Проектирование фундамента 4-хэтажного администратиного здания маслоперерабатывающего завода в пос. Ахтырский Абинского района

1. На основании технического задания на проведение инженерно-строительных изысканий предприятием «Кубанькомплекссистема» были выполнены топографические и инженерно-геологические работы на объекте: «Завод по производству масел в пос. Ахтырский-2».

2. Топографическая съемка была выполнена в октябре 1997 года

3. Исследованная территория находится в Абинском районе Краснодарского края, на западной окраине поселка Ахтырский-2 по ул. Шоссейной. Площадка частично свободная от застройки, частично занята старыми, находящимися в эксплуатации, и строящимися зданиями производственного назначения. По южной границе площадки растут деревья.

4. Геоморфологическое положение: вторая левая надпойменная терраса реки Кубань.

1. Инженерно–геологические условия строительства

1.1. В геологическом строении исследуемой территории принимают участие аллювиальные и делювиальные отложения, перекрытые с поверхности почвами и насыпными грунтами.

1.2. На основании полевых и лабораторных исследований по типам, видам и разновидностям, согласно ГОСТ 25100-95, выделено 6 инженерно-геологических элементов (ИГЭ).

ИГЭ-1. Насыпные грунты не слежавшиеся, представлены почвами со строительным и бытовым мусором, насыпями щебенисто-насыпных дорог, навалами грунта (на площадке идут строительные работы, отрыта траншея). Мощность насыпных грунтов не велика, их физико-механические свойства не изучались.

ИГЭ-2. Почва темно-бурая суглинистая, твердая и полутвердая, высокопористая, влажная, кислая, с корне- и червеходами, сохранилась на незатронутой строительством части территории и под насыпными грунтами. Содержание гумуса в почвах изменяется от 0,7-0,8% (под насыпными грунтами) до 5,4% (на не затронутых строительством участках).

ИГЭ-3. Глина желтовато-коричневая, коричневато-серая, полутвердая, влажная.

ИГЭ-4. Суглинок коричневато-желтый, твердый, влажный и водонасыщенный, легкий, пылеватый с включением карбонатов. В подошве слоя карбонатные включения составляют 10-20% по массе крена.

ИГЭ-5. Суглинок коричневато серый, полутвердый, водонасыщенный, легкий.

ИГЭ-6. Песок желтовато-серый, гравелистый, водонасыщенный, плотного сложения, с тонкими прослоями суглинка легкого, мягкопластичного.

1.3. Грунты, на изученной территории, набухающими свойствами не обладают.

1.4. Грунты ИГЭ-2,3 обладают сильной степенью агрессивного воздействия на бетонные и железобетонные конструкции на портландцементе по ГОСТ 10178-76 по содержанию сульфатов в перерасчете на SO₄^2-.

Грунты ИГЭ-4,5 обладают слабой степенью агрессивного воздействия для бетонов на портландцементе, шлакопортландцементе по ГОСТ 10178-76 и сульфатостойких цементах по ГОСТ 22266-76 по содержанию хлоридов в перерасчете на CI^-.

1.5. Литологические особенности грунтов обуславливают формирование в периоды интенсивных осадков временного горизонта грунтовых вод типа «верховодка» на глубине0,5-1,2м. Таким образом, сооружение и эксплуатация подвалов без надежной гидроизоляции не рекомендуется. Во избежании режима подземных вод и подтопления участка грунтовыми водами типа «верховодка» или техногенными водами следует предусмотреть организацию поверхностного стока, а также мероприятия по снижению утечек из водонесущих коммуникаций.

1.6. Подземные воды обладают слабой степенью агрессивного воздействия на арматуру ж/б конструкций при периодическом смачивании по содержанию хлоридов в перерасчете на CI^-. Подземные воды обладают средней степенью агрессивного воздействия на металлические конструкции по суммарному содержанию сульфатов и хлоридов и водородному показателю рН.

Инженерно–геологические условия

Сводная таблица физико-механических характеристик грунтов

Табл. 2.1.

№№ п/п	Полное наименование грунта	Мощность, м	Удельное сцепление с, кПа	Угол внутреннего трения j, град	Модуль общей деформации E, МПа	Табличное значение расчетного сопротивления грунта R0, кПа
1	Растительный слой	0,90	–	–	–	–
2	Почва суглинистая твердая	0,80	47	10	5	200
3	Глина полутвердая	1,20	45	16	15	300
4	Суглинок твердый	3,50	36	21	18	200
5	Суглинок полутвердый	4,50	37	21	20	250
	Песок гравелистый	1,40	1	40	40	500

2. Сбор нагрузок, действующих на основание в расчетных сечениях

Здание запроектировано с продольными несущими стенами из кирпича. Наружные стены толщиной 51 см, внутренняя несущая стена толщиной 38 см, перегородки между квартирами (соседними помещениями) – 250мм, Внутренние перегородки толщиной 12 см из кирпича. Окна двойного остекленения размером 150 см по длине и 180см по высоте. Кровля – металлочерепица по обрешетке по стропилам с утеплителем – минераловатные плиты. Перекрытия – сборные ж/б панели, в том числе и пола 1-го этажа. Цоколь высотой 70 см с отделкой темным цветом из кирпича. Между осями А; Б и 1;2 предусмотрен технический подвал ( для расчета стены подвала это приняли условно) высотой (глубиной) 2м. Лестничный марш ж/б шириной 1,35м, ступени размером 15х30 см. Высота этажа – 3м, высота мансардной части стены (до крыши) – 2м.

Сбор нормативных постоянных нагрузок на покрытие (кровля).

Табл. 2.2.

№ №	Вид нагрузки		Нормативная нагрузка, NII, кПа	Коэффициент надежности по нагрузке gf	Расчетная нагрузка, NI, кПа
1		Металлочерепица, вес 1м2 горизонтальной проекции 80 кг/м2 =0,8 кПа	0,8	1,3	1,04
2		Сплошной деревянный настил d=16 мм по стропилам	0,5	1,3	0,65
3		Минераловатные плиты g=125 кг/м3; d=50мм; 1,25х0,05=0,0625	0,0625	1,2	0,075
4		Пароизоляция – 1 слой рубероида	0,04	1,2	0,048
5		Деревянная обрешетка (настил) d=16мм, g=5 кН/м3; 5х0,016=0,08 кПа	0,08	1,2	0,096
6		Гипсокартон d=10мм; r=1200кН/м3; 12х0,01=0,12 кПа	0,12	1,1	0,132
		Итого: покрытие	1,6	-	2,04

Сбор нормативных нагрузок на перекрытие

Табл.2.3.

№ №	Вид нагрузки		Нормативная нагрузка, NII, кН	Коэффициент надежности по нагрузке gf	Расчетная нагрузка, NI, кН
1		Покрытие линолеум ПВХ на тканевой основе d= 2,5мм	0,1	1,2	0,12
2		Прослойка из быстротвердеющей мастики – 10 мм
3		Стяжка из легкого бетона М75 r=1300 кг/м3; d=20мм; 13х0,02=0,26	0,26	1,3	0,338
4		Теплоизоляционный слой ДВП d=25мм; r=200кг/м3; 2х0,025=0,05 кПа	0,05	1,3	0,0645
5		Ж/б плита перекрытия приведенной толщины hпр=8см; 25х0,08=2кПа	2	1,1	2,2
		Итого: перекрытие	2,41	-	2,723

Кладка наружных стен из кирпича g=18кН/м³, внутренних - g=14кН/м³; перегородок – тот же кирпич. Вес 1м² горизонтальной проекции лестничного марша – 3,6 кПа, лестничной площадки – 3кПа. Временные нагрузки на перекрытия – 1,5 кПа, на лестничный марш – 3кПа. Коэф-т снижения временной нагрузки для здания из 4-х этажей на перекрытия y=0,8. Намечаем для сбора нагрузок три сечения:

Сечение 1-1 под наружную стену под лестничный ф-т (без подвала) на длине между оконными проемами – 2,34м;

Сечение 2-2 также под наружную стену (для здания с подвальным помещением) на длине 2,34м. Между серединами оконных проемов и сечения 2-2 на 1м длины внутренней стены. (Все эти сечения показаны на плане 1-го этажа).

Сечение 3-3 под наружную стену под лестничный ф-т (без подвала) на длине между оконными проемами – 2,34м;

А₁=А₃=2,24х2,34=5,24м²;

А₂=2,24х2=4,48м.

Сбор нагрузок для сечения 1-1 А₁=5,24м²

Табл. 2.4.

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, NII, кН	Коэффициент надежности по нагрузке gf	Расчетная нагрузка, NI, кН
1. Постоянная
Покрытие (кровля) NII = 1.6х5,24=8,38 кН NI = 2,04х5,24=10,7 кН	8,38	-	10,7
Перекрытие на 4-х этажах (включая и мансарду) NII =4х2,41х5,24=50,52кН NI = 4х2,723х5,24=57,1кН	50,52	-	57,1
Вес стены от пола 1-го этажа высотой 9,9м+2м мансарды g=18кН/м3 d=51см на длине 2,34м за вычетом веса оконных проемов размером 1,05х1,8см + вес цоколя высотой 1м 18х((9.9+2)2.24-1,05х1,8)0,51+18х0,51х2,34х1= =259,75кН	259,75	1,1	285,7
Итого: постоянная нагрузка	318,65	-	353,5
2. Временная
Снеговая нагрузка (1-й район) 0,5х5,24=2,62	2,62	1,4	3,67
Полезная на перекрытие на 4-х этажах при коэф-те снижения yп = 0,8 4х0,8х1,5х5,24 = 25,16кН	25,16	1,2	30,19
Итого: временная нагрузка	27,78	-	33,86

При учете двух и более временных нагрузок они принимаются с коэф-м сочетаний и расчете на основное сочетание: j₁=0,95 – для длительных нагрузок и j₂=0,9 – для кратковременных. При расчете на основное сочетание нормативная нагрузка (по II группе) на 1мдлины стены для сеч. 1-1 составит:

N_II = кН/м

Сбор нагрузок для сечения 2-2 А₂=4,48м²

Табл. 2.5.

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, NII, кН	Коэффициент надежности по нагрузке gf	Расчетная нагрузка, NI, кН
1. Постоянная
Покрытие (кровля) NII = 1.6х4,48=7,27кН NI = 2,04х4,48=9,14кН	7,17	-	9,14
Перекрытие на 4-х этажах (включая и мансарду) NII =4х2,41х4,48=43,19кН NI = 4х2,723х4,48=48,79кН	43,19	-	48,79
Вес внутренней стены g=14кН/м3; d=38см; высотой 9,9м 14х0,38х9,9=52,67	52,67	1,1	57,93
Итого: постоянная нагрузка	103,03	-	115,87
2. Временная
Снеговая нагрузка 0,5х4,48=2,24кН/м	2,24	1,4	3,14
Полезная на перекрытие на 4-х этажах при коэф-те снижения yп = 0,8 4х0,8х1,5х4,48=91,5кН/м	21,5	1,2	25,8
Итого: временная нагрузка	23,74	-	28,94

Нормативная нагрузка на основное сочетание по сеч.2-2

N_II= 103.03+2,24х0,9+21,5х0,95=125,46кН/м

Сбор нагрузок по сечению 3-3 А₃=5,24м² (с подвалом)

Табл. 2.6.

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, NII, кН	Коэффициент надежности по нагрузке gf	Расчетная нагрузка, NI, кН
1. Постоянная
Покрытие (кровля) NII = 1.6х5,24=8,38 кН NI = 2,04х5,24=10,7 кН	8,38	-	10,7
Перекрытие на 4-х этажах NII =4х2,41х5,24=50,52кН NI = 4х2,723х5,24=57,1кН	50,52	-	57,1
Вес стены от пола 1-го этажа высотой 10,5м+2м мансарды g=18кН/м3 d=51см на длине 2,34м за вычетом веса оконных проемов размером 1,05х1,8см + вес цоколя высотой 1м 18х((10,5+2)2.24-1.05x1.8)0.51+18х0,51х2,34= =229,68кН	229,68	1,1	252,65
Вес стены с теплоизоляцией высотой 1,7-9,9=2,8м в один кирпич g= 14кН/м3, толщиной d= 120 мм на длине 2,34м NII=14х2,8х0,12х2,34=11кН	11	1,1	12,1
Итого: постоянная нагрузка	299,58	-	332,55
2. Временная
Снеговая нагрузка 0,5х5,24=2,62	2,62	1,4	3,67
Полезная на перекрытие на 4-х этажах при коэф-те снижения yп = 0,8 4х0,8х1,5х5,24 = 25,16кН	25,16	1,2	30,19
Итого: временная нагрузка	23,74	-	28,94

Нормативная нагрузка на 1м длины стены по сеч. 3-3

N_II=кН/м

3. Выбор рациональной конструкции фундамента

3.1. Проектирование фундамента на естественном основании

3.1.1. Выбор глубины заложения фундамента

Глубину с учетом толщины почвы 0,8м примем равной d₁=1,2м.

3.1.2. Подбор размеров подошвы фундамента

Рис.3.1. К определению глубины заложения фундаментов

В соответствии со СНиП 2.02.01–83 условием проведения расчетов по деформациям (второму предельному состоянию) является ограничение среднего по подошве фундамента давления величиной расчетного сопротивления R:

,

где – среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

R – расчетное сопротивление грунта основания, кПа.

Предварительная площадь фундамента:

,

где N_II – сумма нагрузок для расчетов по второй группе предельных состояний, кПа

R₀ – табличное значение расчетного сопротивления грунта, в котором располагается подошва фундамента, кПа;

g’_ср – осредненное значение удельного веса тела фундамента и грунтов, залегающих на обрезах его подошвы, g’_ср = 20 кН/м³;

d₁ – глубина заложения фундаментов безподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.

,

где h_S– толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf – толщина конструкции пола подвала, м;

g_cf – расчетное сопротивление удельного веса конструкции пола подвала, кН/м³.

.

Для ленточного ф-та b=А^/=0,55м; принимаем b=0,6м с укладкой стеновых блоков на бетонную подготовку толщиной 10см.

Рис.3.2. Ленточный фундамент

Определяем расчетное сопротивление грунта основания R для здания без подвала:

,

где g_с1 и g_с2 – коэффициенты условий работы, учитывающие особенности работы разных грунтов в основании фундаментов, g_с1 = 1,1и g_с2 = 1,2;

k – коэффициент, принимаемый k = 1,1, т. к. прочностные характеристики грунта приняты по таблицам СНиП.

k_z – коэффициент, принимаемый k = 1 (<10м);

– ширина подошвы фундамента, м;

g_II и g’_II – усредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже подошвы фундамента и выше подошвы фундамента;

с_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d_b – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала;

M_r, M_q, M_c – безразмерные коэффициенты;

M_r = 0,32; M_q = 2,29; M_c = 4,85

d₁ – глубина заложения фундаментов безподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.

g_II=g^/_II=18,8 кН/м³ – ниже и выше подошвы один и тот же грунт;

b=0,6м;

d₁=1,2м

Фактические напряжения под подошвой фундамента (фундамент центрально нагружен):

,

где N_II – нормативная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента, кН;

G_fII и G_gII – вес фундамента и грунта на его уступах;

A – площадь подошвы фундамента, м².

G_fII=24х0,6х1,2=17,3кН/м – 1м длины;

G_gII=0 – вес грунта на обрезах;

Условие выполняется, недогруз фундамента составляет 3,1%, следовательно, размер b=0,6м принимаем окончательным.

3.1.3. Проверка прочности подстилающего слабого слоя

Рис. 3.3. К проверке прочности подстилающего слоя

Подстилающий слой – суглинок твердый, имеет R_о=200кПао=300кПа предыдущего слоя, следовательно, требуется проверка его прочности. Проверка проводится из условия , чтобы полное давление на кровлю слабого слоя не превышало расчетной на этой глубине:

s_g(z+d)+s_zp £ R_z+d , где

s_g(z+d) – природное давление на кровлю слабого слоя;

s_zp - дополнительное давление на кровлю слабого слоя от нагрузки на фундамент;

s_g(z+d)=18,8х2=37,6 кПа

s_zpо=18,8х1,2=22,6 кПа – природное давление под подошвой ф-та;

s_zp=aр_о

р_о=р-s_zpо=274,5-22,6=251,9 кПа – дополнительное вертикальное давление на основание;

a - коэф-т рассеивания определяется в зависимости от относительной глубины.

x==

a=;

s_zp=0,439х251,9=110,6 кПа

Находим ширину условного ф-та b_усл из условия:

А_усл= b_усл=, где

N_II+G_II – нормативная нагрузка на подшву фундамента;

s_zp – дополнительное напряжение на кровлю слабого слоя;

N_II+G_II=147,4+17,3=164,7 кН/м

b_усл=м;

Расчетное сопротивление на глубине z+d=2м.

, где

g_с1=1,25

g_с2=1

k=1,1

k_z=1

g_II=19.3 кН/м – ниже подошвы (для суглинка) условного ф-та;

g_II^/=18,8 кН/м – выше подошвы;

с_II=30 кПа – для суглинков;

b_y=1.49 м;

d+z=2м;

при j=20^о;

кПа,

т.к условие:

s_g(z+d)+s_zp =37,6+110,6=148,2 кПа£ R_z+d=340,4 кПа,

то прочность этого слоя обеспечена.

3.1.4. Определение конечных осадок основания

Расчет основания по деформациям производим исходя из условия:

,

где S – совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;

S_u – предельное значение совместной деформации основания и сооружения,

Для определения осадок используем метод послойного суммирования осадок. Для этого, построим эпюры вертикальных напряжений от собственного веса грунта (эпюру _zg) и дополнительных вертикальных напряжений (эпюра _zp).

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта:

,

где g ‘– удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

d_n – глубина заложения фундамента;

g_i, h_i – соответственно удельный вес и толщина i–го слоя;

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора:

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента:

,

где a – коэффициент, принимаемый по таблицам СНиП в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения его сторон и относительной глубины, равной x = 2z/;

p₀ = – _zg0 – дополнительное вертикальное давление на основание;

– среднее давление под подошвой фундамента;

s_zg0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

Разбиваем грунт на слои толщиной h_i=0.46=0.4х0,6=0,24м,

Р_о=251,9 кПа – найдено в предыдущем пункте расчета,

s_zg0=22,6 кПа,

Расчет осадок проводим по формуле:

,

где – безразмерный коэффициент, = 0,8;

_zp,i – среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i – том слое;

h_i,E_i – соответственно толщина и модуль деформации i–того слоя грунта.

Расчет ведем до тех пор пока s_zp£0.2s_zg

Расчет осадки ленточного фундамента

Табл. 3.1.