9-этажный жилой дом со встроенными помещениями

g_K                                    1,4

2.4.6            

Осадка ленточных фундаментов  с двухрядным расположением свай и расстоянием между сваями (3 - 4 d) определяется по формуле:        

n · (1- n²)

S = ¾¾¾¾¾ · d₀, где:          

p · E

n - полная нагрузка на  ленточный свайный фундамент  (кН/м) с учетом веса условного  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.

E, n - модуль деформации (кПа) и коэффициент Пуассона грунта в пределах снимаемой толщи.

d₀ - коэффициент, определяемый по номограмме СНиП 2.02.03 - 85.            

Полная нагрузка n складывается из расчетной нагрузки, действующей  в уровне планировочной отметки, и собственного веса условного ленточного фундамента. 

F_II’ = 535,23 - 0,73 · 1,1 · 2,4 = 533,3 кН/м,      тогда полная нагрузка n равна:

n = F_II’ + b · d · g, где:

b - ширина фундамента, равна 1,4 м

d - глубина заложения фундамента  от уровня планировочной отметки,  равна 13м

g - среднее значение удельного веса свайного массива, g = 20кН/м³

n = 533,3 + 1,4 · 13 · 20 = 897,3 кН/м            

Для определения коэффициента d₀ необходимо знать глубину снимаемой толщи H_C, которая в свою очередь, зависит от значения дополнительных напряжений, развивающихся в массиве грунта под фундаментом.            

Дополнительные напряжения определяются по формуле:             

n

s_ZР = ¾¾¾ · a_n, где:          

p · h

n - полная нагрузка на  ленточный свайный фундамент,  кН/м

h - глубина погружения  свай, м

a_n - безразмерный коэффициент, зависит от приведенной ширины b = b/h и приведенной глубины рассматриваемой точки z/h, где z - фактическая глубина рассматриваемого слоя грунта от уровня планировки 

b = 1,4/10 = 0,14            

Вычисленные значения дополнительных напряжений сведем в табл. № 1            

Природные напряжения от действия собственного веса грунта определяются по формуле:          

_n

s_zg = å  g_i^II · h_i, где:           

ⁱ⁼¹

g_i^II - удельный вес i ^{- го} слоя,

h_i - толщина i ^{- го} слоя.            

Природные напряжения в уровне подошвы  условного фундамента будут равны:

s_zdyg = 10,03 · 1,7 + 10,74 · 0,8 + 10,24 · 3,4 + 10,66 · 0,8 + 9,95 · 6,3 = 131,672            

Для дальнейшего расчета осадки необходимо знать удельный вес грунта твердых частиц

g_S = gr_S, где

g - ускорение свободного  падения, g = 9,8 м/с²

r_S - плотность грунта твердых частиц.

g_S1 = 26,36  g_S2 = 26,55  g_S3 = 26,068  g_S4 = 26,85  g_S5 = 26,26

 
          

g_S · g_w

g_SB = ¾¾¾¾ , где            

1+e

g_S - удельный вес твердых частиц

g_w - удельный вес воды

e - коэффициент пористости

g_Sb1 = 10,03  g_Sb2 = 10,74  g_Sb3 = 10,26  g_Sb4 = 10,66  g_Sb5 = 9,95             

_n

s_zg = å  g_i^II · h_i  s_gz1          

ⁱ⁼¹

s_gz1 = s_zdyg + g₁ · h₁ = 131,672 + 10 · 0,31 = 134,1245 кПа

s_zg2 = s_zg1 + g₂ · h₂ = 134,1245 + 10 · 0,38 = 137,9055 кПа

s_zg3 = s_zg1 + g₃ · h₃ = 137,9055 + 10 · 0,766= 145,567 кПа и так далее...            

Аналогично рассчитываются другие значения и сводятся в табл. 1. Ориентировочно, глубину снимаемой толщи H_C можно определить из условия:

s_zp £ 0,2 · s_zg.            

Анализ табл. 1 показывает, что это  условие выполняется примерно на относительной глубине z/h = 1,9. Тогда H_C= 1,9 · 9,7 = 18,43 м

Z- глубина  от подошвы фундамента, м            

Коэффициент Пуассона для песка, n = 0,3. Пользуясь номограммой при H_C/h = 1,9 м и b = 0,14 находим d₀ = 2,15. Осадка фундамента будет равна:        

n · (1- n²)            897,3 · (1 - 0,3²)

S = ¾¾¾¾¾ · d₀ = ¾¾¾¾¾¾¾ · 2,15 = 0,025 м = 2,5 см.           

p · E                    3,14 · 21700            

Средняя осадка для многоэтажных бескаркасных зданий с несущими кирпичными стенами  не должна превышать 10 см. Следовательно, условия 

S £ S_U выполняется S = 2,5 см £ S_U = 10 см.

Таблица 1

Z/h	an	szp [кПа]	Z [м]	szq [кПа]	0,2 · szq[кПа]
1,01	8,3858	246,87	0,08	131,672	26,208
1,05	6,5894	193,84	0,39	134,1245	26,824
1,1	5,02116	147,8	0,77	137,9055	27,581
1,2	3,4265	100,94	1,54	145,567	29,1137
1,3	2,67217	78,65	2,31	153,2285	30,6457
1,4	2,23026	65,7	3,08	160,89	32,178
1,5	1,9357	57,02	3,85	168,5515	33,71
1,6	1,72092	50,69	4,62	176,213	35,2426
1,7	1,5566	45,85	5,39	183,874	36,7749
1,8	1,42544	41,99	6,16	191,536	38,3072
1,9	1,31756	38,81	6,93	199,1975	39,839
2,0	1,22684	36,11	7,7	206,859	41,3718
2,1	1,14922	33,84	8,47	214,5205	42,904
2,2	1,0818	31,86	9,24	222,182	44,436
2,3	1,0225	30,12	10,01	229,8435	45,96
2,4	0,9699	28,57	10,78	237,505	47,5
2,5	0,9229	27,189	11,55	245,1665	49,03

2.4.7            

От правильности выбора дизель - молота зависит успешное погружение свай в  проектное положение. В первом приближении  дизель - молот можно подобрать  по отношению веса его ударной  части к весу сваи, которое должно быть для штанговых дизель - молотов 1,25 при грунтах средней плотности.             

Минимальная энергия удара, необходимая  для погружения свай определяется по формуле:

E = 1,75 · a · F_V, где:

а - коэффициент, равный 25 Дж/кН,

F_V - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, кН.

E = 1,75 · 25 · 535,23 = 23416,31 Дж            

Пользуясь техническими характеристиками дизель - молотов подбирают такой  молот, энергия удара которого соответствует  минимальной. Возьмем трубчатый  дизель - молот Ф - 859 с энергией удара 27 кДж. Полный вес молота G_h = 36500 Н, вес ударной части G_b = 18000 Н, вес сваи С10 - 30 равен 22800 Н. Вес наголовника принимаем равным 2000 Н. расчетная энергия удара дизель - молота Ф - 859:

Е_Р = 0,4 · G_h’ · h_m, где:

G_h’ - вес ударной части молота

h_m - высота падения ударной части молота, h_m = 2 м.

Е_Р = 0,4 · 2 · 18000 = 14400 Дж.            

Проверим пригодность принятого  молота по условию:

G_h + G_b

¾¾¾¾  £ K_M, где:     

E_P

G_h - полный вес молота

G_b - вес сваи и наголовника

K_M - коэффициент, принимаемый при использовании ж/б свай равным 6.         

(36500 + 22600 + 2000)

Е_Р = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 4,24 < G                     

14400            

Условие соблюдаются, значит принятый трубчатый дизель - молот Ф - 859 обеспечивает погружение сваи С10 - 30.

2.4.8            

Проектный отказ необходим для  контроля несущей способности свай в процессе производства работ. Если фактический отказ при испытании  свай динамической нагрузкой окажется больше проектного, то несущая способность  сваи может оказаться необеспеченной. Формула для определения проектного отказа имеет вид:                      

h · A · E_P                           m₁ + Î² · (m₂ + m₃)

S_P = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾  ·  ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ , где:          

g_K · F_I / m · (g_K · F_I / m + h · A)           m₁ + m₂ + m₃

h - коэффициент, применяемый для железобетонных свай h = 1500 кН/м²

A - площадь поперечного  сечения ствола сваи, м

m - коэффициент, равный 1

g_K - коэффициент надежности, принимаемый при определении несущей способности сваи по расчету g_K = 1,4

E_P - расчетная энергия удара [кДж]

F_I - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, [кН]

m₁ - масса молота, [т]

m₂ - масса сваи и наголовника, [т]

m₃ - масса подбабка, [т]

Π- коэффициент восстановления удара, принимаемый при забивке железобетонных свай Î² = 0.2                           

1500·0,09·14,4                           3,65+0,2·(18+0)

S_P = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾  ·  ¾¾¾¾¾¾¾ = 0,0021м = 2,1мм        

(1,4·535,23)/1·(1,4·535,23/1+1500·0,09)         3,65+18+0

2.5            

Для дальнейшего расчета фундамента необходимо определить нагрузки.

2.5.1            

Грузовая площадь - (3,15 + 3,1) · 1 = 6,3 м² по длине здания - 1м, по ширине - половина расстояния чистоте между стенами в двух пролетах. Нагрузки на фундамент на уровне спланированной земли [кН/м²]:

2.5.2

Покрытия Чердачные перекрытия с утеплителем Межэтажные перекрытия Перегородки Кирпичная кладка

2,54 кН/м2 3,80 кН/м2 3,60 кН/м2 1,00 кН/м2 18,00 кН/м2

2.5.3

Кровли от снега Чердачные перекрытия Межэтажные перекрытия

1,50 кН/м2 0,75 кН/м2 1,50 кН/м2

 

2.5.4

Покрытия	2,54 · 6,3	16,002кН
Чердачного перекрытия	3,8 · 6,3	23,94 кН
9-ти межэтажных перекрытий	9 · 3,6 · 6,3	204,12 кН
Перегородок на 9-ти этажах	9 · 1 · 6,3	56,7 кН
Стены с 1-го этажа (объем дверных проемов примем 7,5% объема всей кладки)	0,51 · 18 · 1 · 0,925 · 29,80	253,046 кН
	Итого	553,808кН

2.5.5

На кровлю от снега	1,5 · 6,3	9,45 кН
Чердачные перекрытия	0,75 · 6,3	4,725 кН
На 9-ти межэтажных перекрытиях  с коэффициентом  jn1 = 0,4897	6,3 · 9 · 0,4897 · 1,5	41,6489 кН
	Итого	55,8239

 
            

Условия несущей способности грунтов  основания единичной сваи или  в составе свайного фундамента имеет  вид:           

F_d

N   £   ¾  ,  где:           

¡_K             

Определим несущую способность  сваи по грунту F_d:

F_d = ¡_C · (¡_CR·R·A+U·å ¡_CF · f_i · h_i)

F_d = 1·(1·1590·0,09+1,2·(27·3,9+29,4·5,2+31,3·6,3+32,1·7,1+33,05·8,1+33,67·9,35))

F_d = 1645,014 кН            

Несущая способность сваи по грунту достаточно высокая. Необходимо проверить, выдержит ли такую нагрузку свая по материалу. Расчет по прочности материала  железобетонных свай должен производиться  в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84. При этом свая рассматривается  как железобетонный стержень, жестко закрепленный в грунте. Несущая способность  сваи может быть определена без учета  продольного изгиба.

F = ¡ · (¡_В · R_В · A_В + R_S · A_S), где

¡  - коэффициент условия работы, равен 1.

¡_В - коэффициент условия работы бетона сваи, принимаемый для сваи сечением 30 х 30 см ¡_В = 0,85.

A_В, A_S - площади поперечного сечения соответственно бетона и продольной арматуры, м²

R_В, R_S - расчетное сопротивление осевому сжатию соответственно бетона и продольной арматуры, кПа.            

Свая С7-30 согласно ГОСТ 19804.1 - 79 изготавливается  из бетона класса В15 с R_В = 8500кПа и армируется в продольном направлении четырьмя стержнями Æ12мм A - II с R_S = 280000 кПа.            

Несущая способность сваи С7-30 по материалу  будет равна:

F = 1 · (0,85 · 8500 · 0,08954 + 0,00045 · 280000) = 773,54 кН            

Как видно из сравнения, несущая  способность сваи по материалу меньше, чем по грунту. Следовательно, в дальнейших расчетах свайного фундамента в данных грунтовых условиях за несущую способность  сваи следует принимать значение по прочности материала, как наименьшее.

2.5.6            

В данных инженерно - геологических  условиях при расположении уровня подземных  вод на глубине 5,4 м, глубина заложения подошвы ростверка зависит от расчетной глубины промерзания грунта. Нормативная глубина промерзания грунта для г. Северска может быть принята d_fn = 2,2 м. Расчетная глубина промерзания зависит от теплового режима здания, от наличия подвала, конструкции пола  и определяется по формуле:

d_f = K_n · d_fn, где:

d_fn -  нормативная глубина промерзания грунта, d_fn = 2,2 м,

K_n - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, принимаемый равным 0,5.

тогда d_f = 2,2 · 0,6 = 1,1 м. Глубина заложения ростверка - 3,3 м, что больше расчетной глубины промерзания грунта.            

Определим количество свай С7-30 под  стену здания.       

F_i · g_K     1,4 · 609,6319

n = ¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾ = 1,1 св. Принимаем n = 2 сваи.          

F_d             773,54