2.6. Расчёт на устойчивость на сдвиг и опрокидывание.

а) на сдвиг

Равнодействующая нормативных вертикальных сил в уровне подошвы фундамента

ΣN _II= 1011,204 кН (см.2.3)

Нормативная сдвигающая сила F_h =8 кН

Расчётная удерживающая сила F_hс = f · ΣN_I или ΣS_i ;

f0,3 - коэффициент трения грунта

Сумма расчётных усилий ΣN_I=γ_n·ΣN _II ; γ_n=1,2.

ΣN_I=1,2·1011,204=1213,445кН;

F_hс= 0,3·1213,445= 364,033кН

Расчётная сдвигающая сила F_h= γ_n · F_h; F_h= 1,2 · 8=9,6 кН

Устойчивость обеспечивается, если F_h F_hс

F_h= 9,6< F_hс= 364,033кН

б) на опрокидывание

Опрокидывающий момент от нормативных нагрузок; от расчётных нагрузок

М_о= М_II + F_h · h_ф М_о= γ_n · М_о; γ_n= 1,2 ;

М_о= 10 +8·1,5=22 кНм М_о= 1,2 · 22=26,4 кНм

Удерживающий момент от нормативных нагрузок

Муд = 0,5в · ΣN

Муд = 0,5·2,4·1213,445.=1456,134 кНм

Удерживающий момент от расчётных нагрузок

Муд _I = 0,5в · γ_nΣN_II, γ_n = 0,9

Муд _I = 0,5·2,4 · 1,2·1456,134=2096,83кНм;

Устойчивость опрокидыванию обеспечивается, если выполняется условие

М_о < М уд _I

М_о= 26,4< М уд _I =2096,83 кНм

Устойчивость против опрокидывания обеспечена.

2.7. Расчёт на прочность конструкции фундамента

В связи с применением типовой конструкции фундамента необходимость в проверке прочности отпадает.

3. Проектирование свайного фундамента.

   1. Выбор конструкций свай и ростверка.

Согласно схеме рис. на с.11 задания с колонны на фундамент передаются вертикальные, горизонтальные нагрузки и момент. Поэтому минимальное количество свай целесообразно принять 4^е. Тогда в каждой свае воздействие момента незначительно. Внешний момент воспринимается парой сил. (см. схему)

ΔN_M =

Рекомендуемые СНиП (см. с.19[6]) расстояния в осях свай

3d Z6d (d – размер поперечного сечения сваи). При задних нагрузках (см. 1.3) целесообразно принять Z =3d, d= 0,2 м. (Минимальное сечение железобетонных сплошных свай 20×20см)

Тогда размеры ростверка в плане а_р = в_р = 3d + d +2×0,15м

а_р = в_р =3 · 0,2 + 0,2 +2 · 0,15 = 1,1м

Для надёжной заделки свай в железобетонном ростверке в верхних концах свай оголяется арматура на участке длиной - 0,4м (см. схему). Откуда рекомендуемая высота ростверка h_р= 0,6 ÷ 0,8 м

Типовые железобетонные сваи сечением 20×20см могут быть длиной до 6м (см. с. 10,11 [6]).

В отдельных случаях возможна их длина до 8 м, в случае необходимости можно применять и более длинные сваи с большим поперечным сечением (25×25 или 30×30м)

Принимаем в нашем случае ориентировочно свайный фундамент с размерами, показанными на схеме рис.3, где могут быть применимы заводские сваи длиной 6 ÷ 8 м.

Принимаем сваи длиной 9м.

d_св=30×30,см

Объём железобетонного ростверка

V_p = a_p×b · h_p

V_p = 1,1×1,1 × 0,6 =0,72м³

Объём железобетонных свай

V_св = 4 · 0,3 · 0,3 · 9 =3,24м³

Вес ростверка F_vp = γ_жб · V_p

Вес свай F_vс= γ_жб· V_св

Рис.3

γ_жб 24 кН/_м³ - удельный вес железобетона

F_vp = 24 · 0,72 = 17,6 кН

F_vс = 24 · 3,24 = 77,76кН

2. Определение несущей способности сваи

а) по грунту

Нижние концы свай упираются не в cкальные, а рыхлые осадочные породы (см. с. 17 задание), поэтому сваи – висячие.

Несущую способность висящих свай F_d определяем в соответствии со СНиП [2] (cм. с. 14 [6])

F_d = γ_с (γ_сR ·R·А +uΣγ_сf · f_i · h_i)

Применим забивные сваи, тогда

γ_с , γ_сR , γ_сf - коэффициенты надёжности могут быть равными 1.

R – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи (см.с. 37[6]).

f_i– расчётное сопротивление грунта вследствие трения по боковой поверхности сваи (см. с.38[6]).

А, u – площадь поперечного сечения сваи и его периметр.

А = d² ; u u = 4d

А = 0,3 × 0,3 = 0,09м²

u = 4 · 0,3 = 1,2 м.

Величины R и f_i следует принимать по таблицам с.37, 38 [6] для грунтов на определённой глубине.

Удобно разбить длину сваи на отрезки ℓ_i 2м, как показано на схеме и там показать величины R и f_i , которые потом подставить в расчётную формулу для подсчёта F_d

Схема к определению расчетной несущей способности одиночной висячей сваи.

Величина R для грунта 2^го слоя на уровне нижних концов свай.

Величины f_i на уровне середины отрезков h_i для грунтов на соответствующих глубинах z_i

h1,м	h2, м	h3, м	h4, м	h5,м
2	2	2	2	1

Z1,м	Z2,м	Z3, м	Z4, м	Z5, м
2,5	4,5	6,5	8,5	9,5

f1,кПа	f2 кПа	f3 кПа	f4 кПа	f5 кПа
31	42	46	44,2	45,6

F_d = 2533·0,09 + 1,2 (2·31 + 2·42+2·46+2·44,2+1·45,6) = 674,37 кН

3. Проверка несущей способности фундамента (по грунту).

а) Определение расчётных равнодействующих воздействий.

N_I = F_v + γ_n F_vр + γ_nF_vс

γ_n= 1,1 – коэффициент надёжности для собственного веса конструкции

N_I = 810+ 1,1 ×17,6+1,1×77,76=971,656 кН

Момент в уровне подошвы ростверка

М_I = γ_nМ_II+ γ_nFh_II·h_р

М = 1,2 ×10+1,2× 8 × 1,1 =22,56 кН м.

б) Несущая способность фундамента

Необходимо выполнение условий

N_I (см.с.21 [6]) , гдеn = 4 – количество свай,

γ_h =1,4 - коэффициент надёжности

971.656кН= 1002 кН

в) несущая способность максимально–нагруженной сваи:

Максимальные усилия в сваях (в угловых)

max N_I =++_{(см.с.22[6])}

max N_I ==276,247кН

Необходимо выполнение условия max N_I

276,247кН .= 168,59 кН

Несущая способность фундамента по грунту обеспечивается

4. Определение размеров и объёма условного массивного свайного фундамента.

Контуры условного массивного свайного фундамента, определяемые в соответствии с рекомендациями с.24, 25[6] , на рис. 4 (abcd)

a_ус=а_к+2 · ℓ_с ·

а_ус=0,8+2·9·tg(32/4)

=3,07м

b_ус=а_ус=3,07м

=4·0,2=0,8

H_ус = ℓ_с +h_р+ 0,2 м

=9+0,6+0,2=9,8м

Площадь подошвы А_ус=а_ус

А_ус=3,07²=9,45м²

Объём грунта в условном массивном свайном фундаменте

V_гр=Н_ус· А_ус-V_р-V_с

V_гр=9,8·9,45-0,72- 3,24=88,65м³

Рис.4 Схема к определению очертания

Условного массивного фундамента.

4. Определение величины равнодействующей вертикальной силы в уровне нижних концов свай (Nус) и вертикального давления в уровне подошвы условного массивного свайного ф-та (Рус)

Рус =

N_ус=F_v +F_vp +F_vc +F_vгр

F_v=810 кН

F_vp = 17,6 кН

F_vc = 77,76 кН

F_vгр=γ_ср ·V_гр = 9,799· 88,65 = 868,68кН

γ_ср =; если грунт расположен нижеWLи водопроницаемый (пески, супеси и суглинкиcJ_L>0,25; и глины сJ_L>0,5), то вместоγ_о

принимается в расчёте γ_ср = γ_св

N_ус= 810+ 17,6 + 77,76 + 868,68= 1774,04кН

4. Определение давления в уровне подошвы условного массивного фундамента.

P_ус == 187,73кПа2533кПа

Величина P_ус не должна превышать расчётного сопротивления грунта в уровне нижних концов свай, т.е.P_ус ≤ R(7)