2955
.pdf
При всех случаях значение β должно быть не менее 0,8. После определения сейсмической нагрузки S0 ее вместе с вер-
тикальной нагрузкой от веса башни прикладывают в уровне обреза фундамента. К обрезу фундамента также прикладывается момент от сейсмической нагрузки, равный произведению сейсмической силы S0 на расстояние h от этой силы до обреза фундамента
(см. рис. 2.1), т.е.
М0 = S0h. |
(4.5) |
5. Проектирование фундаментов мелкого заложения
Предварительные размеры фундаментов допускается определять расчетом оснований по деформациям без учета сейсмических воздействий согласно требованиям [2] и [5]. В курсовой работе рекомендуется принять фундамент с квадратной формой подошвы.
Глубина заложения подошвы фундамента зависит, во-первых, от глубины промерзания (см. [5]), во-вторых, от конструкции фундамента. Следует принять жесткую конструкцию монолитного фундамента с развитием под углом не более 30° (см. рис. 2.1).
Расчет по несущей способности основания производится на действие вертикальной нагрузки на грунт исходя из условия:
N |
|
|
|
c,eq |
N |
u,eq |
, |
|
|
|
|||||
a |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
n |
|
|
(5.1)
где Na – вертикальная расчетная нагрузка, приведенная к подошве фундамента (рис. 5.1); = 0,6 – коэффициент для III категории
по сейсмичности; Nu,eq – вертикальная сила от действия водонапорной башни и фундамента, кН; n = 1,15 – коэффициент для II
уровня ответственности.
Последовательность определения несущей способности основания:
1.Определяются эксцентриситеты расчетной нагрузки e0, м,
иплощади эпюры предельного давления eu, м:
e |
|
M |
a |
; |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
0 |
N |
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
b( pb p0 ) |
, |
|||
|
|||||
u |
6( pb p0 ) |
|
|||
|
|
||||
(5.2)
(5.3)
11
где Ma – момент, приведенный к подошве фундамента, кН·м,
Ma = M0 + S0hф;
Na = Q0 + Gф + Gгр, |
(5.4) |
где Q0 – вес массы водонапорной башни до обреза фундамента, определяемый по формуле Q0 = mk · 10 + Gств, кН; Gств – вес ство-
ла, кН, |
Gств |
|
(D |
2 |
d |
2 |
)(H 5,5) |
б ; |
Gф – вес фундамента, кН, |
|
|||||||||
4 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Gф = γбVф (удельный вес бетона γб = 24 кН/м3); Gгр – вес грунта на ступенях фундамента, кН, Gгр = γгрVгр (удельный вес грунта на ступенях фундамента γ гр = 20 кН/м3); Vф, Vгр – объем фундамента и грунта на ступенях соответственно (определяются по геометрическим размерам фундамента); pb и p0 – ординаты эпюры предельного давления по краям подошвы фундамента, кПа (рис. 5.1).
|
Q |
|
M |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
S |
|
|
|
|
|
0 |
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
a |
|
S =S |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
a |
h ф
p |
p |
0 |
b
|
e |
|
u |
b/ 2 |
b/ 2 |
|
b |
Рис. 5.1. Эпюра предельного давления под подошвой фундамента при сейсмическом воздействии
|
|
F d |
(F 1)c |
|
|||||
p |
q |
|
1 1 |
c |
|
1 |
1 |
, |
(5.5) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
0 |
|
|
|
tg 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
pb p0 |
1b(F2 |
keq F3 ), |
(5.6) |
||||||
12
где q = 2,5; |
c |
= 1,3; = 0,75 – коэффициенты формы подошвы |
фундамента; |
|
и 1 – удельный вес грунта, находящегося выше и |
1 |
ниже подошвы фундамента соответственно, кН/м3; d – глубина заложения подошвы фундамента, м; keq – коэффициент, принимае-
мый равным 0,1; 0,2; 0,4 при сейсмике 7, 8 и 9 баллов соответственно; F1, F2, F3 – коэффициенты, определяемые по графикам
(рис. 5.2) в зависимости от расчетного угла внутреннего трения s . 1
Рис. 5.2. Определение коэффициентов F1, F2, F3 в зависимости от расчетного угла внутреннего трения
|
s |
|
|
Значение угла внутреннего трения 1 определяется по формуле |
|
|
s |
(5.7) |
|
1 1 , |
|
где |
1 – расчетные значения угла внутреннего трения без учета |
|
сейсмики (см. табл. 2.2 и 2.3); = 2° (при 7 баллах); |
= 4° |
|
(при 8 баллах); = 7° (при 9 баллах). |
|
|
|
2. В зависимости от соотношения между значениями e0 |
и eu |
величину несущей способности для столбчатого фундамента Nu, eq , кН, определяют следующим образом:
13
при e0 |
≤ eu |
Nu,eq 0,5b |
2 |
( pb p0 ); |
|
|||
|
|
|||||||
|
|
|
b |
2 |
p |
|
|
|
|
|
Nu,eq |
|
|
|
|||
при e0 |
> eu |
|
|
|
b |
. |
|
|
6e |
|
|||||||
|
|
1 |
/ b |
|
||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
3. Максимальное давление по подошве |
||||||||
|
|
pmax |
|
|
|
2Na |
pb , |
|
|
|
3b(b / 2 e0 ) |
||||||
|
|
|
|
|
||||
где Na и e0 – то же, что и в формуле (5.2).
(5.8)
(5.9)
(5.10)
6. Проектирование свайных фундаментов
Свайный фундамент состоит из свай, объединенных накладываемой сверху общей плитой (ростверком). Ростверк, как правило, изготавливается из монолитного железобетона и служит для передачи нагрузки от сооружения на сваи.
При конструировании свайного фундамента высота ростверка должна быть не менее 1 м. В плане ростверк проектируется квадратной формы. Его размеры назначают несколько больше размеров надфундаментной части. В курсовой работе ширину ростверка принять равной b = D + 2c0 (D – внешний диаметр башни; с0 = 0,2…0,5 (рис. 6.1)).
Рис. 6.1. Конструкция свайного фундамента
В практике жилищного и промышленного строительства в сейсмических районах наиболее часто применяются призматические сваи с сечением 30 30, 35 35 и 40 40 см. В курсовой
14
работе следует применить марки свай, приведенные в табл. 6.1. При этом в ростверке должно быть не менее четырех свай. Длина свай выбирается с учетом инженерно-геологического строения грунтов в основаниях так, чтобы их нижние концы были заглублены в достаточно прочный несущий слой основания на величину не менее 1,0 м. Свая должна быть погружена в грунт на глубину не менее 4,0 м.
Верхние концы свай должны быть жестко заделаны в ростверке на глубину не менее двух диаметров свай.
|
|
|
Таблица 6.1 |
Характеристики железобетонных призматических свай |
|||
|
|
|
|
Марка сваи |
Расчетная прочность |
Объем бетона, м3 |
Масса сваи, т |
|
на растяжение, кН |
|
|
СМ 6 35 |
240 |
0,75 |
1,88 |
СМ 7 35 |
240 |
0,88 |
2,19 |
СМ 8 35 |
240 |
1,00 |
2,50 |
СМ 9 35 |
240 |
1,12 |
2,80 |
СМ 10 35 |
240 |
1,24 |
3,10 |
СМ 11 35 |
240 |
1,37 |
3,43 |
СМ 12 35 |
240 |
1,49 |
3,73 |
СМ 13 35 |
300 |
1,61 |
4,03 |
СМ 14 35 |
300 |
1,73 |
4,33 |
СМ 15 35 |
300 |
1,86 |
4,65 |
СМ 16 35 |
300 |
1,98 |
4,95 |
При размещении вертикальных свай в ростверке они должны отстоять друг от друга на расстоянии между осями не менее трех диаметров свай. При проектировании наклонных свай расстояние между осями соседних свай в уровне подошвы ростверка должно быть не менее 1,5 диаметров. Наклоны свай должны находиться в пределах от 7 до 18°.
Расчет свайных фундаментов производится по предельному состоянию первой группы и предусматривает:
–определение несущей способности свай на сжимающую и выдергивающую нагрузки;
–проверку устойчивости грунта по условию ограничения давления, передаваемого на грунт боковыми поверхностями свай.
15
6.1. Определение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю
Несущая способность забивной сваи, работающей на сжимающую нагрузку, с учетом сейсмических воздействий определяется по формуле
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
F |
|
eq |
|
cR |
RA u |
cq |
|
f |
f h ; |
d |
|
|
|
i |
i i |
||||
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
то же на выдергивающую нагрузку:
(6.1)
d |
|
|
p |
|
|
Fd 0,8u cq |
f fi hi , |
|
h |
i |
|
|
|
|
d |
|
|
где eq , cqi – коэффициенты условий работы,
(6.2)
учитывающие влия-
ние
под
|
cR |
, |
|
|
сейсмических колебаний на напряженное состояние грунта нижним концом и на боковой поверхности сваи (табл. 6.2);f – коэффициенты, принимаемые равными единице; R –
расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по табл. 7.2 [3; 5]; А – площадь поперечного сечения сваи, м2; u – периметр поперечного сечения сваи, м; fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи (начиная с глубины hp), кПа, принимаемое по табл. 7.3 [3; 5]; hi – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м; dp – глубина погружения сваи в грунт, м; hd – глубина, до которой не учитывается сопротивление грунта на боковой поверхности сваи, определяемая по формуле
hd 4 / , |
(6.3) |
где – коэффициент деформации сваи, для сваи |
сечением |
0,35 0,35
принять
мпринять
= 0,76 м–1
= 0,79 м–1, для сваи сечением 0,30 0,30 м или рассчитать по формуле (6.9).
Таблица 6.2
Понижающие коэффициенты условий работы грунта основания
|
|
|
Значение коэффициентов |
||
Грунты |
Коэффициент |
при сейсмичности |
|||
|
|
|
7 |
8 |
9 |
Пески средней плотности и |
eq , cq |
|
0,95 |
0,85 |
0,75 |
плотные |
i |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глинистые |
eq |
|
|
|
|
твердой консистенции |
|
1 |
0,95 |
0,8 |
|
16
Окончание табл. 6.2
|
|
|
Значение коэффициентов |
||
Грунты |
Коэффициент |
при сейсмичности |
|||
|
|
|
7 |
8 |
9 |
полутвердой и тугопластич- |
eq , cq |
i |
0,95 |
0,95 |
0,85 |
ной консистенции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мягкопластичной конси- |
eq |
|
0,75 |
0,7 |
0,6 |
стенции |
|
||||
|
|
|
|
|
|
6.2.Определение необходимого числа свай
всвайном ростверке
Ориентировочно общее количество свай в свайном кусте определяется по формуле
|
Q |
G |
p |
|
|
|
|
n |
0 |
|
k |
|
|
, |
|
|
|
|
m |
||||
|
|
F |
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
(6.4)
где Gр – вес ростверка, кН; km – коэффициент, учитывающий дей-
ствие момента внешних сил, равный 1,3–1,5; |
k |
– коэффициент |
надежности, принимаемый равным 1,4. |
|
|
6.3.Расчет усилий в сваях
Вкурсовой работе расчет усилий в сваях производится как для шарнирной расчетной схемы (по упрощенной методике). В ростверке усилия в крайних сваях определяются по формуле
|
Q0 Gp |
|
M x |
|
|
N |
|
|
max |
F , |
(6.5) |
|
|
||||
|
|
|
|
u |
|
|
n |
|
x2i |
|
|
где Gp – вес ростверка, кН; n – количество свай; М – момент внешних сил в уровне подошвы ростверка, кН·м; xmax – расстояние от центра ростверка до оси крайней сваи, м; xi – расстояние от той же оси до оси каждой сваи, м; Fu – расчетная несущая способность сваи, определяется по формуле Fu = Fd / 1,4.
6.4. Проверка условия ограничения давления поверхностями сваи на грунт
Потерей устойчивости окружающего сваю грунта является его пластический выпор. Соответствующий расчет сводится к проверке неравенства
4 |
|
|
max 1 2 cos |
( z tg c). |
(6.6) |
17
В курсовой работе 1, 2 – коэффициенты, принимаемые равными единице; γ – расчетный удельный вес грунта на глубине z, кН/м3; ξ – коэффициент для забивных свай, принимаемый равным 0,6; φ1, с1 – расчетные значения угла внутреннего трения грунта, град, и удельного сцепления, кПа, соответственно,
|
|
s |
|
c |
|
1 |
; c |
. |
|
|
|
|
||
1 |
1,15 |
1 |
1,5 |
|
|
|
|||
Значение
s 1
определяется по формуле (5.7).
Максимальное давление поверхностями свай на грунт достигается при сейсмических воздействиях на глубине z = 1,2 / αε и определяется по формуле
|
|
1,1 |
ap T |
, |
(6.7) |
|
max |
bpn |
|||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
где ap – коэффициент (при d' > 4 ap = 0,65; при d' = 2 ap = 0,73); d' – приведенная глубина погружения сваи в грунт, определяемая по формуле
d' = αεLcв, |
(6.8) |
где – коэффициент деформации, м–1, определяется по формуле
|
|
|
Kb |
|
||
|
|
5 |
|
p |
, |
|
|
|
EI |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
c |
|
|
|
(6.9)
где К – коэффициент пропорциональности, принимаемый равным 15 000 кН/м4; c – коэффициент условия работы, принимаемый равным 3,0; E – модуль упругости материала сваи, принимаемый равным 30 000 000 кПа; I – момент инерции поперечного сечения сваи, м4; Lcв – глубина погружения сваи в грунт; T – горизонтальная сила, приложенная к плоскости подошвы ростверка, кН; n – число свай в свайном кусте; bр – ширина ростверка, определяется по формуле
bр
где d – диаметр сваи, м.
1,5d
0,5
,
(6.10)
Вслучае если не выполняется условие (6.6), нужно добавить
всвайное поле необходимое число свай и вновь выполнить проверку условия ограничения давления поверхностями сваи на грунт.
18
Библиографический список
1.СП 14.13330.2014. Строительство в сейсмических районах. М., 2014.
126 с.
2.СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. М., 2011. 162 с.
3.СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. М., 2011. 86 с.
4.ГОСТ 25100–2011. Межгосударственный стандарт. Грунты. Классификация. М.: МНТКС, 2011. 63 с.
5.Смолин Ю.П., Бессонов В.В. Основания и фундаменты промышленных и гражданских сооружений: Метод. указ. к курсовой работе. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2012. 47 с.
19
Приложение 1
Разновидность песков по гранулометрическому составу
Разновидность песков |
Размер частиц, мм |
Содержание частиц, % |
|
по массе |
|||
|
|
||
Гравелистый |
> 2 |
> 25 |
|
Крупный |
> 0,5 |
> 50 |
|
Средней крупности |
> 0,25 |
> 50 |
|
Мелкий |
> 0,1 |
75 |
|
Пылеватый |
> 0,1 |
< 75 |
Приложение 2
Виды песчаных грунтов по плотности сложения
|
|
|
|
|
Коэффициент пористости e |
|
|||||
|
Разновидность |
|
Пески гравелистые, |
|
|
|
|
Пески |
|
||
|
песков |
|
крупные и средней |
Пески мелкие |
|
|
|||||
|
|
|
пылеватые |
|
|||||||
|
|
|
крупности |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Плотный |
|
|
e 0,55 |
|
e 0,60 |
|
|
e 0,60 |
|
|
|
Средней плотности |
|
0,55 < e 0,70 |
0,60 < e 0,75 |
|
0,60 < e 0,80 |
|
||||
|
Рыхлый |
|
|
e > 0,70 |
|
e 0,75 |
|
|
e 0,80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приложение 3 |
|
|
|
Разновидность глинистых грунтов по числу пластичности |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Разновидность глинистых грунтов |
|
Число пластичности Ip |
|
|||||||
|
Супесь |
|
|
|
|
1 Ip < 7 |
|
||||
|
Суглинок |
|
|
|
7 Ip < 17 |
|
|||||
|
|
Глина |
|
|
|
|
Ip 17 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приложение 4 |
|
|
|
Разновидность глинистых грунтов по консистенции |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Разновидность глинистых |
|
Наименование |
|
|
Показатель |
|
||||
|
грунтов |
|
|
|
по консистенции |
|
текучести IL |
|
|||
|
Супесь |
|
|
|
твердая |
|
|
|
|
IL 0 |
|
|
|
|
|
|
пластичная |
|
|
0 IL 1 |
|
||
|
|
|
|
|
текучая |
|
|
|
|
IL 1 |
|
|
Суглинки и глины |
|
|
|
твердые |
|
|
|
|
IL 0 |
|
|
|
|
|
|
полутвердые |
|
0 IL 0,25 |
|
|||
|
|
|
|
|
тугопластичные |
0,25 IL 0,5 |
|
||||
|
|
|
|
|
мягкопластичные |
0,5 IL 0,75 |
|
||||
|
|
|
|
|
текучепластичные |
|
0,75 IL 1 |
|
|||
|
|
|
|
|
текучие |
|
|
|
|
IL 1 |
|
20