2955

УДК 624.131 С512

Смолин Ю.П., Бессонов В.В. Проектирование основа-

ний и фундаментов водонапорной башни в сейсмических районах: Метод. указ. к выполнению курсовой работы. – Ново-

сибирск: Изд-во СГУПСа, 2015. – 23 с.

Приводятся исходные данные и рекомендации по проектированию двух вариантов фундаментов водонапорной башни в сейсмических районах – мелкого заложения и свайного. При составлении методических указаний учтены действующие строительные нормы и правила, государственные стандарты и технические условия.

Предназначены для студентов очной и заочной форм обучения направления подготовки 270800 «Строительство» (квалификация выпускников – бакалавр).

Рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры «Геология, основания и фундаменты».

О т в е т с т в е н н ы й р е д а к т о р д-р техн. наук, проф. А.М. Караулов

Р е ц е н з е н т

канд. техн. наук, проф. кафедры «Строительное производство и конструкции» Новосибирской государственной академии водного транспорта Г.Г. Чибряков

© Сибирский государственный университет путей сообщения, 2015 © Смолин Ю.П., Бессонов В.В., 2015

2

2. Исходные данные

Студент очного отделения получает бланк задания на курсовую работу, в котором содержатся необходимые данные для проектирования:

–вариант, согласно которому принимаются размеры водонапорной башни в плане и ее высота по табл. 2.1 (конструктивная и расчетная схемы башни приведены на рис. 2.1), а также расчетный вес массы mk, сосредоточенной в верхней части башни, т;

–сейсмический район строительства, интенсивность сейсмических воздействий в баллах (для заданного района строительства следует принимать на основе сейсмического районирования территории Российской Федерации по [1]);

–инженерно-геологический слой грунта, принимаемый согласно заданному варианту по табл. 2.2, вид для песчаных грун-

тов определяется по кривым гранулометрического состава

(рис. 2.2).

Студенты заочного отделения принимают данные для проектирования по предпоследней цифре шифра зачетной книжки из табл. 2.1, а физико-механические свойства – по последней цифре из табл. 2.3 (если в шифре одна цифра, то перед этой цифрой принять цифру ноль).

Примечание. Расчетная сейсмическая балльность дана в баллах шкалы MSK-64 для средних грунтовых условий и сейсмической опасности А

(10 %).

4

* Кривые гранулометрического состава смотреть на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Кривые гранулометрического состава

6

* Кривые гранулометрического состава смотреть на рис. 2.2.

На защиту курсовой работы студент представляет расчетнопояснительную записку объемом 20–25 с. и чертеж на листе формата А2.

В расчетно-пояснительной записке содержатся:

–бланк задания на курсовую работу, подписанный преподавателем (для студентов дневного отделения);

–конструктивная и расчетная схемы водонапорной башни;

–исходные данные для выполнения работы;

–анализ инженерно-геологических условий строительной площадки;

–расчет фундаментов мелкого заложения;

–расчет свайных фундаментов.

Расчеты выполняются в соответствии с методическими указаниями и строительными нормами.

3. Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки

Для построения геологического разреза в бланке задания указывается условный номер грунта, характеристики которого приведены в табл. 2.2.

7

Для данного номера грунта из задания и табл. 2.2 (для очников) и 2.3 (для заочников) определяется его наименование по ГОСТ 25100–2011 [4]. Для этой цели определяются следующие дополнительные характеристики: коэффициент пористости e, коэффициент водонасыщения Sr, удельный вес сухого грунта d, число пластичности Ip, показатель текучести IL (Ip и IL определяются только для глинистых грунтов). Все данные о грунте основания целесообразно представить в виде табл. 3.1.

Таблица 3.1

Сводная таблица физико-механических свойств грунтов строительной площадки

Наименование песчаного грунта устанавливается по его гранулометрическому составу, степени влажности и коэффициенту пористости. Гранулометрический состав задается в виде кривых (см. рис. 2.2). Разновидность песчаного грунта определяется по прил. 1. Разновидность песчаных грунтов по плотности сложения

8

определяется в соответствии с прил. 2. Разновидность глинистого грунта устанавливается по числу пластичности Ip (прил. 3) и по показателю текучести IL (прил. 4). По заданным вычисленным фазовым характеристикам для слоя грунта необходимо определить табличное значение условного расчетного сопротивления R0 в соответствии с прил. 5, 6.

4. Определение сейсмических нагрузок

Прежде чем приступить к расчету оснований и фундаментов в сейсмических районах, необходимо определить сейсмическую нагрузку, действующую на водонапорную башню. Эта нагрузка является результатом действия инерционных сил, возникающих при колебании сооружения, и зависит от периодов и форм собственных колебаний, которые определяются методами динамики сооружения. Сейсмические силы могут иметь произвольное направление в пространстве. В курсовой работе направление сейсмической нагрузки принимается только в горизонтальном направлении.

Для определения сейсмической нагрузки на водонапорную башню используется расчетная схема сооружения, в которой вес сооружения принимается в виде сосредоточенной массы с использованием консольной расчетной динамической модели

(см. рис. 2.1, б).

В качестве сосредоточенной массы принимается 1/3 веса от расчетного веса массы ствола башни и бака с водой. Расчетная масса, сосредоточенная в верхней части башни, по вариантам задания на проектирование приведена в табл. 2.1.

Расчет фундаментов на сейсмические силы производится по первой группе предельных состояний по несущей способности основания.

Расчетная сейсмическая нагрузка согласно [1] с одной сосредоточенной массой mk в точке определяется по формуле

где K0 – коэффициент, учитывающий назначение и уровень ответственности водонапорной башни, принять равным 1,1 при сейсмической нагрузке, соответствующей уровню ПЗ (проектного землетрясения); K1 – коэффициент, учитывающий допустимые по-

9

вреждения башни (в курсовой работе K1 = 0,25); mk – расчетный вес массы, сосредоточенной в точке приложения сейсмической силы с учетом расчетных нагрузок на конструкцию (см. табл. 2.1); А – значение ускорения в уровне основания, принимаемое равным 1; 2; 4 м/с2 для расчетной сейсмичности 7, 8, 9 баллов соответственно; kψ – коэффициент для башен, согласно [1] принимается равным 1,5; ηk – коэффициент, зависящий от формы собственных колебаний сосредоточенной массы (так как расчетная модель рассматриваемой водонапорной башни имеет только одну форму собственных колебаний, то допустимо принять коэффициент ηk = 1); β – коэффициент динамичности, зависящий от периода собственных колебаний Т.

Так как расчетная схема башни имеет одну форму собственных колебаний, то период этих колебаний при жестком основании под фундаментом определяется по формуле

где δ1 – перемещение верха водонапорной башни от единичной силы в точке приложения S0 с массой mk.

Значение δ1 определяется по формуле

где h – расстояние от обреза фундамента до точки приложения сейсмической силы (h = Н – h , h = 4,5 м); Е – модуль упругости бетона, равный 3 ·107 кПа; I – момент инерции сечения круглой конструкции ствола водонапорной башни, который определяется по формуле

где D и d – внешний и внутренний диаметры башни соответственно, м.

После определения периода собственных колебаний по формуле (4.2) определяется величина β из следующих условий:

10