Расчет и проектирование оснований и фундаментов промышленных зданий

     Целесообразно рассмотреть следующие возможные  варианты фундаментов и оснований:

1) фундамент  мелкого заложения на естественном основании - глине;

2) фундамент на распределительной песчаной подушке (может быть достигнуто уменьшение размеров подошвы фундаментов и расчетных осадок основания);

3) свайный  фундамент из забивных висячих свай; несущим слоем для свай может служить полутвердая, достаточно плотная глина (слой 4).

      Следует предусмотреть срезку и использование  почвенно-растительного слоя при  благоустройстве и озеленении застраиваемого участка (п.1.5 СНиП 2.02.01-83). 

      4. Расчет и проектирование  варианта фундамента  
на естественном основании. 

     Проектируется монолитный фундамент мелкого заложения  на естественном основании по серии 1.412-2/77 под колонну, расположенную по осям А-5, для исходных данных, приведенных выше.  

4.1. Определение глубины  заложения фундамента. 

Первый  фактор - учет глубины сезонного промерзания грунта. Грунты основания пучинистые, поэтому глубина заложения фундамента d от отметки планировки DL должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Для t^вн = 10С° и грунта основания, представленного глиной, по 2.28 СНиП 2.02.01-83:

d  ³  d_f =  K_h×d_fn  =  K_h×d₀ =  0,7×0,23× = 1,25 м.

Коэффициент K_h = 0,7 принят как уточненный при последующем расчете в соответствии с указаниями примечания к табл.1 СНиП 2.02.01-83

Второй  фактор - учет конструктивных особенностей здания.

Размер сечения колонны 1000х500 мм. Высота фундамента H_ф = 1,8 м.

d^/ = H_ф + 0,700 = 1,8 + 0,700 = 2,5 м. (от отметки 0.000) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 2 Учет конструктивных особенностей здания 

Третий  фактор - инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки. С поверхности на большую глубину залегает слой 2, представленный – глиной мягкопластичной, среднесжимаемой (R_усл=146,97 кПа). Подстилающие слои 3 и 4 по сжимаемости и прочности не хуже среднего слоя. В этих условиях, учитывая высокий УПВ, глубину заложения подошвы фундамента целесообразно принять минимальную, однако достаточную из условий промерзания и конструктивных требований. 

С учетом всех трех факторов, принимаем глубину  заложения от поверхности планировки

(DL) d = 2,35 м, Н_ф = 1,8 м. Абсолютная отметка подошвы фундамента (FL) составляет 63,05 м, что  обеспечивает выполнение требования о минимальном заглублении в несущий слой. В самой низкой точке рельефа заглубление в несущий слой 2 от отметки природного рельефа (NL) составляет: 64,9 - 63,05 = 1,85 м > 0,5 м.

4.2. Определение площади  подошвы фундамента. 

Площадь А_тр подошвы фундамента определяем по формуле:

А_тр = N_{col II} / (R²_усл - g_mt×d) = 1826,49 / (146,97 - 20×2,35) = 18,27 м²,  
где g_mt = 20 кН / м³ - средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах. 

4.3. Выбор фундамента  и определение  нагрузки на грунт. 

Принимаем фундамент ФД 15-2 с размерами подошвы l = 4,8 м, b = 4,2 м, тогда

А = l × b = 4,8×4,2 =20,16 м², Н_ф = 1,8 м, объём бетона V_fun = 13,3 м³.

Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:

G_{fun II} = V_fun ×g_b × g_f = 13,3 × 25×1 = 332,5 кН;

V_g = l×b×d - V_fun = 4,8× 4,2 × 2,35 –13,3= 34,08 м³;

G_{g II} = V_g × k_pз × g_II × g_f  = 34,08 × 0,95 × 17,07 × 1 = 552,59 кН,

где коэффициент надежности по нагрузке g_f=1, удельный вес бетона g_b=25 кН/м³; k_рз=0,95- коэффициент разрыхления.

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

N_{tot II} = N_{col II} + G_{g II} + G_{fun II} = 1826,49 + 552,59 + 332,5 = 2711,58 кН;

M_{tot II} = M_{col II} +  Q_{сol II} · Н_ф = 1594,21 + 117,2 × 1,8 = 1805,17  м;

Q_{tot II} = Q_{col II} = 117,2 кН. 

4.4. Расчетное сопротивление  грунта.

Уточняем  расчетное сопротивление R для принятых размеров фундамента (l =4,8м,b = 4,2 м, d = 2,35 м):

=

(1,0 ·1/1)·(0,12·1·4,2·8,21+1,47·[0,85·17,07+(2,35-0,85)·8,21]+3,82·29) = 154,35 кПа. 

4.5. Давление на грунт  под подошвой фундамента. 

Определяем среднее  P_{II mt}, максимальное P_{II max} и минимальное P_{II min} давления на грунт под подошвой фундамента:

= 246,43 кПа;

= 22,58 кПа;

P_{II max} = 246,43 кПа < 1,2×R = 1,2 × 154,35 = 185,22 кПа;

Условие не выполняется, подбираем другой фундамент. 

Принимаем фундамент ФД 16-2 с размерами подошвы l = 5,4 м, b = 4,2 м, тогда

А = l × b = 5,4×4,2 =22,68 м², Н_ф = 1,8 м, объём бетона V_fun = 14,7 м³.

Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:

G_{fun II} = V_fun ×g_b × g_f = 14,7 × 25×1 = 367,5 кН;

V_g = l×b×d - V_fun = 5,4× 4,2 × 2,35 –14,7= 38,60 м³;

G_{g II} = V_g × k_pз × g_II × g_f  = 38,60 × 0,95 × 17,07 × 1 = 625,92 кН,

где коэффициент  надежности по нагрузке g_f=1, удельный вес бетона g_b=25 кН/м³; k_рз=0,95- коэффициент разрыхления.

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

N_{tot II} = N_{col II} + G_{g II} + G_{fun II} = 1826,49 + 625,92 + 367,5 = 2819,91 кН;

M_{tot II} = M_{col II} +  Q_{сol II} · Н_ф = 1594,21 + 117,2 × 1,8 = 1805,17  м;

Q_{tot II} = Q_{col II} = 117,2 кН.

Уточняем  расчетное сопротивление R для принятых размеров фундамента (l =5,4м,b = 4,2 м, d = 2,35 м):

=

(1,0 ·1/1)·(0,12·1·4,2·8,21+1,47·[0,85·17,07+(2,35-0,85)·8,21]+3,82·29) = 154,35 кПа. 

Определяем среднее  P_{II mt}, максимальное P_{II max} и минимальное P_{II min} давления на грунт под подошвой фундамента:

= 212,77 кПа;

= 35,90 кПа;

P_{II max} = 212,77 кПа < 1,2×R = 1,2 × 154,35 = 185,22 кПа;

Условие не выполняется, подбираем другой фундамент. 

Принимаем фундамент ФД 17-2 с размерами подошвы l = 5,4 м, b = 4,8 м, тогда

А = l × b = 5,4×4,8 =25,92 м², Н_ф = 1,8 м, объём бетона V_fun = 16,7 м³.

Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:

G_{fun II} = V_fun ×g_b × g_f = 16,7 × 25×1 = 417,5 кН;

V_g = l×b×d - V_fun = 5,4× 4,8 × 2,35 –16,7= 44,21 м³;

G_{g II} = V_g × k_pз × g_II × g_f  = 44,21 × 0,95 × 17,07 × 1 = 716,96 кН,

где коэффициент  надежности по нагрузке g_f=1, удельный вес бетона g_b=25 кН/м³; k_рз=0,95- коэффициент разрыхления.

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

N_{tot II} = N_{col II} + G_{g II} + G_{fun II} = 1826,49 + 716,96 + 417,5 = 2960,95 кН;

M_{tot II} = M_{col II} +  Q_{сol II} · Н_ф = 1594,21 + 117,2 × 1,8 = 1805,17  м;

Q_{tot II} = Q_{col II} = 117,2 кН.

Уточняем  расчетное сопротивление R для принятых размеров фундамента (l =5,4м,b = 4,8 м, d = 2,35 м):

=

(1,0 ·1/1)·(0,12·1·4,8·8,21+1,47·[0,85·17,07+(2,35-0,85)·8,21]+3,82·29) = 154,94 кПа. 

Определяем среднее  P_{II mt}, максимальное P_{II max} и минимальное P_{II min} давления на грунт под подошвой фундамента:

= 191,62 кПа;

= 36,85 кПа;

P_{II max} = 191,62 кПа < 1,2×R = 1,2 × 154,94 = 185,93 кПа;

Условие не выполняется, подбираем другой фундамент. 

Принимаем фундамент ФД 18-2 с размерами подошвы l = 5,4 м, b = 5,4 м, тогда

А = l × b = 5,4×5,4 =29,16 м², Н_ф = 1,8 м, объём бетона V_fun = 19,0 м³.

Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:

G_{fun II} = V_fun ×g_b × g_f = 19 × 25×1 = 475 кН;

V_g = l×b×d - V_fun = 5,4× 5,4 × 2,35 –19= 49,53 м³;

G_{g II} = V_g × k_pз × g_II × g_f  = 49,53 × 0,95 × 17,07 × 1 = 803,20 кН,