
книги / Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых объектов в условиях севера
..pdf14;Расчеты оснований и фундаментов по предельным состояниям |
- 2 8 1 - |
||
Ti„ = |
25°С ; Том = -7,6°С; Ro = |
3,5 м 2 °С / Вт; Cv = |
1300 |
Дж/(м3 °С); к а = 0,37; V a = 7,93 м/с ; |
для открытых подполий X |
||
= 0. |
|
|
|
1.Открытое подполье: |
|
|
|
Av = 2 (L3d+ В3е) h„0i)„ = 2 (33м + 30м) 1,8м = 226,8м2, |
|
||
Аь = 33м*30м = 990м2 - площадь здания в плане; |
|
||
М= = 226,8м2/990м2 = 0,229. |
|
|
|
Необходимый модуль вентилирования: |
|
||
5 |
2 5 - ( - 1 .8 6 ) - ^ ,8 6 - ( - 7 ,6 )) .0 + 0 |
|
0,77 • 3,5 • 1300 • 0,37 • 7,93 • (-1,86 - (-7,6))
6,83-10^ < 0,229, следовательно, высота подполья йяоа>= 1,8м достаточна для обеспечения расчетной среднегодовой тем пературы воздуха в подполье.
2, Подполье с продухами:
А2 = 2 (Ьзъ + Взд) h,loк = 2 (33м + 30м) 1,8м = 226,8м2- пло щадь ограждения подполья (площадь цоколя),
Rz ~ 5 /X = 0,001м / 58(Вт/(м°С)) = 1,72■ Iff5 м2оС / В т -
Сопротивление теплопередаче цоколя (ограждения подполья) по СНиПП-3-79* «Строительная теплотехника», при условии, что ограждение подполья выполняется из профилированного листа НС44-1000-1Д
X = |
(Az / Ab)(Rz / R0) = |
(226,8 / 990)(1,72 |
* Iff5 /3,5) |
= |
^1,13-lff6; |
|
|
|
|
5 |
25 -(-1,86)-(-1,86 |
-(-7,6)).1,13.1С И |
„ |
|
0,77-3,5-1300-0,37-7,93 (-l,8 6 -(-7 ,6 )) Требуемая площадь продухов в ограждении:
АУ= М АЬ= 6,83 • Iff4 ■990 = 0,68м2,
Например, если принять размеры отверстий 200x400мм, по требуется 10 шт.
14.4. Расчет оснований при строительстве по способу стабилизации верхней поверхности мерзлых грунтов
При строительстве по способу стабилизации верхней по верхности вечномерзлого грунта глубина заложения фундамен тов d , м, должна удовлетворять условию
Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых -2 8 2 - объектов в условиях Севера
|
hlh- 2 > d > d f n + l , |
(14.13) |
где К |
- глубина залегания верхней поверхности вечно |
|
мерзлого |
грунта, м, на начало эксплуатации |
сооружения; |
d j n - нормативная глубина сезонного промерзания грунта, м.
Расчет оснований фундаментов по несущей способности и деформациям следует производить в соответствии с требова ниями СНиП 2.02.04-88.
Проверку фундаментов на устойчивость и прочность на воздействие сил морозного пучения грунтов необходимо произ водить согласно указаниям пп.4.40-4.44 СНиП 2.02.04-88, при
нимая расчетную глубину сезонного промерзания грунта |
|
d f = d f n + 1 , м. |
(14.14) |
Требуемый температурный режим грунтов оснований обес печивается холодным подполье, модуль вентилирования кото рого М определяется по формуле (14.10), принимая среднего довую температуру воздуха в подполье Тса , °С, равной
Тс,а = ~ |
г г { т0 - Т ь/) + Ть /+ 1 Х °С , |
(14.15) |
|
A'thPf |
|
|
|
где /Зу - коэффициент, определяемый по графикам рис. 13.1 |
|||
в зависимости от значений параметров |
и Iff^ , определяемых |
||
по формулам; |
|
|
|
|
|
|
(14.16) |
|
~ T o)tu |
|
(14.17) |
W = |
T V |
|
|
|
|
где tu - расчетный срок эксплуатации сооружения, с (ч).
14. Расчеты оснований и фундаментов по предельным состояниям |
-283- |
Рнс.14.1. Графики для определения коэффициента ^
Положение верхней поверхности вечномерзлого грунта под сооружением при принятой расчетной температуре воздуха в
подполье Тс д должно быть проверено расчетом по глубине от
таивания грунта под сооружением Н
14.5. Расчет оснований и фундаментов по несущей способности
Расчет оснований фундаментов по первой группе предель ных состояний (по несущей способности) производится исходя из условия
Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых - 2 8 4 - объектов в условиях Севера
F < — , |
(14.18) |
Г„ |
|
где F - расчетная нагрузка на основание; |
Fu - несущая |
способность (сила предельного сопротивления) основания, оиределяемая расчетом, а для оснований свайных фундаментов
расчетом или по данным полевых испытаний свай; уп - коэф
фициент надежности по назначению сооружения, принимаемый в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 в зависимости от вида и класса ответственности сооружения, а для оснований отпор мостов - согласно СНиП 2.05.03-84 и СНиП 2.02.04-88.
Расчет оснований и фундаментов по несущей способности мерзлых грунтов ведется на основе следующих, определенных заранее данных:
глубина заложения фундамента в мерзлом грунте и тип фундамента;
расчетная нагрузка на основание от здания или сооружения в наиболее выгодной их комбинации;
предельно-длительное сопротивление мерзлого грунта ос нования сжатию < 7 ^ и предельно длительное сопротивление сдвигу Хдл по материалу фундамента, соответствующие макси мальной температуре мерзлых грунтов # тах на реальной глуби не заложения фундамента и эквивалентной отрицательной тем пературе 0 Эпо длине свай.
Если основание здания или сооружения сложено пластич но-мерзлыми грунтами, при расчетах по деформациям требуют ся значения характеристик деформируемости мерзлого грунта.
Что касается вида (или типа) фундаментов, то в настоящее время при использовании принципа I применяются столбчатые,: бетонные, железобетонные свайные и фундаменты глубокого заложения (опоры).
Наиболее распространенными типами фундаментов в усло виях мерзлых грунтов являются железобетонные столбчатые и свайные.
В расчетную нагрузку N на основание фундаментов вклю
14. Расчеты оснований и фундаментов по предельным состояниям |
- 2 8 5 - |
чаются вес надфундаментных конструкций зданий и сооруже ний с учетом снеговой и ветровой нагрузок, собственный вес фундамента (от уровня потолка подполья до подошвы фунда мента) и вес грунта обратной засыпки (пазух котлована), пере дающийся на подушку фундамента.
Предельно-длительное сопротивление мерзлых грунтов на глубине заложения подошвы фундаментов зависят от состава мерзлых грунтов, их льдистости (объемной или льдистости за снег включений) и величины отрицательной температуры.
Максимальная температура грунтов на уровне подошвы
фундаментов д тах устанавливается на основе непосредствен
ных измерений температуры мерзлых грунтов на заданной глу бине с учетом изменения температурного режима грунтов в процессе эксплуатации зданий.
Допускается определять максимальную температуру грунта на глубине заложения фундамента по упрощенной формуле:
Механика мерзлых грунтов н принципы строительства нефтегазовых - 2 8 6 - объектов в условиях Севера
(14.19)
где к 0 - коэффициент теплового влияния; ОС - безразмер
ный коэффициент для усредненной температуры по поверхно сти столбчатого фундамента или сваи по глубине заложения их в мерзлый грунт, определяется в зависимости от величины
(14.20)
где Су - объемная теплоемкость грунта в мерзлом состоя нии; - глубина заложения фундамента в мерзлом грунте, ниже подошвы сезоннооттаивающего слоя; Ау - теплопровод ность грунта в мерзлом состоянии.
В соответствии со СНиП 2.02.04-88 несущая способность основания Fu, кН (кгс), вертикально нагруженной висячей сваи или столбчатого фундамента определяется по формуле
(14.21)
/=1 J
где Yt " температурный коэффициент, учитывающий изме нение температуры грунтов основания в период строительства и эксплуатации сооружения; J с - коэффициент условий работы
основания, R - расчетное давление на мерзлый грунт под ниж ним концом сваи или под подопгвой столбчатого фундамента; кПа; А - площадь подошвы столбчатого фундамента или пло щадь опирания сваи на грунт, м2 (см2), принимаемая для сплош ных свай равной площади их поперечного сечения (или площа ди уширения), для полых свай, погруженных с открытым ниж ним концом, - площади поперечного сечения сваи брутто при заполнении ее полости цементно-песчаным раствором ли грун
14. Расчеты оснований и фундаментов по предельным состояниям |
-2 8 7 - |
том на высоту не менее трех диаметров сваи; R aj- ( - расчетное сопротивление мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания фундамента в пределах Z-ro слоя грунта, кПа; A aj- - площадь поверхности смерзания i -го
слоя грунта с боковой поверхностью сваи, а для столбчатого фундамента - площадь поверхности смерзания грунта с нижней ступенью фундамента м2 (см2); П - число выделенных при рас чете слоев вечномерзлого грунта.
При однородных по составу вечномерзлых грунтах несу щую способность основания висячей сваи допускается опреде лять по формуле
^ , = У Л ( ^ + Л0 /+ Д ^ ) , |
(14.22) |
где R aj- - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу на поверхности смерзания, кПа, при средней по длине сваи (эк вивалентной) температуре вечномерзлого грунта Те> Л>/
площадь смерзания сваи с вечномерзлым грунтом, м2(см2).
При расчете несущей способности основания столбчатого фундамента силы смерзания грунта, определяемые вторым сла гаемым формулы (14.21), учитываются только при условии вы полнения обратной засыпки пазух котлована влажным грунтом, что должно быть отмечено в проекте.
В случаях, когда слой сезонного промерзания-оттаивания не сливается с вечномерзлым грунтом, несущую способность свай в пределах немерзлого слоя грунта допускается учитывать по СНиП 2.02.03-85. При этом должны быть предусмотрены ме ры по стабилизации верхней поверхности вечномерзлого грунта.
Расчетное давление на мерзлый грунт под подошвой фун
дамента R ’1 и расчетные сопротивления мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по поверхности смерзания фунда
мента R aj- устанавливаются по данным испытаний грунтов, проводимых в соответствии с ГОСТ 24586-81. При этом учиты-
Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых -2оо- объектов в условиях Севера
вается коэффициент надежности по грунту y g , который прини
мается согласно указаниям СНиП 2.02.04-88 и расчетных темпе
ратур грунта основания Тт,Тг ,Те принимаемых в соответствии
с п.4Л2 указанного СНиПа.
При расчетах вечномерзлых оснований по несущей способ: ности и деформациям расчетные температуры грунтов
Tm,Tr,Te следует принимать равными:
Тт - максимальной в годовом периоде температуре грунта
в установившемся эксплуатационном режиме на глубине зало
жения фундамента Zd , отсчитываемой от верхней поверхности
вечномерзлого грунта;
Те - максимальной в годовом периоде средней по глубине
заложения фундамента z d температуре вечномерзлого грунта в
установившемся эксплуатационном режиме (эквивалентная температура грунта);
Т2 - температуре вечномерзлого грунта на данной глубине
Z от его верхней поверхности, принимаемой на момент уста
новления температуры Те .
Для оснований свайных, столбчатых и других видов фун даментов сооружений с холодным (вентилируемым) подпольем, опор трубопроводов, линий электропередач, антенно-мачтовых сооружений, кроме оснований опор мостов, расчетные темпера
туры грунтов Tm,Tz,Te допускается определять по формулам:
для оснований сооружений с холодным подпольем под серединой сооружения
Тт*, = (^о |
)остг>е + ( г 0 - Т ^ к х + Т Ь/; |
(14.23) |
|
под краем сооружения |
|
|
|
= { п - т « )а т1, + ( Г 0 - 3 |
J ) ( 0 . 5 a . „ |
( 1 4 .2 4 ) |
|
под углами сооружения |
|
|
|
- ( П - Т „ ) а . „ + (Г ,- |
2 J)(0 ,7 5 o .„ + *,) + Tt / , |
(14.25) |
14. Расчеты оснований и фундаментов по предельным состояниям |
- 2 8 9 - |
для оснований опор линий электропередач, антенно мачтовых сооружений и трубопроводов
(14.26)
где TQ - расчетная среднегодовая температура на верхней
поверхности вечномерзлого грунта в основании сооружения, °С, определяемая согласно обязательному приложению 4 СНиП
2.02.0488; Т у - температура начала замерзания грунта, °С, оп
ределяемая согласно обязательному приложения 1 СНиП 2.02.0488; Т0 - расчетная среднегодовая температура грунта, °С, определяемая согласно обязательному приложению 3 СНиП
2.02.0488; <Лт,а _ ,а е коэффициенты сезонного изменения
температуры грунтов основания, принимаемые по табл. 14.5 в
зависимости от значения параметра z . с0 5 О*0 5), где Z
- глубина от поверхности вечномерзлого грунта, м; С^ - объем
ная теплоемкость Дж/(м3 °С)[ккал/(м3 °С)], и Я у - теплопровод
ность мерзлого грунта , Вт/(м3 °С)[ккал/(м ч °С)], определяемые согласно обязательному приложению 1 СНиП2.02.04-88;
к х,к 2,к г - коэффициенты теплового влияния ооружения,
принимаемые по табл. 14.7 в зависимости от отношений z l В и
ЫВ , L и В - соответственно длина и ширина сооружения, м;
k ls - коэффициент теплового влияния изменения поверхност
ных условий при возведении фундаментов линейных сооруже ний, принимаемый по табл. 14.6 в зависимости от вида и глуби ны заложения фундаментов Z , м.
Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых - 2 9 0 - объектов в условиях Севера
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
14.5 |
||
|
|
Коэффициент сезонного изменения температуры |
|
||||||||
Коэф- |
|
|
|
грунтов основания |
|
|
|
|
|||
|
|
|
Значение у |
|
|
|
|
|
|||
фи- |
0 |
1000 |
|
3000 |
ц |
6000 |
8000 |
|
15000 |
20000 |
|
циен- |
2000 |
4000 |
10000 |
||||||||
ты |
(0) |
(25) |
(50) |
(75) |
(100) |
(125) |
(150) |
(175) |
(250) |
(3001 |
|
аш |
0 |
0,28 |
0,47 |
0,61 |
0.71 |
0,85 |
0,92 |
0,96 |
0,99 |
i,ooi |
|
(0) |
(0,38) |
(0,61) |
(0.76) |
(0,85) |
(0,91) |
(0,94) |
(0,96) |
(0,99) |
0,оой |
||
a z |
0 |
0,30 |
0,52 |
0,67 |
0,80 |
0,95 |
1,02 |
1,03 |
1,01 |
t,oo: |
|
(0) |
(0,40) |
(0,67) |
(0,85) |
(0.95) |
a ,01). |
(1.03) |
(1,03) |
(1,01) |
(1,00) |
||
|
|||||||||||
а< |
0 |
6,14 |
0,26 |
0,38 |
0,47 |
0,61 |
0,70 |
0,77 |
0,85 |
0,90/й |
|
(0) |
(0.21) |
(0,38) |
(0.51) |
(0,61) |
(0,68) |
(0,74) |
(0.78) |
(0.58) |
(0,88) |
||
|
Коэффициент к а
Виды фундаментов
Массивные и свайные с ростверком, за |
до 2 |
|
0,7 |
||
глубленным в грунт |
||
|
||
Свайные с высоким ростверком и сборные |
0,9 |
|
под опоры рамно-стоечного типа |
||
|
Т а б л и ц а |
14.7 |
Z |
|
от 2 до 6 |
C B .6 |
0,9 |
1,0 |
1.0 |
1,0 |
2. При z / 5 =0 коэффициенты k ^ k 2,k^ следует принимать
равными 0.
Расчетные температуры вечномерзлых грунтов основания без учета теплового влияния сооружения определяются по фор муле
r » « = ( r 0 - r v ) a „ , i, + r y . |
(14.27) |
По результатам испытаний грунтов шариковым штампом
или на одноосное сжатие расчетные значения R , кПа (кгс/см2), вычисляются по формуле
R = 5 ,7 — + y Id , |
(14.28) |
r g
где Сп - нормативное значение предельного длительного
сцепления, кПа (кгс/см2), принимаемое равным: Сп — Cn eq при