Нормативные и расчетные нагрузки,

Расчёт фундаментов
Определение нагрузок действующих на обрезе фундамента
Рассмотрим наиболее нагруженный простенок пристроек
Рис. 1
Сбор нагрузок дейсвующих на 2,625 м длины фундамента с грузовой
площади А1 =4,7×(2,1+1,7)/2= 8,93м2 ≈ 9 м2
Нормативна Коэффициент Расчетная
Вид нагрузки
я нагрузка
надёжности
нагрузка
Nn, kH
по нагрузке γf
N1, kH
1
2
3
4
Постоянная
От покрытия:
Стропила
-0,5×9
Доски ( t = 23 мм )
-0,2×9
Фанера ( t = 18 мм )
-0,1×9
Кровельная плитка
-0,1×9
От чердачного перекрытия:
защитный слой (γ=18 kH/м3)
-0,02×18×9
4,5
1,1
5
1,8
1,1
2
0,9
1,1
1
0,9
1,1
1
3,24
1,3
4,2
утеплитель (γ=5 kH/м3)
-0,1×5×9
пароизоляция
-0,04×9
железобетонная панель
-2×9
Итого от покрытия
От стен
От кирпичной кладки
0,64×5×2,625×18+0,64×0,3×2×
18
От
столярных
изделий
и
2
остекления 0,5 kH/м
-0,5×(0,75×2,6+1,5×1,73)
Итого от стен
От конструкции пола
От лаг
0,4×9
От досчатого настила
0,2×9
От покрытия
0,1×9
Итого от пола
Всего постоянной нагрузки
4,5
1,2
5,4
0,36
1,2
0,43
18
34,2
1,1
19,8
38,83
158
1,1
173,8
2,3
1,1
2,53
160,3
176,33
3,6
1,1
3,96
1,8
1,1
2
0,9
6,3
201
1,1
1
7
222,16
9
1,3
11,7
12
1,4
16,2
6,3
1,3
8,2
13,5
40,8
242
1,3
17,55
53,65
276
Временная
От перегородок
(длительная)
-1×9
От снега
-1,8×9 (расчётная)
От временной нагрузки на
чердачном перекрытии
-0,7×9
От временной (люди, мебель)
-1,5×9
Всего временная нагрузка
Полная нагрузка
Определим нагрузку на 1 погонный метр фундаментов
Для расчёта по 1-ой группе предельных состояний
Постоянная :
N1=222,16/2,625=84,63 kH/м
Временная :
N1=53,65/2,625=20,43 kH/м
Полная :
N1=276/2,625=105,14 kH/м
Для расчёта по II -ой группе предельных состояний
Постоянная :
N2=201/2,625=76,6 kH/м
Временная :
N2=40,8/2,625=15,6 kH/м
Полная :
N2=242/2,625=92,2 kH/м
σmax= (105,14 kH/м) / (0,64м) = 164,3 kH/м2 = 0,0164 kH/см2
=0,164МПа=16,43 т×с / м2=0,00164 т×с / см2
Сбор нагрузок дейсвующих на стойку расположенную в осях 1/0 – В с
грузовой площадью А1 =2,2×(1,83+1,5)/2= 3,66 м2 ≈ 3,7 м2
Нормативна Коэффициент Расчетная
Вид нагрузки
я нагрузка
надёжности
нагрузка
Nn, kH
по нагрузке γf
N1, kH
1
2
3
4
Постоянная
От покрытия:
Стропила
-0,5×3,7
Доски ( t = 23 мм )
-0,2×3,7
Фанера ( t = 18 мм )
-0,1×3,7
Кровельная плитка
-0,1×3,7
От чердачного перекрытия:
защитный слой (γ=18 kH/м3)
-0,02×18×3,7
утеплитель (γ=5 kH/м3)
-0,1×5×3,7
пароизоляция
-0,04×3,7
железобетонная панель
-2×3,7
Итого от покрытия
1,85
1,1
2
0,74
1,1
0,81
0,37
1,1
0,41
0,37
1,1
0,41
1,33
1,3
1,8
1,85
1,2
2,22
0,15
1,2
0,18
7,4
14,1
1,1
8,14
15,97
От стен
От кирпичной кладки
0,64×0,3×1,83×18+0,64×0,3×2,2
×18
От
столярных
изделий
и
2
остекления 0,5 kH/м
-0,5×(1,83×1,73+2,2×1,73)
Итого от стен
Собственная масса
200×7 по ГОСТ 30245-2003 L = 3 м
0,411×3
Масса
бетонной
заливки
13,93
1,1
15,32
3,5
1,1
3,85
17,43
19,2
1,23
1,1
1,35
2,64
3,87
35,4
1,1
2,9
4,25
39,42
4,8
1,4
6,7
2,6
1,4
3,64
  2200 кг м3
22×0,2×0,2×3
Итого собственная масса
Всего постоянной нагрузки
Временная
От снега
-1,8×3,7 (расчётная)
От временной нагрузки
чердачном перекрытии
-0,7×3,7
Всего временная нагрузка
Полная нагрузка
на
7,4
42,8
10,34
49,76
Получили расчётную нагрузку действующую на стойку N = 49,76 kH ≈ 50
kH = 5 тонн = 5000 кг
Физико-механические характеристики, геолого – литологические разрезы,
залегание грунтовых вод, глубина промерзания и другие сведения,
необходимые для расчетов фундаментов, представлены в “Инженерногеологическом заключении” от марта 2006 года предоставленном ООО “
ИНГЕОПРОЕКТ ”.
Проведя анализ результатов инженерно-геологических изысканий,
конструктивно-планировочных особенностей пристроек, результатов сбора
нагрузок, а также на основе приведённых рекомендаций в заключении ООО “
ИНГЕОПРОЕКТ “ за естественное основание фундаментов принимаем пески
средней крупности, средней плотности, маловлажные ИГЭ 2. (см.
пояснительную записку инженерно-геологического заключения ООО
“ ИНГЕОПРОЕКТ “.
По способу устройства принимаем буронабивные сваи сплошного
круглого сечения бетонируемые в скважинах.
Так как ширина ростверка составит не менее 600 мм (т. к. толщина стен
640 мм) диаметр ствола сваи принимаем 320 мм.
Определим несущую способность буронабивной сваи диаметром 0,32 м,
которая погружена в грунт на 7,9 м ниже уровня отметки земли.
За основную принимаем скважину № 4 (как ближайшую) при этом
учитывая данные по скважинам № 1 - 3 .
Рис. 2
Несущую способность Fd, кН, висячей буронабивной сваи работающих на
сжимающую нагрузку, следует определять как сумму расчетных
сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой
поверхности по формуле
n


Fd   c    cR  R  A  U    cf  fi  hi  ,
i 1


(7.8) [1]
где γc
R
A
u
fi
- коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;
- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа,
- площадь опирания на грунт сваи, м2,
- наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;
- расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой
поверхности сваи, кПа,
hi - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой
поверхностью сваи, м;
γcR, γcf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним
концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние
способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта.
R = 0,75α4(α1γ'1d + α2α3γ1h);
(7.12) [1]
R = 0,75×0,245×(60×16,7×0,32+107,3×0,68×16,7×7,9) = 1827 кПа = 1827 kH/м2
= 182,7 тс/м2
А
d2
4

  0,322
4
 0, 08 м 2
U  2 r  2  0,16  1м
Fd = 1×( 1×1827×0,08+1×0,7(2,5×0+1×48+1,1×53+3,3×58)) = 146,16 + 208,39 =
354,55 кН = 35,455 тc
Расчётная нагрузка допускаемая на сваю
P
Fd
k

354,55kH
 253, 25kH  25,325т  с
1, 4
Требуемый шаг свай
L = P / N = 253,25 kH / 105,14 kH×м = 2,4 м
Принимаем шаг свай L = 0,9 м
Расчёт свай по II-ой группе предельных состояний
n
 IIср  (1h1  2 h2 ,..., n hn ) /  h 
i 1

(0  37 1  18 1  37  3,3)
 33, 4
1  1  3,3
 IIср 33, 4

 8,5
4
4
Рис. 3
P = (N+G) / A1 ≤ R
(105,14 +103,7)/(2,3×1) = 90,8 kH/м2 ≤ 1827 kH/м2
S ≤ Su
Расчет осадки фундаментов методом послойного суммирования
Рис. 4
Расчетные данные
z

0
1
2
3
4
0
6,25
12,5
18,75
25

 zg , кПа 0, 2 zg , кПа
1
0,039
0,009
0,004
0,002
303
346
408
470
532
61
69
82
94
107
 zp , кПа
Таблица 4.2
 zp , кПа Hi ,м E,кПа Si ,см
i
1152,5
45
10,4
4,6
2,3
599
27,7
7,5
3,45
1
1
1
1
37000
41000
41000
41000
1,3
0,05
0,015
0,007
Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы
фундамента
 zq0   h  0
Дополнительное давление на основание под подошвой фундамента
p0  p   zg0 
92, 2
 0  1152, 5кПа
0,08
 zp   p0
 zg   d II 
n
 h
i 1
i i
Вычислим осадку
n
S  h

i 1
zpi
Ei  0, 8  1 
 599 27, 7  7,5  3, 45 
 37000 
  0, 0137 м  1, 37см
41000
Проверка на предельные деформации
S  SU
S  1, 37 см  SU  10см
Конструктивно принимаем 4 Ø 10 А – III, АS = 3,1 см2 продольное
армирование.
Конструктивно принимаем Ø 6 А – II c шагом 300 мм в поперечном
направлении.
Расчёт ростверка
Рис. 5
Определим усилия в ростверке от нагрузок на период строительства
Lp = 1,05×(L – d) = 1,05×(0,9 – 0,32) = 0,609 м
qk   f 0,5Lk  k  1,1 0,5  2,5 м 18
kH
1м  24, 75kH / м
м3
Опорный момент
Mоп = - 0,083×qk×L2p = -0,083×24,75kH/м ×(0,609м)2= -0,76 kH×м
Пролётный момент
Mпр = 0,042×qk×L2p = -0,042×24,75kH/м ×(0,609м)2= 0,39 kH×м
Поперечная сила
Q = qk×L2p / 2 = 24,75kH/м ×(0,609м)2/ 2 = 4,6 kH
Определим усилия в ростверке от эксплуатационных нагрузок
bh3
0, 64  0,33
23000МПа 
6, 76
Eb I
3
3
12
12
a  3,14 3
 3,14
 3,14
 0, 77 м
E0bk
3400МПа  0, 64 м
0, 64 м
Опорный момент
Mоп = - q×L2p / 12 = 105,14 kH/м ×(0,609м)2/ 12 = 3,25 kH×м
Пролётный момент
Mпр = q×L2p / 24 = 105,14 kH/м ×(0,609м)2/ 24 = 1,62 kH×м
Поперечная сила
Q = q×L2p / 2 = 105,14 kH/м ×(0,609м)2/ 2 = 19,5 kH
Проверка прочности кладки над сваей на смятие
q / bk ≤ R
105,14 kH / (0,64 м × 1 м) = 164,2 kH / м2 < 1700 кH / м2
Подбор продольной и поперечной арматуры
Аs = M / 0,9h0Rs = 3,25 kH×м / 0,9 ×0,2м×280000kH / м2 = 6,5×10 – 5 м2 =
= 0,65 см2
Конструктивно принимаем 4 Ø 10 А – III, АS = 3,1 см2
Проверим на поперечную силу
Q = 19,5 kH ≤ Rbt×b×h = 750kH/м2 ×0,64 м × 0,2 м = 96 kH
Конструктивно принимаем Ø 6 А – II c шагом 300 мм
В верхней части тело ростверка армируем конструктивно Ø 5 Вр – I с
шагом 100.
Расчёт фундаментов по оси Д
При ведении расчётов данного фундамента необходимо учитывать моменты
которые возникают от активного горизонтального давления грунта на тело
фундамента. При этом следует учитывать возможную временную нагрузку на
поверхности грунта вблизи фундамента от подвижной транспортной
нагрузки и складируемого материала на период строительства
интенсивностью q = 10 kH/м2 см. [11]. Обычно, эту нагрузку приводят к слою
грунта высотой hпр.
Рис. 6
Н  2,1  hпр  2,1  q /  ' II  2,1  10 /17, 4  2, 7 м
Еа  qH 
 II ' H 2
tg 2 (45   II
2) 
2
17, 4  2, 7 2
10  2, 7 
 tg 2  45  18 2   60, 5kH
2
z0 
'
d d  3  hпр 2,1 2,1  3  0, 6



 0,83 м
3 d  2  hпр
3 2,1  2  0, 6
М  Еа z0  60,5  0,83  50, 2kH  м
Подберём сечение стержней рабочей арматуры стен
на 1 погонный метр:
Рис. 7
Принимаем арматуру класса А-III c Rs=355МПа.
Бетон класса прочности на сжатие B15 c Rb = 8,5 МПа
h = 400 мм
Защитный слой а = 30 мм, тогда h’f = 370 мм, b=1000мм
Вычислим значение  m :
m 
M
50, 2kH  м

 0, 04
2
3
Rв  в  ho 8,5 10 kH / м 2 1м  (0,37 м) 2
При  m  0,04 находим:   0,98
As 
M
5020kH  см

 3,9см 2
2
Rs    ho 35,5kH / см  0,98  37см
На каждом метре стены при шаге 200 мм располагаются 6 стержней с
общей требуемой площадью As = 3,9 см2, окончательно принимаем
рабочую арматуру А – III Ø 10 мм с шагом 200 мм.
Армируем фундаменты по оси Д сварными каркасами из стержневой
арматуры класса А – III Ø 10 мм с шагом 200 мм в двух направлениях
общей площадью А = 4,71 см на 1 погонный метр фундаментов.
Определим максимальный процент армирования
100 Rb
100  (0,85  0, 008 Rb )  Rb
R 


(2   /1,1) Rs  2  (0,85  0, 008 Rb ) /1,1 Rs
100  (0,85  0, 008  8,5)  8,5
 1, 45 0 0
 2  (0,85  0, 008  8,5) /1,1  355
Фактический процент армирования
As 0, 785см2  6
 
100  0,12 0 0
bh 100см  40см
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов.М.:2004.
2. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты.- М.:Стройиздат, 1987
3. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. – М., 1983.
4. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты.М.:Стройиздат, 1987.
5. СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции. Госстрой
СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. – 88 с.
6. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования.М.:Стройиздат, 1987.
7. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических
характеристик. – М., 1984.
8. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация – М., 1995.
9. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс. –
М.: Стройиздат. 1991. – 767 с.
10. Бондаренко В.М., Суворкин Д.Г. Железобетонные и каменные
конструкции: Учебник. М.: Высш. шк.. 1987. – 384 с.
11. Алексеев В.М., Калугин П.И. Проектирование оснований и фундаментов:
Учебное пособие. Воронеж: Издательство ВГУ 2001. – 528 с.