Расчет основания и фундамента многоэтажного здания

 

_{Мt = (-15,3)+(-13,4)+(-6,9)+(-6,3)+(-12,7) = 54,6} 

d₀ - величина, принимаемая равной, для суглинков и глин - 0,23; 

d_fn = d₀ ∙√ M_t = 0.23 ∙√54.6 = 0.23∙7,389 = 1.7 м. 

d_f = k_n · d_fn  =  0,7∙1,7 = 1,2 м 

Нормативная глубина промерзания грунта составляет 1,2м. 

     Оценивая  инженерно-геологические особенности  площадки строительства, делаем вывод: основанием фундаментов мелкого заложения является ИГЭ-1–суглинок желто-бурый пластичный.

    3.2. Подбор геометрических  размеров фундамента. 

Определяем  ширину ленточного фундамента:

Где:

• – определяется согласно приложения 3 СНиП 2.02.01‐83*

• ‐ определенное значение удельного веса кладки и грунта на уступах

фундамента,

• ‐ глубина заложения фундамента от уровня планировки;

• N – суммарная нагрузка от надземной части здания. 

- Сечение 1 ( стена  по оси А,B) : 

 

 

 
 

- Сечение 2 ( стена  по оси Б) : 

 

 

 
 
 
 

Расчетное сопротивление грунта основания: 

;  
 

Где (СНиП 2.02.01‐83*)

 

,  

Прочностные характеристики грунта определены испытаниями, тогда  .

Угол внутреннего  трения, φ=21.2, следовательно

Коэффициенты:  

Коэффициент, принимаемый  равным при  -  

Ширина подошвы  фундамента ;   

   Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента:

     (кН/м³)

    Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента:  

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

- Сечение 1 ( стена  по оси А,B) : 

 

 

- Сечение 2 ( стена по оси Б) : 

 

 
 

Определяем  среднее давление под подошвой фундамента:  

Где:

• N – суммарная нагрузка от надземной части здания;

• G – собственный вес фундамента, определяемый по конструктивным чертежам

фундамента исходя из удельного веса, или же из веса отдельных блоков

сборного фундамента, кН;

• Gгр – вес грунта на уступах фундамента определяется, исходя из объема и

удельного веса грунта, кН;

• b –ширина фундамента (для ленточных фундаментов) 
 
 
 
 
 

- Сечение 1 ( стена  по оси А,B) : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Определяем вес  грунта

 
 
 
 
 
 
 
 
 

- Сечение 2 ( стена по оси Б) : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Определяем вес  грунта

Проверяем условия:

-

 Сечение  1

- делаем перерасчет 

Сечение 2

- делаем перерасчет 

 

Расчетное сопротивление грунта основания  Сечение 1: 

 

- Сечение 1 ( стена  по оси А,B) : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Определяем вес  грунта

 Проверяем условия:

-

    

Принимаем ширину подошвы фундамента под наружную стену     

Расчетное сопротивление грунта основания Сечение 2:

- Сечение 2 ( стена по оси Б) : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Определяем вес  грунта

 Проверяем условия: 

    

Принимаем ширину подошвы фундамента под внутреннюю стену     

3.3. Определение осадки фундамента  методом послойного суммирования

(способ  линейно - деформированного полупространства). 

   - Сечение 1 ( стена  по оси А,B) 

   Расчет  оснований по деформациям производится исходя из условия:

    .

- совместная деформация основания  и сооружения;

- предельное значение совместной деформации основания и сооружения.

Задаемся толщиной слоя:

  (м), принимаем м. 

Напряжение, действующее  по подошве фундамента, от внешней  нагрузки

(Построение эпюры дополнительных вертикальных нормальных напряжений): 

Действующее давление фундамента:

 

Напряжения от внешней нагрузки на произвольной глубине:

  ,      

  где  ;

 ‐ коэффициент, учитывающий изменение дополнительного напряжения

по глубине, принимаемой  по таблице 9 или приложению 2 СНиП 2.02.01‐83*

в зависимости  от относительной глубины (отношение  расстояния от

подошвы фундамента до точки в которой ищем дополнительное давление,

к половине ширины фундамента). 

Напряжение от собственного веса грунта по подошве  фундамента

(эпюра вертикальных  напряжений от собственного веса  грунта):

(кН/м²) 

Напряжения от собственного веса грунта на произвольной глубине:

; 
 
 
 
 
 

Осадка i^-го слоя грунта: , b=0,8

Расчет  производим в табличной форме: 

 
 

    Условие  выполняется (

кН/м

2

 кН/м

2), нижняя граница сжимаемой толщи принимается на глубине 2,295м от подошвы фундамента. 

    Суммарная осадка фундамента:

     

(мм) 

    По  СНиП «Основания зданий и сооружений», для соответствующего типа здания средняя  осадка составляет S

u=100мм > S=14,87мм - осадка фундамента находится в пределах допустимой. 
 

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

- Сечение 2 ( стена по оси Б) 

   Расчет  оснований по деформациям производится исходя из условия:

   

.

- совместная деформация основания  и сооружения;

- предельное значение совместной  деформации основания и сооружения.

Задаемся толщиной слоя:

 

(м), принимаем 

м. 

Напряжение, действующее  по подошве фундамента, от внешней  нагрузки

(Построение эпюры дополнительных вертикальных нормальных напряжений): 

Д

е

й

с

т

в

у

ю

щ

е

е

д

а

в

л

е

н

и

е

ф

у

н

д

а

м

е

н

т

а:

 


Н

а

п

р

я

ж

е

н

и

я

 

о

т

в

н

е

ш

н

е

й

 

н

а

г

р

у

з

к

и

н

а

п

р

о

и

з

в

о

л

ь

н

о

й

г

л

у

б

и

н

е

:

 

,      

 

г

д

е

 

;

 

‐

к

о

э

ф

ф

и

ц

и

е

н

т

,

 

у

ч

и

т

ы

в

а

ю

щ

и

й

 

и

з

м

е

н

е

н

и

е

 

д

о

п

о

л

н

и

т

е

л

ь

н

о

г

о

 

н

а

п

р

я

ж

е

н

и

я

п

о

 

г

л

у

б

и

н

е,

п

р

и

н

и

м

а

е

м

о

й

 

п

о

т

а

б

л

и

ц

е

9

и

л

и

 

п

р

и

л

о

ж

е

н

и

ю 2

С

Н

и

П 2.02.01

‐

83*

в

з

а

в

и

с

и

м

о

с

т

и

 

о

т

о

т

н

о

с

и

т

е

л

ь

н

о

й

 

г

л

у

б

и

н

ы

(

о

т

н

о

ш

е

н

и

е

 

р

а

с

с

т

о

я

н

и

я

о

т

п

о

д

о

ш

в

ы

ф

у

н

д

а

м

е

н

т

а

д

о

т

о

ч

к

и

 

в

 

к

о

т

о

р

о

й

 

и

щ

е

м

д

о

п

о

л

н

и

т

е

л

ь

н

о

е

д

а

в

л

е

н

и

е,

к

п

о

л

о

в

и

н

е

ш

и

р

и

н

ы

ф

у

н

д

а

м

е

н

т

а). 


Н

а

п

р

я

ж

е

н

и

е

 

о

т

с

о

б

с

т

в

е

н

н

о

г

о

 

в

е

с

а

г

р

у

н

т

а

п

о

п

о

д

о

ш

в

е

 

ф

у

н

д

а

м

е

н

т

а

(

э

п

ю

р

а

 

в

е

р

т

и

к

а

л

ь

н

ы

х

 

н

а

п

р

я

ж

е

н

и

й

 

о

т

 

с

о

б

с

т

в

е

н

н

о

г

о

 

в

е

с

а

 

г

р

у

н

т

а

)

:

(

к

Н

/

м

²

) 


Н

а

п

р

я

ж

е

н

и

я

 

о

т

с

о

б

с

т

в

е

н

н

о

г

о

в

е

с

а

г

р

у

н

т

а

н

а

п

р

о

и

з

в

о

л

ь

н

о

й

г

л

у

б

и

н

е

:

; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Осадка i^-го слоя грунта: ,

b

=0,8

Расчет производим в табличной форме: 


Номер слоя	hi,м	Zi,м		α	σzg,		σzp,	σzpi,	E, МПа	Si,мм
1	0.64	0	0	1	35.33	238.13	223.96	15	7.64
		0.64	0.8	0.881		209.79
2	0.64	0.64	0.8	0.881	47.62	209.79	172.24	15	5.88
		1.28	1.6	0.642		134.69
3	0.6	1.28	1.6	0.642	59.14	134.69	100.14	15	3.20
		1.88	2.35	0.487		65.59
4	0.64	1.88	2.35	0.487	71.42	65.59	45.26	15.6	1.49
		2.52	3.15	0.38		24.92
5	0.64	2.52	3.15	0.38	83.71	24.92	16.00	15.6	0.53
		3.16	3.95	0.284		7.08
6	0.64	3.16	3.95	0.284	96	7.08	4.46	15.6	0.15
		3.8	4.75	0.261		1.85
							∑ 1-5		18.74

 
 


    Условие  выполняется ( кН/м² кН/м²), нижняя граница сжимаемой толщи принимается на глубине  2,86м от подошвы фундамента. 


    Суммарная осадка фундамента:

      (мм) 


    По  СНиП «Основания зданий и сооружений», для соответствующего типа здания средняя  осадка составляет S_u=100мм > S=18,74мм - осадка фундамента находится в пределах допустимой. 
 
 
 
 
 
 


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Согласно СП 50-101-2004 Приложение Е табл. Е.1:

-  максимальная осадка - 10 см;

-  относительная разность осадок -  0.002

   

 


 
 


4. Проектирование свайного фундамента 


    Для свайного фундамента используем свай трения (висячие сваи)  квадратного  сечения, цельные, с поперечным армированием ствола сваи по ГОСТ 19804-91 (2003) «Сваи  железобетонные технические условия».             Принимаем сваю С40.30-AV

   b=300мм;  l=4000мм.

  Висячие забивные сваи погружаем без выемки грунта. 


Глубина заложения  подошвы свайного ростверка назначается

в зависимости  от конструкции здания, условий планировки и

высоты ростверка:

- при отсутствии подвала и технического подполья минимальная

глубина заложения подошвы ростверка принимается равной 0,5 м.

    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


  Расчет  по несущей способности.

Р

а

с

ч

е

т

н

о

е

с

о

п

р

о

т

и

в

л

е

н

и

е

 

п

о

г

р

у

н

т

у:   ;   где

- несущая способность сваи:    ;

g

c - коэффициент условий работы сваи в грунте, g

c = 1;

- площадь опирания сваи на  грунт, принимаемая по площади поперечного

сечения сваи:

(м²)

- наружный периметр поперечного сечения сваи:

(м)

(кН/м²) - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (глина );

- коэффициент условий работы  грунта под нижним концом сваи;

- коэффициент условий работы  грунта на боковой поверхности  сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта принимаемые по табл. 3 СНиП 2.02.03‐85                                          «СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ»:

- Погружение сплошных и полых с закрытым нижним концом свай механическими (подвесными), паровоздушными и дизельными молотами. 


- расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи;

- толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.  


Определяем  расчетное сопротивление по боковой  поверхности сваи: 


м                  м                     кН/м²         

м                  м                   кН/м²                  

м                  м                   кН/м²           


  (кПа) 


Коэффициент надежности при определении несущей способности сваи расчетом по СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты». 


(кПа) 


 

Р

а

с

ч

е

т

н

о

е

 

с

о

п

р

о

т

и

в

л

е

н

и

е

 

п

о

 

м

а

т

е

р

и

а

л

у

:

 

F_h2=γ_с∙(R_б∙А_б+R_s∙A_s); где 


        R_б- сопротивление бетона 8,5 МПа для бетона марки В15

        А_б- площадь бетона 0,09м² для сваи 300×300 мм

        R_s- сопротивление арматуры 250 МПа для стали АV

        А_s-площадь арматуры 4,9 см² принимаем 4 25 мм (А_s=πR²)   

                                                        

F_h2=1∙(0,85∙900+25∙4∙4,9)=1255 (кН)

Расчетное сопротивление по материалу 

 для сваи трения больше расчетного сопротивления по грунту, следовательно, для дальнейших расчетов принимаем кПа.

Количество  свай фундамента на 1п.м. свайной ленты:

 


- Сечение 1 ( стена  по оси А,B) : 


(шт.) 


Max шаг свай 1080мм. 


 


- Сечение 2 ( стена  по оси Б) : 


(шт.) 


Max шаг свай 900 мм. 


 


4.1. Конструирование ростверка. 


- Сечение 1 ( стена  по оси А,B) : 


    Ширина  свайной ленты 0,6. Высота ростверка 500мм.

    Расстояние  от края заделки сваи до края ростверка  составляет 150мм. 


Нагрузка на одну сваю:

; 


Нагрузка  на одну сваю: (кН) 


    Прочность фундамента обеспечена, т.к. несущая  способность сваи больше величины нагрузки на нее: кН> кН  


Расчет по несущей  способности закончен. Несущая способность  фундамента под наружную стену обеспечена 


- Сечение 2 ( стена по оси Б) : 


    Ширина  свайной ленты 0,6. Высота ростверка 500мм.

    Расстояние  от края заделки сваи до края ростверка  составляет 100мм. 


Нагрузка на одну сваю:

; 


Нагрузка  на одну сваю: (кН) 


    Прочность фундамента обеспечена, т.к. несущая  способность сваи больше величины нагрузки на нее: кН> кН  


Расчет по несущей  способности закончен. Несущая способность  фундамента под наружную стену обеспечена 
 
 
 
 


    4.2. Расчет по деформациям

. 


  Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия:

.

    

- совместная деформация основания  и сооружения

    

- предельное значение совместной деформации основания и сооружения. 


    Осадка 

 ленточных свайных фундаментов с двухрядным расположением свай (при расстоянии между сваями ):

    

;

    Погонная  нагрузка на свайный фундамент  , с учетом веса фундамента в виде массива грунта со сваями, ограниченного: сверху — поверхностью планировки; с боков — вертикальными плоскостями, проходящими по наружным граням крайних рядов свай; снизу — плоскостью, проходящей через нижние концы свай.

    

    Значение  модуля деформации МПа;

    Коэффициент Пуассона для глин в пределах сжимаемой толщи;

    Коэффициент , принимаемый по номограмме в зависимости от коэффициента Пуассона , приведенной ширины фундамента.

      (b — ширина фундамента, принимаемая по наружным граням крайних рядов свай; h — глубина погружения свай) и приведенной глубины сжимаемой толщи (H

c — глубина сжимаемой толщи).

    Тогда коэффициент   


- Сечение 1 ( стена  по оси А,B) : 


 


(мм)

    По  СНиП «Основания зданий и сооружений»  для соответствующего типа здания средняя осадка составляет S_u=100мм > S= мм - осадка фундамента находится в пределах допустимой. 


- Сечение 2 ( стена по оси Б) : 


 


(мм)

    По  СНиП «Основания зданий и сооружений» для соответствующего типа здания средняя осадка составляет S_u=100мм > S= мм - осадка фундамента находится в пределах допустимой. 
 


Согласно СП 50-101-2004 Приложение Е табл. Е.1:

-  максимальная осадка - 10 см;

-  относительная разность осадок -  0.002

   

 


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


  5. Производство работ при устройстве

  свайного  фундамента. 


Планировка  площадки.

      Сначала на строительной площадке  необходимо удалить деревья, пни, кустарники, строительный мусор и т.д. Ценные деревья и кустарники, мешающие строительным работам, выкопать и пересадить на новое место, либо в охранную зону на территории строительной площадки.

    Плодородный слой почвы срезать и переместить бульдозером в охранную зону на территории строительной площадки. При работе с плодородным слоем следует предохранять его от смешивания с нижележащим слоем, загрязнения, размыва и выветривания.

    Необходимо  разработать траншеи до уровня подошвы ростверка, затем погрузить сваи и устроить ростверк на подготовленное песчаное основание и подсыпать грунт до уровня планировки.

Оборудование  для погружения свай.

    Выбор свайного оборудования для погружения забивных свай производится на основе указаний СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» на производство свайных работ, а также номенклатуры сваебойного оборудования.

  Погружение свай.

    В начале производства работ по забивке  свай следует забить 9 пробных с регистрацией числа ударов на каждый метр погружения. Результаты измерений должны фиксироваться в журнале работ.

В конце погружения, когда фактическое значение отказа близко к расчетному, производят его  измерение. Отказ свай в конце  забивки или при добивке следует  измерять с точностью до 0,1см.

    Сваи  с отказом больше расчетного должны подвергаться контрольной добивке  после „отдыха" их в грунте в соответствии с ГОСТ 5686-78. В том случае, если отказ при контрольной добивке превышает расчетный, проектная организация должна установить необходимость контрольных испытаний свай статической нагрузкой и корректировки проекта свайного фундамента или его части.

Устройство  ростверка.

Работам по устройству ростверков должна предшествовать приемка  заглубленных в грунт и срезанных  на проектном уровне свай.

Сваи с поперечными  и наклонными трещинами шириной  раскрытия более 0,3мм должны быть усилены железобетонной обоймой с толщиной стенок не менее 100мм или заменены.

В случае недобивок  свай (величина технологических недобивок, допускаемых нормативами – 0,5м) или повреждения голов при забивке, головы свай должны срезаться методами, исключающими нарушение защитного слоя бетона сваи ниже ее среза.

 Не допускается  незаполненный раствором промежуток  между ростверком и оголовком  сваи.

 Возможность  нагружения выполненных монолитных конструкций свайных ростверков фундаментов должна решаться в соответствии с требованиями СНиП 3.03.01-87.

При поломке  свай и в случае вынужденного погружения ниже проектной отметки следует  по согласованию с проектной организацией нарастить их монолитным железобетоном. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


6. Литература: 


1) Проектирование  фундаментов зданий и подземных  сооружений: учебник для

ВУЗов (Б. И. Долматов и др.) – М. А.С. 13, 2001

2) Пилягин А.  В. «Проектирование оснований  и фундаментов зданий и сооружений:

учебное пособие» М. Издательство Ассоциации строительных ВУЗов, 2006 г.

3) Берлинов М.  В., Ягунов Б. А. «Примеры расчета  оснований и фундаментов» М.,

Стройиздат, 1986 г.

4) СНиП 2.02.01‐83* «Основания зданий и сооружений» М., Техкнига‐сервис, 2002 г.

5) СНиП 2.02.03‐85 «Свайные фундаменты». М., Техкнига‐сервис, 2002 г.

6) СНиП 2.01.07‐85* «Нагрузки и воздействия» (с изменениями) – Госстрой России,

ГУП УПП, 2000

7) СНиП 23‐01‐99* «Строительная климатология» ‐ М., Госстрой России, ГУП УПП, 2000

8) Справочник проектировщика, М., 1985 г.

9) Справочник  по основаниям и фундаментам,  М., 1995 г.

10) ВСН 29‐85