I. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании

Физико-механические свойства грунтов

Таблица 1

Анализ инженерно-геологических условий площадки

Геологический разрез

По основным физическим характеристикам и классификационным пока­зателям грунтов площадки определяются физико-механические характерис­тики грунтов площадки, обеспечивающие возможность определения расчетного сопротивления и деформации оснований, а именно:

1) песчаного грунта:

                      - коэффициент пористости е

где     - плотность минеральных частиц   

W - природная влажность
 - природная плотность          

             - степень влажности грунта

       2) супеси пылеватой

                      - коэффициент пористости е     

       3) глина четвертичная

                       - коэффициент пористости е    

                      - число пластичности грунта по значениям влажностей на пределе текучести и раскатывания

I_p   = W_l - W_p = 0,4 – 0,2 = 0,2

                   - показатель текучести грунта

  По вычисленным физико-механическим характеристикам и классификационным показателям грунта по табл.1 прил.1 СНиП 2.02.01-83 определяются прочностные и деформационные характеристики грунта С, j, Е,

        Все вычисленные и определенные физико-механические характеристики грунтов заносятся в сводную таблицу физико-механических характеристик грунтов площадки.

 Таблица 2

I. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании

1. Выбор глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундамента зависит от:

- климатического района строительства (глубины промерзания грунта);

- технологических особенностей проектируемого здания (наличия подвалов, технологических каналов, расположенных в подземной части здания, технологических отстойников, водящих боровов, подводящих трубопроводов и др.);

- конструктивных особенностей проектируемого здания или сооружения;

- фактора инженерно-геологических условий.

      1.1. С учетом глубины промерзания глубина заложения фундамента назначается по расчетной схеме глубины сезонного промерзания грунта d_f, которая устанавливается следующим образом:

        Нормативная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:  

 м,

где M_t - безразмерный коэф., численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе по СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика" (для Днепропетровска M_t = -13,3).

       d₀ - величина в метрах, принимаемая равной:

· для суглинков и глин - 0,23

· для супесей, песков мелких и пылеватых - 0,25

· для песков средней круп­ности, крупных и гравелистых - 0,30

· для крупнообломочных грунтов - 0,34

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется: (м)

            где k_h - коэф., учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый 0,8.

            Глубина заложения фундаментов по первому фактору (глубине промер­зания):

 м

                1.2. С учетом технологических особенностей проектируемого здания глубина заложения фундамента должна назначаться на 0,5 м ниже отметки технологических подвалов, т.е:

где d_n - отметка пола подвала или пола технологического пространства проектируемого объекта.

Подвала в данном здании нет.

            1.3. С учетом конструктивных особенностей здания глубину заложения фундамента рекомендуется назначать в зависимости от действующих нагрузок и принимать при

1000 < g < 2000 кH d = 1,5 м

2000 < g < 3000 кН d = 2,0 м

3000 < g < 5000 кН d = 2,5 м

                                                       g > 5000 кН         d = 3,0 м (при N = 5400 кН)

           1.4. При анализе инженерно-геологических условий учитывают следующие факторы:

· фундамент должен быть заглублён в несущий слой грунта минимум на 0,5 м;

· фундамент должен прорезать верхние слои слабого грунта;

· под подошвой фундамента нельзя оставлять тонкий слой несущего грунта.

Вывод: Исходя из анализа инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей здания, принимаем глубину заложения фундамента

При этом несущим слоем является песок мелкозернистый с характеристиками: C = 2 кПа, E = 28 МПа, φ = 32˚, =19,3 кН/м³.

1. Расчет площади подошвы с проверкой контактных напряжений

            Предварительно размеры фундамента в плане определяются по краевому расчетному сопротивлению R _кр. при ширине фундамента b = 1м:

        (1)

            где  - коэффициенты условий работы оснований ( ) и соору­жений ( ) принимаются по табл.3 СНиП 2.02.01-83;

                   К – коэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характе­ристики грунта (j и С) определены непосредственными ис­пытаниями, К = 1,1, если j и С приняты по табл.1-3 прил.1 СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений";

                    - коэффициенты, принимаемые по табл.4 СНиП 2.02.01-83

                   k_z – коэффициент влияния площади фундамента. Для фундаментов шириной

                              b < 10м, к_z = 1

                              b > 10м, к_z = Z₀/ b+0,2 (Z₀ = 8,0 м)

                              b - ширина фундамента (принятая нами b = 1м)

                   - расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента;

                   - расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента,

 кН/м³

                   - удельные весы грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (см. рис.)

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

                d₁ - глубина заложения фундаментов без подвальных зданий (помещений) от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (если нет подвала, то d₁ = d):  

h_s - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf - толщина пола подвала, м.

- удельный вес конструкции пола подвала.

d_в  - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола.

Определяется площадь фундамента в первом приближениям по формуле:

            По определенной площади фундамента вычисляются размеры фундамента в плане:

где α- соотношение сторон фундамента (  = l/b) или сторон сечения колонны или сооружения. По вычисленным размерам фундамента в плане устанавливается со­противление грунта основания по формуле (1):          

I. 1) При b = 1 м, R = 514,27 кПа

2) A =  м²

     3) м

     4)

II. 1) При b = 3,45 м, R = 596,6 кПа

2) A =  м²

     3) м

III. 1) При b = 3,17 м, R = 587,26 кПа

2) A =  м²

     3) м

Прекращаем подбор.

            Вычисленные размеры фундамента в плане округляют в большую сторону до кратных 0,1м для гражданских зданий, т.е. принимаем b = 3,2 м, а l = 3,2 м, соответственно A =  м² R = 587,26 кПа.

            2.1 Проверяем контактные напряжения.

1.  ;      

 2. Проверяются контактные напряжения по подошве фундаментов по условию:

кПа

 кПа

            N, M_x, M_y - усилия, передаваемые на фундамент от сооружения (по заданию или расчету рамы)

            W_x, W_y - момент сопротивления подошвы фундамента

 м³

Конструирование фундамента

            По заданию вид колонны – железобетонная, размерами 0,4 х 0,4 м.

3.1. Тип фундамента назначают из условия жесткости

мм

мм

Фундамент принимаем с подколонником.

3.2.Размеры подколонника в плане назначаются конструктивно и принимаются равными:

b_пк= b_к+0,6=0,4+0,6=1 м

l_пк=l_к+0,6 = 0,4+0,6 =1 м

         Для выбранного типа фундаментов определяется высота конструкции фундамента или его плитной части по формуле:

,

м

где

l, b – размеры подошвы фундамента в плане;

- размеры сечения колоны (по заданию).

 - расчётное сопротивление бетона на растяжение, кПа;

 - среднее давление подошвы фундамента, кПа.

Реальная высота (с учётом защитного слоя) вычисляется по формуле:

            Принимаем оптимальную высоту, равную 900 мм (кратную 150 мм)

При данной высоте конструктивно целесообразно установить 3 ступени по – 300 мм.