2.10.5.2. Сбор нагрузок на фундамент под наружную колонну

Рассчитаем постоянную нагрузку, действующую на колонну:

N_пост. =(q_покр.γ_n+q_{перекр.} γ_nn)*A_гр+b*h*H_эт*n* γ_n* γ_f*ρ=

(5,435*0,95+3,73*0,95+3,275*0,95)*18,0+(0,4*0,4*5+0,4*0,4*3,2)*0,95*1,1*25=247,342 кН

Определяем временную нагрузку, действующую на колонну. Для этого найдем коэффициент сочетания: ψ_n=0.4+(ψ_A-0,4)/√2=0,4+(0,82-0,4)/√2=0,94

N_вр.= N_вр. * γ_n* γ_f* A_гр* n* ψ_n=2*0.95*1.2*18.0*2*0,94=77,16 кН

N_снег.=s* γ_n* A_гр=1*0,95*18=17,1 кН

Полная нагрузка на колонну будет равна:

N_полн.= N_пост.+ N_вр.+ N_снег=247,342+77,16+17,1=341,60 кН

2.10.6. Расчет фундамента на естественном основании

2.10.6.1. Определение глубины заложения фундаментов

Расчетная нагрузка на фундамент под внутреннюю колонну = 594,06 кН

Расчетная нагрузка на фундамент под наружную колонну = 341,60 кН

Глубину заложения фундамента определяем исходя из условий:

1. конструктивные особенности здания – так как здание с подвалом, то минимальная глубина заложения должна быть 0,5м. от уровня подвала. Принимаем высоту подвала 2м., тогда глубина заложения составит 4,3м. от уровня пола первого этажа.

2. грунтовые условия - согласно геологическому разрезу основаниями могут служить грунты: песок средней крупности – на отметке 262,49м, галечниковый грунт с песчаным заполнителем – на отметке 261,89м.

3. климатические условия площадки – нормативная глубина промерзания для Минусинского района составляет d_fn= 2,9м. По табл.1 [1] определим значение коэффициента влияния теплового режима здания k_h=0,4 (при температуре в помещении 20⁰С).

Глубина сезонного промерзания по формуле 3 [1]: d_f= d_fn* k_h=2,9*0,4=1,16м. По табл. 38[3] d_f+2=1,16+2=3,16< d_w=7,20м. Тогда глубина заложения фундаментов должна быть не менее 0,5 d_fn.

Примем глубину заложения фундаментов d_ф= 3,2м.

2.10.5.2. Расчет фундамента под внутреннюю колонну

N_полн.= 594,06кН.

Определение размеров подошвы фундамента:

Сечение колонны (м). Усилия колонны у заделки в фундаменте: N_полн.= 594,06 кН.

Ввиду относительно малых значений эксцентриситета фундамента колонны рассчитываем как центрально нагруженный.

Площадь подошвы фундамента: (м²)

кН/м³ –усредненная нагрузка от веса 1 м³ фундамента и грунта на его уступах.

Размер стороны квадратной подошвы:

м принимаем м.

Определяем напряжение в грунте от фундамента:

σ_ф =(594060+18000)/1,44=425,042кПа.

По формуле (7), находим расчетное сопротивление грунта:

(7)

где =1,4 и =1,2	-	коэффициенты, условий работы, принимаемые по табл. 3[1];
k	-	k = 1,1 в зависимости от метода их определения
	-	коэффициенты, принимаемые по табл. 4[1]; соответственно 2,11;9,44;10,80;
	-	коэффициент, при b  10 м - =1,
b=0,9	-	ширина подошвы фундамента, м;
	-	осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3 (тс/м3);
	-	то же, залегающих выше подошвы;
	-	расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);
d1	-	глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

=600,20 кПа

σ_ф=425,042кПа ≤ R₇=600,20кПа принятые размеры фундамента удовлетворяют условию. Принимаем монолитный фундамент, размерами 0,9*0,9 м.

Согласно п. 2.41 [1], среднее давление под подошвой фундамента р не должно превышать расчетное сопротивления грунта основания R_7, данное условие выполняется, прочность обеспечена.

Расчет фундамента под внутреннюю колонну на продавливание.

В качестве материала берем бетон марки В20:

МПа – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию для предельных состояний I группы,

МПа – расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельных состояний I группы,

МПа – расчетное сопротивление бетона сжатию осевому для осевому для предельных состояний II группы,

МПа – начальный модуль упругости бетона,

Расчет на продавливание выполняется из условия:

F≤φ_b*R_bt*u_m*h₀

Где F= р*A=425,042*0.55=233,773 кН– расчетная продавливающая сила.

А= 0,65 м²- площадь заштрихованной поверхности.

u_m=0,5*(b₁+b₂)=0,5*(0,8+0,3)=0,6 – среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания, в пределах h_0. φ_b=1, для тяжелого бетона.

F=233,773кН≤φ_b*R_bt*u_m*h₀=1*0,9*10⁶*0,6*0,5=270 кН

Прочность на продавливание обеспечивается.

Расчет трещиностойкости фундамента под внутреннюю колонну

М₁=0,125*р*(а- h_{колонны})²*а=0,125*425,042*(1,2-0,3)²*1,2=51,64кНм,

Для этого найдем упругопластичный момент сопротивления по растянутой зоне:

W_pl=[0.292+0.75(γ₁+2μλ)]bh²=[0,292+0,75(0+2*8*10^-4*8,69)]*1,2*0,5²=0,09м³, где γ₁=0, для квадратного сечения, λ=Е_s/E_b=20*10⁴/23*10³=8,69

Момент трещинообразования: М_crc= R_bt,ser* W_pl=1,15*10⁶*0,09=0,150МНм

М₁=51,64 кНм< М_crc=150 кНм – условие выполняется.

Расчет осадок фундамента под внутреннюю колонну

Определим осадку методом послойного суммирования. Для этого построим эпюры – природного давления, дополнительного давления, вспомогательную эпюру (0,2σ_zg).

• На поверхности земли: σ_zg=0; 0,2σ_zg=0;

• На уровне подошвы фундамента: σ_zg=d_ф*γ₁=3,2*19=0,061МПа, 0,2σ_zg=0,012

Найдем дополнительное давление по подошве фундамента:

σ₀=σ_ІІ- σ_z0=0,425042-0,061=0,3640 МПа

S=

h_i≤0.4b=0.4·1,2=0.48 м – толщина одного слоя, принимаем z=0,4

S= (0,335)+ (0,256+0,164+0,100)+ (0,067+0,048+0,034)=1,01 см осадка не превышает допустимую в 8 см

Слой	Наименование грунта	z, м	ξ=	α	σzр= ασ0, МПа
1	Песок средней крупности Е= 40МПа	0 0,4	0 0,7	1,000 0,840	0,3640 0,3058
2	Суглинок Е=27 МПа	0,8 1,2 1,6	1,3 2,0 2,7	0,5668 0,336 0,215	0,2063 0,1223 0,0783
3	Галечниковый грунт Е=40МПа	2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0	3,3 4,0 4,7 5,3 6,0 6,7	0,153 0,108 0,0805 0,0648 0,051 0,041	0,0557 0,0393 0,0293 0,0236 0,0186 0,0149

Основное условие расчета по второй группе предельных состояний выполняется.