- под серединой здания
Hc=kn(xc-kc)B
- под краем здания
= 
(xе– kе – 0,1 β Öy) B,
где В-ширина здания;
-коэффициент, определяемый по таблице 1 приложения 8 [8] в зависимости от отношения L/B и параметров β и ψ;
xc,xе, kc, kе - коэффициенты, определяемые по номограммам на черт.1,2 прилож. 8 СНиП 2,02,04-88, в зависимости от параметров aR, β, ψ:
aR = lth *R0 / B;
β = - [lf (T0-Tbf)]/ [lth (Tin – Tbf)];
ψ = lth*Tin t / (Lv B ²).
Все характеристики грунта, входящие в эти формулы, имеют следующие средневзвешенные значения, имеют следующие средневзвешенные значения:
= 
= 1.46 ккал/м·час·°С;
= 
= 1,43 ккал/м·час·°С;
= 
= -0,66°C;
1 = 32560 ккал/м³ - из определения нормативной глубины сезонного оттаивания;
2,3 = 
(
2,3 – 
2,3) 
2,3,
2= 80(0,27-0,04)*1.38*103 = 25392 ккал/м³;
3= 80(0,25 -0,01)*1.42*103 = 27264 ккал/м³
= 
=28158,36 ккал/м³.
Тогда имеем
To=-3.5°C;
Tin=20°C;
Ro=6.1м2°C/Вт;
В=15м.
= 
= 0,6; β = 
= 0.13;
Ψ = 
= 4,7· 
·t.
| t | Ѱ | Kn | ξc | Kc | Hc | ξe | Ke | He | |
| год | час | ||||||||
| 8760 | 0,04 | 0,96 | 0,29 | 0,22 | 1,008 | 0,12 | 0,11 | 0,1 | |
| 17520 | 0,08 | 0,96 | 0,36 | 0,27 | 1,296 | 0,19 | 0,18 | 0,1 | |
| 26280 | 0,12 | 0,96 | 0,44 | 0,31 | 1,872 | 0,23 | 0,2 | 0,37 | |
| 43800 | 0,21 | 0,97 | 0,54 | 0,38 | 2,328 | 0,3 | 0,24 | 0,79 | |
| 87600 | 0,41 | 0,97 | 0,68 | 0,46 | 3,201 | 0,4 | 0,31 | 1,19 | |
| 175200 | 0,83 | 0,94 | 0,87 | 0,55 | 4,512 | 0,55 | 0,38 | 2,23 | |
| 262800 | 1,24 | 0,92 | 0,95 | 0,58 | 5,106 | 0,65 | 0,43 | 2,84 | |
| 350400 | 1,66 | 0,91 | 1,05 | 0,6 | 6,1425 | 0,75 | 0,45 | 3,87 | |
| 438000 | 2,07 | 0,9 | 1,1 | 0,61 | 6,615 | 0,8 | 0,49 |
Нс1=0,96(0,29-0,22)*15=1,008
Нс2=0,96(0,36-0,27)*15=1,296
Нс3=0,96(0,44-0,31)*15=1,872
Нс5=0,97(0,54-0,38)*15=2,328
Нс10=0,97(0,68-0,46)*15=3,201
Нс20=0,94(0,87-0,55)*15=4,512
Нс30=0,92(0,95 -0,58)*15=5,106
Нс40=0,91(1.05-0,6)*15=6,1425
Нс50=0,9(1,1-0,61)*15=6,615
Не1=0,96(0,12-0,11-0,1*0.13*Ö0.04)* 15=0,1
Не2=0,96 (0,19-0,18-0,1*0.13*Ö0,08)* 15=0,1
Не3=0,96(0,23-0,2-0,1*0.13*Ö0,12)* 15=0,37
Не5=0,97(0,3-0,24-0,1*0.13*Ö0,21)* 15=0,79
Не10=0,97(0,4-0,31-0,1*0.13*Ö0,41)* 15=1,19
Не20=0,94(0,55-0,38-0,1*0.13*Ö0,83)* 15=2,23
Не30=0,92(0,65-0,43-0,1*0.13*Ö1,24)* 15=2,84
Не40=0,91(0,75-0,45-0,1*0.13*Ö1,66)* 15=3,87
Не50=0,9(0,8-0,49-0,1*0.13*Ö2,07)* 15=4
Вывод: за 50 лет эксплуатации имеем глубину оттаивания грунта под сооружением Нс=6,615м; Не=4м.
Подбор фундамента
Назначаем глубину заложения столбчатого фундамента и его размеры.
Расчетная глубина сезонного промерзания:
,где kh=0,7– коэффициент по т.1 СНиП-83
df,n=3,7 нормативная глубина сезонного промерзания
Принимаем глубину заложения фундамента d=2,7 м.
Расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента назначаем по таблице (3) прил.3 СНиП-83
Roусл=2,5кгс/см2
d=270см
I. F’сер=125788 кгс (нормативная нагрузка под серединой здания)
Площадь подошвы фундамента для нормативной нагрузки F’сер
,где 
осредненная плотность между материалом и грунтом
=64177,55 см2
Ширина подошвы столбчатого фундамента:
=253,3 см, принимаю b=255см.
Распределенное давление по подошве фундамента:
= 2,47 кгс/см2<Roусл=2,5 кгс/см2
Для уменьшения размеров подошвы фундамента проводим проверку расчетного сопротивления грунта с учетом его прочностных характеристик, которые назначают по табл. (1) прил.1 СНиП-83 удельное сцепление cn и угол внутреннего трения ϕn
Для супеси
cn = 0,13 кгс/см2
фn = 24o
,где 
и 
- коэффициенты усл. раб. (табл.3)
k=1,1
kz =1, т.к. b<10м
г/см3
г/см3- соответственно усредненная плотность грунтов залегающих ниже и выше подошвы фундамента
кгс/см2
см2
à 195 см.
= 3,85 кгс/см2
кгс/см2
R”=3,65<P”=3,85
=40446,3 см2
à 200 см.
= 3,64 кгс/см2
кгс/см2
à принимаю b=200 см. для середины
II. F’край=73021,544 кгс
см2
à 195 см.
= 2,46 кгс/см2<Roусл=2,5 кгс/см2
кгс/см2
см2
à 150 см.
= 3,79 кгс/см2
кгс/см2
R”=3,58<P”=3,79
см2
à 155 см.
= 3,54 кгс/см2
кгс/см2
R”=3,58>P”=3,54 à принимаю b=155 см. для края
III. F’угол=19634,875 кгс
см2
à 100 см.
= 2,5 кгс/см2=Roусл=2,5 кгс/см2
кгс/см2
см2
à 80 см.
= 3,61 кгс/см2
кгс/см2
R”=3,46<P”=3,61
см2
à 85 см.
= 3,27 кгс/см2
кгс/см2
à принимаю b=85 см. для угла
Вывод: ширина подошвы столбчатого фундамента:
-под серединой: 200см
-под краем: 155см
-под углом: 85см
Производим расчет осадки фундамента при оттаивании грунта основания в процессе эксплуатации по формуле:
S=Sth+Sp
где Sth – составляющая осадки основания, обусловленная действием веса оттаивающего грунта;
Sp – составляющая осадки основания, обусловленная дополнительным давлением на грунт от действия веса сооружения;
Sth= 
где n- число выделенных при расчете слоев грунта;
Ath,iи δ – коэффициент оттаивания, доли единицы, и коэффициент сжимаемости, (см2/кгс), i-го слоя оттаивающего грунта;
σzg,i – вертикальное напряжение от собственного веса грунта
hi – толщина i-го слоя оттаивающего грунта;
Sp=po*b*kh∑δi*kμ,i*(ki-ki-1)
где po – дополнительное вертикальное давление на основание под подошвой фундамента (кгс/см2);
b– ширина подошвы фундамента, м(см);
kh – безразмерный коэффициент, опред.по табл.7
δi – коэффициент сжимаемости i-го слоя грунта (см2/кгс);
kμ,i – коэффициент, определяемый по табл.7
ki и ki-1 – коэффициенты, определяемые по табл.8
Составляем расчетную схему основания под серединой здания.
Находим напряж. от собственного веса грунта в середине каждого расчетного слоя оттаивания.
σzg,1 =ϒm*d+ρ1*(h1/2)=0.002*270+0.00163*(20/2)=0,56кгс/см2
σzg,2=ϒm*d+ ρ1*h1+ρ2*(h2/2)=0.002*270+0.00163*20+0.00175*(371,5/2)=0,898кгс/см2
Дополнительное вертикальное давление на основание под подошвой фундамента, определяется по формуле:
po=Р-ϒm*d
po=6,13-0.002*270=5,59
Для определения осадки, находим параметр kh: смотрим таблицу 7. т.к. z=391,5см, b=200см, следовательно, kh=1.1
Все остальные расчеты сводим в таблицу.
| Zi | Zi-1 | σzg,i | δi*σzg,i | Sth,i | z/b | Kμ | Zi/b | Ki | Zi-1/b | Ki-1 | Spi | ||||||||||
| 0,56 | 0,012 | 0,72 | 0,05 | 1,36 | 0,1 | 0,05 | 1,76 | ||||||||||||||
| 391,5 | 0,898 | 0,0099 | 8,14 | 0,98 | 1,35 | 1,96 | 0,748 | 0,1 | 0,05 | 12,75 | |||||||||||
| ∑8,86 | ∑14,51 | ||||||||||||||||||||
Zi – расстояние от подошвы фундамента до конца расчетного слоя.
δi (исх.данные: I слой – 0.021;II слой - 0.011)
Ath,i (исх.данные: I слой – 0,024; II слой – 0.012;)
| Zi/b | 1 (l/b) |
| 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 0,1 |
Sth,1=(Ath+δ1σzg,1)*h1=(0.024+0.012)*20= 0,72 см
Sth,2 =(0.012+0,0099)*371,5=8,14 см
Z1/b=10/200=0,05
Z2/b=195,75/200=0,98
Определяемkμпотаблице 7,
| Zi/b | 1 (l/b) |
| 1,8 | 0,717 |
| 1,96 | 0,748 |
| 0,756 |
Iслой – суглинокkμ=1.36
IIслой – супесьkμ=1.35
Zi/b=20/200=0,1
Zi/b=391,5/200=1,96
По таблице 8, путем интерполяции находим ki
Sp1=5,59*200*1.1*0.021*1.36*(0.05-0)=1,76см
Sp2=5,59*200*1.1*0.011*1.35*(0.748-0.05)=12,75см
Тогда, S=Sth+Sp=8,86+14,51= 23,37см
Для сравнения по прил4 СНиП-83 найдем Su=10см–предельную деформацию основания(многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков).
Вывод: т.к. S=23,37>Su=10, следовательно, нельзя использовать грунты основания в оттаивающем состоянии в процессе эксплуатации.
Составляем расчетную схему основания под краем и углом здания.
Под краем: Находим напряж. от собственного веса грунта в середине каждого расчетного слоя оттаивания.
σzg,1 =ϒm*d+ρ1*(h1/2)=0.002*270+0.00163*(20/2)=0,56кгс/см2
σzg,2=ϒm*d+ρ1*h1+ρ2*(h2/2)=0.002*270+0.00163*20+0.00175*(110/2)=
=0,67кгс/см2
po=Р-ϒm*d
po=6,06-0.002*270=5.52
Для определения осадки, находим параметр kh: смотрим таблицу 7. т.к. z=130см, b=155см, следовательно, kh=1.15
Все остальные расчеты сводим в таблицу.
| Zi | Zi-1 | σzg,i | δi*σzg,i | Sth,i | z/b | Kμ | Zi/b | Ki | Zi-1/b | Ki-1 | Spi | ||||||||||
| 0,56 | 0,012 | 0,72 | 0,06 | 1,36 | 0,13 | 0,06 | 1,69 | ||||||||||||||
| 0,67 | 0,0074 | 2,13 | 0,48 | 1,35 | 0,84 | 0,41 | 0,13 | 0,06 | 5,11 | ||||||||||||
| ∑2,85 | ∑6,8 | ||||||||||||||||||||
Zi – расстояние от подошвы фундамента до конца расчетного слоя.
δi (исх.данные: I слой – 0.021;II слой - 0.011)
Ath,i (исх.данные: I слой – 0,024; II слой – 0.012)
| Zi/b | 1 (l/b) |
| 0,13 | 0,06 |
| 0,2 | 0,1 |
Sth,1=(Ath+δ1σzg,1)*h1=(0.024+0.012)*20= 0,72 см
Sth,2 =(0.012+0,0074)*110=2,13 см
Z1/b=10/155=0,06
Z2/b=75/155=0,48
| Zi/b | 1 (l/b) |
| 0,8 | 0,397 |
| 0,84 | 0,41 |
| 0,482 |
Определяем kμ по таблице 7,
Iслой – суглинок kμ=1.36
IIслой – супесьkμ=1.35
Zi/b=20/155=0,13
Zi/b=130/155=0,84
По таблице 8, путем интерполяции находим ki
Sp1=5,52*155*1.15*0.021*1.36*(0.06-0)=1,69см
Sp2=5,52*155*1.15*0.011*1.35*(0.41-0.06)=5,11см
Тогда, S=Sth+Sp=2,85+6,8= 9,65см
Для сравнения по прил4 СНиП-83 найдем Su=10см–предельную деформацию основания(многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков).
Вывод: т.к. S=9,65<Su=10, следовательно, можно использовать грунты основания в оттаивающем состоянии в процессе эксплуатации.
Под углом:
σzg,1 =ϒm*d+ρ1*(h1/2)=0.002*270+0.00163*(20/2)=0,56кгс/см2
σzg,2=ϒm*d+ρ1*h1+ρ2*(h2/2)=0.002*270+0.00163*20+0.00175*(110/2)=
=0,67кгс/см2
po=Р-ϒm*d
po=5,24-0.002*270=4,7
Для определения осадки, находим параметр kh: смотрим таблицу 7. т.к. z=130см, b=85см, следовательно, kh=1.1
Все остальные расчеты сводим в таблицу.
| Zi | Zi-1 | σzg,i | δi*σzg,i | Sth,i | z/b | Kμ | Zi/b | Ki | Zi-1/b | Ki-1 | Spi | ||||||||||
| 0,56 | 0,012 | 0,72 | 0,12 | 1,36 | 0,24 | 0,12 | 1,51 | ||||||||||||||
| 0,67 | 0,0074 | 2,13 | 0,88 | 1,35 | 1,53 | 0,65 | 0,24 | 0,12 | 3,46 | ||||||||||||
| ∑2,85 | ∑4,97 | ||||||||||||||||||||
Zi – расстояние от подошвы фундамента до конца расчетного слоя.
δi (исх.данные: I слой – 0.021;II слой - 0.011)
Ath,i (исх.данные: I слой – 0,024; II слой – 0.012)
| Zi/b | 1 (l/b) |
| 0,2 | 0,1 |
| 0,24 | 0,12 |
| 0,4 | 0,2 |
Sth,1=(Ath+δ1σzg,1)*h1=(0.024+0.012)*20= 0,72 см
Sth,2 =(0.012+0,0074)*110=2,13 см
Z1/b=10/85=0,12
Z2/b=75/85=0,88
Определяемkμпотаблице 7,
Iслой – суглинокkμ=1.36
| Zi/b | 1 (l/b) |
| 1,4 | 0,618 |
| 1,53 | 0,65 |
| 1,6 | 0,671 |
IIслой – супесьkμ=1.35
Zi/b=20/85=0,24
Zi/b=130/85=1,53
По таблице 8, путем интерполяции находим ki
Sp1=4,7*85*1.1*0.021*1.36*(0.12-0)=1,51см
Sp2=4,7*85*1.1*0.011*1.35*(0.65-0.12)=3,46см
Тогда, S=Sth+Sp=2,85+4,97= 7,82 см
Для сравнения по прил4 СНиП-83 найдем Su=10см–предельную деформацию основания(многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков).
Вывод: т.к. S=7,82<Su=10, следовательно, можно использовать грунты основания в оттаивающем состоянии в процессе эксплуатации.
Заключение
В данной курсовой работе запроектирован фундамент 3-х этажного жилого здания на основе существующих методов расчета оснований и фундаментов по состояниям с учетом их инженерно-геологических условий площадок строительства и конструктивных особенностей здания.
При выполнении курсового проекта получили следующие выводы:
1. Расчет нормативной глубины оттаивания и промерзания; мерзлота сливающаяся, т.к dth,n< d f,n; 1,9<3,7.
2. Расчет оснований и фундаментов при использовании на вечномерзлых грунтах в качестве основания по принципу 1:
3. Несущая способность грунтов основания фундаментов обеспечена. Выбираем куст из 2-х свай СМ1-40 для средних свай,СМ8-40 для крайней сваи и СМ10-40 для угловой сваи. При проверке по устойчивости на действие сил морозного пучения устойчивость свай обеспечена.
4. Расчет оснований и фундаментов при использовании на вечномерзлых грунтах в качестве основания по принципу 2: за 50 лет эксплуатации имеет глубину оттаивания грунта под здания Нс=6,615 м, Не= 4м. По расчету глубина сезонного промерзания назначили глубину заложения столбчатого фундамента d=2,7м, bср=200см, bкр=155см, bугл=85см, т.к. при этих значениях несущая способность грунта обеспечена. При расчете осадок фундамента за весь период эксплуатации здания, выяснили, что грунты основания в оттаивающем состоянии в процессе эксплуатации непригодны,т.к. наши осадки превышают предельно допустимые значения и полученные размеры целесообразно использовать в проектировании, т.к. они не наложены друг на друга с целью предотвратить искажение. Следовательно, нужно изменить грунт или установить подушку.
5. Сбор нагрузок: из расчетов курсового проекта расчетная нагрузка на средние сваи Fср=125788 кг/м2, Fкр=73021,544 к/м2, Fугл=19634,875 кг/м2. При расчетной нагрузке превышающаянесущую способность сваи следует установить сваю-куст.
На основе расчетов двух вариантов фундамента: по принципу 1 и по принципу 2 можно сделать вывод – наиболее рациональным является использование грунтов основания по принципу 1 – свайный фундамент. По принципу 2 – столбчатый фундамент, использование грунтов запрещается т.к. осадки превышают предельно допустимые значения.
Литература
1. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1985. 40 с.
2. СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. 56 с.
3. СНиП 2.02.04-85. Нагрузки и воздействия. Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1986.
4. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника и теплофизика/ Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1982. 40 с.
5. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика/ Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1983. 136 с.
6. Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов. М.: Высшая школа, 1973. 446 с.
7. Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.: 1981. 319 с.