Основания и фундаменты

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Определение глубины заложения  фундамента

3. Расчет фундамента по деформациям

4. Расчет осадки фундамента

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Фундамент – конструктивный элемент  сооружения, передающий нагрузки от всех вышележащих элементов грунту – основанию.

Наземная часть  сооружения будет устойчива и  прочна только в том случае, если фундаменты надежно воспринимает нагрузку от сооружения и правильно передают ее на основание.

Планируя строительство  дома, очень важно ответственно и грамотно подойти к выбору типа фундамента будущего строения, так как это один из важнейших конструктивных элементов постройки.

Под стены бескаркасных зданий наиболее целесообразно применять  ленточные фундаменты, при возведении которых на дно котлована насыпают слой песчаной подготовки, который в дальнейшем выравнивают с последующей укладкой на него типовых блок-подушек, распределяющих нагрузку от стен здания на основание. На блоки-подушки устанавливают в несколько рядов типовые стеновые фундаментные блоки.

1. Исходные данные

Требуется запроектировать ленточный  фундамент под стену крупноблочного жилого дома, возводимого в г. Тихвин,  если в уровне спланированной поверхности земли действует расчетная нагрузка N=620 кН/м. Грунтовые условия и геологический разрез представлены на рисунке 1. Здание представляет собой бескаркасную конструкцию, имеющую жесткую конструктивную схему высотой 12 м, длиной 65 м. Расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении, примыкающим к наружным фундаментам, равна 15^о. Здание имеет подвал с отметкой пола – 2,5 м. Уровень подземных вод находится на отметке - 4,0 м. Угол внутреннего трения грунтов основания φ и линейный параметр (сцепление) грунтов С установлены по результатам лабораторных испытаний.

Рисунок 1 – Геологический  профиль строительной площадки:

1 – песок пылеватый, влажный (е=0,5, γ=0,0185 Мн/м,  φ=21^о, с₁₁=8 кПа, Е=14 МПа)

2 – песок средней крупности, влажный (е=0,8, γ=0,021 Мн/м,  φ=21^о, с₁₁=4 кПа, Е=8 МПа)

3 – супесь пластичная (е=0,5, I_L=0,8, γ=0,02 Мн/м, φ=22^о, с₁₁=12 кПа, Е=18 МПа),

4 – глина полутвердая (е=0,9, I_L=0,9, γ=0,02 Мн/м, φ=26^о, с₁₁=12 кПа, Е=20 МПа),

2. Определение глубины  заложения фундамента

Определим глубину заложения фундаментов, учитывая климатические условия на строительной площадке. Для этого по карте находим, что нормативная глубина промерзания песчаных грунтов для Тихвина составляет 1,34 м. Поскольку в данном варианте 1-ый слой – песок средней крупности, тогда необходимо увеличить глубину промерзания в 1,2 раза.

d_f = 1,2∙1,34=1,61 м

Коэффициент влияния теплового режима здания К_n=0,7 для отапливаемых зданий с подвалом с температурой +5⁰С. Тогда расчетная глубина промерзания грунта: d_f=d_fn×К_n=1,61×0,7=1,13 м.

Определим величину d_f +2=1,13+2=3,13 м.

Для песка средней крупности по таблице 5.3  [1] при d_w=6,4 м > d_f +2=3,13 м глубина заложения фундамента назначается независимо от глубины промерзания грунта.

Пол подвала имеет  отметку -2,5 м, толщину пола в подвале принимаем 0,1 м, расстояние от пола подвала до низа фундамента назначим 0,7 м, высота фундаментной подушки равна 0,3 м, фундаментных блоков – 0,6 м, тогда глубина заложения подошвы фундамента равна 3,3 м от уровня спланированной отметки земли.

3. Расчет фундамента  по деформациям

Горизонтальную силу давления грунта на стену подвала не учитываем, так как она будет восприниматься конструкциями перекрытий и полом подвала.

По табл. В3 для песка находим R₀=0,5 МПа, затем определяем ориентировочную площадь подошвы фундамента:

А =0,62/(0,5 -0,02∙3,3)= 1,42 м.

Поскольку в рассматриваемом случае рассчитывается ленточный фундамент, площадь которого равна А=b∙l м, получаем требуемую ширину подошвы фундамента b = 1,42 м. По каталогу сборных железобетонных изделий выбираем ближайший по размерам типовой сборный блок - подушку шириной b =1,6 м, высотой h = 0,3 м, длиной l =2,38 м и весом 0,025 Мн. Конструкцию стены фундамента назначим из пяти фундаментных стеновых блоков шириной b = 0,5 м, высотой h = 0,58 м, длиной l =2,38 м Вес каждого блока высотой 0,58 м составляет 0,016 Мн,

Вычислим вес 1 м длины  фундамента:

N_f11= 0,025/2,38+5∙0,016/2,38= 0,044 Мн/м.

Принимая удельный вес грунта обратной засыпки равным 0,018 Мн/м³, определим вес 1 м длины грунта на обрезе фундамента:

N_rn =3,0∙0,018∙(1,6-0,5) / 2 = 0,029 Мн/м.

Найдем среднее давление по подошве  фундамента по формуле:

р=(0,62+0,044+0,029)/1,6=0,433 МПа.

Определим расчетное сопротивление  грунта несущего слоя.

Найдем соотношение L/H=65/12=5,4 и по табл. 54 найдем значения коэффициентов условий работы γ_с1=1,4 и γ_с2= 1,2. Безразмерные коэффициенты найдем по табл. 5.5 [1] по значению угла внутреннего трения: (φ= 21°, М_γ= 0,56, M_q = 3,24, М_с = 5,85). Полагая, что пол подвала выполнен из тощего бетона, удельный вес которого составляет 0,022 Мн/м³, то найдем приведенную глубину заложения фундамента от пола до подвала:

d₁= 0,7 + 0,1∙0,022/0,018=0,822 м.

Глубина подвала составляет 2,5 м, поэтому принимаем d_b = 2,0 м, к=1, так как значения φ₁₁ и с₁₁ получены по данным лабораторных испытаний, с₁₁ =0,004 МПа. Коэффициент к_z= 1, так как ширина подошвы фундамента b = 1,6 м < 10 м.

Расчетное сопротивление грунта основания составит:

R=                     

= [0,56∙1∙1,6∙0,021+ 3,24∙0,822∙0,02 +(3,2-l) ∙2,0∙0,02 + 5,85∙0,004]=

=0,312 МПа

Основное условие р = 0,433 МПа < R = 0,312 МПа не выполняется, увеличиваем ширину подушки.

Примем подушку шириной b =2,4 м, высотой h = 0,3 м, длиной l =2,38 м и весом 0,024 Мн. Конструкцию стены фундамента назначим из пяти фундаментных стеновых блоков шириной b = 0,5 м, высотой h = 0,58 м, длиной l =2,38 м Вес каждого блока высотой 0,58 м составляет 0,016 Мн,

Вычислим вес 1 м длины фундамента:

N_f11= 0,024/1,18+5∙0,016/2,38= 0,054 Мн/м.

Принимая удельный вес грунта обратной засыпки равным 0,018 Мн/м³, определим вес 1 м длины грунта на обрезе фундамента:

N_rn =3,0∙0,018∙(2,4-0,5) / 2 = 0,051 Мн/м.

Найдем среднее давление по подошве  фундамента по формуле:

р=(0,62+0,054+0,051)/2,4=0,302 МПа.

Расчетное сопротивление грунта основания составит:

R=                     

= [0,56∙1∙2,4∙0,021+ 3,24∙0,822∙0,02 +(3,24-l) ∙2,0∙0,02 + 5,85∙0,004]=

=0,326 МПа

Основное условие р = 0,302 МПа < R = 0,326 МПа выполняется, а недонапряжение в основании составляет 7,4%, что меньше требуемых 10%. Окончательно принимаем в качестве фундаментной подушки сборную плиту шириной 2,4 м.

Далее находим вертикальное напряжение от собственного веса грунта по формуле:

где h_i- толща пласта i -гo слоя грунта.

Эти напряжения на уровне подошвы фундамента.

0,018∙3,3 = 0,059 МПа,

где - напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (0,018 Мн/м - удельный вес грунта обратной засыпки).

Напряжение от собственного веса грунта на глубине z =3,4 м, действующее на кровлю слоя слабого грунта:

0,018∙3,3 +0,02∙0,1=0,061 МПа

Дополнительное давление под подошвой фундамента:

р_о =(P- )=0,302 -0,061= 0,241 МПа

Дополнительное вертикальное напряжение, действующее на кровлю слабого грунта от нагрузки на фундамент на глубине z = 0,1 м, определяем по данным табл. 5.8. Для = 2∙0,1/2,4=0,08 и >10, интерполируя, находим значение а=0,995.

Напряжение определяется по формуле:

= 0,995∙0,241 = 0,240 МПа.

Полные вертикальные напряжения на кровлю подстилающего слоя будут равны:

+ 0,24 + 0,061= 0,31 МПа

Находим ширину условного ленточного фундамента. Предварительно определим величину Аz :

Аz = (0,62+ 0,054 + 0,051)/0,24 = 3,02 м

Тогда ширина подошвы условного ленточного фундамента составит:

b_z= Аz /l =3,02 м

Определяем расчетное сопротивление песка средней крупности на глубине 0,1 м от подошвы фундамента. Для этого по значению φ= 21° по табл. 5.5 [1] находим М_γ= 0,56, M_q =3,24, М_с = 5,84, а по табл. 5.4 для песка, средней плотности, влажного у_с1 = 1,4, у_с2= 1,2.

Осредненный удельный вес грунтов, залегающих выше подстилающего слоя:

у'₁₁ = (0,0185∙3,3+0,021∙0,1)/(3,3+0,1) = 0,0186 Мн/м³

Приведенная глубина заложения фундамента от уровня пола в подвале до подстилающего слоя:

d, =0,7+ 0,1+0,1∙0,022/0,0186=0,92 м

Тогда расчетное сопротивление грунта подстилающего слоя найдем:

R_z= [0,56∙1∙3,02∙0,02+3,24∙0,92∙0,0186 +(3,24-l) ∙2,0∙0,0186 + 5,84∙0,004]=

=0,33 МПа

+ 0,31 МПа < R_z=0,33 МПа - условие выполняется, значит, размеры фундамента подобраны удовлетворительно.

4. Расчет осадки фундамента

Осадка основания по сечению определяется методом элементарного  послойного суммирования по формуле:

s=b×å(s_zpi×h_i/E_i),

где b - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

s_zpi – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней и нижней границах слоя по вертикали проходящей через центр фундамента;

h_i – толщина i-го слоя грунта;

E_i – модуль деформации i-го слоя грунта.

Осадку рассчитываем в следующем  порядке:

1. Грунты, лежащие ниже подошвы  фундамента, разбиваем на слои, толщиной

h_i <0,4b=0,4×2,4=0,96 м.

2. Определяем давление от собственного  веса грунта по формуле  .

3.Определяем дополнительное давление  по глубине по формуле: 

                                                 ,                                       

Природное давление определяется по формуле:

                                                     s_zqi=g_i×z_i ,                                       

где g_i – удельный вес i-го слоя грунта;

z_i – глубина заложения подошвы i-го слоя грунта.

s_zq4=8,7×18,5=160,95 кПа

Среднее давление под  подошвой фундамента:

р=0,62+0,054+0,051/2,4=0,302 МПа=302 кПа.

Дополнительное вертикальное давление на основание:

                                                   р₀=р-g×d ,                                       

где g - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

d – глубина заложения фундамента.

р₀=302-3,3×18,5=240,95 кПа

Дополнительное вертикальное напряжение  на глубине z от подошвы фундамента:

                                                   s_zрi=a_i× р₀ ,                                             

где a_i – коэффициент, принимаемый по табл. 5.8 [1] в зависимости от формы подошвы фундамента и относительной глубины, равной x=2×z/b.

Таблица 1

№ слоя	x=2×z/b	ai	szрi
1	0,1	0,995	239,7
2	0,8	0,881	212,3
3	1,5	0,670	161,4
4	2,3	0,495	119,3
5	3,1	0,385	92,8
6	3,9	0,314	75,6
7	4,7	0,264	63,6
8	5,5	0,227	54,7
9	6,3	0,199	47,9
10	7,1	0,177	42,6
11	7,3	0,173	41,7

 

Мощность активного  слоя h_акт=9,64 м (рис. 2).

Рисунок 2- Схема определения осадки основания

 

Осадка основания составит:

s=0,8×[239,7×0,1/8×10³+212,3×0,86/18×10³+161,4×0,86/18×10³+119,3×0,88/18×10³+

+92,8×0,96/20×10³+75,6×0,96/20×10³+63,6×0,96/20×10³+54,7×0,96/20×10³+47,9×0,96/20×10³+42,6×0,96/20×10³+41,7×0,24/20×10³]=0,036м=3,6 см.

Суммарная осадка составляет:

                                                        s_общ< s_u ,                      

где s_u – предельная деформация основания, принимаемая по прилож. Д табл. Д.1 [1]| в зависимости от типа здания.

3,6 см < 12 см – условие выполняется, т.е. осадка фундамента значительно меньше нормативной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы