Вариантное проектирование фундаментов здания

l_{2 ср} = 1,4/2 + 2,6 = 3,3 м   f₂ = 32,81 кПа;

l_{3 ср} = 1,4/2 + 4 = 4,7 м   f₃ = 36,1 кПа;

l_{4 ср} = 1,3/2 + 5,4 = 6,05  м  f₄ = 38,75 кПа;

γ_cR, γ_cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения свай на расчётные сопротивления грунта, определяемые по табл. 3 [3] в зависимости от вида и состояния грунта,  принимаем γ_cR =1, γ_cf= 1.

  F_d = 1ּ(1∙2908,5∙0,09 + 1,2 ∙(1∙45,15∙0,15 + 1∙32,81∙1,4 + 1∙36,1∙1,4+ 1∙38,75∙1,3) = 446,11 кН. 

  6.4.2. Определение расчетной  нагрузки, допускаемой  на сваю, по сопротивлению  материалов (сваи)

  Несущая способность железобетонной сваи, работающей на сжатие по материалу:

  F_ж/б = γ _с ϕ(γ_сb R_b A_b + R_sс A_s),

где γ_с-коэффициент условий работы, принимается γ_с = 1 при d > 20 см;

ϕ- коэффициент продольного изгиба, для низкого ростверка ϕ=1;

γ_сb- коэффициент условий работы бетона, для забивных свай γ_сb = 1;

R_b-расчетное сопротивление бетона сжатию, определяемое по [4], (R_b = 8,5 МПа для бетона класса В15);

A_b-площадь поперечного сечения сваи, (A_b = 0,3 ּ0,3 = 0,09 м²);

R_s  -расчетное сопротивление арматуры сжатию, определяемое по [4], (R_s = 225 МПа для арматуры 4 Ø 10А-I;

A_s-площадь сечения продольной арматуры, определяется по [4], (A_s =0,000314 м².

  F_ж/б = 1∙ 1∙(1∙ 8,5∙0,09 + 225∙ 0,000314) = 835,65 кН.

  Несущая способность висячей сваи по грунту меньше, чем по материалу (446,11 кН <835,65 кН), таким образом, в дальнейших расчетах используется наименьшее из этих значений, т.е. F_d =446,11 кН.

   6.5. Определение количества свай в фундаменте и их размещение 

  Необходимое количество свай  в фундаменте рассчитывают приближенным способом, предполагая  равномерное размещение и передачу нагрузки на все сваи в ростверке, из выражения:

  n = kF_V0I/(P - a² d_p γ_f γ_m),

где k - коэффициент, учитывающий действие момента М_0I (при М_0I ≠ 0  k = 1,2);

F_V0I - расчетная нагрузка, действующая по обрезу фундамента                              (F_V0I= 300ּ1,2 = 360 кН);

Р - расчетная  нагрузка, допускаемая на сваю (п. 6.4), (Р =446,11 /1,4 =318,65 кН);

а - шаг  сваи, принимаемый ориентировочно а = 3b (b - большая сторона или диаметр сваи) а = 3b = 3ּ0,3 = 0,9 м;

γ_f - коэффициент надежности, γ_f  = 1,1;

d_p - глубина заложения подошвы ростверка (п. 6.2), м (d_p = 2,45 м);

γ_m - усредненный удельный вес материала фундамента и грунта, принимаемый γ_m = 20 кН/м³.

  n = 1,2∙360/(318,65 – 0,9²∙2,45∙1,1∙20) =1,57.

  В ленточных фундаментах (под стены) сваи располагают в один, два и  реже в три ряда. При этом количество свай необходимо разместить на 1 м длины фундамента.

  Располагают сваи в рядовом или шахматном  порядке, принимая расстояние между  ними в поперечном направлении минимально возможным для данного вида свай в соответствии с вышеприведенными требованиями.

  Расстояния  между сваями округляют до величин, кратных 5 см, в сторону уменьшения.

  Тогда располагаем сваи в два ряда в шахматном порядке. При этом на 1 м необходимо разместить как минимум 1,57 сваи, т.е. максимальное расстояние между сваями в продольном направлении 2/1,57 = 1,25 м.

  Примем  на 1 м 2,3 сваи, при этом расстояние между ними в продольном направлении будет 2/2,3 = 0,85 м (рис. 4).

   6.6. Конструирование  ростверка

   

  Конструирование ростверка производится в соответствии с требованиями п.4 [4].

  Железобетонные  следует проектировать из тяжёлого бетона классом не ниже: для сборных ростверков – В15, для монолитных – В12,5.

  Высота  ростверка определяется конструктивными  соображениями и согласно расчёту  на продавливание. В  КП высота ростверка  определяется конструктивно (п. 6.2.). h_p = 0,5 м.

   Определение ширины ростверка

  Ширина ростверка  зависит от схемы размещения свай и возможного отклонения свай при  забивке. Расстояние от края ростверка  до внешней стороны сваи принимается  при двухрядном их размещении: с = 0,3b + 5см,

где b - ширина сваи, равная 30 см.

  с = 0,3b + 5 = 0,3ּ30 + 5 = 14 см.

  Принимаем с = 15 см.

  Т.к. 0,7 м ≤ а ≥ 3b = 0,9 м, то в данном случае принимаем а = 1 м.

  Тогда расстояние между центрами свай в поперечном направлении равно 0,9 м.

  Ширина ростверка  b_р равна: b_р = 0,9 + 0,3 + 2·0,15 = 1,5 м.

  Принимаем b_р = 1,5 м. (рис. 4)

  

  Рис. 4. Схема расположения свай

    

   6.7. Определение фактической  нагрузки на сваю

  Одиночную сваю в составе фундамента по несущей  способности грунтов следует  рассчитывать из условия (п.3.10 [3]):

N_ср < F_d/γ_k ,

где F_d - расчетная несущая способность грунта основания, F_d =446,11 кН;   

γ_k-коэффициент надежности, принимаемый в зависимости от способа определения несущей способности сваи.(при аналитических методах расчета γ_k=1,4);

N_ср- расчетная нагрузка, передаваемая на сваю.

   N_ср = (F_V0I +G_pI + G_gпрI + G_gлI)/n,

где F_V0I - расчетная вертикальная нагрузка на обрез фундамента, кН; 

G_pI и G_gI - соответственно, вес ростверка и грунта на его обрезах, кН;

n - число свай на 1 м фундамента.

F_V0I = 300ּ1,2 = 360 кН;

G_pI = V_pּ γ_р · γ_f = (0,5∙1,5∙1 + 3∙0,6∙0,6∙1)∙24∙1,1 = 48,31 кН;

G_gпрI = V_gпрּ γ_g ∙ γ_f ,

где γ_g  = γ_II^' = (19,0∙0,6 + 18,4∙1,85)/2,45 = 18,55 кН/м³.

G_gпрI = 0 ∙ 18,55 ∙ 1,1 = 0 кН;

G_gлI = V_gлּ γ_g ∙ γ_f  = (0,75∙2,45∙1 - 3∙0,3∙0,6∙1 – 0,75∙0,5∙1)∙18,55∙1,1 = 18,82 кН.

  Тогда N_ср = (360 + 48,31 + 0 +18,82)/2,3 = 185,71 кН.

Условие N_ср < F_d/γ_k выполняется ,т.к. 185,71 кН < 446,11 /1,4 =318,65 кН.

  Для фундаментов промышленных и гражданских  сооружений с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю в плоскости подошвы ростверка допускается определять по формуле:

   N ^max_min = N_ср + М_x y /∑y_i ² + М_y x/∑x_i ²

где N_ср - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю;

М_x и М_y - моменты относительно главных центральных осей x и y плана свай в плоскости подошвы ростверка, кНּ м;

x_i и y_i - расстояние от главных осей до оси каждой сваи, м;

 x и y - расстояния от главных осей до оси рассматриваемой сваи, м.                    

  Так как М_y = 0 кНּм, поэтому формула  имеет вид:

   N ^max_min = N_ср + М_x y_i /∑y_i ² .

M_x = M_0І + - G_gлI ∙с + G_gпрI ∙с + E_aּa₀,

где с = 0,525 м;

M_0І = M_0ІІ ∙ 1,2 = 100∙1,2 = 120 кН∙м;

G_gлI = 18,82 кН;

G_gпрI = 0 кН;

E_a = (σ_1II + σ_2II)∙ h∙L/2,

где σ_1II = γ^'_II ∙h_g∙tg²∙ (45⁰ – φ’_II/2);

φ’_II = (0,6∙31,6 + 1,85∙35) /2,45 = 34,17^о;

h_g – высота фиктивного слоя грунта:

h_g = g/ γ^'_II = 10/18,55 = 0,54 м,

σ_1II = 18,55 ∙0,54∙tg²∙ (45⁰ – 34,17/2) = 2,81 кПа;

σ_2II = γ^'_II ∙(h+h_g)∙tg²∙ (45⁰ – φ’_II/2);

h - расстояние от уровня земли до низа пола подвала (h = 2,15 м);

σ_2II = 18,55 ∙(2,15+0,54)∙tg²∙ (45⁰ – 34,17/2) = 14,0 кПа;

L = 1м – для свайных лент;

E_a = (2,81 + 14,0)∙ 2,15∙1/2 = 18,07 кПа;

a_о – расстояние от активного давления грунта до низа ростверка:

a_о = (h/3)∙(h+3∙h_g)/(h +2∙ h_g) + (d-h) = (2,15/3)∙(2,15+3∙0,54)/(2,15 + 2∙0,54) + (2,45 – 2,15) = 1,14 м.

M_x = 120 - 18,82 ∙0,525 + 0 ∙0,525 + 18,07ּ1,14∙1,1 =132,78 кН∙м.