Данная статья представляет собой подробный технический отчет по проектированию плитного фундамента для промышленного объекта в г. Ростове-на-Дону. В материале детально описан анализ инженерно-геологических условий, классификация грунтов по ГОСТ 25100-2011, методика сбора нагрузок согласно СП 20.13330.2016, а также пошаговый расчет краевых давлений и осадки фундаментной плиты с использованием модели линейно-деформированного слоя.
- 2. Основания и фундаменты
- 2.1 Анализ местных условий строительства
- Классификация грунтов по ГОСТ 25100-2011
- 2.2 Расчет и конструирование плитного фундамента
- 2.2.1 Сбор нагрузок
- Таблица 2.3. Сбор нагрузок от всего здания
- 2.2.2 Расчет и конструирование плитного фундамента
- Расчётное сопротивление грунта основания
- 2.2.3 Определение осадки фундаментной плиты
- Расчет осадки
2. Основания и фундаменты
2.1 Анализ местных условий строительства
Место строительства – город Ростов-на-Дону. По СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» г. Ростов-на-Дону относится ко II снеговому району. С расчетным значением снегового покрова Sg=1.2 кПа. Сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму для Ростов-на-Дону Мt=13,1. Средняя температура января -5,7°, что ниже -5°. Следовательно, при расчёте по деформациям снеговую нагрузку учитываем. В результате проведенных инженерно-геологических изысканий установлен геолого-литологический разрез грунтовой толщи:
- слой №1 (от 0,5 до 0,7 м.) — почвенно-растительный;
- слой №2 (от 0,5 – 0,7 м. до 6,2…7,1 м.) – суглинок светло-желтый, делювиальный, верхнечетвертичного возраста;
- слой №3 (от 6,2…7,1 м. и до разведанной глубины 15,0 м.) – глина красновато-бурая, делювиальная, среднечетвертичного возраста.
Подземные воды не встречены до глубины 15,0 м. Их подъем не прогнозируется.
Физико-механические характеристики грунтов представлены в табл. 3.1.
Физико-механические характеристики грунтов.
таблица 2.1.
| Номер слоя | Е (МПА) | ρII (т/м3) | ρS (т/м3) | W (в долях единиц) | Wp | WL | e | CI (кПа) | φI (град) | CII (кПа) | φII (град) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ИГЭ-1 | 14 | 1,73 | 2,66 | 0,20 | 0,18 | 0,28 | 0,89 | 13 | 15 | 20 | 17 |
| ИГЭ-2 | 22 | 1,99 | 2,75 | 0,21 | 0,17 | 0,36 | 0,70 | 26 | 14 | 34 | 19 |
Классификация грунтов по ГОСТ 25100-2011
ИГЭ-1. Число пластичности: JP = (WL — WP)*100% =(0,28-0,18)*100%=10%. Грунт суглинок. Показатель текучести: суглинок полутвердый; здесь Wp и WL- влажность грунта на границах текучести и раскатывания (верхней и нижние границах пластичности), выраженные в процентах.
Расчетное сопротивление R0 определяем по приложению в зависимости от IL и е. Расчетное сопротивление R0=223 кПа.
ИГЭ-2. Число пластичности: JP = (WL — WP)*100% =(0,36-0,17)*100%=19%. Грунт глина. Показатель текучести: глина полутвердая; здесь Wp и WL- влажность грунта на границах текучести и раскатывания (верхней и нижние границах пластичности), выраженные в процентах.
Расчетное сопротивление R0 определяем по приложению в зависимости от IL и е. Расчетное сопротивление R0=382 кПа.
Т.к. грунты не обладают специфическими свойствами, в районе строительства не ожидается проявления опасных инженерно-геологических процессов, оба ИГЭ имеют значение R0> 150 кПа, то следовательно оба слоя могут служить в качестве естественного основания.
Верхний почвенно-растительный слой в пределах застройки срезается на глубину 0,9 м и используется в дальнейшем для озеленения территории проектируемого промышленного предприятия.
2.2 Расчет и конструирование плитного фундамента
2.2.1 Сбор нагрузок
Сбор нагрузок на фундаменты осуществлен в соответствии с СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия». Нагрузки на фундамент определяем в табличной форме. Нормативные значения нагрузок и соответствующие коэффициенты надежности приведены в таблице 3.2.
Таблица 2.2. Сбор нагрузок на 1 м2
| № | Наименование нагрузки | Норм. (кН/м2) | γf | Расчет. (кН/м2) |
|---|---|---|---|---|
| Сбор нагрузок на фундаментную плиту | ||||
| 1 | Железобетонная монолитная фундаментная плита δ=1200 мм | 30,00 | 0,9 | 33,00 |
| 2 | Цементно-песчаная стяжка δ=80 мм | 1,50 | 1,1 | 0,99 |
| 3 | Перегородки | 1,1 | 1,3 | 1,95 |
| Итого: | 35,94 | |||
| Сбор нагрузок на перекрытие 1го этажа | ||||
|---|---|---|---|---|
| 1 | Монолитная ж.б плита перекрытия δ=160мм. | 4,00 | 1,1 | 4,40 |
| 2 | Утеплитель – минераловатные плиты П-175 δ=80 мм | 0,14 | 1,2 | 0,17 |
| 3 | Цементно-песчаная стяжка δ=30 мм | 0,53 | 1,3 | 0,69 |
| 4 | Полы (керамическая плитка) δ=13 мм | 0,28 | 1,1 | 0,30 |
| 5 | Прослойка и заполнение швов битумной мастикой | 0,041 | 1,3 | 0,05 |
| 6 | Два слоя гидроизол. на прослойке из битумной мастики | 0,07 | 1,3 | 0,09 |
| 7 | Перегородки | 1,90 | 1,3 | 2,47 |
| 8 | Полезная нагрузка | 1,5 | 1,3 | 1,95 |
| Итого: | 10,12 | |||
| Сбор нагрузок на перекрытия жилых этажей | ||||
|---|---|---|---|---|
| 1 | Монолитная ж.б плита перекрытия δ=200мм. | 5,00 | 1,1 | 5,50 |
| 2 | Утеплитель – П-175 δ=80 мм | 0,14 | 1,3 | 0,18 |
| 3 | Цементно-песчаная стяжка δ=30 мм | 0,53 | 1,3 | 0,69 |
| 4 | Полы | 1,00 | 1,3 | 1,3 |
| 5 | Перегородки | 1,50 | 1,3 | 1,95 |
| 6 | Полезная нагрузка (коридоры, лестницы) | 0,53 | 1,2 | 1,80 |
| Итого: | 11,42 | |||
| Сбор нагрузок на перекрытие технического этажа | ||||
|---|---|---|---|---|
| 1 | Монолитная ж.б плита перекрытия δ=200мм. | 5,00 | 1,1 | 5,50 |
| 2 | Утеплитель – П-175 δ=80 мм | 0,14 | 1,3 | 0,18 |
| 3 | Цементно-песчаная стяжка δ=30 мм | 0,53 | 1,3 | 0,69 |
| 4 | Перегородки | 1,50 | 1,3 | 1,95 |
| 5 | Полезная нагрузка | 2,00 | 1,2 | 2,40 |
| Итого: | 10,72 | |||
| Сбор нагрузок на покрытие | ||||
|---|---|---|---|---|
| 1 | Сборная ж.б плита δ=220мм. | 5,50 | 1,1 | 6,05 |
| 2 | Пароизоляция δ=10мм. | 0,03 | 1,3 | 0,04 |
| 3 | Уклонообразующая стяжка δ=140мм. | 1,44 | 1,3 | 1,87 |
| 4 | Наплавляемый рубероид δ=30 мм | 0,10 | 1,2 | 0,35 |
| 5 | Полезная нагрузка | 0,50 | 1,3 | 0,65 |
| 6 | Снеговая нагрузка | 0,43 | 1,4 | 0,60 |
| Итого: | 9,56 | |||
Таблица 2.3. Сбор нагрузок от всего здания
| Вид нагрузки | Площадь, м2 | Норм. (кН/м2) | γf | Расчет. (кН/м2) |
|---|---|---|---|---|
| Фундаментная плита | 765 | 22590 | — | 27311 |
| Перекрытие 1го этажа | 694 | 6246 | — | 8397 |
| Перекрытия жилых этажей | 754 | 90819 | — | 121017 |
| Технический этаж | 694 | 5552 | — | 7495 |
| Покрытие | 694 | 5344 | — | 6385 |
| Колонна | — | 6374 | 1,1 | 7011 |
| Диафрагмы жесткости | — | 12079 | 1,1 | 13287 |
| Лифтовый блок | — | 2160 | 1,1 | 2376 |
| Ограждающие стены | — | 15578 | 1,3 | 20252 |
| Стены подвала | — | 2245 | 1,1 | 2470 |
| Итого: | 168987 | — | 216001 |
На основании результатов расчета находим среднее давление под подошвой фундамента по формуле: P = ∑NII / A, где ∑NII – общая вертикальная нагрузка от здания; A – площадь подошвы фундамента.
2.2.2 Расчет и конструирование плитного фундамента
Принимаем фундаментную плиту толщиной 1,2 м.
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm в зависимости от эквивалентной высоты ze над поверхностью земли следует определять по формуле: wm = 1,2 * 0,38 * 1,3 = 0,59 кПа.
Момент от ветровой нагрузки в уровне подошвы фундамента определяем по формуле: M = wm * z * l * H / 2 = 0,59 * 49 * 30,1 * 51,4 / 2 = 22364 кНм.
Определяем краевые давления pIImax и pIImin по формулам: PIImax = (∑NII / A) + (M / W); PIImin = (∑NII / A) — (M / W).
Момент сопротивления фундаментной плиты по ширине: W = b^2 * l / 6 = 24,5^2 * 30,1 / 6 = 3011.
Глубину заложения фундамента назначаем конструктивно исходя из высоты подвала и толщины фундаментной плиты. Отметка низа фундаментной плиты с учетом бетонной подготовки (100 мм) -3600.
Нормальная глубина сезонного промерзания: df = d0 * √Mt, где d0 – величина, принимаемая для суглинка – 0,23; Mt – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе.
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта: df = df * kh, где kh — коэффициент, учитывающий температуру воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, наличие подвала или техподполья, а также состав полов.
Глубина заложения значительно превышает глубину сезонного промерзания грунта, следовательно условие недопущения сил морозного пучения грунтов под подошвой фундамента соблюдается.
Расчётное сопротивление грунта основания
Расчётное сопротивление грунта основания определяется по формуле: R = (γcI * γсII / k) * (Mγ * kz * b * γII + Mq * d1 * γII + (Mq + 1) * cII).
Где γcI = 1,25, γсII = 1,1; kz = z0 / b + 0,2 = 8 / 24,5 + 0,2 = 0,53 (здесь z0 = 8 м); Mγ = 0,39; Mq = 2,57; Mc = 5,15; γII = 17,3 кН/м3; cII = 20 кПа.
Проверяем условия: PII ≤ R; PIImax ≤ 1,2R.
PII = 220,9 ≤ 438,3; PIImax = 228,3 ≤ 526. Условия выполняются.
2.2.3 Определение осадки фундаментной плиты
Так как ширина фундамента b > 10 м и в пределах сжимаемой толщи основания фундамента залегают грунты с модулем деформации Е > 10 МПа при расчете осадки в соответствии с п. 2.40 СП 22.13330.2016 использована расчетная схема линейно-деформированного слоя.
Толщина линейно-деформированного слоя определяется по формуле: H = (H0 + ψ * b) * kp.
Осадка основания с использованием линейно-деформированного слоя определяется по формуле: S = (P * b * (1 — ν^2) / E) * ω.
- Предполагаем, что основание сложено глинистыми грунтами, считаем Н, принимая Н0 = 9 м, а ψ = 0,15; Нcl = (9 + 0,15 * 24,5) * 0,88 = 11,15 м.
- Предполагаем, что основание сложено песчаными грунтами, считаем Н, принимая Н0 = 6 м, а ψ = 0,1; Нs = (6 + 0,1 * 24,5) * 0,88 = 7,4 м.
Определяем суммарную толщу слоев hcl глинистых грунтов в пределах от подошвы фундамента до глубины равной Нcl; hcl = 3,6 м.
Определяем Н = Hs + hcl / 3 = 7,4 + 3,6 / 3 = 8,6 м.
Получив величину Н, рассчитаем величину ζ = 2H / b = 2 * 8,6 / 24,5 = 0,7.
После чего можно рассчитать величину kс, т.к. 0,5 < ζ = 0,7 15, принимаем km = 1,5.
Расчет осадки
Рассчитаем значения величин ξ при разных значениях Z:
Находим соотношение сторон фундаментной плиты η = L / b = 30,1 / 24,5 = 1,22.
- Z0 = 0, тогда ξ0 = 2 * Z0 / b = 0; k0 = 0
- Z1 = 3,6, тогда ξ1 = 2 * Z0 / b = 2 * 3,6 / 24,5 = 0,3; k1 = 0,08
- Z2 = 8,6, тогда ξ2 = 2 * Z0 / b = 2 * 8,6 / 24,5 = 0,7; k2 = 0,18
Теперь у нас есть все данные, чтобы рассчитать осадку: S = 5,1 см < Su = 10 см.
[IMAGE_1] [IMAGE_2] [IMAGE_3] [IMAGE_4] [IMAGE_5] [IMAGE_6] [IMAGE_7]
Дипломник: _______________
Консультант: _______________
Основной руководитель: _______________
Ростов-на-Дону, 2021 г.