Только для песка вычисляют степень влажности

Министерства путей сообщения Российской Федерации

(РГУПС)

________________________________________________________________

Л.В. Моргун

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ СТАКАННОГО ТИПА ПОД КОЛОННЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ

Методические указания

к выполнению курсового (и дипломного) проекта по дисциплине

«Основания и фундаменты»

Ростов-на-Дону

УДК 624.15

Моргун Л.В.

Проектирование фундаментов стаканного типа под колонны промышленных зданий : Методические указания к курсовому и дипломному проекту по дисциплине «Основания и фундаменты». – Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2011. – 36 с.

Даны рекомендации по выбору и расчету фундаментов стаканного типа под колонны промышленных зданий и необходимый табличный материал из соответствующих СНиПов. Приведен перечень литературы. Указания предна­значены для студентов специальности «СПГ».

Табл. 15. Ил. 5. Библиогр.: 9 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. Е.Н. Зубков (РГУПС).

ãРостовский государственный университет путей сообщения, 2011

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания разработаны в соответствии с действующими нормативно-справочными документами [l,2,3,4,5,6,7] и основными учебниками [8,9].

Проектом оснований и фундаментов должна быть предусмотрена срезка плодородного слоя почвы для последующего использования в целях восстановления (рекультивации) нарушенных или малопродуктивных сельскохозяйственных земель, озеленения района застройки и т.п.

В методических указаниях введены индексы, связанные с расчетами по группам предельных состояний. Например, индекс "1" у расчет­ной величины N₁ означает, что она используется для расчетов по первой группе предельных состояний. Индекс «II» - величина N_IIиспользуется для расчетов, по второй группе предельных состояний.

1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Необходимо запроектировать фундаменты для двухпролетного одноэтажного промышленного здания II класса ответственности, в котором технологическое оборудование и заглубленные помещения не оказывают влияния на расположение фундаментов. Нагрузки на полы цеха вблизи колонн крайнего ряда отсутствуют. Режим работы кранов 7, круглосуточный.

Проектируемое промышленное здание должно иметь железобетонный каркас. Поэтому по прил.4 СНиП 2.02.01-83* предельная осадка такого здания S_u = 8 см, предельный крен не нормируется.

1.1. Важнейшие требования к проектированию фундаментов

При проектировании необходимо обеспечивать:

· прочность и эксплуатационную надежность фундамента (деформации его конструктивных элементов не должны превышать предельно допустимых величин);

· максимальное использование механических свойств грунтов и материала фундамента;

· устойчивость на опрокидывание и сдвиг в плоскости подошвы;

· соблюдение нормативных величин абсолютных и неравномерных осадок;

· соответствие технико-экономическим требованиям и современным способам производства работ.

1.2. Правила выполнения проекта

Работа состоит из пояснительной записки, которая выполняется на стандартной бумаге формата «А4» и листа чертежей, выполняемого на бумаге формата «А1».

Текст пояснительной записки набирается на компьютере шрифтом «Times New Roman» №14 через полтора интервала. Нумерация страниц внизу справа. Поля: левое 30 мм, правое 15 мм, верхнее и нижнее по 20 мм. Пояснительная записка кроме расчетов должна содержать письменное обоснование принимаемых решений, схемы напластований грунтов, эпюры напряжений, выводы по каждому разделу расчетов, общие выводы по работе и список использованной литературы, ссылки на которую обязательно даются в тексте.

На листе «А1» следует представить план и поперечный разрез двухпролетного каркасного промышленного здания в масштабе 1:100, схемы анализа инженерно-геологических условий, запроектированного фундамента, эпюры напряжений под его подошвой, сводные данные о свойствах и количестве материалов, необходимых для устройства фундаментов стаканного типа под крайние и средний ряды колонн. На листе необходимо указать числовые значения представленных параметров, соответствующие варианту задания и результатам расчета.

Вариант задания назначается в виде двузначной цифры, соответствующей последним цифрам номера зачетной книжки. Исходные данные для расчета выбираются по таблицам 1.1, 1.2 и ГОСТ 25628.

Величину М_t руководитель проекта задает индивидуально.

До начала выполнения данной работы следует усвоить:

- методику анализа инженерно-геологических условий места строительства;

- конструктивные особенности фундаментов различных типов;

- методику расчета по определению площади подошвы фундаментов;

- методики проверки напряжений под подошвой фундамента и расчета осадки фундамента;

- правила построения эпюр от действия на фундамент вертикальных нагрузок и собственного веса грунта.

Для этого необходимо ознакомиться с рекомендуемой ли­тературой.

2. АНАЛИЗ МЕСТНЫХ УСЛОВИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА

Информация о местных условиях строительства относится к исходным данным для проектирования оснований и фундаментов. Эти сведения оказывают на содержание проектирования важное влияние. Основными факторами, подлежащими анализу в ходе проектирования фундаментов, являются следующие:

1) инженерно-геологические, гидрогеологические и геодезические условия (номенклатура грунтов, слагающих толщу; их физические и механические свойства; толщина слоев; наличие грунтов со специфическими свойствами; возможность проявления опасных инженерно-геологических процессов; расположение и состав подземных вод; возможность изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий в процессе эксплуатации проектируемого сооружения; рельеф строительной площадки и т.д.). Эти сведения содержатся в отчетах по инженерным изысканиям;

2) инженерно-гидрометеорологические условия (отражают температурный режим грунтов, который предопределяется глубиной промерзания, ветровым и снеговым районами и т.д.);

3) технико-экономические условия, отражающие уровень технической оснащенности строительной организации, расположение строительной площадки относительно транспортных магистралей (авто, ж/д), наличие необходимых местных строительных материалов и т.д.;

4) опыт строительства в данной местности;

5) расположение строительной площадки относительно существующих сооружений и инженерных коммуникаций.

При проектировании студент должен получить сведения о районе строительства, структуре и свойствах геологического разреза и физико-механических свойствах напластований грунтов. На основе полученной информации в пояснительной записке проекта необходимо описать:

- место строительства с указанием района по ветровым и снеговым нагрузкам, найти сумму абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур (М_t);

- выполнить анализ инженерно-геологических условий площадки строительства, который должен включать классификацию напластований грунтов по ГОСТ 25100, определение модуля деформаций (Е) по таблицам СНиП 2.02.01 – «Основания зданий и сооружений», установление табличной величины условного сопротивления сжатию (R₀) каждого слоя грунта.

Согласно номеру разреза, выбранному по таблице 1.2, необходимо в соответствии с выбранным масштабом построить инженерно-геологическую ко­лонку. На лист нанести отметки напластований грунтов. Опираясь на нормы проектирования, изложенные в СНиП 2.02.01-83*, назначить предварительную минимально возможную глубину заложения подошвы фундамента.

2.1. Расчет физико-механических свойств наслоений грунта

Опираясь на исходные данные таблицы 1.2, следует выполнить расчеты физико-механических свойств наслоений грунта с точностью до второго десятичного знака, и представить их в тексте пояснительной записки в табличной форме (табл.2.1).

Таблица 2.1 - Физико-механические свойства грунтов на площадке строительства

№	Наименование свойств	Расчетные уравнения	Наименование слоя грунта
	Удельный вес твердых частиц грунта (γs)	γs
	Удельный вес скелета грунта в состоянии естественной влажности (γd)	γd = γ:(1+W)
	Коэффициент пористости (e)	е = (γs /γd)-1
	Степень влажности (Sr)
	Число пластичности (Jр)
	Показатель текучести (JL)
	Условное сопротивление грунта сжатию (R0)	R0

Примечания: γ_w – удельный вес воды, 10 кН/м³;

γ– удельный вес сухого грунта в состоянии естественной пористости.

Таблица 2.2 - Коэффициенты пористости песчаных грунтов

Вид песка	Классификация песка по плотности сложения
Плотный	Средний	Рыхлый
Значения коэффициента пористости (e)
Гравелистый, крупный и средний	е<0,55	0,55≤е<0,70	е>0,70
Мелкий	е<0,6	0,60≤е<0,75	е>0,75
Пылеватый	e<0,6	0,60≤е<0,80	е>0,80

Таблица 2.3 - Водосодержание песчаных грунтов по степени влажности

Наименование грунта	Степень влажности (Sr)
Маловлажный	0 < Sr ≤ 0,5
Влажный	0,5 < Sr ≤0,8
Водонасыщенный	0,8 < Sr ≤ 1,0

Таблица 2.4 - Классификация глинистых грунтов по числу пластичности

Наименование грунта	Интервал числа пластичности (Jр)
Супесь	0,01 <Jр ≤ 0,07
Суглинок	0,07 <Jр ≤ 0,17
Глина	Jр >0,17

Таблица 2.5 - Классификация глинистых грунтов по показателю текучести

Наименование грунта	Показатель текучести (JL)
Супесь: твердая пластичная текучая	JL< 0 0 < JL≤ 1,0 JL >1,0
Суглинок и глина: твердые полутвердые тугопластичные мягкопластичные текучепластичные текучие	JL< 0 0 < JL≤ 0,25 0,25 < JL≤ 0,50 0,50 < JL≤ 0,75 0,75 < JL≤ 1,0 JL >1,0

Таблица 2.6 - Условное сопротивление сжатию глинистых грунтов

Наименование грунта	Коэфф. пористости (e)	Сопротивление сжатию (R0) глинистых грунтов в зависимости от показателя текучести (JL), МПа
JL=0	JL=0,1	JL=0,2	JL=0,3	JL=0,4	JL=0,5	JL=0,6
Супеси при Jр≤0,05	0,5 0,7	0,35 0,30	0,30 0,25	0,25 0,20	0,20 0,15	0,15 0,10	0,10 -	- -
Суглинки при 0,1 <Jр ≤ 0,15	0,5 0,7 1,0	0,40 0,35 0,30	0,35 0,30 0,25	0,30 0,25 0,20	0,25 0,20 0,15	0,20 0,15 0,10	0,15 0,10 -	0,10 - -
Глины при Jр >0,20	0,5 0,6 0,8 1,1	0,60 0,50 0,40 0,30	0,45 0,35 0,30 0,25	0,35 0,30 0,25 0,20	0,30 0,25 0,20 0,15	0,25 0,20 0,15 0,10	0,20 0,15 0,10 -	0,15 0,10 - -

Примечния:

1. Для промежуточных значений показателя текучести (J_L) и коэффициента пористости (e) условное сопротивление сжатию (R¹) определяют интерполяцией.

2. В том случае, когда число пластичности находится в диапазоне значений 0,05 < J_р ≤ 0,10, то величина условного сопротивления сжатию принимается средней между супесями и суглинками, имеющими соответствующий коэффициент пористости.

3. В том случае, когда число пластичности находится в диапазоне значений 0,15 < J_р ≤ 0,20, то величина условного сопротивления сжатию принимается средней между суглинками и глинами, имеющими соответствующий коэффициент пористости.

Таблица 2.7 - Условное сопротивление сжатию (R_o) песчаных грунтов

Песчаные грунты и их влажность	Условное сопротивление R0 песча­ных грунтов средней плотности
МПа	кг/см2	т/м2
Гравелистые и крупные любой влажности	0,35	3,5
Средней крупности маловлажные	0,30	3,0
Средней крупности влажные и водонасыщенные	0,25	2,5
Мелкие маловлажные	0,20	2,0
Мелкие влажные и водонасыщенные	0,15	1,5
Пылеватые маловлажные	0,20	2,0
Пылеватые влажные	0,15	1,5
Пылеватые водонасыщенные	0,10	1,0

Для расчета физико-механических свойств наслоений грунтов пользуются справочными данными из СНиП 2.02.01-83*, приведенными в таблицах 2.2-2.6. Для всех грунтов рассчитывают:

Удельный вес скелета грунта в состоянии естественной влажности

γ_d = γ:(1+W), (2.1)

где γ – удельный вес грунта в сухом состоянии;

W – естественная влажность.

Удельный вес грунта во взвешенном состоянии

, (2.2)

где – удельный вес твердых частиц грунта;

– удельный вес воды, равный 10 кН/м³;

е – коэффициент пористости.

Коэффициент пористости: е = (γ_s /γ_d)-1 (2.3)

Только для песка вычисляют степень влажности

(2.4)

Только для глинистых грунтов рассчитывают:

Число пластичности

, (2.5)

где – влажность на границе текучести;

– влажность на границе раскатывания.

Показатель текучести

(2.6)

На основе рассчитанных значений физических свойств грунтов по таблицам 2.6 и 2.7 устанавливают величину условного сопротивления сжатию (R₀) каждого пласта.

Далее необходимо осуществить анализ инженерно-геологических свойств напластований грунтов исходя из следующих условий:

- обнаружены или нет в предполагаемом районе строительства специфические свойства грунтов, влияющие на возможность возведения двухпролетного промышленного здания II класса ответственности;

- обладают ли грунты условным сопротивлением сжатию R₀ больше 150 КПа и модулем деформации Е больше 5 Мпа.

Если перечисленные условия соблюдены, то на данном этапе проектирования следует сделать вывод о том, что напластования грунтов данной строительной площадки могут служить в качестве естественного основания для проектируемого промышленного здания.

Опираясь на требования СНиП 2.02.01-83*осуществяют первоначальное назначение отметки подошвы фундамента исходя из свойств грунта основания и экономических соображений. В дальнейшем отметка подошвы может быть изменена. Для этого необходимо провести уточняющие расчеты.

Согласно СНиП 2.02.01-83*:

1) обрез фундамента рекомендуется назначать ниже поверхности грунта не менее чем на 0,25 м;

2) подошва фундамента должна опираться на прочный грунт;

3) подошва фундамента заглубляется ниже расчетной глубины промерзания не менее чем на 0,5 м в прочный грунт.

4. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ ЗДАНИЯ И ЕГО КОНСТРУКТИВНОГО РЕШЕНИЯ

Анализ технологического назначения здания позволяет установить:

- класс ответственности здания и его технологическое назначение;

- температурный режим внутри него;

- величины нагрузок, действующих на полы, примыкающие к фундаментам;

- наличие, расположение и размеры заглубленных помещений и фундаментов под оборудование;

- группы режимов работы мостовых и подвесных кранов, их грузоподъемность.

Анализ конструктивной схемы здания позволяет уяснить:

- размеры, планово-высотную привязку конструкций здания и вид материалов, из которых проектируется изготовление фундаментов;

- схему конструктивных особенностей (гибкая, или жесткая) здания;

- конструктивные особенности полов;

- чувствительность здания к деформациям основания (в задании на проектирование должны быть указаны величины предельных деформаций, обеспечивающих безопасную эксплуатацию здания);

- величину и направление нагрузок, действующих на фундамент на уровне его обреза или уровне планировки поверхности.

Эти сведения содержатся в задании на проектирование объекта. Их обосновывает специалист-технолог соответствующей сферы деятельности или они выбираются из паспортных данных на технологическое оборудование.

Сведения, полученные в разделах 1 и 2, являются исходными данными для проектирования и позволяют назначать расчетные схемы фундаментов, предопределяют методы их устройства, материалы и размеры, а также способы подготовки оснований. Заданным исходным данным могут удовлетворять несколько вариантов фундаментов. Оптимальный вариант, фундаментов выбирается по технико-экономическим показателям.

При выполнении курсового проекта сочетания нагрузок от колонн для расчетов по I и II предельным состояниям приведены табл.1.1 – исходные данные для проектирования. Нагрузки на фундамент определены в его обрезе в невыгодных сочетаниях.

Фундаменты проектируется под типовые колонны среднего и крайнего рядов, размеры которых выбираются из приложения к ГОСТ 25628 в зависимости от заданной высоты здания (h_c) и её расположения в пролете (крайний или средний ряд). Отметка пяты колонны – 1,050 м, шаг колонн 6 м.

5. ВЫБОР ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТА

Глубина заложения фундамента (d) - это расстояние от поверх­ности планировки или пола подвала до подошвы фундамента. Подошва фундамента должна опираться на прочные слои грунта, о6еспечивающие восприятие нагрузки от фундамента и долговременную эксплуатационную надежность здания.

Не рекомендуется опирать фундамент­ на свеженасыпанные, илистые и заторфованные грунты, рыхлые пески и грунты, содержащие растительные остатки. Рекомендуется предусматривать заглубление подошвы фундаментов в несущий слой грунта не менее чем на 0,5 м; избегать наличия под подошвой фундамента слоя грунта малой толщины, если его строительные свойства значительно хуже свойств подстилающего слоя; закладывать подошву фундамента выше уровня подземных вод для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ.

Одним из важнейших факторов, предопределяющих заглубление подошвы фундамента, яв­ляется глубина сезонного промерзания грунта. Для районов, где глубина промерзания на незастроенной территории не превышает 2,5 м, ее нормативное значение (d_fn) определяют по формуле:

(4.1)

где M_t – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП 2.01.01 «Строительная климатология и геофизика»;

d₀ -эмпирический коэффициент, величина которого зависит от вида грунта. Для суглинков и глин d₀ = 0,23 м; супесей, песков мелких и пылеватых d₀ = 0,28 м; песков гравелистых, крупных и средней крупности d₀ = 0,30 м; крупнообломочных грунтов d₀ = 0,34 м.

Значение d₀для грунтов неоднородного сложения определяется как средневзвешенное в пределах глубины промерзания. На меру морозного пучения грунтов оказывает влияние уровень подземных вод (d_w) и показатель текучести (J_L) глинистых грунтов (табл.2.5). Глубина промерзания под промышленными зданиями в связи с особенностями теплового режима внутри них в условиях эксплуатации будет отличаться от нормативной.

Таблица 4.1 - Коэффициенты К_h для расчета глубины промерзания грунта под зданиями

Конструктивные особенности сооружений	Величины коэффициентов Кh при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещениях, примыкающих к наружным фундаментам, 0С
				20 и более
Без подвала с полами по грунту	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5
На лагах по грунту	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6
По утепленному цокольному перекрытию	1,0	1,0	0,9	0,8	0,7
С подвалом или техническим подпольем	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4

Поэтому существует понятие расчетного значения глубины сезонного промерзания грунта (d_f), которое определяют по формуле:

d_f = К_h•d_fn (4.2)

где К_h – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха внутри помещений, примыкающих к наружным фундаментам, учитывающий наличие подвала или технического подполья, а также состав полов (табл.1). Принимается по СНиП 2.02.01 «Строительная климатология и геофизика».

В случаях, когда глубина заложения фундаментов не зависит от расчетной глубины промерзания d_f, соответствующие грунты, указанные в настоящей таблице, должны залегать до глубины не менее нормативной глубины промерзания d_fn.

На процесс морозного пучения грунтов существенное влияние оказывает уровень подземных вод (d_w) и показатель текучести грунта (J_L). Чем ближе подземные воды к подошве фундамента и чем больше влажность грунта слагающего основание, тем интенсивнее происходит миграция воды к верхним промерзающим слоям грунта (см. табл. 4.2).

На глубину заложения подошвы фундамента оказывают влияние следующие особенности проектируемого сооружения:

- наличие и размеры подвалов, каналов, тоннелей, фундаментов под оборудование;

- глубина прокладки инженерных коммуникаций;

- глубина заложения фундаментов, примыкающих сооружений;

- конструктивные требования, предъявляемые к высоте фундамента (h_f) и т.п.

Таблица 4.2 - Рекомендации по глубине заложения подошвы фундаментов в зависимости от глубины расположения подземных вод

Виды грунтов под подошвой фундамента	Глубина заложения подошвы фундаментов в зависимости от глубины расположения уровня подземных вод dw, м, при
dw ≤ df + 2	dw > df + 2
Скальные, крупнообломочные с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности	Не зависит от df	Не зависит от df
Пески мелкие и пылеватые	Не менее df	Не зависит от df
Супеси с показателем текучести JL < 0	Не менее df	Не зависит от df
Cуглинки, глины, а также крупнообломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем при показателе текучести грунта JL ≥0,25	Не менее df	Не зависит от df
Cуглинки, глины, а также крупно- обломочные грунты с пылевато- глинистым заполнителем при показателе текучести грунта JL < 0,25	Не менее df	Не менее 0,5 df

Рисунок 1 - схема фундамента под крайнюю колонну цеха

Высота фундамента (h_f) – это расстояние от его обреза до подошвы (рис.1). Высота фундамента должна быть достаточной для надежного крепления к нему надземных конструкций (например, колонн). При стаканном сопряжении фундамента с железобетонной колонной глубина заделки колонны в фундамент (d_c) в том случае, когда колонна имеет сплошное прямоугольное сечение, должна быть не менее величины длинной стороны сечения (l_c):

d_c ≥ l_c (4.3)

Для двухветвевых колонн:

если l_c ≥ 1,2 м, то d_c ≥ 0,5 + 0,33l_c (4.4)

если l_c < 1,2 м, то d_c >l_c[1 – 0,8(l_c -0,9)] (4.5)

Глубина заделки колонны в стакан зависит также от:

- диаметра и класса арматуры колонны;

- класса бетона колонны.

Глубину заделки двухветвевых колонн проверяют по прочности сцепления растянутой ветви колонны со стаканом фундамента. Для типовых колонн глубина заделки (d_c) принимается по данным рабочей

документации как разница абсолютных значений отметки низа колонны и обреза фундамента (рис.2).

Высота фундамента (h_f) из условия надежной заделки колонны в стакан должна быть не менее:

h_f ≥d_c + h_g +0,05 (4.6)

где h_g – расстояние от дна стакана до подошвы фундамента, принимаемое не менее 0,2 м;

0,05 – расстояние между торцом колонны и дном стакана, назначаемое для обеспечения рихтовки колонны при монтаже, м.

Высота фундамента, вычисленная по условию (4.6), округляется до ближайшего большего размера, кратного 0,3 м. В промышленных зданиях минимальная высота фундамента стаканного типа не может быть менее 1,5 м.

При возведении промышленных зданий планировка поверхности грунта производится под отметку, равную 0,150 м. Обрез фундамента из условий производства работ нулевого цикла должен располагаться ниже нулевой отметки на 0,15 м. При этом глубина заложения фундамента (d) становится численно равной его высоте (h_f).

При назначении глубины заложения фундамента анализируют все факторы, на неё влияющие. Из ряда значений, полученных в результате анализа, для назначения (d) выбирают наибольшее. Это значение (d) используется в расчетах и не должно быть уменьшено. Возможно только увеличение глубины заложения фундамента (d), если при проверке на продавливание колонной дна стакана не будут соблюдены условия прочности, или окажется недостаточной несущая способность основания и т.п.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА

Размеры подошвы фундамента устанавливают на основе расчетов оснований по деформациям [7], которые включают:

- построение эпюры давлений в подошве фундамента и величине отрыва;

- расчет давлений под подошвой;

- расчет величины давления на кровлю слабого слоя;

- расчет осадок и крена;

- проверку размеров подошвы фундамента по несущей способности основания (для скального – по прочности; для других видов оснований – по прочности и устойчивости; для всех видов оснований - на сдвиг по подошве и по слабому слою).

В первом приближении площадь подошвы фундамента (А) определяют по конструктивным соображениям и вычисляют по формуле:

А = N_П:(R – γ_mtd) (5.1)

где N_П - сумма всех вертикальных нагрузок в обрезе фундамента для расчетов по П группе предельных состояний, кН;

R– расчетное значение сопротивления грунта сжатию, кПа;

γ_mt – среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимаемое в инженерных расчетах равным 20 кН/м³;

d - глубина заложения фундамента, м.

Значение N_П определяют как сумму наибольшей вертикальной нагрузки N_Пmax из всех заданных сочетаний нагрузок от колонны для расчетов по П группе предельных состояний и дополнительных нагрузок в обрезе фундамента в виде, например, веса фундаментной балки, веса стены и т.д.

Для условий курсового проекта:

N_П = N_Пmax + G₁(5.2)

где G₁- вес стены, кН;

G₁ = H₁•b₀•n•γ₁•k_n•γ_n (5.3)

где H₁ – высота здания, м;

b₀ – толщина стены, м;

n - шаг колонн (n=6), м;

γ₁ – удельный вес материала стены, кН/м³;

k_n – коэффициент проемности (k_n=0,70….0,85);

γ_n – коэффициент надежности по назначению (γ_n=0,9).

Рисунок 2 - схема к формированию габаритов фундамента

Поскольку шаг колонн 6 м, то максимально возможная ширина фундамента стаканного типа не может превышать 3 м. Поэтому можно задать произвольно величину b в диапазоне значений от 0,9 м до 2, 7 м. Расчетное сопротивление грунта основания сжатию для бесподвальных зданий определяют по формуле:

R = [(γ_С1 γ_С2):к]•(M _g К_Zbγ₁₁ + M_qd γ₁₁¹ + M_cC₁₁) (5.4)

где γ_С1 и γ_С2 - коэффициенты условий работы приведены в табл 5.1 (СНиП 2.02.0I-83*, табл.3);

к - коэффициент, принимаемый: к = 1 - если свойства грунта (С и φ) определены экспериментально; к = 1,1 - если они при­няты по таблицам СНиП;

M _g , M_q , M_c – коэффициенты_, принимаемые по табл. 5.2 в зависимости от угла внутреннего трения φ_П;

К_Z - коэффициент, принимаемый равным:

при b < 10 м К_Z =1, при b ≥ 10 м К_Z = Z₀/b + 0,2 (здесь Z₀ = 8 м);

b - ширина подошвы фундамента, м;

γ_П - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³;

γ_П¹ - то же, залегающих выше подошвы;

C_П - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d - глубина заложения фундамента, м.

Таблица 5.1 – Коэфф. условий работы фундаментов(табл.3 СНиП 2.02.0I-83*)

Наименование грунтов	Коэфф. gс1	Коэффициент gс2для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к высоте L/H, равном
		4 и более	1,5 и менее
Крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме мелких и пылеватых	1,4	1,2	1,4
Пески мелкие	1,3	1,1	1,3
Пески пылеватые: маловлажные и влажные насыщенные водой	1,25 1,1	1,0	1,2
Пылевато-глинистые, крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем и показателем текучести грунта или заполнителя IL £ 0,25	1,25	1,0	1,2
Пылевато-глинистые, крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя 0,25 < IL£ 0,5	1,2	1,0	1,1
Пылевато-глинистые, крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя IL> 0,5	1,0	1,0	1,0

Примечания к табл. 5.1:

1. К сооружениям с жесткой конструктивной схемой относятся сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформации оснований, в том числе за счет мероприятий, указанных в п. 2.70, б СНиП 2.02.0I-83*).

2. Для зданий с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента g_с2 принимается равным единице.

3. Для промежуточных значений L/H коэффициент g_с2 устанавливают интерполяцией.

Таблица 5.2 – Величины коэффициентов для определения расчетного сопротивления грунта сжатию(табл.4 СНиП 2.02.0l-83^*)

Угол внутрен- него трения jII, град.	Коэффициенты	Угол внутрен- него трения jII, град.	Коэффициенты
Мg	Mq	Мc	Мg	Mq	Мc
		1,00	3,14		0,69	3,65	6,24
	0,01	1,06	3,23		0,72	3,87	6,45
	0,03	1,12	3,32		0,78	4,11	6,67
	0,04	1,18	3,41		0,84	4,37	6,90
	0,06	1,25	3,51		0,91	4,64	7,14
	0,08	1,32	3,61		0,98	4,93	7,40
	0,10	1,39	3,71		1,06	5,25	7,67
	0,12	1,47	3,82		1,15	5,59	7,95
	0,14	1,55	3,93		1,24	5,95	8,24
	0,16	1,64	4,05		1,34	6,34	8,55
	0,18	1,73	4,17		1,44	6,76	8,88
	0,21	1,83	4,29		1,55	7,22	9,22
	0,23	1,94	4,42		1,68	7,71	9,58
	0,26	2,05	4,55		1,81	8,24	9,97
	0,29	2,17	4,69		1,95	8,81	10,37
	0,32	2,30	4,84		2,11	9,44	10,80
	0,36	2,43	4,99		2,28	10,11	11,25
	0,39	2,57	5,15		2,46	10,85	11,73
	0,43	2,73	5,31		2,66	11,64	12,24
	0,47	2,89	5,48		2,88	12,51	12,79
	0,51	3,06	5,66		3,12	13,46	13,37
	0,56	3,24	5,84		3,38	14,50	13,98
	0,61	3,44	6,04		3,66	15,64	14,64

При центрально нагруженном фундаменте его подошву проектируют
квадратной, и сторона подошвы определяется как корень
квадратный из площади «А». При внецентренно нагруженном фундаменте
его подошву развивают в направлении действия наибольшего момента, т.е. проектируют прямоугольный в плане фундамент. Отношение ширины подош­вы фундамента (b)к его длине (l) принимают в пределах

m=b/l = 0,6...0,85 (5.5)

Задаваясь соотношением сторон, по вычисленному значению площади определяет длину (l) и ширину (b)подошвы фундамента, округляя их до бли­жайшего размера, кратного 300 мм.

Первой проверкой найденных размеров подошвы является установление формы эпюры давлений в подошве фундамента (контактных давлений) и сравнение ее с допустимой.

Форма эпюры контактных давлений обусловлена значениями эксцентриситетов, и проверка сводится к вы­полнению условия:

ξ_i ≤ ξ_u (i =1,2,….n) (5.6)

где ξ_i - расчетное значение относительных эксцентриситетов для каждого i - го сочетания нагрузок при расчетах по П гр. предельных состояний;

n - число сочетаний нагрузок при расчетах по П группе предельных состояний;

ξ_u - предельный эксцентриситет, принимающий следующие зна­чения [3]:

ξ_u =1/10 - для фундаментов под колонны производственных

зданий с мостовыми кранами грузоподъемностью 75 т и выше и открытых крановых эстакад с гранами грузоподъемностью более 15 т, для высоких сооружений (трубы, здания башенного типа и т.п.), а также во всех случаях, когда расчетное сопротивление грунтов основания R <150 кПа;

ξ_u =1/6 - для остальных производственных зданий с мостовыми кранами и открытых крановых эстакад;

ξ_u = 1/4 - для бескрановых зданий, а также производст­венных зданий с подвесным крановым оборудованием.

Относительный эксцентриситет вертикальной нагрузки в подошве фундамента для каждого сочетания определяется по формуле

ξ_i = e_i/a,(5.7)

где a - сторона подошвы фундамента (a = lили b), вдоль ко­торой действуют моменты, м;

e_i - эксцентриситет вертикальной нагрузки, приложенной к подошве фундамента, определяемый по формуле:

e_i = (Σ М_Пi) / (Σ N_Пi) (i =1,2…n) (5.8)

Здесь Σ N_Пi - сумма всех вертикальных сил, приложенных к подошве фундамента;

Σ M_Пi - сумма всех моментов, относительно выбранных координатных осей в подошве фундамента.

При учете моментов от временных нагрузок (снеговой, крановой, ветровой и т.д.) подколонник и подошву фундамента проекти­руют симметричными относительно колонны иначала их координат, пола­гая находящимися на одной оси, т.е. центры тяжести колонны, подколонника и подошвы в плане совпадают. Направления координатных осей назначают параллельными сторонам колонны, подколонника и подошвы фундамента (рис.I).

В курсовом проекте заданы моменты в обрезе фундамента только относительно одной оси О₁У (вдоль оси О₁Х). Поэтому условно можно определить моменты относительно точки О₁ пересечения оси колонны с подошвой фундамента (рис.1). При этом за положительное направление нагрузок условно принимается:

- для вертикальной нагрузки (N ↓) сверху вниз;

- для момента (М) против часовой стрелки;

- для горизонтальной силы (Q ←) справа, налево.

Для первого сочетания:

Σ N _П1 =N_П1 +G₁+G_f (5.9)

где G_f - ориентировочный вес фундамента, грунта на его уступах и
подготовки под полы, определяемый по формуле:

G_f = b• l • (d +0,15)• γ_mt•γ_n (5.10)

где γ_n - коэффициент надежности по назначению (γ_n=0,9);

Σ M _П1 = M _П1+ Q _П1•h_f +N _П1•O + G₁ (b_ст+ l_cт) •0,5 (5.11)

где b_ст – толщина стены, м; l_cт длина стены, равная 1 м.

Эксцентриситет приложения равнодействующей вертикальной наг­рузки в подошве фундамента в первом сочетании:

e₁ = (Σ M _П1)/(Σ N _П1) (5.12)

ξ₁ = (e₁)/ а (5.13)

Для второго сочетания:

Σ N _П2 =N _П2 +G₁+G_f (5.14)

Σ M _П2 = M _П2 + Q _П2•h_f +N _П2•O + G₁ (b_ст+ l_ст) •0,5 (5.15)

e₂ = (Σ M _П2)/(Σ N _П2) (5.16)

ξ₂ = (e₂)/ а (5.17)

Если какой-либо из вычисленных относительных эксцентриситетов (ξ_i) не удовлетворяет условию (5.6), то необходимо увеличить сторону подошвы фундамента, вдоль которой действует соответствующий момент (M_Пi) или произвести смещение центра тяжести подошвы в направлении действия соответствующего момента (Σ M_Пi).

В соответствии со СНиП 2.02.01-83* среднее давление под подошвой фундамента (Р) не должно превышать расчетное сопротивление грунта (R), краевое давление при действии изгибающего момента вдоль каждой оси фундамента (P_max) не должно превышать 1,2 R и в угловой точке (P^с_max) не должно превышать 1,5 R .

При действии момента только в одной плоскости должны выполняться два условия:

Р < R и P_max ≤ 1,2 R (5.18)

Давления под подошвой определяют по формулам:
среднее

P_Пi = (ΣN_Пi ): (b•l) (5.19)

максимальное и минимальное краевые давления для первого и второго сочетания нагрузок

P_Пmaxi = P (1+6ξ_i) (5.20)

P_Пmini = P (1- 6ξ_i) (5.21)

Значения давлений вычисляют для каждого i-гo сочетания нагрузок, принимаемых при расчете по деформациям.

В курсовом проекте используют два сочетания нагрузок и относительные эксцентриситеты (ξ_i) определяют по формулам (5.12) и (5.16). Для каждого из двух сочетаний проверяются условия (5.17), которые имеют следующий вид:

P_П1 ≤ R; P_Пmax1 ≤ 1,2R; P_П2 ≤ R; P_Пmax2 ≤ 1,2R; (5.22)

Размеры подошвы фундамента считаются подобранными удачно, если хотя бы в одном из условий (5.22) отклонения составляют: перенапряжение не более 5%, недонапряжение - до 10%.

При наличии в пределах сжимаемой толщи основания ниже подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев, размеры фундамента должны быть достаточ­ными, чтобы суммарные напряжения от собственного веса G_zg и допол­нительные G_zp не превышали расчетного сопротивления грунта пони­женной прочности R_z т.е. чтобы выполнялось условие:

G_zp + G_zg ≤ R_z (5.23)

При выполнении этого условия ранее определенные размеры остав­ляют без изменения. В противном случае – увеличивают. Примеры подбора размеров подошвы по условию (5.23) можно найти в пособии по проектированию оснований зданий и сооружений. Приложение к СНиП 2.02.01-83.– М.:Стройиздат, 1986.–416 с.

6. РАСЧЕТ ОСАДОК ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА

Подобранные ранее размеры подошвы фундамента должны быть достаточными, чтобы удовлетворялось условие расчета основания по деформациям:

S ≤ S_u (6.1)

где S - совместная деформация основания и сооружения, определяемая

расчетом по приложению 2 СНиП 2.02.01-83* ;

S_u- предельное значение совместной деформации основания и сооружения, которое допускается принимать согласно приложению 4 СНиП 2.02.01-83*.

Метод послойного суммирования рекомендуется СНиП 2.02.01 – 83* для расчета осадок фундаментов шириной менее 10 м. Величина осадки фундамента опре­деляется по формуле

, (6.2)

где β– безразмерный коэффициент, равный 0,8;

– среднее вертикальное (дополнительное) напряжение в i – м слое грунта;

h_i и E_i– соответственно толщина и модуль деформации i – го слоя грунта;

n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Техника расчета сводится к следующему:

6.1. Сжимаемую толщину грунтов, расположенную ниже подошвы фунда­мента, разбивают на элементарные слои толщиной h_i ≤ 0,4b,

где b – ширина подошвы фундамента.

Границы элементарных слоев должны совпадать с границами слоев грун­тов. Глубина разбивки должна быть при­мерно равна 3b.

6.2. Определяют значения вертикальных напряжений от собственного веса грунта (σ_zgo) на уровне подошвы фундамента

σ_zgo = Σγ_ih_i (6.3)

где Σγ_ih_i – сумма вертикальных нагрузок, от собственного веса грунта выше подошвы фундамента.

6.3. Определяют значения вертикальных напряжений от собственного веса грунта (σ_zgo) на уровне подошвы фундамента и на границе каждого слоя

, (6.4)

где – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне по­дошвы фундамента;

– удельный вес грунта i – го слоя;

h_i – толщина i – го слоя грунта.

По результатам расчета строится эпюра вертикальных напряжений от собственного веса грунта.

Таблица 6.1 - Значение коэффициентов «α» для расчета осадки

	Прямоугольные фундаменты с отношением сторон
	1,2	1,4	1,6	1,8		2,4	3,2
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6   2,0 2,4 2,8 3,2 3,6   4,0 4,4 4,8 5,2 5,6   6,0 6,4 6,8 7,2 7,6   8,0 8,4 8,8 9,2 9,6	1,000 1,960 0,800 0,606 0,449   0,336 0,257 0,201 0,160 0,130   0,108 0,091 0,077 0,066 0,058   0,051 0,045 0,040 0,036 0,032   0,029 0,026 0,024 0,022 0,020   0,019 0,017 0,015	1,000 0,968 0,830 0,652 0,496   0,379 0,294 0,232 0,187 0,153   0,127 0,107 0,092 0,079 0,069   0,060 0,053 0,048 0,042 0,038   0,035 0,032 0,029 0,026 0,024   0,022 0,020 0,018	1,000 0,972 0,848 0,682 0,532   0,414 0,325 0,260 0,210 0,173   0,145 0,122 0,105 0,091 0,079   0,070 0,062 0,055 0,049 0,044   0,040 0,037 0,034 0,031 0,028   0,026 0,023 0,020	1,000 0,974 0,859 0,703 0,558   0,441 0,352 0,284 0,232 0,192   0,262 0,137 0,118 0,102 0,089   0,078 0,070 0,062 0,056 0,050   0,046 0,042 0,038 0,035 0,032   0,030 0,027 0,024	1,000 0,975 0,866 0,717 0,578   0,463 0,374 0,304 0,251 0,209   0,176 0,160 0,130 0,112 0,099   0,087 0,077 0,069 0,062 0,056   0,051 0,046 0,042 0,039 0,036   0,033 0,029 0,026	1,000 0,976 0,870 0,727 0,593   0,481 0,392 0,321 0,267 0,224   0,190 0,163 0,141 0,123 0,108   0,095 0,085 0,076 0,068 0,062   0,056 0,051 0,047 0,043 0,040   0,037 0,033 0,028	1,000 0,976 0,876 0,740 0,612   0,505 0,419 0,350 0,294 0,250   0,214 0,185 0,161 0,141 0,124   0,110 0,098 0,088 0,080 0,072   0,066 0,060 0,055 0,051 0,047   0,044 0,040 0,034	1,000 0,977 0,879 0,749 0,630   0,529 0,449 0,383 0,329 0,285   0,248 0,218 0,192 0,170 0,152   0,136 0,122 0,110 0,100 0,091   0,084 0,077 0,070 0,065 0,060   0,056 0,050 0,044	1,000 0,977 0,881 0,754 0,639   0,545 0,470 0,410 0,360 0,320   0,285 0,256 0,230 0,208 0,189   0,172 0,158 0,144 0,133 0,123   0,113 0,105 0,098 0,091 0,085   0,079 0,071 0,060	1,000 0,977 0,881 0,755 0,642   0,550 0,477 0,420 0,374 0,337   0,306 0,280 0,258 0,239 0,223   0,208 0,196 0,184 0,175 0,166   0,158 0,150 0,144 0,137 0,132   0,126 0,114 0,104

6.4. Определяют дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента по формуле

. (6.5)

Среднее давление на грунт от нормативных постоянных нагрузок

P = (N_Пi )/A (6.6)

Значения ординат эпюры распределения дополнительных вертикальных напряжений в грунте вычисляются по формуле

, (6.7)

где α – коэффициент, принимаемый по табл. 6.1 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной .

Результаты расчета заносят в таблицу 6.2 и по этим данным и строят эпюры соответствующих напряжений.

Таблица 6.2–Результаты расчетов при определении осадки фундамента