Контрольная работа по "Строительству"

Глубину заложения  фундамента колонн части здания без подвала принимаю равной 1,9м (плита пола по грунту – 0,3м; высота подколонника столбчатого фундамента – 1м; высота плитной части столбчатого фундамента – 0,6м)

Глубина заложения фундамента должна быть увязана с конструкцией самого фундамента, отметкой пола в подвале, отметкой ввода коммуникаций. Поэтому следует в соответствии с назначением и конструктивными особенностями здания подобрать типовые конструкции фундаментов, номенклатура которых приведена в прил. 2 методических указаний. У зданий, которые имеют подвал глубина заложений фундамента предопределена и может быть вычислена по формуле

,

Где h_n – высота подвала, расстояние от уровня чистого пола первого этажа до пола подвала, h_n=3,2 м;

h_cf – толщина конструкций пола, h_cf =0,3 м;

h_s – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала (определяется высотой фундамента h_f), примем h_s=0,6м; h_u – высота цокольной части, расстояние от уровня чистого пола первого этажа до планировочной отметки DL, h_u=0,6м.

м

Глубина заложения  фундаментов колонн части здания с подвалом принимаю равной 4,1м.

 

Предварительное определение размеров подошвы фундамента в плане и конструирование  фундаментов.

Размеры подошвы фундамента в плане (ширина b, длина l или площадь А) в основном зависят от особенностей конструктивного решения несущих элементов здания, передающих нагрузку на фундамент, характера нагрузок и механических свойств грунтов основания. Под стенами зданий, как правило, проектируют ленточные фундаменты. В зданиях каркасного типа следует применять отдельные фундаменты для каждой колонны. Критерии определения размеров подошвы устанавливают исходя из требования расчета оснований фундаментов по предельным состояниям.

В порядке первого  приближения требуемая площадь подошвы фундамента при заданной глубине его заложения может быть определена по условному расчетному сопротивлению грунта R₀. Примерная площадь подошвы фундамента от действия вертикальных расчетных нагрузок составит

Где N_oII – расчетная вертикальная нагрузка, действующая по обрезу фундамента от веса надземной части здания (принимается для расчета по второй группе предельных состояний), кН или кН/пог.м; R₀ - табличное (по СНиП 2.02.01-83) значение расчетного сопротивления грунта несущего слоя основания, КПа; β- коэффициент, учитывающий меньшее значение удельного веса грунта, лежащего на обрезах, по сравнению с материалом фундамента, в предварительных расчетах  βγ_f можно принять равным 19...20 кН/м³ (при наличии подвала 16... 18 кН/м³)  γ_f - удельный вес материала фундамента, кН/м³; d - глубина заложения подошвы фундамента от уровня планировки DL, м.

Расчет оснований  и фундаментов производится по расчетным нагрузкам, определяемым по величинам нормативных нагрузок с введением коэффициентов надежности по нагрузке γ_f, которые учитывают возможные отклонения нагрузки в неблагоприятную сторону от нормативных значений и устанавливаются в зависимости от группы предельных состояний по СНиП 2.01.07-85 [13].

Коэффициент надежности по нагрузке γ_f принимается при расчете оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) равным единице:

где   N₀^H -  нормативное значение вертикальной нагрузки

(для расчетных  сечений фундаментов здания приведено  в задании к курсовому проекту [1]).

 

Для столбчатого  фундамента (сечение 1-1): N_oII=550 кН; R₀=100 КПа; d=1,9 м.

А=550/(100-20х1,9)=8,8 м².

 

Ширину прямоугольной  подошвы фундамента (под колонну) находят из выражения

где η=l/b, при центральной нагрузке η = 1, при внецентренной - η = 1,2-1,5.

Принимаю b=2,7 м, тогда длина подошвы фундамента l=A/b=8.8/2.7=3.26м

Принимаю l=3.3 м

 

Для ленточного фундамента (сечение 3-3): N_oII=195 кН; R₀=262 КПа; d=3,6 м.

 

При ленточных (непрерывных) фундаментах расчет ведется на 1 пог.м, при этом определяется только ширина фундамента, которая численно равна

 

b=195/(262-17х3,6)=0,97 м.

Принимаю ширину ленточного фундамента b=1,2 м.

Определение расчетного сопротивления грунта основания и корректировка размеров фундамента.

Размеры подошвы фундамента в основном зависят от механических свойств грунтов оснований, характера передающихся фундаменту нагрузок, а также от особенностей несущих конструкций здания, передающих нагрузку на фундамент. Критерии выбора размеров подошвы фундамента основываются, прежде всего, на требованиях расчета оснований по предельным состояниям.

При расчете  деформаций основания с использованием расчетных схем, указанных в п. 2.40 СНиП [7], среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания. Задавшись, исходя из опыта проектирования, шириной ленточного или отдельного фундамента под колонну, определяют соответствующее ей расчетное сопротивление грунта основания по формуле СНиП [7].

где γ_cl - коэффициент условий работы грунтового основания, зависит от вида грунтов, лежащих в основании ; γ_с2. - коэффициент условий работы сооружения в взаимодействии с основанием, зависит как от вида грунтов, залегающих непосредственно под подошвой фундамента, так и от жесткости здания и от отношения длины здания или его отсека к его высоте Н; К - коэффициент, учитывающий степень достоверности определения расчетных характеристик грунта, принимаемый равным 1,0, если прочностные характеристики грунта φ и С определены непосредственными испытаниями, и равным 1,1, когда эти характеристики приняты по справочным таблицам; М_г, М_а, М_с - коэффициенты, принимаемые  в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения от грунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента; K_z - коэффициент, принимаемый равным при b < 10 м K_z =1, при b> 10 K_z = z0/b + 0,2 (zo=8m); b - меньшая сторона (ширина) подошвы фундамента, м; d_I - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки DL (dl=d) или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

где hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, т.е. от отметки подошвы фундамента до отметки низа пола подвала, м; h_cf  - толщина конструкций пола подвала, м, обычно равна 0,2-0,3 м; γ_cf - расчетный удельный вес материала пола подвала, кН/м³, принимается в пределах 20-24 кН/м³; γ_II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действие воды), кН/м³;

γ_II^I - то же, залегающих выше подошвы; db, - глубина подвала, равная расстоянию от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В < 20 м и глубиной более 2 м принимается db = 2 м); C_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа.

Расчетные значения удельного веса грунтов γ_II , γ_II^I материала пола подвала γ_cf, входящие в формулу для определения R, допускается принимать равными их нормативным значениям (полагая коэффициенты надежности по грунту и материалу равными единице).

При вычислении R значения характеристик φ_II, C_II и γ_II принимаются для слоя грунта, находящегося под подошвой фундамента до глубины Z_R = 0,5b при b < 10 м и Z_R =t+0,lb при b> 10м (здесь t = 4 м).

Если толщина  грунтов, расположенных ниже подошвы фундаментов или выше ее, неоднородна по глубине, то принимаются средневзвешенные значения ее характеристик X, определяемых по формуле

где Хi – значение характеристики i-го инженерно-геологического элемента; hi – толщина элемента.

 

При определении  коэффициентов условий работы γ_c1 и γ_c2 по табл.15 прил.1 следует принять во внимание следующие рекомендации. К сооружениям с жесткой конструктивной схемой относятся сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформаций оснований, в том числе за счет применения следующих мероприятий: введение дополнительных связей в каркасных конструкциях, устройство железобетонных или армокаменных поясов, разрезка сооружений на отдельные отсеки и т.п. Это - здания панельные, блочные, кирпичные, в которых междуэтажные перекрытия опираются по всему контуру на поперечные и продольные стены или только на поперечные при малом их шаге; сооружения башенного типа (например, домны, дымовые трубы). К зданиям с гибкой конструктивной схемой относят одноэтажные и многоэтажные здания с шарнирным сопряжением элементов каркаса (например, одноэтажные промышленные здания в сборном железобетоне). Схемы к определению расчетного сопротивления грунта основания приведены на рис.5. С примерами определения R можно познакомиться в справочной и учебной литературе [2; 4; 8; 9; 11; 12; 21]. При соответствующем обосновании с учетом улучшения совместной работы фундамента и грунта расчетное сопротивление последнего может быть повышено. В случае применения для устройства ленточных фундаментов плит с угловыми вырезами расчетное сопротивление грунта основания допускается увеличивать на 15% по сравнению с плитами без вырезов [7]. Расчетное сопротивление грунтов основания R при прерывистых фундаментах определяется как для ленточных сплошных фундаментов с повышением найденного значения R коэффициентом K_d, .принимаемым по табл.13 прил. 1.

В соответствии с принятой конструкцией фундамента производят уточнение действующих расчетных нагрузок на основание. К заданной вертикальной нагрузке (на обрез фундамента) Noii следует добавить нагрузки от веса фундамента N_фII (плитная и подколонная часть, стеновые блоки, фундаментные блоки, ограждающие панели, цокольные блоки и т.п.), а также от веса грунта на уступах и обрезе фундамента от обратной засыпки пазух N_ГII.

Для центрально нагруженных фундаментов среднее давление под подошвой Р от суммарной расчетной нагрузки не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, определяемого по формуле (21)

 

Для внецентренно нагруженных фундаментов (при действии изгибающих моментов в одном направлении) краевые давления под подошвой фундамента ограничиваются следующими условиями:

где P_max - максимальное давление под краем подошвы внецентренно нагруженного фундамента; Р_min - минимальное давление под краем подошвы внецентренно нагруженного фундамента; NII - суммарная расчетная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его обрезах, принимаемая для расчета оснований по второй группе предельных состояний (γ_f= 1,0); А - площадь подошвы фундамента (для ленточного фундамента А = b x l пог.м); MII - расчетный изгибающий момент в уровне подошвы фундамента (МII= γ_fM₀^н, где M₀^н - нормативное значение изгибающего момента, принимаемое по заданию I); W - момент сопротивления площади подошвы фундамента (в направлении действия изгибающего момента).

 

Для столбчатого фундамента

где l - большая сторона прямоугольной подошвы фундамента, в направлении которой действует момент.

Для ленточного фундамента

где b - ширина подошвы ленточного фундамента.

При наличии  изгибающих моментов, действующих в двух направлениях М_х, М_у, параллельных осям X и У прямоугольного фундамента, краевое давление вдоль каждой оси фундамента не должно пресыщать 1,2R, а в угловой точке - 1,5R. Величина наибольшего давления в угловой точке определяется по формуле

Минимальное давление должно быть больше О, т.е. не должно быть отрыва части подошвы фундамента от грунта в результате появления растягивающих напряжений. При наличии на полах сплошной равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q краевые и средние давления на грунт под подошвой фундамента увеличиваются на эту величину. Нагрузку на полы промышленных зданий допускается принимать q = 20 кПа, если в технологическом задании на проектирование не оговаривается большее значение этой нагрузки. Если нагрузка на полы расположена лишь с одной стороны фундамента, она учитывается как полосовая [8]. В этом случае среднее давление на грунт под подошвой фундамента, а также краевые давления должны быть увеличены на K<,q, где коэффициент изменения в толще грунта давления от нагрузки на полы Kq, принимается по табл. 17 прил. 1 в зависимости от отношений z/bo и у/b₀, где z и у - координаты точек, расположенных по вертикали, проходящей через рассматриваемую точку по подошве фундамента (рис.6).

 

При расчете  ленточных фундаментов зданий, в которых имеются подвальные помещения, необходимо учитывать моменты, которые возникают от активного горизонтального давления грунта на стены подвала в результате засыпки пазух фундамента. При этом следует учитывать временную нагрузку на поверхности грунта вблизи стен здания от подвижной транспортной нагрузки и складируемого материала, интенсивностью q = 10 кН/м². Обычно эту нагрузку приводят к слою грунта толщиной

 

 

 

Где γ_II^I - расчетное значение удельного веса грунта обратной засыпки.

Горизонтальное давление грунта на стены подвала определяют по формулам активного давления грунта на подпорные стенки. Интенсивность давления грунта на подпорную стенку на отметке подошвы фундамента р_з определяется из выражения:

 

 

Изгибающий  момент по подошве фундамента определяется приближенно как момент на опоре однопролетной балки с одним заделанным (нижним) концом по формуле

Если отношение  толщины стены в сборном варианте к ширине фундамента bст/b больше или равно 0,7, нижняя опора считается также шарнирной и фундамент рассматривается как центрально нагруженный.

Основная  трудность при проектировании фундаментов заключается в том, что их размеры назначают, исходя из расчетного сопротивления грунтов основания, в то время как оно является переменной величиной и, в свою очередь, зависит от размеров подошвы фундамента. Поэтому при проектировании фундаментов задачу по определению размеров его подошвы решают последовательным приближением. Следует заметить, что значения давления на грунт по подошве фундамента и расчетного сопротивления грунта в каждом приближении необходимо определить для одних и тех же размеров подошвы фундамента.

По итогам проверок можно сделать заключение об эффективности выбранного фундамента. Ни при одной проверке недопустима перегрузка грунта. В этом случае следует принять более мощный фундамент и повторить расчеты. Если имеет место недогрузка, фундамент неэкономичен и его размеры следует уменьшить, когда это возможно конструктивно. Приемлемым является такой вариант фундамента, при котором расчетное давление на грунт Р или р_max отличается от расчетного сопротивления грунта основания R или 1,2R в меньшую сторону на 5-10%. Наименьшая площадь подошвы фундамента получается, когда Р = R и одновременно удовлетворяется условие P_max≤1,2R. Чтобы добиться минимального значения площади подошвы фундамента, увеличивают размер подошвы в направлении действия момента и уменьшают перпендикулярный ему размер подошвы. Для уменьшения влияния большого эксцентриситета нагрузки и выравнивания давления по подошве фундаменты делают нессиметричными. Для этого их развивают в направлении эксцентриситета, приближая по возможности центр тяжести подошвы к вертикали приложения равнодействующей силы. Иногда смещают центр тяжести подошвы симметричного фундамента в сторону точки приложения равнодействующей. Когда эксцентриситет достигает значения