Определение нагрузок, действующих на фундаменты

Наиболее нагруженными являются фундаменты по оси А.

Нормативные значения усилий на уровне обреза фундаментов по оси А от нагрузок и воздействий, воспринимаемых рамой каркаса:

Таблица 5

Усилия и ед. изм	Постоянные (1)	Снег (2)	Ветер(3)	Кран (4)
Nn,i (кН)	1006,5	236,0	0	376,0
Mn,i (кНм)	-318,4	0	-387,7	-56,4
Qn,i (кН)	-15,9	0	-68,0	-3,5

Нормативные значения усилий на уровне обреза фундамента для основных сочетаний нагрузок:

Таблица 6

Усилия и ед. изм	Индексы нагрузок по табл. 5 и правило подсчета
	(1)+(2)	(1)+(3)	(1)+(4)	(1)+1(4)+0,9(2)+0.7(3)
Nn (кН)	1242,5	1006,5	1382,5	1594,9
Mn (кНм)	-318	-705,7	-374,4	-645,8
Qn (кН)	-15,9	-83,9	-18,9	-66,5

Наиболее неблагоприятным является сочетание из постоянной (1) и всех кратковременных (1)+1(4)+0,9(2)+0.7(3) нагрузок.

Для расчетов по деформациям (с коэффициентом надежности по нагрузке γ_f =1,0):

N_col,II = N_n · γ_f = 1594,9 · 1,0 = 1594,9 кН

М_col,II = M_n· γ_f = 645,8 · 1,0 = 645,8 кНм

Q_col,II = Q_n· γ_f = 66,5 · 1,0 = 66,5 кН

Для расчетов по несущей способности (с коэффициентом надежности по нагрузке γ_f =1,2):

N_col,I = N_n · γ_f = 1594,9· 1,2 = 1913,88 кН

М_col,I = M_n· γ_f = 645,8 · 1,2 = 774.95 кНм

Q_col,I = Q_n· γ_f = 66,5 · 1,2 = 79,8 кН

Оценка инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства

Рис. 3. Схема планово-высотной привязки здания

Рис. 4. Инженерно-геологический разрез I-I

Показатели свойств и состояния грунтов (вычисляемые):

Таблица 7

№ слоя	Тип грунта	d, т/м3	n,%	e	Sr	Ip,%	IL	I, кН/м3	, кН/м3	s, кН/м3	sb, кН/м3	Rусл
												кПА
2	Суглинок	1,51	43,94	0,784	0,83	10	0,65	17,95	18,2	26,5	9.2	214.6
3	Суглинок	1,50	44,90	0,815	0,94	12	0,6	18,34	18,5	26,7	9.2	178.2
4	Песок мелкий	1,53	42,98	0,754	0,94	-	-	18,44	18,6	26,3	9.3	275.8

Наименование грунта по ГОСТ 25100-95:

2-й слой – суглинок мягкопластичный;

3-й слой – суглинок мягкопластичный;

4-й слой – песок мелкий.

Вычисление необходимых показателей свойств и состояния грунтов

Слой 2 – суглинок

Число пластичности:

I_p = W_L - W_p = 27.7% - 17.7% = 12%

Плотность сухого грунта:

ρ_d=ρ_n/(1+0,01w) = 1,88 т/м³/(1+0,01∙24,2) = 1,51 т/м³

Пористость и коэффициент пористости:

n = (1-ρ_d/ρ_s)∙100 = (1-1,5/2,7)∙100% = 43,94%

e = n/(100-n) = 43,94/(100-43,94) = 0,784

Степень влажности:

S_r = W_s/(100e_w) = 24.2·2,7/0,784·100·1=0,83

Показатель текучести:

I_L = (W-W_p)/(W­_L-W_p) = (24.2-17,7)/(27.7-17.7) = 0,65

По показателю текучести суглинок находится в мягкопластичном состоянии (ГОСТ 25100-95).

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

γ_I = ρ_Ig = 1,83∙9,81 = 17,95 кН/м³

γ_II = ρ_IIg = 1,85∙9,81 = 18,15 кН/м³

γ_s = ρ_sg = 2,7∙9,81 = 26,49 кН/м³

Удельный вес суглинка, расположенного ниже УПВ, с учетом взвешивающего действия воды:

γ_sb = (γ_s-γ_w)/(1+e) = (26,749-10)/(1+0,784) = 9,24 кН/м³

E = 11,0 МПа > 10,0 МПа – малосжимаемый грунт

Слой 3 – суглинок

Число пластичности:

I_p = W_L - W_p = 32,9% - 20,9% = 12%

Плотность сухого грунта:

ρ_d=ρ_n/(1+0,01w) = 1,92 т/м³/(1+0,01∙28,1) = 1,50 т/м³

Пористость и коэффициент пористости:

n = (1-ρ_d/ρ_s)∙100 = (1-1,50/2,72)∙100% = 44,9%

e = n/(100-n) = 44,9/(100-44,9) = 0,815

Степень влажности:

S_r = W_s/(100e_w) = 28,1·2,72/0,815·100·1=0,94

Показатель текучести:

I_L = (W-W_p)/(W­_L-W_p) = (28,1-20,9)/(32,9-20,9) = 0,6

По показателю текучести суглинок находится в мягкопластичном состоянии (ГОСТ 25100-95).

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

γ_I = ρ_Ig = 1,87∙9,81 = 18,34 кН/м³

γ_II = ρ_IIg = 1,89∙9,81 = 18,54 кН/м³

γ_s = ρ_sg = 2,72∙9,81 = 26,68 кН/м³

Удельный вес суглинка, расположенного ниже УПВ, с учетом взвешивающего действия воды:

γ_sb = (γ_s-γ_w)/(1+e) = (26,68-10)/(1+0,815) = 9,19 кН/м³

10,0 МПа > E = 8,0 МПа > 5,0 МПа – среднесжимаемый грунт

Слой 4 – песок мелкий

Плотность сухого грунта:

ρ_d=ρ_n/(1+0,01w) = 1,93 т/м³/(1+0,01∙26,3) = 1,53 т/м³

Пористость и коэффициент пористости:

n = (1-ρ_d/ρ_s)∙100 = (1-1,53/2,68)∙100% = 42,98%

e = n/(100-n) = 42,98/(100-42,98) = 0,754

Степень влажности:

S_r = W_s/(100e_w) = 26,3·2,68/0,754·100·1=0,94

Песок мелкий, рыхлый. (по ГОСТ 25100-95)

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

γ_I = ρ_Ig = 1,88∙9,81 = 18,44 кН/м³

γ_II = ρ_IIg = 1,9∙9,81 = 18,64 кН/м³

γ_s = ρ_sg = 2,68∙9,81 = 26,29 кН/м³

Удельный вес песка, расположенного ниже УПВ, с учетом взвешивающего действия воды:

γ_sb = (γ_s-γ_w)/(1+e) = (26,29-10)/(1+0,754) = 9,29 кН/м³

E = 18,0 МПа > 10,0 МПа – малосжимаемый грунт

Определение условного расчетного сопротивления грунта:

Условные расчетные сопротивления слоев 2, 3 и 4 следует определять по формуле (5.7) CП 22.13330-2011, записанной в следующих вариантах:

для слоя №2:

для слоя №3:

для слоя №4:

Примем условные размеры фундамента d₁=d_усл= 2 м и b_усл= 1 м и установим в зависимости от заданных геологических условий и конструктивных особенностей здания коэффициенты γ_с1, γ_с2 , k, М_y, М_с, М_q:

1. для суглинка мягкопластичного (I_L>0,5): γ_с1=1,1, γ_с2=1,0 (по таблице 5.4 CП 22.13330-2011), для φ_II = 18º М_y=0,43, М_q=2,73, М_c=5,31 (по таблице 5.5 CП 22.13330-2011).

2. для суглинка мягкопластичного (I_L>0,5): γ_с1=1,1, γ_с2=1,0 (по таблице 5.4 CП 22.13330-2011), для φ_II = 16º М_y=0,36, М_q=2,43, М_с=4,99 (по таблице 5.5 CП 22.13330-2011).

3. для песка мелкого: γ_с1=1,3, γ_с2=1,1 (по таблице 5.4 CП 22.13330-2011), для φ_II = 28º М_y=0,98, М_q=4,93, М_c=7,40 (по таблице 5.4 CП 22.13330-2011).

Коэффициент k =1 принимаем по указаниям п.5.6.7 CП 22.13330-2011.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

Полное наименование грунта слоя № 2 – суглинка мягкопластичный. Этот грунт может быть использован как естественное основание, поскольку имеет достаточную прочность(R_усл=203,9 кПа, N_{II col} =1594,9 кН, Е=11,0 МПа > 10,0 МПа).

Полное наименование грунта слоя № 3 – суглинок мягкопластичный. (R_усл=239 кПа, N_{II col} =1557,3 кН, Е=8,0 МПа > 5,0 МПа).

Полное наименование грунта слоя № 4 – песок мелкий, рыхлый.

( R_усл=482,4 кПа, N_{II col} =1557,3 кН, Е=18 МПа > 10,0 МПа).

Заключение:

В целом площадка пригодна для возведения здания. Рельеф площадки спокойный с небольшим подъёмом в сторону скважины 1. Грунты имеют слоистое напластование. Все грунты имеют достаточную прочность, малосжимаемы и могут быть использованы в качестве оснований в природном состоянии. Грунтовые воды расположены на небольшой глубине, что значительно ухудшает условия устройства фундаментов: при заглублении фундаментов более 0,8 м. необходимо водопонижение; возможность открытого водоотлива из котлованов, разработанных в суглинке, должна быть обоснована проверкой устойчивости дна котлована (прорыв грунтовых вод со стороны слоя песка); суглинок, залегающий в зоне промерзания является соответственно среднепучинистым грунтом, поэтому глубина заложения фундаментов наружных колонн здания должна быть принята не менее расчетной глубины промерзания грунта, а при производстве работ в зимнее время необходимо предохранение основания от промерзания.

Целесообразно рассмотреть следующие возможные варианты фундаментов и оснований:

1) фундамент мелкого заложения на естественном основании – суглинке;

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

3) свайный фундамент из забивных висячих свай;

Следует рассмотреть срезку и использование почвенно-растительного слоя при благоустройстве и озеленении застраиваемого участка.