Проектирование фундаментов сборочного цеха (стр. 4 из 5)

При назначении длины сваи следует учитывать следующее:

1. Заделывать сваи в ростверк, работающий на вертикальные сжимающие нагрузки, необходимо не менее чем на 5 см для ствола сваи, и не менее чем на 25 см для выпусков арматуры сваи.

2. Заделывать сваи в ростверк, работающий на вертикальные растягивающие или горизонтальные нагрузки, необходимо не менее чем на наибольший размер поперечного сечения сваи для ствола сваи, и не менее чем на 40 см для выпусков арматуры сваи.

3. Заглублять сваи в крупнообломочные грунты, крупные и средней крупности пески, а также в глинистые грунты с показателем консистенции I_L < 0.1 не менее чем на 0.5 м, а прочие нескальные грунты – не менее чем на 1.0 м.

3.2.1 Определение глубины заложения

Глубину заложения ростверка принимаем ниже расчётной глубины промерзания (см. п.3.1.1) 0.77 м.

Высота ростверка принимаем: Н=0.95 м. Конструктивная глубина заложения определится как:

d =1.3 м > 0.77 м

Принимаем заделку сваи в ростверк 50 мм и заделку выпусков арматуры сваи 250 мм.

Определяем длину сваи: l_св = l₀ + l _гр +l _н.сл., l₀ – глубина заделки сваи в ростверк, м; l_гр – расстояние от подошвы до кровли несущего слоя (суглинок тугопластичный), м; l_н.сл. – заглубление в несущий слой, м

l_св = 0.3+0.3+2,4= 3.7 м

По табл. 23[3] принимаем сваю С 70.30-6 (армирование 4Ш 12 S400 и бетон класса С16/20).

3.2.2 Определение несущей способности сваи на грунт

Расчётная схема для определения несущей способности сваи дана на рис. 3.2.1 Слои грунта, прорезаемые сваей, делим на элементарные слои толщиной не более 2 м. Вычисляем средние глубины z_i для каждого слоя грунта. Определяем несущую способность сваи по формуле:

F_d= g_c(g_cR * A *R + USg_cf*f_i*h_i),

где g_с – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1; g_сR, g_cf– коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие способы погружения свай на расчётные сопротивления грунтов, определяемые по табл. VI.3[ 1]: при погружении свай забивкой молотами g_сR= g_cf= 1;

А – площадь опирания на грунт сваи, м²;

U – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

R – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, определяемое по таблице 6.1[ 11];

f_i – расчётное сопротивление i-го слоя грунта по боковой поверхности сваи, кПа, определяемое по таблице 6.2 [11],

h_i- толщина i-го слоя грунта, м.

Определяем f_i в зависимости от величины z_i и характеристик грунтов:

z₁ =1.35 м f₁ = 4,51 кПа h₁ = 0.3 м f₁*h₁ = 1.35 кН/п.м.

z₂ =2.5 м f₂ =37,5 кПа h₂ = 2.0 м f₂*h₂ =75,0 кН/п.м.

z₃ =4.5 м f₃ =45.5 кПа h₃ = 2.0 м f₃*h₃ =91.0 кН/п.м.

z₄ =6.0 м f₄ =48.0 кПа h₄ = 1.0 м f₄*h₄ =48.0 кН/п.м.

z₅ =7.2 м f₅ =49.2 кПа h₅ = 1.4 м f₅*h₅ =68.88 кН/п.м.

Sf_i*h_i =284.23 кН/п.м.

При z₀ =7.9 м R =1545 кПа; А = 0.3*0.3=0.09 м²; U = 0.3*4 =1.2 м

F_d= 1*(1* 0.09* 1545+ 1.2*1*284.23) = 480.13 кН

Несущая способность сваи по материалу:

N_ств=m j (R_в*А_в + R_s*A_s),

где m – коэффициент условий работы сечения, равный 1.0;

j - коэффициент продольного изгиба ствола, равный 1.0;

R_в – расчётное сопротивление бетона осевому сжатию, кПа;

А_в – площадь поперечного сечения бетона, м²(R_в = f_cd=16/1.5 =10.67 МПа);

R_s – расчётное сопротивление сжатой арматуры, кПа (класс S400 R_s =365000 кПа);

Аs –площадь сечения продольной арматуры, м2 (по сортаменту А_s =0.000452 м² для арматуры 4Ш12)

N_ств = 1*1 (10670* 0.09 + 365000 * 0.000452) =1125.28 кН.

В дальнейших расчётах принимаем меньшее значение несущей способности.

Расчётная допустимая нагрузка на сваю

P = F_d/g_к,

где g_к =1.4 – для промышленных и гражданских зданий.

Р = 480.13/ 1.4 =342.95 кН

Определяем количество свай: n = N / P,

n = (1115*1.2)/ 342.95=3.9 сваи

В плане сваи размещаем с шагом 3d =900 мм. Расстояние от края ростверка до ближайшей грани сваи не менее 50 мм.

Определяем давление на голову сваи:

N^max_min =(N +G_p) / n ±åM*y /S y_i²

где y – расстояние от центра тяжести свайного поля до ряда свай, в котором определяется давление на сваю, м;

у_i – момент инерции отдельного ряда свай относительно центра свайного поля, м.

G_p = b_p*l_p*d*g_ср*g_с =1.3*1.3*1.3*20*1.1 =48.33 кН

где g_ср – усреднённое значение удельного веса грунта и фундамента, кН/м³;

g_с – коэффициент условий работы.

N_max =

+ =403.8 кН < 1.2*342.95 = 411.5 кН (2%)

N_max =

- =308.4 кН > 0

Условие выполняется.

Окончательно принимаем сваю С70.30-6 - рис. 3.2.2.

3.2.3 Расчёт осадки свайного фундамента

Расчёт осадок свайного фундамента выполним методом эквивалентного слоя. Свайный фундамент рассматривается как условный массив. Построение условного массивного фундамента показано на рис. 3.2.3.

Определяем средневзвешенное значение угла внутреннего трения:

jйй_mt = (28,8*5.0+28,4*1.4)/6.4 = 28,7°

a = jйй_mt / 4 = 28,7/ 4 =7,18°

Определяем ширину условного фундамента:

b₁ = 6.4* tg 7.18° =0.8 м

b_усл = 2b₁ + d = 2*0.8 + 1.2= 2.8 м

l_усл = 2*0.8 + 1,2 = 2.8 м

Определяем вес условного фундамента

G_усл = G₁ + G₂ + G₃,

где G₁, G₂, G₃ – вес отдельного слоя грунта в массивном фундаменте, кН

G_усл =2.8*2.8* (1.5*18.2 + 0.4*19.4+4.6*9.88 + 1.4*9.76) =277.24 кН

Среднее давление по подошве условного массивного фундамента

Р = (N_йй + G_усл) / А_усл= (1115 + 277.24) / (2.8*2.8)=176.1 кПа

Определяем расчётное сопротивление

g_c1 =1.1 - для песка; g_c2 =1.152 при L/H=30/14,45=2.1;

j_|| = 28,4° по табл. 16[3]:M_g= 1.012, M_q=5.058, M_c=7.508

g_||=9,76кН/м³, c_|| = 3,2 кПа;

g_||‘ =(1.5*18.2+ 0.4*19.4+4.6*9.88 + 1.4*9.76)/7.9= 11.92 кН/м³

R= (1.1*1.152/1.1)*(1.012*1*2.8*9.76+ 5.058*8.0*11.92 + 7.508 *3.2) =542.7 кПа

Р =176.1 кПа < R =542.7 кПа, т.е. условие выполняется.

Определяем дополнительное вертикальное напряжение на уровне подошвы условного фундамента s_zp0 = P - g_йй’*h

s_zp0 = 176.1– 7.9* 11.92 = 99.8 кПа

Мощность эквивалентного слоя h_экв = А_w * b_усл

Коэффициент А_w принимаем по таблице IV.3 [1] для песка при n =0.3 А_w =0.99

h_экв = 0.99*2.8 =2.8 м

Осадку свайного фундамента определяем по формуле:

S = h_экв * m_n *s_zp0,

m_ni = b / Ei, (3.44) где b = 0.74 по табл. 1.15 [ 5 ] - для супеси и песка

m_n2 = 0.74 / 15.2= 0.049 МПа^-1

S = 2.8* 0.049 * 0.0998 = 0.014 м =1.4 см < S_u = 8 см.

3.2.4 Расчёт фундаментов по несущей способности

Расчёт фундаментов по прочности производится на расчётные усилия N=1115*1.35=1505.25 кН, M = 64.0*1.35=86.4 кНм, Q = 23.0*1.35 = 31.05 кН.

При расчёте тела фундамента по несущей способности вводим коэффициент условий работы g_с = 1.5.

Принимаем бетон класса С 20/25: f_cd= 20/1.5 =13.3 МПа; f_ck = 20 МПа; f_cfd= 0.21*f_ck^2/3 / g_c= =0.21*20^2/3 / 1.5 =1.2 МПа.

Расчёт прочности по наклонным сечениям производим по формуле:

Q£mbdf_cfd,

где Q = SNi – сумма реакций всех свай, находящихся за пределами наклонного сечения

Q = 403.8 кН; b – ширина ростверка, м;

Определяем значение m =2.45 по табл. 5.1 [3]

с – расстояние от плоскости внутренних граней свай до ближайшей грани подколонника, м;

d – рабочая высота, м. d= 0.3 - 0.08=0.22 м

Q= 403.8 кН £ 2.45*1.3 * 0.22* 1030 =721.7 кН

т.е. условие выполняется, толщина дна стакана достаточна.

Определяем изгибающий момент

М_1-1 =N *x,

где x = а/2 – h_к/2 = 0.9 / 2 – 0.3 / 2 =0.3 м, где а – расстояние между осями свай, м

М_1-1 =403.8 * 0.3=121 кНм

Определяем площадь сечения арматуры

A_sf = M / a*f_yd*J,

J = 0.5 + Ö (0.25 - a_m/c₀),

a_m= M / a*f_cd*b*d²,

a_m= 121 / 0.85*13.3*10³*1.3*0.22² = 0.031

J = 0.5 + Ö (0.25 – 0.031 / 1.947) =0.984

A_sf = 121 / 0.85*365*10³*0.984= 3.3 см²

f_yd- расчётное сопротивление сжатой арматуры, кПа(класс S400 f_yd=365000 кПа)

По сортаменту арматуры принимаем Ш 12 шаг 200 мм.

Расчёт на местное сжатие производим по формуле

N£ 1.5 f_cd *A_в,

где N – расчётная нормальная сила в сечении колонны у обреза ростверка, кН(N =1906,2 кН)

А_в – площадь сечения колонны, м²

1505.25 кН £ 1.5* 13300* 0.4*0.6=4788 кН

Условие выполняется.

Расчёт ростверка на продавливание колонной производим по формуле

N£[a₁*(b+с₂) +a₂*(h+с₁)]*d* f_cfd,

где N- расчетная продавливающая сила, кН

b – сечение колонны, м; с- расстояние от плоскости грани колонны до ближайшей грани сваи, м

a - безразмерный коэффициент, принимаемый в зависимости от отношения с/d

Угловая свая заходит в плане за грани подколонника на 50 мм, т.е. проверку на продавливание производить не требуется.

Прочность плиты ростверка на продавливание обеспечена.

Расчёт ростверка на продавливание угловой сваей производим по формуле

N_ф£[b₁*(b₀₂+с₀₂ /2)+ b₂*(b₀₁+с₀₁/2) ]*d* f_cfd,

N_ф =361.4 кН –расчетная нагрузка на угловую сваю

b₀ – расстояние внутренних граней до ближайшей грани угловой сваи, м;

с₀ – расстояние от плоскости внутренних граней до ближайших граней подколонника, м