Расчет по несущей способности грунта.

 

Целью расчета оснований по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости оснований, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опроки­дывания.

Определение расчетных нагрузок:

1сочетание	2сочетание
N 0I = N 0II×1,2 = 2700×1,2 = 3240 кН	N 0I = N 0II×1,2 = 2320×1,2 = 2784 кН
М 0I = М 0II×1,2 = 120×1,2 = 144 кН×м	M 0I = M 0II×1,2 = 145×1,2 = 174 кН×м
F 0I = F 0II×1,2 = 0 кН	F 0I = F 0II×1,2 = 0 кН
N I = 3796кН	N I = 3340кН
М I =144 кН×м	М I =174 кН×м

N _I = N _0I + 1,1× N _грII + 1,1× N _фII

М _I = М _0I + F _0I× h_f

Расчет оснований по несущей способ­ности производится исходя из условия

[5, стр.12, п.2.58]:

где N _I - расчетная нагрузка на основание, кН

N_u - сила предельного сопротивления основания, кН; g_с- коэффициент условий работы, принимаемый: для песков пылеватых, а также пылевато-глинистых грунтов в стабилизи­рованном состоянии g_с = 0,9;

g_n - коэффициент надежности по назначению соору­жения, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,10 со­ответственно для зданий и сооружений I, II и III классов.

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления N_u основания, сло­женного нескальными грунтами в стабилизи­рованном состоянии, допускается определять по формуле (16) [5, стр.12, п.2.58]:

где b¢ и l¢ - соответственно приведенные ширина и длина фундамента, м, вычисляемые по формулам:

b¢ = b - 2e_b = 2,7 - 0 = 2,7 м;

l¢ = l - 2e_l = 3,3 – 2*0,005= 3,31 м;

N_g, N_q, N_c - безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по [5, стр.13, табл.7] в зависимости от расчетного значения уг­ла внутреннего трения грунта j_I и угла наклона к вертикали d равнодействую­щей внешней нагрузки на основание;

 

g _I и g¢ _I - расчетные значения удельного веса грун­тов, кН/м³, находящихся в пре­делах возможной призмы выпирания со­ответственно ниже и выше подошвы фундамента;

c _I - расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа;

d - глубина заложения фундамента, м;

x_g, x_q, x_c - коэффициенты формы фундамента, опре­деляемые по формулам:

x_g = 1 - 0,25/h = 1 - 0,25/1,2 = 0,79

x_q = 1 + 1,5/h = 1 + 1,5/1,2 = 2,25

x_c = 1 + 0,3/h = 1 + 0,3/1,2 = 1,25

здесь

Расчет по формуле (16) [5, стр.12, п.2.58] допускается вы­полнять, если соблюдается условие: tgd < sinj_I

где d и j_I - углы наклона к вертикали равнодейству­ющей внешней нагрузки на основание и внутреннего трения грунта соответственно, опреде­ляемые из условия:

sinj _I = sin15⁰ = 0,26 (tgd < sinj_I - расчет на сдвиг не требуется).

N_I =3796кН < 5236кН (несущая способность основания обеспечивается)

3.Проектирование свайного фундамента.

Определение глубины заложения ростверка и выбор свай.

 

Глубина заложения ростверка определяется:

d_р = d_рост + d_стак + d_пол = 0,5 + 1,2+0,15 = 1,85 м

где d_рост - высота ростверка; d_стак - высота стакана.

 

Длина свай определяется исходя из отметки подошвы ростверка, величин

заделки свай в ростверк и глубины залегания несущего слоя грунта.

Если нижний конец сваи должен погружаться в твердый глинистый грунт не

более 2-2,5 м [4, стр.6, п.5], тогда в соответствии с принятой глубиной заложения ростверка и геологическим разрезом можно принять сваи длинной –4м. К расчету принимаем сваи С40.30-3.

 

Расчет свайного фундамента.

 

Одиночную сваю в составе фундамента и вне ее по несущей способности грунтов снования рассчитывают по формуле (1) [4, стр.3]:

где N - расчетная нагрузка передаваемая на сваю при наиболее невыгодным сочетании; F_d - несущая способность сваи по грунту или материалу; g_k - коэффициент надежности по грунту g_k =1,4; F_r - расчетное сопротивление сваи (допускаемое).

Расчетная нагрузка на сваю по материалу в идеаль­ном случае должна быть равна расчетной нагрузке на нее по грунту. Указанное условие трудно выполнимо, и при проектировании принимают меньшее из этих зна­чений. Сопротивление сваи по материалу определяется как для элемента, работающего на сжатие, без учета про­дольного изгиба:

, кН

где j и g_с - коэффициенты условий работы, j =1, g_с =1 согласно [4, стр.8];

R_b - сопротивление бетона при сжатии, кПа; R_sc - то же арматуры сжатию, кПа;

A - площадь поперечного сечения сваи, м²; A_sc - то же всех продольных стержней арматуры, м².

Несущая способность сваи по грунту определяется по формуле (7) [7]:

, кН

где R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по [3, табл. 1, стр.6-7]; А - площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи (брут­то), и - наружный периметр поперечного сечения сваи, м; f_i - рас­четное сопротивление i -го слоя грунта основания по боковой поверх­ности сваи, кПа, принимаемое по табл. 9.2 [1, стр.195]; g_сR и g_сf - коэффици­енты условий работы грунта соответственно под

нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погруже­ния сваи на расчетные сопротивления грунтов и принимаемые по табл. 9.3 [1, стр.196].

 

Чтобы определить расчетное сопротивление трению по боковой поверхности сваи f_i, каждый пласт грунта делим на слои высотой не более 2,0 м и определяем расстояние от планировочной отметки до середины каждого рассматриваемого слоя. Зная это расстояние и вид грунта, определяем расчетное сопротивление трению по боковой поверхности свай в пределах каждого такого слоя с l_i £2,0 м.

Рисунок 4.Расчетная схема свайного фундамента

 

Расчет свай С40.30-3:

Сопротивление трению в суглинке (I_L= 0,46) на глубине:

z₁ = 2,625 м f₁ = 20,3 кПа

Сопротивление трению в глине (I_L= 0,26) на глубине:

z₂ = 4,4м f₂ = 44,96 кПа

z₃ = 5,575м f₃ = 47,55 кПа

Расчетное сопротивление грунта на глубине 5,75 м:

R = 3400 кПа

u = 4×0,3 = 1,2 м

А = 0,3² = 0,09 м²

g_сR = 1

g_сf = 1

Несущая способность сваи по материалу:

N_м = 1×(11500×0,09 + 365000×0,00045) = 1199,25кН

Тогда несущая способность сваи по грунту:

F_d = 1×(3400×0,09 + 1,2×(2,625×20,3 + 4,4×44,96+ 5,575×47,55))= 925,4кН

Расчетная нагрузка, передаваемая на сваю:

F_r =925,4/1,4 = 661 кН

Определяем требуемое количество свай под колонну для фундамента,

воспринимающего вертикальную нагрузку, по формуле:

= 5,1 (принимаем свайный фундамент из 6 свай)

Высота ростверка назначается ориентировочно из условия проч­ности ростверка на продавливание и изгиб по формуле [4, стр.28]:

, м

где d = 0,3 м - ширина сваи; k = 1;

R_bt = 1035 кПа - прочность бетона на скалывание;

h_р = - 0,3/2 + 0,5Ö(0,3² + 661/1035) = 0,277 м

Принимаем высоту ростверка 0,5 м, т.к h_зад.с. =d _с =0,277м. Назначаем расстояние между осями свай 3d = 3×0,3 = 0,9 м, а расстояние от края ростверка по боковой грани сваи - по 0,125 м (свесы). Тогда размеры ростверка в плане 2,35´1,45 м (рис. 7).

Нагрузку, приходящуюся на каждую сваю во внецентренно нагру­женном фундаменте, можно найти по формуле:

где N _I - расчетная вертикальная нагрузка, действующая по подошве фундамента;

M _I - расчетный мо­мент в плоскости подошвы фундамента;

х - расстояние от оси крайнего ряда сваи до оси фундамента в плос­кости действия момента; х = 0,9м

S х² = 4×0,9² = 3,24 м²

Рисунок 5. Свайный фундамент самой нагруженной части здания

 

Определяем дополнительную вертикаль­ную нагрузку, действующую по подошве ростверка, за счет собственного веса ростверка N_р и грунта засыпки N_гр

= (0,5×2,35×1,45+0,15×0,875×1,45+1,2×1,8×1,2)×25 =112,15 кН

= (0,8×3,35×1,45 + 0,8×1,45×1,2+ 0,125×2,35×1,2)×19,4 = 112,87 кН

Определяем N _I :

N _I = N _0I +1,2 N _р + 1,1 N _гр = 3240 + 1,2×112,15 + 1,1×112,87 = 3487,52 кН

Определяем М _I :

М _I = М _0I + F _0I× h_f = 144 кН×м

Таким образом:

кН

Должны выполнятся следующие условия:

N_{св max}= 621,2£1,2 F_R = 1,2×661= 793,2кН

N_{св min} =541,2 кН > 0

N_{св max} / N_{св min} = 621,2/541,2= 1,15 < 3

Проверка выполняется - свайный фундамент запроектирован рационально.