Аннотация

В расчётной части были сконструированы и рассчитаны сл. конструкции:

Основные несущие элементы балочной клетки:

-балка настила;

-второстепенная балка;

-главная балка;

Также был произведён расчёт фундамента свайного и мелкого заложения.

Пространственная жесткость, прочность и общая устойчивость проектируемого здания по поступательным и крутильной формам обеспечивается совместной работой металлического каркасапроектируемого здания, локальных «ядер жесткости» образованных лестничными «колодцами», «ядер жесткости», образуемых вертикальными шахтами воздухозабора приточной вентиляции, совмещенных с шахтами рециркуляции.

Статические расчеты пространственной структуры монолитного ж/б каркаса здания выполнены методом конечных элементов с использованием программного, позволяющего получить результаты расчетов всех его элементов на прочность, устойчивость и колебания в составе компьютерной программы SCAD.

В расчет пространственной структуры каркаса здания введены следующие жесткостные характеристики:

- материал конструкций -сталь;

- арматура кл. А 400;

- размеры сечений несущих элементов приняты в соответствии с чертежами архитектурно-строительной .

2. Расчёт несущих конструкций балочной клетки

2.1 Определение расчетных нагрузок и несущих параметров конструкций

Конструкции рассчитываем на действие постоянных нагрузок - от веса ограждающих и несущих конструкций здания; кратковременных - атмосферных (действие снега, ветра), а также нагрузки от оборудования и людей.

В постоянную нагрузку от покрытия и перекрытия включаются нагрузки от всех слоев кровли и перекрытия, ограждающих конструкций покрытия и перекрытия (металлического профилированного настила, монолитного перекрытия) и несущих конструкций (прогонов, стропильной и подкровельных ферм, связей).

Величину расчётного значения постоянной нагрузки на 1 м2 покрытия и перекрытия определяем в форме таблицы, принимая значение поверхностно-распределенной нагрузки в соответствии с конструкцией покрытия и перекрытия.

2.1.1.Сбор нагрузок

Определение веса 1м2 конструкции покрытия:

Табл.1

№ п/п	Тип и конструкция покрытия	Нормат. нагруз. кН/м2	Коэф. надежн. гf	Расчет. нагруз. кН/м2
1	Цементно-песчаный раствор 0,015х20	0.3	1.3	0.39
2	Мембрана ЕРДМ 0,00154х6	0.01	1.1	0.198
3	Плоский шифер 0,01х18	0.18	1.1	0.198
4	Утеплитель 0,1х1,6	0.16	1.2	0.192
5	Пароизоляция - 1 слой рубероида	0.05	1.2	0.06
6	Армированная ц / п стяжка 0,02х19	0.38	1.3	0.49
7	Профнастил Н57-750-08 78,5х0,0008	0.063	1.05	0.066
8	отмет. 12,7 балки покрытия 0.075 1.05 0.08	0.075	1.05	0.08
9	Отмет. 9,0 фермы покрытия 0.05 1.05 0.053	0.05	1.05	0.053
	Снеговая нагрузка для г. Ахтубинск			0,8
	Всего отмет. 12,7: 1.218 1.488	1.218		1.488
	Всего отмет. 9,0: 1.193 1.461	1.193		1.461

Расчётная снеговая нагрузка для г. Ахтубинск, в соответветсвии с [1] равна 0,8 кН/м²Итого: полная нагрузка на покрытие составляет 2,26 кН/м²

Определение веса 1м2 конструкции перекрытия (видм. 4,8; 9,0):

Табл.2

№ п/п	Тип и конструкция перекрытия	Нормат. нагрузка кН/м2	гf	Расч. нагр. кН/м2
1	Керамическая плитка на цем.-песч. стяжке 0,12х20	0.24	1.1	0.264
2	Прокладочная пленка 0,0015х6	0.01	1.2	0. 012
3	Монолитное перекрытие 0,11х25	2.7	1.1	2.97
4	Балки перекрытия	0.08	1.05	0.084
	Всего:	3.03		3.33

Определение веса 1м2 пола первого этажа:

Табл.3

№ п/п	Тип и конструкция покрытия	Нормат. нагруз. кН/м2	Коэф. надежн. гf	Расчет. нагруз. кН/м2
1	Гранитная плитка на ц/п стяжке 0,02х20	0.4	1.1	0.44
2	Выравнивающая цементно-песчаная стяжка 0,02х19	0.38	1.3	0.494
3	Бетон В7, 5 армированный металлической сеткой 0,05х25	1.25	1.1	1.375
4	Гидроизоляция 0,015х10	0.15	1.2	0.18
5	Керамзитовый гравий 0,1х6	0.6	1.1	0.66
6	Гидроизоляция 0,015х10	0.15	1.2	0.18
7	Бетон В12, 5 с влагостойким наполнителем 0,1х25	2.5	1.1	2.75
	Всего:	5.43		6.1

2.2 Компоновка балочной клетки

2.2.1 Исходные данные

Шаг колонн в продольном направлении составляет 11,4 м, в поперечном направлении 6м.

2.2.2 Материал конструкций

· Стальной настил - листовая сталь С235 марки ВСт3кп2 ГОСТ 380-71;

· Второстепенные балки - прокатные профили из стали С245 марки ВСт3кп2-1 ГОСТ 380-71 **,

· Главные балки - прокатные профили из стали С245 ГОСТ 380-71 **

Рис.1

2.3. Расчет прокатной балки настила

Расчётный пролёт прокатной балки настила составляет 1 м.

Рис.2

Определяем расчетный максимальный изгибающий момент в пролете:

Расчетная поперечная сила на опоре:

2.3.1 Подбор сечения

При изгибе балки настила в одной плоскости и упругой работе стали, номер прокатного профиля определяют по требуемому моменту сопротивления:

где

- расчетное сопротивление стали, взятое по пределу текучести (табл. 51 [2]), - коэффициент условий работы (табл. 6 [1]).

В соответствии с принятым типом сечения балки настила (прокатный двутавр) по сортаменту выбираем профиль № 26Б2 с

2.3.2 Проверка прочности

Проверка прочности прокатной балки:

а) по нормальным напряженим

- проверка выполнена;

б) по касательным напряжения

Проверка по касательным напряжениям для прокатных балок обеспечивается толщиной стенки.

Проверка жесткости:

где

2.4. Расчет второстепенной балки

Расчётная схема второстепенной балки

Рис.3

Максимальный изгибающий момент от расчетной нагрузки вычисляем по формуле:

Требуемый момент сопротивления при с₁ = 1,1:

По сортаменту принимаем двутавр №30Б1 ГОСТ 8239-89 (I_х=6328 см⁴, W_х=427 см⁴, m_бн =33,0 кг/м).

Проверка прочности

;

R _с = 1,1 24 = 26.4 кН/см²

7,03 26,4 - условие прочности выполняется

Перерезывающая сила на опоре:

Q_max = q_вб l_вб 0,5= 6.67·6 0,5 =20.01 кН ;

Проверка касательных напряжений.

;

;

R_{S с} = = 14,94 кН/см^2;

6,8<14.94=> условие выполняется.

Проверка жесткости.

;

;

0,001<0,004=>жесткость балки обеспечена

Проверять общую устойчивость вспомогательной балки не нужно, так как она часто закреплена балками настила и отношение l_ef / b_f не превышает предельных значений.

2.5. Расчет главной балки

2.5.1.Компоновка и подбор сечения балки

Сечение составной сварной балки состоит из трех листов: вертикального - стенки и двух горизонтальных - полок .Максимальный расчетный изгибающий момент и максимальная перерезывающая сила определяем с учётом собственного веса главной балки, умножением расчетным значений на коэффициент =1,02 .

Рис. 4

;

М_расч=3956,4 кНм;

М_max=1,02·3956,4=4074,68 кНм;

Q_расч=2*565,2=1130,4 кН;

Q_max=1,02·1130,4=1164,3 кН;

Найдём требуемый момент сопротивления по формуле:

; Рис.5

где _с =1,1

Определим минимально допустимую высоту балки

Определим оптимальную высоту балки, соответствующую наименьшему расходу стали:

;

k=1,2;

;

- вычисляется по эмпирической формуле:

Принимаем t_w=12мм

Принимаем высоту главной балки .

Из условия среза определяем минимальную толщину стенки (без учёта работы поясов)

Принимаем толщину стенки 10 мм.

Чтобы обеспечить местную устойчивость стенки без укрепления продольными рёбрами жёсткости необходимо чтобы , т.е. должно выполняться условие:

;

1>0,78=>не требуется укрепление стенки дополнительными ребрами.

Подбор сечения поясов Рис.6

Требуемый момент инерции сечения

Момент инерции стенки:

Требуемый момент инерции полок:

J_{f тр} = J_тр - J_W ;

J_{f тр} =1003236-166698=836538 см⁴;

Требуемая площадь сечения полки:

Пусть =53 см

t_f=A_f/ b_f=102,12/53?20 мм.

Уточним площадь сечения полки:

A_f= b_f t_f=53·2=106 см².

Для обеспечения устойчивости сжатого пояса балки необходимо выполнение условия:

b_ef=(b_f-t_w)/2=(530-10)/2=260;

13<14,65 => устойчивость сжатого пояса обеспечена.

2.5.2 Проверка прочности

Момент инерции:

Момент сопротивления:



Статический момент:

;

R _с = 1,1 24 = 26.4 кН/см²

25,29 26,4 - условие прочности выполняется.

Выбираем листовой прокат для поясов 530х20х14000, для стенки 1300х10х14000.

Т.к. пролет 14 м, то экономически целесообразно уменьшить сечение балки. Уменьшение сечения будем делать на расстоянии 1/6 пролета балки от опоры, т.е. х=2,33 м.

С учетом собственного веса главной балки М^/=1,02·2306=2352,12 кНм.

Определим требуемый момент сопротивления и момент инерции измененного сечения, исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение.

Принимаем пояс шириной 400 мм.

Уточним площадь сечения полки:

A_f1= b_f1 t_f=40·2=80 см².

Рис. 7

Геометрические характеристики сечения балки

Момент инерции

Момент сопротивления

Статический момент

18,6<22,44 кН/см² -условие прочности выполняется.

Максимальное касательное напряжения в балке

R_{S с} = 0,5824·1,1=15,3 кН/см²

10,06<15,3- проверка выполняется.

2.5.3 Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов главной балки

Проверим устойчивость стенки и определим необходимость постановки ребер жесткости. Условная гибкость стенки определяется по формуле

.

4,3>3,2 => необходимо укрепление стенки ребрами жесткости.

Выполняем постановку рёбер жёсткости в местах передачи нагрузки от вспомогательной балки на главную.

Рис.8

Ширина ребер :

Принимаем b_h = 90 мм.

Толщина ребра

Принимаем t_S = 7 мм.

Балка разбита на пять отсеков.

Проверка устойчивости стенки в первом отсеке.

Проверка выполняется в сечении расположенном на расстоянии 0,96 от первого ребра жесткости, т.е. на расстоянии х₁=1,75-1,26=0,49 м от опоры.

Площадь сечения балки в этом отсеке:

А=1·126+2·40·2=286 см²;

Нагрузка от веса балки:

М₁=qx(l-x)/2=2,245·1,75(14-1,75)/2=24,06;

М₁^'=1130,4*1,75=1978,2 кН*м

М_I=24,06+1978,2=2002,26 кНм;

М₂=qx(l-x)/2=2,245·0,49(14-0,49)/2=7,43;

М₂^'=1130,4*0,49=553,896

М_II=7,43+553,896=561,326 кНм;

М_ср=(2002,26+561,326)/2=1281,79 кНм;

Нормальные и касательные напряжения

а) нормальне

;

б) касательные

Q_ср=1164,31кН;

Критические нормальные напряжения

;

??тогда по табл.21 С[2]

=33,32;

Критические касательные напряжения

Проверка устойчивости стенки

.

проверка в первом отсеке выполняется.

Проверка устойчивости стенки балки во втором отсеке

Проверка выполняется в сечении расположенном на расстоянии 0,96 от второго ребра жесткости, т.е. на расстоянии х₂=5,25-1,26=3,99 м от опоры.

Площадь сечения балки в этом отсеке:

А=1*126+2·53*2=33 см²;

Нагрузка от веса балки:

М₁=qx(l-x)/2=2,65*5,25(14-5,25)/2=60,87;

М₁^'=1130,4*5,25-565,2*3,5=3956,4

М_I=60,87+3956,4=4017,27 кНм;

М₂=qx(l-x)/2=2,65·3,99(14-3,99)/2=52,92;

М₂^'=4510,296-1266=3244,3

М_II=52,92+3244,3=3297,2 кНм;

М_ср=(4017,27+3297,2)/2=3657,2 кНм;

Нормальные и касательные напряжения

а) нормальные

;

б) касательные

Q_ср=582,16кН;

Критические нормальные напряжения

;

??тогда по табл.21 [2]

=33,75;

Критические касательные напряжения

Проверка устойчивости стенки

.

проверка во втором отсеке выполняется.

2.5.4 Расчет поясных сварных швов

Полки составных сварных балок соединяют со стенкой на заводе автоматической сваркой. Сдвигающая сила на единицу длины

Для стали С245 по табл. 55^* [2] принимаем электроды Э-42.

Определим требуемую высоту катета К_f поясного шва "в лодочку".

1. Расчет по металлу шва.

Коэффициент глубины провара шва _f =0,9 ([2] табл.34)

Коэффициент условия работы _wf = 1 ([2] п. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R _wf =180 МПа([2] табл.56)

_{f wf} R _wf = 0,9 118= 16,2 кН/см²

2. Расчет по металлу границы сплавления.

Коэффициент глубины провара шва _z =1,05 ([2] табл.34)

Коэффициент условия работы _wz = 1 ([2] пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R _wz =0,45 R _un = 0,45 370 = 166,5 МПа

_{z wz} R _wz = 1,05 116,65 = 17,48 кН/см²

Сравнивания полученные величины, находим

( _w R _w)_min = 16,2 кН/см²

Высота катета поясного шва должна быть не менее

=>

k_f ? 3 мм

По толщине наиболее толстого из свариваемых элементов (t_f = 20мм) по табл. 38 [2] принимаем k_f = 6 мм.

2.5.5 Конструирование и расчет опорной части балки

Принимаем сопряжение балки с колонной примыканием сбоку. Конец балки укрепляем опорными ребрами. Опорное ребро жесткости крепится сварными швами к стенке балки. Нижний торец опорного ребра балки остроган для непосредственной передачи давления на колонну.

Определим площадь сечения ребра на смятие торцевой поверхности:

;

R_р=327 МПа=32,7 кН/см²;

Принимаем ширину ребра b_р=36 см => t_р=34,57/36=0,96 см.

Принимаем t_p=10мм.

Уточним площадь сечения ребра:

А_р=1·36=36 см².

Выступающую часть ребра принимаем a=15 мм.

Проверка ребра на устойчивость.

Ширина участка стенки, включенной в работу опорной стойки:

A_w=Aр+t_wb_w=36+1·19=55 см²;

Радиус инерции сечения ребра

;

Гибкость ребра

=>

л=0,9745([2],табл.72)

Проверка опорного ребра на устойчивость:

19,6<24 кН/см².

Рассчитаем прикрепление опорного ребра к стенке балки сваркой электродами Э-42 (табл. 55^* [2]). По табл. 56^* [2] принимаем

R_wf=180 МПа=18 кН/см², R_wz=0,45R_un=0,45·360=162МПа=16,2 кН/см², в_f=0,9,

в_z=1,05.

в_f R_wf=0,9·18=16,2 кН/см²;

в_z R_wz=1,05·16,2=17,01 кН/см²;

Т.к. толщина более толстого элемента 20мм, то к_min=6мм (табл. 38 [2]).

Проверяем длину рабочей части шва:

53,55<126 см.

Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.

2.6. Проектирование трубобетонной внецентренно- сжатой колонны

В трубобетонных конструкциях эффективно используют специфические особенности материалов. Это позволяет получить значительную экономию стали и цемента, уменьшает поперечное сечение элементов конструкций и, как следствие, снижает их массу и транспортные расходы. Металлическая труба - оболочка в трубобетоне - выполняет одновременно функции как продольного, так и поперечного армирования. Она воспринимает усилия по всем направлениям, под любым углом. Боковое давление трубы тормозит развитие микротрещин разрыва в бетонном сердечнике, которое в условиях всестороннего давления выдерживает напряжения, значительно превышающие призменную прочность. Стальная труба, заполненная бетоном, оказывается в значительной степени защищена от потери как местной, так и общей устойчивости. Трубобетонные конструкции очень надежны в эксплуатации. В предельном состоянии они не теряют несущую способность мгновенно, как железобетонные, а продолжительное время могут выдерживать нагрузку, испытывая значительных деформаций. По сравнению с железобетонными, трубобетонные конструкции являются более индустриальными при изготовлении и монтаже. Они довольно легкие и транспортабельные, не подвергаются механическим повреждениям, имеют надлежащий внешний вид. Во время их изготовления не используют опалубку, арматурные каркасы и закладные детали.

2.6.1 Выбор расчетной схемы и определение нагрузок на колонну

Узел сопряжения колонны с фундаментом принят жестким, а с главными балками - шарнирный. Таким образом, расчетной схеме колонны является внецентренно-сжатый стержень с жестким закреплением снизу и шарнирным - сверху.

Рис.10

Нагрузка на колонну состоит из полезной нагрузки и собственного веса перекрытия и покрытия.

Расчёт ведём с помощью программного комплекса SCAD.

Табл. 5

Усилия и напряжения Единицы измерений: Т, м.
Номер эл-та	Номер сечен.	Номер загруж.	Значения
			N	M	Q
1	1	1	-618,19	-0,279	0,232
1	1	2	-503,168	-0,279	0,232
1	2	1	-618,19	0,139	0,232
1	2	2	-503,168	0,139	0,232
1	3	1	-618,19	0,558	0,232
1	3	2	-503,168	0,558	0,232
2	1	1	-431,037	-0,781	0,418
2	1	2	-351,591	-0,781	0,418
2	2	1	-431,037	-0,028	0,418
2	2	2	-351,591	-0,028	0,418
2	3	1	-431,037	0,726	0,418
2	3	2	-351,591	0,726	0,418
3	1	1	-275,668	-0,69	0,389
3	1	2	-225,479	-0,69	0,389
3	2	1	-275,668	0,01	0,389
3	2	2	-225,479	0,01	0,389
3	3	1	-275,668	0,71	0,389
3	3	2	-225,479	0,71	0,389
4	1	1	-152,009	-0,678	0,362
4	1	2	-124,837	-0,678	0,362
4	2	1	-152,009	-0,026	0,362
4	2	2	-124,837	-0,026	0,362
4	3	1	-152,009	0,625	0,362
4	3	2	-124,837	0,625	0,362
5	1	1	-60,08	-0,835	0,537
5	1	2	-49,641	-0,835	0,537
5	2	1	-60,08	0,131	0,537
5	2	2	-49,641	0,131	0,537
5	3	1	-60,08	1,097	0,537
5	3	2	-49,641	1,097	0,537

Определяем максимальные моменты колонны, соответствующие продольным силам. От полной нагрузки М_мах=-10,97кН•м N_max=-6163,2кН, (узел опирания колонны на фундамент, элемент 10 сечение 1).От длительной нагрузки М_мах=-10,97кН•м N_max=-5034,84кН В качестве расчетного сочетания принимаем первое, т.к момент при нем больше.

2.6.2 Расчет прочности колонны

Армирование колонны принимаем симметричным (A_s=A_s^/) .

Характеристика бетона и арматуры. Принимаем класс тяжёлого бетона В25, расчетное сопротивление сжатию R_b=14,5 МПа, растяжению R_bt=1.05 МПа, коэффициент условий работы бетона г_b2=0,9; модуль упругости Е_b=30 МПа. В качестве продольной рабочей арматуры принимаем арматуру класса, аналогичного арматуре ригеля - А-III, имеющую расчетное сопротивление R_s=365 МПа, и модуль упругости Е_s=200 ГПа.

Рабочая высота сечения h₀=h - a=40 - 4 =36см, ширина колонны b=40см.

Эксцентриситет приложения силы e₀ =M/N=10,97/6163,2=0,178см.

Случайный эксцентриситет е₀=1,3см, то в качестве расчетного принимаем эксцентриситет случайный.

Найдем значения моментов в сечении относительно оси, проходящей через центр тяжести наименее сжатой арматуры.

При полной нагрузке: М_l =M +N•(d/2 -а)=10,97 +6163,2 (0,2 -0,04)=997,08 кН.

При длительной нагрузке: М_дл =М_дл + N_дл(d/2 - а) =10,97+5034,84•0,16=816,54кН.

Т.к. l_кол/r =330/13,01=25,37>14 то в расчёте следует учитывать влияние прогиба колонны, r=0,289h=13,01см - радиус ядра сечения.

Определение требуемого сечения арматуры.

При симметричном армировании сжатого элемента требуемая площадь арматуры определяется по формуле:

, (XVIII.4[1])

где

, (XVIII.1[1])

, (XVIII.2[1])

, (XVIII.3[1])

д^/=а/d₀ =4/36 =0,11

Значение критической силы при прямоугольном сечении колонны с симметричным армированием определяем по формуле:

, (XVIII.5[1])

l₀=l?400см -расчётная длина колонны/

ц_l - коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента в предельном состоянии, определяемый по формуле IV.20[1].

ц_l=1 +вМ_дл/М_l =1+1•816,54/997,08=1,82

н=E_s/E_b=20/3=6,67

Значение коэффициента определяем по формуле д=е₀/d =1,3/40=0,0325

д< д_min, принимаем д=0,354.

м₁=2A_s/A- коэффициент армирования, предварительно задаёмся м₁=0,015

Значение критической силы:

Вычисляем коэффициент з по формуле IV.18[1]:

з=1/(1 - N/N_cr) =1/(1 -6163,2/114100)=1,057

Полный эксцентриситет е=е₀ з +d/2 - а =1,3•1,057 +20- 4=17,37см.

Определяем граничную высоту сжатой зоны по формуле II.42[1]:

w =0.85 -0.008 R_b =0.85 - 0.008•0.9•14.5=0.7456- коэффициент полноты фактической эпюры напряжений в бетоне при замене её условной прямоугольной эпюрой;

у_sc,u =500 МПа т.к. г_b2<1;

у_SR=R_s =365 МПа

о_R =0.7456/[1+365/500(1 - 0,7456/1,1)]=0,7456/1,235=0,604.

Определяем коэффициенты и о

Определяем площадь арматуры по формуле (XVIII.4[1])

Принимаем 12O36 A-400 c A_s=81,44см² по прил.VI.[1]; м₁=2•81,44/(40•40)=0,01 для определения N_crc ,было принято м₁=0,015 перерасчет не производим из-за небольшой разности в значениях м₁.

2.7. Расчет фундамента

Геологическое строение и гидрогеологические условия строительной площадки:

Табл.5

Номер слоя	Наименование грунта	Номер скважины и толщина слоя, м
		1	2	3
1	Насыпной грунт: суглинок и глина с включением строительного мусора	1.6	1.9	2.1
2	Глина темно-серая	0.3	0.32	0.4
3	Суглинок желто-бурый	0.4	0.44	0.4
4	Глина желто-бурая	2.4	5.6	7.7
5	Глина серовато - бурая	4	5.3	6.2
	Уровень грунтовых вод	0.8	0.8	0.9

Характеристики свойств грунтов

Табл.6

Название	Условное обозначение	Единицы измерения	Номер слоя
			1	2	3	4	5
Плотность	с	т/м3	1.7	1.8	1.87	1.79	1.9
Плотность частиц	сs	т/м3	2.6	2.73	2.68	2.7	2.7
Природная влажность	W		0.18	0.26	0.18	0.25	0.25
Влажность на границе текучести	Wl		0.22	0.4	0.35	0.41	0.39
Влажность на границе раскатывания	Wр		0.17	0.22	0.23	0.19	0.21
Модуль деформации	Е	МПа	7	15	20	12	12
Коэффициент фильтрации	Кф	см/с	0.07	0.000008	0.00002	0.000009	0.00003
Угол внутреннего трения	ц	град.	19	16	21	14	15
Удельное сцепление	С	кПа	18	41	21	37	40

2.7.1 Оценка инженерно - геологических условий

Слой № 1: насыпной грунт (суглинок и глина с включением строительного мусора)

1) коэффициент пористости

е = ( с_s /с )( 1+W )-1=( 2.6/1.7 )(1+0.18)-1=0.805

2) степень влажности

S_r =с_s W/( с_w e )=2.6x0.18 / ( 1x0.805 )=0.58

3) число пластичности:

І_р = W_L - W_P = 0,22-0,17=0,05

4) плотность грунта в сухом состоянии:

с_d = с / ( 1+ W )=1,7/1+0,18 = 1,44

5) показатель текучести:

І_L = (W- W_P ) / (W_L - W_P )= 0,18-0,17/0,05 = 0,2

6) полная влагоемкость почвы:

W_sat = е с_W / с_s =0,805х1/2,7=0,298

7) коэффициент пористости при влажности W=W_L

е_{L =} с_s W_L/ с=2,6х0,22/1,7=0,33

8) показатель просадочности:

І_ss = (е_L-e )/( 1+е )=( 0,33-0,805 )/( 1+0,26 ) = -0,263

Слой относится к суглинку полутвердому, просадочному.

Слой №2: Глина темно-серая.

1) коэффициент пористости

е = ( с_s /с )( 1+W )-1=( 2,73/1.8 )(1+0.26)-1=0.911

2) степень влажности

S_r =с_s W/( с_w e )=2.73x0.26 / ( 1x0.911 )=0.779

3) число пластичности:

І_р = W_L - W_P = 0,4-0,22=0,18

4) плотность грунта в сухом состоянии:

с_d = с / ( 1+ W )=1,8/1+0,26 = 1,43

5) показатель текучести:

І_L = (W- W_P ) / (W_L - W_P )= 0,26-0,22/0,18 = 0,22

6) полная влагоемкость грунта:

W_sat = е с_W / с_s =0,911х1/2,73=0,33

7) коэффициент пористости при влажности W=W_L

е_{L =} с_s W_L/ с=2,73х0,4/1,8=0,6

8) показатель просадочности:

І_ss = (е_L-e )/( 1+е )=( 0,6-0,911 )/( 1+0,911 ) = -0,16

Слой относится к глине полутвердой, просадочной.

Слой №3: суглинок.

1) коэффициент пористости

е = ( с_s /с )( 1+W )-1=( 2,68/1.87 )(1+0.18)-1=0.69

2) степень влажности

S_r =с_s W/( с_w e )=2.63x0.18 / ( 1x0.69 )=0.699

3) число пластичности:

І_р = W_L - W_P = 0,35-0,23=0,12

4) плотность грунта в сухом состоянии:

с_d = с / ( 1+ W )=1,87/1+0,18 = 1,58

5) показатель текучести:

І_L = (W- W_P ) / (W_L - W_P )= 0,18-0,23/0,12 = -0,417

6) полная влагоемкость почвы:

W_sat = е с_W / с_s =0,69х1/2,68=0,257

7) коэффициент пористости при влажности W=W_L

е_{L =} с_s W_L/ с=2,68х0,35/1,87=0,5

8) показатель просадочности:

І_ss = (е_L-e )/( 1+е )=( 0,5-0,69 )/( 1+0,69 ) = -0,11

Слой относится к суглинку твердому, просадочному.

Слой №4: глина желто-бурая.

1) коэффициент пористости

е = ( с_s /с )( 1+W )-1=( 2,7/1.79 )(1+0.25)-1=0.885

2) степень влажности

S_r =с_s W/( с_w e )=2.7x0.25/ ( 1x0.885 )=0.763

3) число пластичности:

І_р = W_L - W_P = 0,41-0,19=0,22

4) плотность грунта в сухом состоянии:

с_d = с / ( 1+ W )=1,79/1+0,25= 1,43

5) показатель текучести:

І_L = (W- W_P ) / (W_L - W_P )= 0,25-0,19/0,22 = 0,27

6) полная влагоемкость почвы:

W_sat = е с_W / с_s =0,885х1/2,7=0,33

7) коэффициент пористости при влажности W=W_L

е_{L =} с_s W_L/ с=2,7х0,41/1,79=0,62

8) показатель просадочности:

І_ss = (е_L-e )/( 1+е )=( 0,62-0,885 )/( 1+0,885 ) = -0,14

Слой относится к глине тугопластичной, просадочной.

Слой №5: глина серовато-бурая.

1) коэффициент пористости

е = ( с_s /с )( 1+W )-1=( 2,7/1.9 )(1+0.25)-1=0.776

2) степень влажности

S_r =с_s W/( с_w e )=2.7x0.25 / ( 1x0.776 )=0.87

3) число пластичности:

І_р = W_L - W_P = 0,39-0,21=0,18

4) плотность грунта в сухом состоянии:

с_d = с / ( 1+ W )=1,9/1+0,25= 1,52

5) показатель текучести:

І_L = (W- W_P ) / (W_L - W_P )= 0,25-0,21/0,18 = 0,22

5) полная влагоемкость грунта:

W_sat = е с_W / с_s =0,776х1/2,7=0,287

7) коэффициент пористости при влажности W=W_L

е_{L =} с_s W_L/ с=2,7х0,39/1,9=0,554

8) показатель просадочности:

І_ss = (е_L-e )/( 1+е )=( 0,554-0,776 )/( 1+0,776 ) = -0,125

Слой относится к глине полутвердой.

2.7.2 Расчет свайного фундамента

Свайные фундаменты - один из основных видов фундаментов, позволяющих обеспечить надежность работы сооружения в целом, значительно уменьшить объем земляных работ, повысить скорость строительства, снизить удельный вес ручного труда в процессе строительства фундаментов.

Расчет свайных фундаментов и их основ выполняется с предельными состояниями двух групп [1]:

1. по несущей способности грунта основания свай

по прочности конструкций свай и свайных ростверка.

2. по осадке оснований свайных фундаментов от вертикальных нагрузок.



2.7.3.Определение минимальной возможной глубины заложения фундаментов

Для зданий и сооружений минимальная возможная глубина заложения определяется конструктивными особенностями здания и сезонными изменениями грунта:

Минимальная глубина заложения подошвы фундамента, не мене 0,5м от уровня планировки или 0,5-0,7м ниже пола подвала (техподполья).

Из условий недопущения промерзания грунта под подошвой минимальная глубина заложения должна бать не менее расчетной глубины промерзания (при наличии грунтовых вод):

, для г.

Астраханской области по схематической карте глубин промерзания по [1].

Где , - коэф.. учитывающий влияние теплового режима здания и глубину грунта у фундаментов наружных стен для грунтов с полами по грунту при (цокольный этаж)

.

2.7.4.Расчет фундамента мелкого заложения

Основной слой супеси (слой №3), . Фундамент рассчитываем как центрально сжатый.

Рассмотрим наиболее нагруженную среднею ось (сечение 2-2),

,

- усредненный вес фундамента и грунта на его уступах.

Для прямоугольного в плане фундамента рекомендуемое состояние сторон:

можно принять

, .

Фундамент имеет вид:

Определяем расчетное сопротивление грунта основания по формуле:

, где

и - коэф. условия работы, принятые по табл. 4 СНиП при , - т.к. ширина фундамента (b=2,7м), - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающего ниже подошвы фундамента с учетом взвешенного действия воды.

- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;

- глубина заложения фундамента как бесподвального сооружения от уровня планировки, т.к. - глубина подвала при ширине подвала .

Проверяем напряжение под подошвой:

,

запас несущей способности,

-

оставим принятые размеры.

Аналогично выполняем расчет фундамента для сечения 1-1 (средней колонны).

Для квадратного в плане фундамента:

, принимаем

Уточняем расчетное сопротивление под подошвой:

Проверяем напряжение под подошвой:

- условие выполняется.

Фактическое напряжение от длительных нормативных нагрузок:

2.7.5.Определение осадок фундамента мелкого заложения

Предварительно находим природное давление на границах грунтовых слоев.

На подошве слоя №1:

, ;

На подошве слоя №2 и в уровне подошвы фундамента:

,

На подошве слоя №3:

,

На подошве слоя №4:

,

На границе толщи в слое №5:

,

Осадку определяем с использованием расчетной схемы в виде линейно-диформируеного полупространства методом послойного суммирования:

Осадка -

, где , -

среднее напряжение в слое толщиной в пределах сжимаемой толщи, - модуль деформации i-го слоя.

, где -

дополнительное давление в уровне подошвы, - табличный коэф.. зависящий от

.

Расчетная схема имеет вид:

Определим осадку фундамента по сечению 1-1:

При

Суммирование напряжений ведется в пределах глубины сжимаемой толщи, которая определяется из соотношения:

.

Расчеты ведутся в табличной форме.

Приращение напряжений:

- в слое №3: ;

- в слое №4:

Таблица 7

№	,м			, кПа	, кПа	, кПа	, кПа	, МПа	слой
1	0	0	1	141	-	74	15	11	3
2	1,1	0,8	0,824	116	128,5	91	18	11	3
3	2,2	1,6	0,490	69	92,5	108	22	11	3
4	3,3	2,4	0,291	41	55	125	25	11	3
5	4,4	3,2	0,185	28	33,5	142	26	11	3
6	5,5	4,0	0,126	18	-	159	32	11	3+4
7	6,6	4,8	0,091	13	-	176	35	14	4
8	7,7	5,6	0,068	10	-	193	39	14	4
9	8,8	6,4	0,054	8	-	210	42	14	4
10	9,9	7,2	0,042	6	-	227	45	14	4

Из таблицы видно, что глубина сжимаемой толщи составляет .

Осадка

 -

для зданий с ж/б каркасом.

Аналогично рассчитываем осадку по 2-2:

Расчеты ведутся в табличной форме:

Таблица 8

№	,м			, кПа	, кПа	, кПа	, кПа	, МПа	слой
1	0	0	1	101	-	74	15	11	3
2	1,0	0,8	0,8	81	91	89	18	11	3
3	2,0	1,6	0,449	45	63	105	21	11	3
4	3,0	2,4	0,257	26	36	120	24	11	3
5	4,0	3,2	0,160	27	21	136	16	11	3
6	5,0	4,0	0,108	11	13	151	30	11	3
7	6,0	4,8	0,077	8	-	166	33	11	3
8	7,0	5,6	0,058	6	-	-	-	11	4
9	8,0	6,4	0,045	4,5	-	-	-	11	4

Из таблицы видно, что глубина сжимаемой толщи составляет .

Осадка

- для зданий с ж/б каркасом.

Относительная разность осадок при ,

Таким образом, условия ограничения деформаций, выполняется, значит фундаменты мелкого заложения запроектированы верно.

2.7.6.Расчет и конструирование свайного фундамента

Принимаем фундамент из висячих забивных призматических свай 30х30см, .

Площадь сечения свай .

Периметр сваи - сваи забиваются дизель молотом.

Определяем несущую способность забивной сваи по формуле [1]:

, где -

коэф. работы сваи в грунте, - коэф. работы грунта, - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, по табл.1 [1], (на глубине 10,8 в слое глины), , - площадь опирания на грунт сваи, , - периметр поперечного сечения ствола сваи , - расчетное сопротивления i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи. Разбиваем прорезаемую толщу грунта на однородные слои толщиной и по табл. 2 [1] находим:

:

; ; ; ; ; ;

; ; .

; ;

Находим несущую способность одиночной сваи:

С учетом коэф. надежности по грунту расчетная несущая способность одиночной сваи:

Определяем требуемое количество свай для расчетных сечений:

Сечение 1-1:

,

с учетом веса ростверка и грунта на его уступах принимаем и конструкциям ростверка. Минимальное расстояние между осями свай . Толщина плитной части ростверка .

Аналогично для сечения 2-2:

,

можно принять число свай и ростверк аналогично сечению 1-1.

2.6.Определение осадки свайного фундамента

Осадку свайного фундамента определяем методом послойного суммирования, как для условного заложения фундамента мелкого заложения:

, шириной

.

Находим эту ширину - расстояние по крайней сваи, - суммарная высота прорезаемых слоев, - средневзвешенное по слоям значение угла, внизу трения прорезаемых слоев.

Принимаем усреднено вес грунта, ростверка и сваи в объеме условного фундамента , тогда вес условного фундамента:

Природное давление в уровне подошвы условного фундамента:

Нормативная длительно-действующая нагрузка:

С учетом веса условного фундамента давление в уровне низа свай (подошва условного фундамента):

Дополнительное давление:

Принимаем: . Приращение природного давления по слоям

Расчет выполняем в табличной форме:

Таблица 9

№	,м			, кПа	, кПа	, кПа	, кПа	, МПа
1	0	0	1	81	-	287	57	14
2	0,53	0,4	0,96	78	79,5	295	59	14
3	1,06	0,8	0,8	65	71,5	303	61	14
4	1,59	1,2	0,606	63	57	311	49	14
5	2,12	1,6	0,449	36	-	319	65	14
6	2,65	2,0	0,336	27	-	327	-	14
7	3,18	2,4	0,257	21	-	335	-	14
8	3,71	2,8	0,201	16	-	343	-	-
9	4,24	3,2	0,160	13	-	351	-	-

Осадка условного фундамента:

Таким образом, осадка свайного фундамента значительно меньше предельно допускаемой.

2. 7. Расчёт фермы покрытия

2.7.1.Исходные данные для проектирования

Рис. 11

- пролёт фермы -18 м;

- высота фермы - 0,75, 4,2м;

- место строительства - г. Ахтубинск Астраханской области.

2.7.2.Сбор нагрузок

Определяем сосредоточенную нагрузку на верхний пояс фермы:

F₁= F₉= 0.44*1.5*0.65=0.43(кН)

F₂= 0.44*1.5*(0.65+0.48)=0.75(кН)

F₃= 0.44*1.5*(0.48+0.75)=0.81(кН)

F₄= F₅ = F₆ =0.44*1.5*1.5=0.99(кН)

F₈= 0.44*1.5*(0.65+0.75)=0.924(кН)

1.1. Сбор нагрузок на нижний пояс фермы:

Наименование нагрузки	qн, кН/м	гf	qр, кН/м
1. Утеплитель (толщ. 100 мм)	0,16	1,2	0,192
2. Пароизоляция (полиэт. плёнка толщ. 2 мм)	0,01	1,2	0,012
3. Труба прямоуг. (ГОСТ 12336-66)	0,05	1,1	0,055
4. Доска толщ. 30мм	0,2	1,2	0,24
5. Гипсокартон	1,15	1,2	0,24
Итого	1,57		1,879

Определяем сосредоточенную нагрузку на нижний пояс фермы:

F₁₀= F₁₈= 1,879*1,5*0,63=1,78(кН)

F₁₁= 1,879*1.5*(0.63+0.441)=3,02(кН)

F₁₂= 1,879*1.5*(0.441+0.72)=3,27(кН)

F₁₃= F₁₄ = F₁₅ = F₁₆ =1,879*1.5*1.443=4,07(кН)

F₁₇= 1,879*1.5*(0.72+0.63)=3,81(кН)



2.7.3.Определяем усилия в элементах фермы

Номер эл-та	Значения
	N, т
1	-0,122
2	-0,143
3	-3,032
4	-3,081
5	-2,707
6	-2,131
7	-1,445
8	-0,689
9	-0,001
10	-0,051
11	0,661
12	1,387
13	2,048
14	2,601
15	2,962
16	2,916
17	2,417
18	2,377
19	-2,737
20	0,263
21	0,691
22	-0,138
23	0,062
24	0,373
26	0,785
28	1,138
30	1,466
32	1,73
33	-1,769
34	-1,536
35	-1,238
36	-0,909
37	-0,514

2.7.4. Подбор сечений

Верхний пояс

а) N_max =-27,07 (кН).

Требуемая площадь сечения уголка при ц =0,805, г_с=0,95, R_у=24 кН/см².

А_тр=

Из сортамента находим равнополочные уголки 50х3,А=2,96*2=5,92(см²), i_y=15,5см.

Гибкость элемента:

л_у=

Проверка:

у=

Нижний пояс

а) N_max=29,16 (кН).

Требуемая площадь сечения уголка при г_с=0,95, R_у=24 кН/см².

А_тр=

Из сортамента находим равнополочные уголки 50х3, А= А=2,96*2=5,92(см²), i_y=15,5см.

Проверка:

у=

Раскосы

а) № 19, №33: N_max=17,69(кН).

Требуемая площадь сечения уголка при ц =0,542, г_с=0,95, R_у=24 кН/см².

А_тр=

Из сортамента находим равнополочные уголки 40х3,

А=2,35*2=4,7(см²), i_x=6,12см, i_y=12,3см,

l_у =2l_x =3,03м

Гибкость элемента:

л_у=

б) для остальных раскосов принимаем из сортамента равнополочные уголки 35х3

Стойки

а)N_max=17,3 (кН).

Требуемая площадь сечения уголка при ц =0,542, г_с=0,8, R_у=24 кН/см².

А_тр=

Из сортамента находим равнополочные уголки 35х3, А=2,04*2=4,08(см²), i_y=10,7см.

Гибкость элемента:

л_у=