144563 (Промышленное здание в городе Соликамск), страница 4

Условие S =2,8 см. < S_u = 8,0 см. выполняется (значение S_u = 8,0 см. принято по таблице прил. 4 СНиП 2.02.01–83*).

Расчет и проектирование свайного фундамента

Рассмотрим вариант свайного фундамента из забивных свай сечением 300x300 мм., погружаемых дизельным молотом.

Глубина заложения подошвы ростверка

Назначаем глубину заложения подошвы ростверка:

Расчетная глубина промерзания грунта от поверхности планировки DL равна d_f = 1,45 м.

По конструктивным требованиям, также как и для фундамента на естественном основании верх ростверка должен быть на отметке – 0,150, размеры подколонника (стакана) в плане l_cf x b_cf = 2100 x 1200 мм., глубина стакана d_p = 1250 мм. Если принять в первом приближении толщину дна стакана (в последующем она должна быть уточнена проверкой на продавливание колонной) равной h_p =500 мм., то минимальная высота ростверка должна быть:

h_r d_p + h_p = 1750 мм. = 1,75 м.

Для дальнейших расчетов принимаем большее из двух значений (1,58 м. и 1,75 м.), т.е. h_r = 1,8 м. (кратно 150 мм.), что соответствует глубине заложения – 1,95 м. (абс. отм. +83,45).

Необходимая длина свай

В качестве несущего слоя висячей сваи принимаем песок мелкий (слой №4), тогда необходимая длина сваи должна быть не менее:

l_св=h₁+h₂+h₃=0,05+5,15+1 = 6,20 м.

Принимаем типовую железобетонную сваю С-7–30 (ГОСТ 19804.1–79*) квадратного сечения 300 х 300 мм., длиной L = 7 м. Класс бетона сваи В20. Арматура из стали класса 4 10АIII, объем бетона 0,64 м³., масса сваи 1,60 т., толщина защитного слоя а_в = 20 мм.

Несущая способность одиночной сваи

Определяем несущую способность одиночной сваи из условия сопротивления грунта основания по формуле (8) СНиП 2.02.03–85*:

F_d = _C (_CR R A + u_cf f_i h_i).

В соответствии с расчетной схемой сваи устанавливаем из табл. 1 СНиП 2.02.03–85* для песков при z = 10,15 м. расчетное сопротивление R=4075 кПа. Для определения fi расчленяем каждый однородный пласт грунта (инженерно-геологический элемент) на слои Li 2 м. и устанавливаем среднюю глубину расположения z_i каждого слоя, считая от уровня природного рельефа (отн. отм. +1,250). Затем по табл. 2 СНиП 2.02.03. – 85*, используя в необходимых случаях интерполяцию, устанавливаем:

для суглинка при J_L = 0,45 и z₁ = 4,20 м. f₁ = 23,5 кПа.;

для суглинка при J_L = 0,45 и z₂ = 6,025 м. f₂ = 26,50 кПа.;

для суглинка при J_L = 1,2 и z₃ = 7,60 м. f₃ = 6,00 кПа.;

для песков и z₄ = 9,25 м. f₄ = 62,75 кПа.

Площадь опирания сваи на грунт А=0,3х0,3=0,09м²., периметр U=0,34=1,2 м. Для сваи сплошного сечения, погружаемой забивкой дизельным молотом, по табл. 3 СНиП 2.02.03–85* _CR = _Cf =1, _С = 1.

Тогда:

F_d=1[140750,09 + 1,21(23,52,0 + 26,501,65 + 6,0001,50 +62,751,80)]= =609,50 кН.

Требуемое число свай

Определяем требуемое число свай в фундаменте в первом приближении при N_{col I} = 1900,4 кН.:

n=1900,4 ×1,4×1,3×0,95/[609,50 – 20×1,8×(3×0,3)²×1,4]=5,79.

Принимаем n = 6.

Размещение свай в кусте

Размещаем сваи в кусте по типовой схеме. Окончательно размеры подошвы ростверка назначаем, придерживаясь унифицированных размеров в плане, кратных 0,3 м., и по высоте, кратных 0,15 м.

Вес ростверка и грунта на его уступах

Определим вес ростверка и грунта на его уступах.

Объем ростверка: Vr = 31,80,9 + 2,11,2 0,9 = 7,13 м³.;

Объем грунта: Vgr = 32,11,8 – Vr = 4,21 м³.

Вес ростверка и грунта:

Gr+Ggr=(Vrb + VgrKрзII)f =(7,1325 + 4,210,9518,7) 1,2 = 303,65 кН.

Определение окончательных нагрузок

Все действующие нагрузки приводим к центру тяжести подошвы ростверка:

Ntot I = Ncol I + Gr I + Ggr I = 1900,4 + 303,65 = 2204,1 кН.;

Qtot I = Qcol I = 70,0 кН.;

Mtot I = Mcol I + Qtot IHr = 702,1 + 70 1,8 = 828,1 кН.м.

Проверка нагрузок на крайние сваи

Определяем расчетные нагрузки, передаваемые на крайние сваи в плоскости подошвы ростверка по формуле (3) СНиП 2.02.03–85*:

N_{I max} = 2204,1 /6+828,1 ×1,25/4×1,25² = 532,97 кН.;

N_{I min} = 2204,1 /6–828,1 ×1,25/4×1,25² =201,73 кН.

Проверяем выполнение условий:

N_{I max} = 532,974 кН.<1,2× F_d /_k×_n = 1,2×609,50 /1,4×0,95=549,9 кН.;

N_{I mt} = 367,35 кН.< F_d /_k×_n = 609,50 /1,4×0,95 = 458,27 кН.;

N_{I min} = 201,73 кН. > 0

Коэффициент надежности по назначению здания _n = 0,95 принят в соответствии со СНиП 2.01.07–85* «Нагрузки и воздейсвия».

Предварительная проверка все сваи по прочности материала

Выполним предварительную проверку сваи по прочности материала по графикам и указаниям учебного пособия.

Определяем коэффициент деформации :

.

Начальный модуль упругости бетона класса В20, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении, по табл. 18 СНиП 2.03.01–84*, Е_b=2410³МПа. Момент инерции поперечного сечения сваи:

.

Условная ширина сечения сваи b_p = 1,5d_св + 0,5 = 1,50,3 + 0,5 = 0,95м. Коэффициент пропорциональности k по табл. 1 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* для песков (е = 0,65), принимаем k = 17МН./м⁴. Коэффициент условий работы _с = 1.

α_ε = (17×0,95/1×24×10³×0,675×10^-3)0,2 = 0,999 м^-1.;

Глубина расположения условной заделки сваи от подошвы ростверка:

l₁ = 2/α_ε = 2/0,999 = 2,00 м.

В заделке действуют усилия: продольная сила N_{I max} = 532,97 кН.; изгибающий момент М_I = Q_{tot I}×l₁/n = 70 ×2,00/6 = 23,33 кН.м.

Точка, соответствующая значениям указанных усилий, лежит на графике ниже кривой для принятой сваи (сечение 300х300, бетон класса В20, продольное армирование 410АIII), следовательно, предварительная проверка показывает, что прочность сваи по материалу обеспечена.

Расчет ростверка на продавливание колонной

Класс бетона ростверка принимаем В20, тогда R_bt = 0,90 МПа. (табл. 13 СНиП 2.03.01–84*). Рабочую высоту сечения принимаем h₀ = 50 см.

Расчетное условие имеет следующий вид:

;

Размеры b_col = 600 мм., h_col = 1400 мм., c₁ = 400 мм. и c₂ = 200 мм. показаны на рис., коэффициент надежности по назначению _n = 0,95.

Определяем коэффициент , учитывающий частичную передачу продольной силы на плитную часть ростверка через стенки стакана, для чего предварительно определяем площадь боковой поверхности заделанной в стакан части колонны А_f (по наружному обводу обоих ветвей).

A_f = 2 (b_col + h_col) h_g = 2 (0,6 + 1,4)1,25 = 5,00 м².;

α=1–0,4×R_bt×А_f/N_{col I}=1–0,4×0,9×10³×5,00 /2649,6 =0,32<0,85.

Принимаем = 0,85.

Значения реакций по верхней горизонтальной грани:

а) в первом ряду от края ростверка со стороны наиболее нагруженной его части:

F₁=N_colI/n+M_colI×y₁/Σy_i²=1900,4 /6+702,1 ×1,25/4×1,25²=457,15 кН.

Величина продавливающей силы определяется по формуле:

F_per =2×ΣF_i =2×(F₁+2×F₂)=2×(457,15 +2×0)=914,3 кН.

Предельная величина продавливающей силы, которую может воспринять ростверк с принятой толщиной дна стакана:

F= (2×h₀×R_bt/α)×[h₀×(b_col + c₂₎/c₁ +h₀×(h_col + c₁₎/c₂] =

=(2×0,5×0,9×10³/0,85)×[0,5×(0,6+0,2)/0,4+0,5×(1,4+0,4)/0,2]=

=5823,4 кН.> _n× F_per = 0,95× 914,3 =868,59 кН.,

т.е. прочность ростверка на продавливание колонной обеспечена.

Расчет свайного фундамента по деформациям

Выполним расчет свайного фундамента по деформациям на совместное действие вертикальной и горизонтальной нагрузок и момента по формуле 14 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*:

проверяем выполнение условия:

Горизонтальная нагрузка на голову сваи равна:

H₁=Q_totI ×_n /n =70/6=11,67 кН.

Коэффициент деформации α_ε = 0,999 м^-1. Условная ширина сечения сваи b_p = 0,95 м. Прочностной коэффициент пропорциональности, для суглинка мягкопластичного (J_L = 0,45), по табл. 1 прил. 1 СНиП 2.02.03–85* равен: a = 64,4 кН./м³.

Приведенное значение продольной силы для приведенной глубины погружения сваи в грунт = l α_ε = 6,950,999 = 6,95 > 4 определяем по табл. 2 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* (шарнирное сопряжение сваи с ростверком) при l = 4 и z_i = 0. Получаем = 0,409, тогда:

H_el=0,409×64,4×0,95/0,999² =25,07 кН.

Так как сила H_el = 25,07 кН. > _nH_I = 11,67 кН., то расчет ведем по первой (упругой) стадии работы системы свая-грунт.

При шарнирном опирании низкого ростверка на сваи М₀=0 и =0, следовательно, формулы (30) и (31) по п.12 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* примут вид:

Определяем перемещение в уровне подошвы ростверка от единичной горизонтальной силы Н_II =1:

ε_нн = А₀/α_ε³×Е_b×I= 2,441/0,999³×24×10⁶×0,675×10^-3 =0,000151 м./кН.,

ε_мн = В₀/α_ε³×Е_b×I= 1,621/0,999³×24×10⁶×0,675×10^-3 =0,000100 м./кН.,

где безразмерные коэффициенты А₀ и В₀ приняты по табл. 5 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* для приведенной глубины погружения сваи = 4 м.

U₀=U_p=Q_totII×ε_нн/n =70 ×0,000151/6=0,0018 м.,

Ψ₀=Ψ_p =Q_totII×ε_мн/n =70 ×0,000100/6=0,0012 рад.

Так как U_p = 0,18 см. < U_u = 1см., условие ограничения горизонтального перемещения головы сваи выполнено.

Расчет устойчивости основания

Выполним расчет устойчивости основания, окружающего сваю по условию (25) прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*, ограничивающему расчетное давление σ_z, передаваемое на грунт боковыми поверхностями сваи:

Здесь расчетный удельный вес грунта с учетом взвешивания в воде (для слоя 2)_I = _sb = 9,3 кН./м³.; φ_I = 18⁰; c_I = 14 кПа.; коэффициент = 0,6 (для забивных свай); коэффициент η₁ = 0,7. При установлении значения коэффициента η₂ по формуле (26) прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*, используем данные табл. 5, из которой следует, что момент от внешних постоянных нагрузок в сечении на уровне нижних концов свай составит для оси Л:

М_с = 117,8 + 10,6 8,75= 210,55 кН.м.

Момент от временных нагрузок в том же сечении составит:

М_t = 99,8 + 324,9 + 27,9 + (1,9 + 50,4 + 0,7) 8,75 = 916,35 кН.м.;

η₂ = (М_с +М_t)/(ñ×М_с +М_t)= (210,55 +916,35)/(2,5×210,55 +916,35)=0,80

Расчетное давление на грунт σ_z, кПа., определяем по формуле (36) и указаниям п.13 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*:

,

для глубины , так как > 2,5;

откуда Z=0,85/0,999=0,85, а = 0,85.

Для этой приведенной глубины по табл. 4 прил. 1 СНиП 2.02.03–85* имеем:

А₁ = 0,996; В₁ = 0,849; С₁ = 0,363; D₁ = 0,103.

σ_z = (17000/0,999)×0,85×(1,8×10^-3×0,996–1,2×10^-3×0,849/0,999+

+0+11,92×0,103/0,999³×24×10⁶×0,675×10^-3) = 12,28 кПа.

Как видно, _n×σ_z=0,95×12,28=11,67 кПа.<(σ_z)_u=

=(0,7×0,80×4/cos18⁰)×(9,3×0,85×tg18⁰+0,6×14)=