Проектирование фундаментов под 11 этажное здание

Сваи в составе фундамента должны размещаться на расстоянии, равном (3… 6) d между их осями. Очевидно, что наиболее экономичным был бы ростверк с однорядным расположением свай при расстоянии, а между их осями, равном 3d = 0,9 м. Но, так как полученное значение, а = 0,65 м < 0,9 м, приходится принимать двухрядное расположение свай, с тем, чтобы расстояние между соседними сваями одного и другого рядов составляло 3d = 0,9 м, а по длине ростверка 0,65 м. При этом расстояние СР между рядами свай определяется из треугольника аbс (см. чертеж):= = 0,62 м. Расстояние от внешней грани вертикально нагруженной сваи до края ростверка принимается равным 0,2d+5 см при однорядном размещении свай и 0,3d+5 см при двух и трех рядном (d — в см), но не менее 10 см. Исходя из этого, получаем ширину ростверка (см. чертеж): = 0,62+2*0,15+2*(0,3*0,3+0,05) = 1,20 м. Высота ростверка ленточного двухрядного фундамента должна определяться из условия продавливания его сваей. Но, так как в данном случае расстояние от внутренней грани сваи до внешней грани стены подвала составляет 140 мм > 50 мм, то есть почти половина площади поперечного сечения сваи попадает под стену, то продавливание ростверка оказывается невозможным и расчет на продавливание не производится. Поэтому, из конструктивных соображений и практики строительства, оставляем hp=0,5 м и не делаем пересчетов по п.п. 2, 3, 4 и 5 примера 10 [17]. Итак, полученные размеры ростверка составляют:

ширина bр=1,3 м, высота hp=0,5 м. Расчет одиночной сваи в составе фундамента по первой группе предельных состояний (по несущей способности грунта основания сваи) Расчет предусматривает проверку выполнения условия I предельного состояния:

где F — расчетная нагрузка передаваемая на сваи, то есть фактическая нагрузка;;Fd- расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи (несущая способность сваи по грунту); - расчетная нагрузка допускаемая на сваю (см. п. V.

1.5); - коэффициент надежности, равный 1,4.Определим фактическую нагрузку, передаваемую на сваю. Вес ростверка: = 1,2*1*0,5*24 = 14,4 кН. Вес надростверковой конструкции (одного пог. м стены подвала) из 3-х блоков ФБС24.

6.6 и одного доборного ФБС12.

6.3: = (0,6*0,6*1*3+0,3*0,6*1)*22 = 27,7 кН. Общий вес ростверка и надростверковой конструкции: = 14,4+27,7 = 42,1 кН. При вычислении принят удельный вес = 22 кН/м3.Вес грунта на внешнем обрезе ростверка: = * = 1,8*0,3*18,27 = 9,87 кН, где — средний удельный вес засыпки пазухи: = = 18,27 кН/м3.Пригрузка внутреннего обреза ростверка бетонным полом подвала: = 0,3*0,2*1*22 = 1,32 кН. Общий вес пригрузки ростверка грунтом и полом подвала: = 9,87+1,32 = 11,19 кН. Фактическая нагрузка на сваю: = = 315,17 кН. Расчетная допускаемая нагрузка на сваю = 406,76кН (см. п. V.

1.5).Проверяем выполнение условия первого предельного состояния, или, что-то же,: 315,17 кН <406,76 кН — условие выполняется. Следовательно, размещение свай в плане и ширина ростверка (согласно чертежу) принимается для дальнейших расчетов. Если бы условие первого предельного состояния не было выполнено, следовало добиться его выполнения путем уменьшения расстояния между сваями в ряду или удлинения свай. Принятые размеры свайного фундамента будут считаться окончательными при удовлетворении условия расчета по второму предельному состоянию — по деформациям. Расчет основания свайного фундамента по II группе предельных состояний — по деформациям. Для вычисления среднего давления под подошвой фундамента р необходимо определить площадь подошвы условного ленточного фундамента Аусл и нагрузки, передающиеся на эту площадь от собственного веса всех элементов, входящих в объем условного фундамента, а также и от сооружения (см. чертеж).Площадь условного ленточного фундамента:

где — среднее значение угла внутреннего трения грунтов, залегающих в пределах рабочей длины сваи = 3,9 м; = = 20,97о; = = 5,24о; = 0,0917; = 0,62+0,3+2*3,9*0,0917 = 1,64 м; = *1 пог. м = 1,64 м². Объемы условного фундамента, всех входящих в него конструктивных элементов и грунта:

условного фундамента: = 1,64*6,2 = 10,17 м³;ростверка: = 1,2*0,5 = 0,6 м³;части стены подвала, расположенной ниже верха условного фундамента (ниже отметки DL): = 0,6*1,8*1 = 1,08 м³;части пола подвала (справа от стены подвала): = 0,2*0,52*1 = 0,104 м³;части подвала, примыкающего к стене и ограниченного справа стороной условного фундамента: = 1,6*0,52*1 = 0,83 м³;грунта: = 10,17−0,6−1,08−0,104−0,83 = 7,56 м³. Объем свай не вычитается из объема. При подсчете веса грунта в условном фундаменте не учитывается увелечение его удельного веса за счет уплотнения при забивке свай. Принимается, что. Нагрузки от собственного веса всех составных частей условного фундамента и от сооружения:

ростверка и всей надростверковой конструкции, то есть всей стены подвала, включая ее часть, расположенную выше отметки DL: = 42,1 кН (определены ранее в п. V.

1.7);части пола подвала: = 0,104*22 = 2,288 кН;свай (1,53 сваи с рабочей длиной lсв=3,9 м, из которых 3,01 м — в водонасыщенном грунте): = (0,3²*(3,9−3,01)*24+0,3²*3,01*(24−10))*1,53 = 8,74 кН;грунта в объеме условного фундамента:; = = 14,78 кН/м3; = 7,56*14,78 = 111,74 кН. Среднее давление р под подошвой условного фундамента: = = 388,68 кПа. Вычисление расчетного сопротивления по формуле (7) СНиП [6] для песка средней плотности средней крупности (IV слой), залегающем под подошвой условного фундамента: = 1,4 (песок средней крупности); = 1,0 (здание с гибкой конструктивной схемой); = 1 (хар-ки грунтов получены в результате непосредственных испытаний); = 1 (); = 1,34 м; = 1,24; = 5,96; = 8,25 (= 31о); = 10,24 кН/м3; = 14,78 кН/м3; = 0; = = 4,7 м; = = 619,89 кПа. Условие выполняется: 388,68 кПа < 619,89 кПа. Расчет осадки методами, основанными на теории линейного деформирования грунта, правомерен, поэтому далее производится расчет осадки методом послойного суммирования. Отдельный свайный фундамент под колонну внутренней стены жилого дома с подвалом

Задание на проектирование

Жилой дом каркасного типа имеет наружные стены, опирающиеся через продольные ригели на ряды колонн сечением 40×40см с шагом 6 м. Под всем домом имеется подвал глубиной 1,6 м от планировочной отметки. Планировочная отметка DL находится на 0,6 м ниже отметки пола первого этажа (±0,00) 150,37. Пол подвала толщиной 20 см — на отметке (-2,2) 148,77. Уровень грунтовых вод WL находится на отметке (-3,79) 147,18.Расчетная вертикальная нагрузка, собранная до отметки верхнего обреза фундамента (-0,3) 150,67, составляет = 1671,6кН, = 1393 кН. Инженерно-геологические условия приведены в соответствующем разделе курсового проекта. Необходимо запроектировать свайный фундамент под колонну внутренней стены этого дома. Назначение предварительной глубины заложения ростверка и решение надростверковой конструкции. По конструктивным особенностям здания (отметкам пола 1-го этажа, пола подвала, поверхности планировки и подготовленном на ее основе чертеже), глубина заложения ростверка dp от планировочной отметки 161.

55 определяется по вычислению: = 2,2+0,2+0,6+0,5−0,6 = 2,9 м, где 2,2 м — расстояние от отметки пола 1-го этажа до пола подвала;

0,2 м- толщина пола пола подвала;

0,6 м- высота подколонника (башмака);0,5 м- высота ростверка;

0,6 м — высота цоколя (расстояние от отм. 0.00 до отм. NL, DL).Вид свай и тип свайного фундамента выбирают в зависимости от назначения, конструктивных и технологических особенностей сооружения и условий его эксплуатации, расчетных нагрузок, действующих на фундаменты, инженерно-геологических условий, метода погружения свай, техникоэкономических показателей, местных условий строительства. В условиях данного примера при достаточнозначительных нагрузках и существующих инженерно-геологических условиях наиболее целесообразны забивные сваи. Длина свай назначается исходя из инженерно-геологических условий. Нижний конец свай должен погружаться в грунт с достаточно высокимрасчетным сопротивлением R0 на глубину не менее 1÷1,5 м. В твердыеглинистые грунты, плотные гравелистые, крупные и средней крупности пески допускается заглубление на 0,5 м. Исходя из сказанного выбираем типовую железобетонную забивную сваю длинной l = 4,0 м, квадратного сечения 30×30 см марки С40.30 (табл. 4.1 [16]), у которой нижний конец забивается в песок средней плотности, средней крупности на глубину 1,41 м. Заделку сваи в ростверк, так как нагрузка центрально приложенная, принимаем минимальной, равной 0,1 м. Рабочую длину сваи составляет расстояние от подошвы ростверка до начала заострения, т. е. без учета длины острия, которая в длину сваи не входит. Исходя из этого расчетная рабочая длина сваи = 4,0−0,1 = 3,9 м. Определение несущей способности сваи по грунту и расчетной нагрузки на одну сваю

Находим значения R и fi для наших инженерно-геологических условий (см. чертеж):

для песка средней крупности средней плотности на средней глубине = 3,65 м = 51,25 кПа;для песка средней крупности средней плотности на средней глубине = 4,89 м = 55,67 кПа;для песка средней крупности средней плотности на средней глубине = 6,1 м = 58,20 кПа;для песка средней крупности, средней плотности на глубине 6,8 м = 3670 кПа. Примечание: согласно [9], примечание к табл. 2 при прохождении сваи через однородный слой мощностью более 2 м, он для определения f расчленяется на части толщиной не более 2 м. Площадь поперечного сечения сваи = = 0,09 м². Периметр площади поперечного сечения сваи = 1,2 м. Несущая способность сваи по грунту по формуле: = 1*(1*3670*0,09+1,2*(1,49*51,25+1,0*55,67+1,41*58,2)) = 587,21 кН, где = 1; = 1. Расчетная допускаемая нагрузка на сваю Рсв определяется по формуле: = = 419,44 кН, где — коэффициент надежности; поскольку определена расчетом, = 1,4.Определение необходимого числа свай в свайном фундаменте, размещение их в плане, определение плановых размеров ростверка

Необходимое количество свай определяется приближенно по формуле:= = 4,48 сваи, где — cредний удельный вес материала ростверка, надростверковой конструкции и пригрузки грунтом на ростверке, принимаемый равным 22 кН/м3.Полученное значение п = 4,48 св. округляем до целого числа — 5свай и проектируем свайный фундамент из 5 свай. Сваи в составе фундамента должны размещаться на расстоянии не менее (3… 6) d между их осями. Принимаем расположение четырех свай по углам и пятой посередине (см.

чертеж), с тем, чтобы расстояние между соседними сваями по диагонали составляло 3d = 0,9 м. При этом расстояние СР между рядами свай по горизонтали и вертикали определяется из треугольника аbс (см. чертеж):; = = 0,64 м. Расстояние от внешней грани вертикально нагруженной сваи до края ростверка принимается равным 0,2d+5 см при однорядном размещении свай и 0,3d+5 см при двух и трех рядном (d — в см), но не менее 10 см. Исходя из этого, получаем ширину ростверка (см. чертеж): = 2*0,64+2*0,15+2*(0,3*0,3+0,05) = 1,86 м. Длина квадратного монолитного ростверка принимается равной ширине. Высота ростверка, назначенная ориентировочно, проверяется затем из условия прочности ростверка на продавливание и изгиб. В данном случае продавливание колонной невозможно, так как площадь основания гипотетической пирамиды продавливания значительно больше площади межсвайного пространства. Также невозможно продавливание сваями в условиях, когда площадью подколонника перекрывается весь свайный куст.

При ширине ростверка 1,86 м и общей высоте ростверка и подколонника 1,1 м ростверк не работает на изгиб. Принимаем высоту ростверка из конструктивных соображений hp = 0,5 м. Проверка выполнения условия расчета основания одиночной сваи по первому предельному состоянию

Для этого находим фактическую вертикальную нагрузку F, приходящуюся на одну сваю, и сравниваем ее с ранее полученной расчетной нагрузкой Рсв (п. V.

2.3):где: Qp- нормативный вес ростверка и надростверковой конструкции (подколонника, колонны, подвальных панелей, пола подвала): = = 101,2 кН;- нормативная нагрузка от веса грунта на поверхности ростверка; = = 10,69 кН, = = 18,50 кН/м3; = = 361,17 кН. Проверяем выполнение условия: 361,17 кН < 419,44 кН. Условие выполняется. Далее следует рассчитать основание фундамента по второму предельному состоянию (по деформациям) и убедиться в том, что полученные осадка и относительная разность осадок не превышают их предельных значений, приведенных в приложении 4 СНиП [6]. Определение среднего вертикального давления р под подошвой условного фундамента и проверка выполнения условия p

где = 1393 кН -нормативная вертикальная нагрузка на отметке низа пола первого этажа (-0,3) — собственный вес колонны, подколонника, ростверка, свай; - весгрунта в объеме условного фундамента; - площадь подошвы условного фундамента. Для отдельно стоящего прямоугольного фундамента, для квадратного фундамента. Определим ширину условного фундамента и площадь его подошвы: = 0,64+0,3+2*3,9*0,1299 = 1,95 м; = = 3,80 м², где = 0,64 м; = 0,3 м; = 3,9 м; = = 7,4о; = 0,1299

Для определения среднего вертикального давления под подошвой условного фундамента собираются нагрузки от собственного веса всех составных элементов, входящих в объем условного фундамента: грунта -, свай -, ростверка -Qp, подколонника с нижней частью колонны в нем -Qn.Кроме того учитываются нагрузки от конструктивных элементов свайного фундамента, находящихся над поверхностью условного фундамента, то есть выше низа пола подвала (см. чертеж): колонны -, ограждающих панелей подвала -Qn, а так же пригрузки от пола подвала -Qnn и грунта с внешней стороны подвальных панелей -G.Пригрузки Qnn и G рассчитываются по их проекциям в пределах площади условного фундамента:

где — объемы соответственно: грунта в условном фундаменте, условного фундамента, свай, ростверка, подколонника; - средневзвешенное значение удельного веса грунта в объеме условного фундамента; = = 10,94 кН/м3; = 3,8*5 = 19,0 м³; = = 1,75 м³; = 1,86*0,5 = 0,93 м³; = 1,58*0,6 = 0,95 м³. Объем грунта в условном фундаменте: = 19,0−1,75−0,93−0,95 = 15,37 м³. Нагрузки от составных элементов условного фундамента:

вес грунта в условном фундаменте: = 15,37*10,94 = 168,15 кН;вес свай: = 1,75*24 = 42,0 кН;вес ростверка:= 0,93*24 = 22,32 кН;вес подколонника: = 0,95*24 = 22,80 кН. Нагрузки от конструктивных элементов свайного фундамента над поверхностью условного фундамента:

вес колонны:= = 7,30 кН;пригрузка от пола подвала:= (1,95²−0,4²)*0,2*24 = 17,48 кН. Среднее вертикальное давление от всех нагрузок под подошвой условного свайного фундамента: = = 440,28 кПа. Далее вычисляем расчетное сопротивлениепо формуле (7) СНиП [6] для песка средней плотности средней крупности (IV слой), залегающем под подошвой условного фундамента: = 1,4 (песок средней крупности); = 1,0 (здание с гибкой конструктивной схемой); = 1 (хар-ки грунтов получены в результате непосредственных испытаний); = 1 (); = 1,95 м; = 1,24; = 5,96; = 8,25 (= 31о); = 10,24 кН/м3; = 10,94 кН/м3; = 0; = = 5,4 м; = = 538,70 кПа. Условие выполняется: 440,28 кПа < 538,7 кПа. Расчет осадки методами, основанными на теории линейного деформирования грунта, правомерен, поэтому далее производится расчет осадки методом послойного суммирования. Расчет свайных фундаментов по второму предельному состоянию — по деформациям

Общая информация о расчете свайного фундамента по деформациям

Расчет осадки свайного фундамента любым методом (послойного суммирования или эквивалентного слоя), а также расчет стабилизации осадки во времени принципиально не отличается для фундамента мелкого заложения и свайного. Разница лишь в том, что в случае фундамента мелкого заложения используются реальные его размеры (глубина заложения d и площадь подошвы А), а в случае свайного фундамента размеры условного фундамента и давление под его подошвой. Расчет конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента под наружную стену по оси, А методом послойного суммирования

Запроектированный ленточный свайный фундамент многоэтажного кирпичного здания имеет ширину условного фундамента bусл= 1,8 м. Вертикальное сжимающее напряжение под подошвой условного фундамента р=388,68 кПа, что меньше расчетного сопротивления ([6], формула (7)) песка средней плотности средней крупности R=619,89 кПа, который залегает под его подошвой. Выполнение условия p

1. Вычисление ординат эпюры дополнительного давления кПа м кПаСлоиоснования001,297,02279,35 224,10164,11 126,39102,3388,3777,0866,3958,3752,7249,900,720,770,670,720,610,470,720,720,720,560,1621,38…30,38IV — песок средней крупности0,80,720,881 261,671,661,490,628 186,532,42,160,477 141,6838,74V — глина твердая3,22,880,374 111,093,883,490,31 593,564,43,960,28 083,17VI — суглинок твердый5,24,680,23 970,996,05,40,20 861,786,86,120,18 554,957,426,680,17 050,4950,497,66,840,16 649,3151,14 В. С. Вычисление ординат эпюры дополнительного (осадочного) давления от сооружения непосредственно под подошвой фундамента выполняется по формуле: = 388,68−91,66 = 297,02 кПа. Ниже подошвы условного фундамента используется формула:. Вычисления выполняем в табличной форме (Таблица VI.1).Вычисление осадки. Осадка в каждом грунтовом слое складывается из осадок входящих в него элементарных слоев полных и неполных. IV слой (два элементарных слоя): = =0,1 190 м = 1,190 см;IV.

1.5V слой (три элементарных слоя): = = 0,448 м = 0,448 см. VI слой (шесть элементарных слоев):= == 0,1 452 м = 1,452 см. Суммарная осадка: = 1,190+0,448+1,452 = 3,09 см. Полученная осадка оказалась значительно меньше =10 см — предельной величины осадки, приведенной в СНиП [6], прил. 4 (табл. 16 прил. [17]) для многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков или кирпичной кладки без армирования. Расчетные значения модуля упругости для слоев III, IV и V приняты согласно расчетам для фундамента мелкого заложения. Значение модуля упругости слоя VI (суглинок твердый) данные испытаний отсутствуют, поэтому модуль деформации определяем по табл. 3 прил. 1 [6]: = 0,86; <0, следовательно = 12,36 МПа = 12 360 кПа. Расчет конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента под колонну по оси Б методом послойного суммирования

Запроектированный одиночный свайный фундамент многоэтажного кирпичного здания имеет ширину условного фундамента bусл= 1,95 м. Вертикальное сжимающее напряжение под подошвой условного фундамента р=440,28 кПа, что меньше расчетного сопротивления ([6], формула (7)) песка средней плотности средней крупности R=538,7 кПа, который залегает под его подошвой. Выполнение условия p

193,7+0,78*18,5 = 208,13 кПа;на глубине 3,9 м от подошвы условного фундамента:

193,7+1,01*18,5 = 212,39 кПа. Вычислять остальные ординаты эпюры природного давления грунта нет необходимости, поскольку грунтовые условия не изменились, и все вычисления были проведены при расчете осадки ленточного фундамента. Таблица VI.

2. Вычисление ординат эпюры дополнительного давления кПа м кПаСлоиоснования001,342,47299,15 204,80120,8975,6954,1143,3239,390,890,670,780,550,620,160,2321,38…30,38IV — песок средней крупности0,910,890,747 255,831,61,560,449 153,7738,74V — глина твердая2,42,340,25 788,012,962,890,18 563,363,63,510,13 144,8641,78VI — суглинок твердый3,763,670,12 241,784,03,900,10 836,9942,48 В. С. Вычисление ординат эпюры дополнительного (осадочного) давления от сооружения непосредственно под подошвой фундамента выполняется по формуле: = 440,28−97,81 = 342,47 кПа. Ниже подошвы условного фундамента используется формула:. Вычисления выполняем в табличной форме (Таблица VI.2)Вычисление осадки. Осадка в каждом грунтовом слое складывается из осадок входящих в него элементарных слоев полных и неполных. IV слой (один элементарный слой): = = 0,848 м = 0,848 см;V слой (три элементарных слоя): = = 0,464 м = 0,464 см. VI слой (три элементарных слоя): = = 0,321 м = 0,321 см. Суммарная осадка: = 0,848+0,464+0,321 = 1,633 см. Полученная осадка оказалась значительно меньше =10см — предельной величины осадки, приведенной в СНиП [6], прил. 4 (табл. 16 прил. [17]) для многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков или кирпичной кладки без армирования.

Список литературы

Ухов С.Б., Семёнов В. В., Знаменский В. В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев С. Н. Механика грунтов, основания и фундаменты. М., Издательство «Высшая школа» 2002 г. Ухов С. Б., Семёнов В. В., Знаменский В. В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев С. Н. Механика грунтов, основания и фундаменты. М., Издательство ABC, 1994

Веселов В. А. Проектирование оснований и фундаментов. Основы теории и примеры расчёта. М., Стройиздат, 1990 г. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений. Учебное пособие под редакцией Далматова Б. И. Издательство ABC. Москва — Санкт-Петербург. 1999 г. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика. М., Стройиздат, 1985 г. СНиП 2.

02.01−83*. Основания зданий и сооружений. М., Госстрой России, 1995 г. СП 50−101−2004

Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. М., ГУП ЦПП, 2004 г. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений. М., Стройиздат, 1986 г. СНиП 2.

02.03−85. Свайные фундаменты. М., Стройиздат, 1985 г. СП 50−102−2003

Проектирование и устройство свайных фундаментов. М., ГУП ЦПП, 2004 г. СНиП 2.

01.07−85. Нагрузки и воздействия. М., ГУП ЦПП, 2003 г. ГОСТ 25 100–95. Грунты.

Классификация. М., ИПК Издательство стандартов, 1995 г. Цытович Н. А. Механика грунтов. Краткий курс. М., Высшая школа, 1983.

. Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты. Ленинград. Стройиздат, 1988 г. Малышев М. В., Болдырев Г. Г. Механика грунтов, основания и фундаменты (в вопросах и ответах). М., Издательство ABC, 2004 г. Штоль Т. М., Теличенко В. И., Феклин В. Н. Технология возведения подземной части зданий и сооружений. М., 1990 г. Каталог конструктивных элементов фундаментов гражданских и административных зданий.

Методические указания к выполнению курсового проекта МГСУ. М., 2003 г. Тер-Мартиросян, З. Г. Проектирование оснований и фундаментов мелкого заложения гражданских зданий. Методические указания с примерами расчетов к выполнению курсового проекта для студентов, обучающихся по направлению Строительство 653 500 /З.Г. Тер-Мартиросян, А. М. Корнилов, Л. И. Черкасова / под общей редакцией зав. каф. МГрОиФ МГСУ проф., д.т.н.З.Г. Тер-Мартиросян. — М., 2010 г.