Расчет фундаментной плиты в сложных геологических условиях (песчанная и щебеночная подушки) SCAD

Сообщение дополнено 21.08.2013. Помимо расчета фундаментной плиты на щебеночной подушке так же присутствует расчет на песчаной подушке и тоже в сложный геологических условиях


Трех этажное здание с подвалом и мансардой. Наружные стены трехслойные, кирпичные. Толщина наружных стен 250+120+120 кирпич/утеплитель/кирпич. Внутренние стены толщиной 380 мм. Несущие стены поперечные и расположены таким образом, что образуют исключительно равные грузовые площади по 7,2 метра (кроме крайних стен). Высота всех этажей, включая подвальный, 3 м. Высота всех стены приблизительно 12 м.

Приблизительный сбор нагрузок

Вес конструкции пола.

№	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка кг/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка кг/м2	Прим
1	Плитка с заполнением швов	68	1,3	88,4
2	Стяжка из легкого бетона В7,5 55 мм (1200 кг/м2) 12000,055=66 кг/м2	66	1,3	85,8
	Всего			174,2

Нагрузка от наружных стен выше отм. 0,000 крайняя

№	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка кг/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка кг/м2	Прим
1	Жесткие плиты RockWool 120 мм (125 кг/м3) 12512=15кг/м2	15	1,3	19,5
2	Кирпичная стена 250 мм (1800 кг/м3) 1,80,25=450 кг/м2	450	1,2	540
3	Кирпичная стена 120 мм (1800 кг/м3) 1,80,12=216 кг/м2	216	1,2	259
4	Штукатурка с двух сторон по 10 мм (600 кг/м3) 6000,01=6 кг/м2	12	1,3	15,6
	Всего			834,1
	Высота стены 12 м			10,01	т/м.п

Нагрузка от наружных стен выше отм. 0,000 средняя

№	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка кг/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка кг/м2	Прим
1	Кирпичная стена 380 мм (1800 кг/м3) 2,40,25=450 кг/м2	684	1,2	820,8
2	Штукатурка с двух сторон по 10 мм (600 кг/м3) 6000,01=6 кг/м2	12	1,3	15,6
	Всего			836,4
	Высота стены 12 м			10,04	т/м.п

Нагрузка от наружных стен ниже отм. 0,000

№	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка кг/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка кг/м2	Прим
1	Блоки стен подвала 500 мм (2400 кг/м3) 2,40,25=450 кг/м2	1200	1,3	1560
	Всего			885,5
	Высота стены 3 м			4,68	т/м.п

Нагрузка от кровли - 200 кг/м², и передается исключительно на несущие стены.
Нагрузка от собственного плиты перекрытия - 320 кг/м².
Нагрузка временная - 200 кг/м².

Нагрузка на пол подвала - 500 кг/м² (стоянка) и 200 кг/м² (конструкция пола)

Погонная нагрузка в уровне верха плиты:
- само несущая - 15,31 т/м.п.;
- несущая с грузовой площадью 3,6 м² - 25,5 т/м.п.;
- несущая с грузовой площадью 7,2 м² - 36,5 т/м.п.

Расчет плиты основания

Плита у нас есть, если нет, то как ее сделать можно посмотреть здесь.

Переходим к геологии. Геология у нас сложная.

И вот как выглядит сложная геология:

Площадь плиты 481 м2, равномерно распределенная нагрузка от вех видов загружений приблизительно 7,5 т/м². Отметка низа 93,5 м. В программе “Кросс” создаются соответствующие геологические условия (подробно описаны тонкости работы здесь). 

Всюду вода, а создатели программы избегают очевидных вещей (таких как грунтовые воды), поэтому самостоятельно взвешиваем грунт в воде. Делаем первый расчет, затем второй (более одного расчета с передачей реакций грунта под подошвой делать не будем, потому что здесь был проведен эксперимент, который доказал, что в свободное время лучше гулять, читать, или проводить его с семьей или друзьями) и проверяем что получилось по деформациям.

 

Крен. Я предлагаю победить его следующим образом:

Посмотрим что мы имеем под подошвой фундамента

Есть локальные пики, около 3,5 кг/см², но если их соотнести к площади элементов, они пропадут. В среднем давление под подошвой 2 - 2,5 кг/см². Расчетное давление грунта на этой отметке 2,3 кг/см².  

В расчете мы сделали допущение - посадили плиту на отметку 93,5 метра. На самом деле отметка низа плиты 95,1. Весь насыпной грунт с этой отметки (95,1) до материкового грунта будет выбран и заменен на искусственное основание, в данном случае не щебеночную подушку, так как высокий уровень грунтовых вод. И не забываем выполнить проверку слабого подстилающего слоя. 

Подушки из крупнообломочных материалов используют для дренажа, почему бы их не использовать в качестве оснований в местах, где грунтовые воды высоко. В странах Балтии и не только такое практикуется достаточно широко. В нашей же стране и как следствие в нашей нормативной и технической литературе нет примеров и описаний использования щебеночных, гравийных или подушек из шлака (у Сорочана можно найти упоминание о их существовании но не более того). Такое впечатление, что и не строят так вовсе. Или, наверное для русского ума это тривиальное решение и не требует специальных мероприятий, расчетов. 

Но прошло немного времени и мы вновь возвращаемся к этой теме, чтобы закрыть белые все белые пятна и добавить еще немного информации по искусственным основаниям. Сначала немного в другую сторону -  про песок, про песчаную подушку. В этом примере мы могли ее использовать, но побоялись, так как здание находится на пути напорных грунтовых вод и песок будет вымывать. Но если воды безнапорные, песчаную подушку можно устраивать прямо во воде, причем нет необходимости трамбовать ее, песок ложится сам. Одно условие - фундаменты класть не с уровня воды, а выше. Это и позволит работать не в воде и можно уплотнить техникой и проверить характеристики подушки.У Сорочана в главе про искусственные основания есть ссылка на литературу. В одном из источнике есть те данные, которые нам необходимы для проектирования песчаной подушки. Они ниже, источник - "Руководство по устройству обратных засыпок котлованов с подготовкой оснований под технологическое оборудование и полы на просадочных грунта", к тому же еще и действующий.

Пользуясь этими данными мы можем выполнить расчет. Если есть необходимость модем удостовериться в характеристиках искусственного основания, проведя лабораторные испытания и скорректировать решения.

Теперь вернемся к щебеночной/гравийной/как угодной подушке. Что мы можем сказать о характеристиках грунта - трудно сжимаемый грунт с огромным расчетным сопротивлением. Вот оно, взятое из СП

Если посмотреть на таблицу модулей деформации уплотненных грунтов, то видим, скажем для среднего песка минимум 25 МПа. При таком модуле и на расчетную нагрузку до 3-х килограммов узкое место только подстилающий слой, его расчетное сопротивление и осадка будут основными. Тоже и с щебеночной подушкой если мы ее уплотнили - она не даст осадку вовсе. Опять же - только подстилающий слой. 

Из опыта этого объекта говорящий факт - если посмотреть на геологические разрезы, а именно на скважину 2, то мы обнаружим самый тонкий слой ИГЭ2. Подстилающий его слой ИГЭ4 с модулем в двое больше. При устройстве щебеночной подушки в этом месте при проходе техники слой выдавливался через поры наверх и постепенно замещался вновь и вновь уплотненным щебнем. Он оказался в тисках между подушкой и ИГЭ4.

Осталось одно белое пятно - как уплотнить щебеночную подушку. Выше я писал о том, что информации для строителей нет, есть для авто дорожников и в СНиПе III-46-79 "Аэродромы", в той версии, которая давно отменена и, к сожалению, эти рекомендации более нигде не фигурируют (я не нашел). Ниже выдержка о производстве работ:

Белых пятен нет больше. 

В довесок- ниже расчет фундаментной плиты на песчаной подушке, и на этом тема расчета

плитных фундаментов в SCAD будет считаться закрытой. 

Очень большая модульная котельная могла стоять на ленточных фундаментах, но оказалось что в основании присутствую остатки строительного мусора и придется разрабатывать котлован вместо траншее. "А раз копать котлован, почему бы не сделать плиту" - так звучало задание. Приступим. Габарит в плане котельной 18х9,5 метров и плюс еще блок сбоку 6х3 метра. Плита не маленькая и единственный аргумент, который мы можем привести, чтобы не считать на температуру - это таблица 3 из пособия к старому СНиП 2.03.01-84, статус которого не определен. 

Делаем все что требуется для передачи данных в КРОСС. Передаем данные, моделируем геологию. Задаем нагрузку и отметки. Рассчитываем и передаем обратно.

Далее как здесь. Если захочется изменить модель деформации подушку, то не забудьте пересчитать самостоятельно модуль упругости (он рассчитывается КРОССОм только при первом вводе). Данный пример не очень хорош и нагляден в плане армирования и деформаций. Нагрузка всего тонна на метр квадратный. Но на данном примере можно испытать функцию монтаж, чем и займемся здесь