Вариантное проектирование фундаментов здания

F_vI = F_vII ·1,2 = (300+63,84+2,04+46,05) ·1,2 = 494,32 кН.

tgδ = F_hI / F_vI = 0/494,32 = 0

sin φ_I = sin (φ/γ_g ) = sin 18,6/1,15 = sin 16,17 = 0,278,

где γ_g = 1,15 - коэффициент надёжности по грунту для угла внутреннего трения грунта (супесь);

  φ_I = φ/γ_g  - расчётное значение угла внутреннего трения грунта.

  tgδ < sin γ_g (0 < 0,278)

  Поскольку выполняется данное неравенство (tgδ < sin φ_I), и несущий слой грунта основания находится в стабилизированном состоянии, то схемой возможного разрушения основания является глубинный сдвиг, а методом расчёта - аналитический метод расчёта оснований по несущей способности.

  3). Аналитические методы расчёта оснований по несущей способности используют при расчёте на возможность возникновения глубинного сдвига при стабилизированном состоянии основания и tgδ < sin φ_I. Тогда вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания определяется по формуле:

  Fu = b' l' (N_γ·ε_γ·b'γ_l + N_gε_gγ_l'd + N_cε_cc_I),

где b'= b - 2e_b - приведённая ширина фундамента.  

l' = l - 2e_l - приведённая длина фундамента [СНиП 2.02.01-83, п.2,59].

e_b, e_l - соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок в направлении поперечной и продольной осей фундамента.

e_b = M_I / F_ÎI = 89,56·1,2/494,32 = 0,22 м.

e_l = 0 м.

l'= 1,0 –0 = 1 м (для ленточных фундаментов).

b' = 2,8 -2∙0,22 = 2,36 м.

γ_I , γ'_I  - расчётные значения удельного веса грунтов, находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента.

γ_I = γ_II / γ_g(γ)= 11,17/1= 11,17 кН/м³;

γ'_I = γ'_II / γ_g(γ)= 18,57/1=18,57 кН/м³,

 где γ_g(γ) = 1 - коэффициент надёжности по грунту для удельного веса грунта.

c_I = с/ γ_{g (с)} = 9,4/1,5 =6,27 кПа - расчётное значение удельного сцепления грунта,

где γ_{g (с)} = 1,5 - коэффициент надёжности по грунту для сцепления грунта.

d = 2,75 м - глубина заложения фундамента.

  Для  φ_I = 16,17^о безразмерные коэффициенты несущей способности Nγ, Ng, Nc находят методом интерполяции:

  N_γ =1,71;

  N_g = 4,52;

  N_c = 11,88.

ε_γ, ε_g, ε_c – коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам:

  η= l′/b′ =1/2,36 =0,42 < 1.

  

  Тогда принимаем η = 1.

ε_γ =1-0,25/ η =1-0,25 / 1 =  0,75;

ε_g = 1+1,5/ η =1+1,5/ 1 = 2,5;

ε_c = 1+0,3/ η = 1+0,3/ 1 =1,3;

  F_u =2,36 ·1· (1,71·0,75·2,36·11,17 + 4,52·2,5·18,57·2,75+11,88·1,3·6,27) = 1670,18 кН.

  Расчёт  оснований по несущей способности  производится исходя из условия:

  F < γ_c F_u/γ_n

γ_c F_u/γ_n = 0,9 · 1670,18/1,15 = 1307,1 кН;

F = F_vI = 494,32 кН.

  Условие выполняется т.к. 494,32  кН < 1307,1 кН, значит, обеспечены прочность и устойчивость основания, недопущение возможности возникновения глубинного сдвига фундамента. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Вариант 2. Свайный  фундамент

   6.1. Рациональность применения  свайных фундаментов

  Свайные фундаменты рационально применять  при большой толщине слабых грунтов, залегающих сверху (текучепластичных и текучих глинистых грунтов, заторфованных, насыпных), а также при высоком горизонте грунтовых вод и при глубоком промерзании грунтов, для понижения трудоемкости, увеличения степени механизации работ нулевого цикла и экономической их целесообразности.

  

   6.2. Определение глубины  заложения подошвы  ростверка

  Ростверк  пытаются заложить как можно выше, так как это обеспечивает более  экономичное решение.

  При установлении глубины заложения  подошвы ростверка руководствуются  теми же соображениями, что и при определении глубины заложения подошвы фундаментов, возводимых на естественном основании (п. 4.1) .

  При наличии подвала минимальная  глубина заложения подошвы ростверка  от уровня планировки определяется по формуле:

d_f =d_в + h_р + h_cf,

где d_в – глубина подвала по зданию, d_в = 2,1 -0,15 = 1,95 м;

h_р – высота ростверка;

h_cf - толщина конструкции пола подвала, h_cf = 0,2 м.

  Высота  ростверка под стены здания определяется из конструктивных соображений:

  0,3 ≥ h_р ≥ h_о +0,25.

  Принимаем ростверк высотой h_р = 0,5 м (глубина заделки сваи в ростверк h_о =0,25 м), тогда глубина заложения ростверка будет равна:

  d_f =1,95 + 0,5 + 0,2 = 2,65 м.

  Совместим верх пола подвала с верхом ростверка. Тогда в этом случае глубина заложения ростверка будет:

d_f =1,95 + 0,5 = 2,45 м.

H_тр = d_f + h_{над зем} = 2,45 – 0,15 = 2,3 м;

H_ф =0,6∙3 + 0,5 = 2,3 м.

      6.3. Выбор вида и  размеров свай

  Согласно  СНиП 2.02.03 - 85 [3, п. 2.2], сваи по характеру работы в грунте разделяют на сваи-стойки и сваи трения (висячие).

  К сваям-стойкам относят сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты, а кроме того, забивные сваи, опирающиеся на малосжимаемые грунты. К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным, а также твердые глины с модулем деформации E > 50 МПа.

  Сваи, передающие нагрузку острием и боковой  поверхностью на сжимаемые грунты, называются сваями трения (висячими).

  Длина сваи определяется глубиной залегания  слоя хорошего грунта, в который  заглубляется свая, отметкой заложения подошвы ростверка (п.6.2) и величиной заделки сваи в ростверк (п. 6.2). При назначении длины сваи слабые грунты (насыпные, торф, грунты в текучем и рыхлом состоянии) необходимо прорезать и острие сваи заглублять в плотные грунты. При очень мощной толще слабых грунтов нижние концы свай оставляют в них. Если кровля несущего слоя имеет наклон, применяют сваи различной длины.

  Обычно  заглубление сваи в крупнообломочные гравелистые, крупные и средней  крупности песчаные грунты, а также  в глинистые грунты с показателем консистенции I_L ≤ 0,1 должно быть не менее 0,5 м, в прочие нескальные грунты – не менее 1 м.

Выбираем  висячую забивную сваю с заглублением в супесь на 1 м.

Требуемая длина сваи:

l_{св, тр} = 1 + 0,15 + 0,25 = 1,4 м. 

  Определив тип и требуемую длину сваи, выбираем по сортаменту рациональное сечение и марку сваи [1, табл. 2]. Принимаем сваю С4,5-30 - висячая свая длиной 4,5 м цельного  квадратного сплошного сечения с шириной грани 30 см с ненапрягаемой арматурой.

   6.4. Определение расчетной  нагрузки, допускаемой на сваю

   

  Допускаемая нагрузка на сваю определяется из условий  работы сваи по грунту и по материалу. В расчетах используется меньшее значение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, полученное по двум указанным условиям.

6.4.1. Определение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, по грунту

  Расчётная нагрузка F_d, кН, допускаемая на висячую забивную сваю, определяется по формуле

  F_d = γ_cּ(γ_cR RA + u∑γ_cff_i h_i);

где  γ_c - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимается γ_c =1;

R - расчётное  сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по табл.1 [3], в зависимости от вида грунта, его состояния и глубины заложения несущего слоя, кПа (R = 2908,5 кПа);

A - площадь опирания сваи на грунт, м² (А = 0,3ּ0,3 = 0,09 м²);

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м (u = 0,3ּ4 = 1,2 м);

f_i - расчётное сопротивление i - го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, определяемое по табл.2 [3] в зависимости от глубины расположения, вида и состояния грунта i - го слоя;

  Разделим  пласты грунтов, которые проходит свая на однородные слои толщиной не более 2 м: 1-ый слой песок средней крупности h₁ = 0,15 м, 2-ой слой супесь h₂ = 1,4 м, 3-ий слой супесь h₃ = 1,4, 4-ый слой супесь h₄ = 1,3 м тогда:

l_{1 ср} = 0,15/2 + 2,45 = 2,525 м   f₁ = 45,15 кПа;