Фундаменты промышленного здания (стр. 3 из 8)

Расчет размеров подошвы фундаментов необходимо производить на основании сочетания расчетных нагрузок с коэффициентом перегрузки n = 1.

Для назначения размеров подошвы фундаментов промышленных и гражданских зданий применяются аналитические и графические методы. При выполнении курсового проекта будем использовать метод последовательных приближений.

Рис. 3. Схема к определению размеров подошвы фундамента под колонну промышленного здания.

Для промышленных зданий проверку давления по подошве фундаментов (pmax, pmin) необходимо производить на несколько (минимум на два) наиболее невыгодных сочетаний нагрузок [4]. Например, на сочетание максимальной вертикальной нагрузки и соответствующего ей момента (Nmax, М) и на сочетание максимального момента сил и соответствующей этому моменту вертикальной нагрузки (Мmax, N).

Первое невыгодное сочетание нагрузок (M _max, N), крайняя колонна:

Площадь подошвы фундамента в первом приближении равна:

где 1,2 – коэффициент, учитывающий действие момента сил;

- среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его обрезах;

R₀ – расчетное сопротивление грунта основания

d – глубина заложения.

На основание передаются вертикальные, горизонтальные и моментные нагрузки. Поэтому подошву фундамента принимаем прямоугольной формы в плане. Для определения размеров подошвы задаемся соотношением сторон

, тогда

принимаем а=3,3 м, b=2,4м.

Вычисляем расчетное сопротивление грунта основания R по формуле (7) [2].

где g_с1 и g_с - коэффициенты, условий работы,

k - коэффициент, принимаемый равным: k₁=1, если прочностные характеристики грунта (j и с) определены непосредственными испытаниями, и k₁=1,1, если они приняты по табл. 1-3 рекомендуемого приложения 1 [2];

М_g , М_q , M_c - коэффициенты, принимаемые по табл. 4 [2];

k_z - коэффициент, принимаемый равным:

при b < 10 м - k_z=1, при b ³ 10 м - k_z=z₀ /b+0,2 (здесь z₀=8 м);

b - ширина подошвы фундамента, м;

g_II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³ (тс/м³);

g^/_II - то же, залегающих выше подошвы;

с_II - 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

где h_s - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf- толщина конструкции пола подвала, м;

g_cf - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м³ (тс/м³);

d_b - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B £ 20 м и глубиной свыше 2 м принимается d_b = 2 м, при ширине подвала B > 20 м - d_b = 0).

Максимальное

, среднее и минимальное давления по подошве внецентренно нагруженного фундамента должны удовлетворять условиям:

Определяем коэффициент запаса:

Условие

выполняется с запасом (kз,1 = 11%), следовательно, размеры подошвы оставляем равными a=3,3 м, b=2,4 м.

Второе невыгодное сочетание нагрузок (N _max, M), крайняя колонна:

Проверяем размеры подошвы фундамента, a=3,3 м, b=2,4 м:

Давления на основание по подошве фундамента равны:

Определяем коэффициент запаса:

Окончательно принимаем размеры подошвы фундамента b=2,4 м, a=3,3 м.

4.1.3. Проверка прочности подстилающего слоя.

При наличии в пределах сжимаемой толщи основания фундаментов на определенной глубине слоя более слабого грунта, чем вышележащий (несущий) слой, залегающий непосредственно под подошвой, размеры фундаментов должны назначаться с учетом проверки прочности подстилающего слоя [2, 3]. Несоблюдение данных требований может привести к значительным деформациям, а также потери несущей способности основания.О наличии более слабого слоя грунта в основании, по сравнению с вышележащими слоями, можно судить по прочностным характеристикам φ и С, табличному значению расчетного сопротивления грунта основания Rо и модулю общей деформации Ео. Для подстилающего слоя данные характеристики меньше, чем для вышележащих грунтов, залегающих под подошвой фундаментов.

В нашем случае: ИГЭ1 (слой залегания фундамента) имеет следующие характеристики

φ = 28 град, С = 0 кПа, R_o = 300 кПа, Е_о = 13 МПа. ИГЭ2, ИГЭ3

(подстилающие слои) имеют следующие характеристики φ = 18 град, С = 20 кПа, R_o = 170,33 кПа, Е_о = 10,9 МПа.

Рис. 4. Схема к определению размеров подошвы фундамента с учетом прочности подстилающего слоя

При проверке прочности подстилающего слоя должно выполняться условие [3, 8]

где

- соответственно напряжения в грунте от собственного веса и внешней нагрузки в уровне кровли подстилающего слоя.

R_z – расчетное сопротивление подстилающего слоя грунта.

Напряжения в грунте от собственного веса на глубине h = 4,1 м равны:

кПа (0,697 кгс/см²).

Для определения дополнительных напряжений в грунте (от внешней нагрузки) на глубине z = 2,4 м от подошвы фундамента находим среднее давление под подошвой фундамента.

кПа.

Находим коэффициент α=0,414 по [3, табл.1, прил.2], при ς=2z/b = 2∙2,4/2,4=2 и η = a/b = 1,375, Тогда:

кПа.

Для вычисления расчетного сопротивления подстилающего слоя грунта R_z необходимо определить размеры подошвы условного фундамента b_y, a_y. Площадь условного фундамента в случае прямоугольной формы в плане вычисляется по формуле:

м²,

ширина подошвы условного фундамента:

м²

Проверка условия:

кПа.

Условие выполняется, следовательно, размеры подошвы фундамента оставляем прежними b=2,4 м, a=3,3 м.

4.1.4. Определение конечных осадок фундамента.

Для определения конечных (стабилизированных) осадок оснований фундаментов (далее осадок фундаментов) в настоящее время наибольшее распространение получили метод послойного суммирования, метод эквивалентного слоя и метод линейно – деформируемого слоя конечной толщины [5, 6].

Методы послойного суммирования и эквивалентного слоя используются обычно для определения осадок фундаментов с небольшими размерами подошвы (ширина подошвы фундамента менее 10 м), возводимых на однородных и слоистых основаниях.

При этом форма подошвы фундамента может быть любой.

Метод линейно – деформируемого слоя конечной толщины используется, как правило, при проектировании фундаментов с большой опорной площадью (ширина подошвы фундамента более 10 м), возводимых на слое сжимаемого грунта, ниже которого залегают практически несжимаемые породы (Ео>100 МПа), а также на слое сжимаемого грунта любой мощности.