Расчет и проектирование оснований и фундаментов промышленных зданий

Рис. 8 Размещение свай в плане и конструирование подошвы ростверка. 
 

6.6. Вес ростверка  и грунта на  его уступах. 

Определим вес ростверка и грунта на его  уступах.

Объем ростверка: V_r = 3·1,8×0,95 + 2,1×1,2 × 0,95 = 7,52 м³;

Объем грунта: V_gr = 3·1,8×1,9 - V_r = 2,74 м³.

Вес ростверка и грунта:

G_r + G_gr = (V_r × g_b + V_gr × K_рз × g_II)×g_f = (7, 52× 25 + 2, 74· 0,95× 17,07)× 1,2 = 278,92 кН.

g_b =25кН/м³ - удельный вес железобетона ростверка.  

6.7. Определение окончательных  нагрузок. 

Все действующие  нагрузки приводим к центру тяжести подошвы ростверка:

N_{tot I} = N_{col I} + G_{r I} + G_{gr I} = 2191,788 + 278,92 = 2470,708 кН;

Q_{tot I} = Q_{col I} = 140,64 кН;

M_{tot  I} = M_{col I} + Q_{tot I}×H_r = 1913,052 + 140,64 × 1,9 = 2180,268 кН×м.

6.8. Проверка нагрузок  на крайние сваи. 

     Определяем  расчетные нагрузки, передаваемые на крайние сваи в плоскости подошвы ростверка по формуле (3) СНиП 2.02.03-85:

x_i, y_i — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

х, у — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м. 

N_{I max} = 934,363 кН;   N_{I min} = -228,447 кН; N_{I mt} = 352,958 кН

Проверяем выполнение условий:

 кН;

Коэффициент надежности по назначению здания g_n = 0,95 принят в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» 

Условия не выполняются.  Увеличим число свай до n = 8, оставляя размеры ростверка без изменения. 

N_{I max} = 696,442 кН;   N_{I min} =-78,764 кН; N_{I mt} = 308,839 кН 

 

Условия не выполняются.  Увеличим число свай до n = 9

Определим вес ростверка и грунта на его  уступах.

Объем ростверка: V_r = 3,3·3,3×0,95 + 2,1×1,2 × 0,95 = 12,740 м³;

Объем грунта: V_gr = 3,3·3,3×1,9 - V_r = 7,951 м³.

Вес ростверка  и грунта:

G_r + G_gr = (V_r × g_b + V_gr × K_рз × g_II)×g_f = (12,740 × 25 + 7,951 · 0,95× 17,07)× 1,2 = 536,925 кН.

g_b =25кН/м³ - удельный вес железобетона ростверка.

Все действующие  нагрузки приводим к центру тяжести  подошвы ростверка:

N_{tot I} = N_{col I} + G_{r I} + G_{gr I} = 2191,788 + 536,925 = 2728,713 кН;

Q_{tot I} = Q_{col I} = 140,64 кН;

M_{tot  I} = M_{col I} + Q_{tot I}×H_r = 1913,052 + 140,64 × 1,9 = 2180,268 кН×м. 

N_{I max} = 562,746 кН;   N_{I min} = 43,634 кН; N_{I mt} = 303,19 кН 

 

Условие проверки выполняется. 

6.9. Предварительная  проверка сваи  по прочности материала. 

     Выполним  предварительную проверку сваи по прочности материала по графикам и указаниям учебного пособия.

Определяем  коэффициент деформации a _e :  ;

Начальный модуль упругости бетона класса В20, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении, по табл.18 СНиП 2.03.01-84,

Е_b=24,0×10³ МПа. Момент инерции поперечного сечения сваи: .

Условная  ширина сечения сваи b_p = 1,5×d_св + 0,5 = 1,5×0,3 + 0,5 = 0,95 м. Коэффициент пропорциональности К по табл.1 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для глины полутвердой (J_L = 0,2), принимаем К =14,4 МН/м⁴.  Коэффициент условий работы g_с = 1.

;

Глубина расположения условной заделки сваи от подошвы ростверка:

;

В заделке  действуют усилия: продольная сила N_{I max} = 562,746 кН; изгибающий момент:

 кН×м.

Точка, соответствующая значениям указанных  усилий, лежит на графике ниже кривой для принятой сваи (сечение 300х300, бетон  класса В20, продольное армирование А-Ш   4 Æ12), следовательно, предварительная проверка показывает, что прочность сваи по материалу обеспечена. 
 
 

6.10. Расчет ростверка  на продавливание  колонной. 

Класс бетона ростверка принимаем В20, тогда R_bt = 0,90 МПа (табл.13 СНиП 2.03.01-84). Рабочую высоту сечения принимаем h₀ = 1,9 см  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 9 Схема к расчету ростверка на продавливание. 

Расчетное условие  имеет следующий вид: ;

b_col = 500 мм, h_col = 1000 мм, c₁ = 750 мм и c₂ = 1000 мм, коэффициент надежности по назначению g_n = 0,95. 

Принимаем a = 1, т.к. металлические колонны.

Значения  реакций по верхней горизонтальной грани: 

а)

б)  

Величина  продавливающей силы определяется по формуле:

 

Предельная  величина продавливающей силы, которую может воспринять ростверк:

,

т.е. прочность  ростверка на продавливание колонной обеспечена. 

6.11. Расчет свайного  фундамента по  деформациям. 

     Выполним  расчет свайного фундамента по деформациям  на совместное действие вертикальной и горизонтальной нагрузок и момента по формуле 14 прил.1 к СНиП 2.02.03-85.

Определяем  значение горизонтальной силы ,кН, соответствующей границе упругой работы системы «свая-грунт», по формуле 14 прил.1 к СНиП 2.02.03-85:

проверяем выполнение условия:

Горизонтальная  нагрузка на голову сваи равна:

Коэффициент деформации a _e = м^-1 (п. 6.9. настоящего расчета). Условная ширина сечения сваи b_p = 0,95 м. Прочностной коэффициент пропорциональности, для глины полутвердой (J_L = 0,2), по табл.1 прил.1 СНиП 2.02.03-85 равен: a = 64,4 кН/м³.

Приведенное значение продольной силы для приведенной глубины погружения сваи в грунт = l × a_e = 6,03 × 0,972= 5,86 > 4 определяем по табл.2 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 (шарнирное сопряжение сваи с ростверком) при l = 4 и z_i = 0. Получаем = 0,409, тогда:

Так как  сила H_el = 26,49 кН > g_n×H_I = 0,95×15,63 , то расчет ведем по первой (упругой) стадии работы системы «свая-грунт».

При шарнирном  опирании низкого ростверка на сваи М₀ = 0 и = 0, следовательно, формулы (30) и (31) по п.12 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 примут вид:

   .

Определяем  перемещение в уровне подошвы  ростверка от единичной горизонтальной силы Н_II =1:

e_HH — горизонтальное перемещение сечения, м/кН (м/тc), от действия силы H = 1, приложенной в уровне поверхности грунта;

e_HM - горизонтальное перемещение сечения, 1/кН (l/тc), от момента М = 1, действующего в уровне поверхности грунта.

 м/кН,

где безразмерные коэффициенты А₀ и В₀ приняты по табл.5 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для приведенной глубины погружения сваи = 4 м.

 м;

 рад.

, — значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад  

Так как  u_p = 0,21 см < u_u = 1см, условие ограничения горизонтального перемещения головы сваи выполнено. 
 
 

     6.12. Расчет устойчивости  основания.

     Выполним  расчет устойчивости основания, окружающего сваю по условию (25) прил.1 к СНиП 2.02.03-85, ограничивающему расчетное давление σ_z, передаваемое на грунт боковыми поверхностями сваи:

.

Здесь расчетный удельный вес грунта с  учетом взвешивания в воде (для слоя 2) g_I = g_sb = 8,21 кН/м³; φ_I = 6⁰; c_I = 19 кПа; — коэффициент, принимаемый для забивных свай и свай оболочек = 0,6 (СНиП 2.02.03-85 прил.1);

 - коэффициент, равный единице, кроме случаев расчета фундаментов распорных сооружений, для которых = 0,7;

 - коэффициент, учитывающий долю постоянной нагрузки в суммарной нагрузке, определяемый по формуле

 При установлении значения коэффициента η₂ по формуле (26) прил.1 к СНиП 2.02.03-85, используем данные табл.5, из которой следует, что момент от внешних постоянных нагрузок в сечении на уровне нижних концов свай составит для оси А: