ВСН 29-85 ПРОЕКТИРОВАНИЕ мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых гру - Пример расчета мелкозаглубленного ленточного фундамента Приложение 5

Приложение 5

ПРИМЕР РАСЧЕТА МЕЛКОЗАГЛУБЛЕННОГО ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Требуется запроектировать мелкозаглубленный фундамент одноэтажного здания с полами по цокольному перекрытию, возводимому вблизи г. Вологды.

Материалом стен является легкий бетон М75, имеющий модуль упругости E_s = 6×10⁶ КПа (0,6х10⁶ тс/м²). Длина наружных стен дома L₁ = 12,6 м, L₂ = 6,3 м; высота стен 3,38 м, наибольшая высота проемов h₁ = 2,2 м, толщина стен b_s = 0,4 м. Расчетная температура воздуха внутри помещения +5 °C.

2. Инженерно-геологические условия строительства.

Грунты площадки представлены покровными суглинками, которые в пределах нормативной глубины промерзания имеют следующие характеристики:

плотность сухого грунта r_d = 1,64 т/м³;

плотность твердых частиц r_s = 2,79 т/м³;

природная влажность грунта W_п1 = 0,295, W_п2 = 0,26 (неравномерное распределение по площадке изысканий);

влажность на границе текучести W_L = 0,32;

влажность на границе раскатывания W_p = 0,208;

число пластичности I_p = 0,112;

полная влагоемкость грунта W_sat = 0,251;

коэффициент фильтрации K = 3х10^-2 м/сут.

Уровень подземных вод залегает на глубине 3,0 м. Нормативная глубина промерзания d_fn = 1.5 м.

2. ОЦЕНКА ПУЧИНИСТОСТИ ГРУНТОВ

Определим параметр R_f по формуле (2.1) настоящих норм:

,

где W - расчетная предзимняя влажность грунта в слое сезонного промерзания, определяется по формуле (1) приложения 1;

W_п - среднее значение природной влажности по глубине d_fn в период изысканий в конце июля, равно W_п1 = 0,295, W_п2= 0,26;

We, W₀ - расчетное количество осадков, выпавших за период te, предшествующий моменту проведения изысканий, и за тот же период te до установления среднемесячной отрица­тельной температуры воздуха, соответственно.

Согласно данным "Справочника по климату", вып.1 (Л.,Гидроме-теоиздат, 1968) среднемесячное количество осадков, выпадающих в летне-осенний период в районе г. Вологды (табл. la, станции 320, 321), составляет:

Месяц VI VII VIII IX Х

количество

осадков, мм 74 76 75 72 58

Расчетное количества осадков за период 1,7 месяца до начала промерзания грунта равно:

Расчетные экстремальные значения влажности при W_п1 и W_п2 равны:

W_cr = 0,21 (рис.1 BCH)

(СНиП 2.01.01-82. Строи­тельная климатология и геофизика).

с учетом исходной плотности сухого грунта r_d = 1,64 т/м³;

Согласно табл.1 настоящих норм площадка сложена среднепучинистыми грунтами. На основе полученного результата по п.3.5 на­стоящих норм производится выбор конструктивного решения фунда­мента.

3. КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ

Принимаем сборно-монолитный фундамент из армированных блоков, уложенных на песчаную подушку.

Ширина блоков b₁ = 0,4 м; высота h = 0,53 м; бетон тяжелый М100 с модулем упругости E_f = 17x10⁶ кН/м² (1,7х10⁶ тс/м²). Погонная нагрузка на фундамент составляет q_i = 28,4 кН/м (2,84 тс/м). Высота песчаной подушки 0,2 м. Глубина заложения фундамента 0,2 м от планировочной отметки. В соответствии с табл. 2 настоящих норм предельные деформации пучения равны: S_u = 3,5 см,

4. РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА

1. Проверка устойчивости здания на действие касательных сил морозного пучения.

Приняв в соответствии с указаниями п. 4.22 значение нормативных касательных сил пучения 9 тс/м² (90 кН/м²), произведем расчет устойчивости сооружения по СНиП II-18-76, приложение 5, учитывая действие касательных сил пучения на 1 м наружной стороны фундамента:

t_thA_fh £ N

N = 28,4х0,9 =25,6 кН/м

t_thA_fh = 90х0,2х1,0 = 18 кН/м

18 < 25,6

Таким образом, условие устойчивости выполняется.

2. Расчет основания по деформациям пучения.

Определим величину пучения ненагруженной поверхности грунта h_t (приложение 2) при глубине промерзания 1,5 м.

Определим параметры T_up, h, K_w(T_up), W_pr, K_b, y, I_t.

Согласно табл. 3 приложения 2:

Tup, = -2 °C;

h, = 4,25;

K_w(T_up) = 0,6.

Определим по формуле (3) приложения 2 W_pr:

По графику рис. 1 приложения 2 параметр y при влажности W₁ и W₂: y₁ = 1,05, y₂ = 1,41.

По формуле (5) приложения 2 определим параметр I_t:

принимаем I_t1 = 1.

При W₁ < W_pr (0,25 > 0,241) величину h_f1 определим по формуле (1) приложения 2:

При W₂ < W_pr ( 0,22 < 0,241) величину h_f2 определим по формуле (2) приложения 2;

3. Определим величину пучения h_fi ненагруженного основания под фундаментом (табл.3)

При d_w<d_fn +z (3,0 < 1,5 +1,8) ( z - определяется по таблице 4 ВСН) и при W > W_cr +0,3I_p (0,25 > 0,21 + 0,033), расчет производим по второй расчетной схеме:

4. Определим величину пучения под подошвой фундамента с уче­том давления по подошве фундамента от внешней нагрузки.

Давление пучения на подошву фундамента от нормальных сил пу­чения определим по формуле (4.6):

d_z = d_f - d - h_п = 1,5 - 0,2 - 0,2 = 1,1м

К_a= 0,26 (рис.3), А_f =l₁b₁ = Iх0,4 = 0,4м².

s_s находим по приложению 3 настоящих норм. Для этого опреде­ляем продолжительность периода промерзания t_d и скорость пуче­ния V_f по формулам (1) и (2) приложения 3:

Значения температуры у поверхности грунта T_п и под подошвой фундамента T_d определим по формулам (3) и (4) приложения 3:

Так как |T_п| > |0,5T_min|, примем Т_п = Т_min = -5,9 °C

При V_f = 0,033 см/сут и T_d = -4,3 °C по табл. приложения 3 опре­делим s_s = 63 КПа (6,3 тс/м²).

Деформацию пучения грунта основания с учетом давления под подошвой фундамента определим по формуле

В рассматриваемом случае давление под подошвой фундамента равно:

Величину b определяем по табл. 5 ВСН 29-85:

b = 0,965.

Тогда

5. Относительную неравномерность деформаций основания без учета жесткости конструкций здания для ленточного фундамента продольной стены длиной L₁ = 12,6 м определим по формуле (4.9).

Из расчетов следует, что удовлетворяется только условие (4.1) настоящих норм.

6. Произведем расчет с учетом влияния жесткости фундамента и надземных конструкций на выравнивание неравномерных деформаций основания. Определим жесткость на изгиб системы фундамент - стена здания.

Момент инерции сечения участка стены над проемом относительно собственной главной центральной оси составит:

Расстояние между главной центральной осью сечения участка стены над проемом и главной центральной осью стены равно:

Момент инерции сечения участка стены над проемом относительно главной центральной оси всей стены составит:

I₁ = I^'₁ +a²A_s1 = 0,055 +1,1² x 0,4 x 1,18 = 0,626 м⁴.

Момент инерции участка стены по простенку относительно главной центральной оси стены составит:

Приведенный момент инерции сечения стены равен (формула (9) приложения 4 ВСН):

Приведенную площадь поперечного сечения стены рассчитаем по формуле (10) приложения 4.

Расстояние от главной центральной оси поперечного сечения фундамента до условной нейтральной оси системы фундамент - стена определим по формуле (12) приложения 4.

Жесткость на изгиб поперечного сечения фундамента и стены в соответствии с формулами (5), (8) приложения 4 составит:

[EI]_f = g_fE_f(I_f + A₀y₀²) =

=

[EI]_s = g_sE_s(I_s + A_sy_s²) =(0,84 +1,18x 0,72²) =

= 1742050 КН м² (174205 тсм²),

где

y_s = y^'_s - y₀ = y + 0,5y_f - y₀ = 1,47 + 0,29 - 1,04 = 0,72 м.

Приведенная жесткость на изгиб системы фундамент - стена равна (формула (4) приложения 4):

[EI] = [EI]_f + [EI]_s = 1094100 + 1742050 = 284х10⁴ кНм² =

= (28,4х10⁴ тсм²).

По формуле (1) приложения 4 определим показатель гибкости конструкций здания l, предварительно вычислив по формуле (2) коэффициент жесткости при пучении:

При l₁ = 0,58 коэффициент w₁, найденный по графику рис. 4, равен 0,034.

По формуле (4.8) настоящих норм определим e_fp:

Полученное значение (0,33х10^-4 < 0,6x10^-3).

Таким образом, расчетом установлено, что эксплуатационная надежность здания на морозоопасном основании обеспечивается.