейных зависимостей при расчете свай должна проверяться по условию ограничения расчетного давления σz, оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай:σz ≤ η1 η24cos α (γZ tgφ+ξc),где σz – расчетное давление на грунт, кПа (тс/м2), боковой поверхности сваи на глубине z, м, отсчитываемой при высоком ростверке от поверхности грунта, а при низком ростверке от его подошвы [при αεl≤2, 5 – на двух глубинах, соответствующих z = l/3 и z = l; при αεl>2, 5 – на глубине z=0, 85/αε.Несущую способность сваи по грунту на горизонтальное давление не проверяем, т.к. все составляющие формулы зависят от заданных моментов на фундамент, в нашем случае фундамент центрально нагруженный, расчет не требуется, ограничиваемся расчетом на действие единичного момента и единичной силы.Проектирование свайного кустового фундаментаВыбор конструкции свайного кустового фундаментаТип, вид и размеры свай выбираются в зависимости от геологических условий площадки, наличия технологического оборудования и уровня расположения подошвы ростверка. В обычных грунтах нижние концы свай должны заглубляться в более прочные грунты на глубину, не менее одного метра, в твердых глинистых, гравелистых и средней крупности песках на глубину, не менее 0,5 м. Принимаем сваю длиной 5м.Расчетная нагрузка на кустовой фундамент NoI= 3200∙1,2=3840 кНГлубина заложения подошвы ростверка от планировочной поверхности площадки с учетом глубины подвала и конструктивных соображенийd = dв + hпп + hf = 1,4 + 0,15 + 1,3 = 2,85м.Конструкция фундамента и расчетная схема сваи показана на рис. 13: высота фундамента hf, м, глубина стакана hst назначается 0,5 м, т.к. ширина колонны hк = 0,4 м, а глубина заделки колонны в стакан должна находится в пределах (1…1,5) hк по конструктивным требованиям.толщина пола подвала hпп.Определение числа свай и размещение их в планеОпределяем число свай в кустеn = ɤkNoI / Fd = 1,4 ‧3840/804,8 = 6,7 шт.Принимается n = 7 с округлением значения в большую сторону с учетом предварительных вычислений.Распределение свай в плане производится в шахматном порядке с расстоянием между осями свай а=3d = 3‧0,30=0,9 м.После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяется нагрузка N на каждую сваюN = ≤ Fd/ɤkгде: Gf и Gg – расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта на образе ростверка, кНВес фундаментаGf = A∙hn = 2,4∙2,1 ∙ 0,4 ∙ 25+ 1,0 1,0 0,9 25 = 72,90кН.Объем ростверка 2,016+0,9=2,916м3Вес грунта на обрезах фундаментаGq = (Vq - Vs) q = (2,4∙2,1∙1,3 – 2,916) 18,9 = 68,72кН.Среднее давление под подошвой фундамента,Условие выполняется.Рис.15. Свайный куст под колонну.Расчет осадки свайного кустового фундаментаОсадка определяется для условного (приведенного) фундамента с шириной подошвы bred и глубиной заложения hredКонтуры условного свайного фундамента определяют следующим образом: внизу – плоскостью АВ, проходящей через нижние концы свай, с боков – вертикальными плоскостями АС и ВД, проходящими при вертикальных сваях от их граней на расстоянии b = hred‧tgφII,mt/4,здесь: φII.i и hi – принимаются по данным геологического профиляВысота условного фундамента до низа ростверка м.Ширина условного фундаментаНагрузка от свай:Нагрузка от ростверка и свай:Nf = Gf+Gs = 72,9+74,03 = 146,93кН.Нагрузка от грунта в объеме САВД на фундаментаДавление на подошву условного фундаментаРасчетное сопротивление грунта основания R определяется как и при расчете фундамента мелкого заложения, но с заменой фактической ширины и глубины заложения фундамента на условные. R=γc1⋅γc2k⋅Mγ⋅kz⋅b⋅γII+Mq⋅d1⋅γII`+Mq-1⋅dв⋅γII`+Mc⋅CIIгде для глины полутвердой (табл. 5.4 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты») – коэффициенты, условий работы, принимаемые (табл. 5.4 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты»); для глины полутвердой и сооружения с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения к его высоте ; – коэффициент, принимаемый равным: , если прочностные характеристики грунта ( и ) определены непосредственными испытаниями, и , если они приняты по таблицам приложения. В курсовой принимаем , , – коэффициенты, принимаемые по (табл. 5.5 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты»); для ; – коэффициент, принимаемый равным: при ; – ширина подошвы условного фундамента, м; – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3 (тс/м3) на глубине 0,5b; – то же, залегающих выше подошвы.принимаем удельный вес почвенного слоя 17кН/м3. – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);d1 – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:d1=hs+hcf∙γcfγu'=6,0+0,15∙2418,29=6,2 м;где=6,0 м– толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала до отметки низа пола подвала;м. – толщина конструкции пола подвала;- расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала;=18,29кН/м3 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, учитывая грунты, находящиеся во взвешенном состоянии.db= 1,4м – глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала (для сооружений с подвалом шириной b≤20м и глубиной свыше 2м, принимается db=2м).R=1,25⋅1,0641,0⋅0,29⋅1⋅2,5⋅17,7+2,17⋅6,2⋅18,29+2,17-1∙1,4∙18,29+4,69⋅38=609,8кПаПроверяем условие:ρ= N/Ay = 600,86кПа < R = 609,8кПаУсловие выполняется.Соотношение сторон условного фундамента Основание под концом сваи разбиваем на слои толщиной, принимаем 1,0 мПриродное давление составит:на границе слоя 1 и слоя 2 в уровне подземных вод ;в уровне подошвы 2 слоя кПа;в уровне подошвы условного фундамента Дополнительное давление на подошву условного фундаментав 3 слое на глубине 7,0м кПа.где толщина i-ого слоя грунта; удельный вес i -ого слоя грунта(при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды).Таблица 6. Вычисление ординат вспомогательной эпюры 0,2 σzg,iЗначение коэффициента определяем интерполяцией по (табл.5.6 22.13330.2018).Осадка фундамента, рассчитанная методом послойного суммирования (см. рис.16), составляет S=3,27 см. Расчет производим по формуле:Таблица 7. Расчет осадки свайного ленточного фундамента.Нижняя граница сжимаемой толщи находится на глубине НГСТ= 5,457м.Проверяем условие , где – предельно допустимая осадка для данного сооружения.Принимаем . .Размеры подошвы фундамента достаточны для передачи на грунт давления от сооружения.Рис.16. К расчету осадки свайного кустового фундаментаПроектирование свайного ленточного фундамента.Выбор конструкции свайного ленточного фундаментаПо конструктивным требованиям глубина заложения ленточных ростверков определяется по формуле:где db = 1,4 м - глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В>20м и глубиной свыше 2м принимается db = 2м h = 0,5м– высота ростверка0,1м – толщина пола, м.В обычных грунтах концы свай погружают в грунт с достаточно хорошей несущей способностью на глубину 1,5….3 м. Слой 2 суглинок твердый, слой 3 глина полутвердая. Т.к. расчетные сопротивления под нижними концами свай для полутвердых глин меньше, чем для твердого суглинка, а слоя суглинок твердый не хватает для размещения сваи, то проектируем сваи в слое 3 глина полутвердая.Учитывая указанное, выбираем сваю С60.30 длиной 6 м и сечением bхh=30х30 см. Так как свая заделывается в ростверк на 300 мм, следовательно, рабочая длина сваи составляет 5,7 м (длина острия 0,25 м в длину сваи не входит). Нижний конец сваи при такой ее длине будет погружен в суглинок на глубину в среднем на 2,9м.Для висячей забивной сваи несущая способность определяется как сумма расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле,где: =1 - коэффициент условий работы сваи в грунте; =5475кПа - расчетное сопротивление грунта под концом сваи на глубине 7,7м, кПа; = 0,3∙0,3=0,09м2 - площадь опирания сваи в грунте, , принимаемая по площади поперечного сечения сваи (брутто); = (0,3+0,3)∙2=1,2м - наружный периметр поперечного сечения сваи, м; - расчетное сопротивление i – го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по приложению 2 табл.13 методических указаний; - коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающее влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунтов и принимаемые по приложению 2 табл.15.В соответствии с расчетной схемой несущая способность сваи по грунту определится: Рис. 17. К определению несущей способности сваи по грунту.Допускаемая нагрузка на сваю составит:,где: – расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, кПа; = 1,4 – коэффициент надежности при расчётном способе определения несущей способности сваи Fd. Конструирование свайного ленточного фундаментаПри конструировании ленточного свайного фундамента рассматриваем варианты размещения свай в один и в два ряда с монолитными ростверками. Размеры ростверков назначают конструктивно с последующей проверкой их расчета по прочностиf = fn ‧ ɤf = 550 ‧ 1,2 = 660 (кН/м),где: ɤf = 1,2 - коэффициент надежности по нагрузке.Минимальное расстояние между сваямиɑmin = 3d = 3‧0,30 = 0,9 (м),где: d = 0,30 м – больший размер поперечного сечения сваи.Максимальное расстояние между сваями в ряду по несущей способности при их размещении:в один ряд ɑmах,1= F/f = 628,7/660 = 0,95 (м)в два ряда ɑmах,2=2‧ F/f = 2‧ 628,7/660 = 1,91 (м).Определение числа свай и размещение их в планеПринимаем ɑ1 = 0,9 м, ɑ2 = 1,8 м; высота ростверка h = 0,5 м, вес надростверковой конструкции из п.5.2.1. данной работы составляет 16,25кН глубина заложения подошвы ростверка d = 2,0 м; Проверка фактической нагрузки на сваю при размещение сваи в один ряд:где: ;условие соблюдается.Проверка фактической нагрузки на сваю при размещение сваи в два рядагде: ;(кН/м).условие не соблюдается, уменьшаем расстояние между сваями а2=1,7м условие выполняется.Рис.18. Расположение свай в ростверке.Расчет осадки свайного ленточного фундаментаОсадка определяется для условного (приведенного) фундамента с шириной подошвы bred и глубиной заложения hredКонтуры условного свайного фундамента определяют следующим образом: внизу – плоскостью АВ, проходящей через нижние концы свай, с боков – вертикальными плоскостями АС и ВД, проходящими при вертикальных сваях от их граней на расстоянии b = hred‧tgφII,mt/4,здесь: φII.i и hi – принимаются по данным геологического профиляВысота условного фундамента до низа ростверка .Ширина условного фундаментаНагрузка от ростверка и стен подвала до обреза фундаментакН/м.Нагрузка от свай, приходящихся на 1м фундаментаНагрузка от грунта в объеме САВД на 1м фундаментаДавление на подошву условного фундаментаРасчетное сопротивление грунта основания R определяется как и при расчете фундамента мелкого заложения, но с заменой фактической ширины и глубины заложения фундамента на условные. где ; , , – коэффициенты, принимаемые по (табл. 5.5 СП 22.13330.2016 «Основания и фундаменты»); для ;; – ширина подошвы условного фундамента, м; – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3 (тс/м3) на глубине 0,5b; – то же, залегающих выше подошвы.принимаем удельный вес почвенного слоя 17кН/м3. – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);d1 – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:d1=hs+hcf∙γcfγu'=6,2+0,1∙2418,28=6,33 м;где=6,2 м– толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала до отметки низа пола подвала;м. – толщина конструкции пола подвала;- расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала;=18,28кН/м3 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, учитывая грунты, находящиеся во взвешенном состоянии.db= 1,4м R=1,25⋅1,0641,0⋅0,29⋅1⋅2,0⋅17,7+2,17⋅6,33⋅18,28+2,17-1∙1,4∙18,29+4,69⋅38=613,0кПаПроверяем условие:ρ= N/Ay =431,25кПа < R = 613,0 кПаУсловие выполняется.Соотношение сторон ленточного фундамента Основание под концом сваи разбиваем на слои толщиной, принимаем 0,8 мПриродное давление составит:Природное давление составит:на границе слоя 1 и слоя 2 в уровне подземных вод ;в уровне подошвы 2 слоя кПа;в уровне подошвы условного фундамента Дополнительное давление на подошву условного фундаментаподошвы 3 слоя кПа.где толщина i-ого слоя грунта; удельный вес i -ого слоя грунта(при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды).Таблица 8. Вычисление ординат вспомогательной эпюры 0,2 σzg,iЗначение коэффициента определяем интерполяцией по (табл.5.6 22.13330.2016).По полученным данным строим эпюру дополнительных вертикальных напряжений. Осадку фундамента определяют по формуле Осадка фундамента, рассчитанная методом послойного суммирования (см. рис.19), составляет S=2,72 см, нижняя граница сжимаемой толщи Нс= 7,13м.Таблица 9. Расчет осадки свайного ленточного фундамента.Рис.19. К расчету осадки свайного ленточного фундамента.Расчет фундамента штамповочного паровоздушного молотаРасчет основания фундамента по несущей способности.Масса падающих частей mo = 5 т; масса молота mh = 42 т; масса шабота (опорная часть для штамповки) mап = 110 т; масса подшаботной прокладки mv = 3,1 т; максимальная скорость падающих частей V = 8,95 м/с. Отметка подошвы шабота от уровня пола цеха 2,2 м; материал штампуемых деталей – сталь. Материал фундамента – железобетон. Подшаботная прокладка выполнена их трех слоев дубовых брусьев сечением 15х10 см.Определяем размеры фундамента центрального установленного штамповочного молота импульсного действия. Высота фундамента hf принимается из конструктивных соображений, с учетом высоты подшаботной части не менее 2,25 м для молота с массой падающих частей от 4 до 6 тhf = 2,2 + 3 · 0,15 + 2,25 = 4,9 м.Предварительные размеры подошвы фундамента принимаются 6,5х8,0 м.Площадь подошвы фундаментаА = l · b = 8 · 6,5 = 52 м2.Масса фундаментатf = (Аhf – Aпрhпр)ρb = (6,5 · 8 · 4,9 – 3,2 · 2,5 · 2,65) · 2,4 = 513,1 т.Проверка условияρ ≤ γС0γС1R, при γС0 = 0,5; γС1 = 1.Расчетное сопротивлениеОбщая масса системыm = mf + mh + mап+ mv = 513,1 + 42 + 110 + 3,1 = 668,2 т.Условие< γС0γС1R = 0,5·552,6 = 276,3 кПа – удовлетворяется.По несущей способности принятые размеры фундамента проходят.Определение деформации основанияСледует определить упругие и демпфрирующие характеристики грунта.Коэффициент упругого равномерного сжатиягде b0 – коэффициент; b0 = 1 – для песков; b0 = 1,2 – для супесей и суглинков; b0 = 1,5 – для глин; Е – модуль деформации грунта; А – площадь подошвы фундамента.Показатель относительного дешифрирования для вертикальных неустановившихся импульсных колебанийξz=6E/(Czρ=62,7∙1043,9∙104∙125,9=0,445.Коэффициент жесткости основания при вертикальных поступательных колебанияхKz=CzA=3,9∙104∙52=202,8∙104кН/м.Частота вынужденных колебанийλz=Kzm=202,8∙104668,2=55,1с-1.Расчетное значение вертикальных колебаний фундаментов при ε = 0,5 для штамповки стальных изделийaz=(1+ε)Vm0(1+1,67ξz)λzm=(1+0,5)8,95∙51+1,67∙0,44555,1∙668,2=0,00104м=1,04 мм.где ε – коэффициент восстановления скорости удара;Vm0 – произведение, определяющее импульс вертикальной силы от удара падающих частей машины. Предельно допустимое значение амплитуды колебаний для кузнечных молотов СП 26.13330.2010 (СНиП 2.02.05-87) «Фундаменты машин с динамическими нагрузками au=1,2 мм, следовательно, aZ=1,04 мм