Расчет столбчатого фундамента по деформациям на оттаивающем в процессе эксплуатации основании (принцип II)
Информация о расчете:
Расчет выполнен в соответствии с: прил. К;7.3.6 СП 25.13330.2012 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах;
Дата выполнения расчета: 09.09.2016 0:10:02;
Исходные данные:
Дополнительные параметры слоя 2:
- Степень засоленности мерзлого грунта слоя 2 Dsal2 = 0 %;
Дополнительные параметры слоя 1:
- Степень засоленности мерзлого грунта слоя 1 Dsal1 = 0 %;
Данные наблюдений:
- Нормативное значение среднегодовой температуры многолетнемерзлого грунта на глубине 10 м от поверхности T0, n = -5 °C;
- Средняя температура воздуха за период положительных температур в год проведения наблюдений Tth = 4,8 °C;
- Продолжительность периода положительных температур в год проведения наблюдений tth = 2300 ч;
Нагрузка на полы:
- Нагрузка на полы q = 6 кПа;
Сопротивление теплопередаче:
- Сопротивление теплопередаче пола первого этажа или подвала сооружения R0 = 2,9 м 2 °C/Вт;
Прочность грунта:
- Расчетный срок эксплуатации сооружения tu = 50 год;
- Коэффициент надежности по грунту gg = 1 ;
Климатические данные:
- Продолжительность периода положительных температур по многолетним данным tth, m = 2280 ч;
- Средняя по многолетним данным температура воздуха за период положительных температур Tth, m = 4,5 °C;
Глубины оттаивания и промерзания:
- Наибольшая глубина сезонного оттаивания грунта в годовом периоде
d'th = 200 см = 200 / 100 = 2 м;
- Расчетная глубина сезонного промерзания грунта
df = 200 см = 200 / 100 = 2 м;
Воздух внутри помещения:
- Расчетная температура воздуха внутри сооружения Tin = 12 °C;
Слои:
- Количество слоев ns = 2 ;
Уровень вод:
- Уровень подземных вод dw = 1000 см = 1000 / 100 = 10 м;
- Уровень водоупора dc = 1200 см = 1200 / 100 = 12 м;
Нормативные нагрузки на уровне верха фундамента:
- Вертикальная сила на уровне верха фундамента от нормативных нагрузок
FvII = 690 тс = 690 / 0,10197162123 = 6766,5885045 кН;
Нагрузка для свай:
- Плотность бетона сваи g = 25 кН/м 3;
- Коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса сваи gn, b = 1,1 ;
Влияние теплового режима сооружения:
- Расчетная среднесуточная температура воздуха в помещениях, примыкающих к наружному фундаменту ti = 5 °C;
- Расстояние от внешней грани стены до края фундамента
af = 30 см = 30 / 100 = 0,3 м;
Участок фундамента 1:
- Ширина участка фундамента 1 B1 = 190 см = 190 / 100 = 1,9 м;
- Длина участка фундамента 1 L1 = 1000 см = 1000 / 100 = 10 м;
- Координата X центра участка фундамента 1 X1 = 0 см = 0 / 100 = 0 м;
- Координата Y центра участка фундамента 1 Y1 = 0 см = 0 / 100 = 0 м;
Параметры сооружения или отсека:
- Длина сооружения или отсека L = 5400 см = 5400 / 100 = 54 м;
- Ширина сооружения или отсека B = 1600 см = 1600 / 100 = 16 м;
- Средневзвешенное значение удельных весов тела фундамента, грунта и пола над подошвой фундамента gmt = 19 кН/м 3;
Глубина заложения фундамента:
- Глубина заложения фундамента от уровня планировки
d1 = 200 см = 200 / 100 = 2 м;
- Глубина заложения фундамента от уровня природного рельефа
dn = 200 см = 200 / 100 = 2 м;
- Глубина погружения верха слоя 1 от уровня планировки
z1, 0 = 0 см = 0 / 100 = 0 м;
Параметры слоя 2:
- Толщина слоя 2 h2 = 700 см = 700 / 100 = 7 м;
- Удельный вес слоя 2 g2 = 18 кН/м 3;
- Удельный вес частиц грунта слоя 2 gs2 = 17,8 кН/м 3;
- Коэффициент пористости слоя 2 e2 = 0,7 ;
- Показатель текучести слоя 2 IL2 = 0,2 ;
- Плотность мерзлого грунта слоя 2 в сухом состоянии rdf2 = 1835,5 кг/м 3;
Параметры слоя 1:
- Толщина слоя 1 h1 = 500 см = 500 / 100 = 5 м;
- Удельный вес слоя 1 g1 = 17 кН/м 3;
- Удельный вес частиц грунта слоя 1 gs1 = 16,8 кН/м 3;
- Коэффициент пористости слоя 1 e1 = 0,7 ;
- Плотность мерзлого грунта слоя 1 в сухом состоянии rdf1 = 1733,5 кг/м 3;
Данные по оттаивающим грунтам:
- Коэффициент оттаивания оттаивающего грунта слоя 1 Ath1 = 0,01 ;
- Коэффициент оттаивания оттаивающего грунта слоя 2 Ath2 = 0,016 ;
- Коэффициент сжимаемости оттаивающего грунта слоя 1 mth1 = 0,00003 1/кПа;
- Коэффициент сжимаемости оттаивающего грунта слоя 2 mth2 = 0,00005 1/кПа;
Влажность грунта:
- Суммарная влажность мерзлого грунта слоя 1 Wtot1 = 0,2 ;
- Суммарная влажность мерзлого грунта слоя 2 Wtot2 = 0,2 ;
- Влажность мерзлого грунта за счет незамерзшей воды слоя 1 Ww1 = 0 ;
- Влажность мерзлого грунта за счет незамерзшей воды слоя 2 Ww2 = 0 ;
- Число влажности грунта на границе текучести слоя 2 WL2 = 0,23 ;
- Число влажности грунта на границе пластичности слоя 1 Wp1 = 0,1 ;
- Число влажности грунта на границе пластичности слоя 2 Wp2 = 0,1 ;
Параметры заторфованного грунта:
- Степень заторфованости слоя 1 Ir1 = 0 ;
- Степень заторфованости слоя 2 Ir2 = 0 ;
Результаты расчета:
1) Определение расчетной глубины оттаивания грунтов под сооружением при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу II
Сооружение - не является заглубленным.
2) Определение нормативной расчетной глубины сезонного оттаивания грунта
Грунт слоя 1 - песок средней крупности.
Т. к. Ir < 0,03 :
Слой грунта 1 незаторфованный.
3) Проверка допущения отсутствия засоленности грунтов (в данном расчете рассматриваются только незасоленные грунты).
Тип засоления грунта - континентальный.
Dsal < 0,1 (0% от предельного значения) - условие выполнено.
4) Продолжение расчета по Б.3.4-Б.3.5 ГОСТ 25100 СП 25.13330.2012
Мероприятия, приводящие к понижению уровня подземных вод - отсутствуют.
5) Продолжение расчета по прил. Г СП 25.13330.2012
Данные натурных наблюдений по наибольшей глубине сезонного оттаивания (промерзания) грунта - имеются.
Нормативная глубина сезонного оттаивания грунта:
dth, n = d'th ; (Tth, m-Tbf) tth, m/((Tth-Tbf) tth)=
= 2 · ; (4,5--0,1) · 2280/((4,8--0,1) · 2300)= 1,92936492 м = 192,94 см.
6) Продолжение расчета по прил. К СП 25.13330.2012
cn = T0, n = -5 °С.
c = cn/gg = -5/1 = -5 °С (формула (5.1); п. 5.7 ).
7) Продолжение расчета по Б.7 прил. Б СП 25.13330.2012
Расчетная среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта:
T0 = c = -5 °С.
Определение теплофизических характеристик 1-го слоя грунта
Т. к. Ir < 0,03 :
Слой грунта 1 незаторфованный.
8) Проверка допущения отсутствия засоленности грунтов (в данном расчете рассматриваются только незасоленные грунты).
Dsal < 0,1 (0% от предельного значения) - условие выполнено.
9) Продолжение расчета по Б.3.4-Б.3.5 ГОСТ 25100 СП 25.13330.2012
Температура начала замерзания грунта - определяется по п. Б.5 прил. Б.
10) Определение температуры начала замерзания грунта
Коэффициент, характеризующий температуру начала замерзания незасоленного грунта:
A = -0,1 .
11) Продолжение расчета по Б.5 прил. Б СП 25.13330.2012
Коэффициент, зависящий от типа засоления грунта:
B = 0 .
Температура начала замерзания грунта:
Tbf = A = -0,1 °С.
12) Продолжение расчета по Б.7 прил. Б СП 25.13330.2012
Удельная теплота фазовых превращений вода-лед:
L0 = 3,35 10 5 = 3,35 · 10 5 = 335000 Дж/кг.
Объемная теплота замерзания грунта:
Lv = L0 (Wtot-Ww) rdf = 335000 · (0,2-0) · 1733,5 = 116144500 Дж/м 3 .
13) Продолжение расчета по Б.7 прил. Б СП 25.13330.2012
Определение теплофизических характеристик 2-го слоя грунта
Грунт слоя 2 - суглинок.
Т. к. Ir < 0,05 :
Слой грунта 2 незаторфованный.
14) Проверка допущения отсутствия засоленности грунтов (в данном расчете рассматриваются только незасоленные грунты).
Dsal < 0,2 (0% от предельного значения) - условие выполнено.
Число пластичности:
Ip = WL-Wp = 0,23-0,1 = 0,13 .
15) Определение температуры начала замерзания грунта
Коэффициент, характеризующий температуру начала замерзания незасоленного грунта:
A = -0,2 .
16) Продолжение расчета по Б.5 прил. Б СП 25.13330.2012
Коэффициент, зависящий от типа засоления грунта:
B = 0 .
Температура начала замерзания грунта:
Tbf = A = -0,2 °С.
17) Продолжение расчета по Б.7 прил. Б СП 25.13330.2012
Удельная теплота фазовых превращений вода-лед:
L0 = 3,35 10 5 = 3,35 · 10 5 = 335000 Дж/кг.
Объемная теплота замерзания грунта:
Lv = L0 (Wtot-Ww) rdf = 335000 · (0,2-0) · 1835,5 = 122978500 Дж/м 3 .
18) Продолжение расчета по Б.7 прил. Б СП 25.13330.2012
Величина заглубления:
Hb = 0 м.
Shi = S [hi] = 5 + 7 = 12 м.
SLvihi = S [Lvi hi] = (116144500,0·5) + (122978500,0·7) = 1441572000,0 Дж/(м 2).
Slthihi = S [lthi hi] = (1,37575·5) + (1,37575·7) = 16,509.
Slfihi = S [lfi hi] = (1,565·5) + (1,565·7) = 18,78 Вт/(°С).
STbfihi = S [Tbfi hi] = (-0,1·5) + (-0,2·7) = -1,9 °С · м.
Средняя теплота таяния (замерзания):
Lv = SLvihi/Shi = 1441572000/12 = 120131000 Дж/(м 3) .
Средняя теплопроводность в талом состоянии:
lth = Slthihi/Shi = 16,509/12 = 1,37575 Вт/(м °С) .
Среднее значение теплопроводности грунта в мерзлом состоянии:
lf = Slfihi/Shi = 18,78/12 = 1,565 Вт/(м °С) .
Tbf = STbfihi/Shi = -1,9/12 = -0,15833333 °С.
aR = lth R0/B = 1,37575 · 2,9/16 = 0,24935469 .
b = - lf (T0-Tbf)/(lth (Tin-Tbf)) =
= -1,565 · (-5--0,1583333)/(1,37575 · (12--0,1583333)) = 0,45299735 .
tu = 365,25 24 3600 tu = 365,25 · 24 · 3600 · 50 = 1577880000 c.
Коэффициент:
y = lth Tin tu /(Lv B 2) =
= 1,37575 · 12 · 1577880000/(120131000 · 16 2) = 0,84703173 .
19) Продолжение расчета по прил. К СП 25.13330.2012
L/B = L /B = 54/16 = 3,375 .
Расчетная схема - стационарная.
Коэффициент принимается по табл. К.2 в зависимости от L/B и b
ks = 0,8607808 .
Коэффициент принимается по рис. К.3а в зависимости от b и aR
xc, max = 0,5816425 .
Максимальная глубина оттаивания грунтов в основании сооружения под серединой сооружения:
Hc, max = ks xc, max B = 0,8607808 · 0,5816425 · 16 = 8,01066714 м = 801,07 см.
При расчете глубины оттаивания грунт, рассматриваемый в основании сооружения - однородный.
Коэффициент принимается по рис. К.3б в зависимости от b и aR
xe, max = 0 .
Максимальная глубина оттаивания грунтов в основании сооружения под краем сооружения:
He, max = ks xe, max B = 0,8607808 · 0 · 16 = 0 м.
20) Продолжение расчета по прил. К СП 25.13330.2012
Глубина оттаивания грунтов в основании сооружения под краем сооружения:
He = He, max = 0 м.
Глубина оттаивания грунтов в основании сооружения под серединой сооружения:
Hc = Hc, max = 8,010667 м = 801,07 см.
Т. к. He = 0 м = 0 см < dth, n = 1,929365 м = 192,9365 см :
Глубина оттаивания грунтов в основании сооружения под краем сооружения:
He = 1,5 dth, n = 1,5 · 1,929365 = 2,8940475 м = 289,4 см.
Т. к. He = 2,894047 м = 289,4047 см t dth, n = 1,929365 м = 192,9365 см :
Глубина оттаивания грунта под краем сооружения He не корректируется.
21) Определение осадки столбчатого фундамента на оттаивающем в процессе эксплуатации основании при расчетной схеме в виде линейно-деформируемого слоя
Продолжение расчета по п. 5.6.31 СП 22.13330 СП 25.13330.2012
Площадь подошвы фундамента:
A = b l = 1,9 · 10 = 19 м 2 = 190000 см 2 .
Усредненный удельный вес грунта выше подошвы фундамента:
g'II = 17 кН/м 3.
Фундамент - столбчатый.
F = FvII = 6766,5885045 кН = 690 тс.
Средневзвешенное значение удельных весов тела фундамента, грунта и пола над подошвой фундамента - вводится.
Давление на грунт под подошвой фундамента:
p = F/A+gmt d1 +q = 6766,588/19+19 · 2+6 = 400,13621053 кПа.
h = l/b = 10/1,9 = 5,26315789 .
szg, 0 = g'II dn = 17 · 2 = 34 кПа.
Высота столба воды, расположенного выше водоупорного слоя:
hw = dc-dw = 12-10 = 2 м = 200 см.
Расчет грунта - в стабилизированном состоянии.
22) Продолжение расчета по п. 7.3.6 СП 25.13330.2012
Дополнительное (к природному) вертикальное давление на грунт под подошвой фундамента:
p0 = p-szg, 0 = 400,1362-34 = 366,1362 кПа.
Z'/b = Hc/b = 8,010667/1,9 = 4,21614053 .
Коэффициент теплового влияния сооружения принимается по табл. 7.6 в зависимости от Z'/b
kh = 1,05 .
hi = h1 = 5 м = 500 см.
Z' = Z'+hi = 5+5 = 5 м = 500 см.
Z' = Z'-d1 = 5-2 = 3 м = 300 см.
23) Расчет для слоя 1 от подошвы фундамента
hi = Z' = 3 м = 300 см.
Т. к. Z'+d1 = 3+2 = 5 м = 500 см r dw = 10 м = 1000 см :
Z'i = Z' = 3 м = 300 см.
Z'i-1 = Z'i-hi = 3-3 = 0 м.
szg, i = g'II dn+Sgihi-ui = 17 · 2+51-0 = 85 кПа.
24) Продолжение расчета по п. 7.3.6 СП 25.13330.2012
l/b = l/b = 10/1,9 = 5,26315789 .
Z'/b = Z'i/b = 3/1,9 = 1,57894737 .
Коэффициент принимается по табл. 7.7 в зависимости от z'/b и l/b
ki = 0,70454 .
Z'/b = Z'i-1/b = 0/1,9 = 0 .
Коэффициент принимается по табл. 7.7 в зависимости от z'/b и l/b
ki-1 = 0 .
k = ki-ki-1 = 0,70454-0 = 0,70454 .
Грунты слоя 1 - песчаные.
Коэффициент:
km, i = 1,35 .
Ath+mths = Ath, i+mth, i szg = 0,01+0,00003 · 59,5 = 0,011785 .
25) Продолжение расчета по п. 7.3.6 СП 25.13330.2012
hi = h2 = 7 м = 700 см.
Z' = Z'+hi = 12+7 = 12 м = 1200 см.
Z' = Z'-d1 = 12-2 = 10 м = 1000 см.
hi = Hc-(Z'-h2) = 8,010667-(10-7) = 5,010667 м = 501,07 см.
Z' = Hc = 8,010667 м = 801,07 см.
26) Расчет для слоя 2 от подошвы фундамента
Т. к. Z'+d1 = 8,010667+2 = 10,010667 м = 1001,0667 см > dw = 10 м = 1000 см; IL2 r 0,25 :
- взвешивающее действие воды при расчете по формуле (5.21 СП 22.13330) не учитывается (в соответствии с п. 5.6.40 СП 22.13330).
27) Продолжение расчета по п. 5.6.32 СП 22.13330 СП 25.13330.2012
Z'i = Z' = 8,010667 м = 801,07 см.
Z'i-1 = Z'i-hi = 8,010667-5,010667 = 3 м = 300 см.
szg, i = g'II dn+Sgihi-ui =
= 17 · 2+141,192-0 = 175,192 кПа.
28) Продолжение расчета по п. 7.3.6 СП 25.13330.2012
l/b = l/b = 10/1,9 = 5,26315789 .
Z'/b = Z'i/b = 8,010667/1,9 = 4,21614053 .
Коэффициент принимается по табл. 7.7 в зависимости от z'/b и l/b
ki = 1,2305 .
Z'/b = Z'i-1/b = 3/1,9 = 1,57894737 .
Коэффициент принимается по табл. 7.7 в зависимости от z'/b и l/b
ki-1 = 0,70454 .
k = ki-ki-1 = 1,2305-0,70454 = 0,52596 .
Грунты слоя 2 - пылевато-глинистые.
Z' = (Z'i+Z'i-1)/2 = (8,010667+3)/2 = 5,5053335 м = 550,53 см.
Z'/b = Z'/b = 5,505333/1,9 = 2,89754368 .
Коэффициент принимается по табл. 7.6 в зависимости от Z'/b
km, i = 1,52 .
Ath+mths = Ath, i+mth, i szg = 0,016+0,00005 · 130,096 = 0,0225048 .
29) Продолжение расчета по п. 7.3.6 СП 25.13330.2012
Smthkmk = S [mthi kmi ki] = (0,00003·1,35·0,70454) + (0,00005·1,52·0,52596) = 0,00006851.
Осадка, обусловленная уплотнением основания под нагрузкой:
sp = p0 b kh Smthkmk = 366,1362 · 1,9 · 1,05 · 0,00006851 = 0,05004025 м = 5 см.
sth = S [Ath+mthsi hi] = (0,011785·3) + (0,0225048·5,010667) = 0,1481191 м.
30) Продолжение расчета по п. 7.3.6 СП 25.13330.2012
Осадка:
s = sth+sp = 0,1481191+0,05004025 = 0,19815935 м = 19,82 см (формула (7.19); п. 7.3.6 ).
Проверка по предельным деформациям - не требуется.
