Значение расчетного сопротивления уплотненного грунта основания (RS) можно определить с учетом фактических прочностных характеристик грунта, уплотненного в основании существующего фундамента (φ S, СS).
Следует иметь в виду, что надстройка зданий, как правило, ведет к увеличению жесткости здания, а уменьшение L/Н (L − длина здания, Н − высота) − к увеличению коэффициента условий работы γ C,S (СНиП 2.02.01-83*), что, в свою очередь приведет к возрастанию расчетного сопротивления грунта основания RS.
Расчетное сопротивление грунта основания RS при надстройке может быть также повышено при учете пространственной работы: увеличением глубины заложений фундаментов (подсыпкой грунта в бесподвальных зданиях изнутри); пригрузкой основания устройством внутри него монолитной плиты с заведением ее в фундамент и другими способами. Указанные пути повышения расчетного сопротивления RS позволяют в ряде случаев выполнить надстройку здания без существенной реконструкции фундамента и его основания.
В практике реконструкции нередко выполнялась надстройка без усиления оснований 1−3 дополнительными этажами, а в отдельных случаях даже до 4 этажей.
Для обоснованного принятия такого ответственного решения необходимо выполнить достаточно подробные инженерные изыскания, а также полевые испытания грунтов основания существующих фундаментов.
Расчет оснований реконструируемых зданий по деформациям
Рост давления на основание фундаментов при реконструкции приводит к увеличению глубины сжимаемой толщи и появлению дополнительных деформаций основания. Кроме того, одновременно наблюдается появление дополнительных деформаций рядом расположенных сооружений или фундаментов в результате их взаимного влияния.
Характер этих деформаций зависит от ряда факторов, наиболее существенными из которых являются:
- расстояние между фундаментами;
- удельное давление на уровне подошвы влияющего фундамента;
- ширина подошвы влияющего фундамента.
Если сжимаемость слоев оснований с глубиной будет увеличиваться, то влияние дополнительного давления соседних фундаментов может существенно сказываться на развитии в них общих, средних и неравномерных деформаций. Поэтому расчет оснований по деформациям (согласно исследованиям А.И. Полищука) необходимо производить исходя из условий
S д ≤ К с Su; Δ S д ≤ К с Su, (5.26)
(Δ S д/ L) < К с(Δ S д/ L) u; Δ S д + Δ S' ≤ Δ Su, (5.27)
| где | S д | − | расчетная дополнительная осадка фундаментов; |
| Δ S д, (Δ S д/ L) | − | величина дополнительной неравномерности осадки здания от увеличения нагрузки на фундаменты; | |
| Δ S u | − | предельно допустимая величина неравномерности осадки здания, принимаемая как относительная разность осадки Δ S/L согласно приложению 5 СНиП 2.02.01-83*; | |
| К с | − | коэффициент снижения предельного значения осадки вследствие старения конструкций; в порядке первого приближения можно принимать при износе 20 % - К с = 0,4, 30 % - К с = 0,3, >30 % - К с = 0,2; | |
| Δ S ' | − | величина неравномерности осадки основания, определяемая расчетом на момент реконструкции или установленная по данным наблюдений. |
Осадки могут быть установлены методом послойного суммирования, эквивалентного слоя (Н.А. Цытовича), ограниченной сжимаемой толщи (Б.И. Далматова), методом конечных элементов (МКЭ). Значения S д, Δ S д, Δ S д/ L необходимо устанавливать для неблагоприятных условий (для фундамента, получающего максимальную нагрузку при реконструкции, или с учетом загрузки соседних фундаментов).
5.7.5. Пример определения расчетного сопротивления грунта при реконструкции здания и его надстройке [22]
Исходные данные
Тип грунта – суглинок (удельный вес ρ = 1,87 т/м3, удельное сцепление СII = 2,8, тс/м2, угол внутреннего трения jII = 25 град, IL ≤ 0,5);
Осадка фундамента по результатам геодезических наблюдений SR составляет 1,6 см.
Тип фундамента – монолитный железобетонный с размерами по подошве 3,0х3,0 м (отметка подошвы фундамента -1,5 м).
Количество пролетов здания – 2. Шаг колонн – 6 м; пролет здания – 9 м; длина – 120 м.
Количество этажей – 2.
Высота этажа – 3,30 м.
Срок эксплуатации здания более 15 лет.
Цель расчета
Установить возможность надстройки при увеличении нагрузки на каждую колонну до 12 т/м2.
Порядок расчета
1. Определение расчетной схемы здания, типов и размеров элементов, выявление наиболее нагруженного участка, определение грузовой площади (см. табл. 5.27, рис. 5.22, 5.23.).
2. Сбор нагрузок на подошву фундамента в наиболее неблагоприятном по нагрузкам месте (см. табл. 5.28).
3. Определение расчетного сопротивления грунта основания под подошвой фундамента согласно выявленным грунтовым условиям.
4. Вычисление расчетного сопротивления грунта с учетом срока эксплуатации и результатов геодезических наблюдений (осадка SR = 1,6 см).
5. Определение запаса прочности грунта при дополнительной нагрузке от надстройки в 12 т/м2.
6. Оценка возможности надстройки здания без дополнительного усиления согласно выявленному запасу прочности грунта.
Расчет
Таблица 5.27
Ведомость элементов каркаса
| Вид конструкций и эскиз | Обозначение | Марка | Размеры, мм | Класс бетона | Расход материала | Масса, т | ||
| ширина | высота | Бетон, м3 | Сталь, кг | |||||
| -- | МФ | В20 | 6,4 | ||||
| Серия 1.020-I/83 выпуск 2-1 | IКВ03.33-2.1 (КК) | В20 | 0,29 | 51,02 | 0,745 |
Окончание табл. 5.27
| Серия 1.465.1-7/84 Выпуск 1 | 2ПГ6-4АIIIвТ плита покрытия | В20 | 0,615 | 56,9 | 1,5 | ||
| Серия ИИ 24-1/70 Выпуск 1 | ИП5-6 плита перекрытия | В30 | 0,95 | 2,4 | |||
| Серия 1.420-12 Выпу0ск 7 | Б43-2 | В30 | 2,38 | 643,4 | 5,95 |
Рис. 5.22. План здания
Рис. 5.23. Разрез 1-1
Примечание:
Состав покрытия и перекрытия см. в табл. 5.28.
Таблица 5.28
Сбор сосредоточенных нагрузок на подошву фундамента средней колонны каркаса
Грузовая площадь 6х9 = 54 м2 (см. рис 5.22.), значения сосредоточенных нагрузок - см. табл. 5.27.
| № | Вид нагрузки | gn, т | γ f | g, т |
| Постоянная нагрузка | ||||
| Состав покрытия: Асфальтовая стяжка t = 0,04 м, γ о = 1800 кг/м3; gn =0,04 х 1,80 = 0,072 т/м2 Утеплитель t = 0,06 м, γо = 800 кг/м3; gn =0,06 х 0,8 = 0,048 т/м2 Цементно-песчаная стяжка t = 0,09 м, γо = 1800 кг/м3; gn =0,09 х 1,8 = 0,162 т/м2 Рулонный ковер t = 0,012 м, γ о = 600 кг/м3; gn =0,012 х 0,6 = 0,007 т/м2 ∑ gn = 0,29 т/м2 gn =0,29 х 54 = 15,66 т | 15,66 | 1,3 | 20,36 | |
| Собственный вес ребристых плит покрытия: gn =1,5т х 6 шт = 9 т | 9,00 | 1,1 | 9,90 | |
| Состав перекрытия; Цементно-песчаная стяжка t = 0,03 м, γ о = 1800 кг/м3; gn =0,03 х 1,8 = 0,054 т/м2 Керамогранитная плитка t = 0,010 м, γ о = 1800 кг/м3; gn =0,01 х 1,8= 0,018 т/м2 ∑ gn = 0,07 т/м2, количество этажей – 2 gn = 0,07 х 54 х 2 эт = 7,56 т | 7,56 | 1,3 | 9,83 |
Продолжение табл. 5.28
| Собственный вес ребристых плит перекрытия (см. рис. 5.22) количество этажей – 2 gn = 2,4 х (2 эт -1) = 14,4т | 14,4 | 1,1 | 15,84 | |
| Колонны каркаса сечением 0,3х0,3 м, высотой 3,3 м (см. ведомость), количество этажей – 2, gn = 0,745 х 2 эт = 1,48 т | 1,48 | 1,1 | 1,64 | |
| Ригели каркаса высотой 0,8 м, шириной 0,65 м, пролет – 9 м, 2 уровня перекрытия, gn = 6,55 х 2 эт = 13,1 т | 13,1 | 1,1 | 14,4 | |
| Фундамент монолитный железобетонный сечением 3,0х3,0 м, высотой 1,2 м, масса 16 т | 1,3 | 20,8 | ||
| Грунт на обрезе фундамента при глубине заложения 1,5 м с учетом колонны каркаса 0,3х0,3 м: (3,0х3,0х1,5 - 6,4 м3 - 0,3х0,3х0,3 м) х х 1,87 т/м3 = 13,23 т | 13,23 | 1,3 | 17,19 | |
| Полезная нагрузка | ||||
| Полезная нагрузка от людей на 2 уровня перекрытия gn = 0,20 х 54 х 2 ур = 21,6 т | 21,6 | 1,2 | 25,92 | |
| Временная нагрузка | ||||
| Снеговая нагрузка g = 0,18 х 54= 9,72 т | - | - | 9,72 | |
| Итого, т: | 145,61 |
Среднее давление под подошвой фундамента
Р0mII= 
= 16,18 т/м2.
Расчетное сопротивление грунта основания (см. формулу (5.15)
gс 1 = 1,2 для суглинка; L/H = 120/2 эт х3,3 м = 18, gс 2 = 1,0 для суглинка; k1 = 1,1; φII =25°, Мg = 0,78; Мq = 4,11; Mc =6,67; b < 10 м, kz = 1; gII = g/II =1,87 тс/м3; СII =2,8 тс/м2; d1 =1,5 м; db =0.
=37,72 т/м2
Коэффициент mS = 1,0 при отношении среднего давления под подошвой фундамента Р0mII=16,18 т/м2 к расчетному сопротивлению грунта основания R = 37,72 т/м2: (Р0mII / R) х 100% = (16,18 / 37,72) х 100 = 43% < 70% (см. табл. 5.25).
Коэффициент KS = 1,1 при отношении величины осадки (при давлении по подошве R) по результатам геодезических наблюдений SR = 1,6 см к средней предельной осадке для промышленного многоэтажного здания с железобетонным каркасом (приложение 4 СНиП 2.02.01-83*) SU = 8 см: (SR/SU)·100% = (1,6/8)х100 = 20% ≤ 20% (см. табл. 5.26)
Расчетное сопротивление грунта основания с учетом его уплотнения (см. формулу (5.16))
RS = 1,0·1,1·37,72 = 41,49 т/м2 > Р0mII= 16,18 т/м2,
Вывод: прочность грунта основания в настоящее время достаточна.
Среднее давление на грунт основания при дополнительной нагрузке в 12 т/м2 после реконструкции составит
РрекmII= 16,18+12 = 28,18 < RS = 41,49 т/м2.
Запас прочности грунта после надстройки составит
Рзапаса= (RSх100/РрекmII)-100 =
= (41,49х100/28,18) -100 = 47 %.
Оценка возможности надстройки здания без дополнительного усиления несущих конструкций: несущая способность грунта основания достаточнадля восприятия нагрузки от надстройки здания. При дополнительной нагрузке в 12 т/м2 запас прочности грунта основания составляет 47%.
Вывод: надстройка многоэтажного промышленного здания при реконструкции возможна без усиления основания.