Zadanie 2 - Projekt Stopy fundamentowej

1. Opis techniczny.

Przedmiotem opracowania jest stopa fundamentowa hali przemysłowej, stalowej o statycznie wyznaczalnym ustroju nośnym, z suwnicą o udźwigu uwzględnionym w obciążeniu. Miejscem posadowienia jest Lublin, w którym występuje przemarzanie do głębokości 1 metra. Hala nasza będzie posadowiona bezpośrednio na 10 stopach fundamentowych o rozstawie i wymiarach przyjętych w temacie. W miejscu posadowienia budynku występuje jeden ustabilizowany poziom zwierciadła wody na głębokości 3,8 m w piaskach drobnych mokrych. Nie mamy do czynienia z warstwą humusu przy powierzchni. Projektowany poziom posadowienia stopy fundamentowej to 1,3 m. Przyjmuje, że do zasypania stopy fundamentowej użyty zostanie piasek średni mało wilgotny zagęszczony. Przyjmuje, że pod stopą fundamentową wykonany zostanie podkład z chudego betonu o grubości 10 cm i szerokości po 10 cm większej z każdej strony niż stopa fundamentowa. Stopa fundamentowa wykonana zostanie z betonu klasy B20 zbrojonego stalą A-I.

2. Zestawienie danych do projektu.

2.1. Ustalenie parametrów geotechnicznych. Warunki gruntowe.

Parametry geotechniczne wyznaczam metodą B:

Grunt	ID	Wn [^0/0]	ρ [t/m^3]	ρ^(n) [t/m^3]	Mo [kPa]	M [kPa]		u [^0]	u^(n) [^0]	Cu [kPa]	Cu^(n) [kPa]
Piasek drobny mokry (fi+fπ>10%) Pd	0,53	26	1,90 ρs=2,65	1,71 2,09	68000	76000	0,90	32	28,8	2	1,8
Piasek średni mokry Ps	0,58	22	1,85 ρs=2,65	1,67 2,04	115000	128000	0,90	33	29,7	0	0

-gęstość objętościowa szkieletu gruntowego ρ_­d

,dla P_s
, dla P_d

-porowatość n

,dla P_s
,dla P_d

-gęstość objętościowa gruntu przy całkowitym nasyceniu porów wodą ρ_sr

,dla P_s

dla P_d

Przyjmuje, że
oraz zakładam w kierunku bezpiecznym, że Φ'=Φ_u.

-edometryczny moduł ściśliwości wtórnej gruntu M

Współczynnik γ_m dla parametrów oznaczanego metodą B wynosi 0,9 lub 1,1 przy czym należy przyjąć wartość bardziej niekorzystny.

2.2. Obliczeniowe wartości obciążeń przekazywanych przez ścianę na górną powierzchnię ławy fundamentowej.

Schemat pierwszy		Schemat drugi
Stałe i zmienne długotrwałe	Stałe i zmienne długo- i krótkotrwałe oraz wyjątkowe	Stałe i zmienne długotrwałe	Stałe i zmienne długo- i krótkotrwałe oraz wyjątkowe
Pr=1200 , Mxr=0 , Myr=190 , Hxr=-80 , Hyr=0 .	Pr=1200 , Mxr=0 , Myr=190 , Hxr=80 , Hyr=0 .	Pr=1700 , Mxr=160 , Myr=780 , Hxr=150 , Hyr=40 .	Pr=1900 , Mxr=180 , Myr=-160 , Hxr=-55 , Hyr=45 .

2.3. Dane materiałowe do wymiarowania.

Beton B25

f_cd=10,6 [MPa]

f_ctd=0,87 [MPa]

Stal klasy A-I St3X

f_yd=210 [MPa]

Ciężar objętościowy zasypki fundamentu γ⁽ⁿ⁾=17,00
.

3. Wstępne przyjęcie wymiarów stopy fundamentowej i głębokość jej posadowienia.

Przyjmuje wstępnie głębokość posadowienia D=1,3 [m]. Jest ona przy tym większa

od głębokości przemarzania występującej na tym terenie. Wysokość stopy przyjmuje wstępnie h=0,9 [m], a jej szerokości: B=2,4 [m], L=2,8 [m]. Oś x przyjmuje na kierunku szerokości L stopy fundamentowej. Rozstaw stóp fundamentowych to 9 [m] na kieerunku osi y oraz 18 [m] na kierunku osi x. Wymiary słupa to a₁=0,8 [m] na długości L stopy i a₂=0,45 [m] na szerokości B stopy fundamentowej. D_min=1,20 [m], d=0,15 [m].

3.1. Przekrój poprzeczny gruntu na którym posadowiony zostanie zadana hala przemysłowa.

Skala 1:50

Przyjmuje, że obciążenie przekazywane przez słup na stopę fundamentową działa osiowo na mimośrodzie niezamierzonym.

4. Zestawienie obciążeń obliczeniowych.

• ciężar stopy żelbetowej

• ciężar gruntu nad fundamentem

• ciężar posadzki

5. Sprawdzenie czy wypadkowa obciążeń stałych i zmiennych długotrwałych znajduje się w rdzeniu podstawy stopy.

5.1. Schemat I.

• obciążenie pionowe podłoża

N_r1^I=P_r1^I+G_r=1200+201,36=1401,36 [kN]

- momenty wypadkowej obciążenia podłoża względem środka podstawy stopy

M_y1^I=M_yr-H_x^I⋅h=190+80⋅0,9=262,00 [kNm]

M_x1^I=M_xr1^I-H_y1^I⋅h=0 [kNm]

- mimośrody wypadkowej obciążeń podłoża względem środka podstawy stopy

e_L1^I=e_rx1^I=(M_y1^I/N_r1^I)=(262,00/1401,36)=0,187 [m]<(L/6)=(2,80/6)=0,467 [m]

e_B1^I=e_y1^I=(M_x1^I/N_r1^I)=0[m]<(B/6)=(2,40/6)=0,400 [m]

(e_B1^I/B)+(e_L1^I/L)=0+(0.187/2,8)=0,067<1/6=0,167

Wypadkowa obciążeń znajduje się w rdzeniu podstawy.

5.2. Schemat II.

W schemacie mamy takie same wymiary jak w schemacie pierwszym zatem od razu można stwierdzić, że wypadkowa obciążeń znajduje się w rdzeniu podstawy.

6. Sprawdzenie położenia wypadkowej od obciążenia stałych i zmiennych długotrwałych i krótkotrwałych oraz wyjątkowych . Sprawdzenie warunku granicznego odrywania podstawy stopy od podłoża.

6.1. Schemat I.

- obciążenie pionowe podłoża

N_r2^I=P_r2^I+G_r2^I=1700+201,36=1901,36 [kN]

- momenty wypadkowej obciążenia podłoża względem środka podstawy stopy

M_y2^I=M_yr2^I-H_xr2^I⋅h =780-150⋅0,9=645,00 [kNm]

M_x2^I=M_xr2^I-H_yr2^I⋅h=160-40⋅0,9=124,00 [kNm]

- mimośrody wypadkowej obciążeń podłoża względem środka podstawy stopy

e_L2^I=e_rx1^I=(M_y2^I/N_r2^I)=(645,00/1901,36)=0,339 [m]<(L/6)=(2,80/6)=0,467 [m]

e_B2^I=e_y1^I=(M_x2^I/N_r2^I)=(124,00/1901,36)=0,065 [m]<(B/6)=(2,40/6)=0,400 [m]

(e_B2^I/B)+(e_L2^I/L)=(0,065/2,4)+(0,339/2,8)=0,157<1/6=0,167

Wypadkowa obciążeń znajduje się w rdzeniu podstawy.

Nie następuje odrywanie stopy od podłoża.

6.2. Schemat II.

- obciążenie pionowe podłoża

N_r2^II=P_r2^II+G_r2^II=1900+201,36=2101,36 [kN]

- momenty wypadkowej obciążenia podłoża względem środka podstawy stopy

M_y2^II=M_yr2^II-H_xr2^II⋅h =-160+55⋅0,9=-110,50 [kNm]

M_x2^II=M_xr2^II-H_yr2^II⋅h=180-45⋅0,9=139,50 [kNm]

- mimośrody wypadkowej obciążeń podłoża względem środka podstawy stopy

e_L2^II=e_rx1^II=
(M_y2^II/N_r2^II)
=(110,50/2101,36)=0,053 [m]<(L/6)=(2,80/6)=0,467 [m]

e_B2^II=e_y1^II=(M_x2^II/N_r2^II)=(139,5/2101,36)=0,066 [m]<(B/6)=(2,40/6)=0,400 [m]

(e_B2^II/B)+(e_L2^II/L)=(0,066/2,4)+(0,053/2,8)=0,046<1/6=0,167

Wypadkowa obciążeń znajduje się w rdzeniu podstawy.

Nie następuje odrywanie stopy od podłoża.

7. Sprawdzam zalecenia dotyczące nierównomierności oddziaływań q pod podstawą fundamentu, od obliczeniowych obciążeń stałych i zmiennych długotrwałych.

Warunek spełniony. Przyjmuje, że jest równomierny rozkład naprężeń pod stopą i nie jest wymagane przesunięcie środka stopy względem środka słupa.

8. Sprawdzenie stanu granicznego nośności podłoża.

Stopa fundamentowa zalega bezpośrednio w piasku drobnym mokrym wysadzinowym o stopniu zagęszczenia I_L=0,53. Pod tym gruntem znajduje się do głębokości z=2B piasek średni mokry o stopniu zagęszczenia I_L=0,58, który jest gruntem mocniejszym. Zatem sprawdzenie I stanu granicznego (nośności podłoża) przeprowadzam jedynie dla gruntu zalegającego bezpośrednio pod stopą fundamentową.

Dla obciążenia stałych, zmiennych, długotrwałych i krótkotrwałych oraz wyjątkowych.

8.1. Schemat I.

warunki: N_r ≤ m⋅Q_fNB

N_r ≤ m⋅Q_fNL

gdzie:

m = 0,9⋅0,9 = 0,81[-] współczynnik korekcyjny

N_r = N_r2^I = 1901,36 [kN]

• zredukowane wymiary stopy

Ponieważ
, więc do wzoru na nośność gruntu za
podstawiam
.

• współczynniki nośności

N_C =27,86 N_D = 16,44 N_B =6,42

• ciężar objętościowy gruntu pod stopą fundamentową

ρ_B⁽ⁿ⁾⋅g średni obliczeniowy ciężar objętościowy gruntu zalegającego

poniżej poziomu posadowienia do głębokości z=B

• obciążenie podłoża obok stopy fundamentowej

ρ_D^(r) średnia wartość obliczeniowa gęstości obliczeniowej

gruntu (i posadzki) zalegającego obok fundamentu powyżej poziomu posadowienia

• wpływ odchylenia wypadkowej obciążenia podłoża od pionu

tg_B δ⁽ⁿ⁾ = T_rB/N_r = H_yr/N_r2 = 40/1901,36 = 0,024

tg _u⁽ⁿ⁾ = tg 28,8° = 0,550

tg δ⁽ⁿ⁾/ tg _u⁽ⁿ⁾ = 0,024/0,550 = 0,044

i_D = 0,95, i_B = 0,92, I_c=0,95

• wpływ odchylenia wypadkowej obciążenia podłoża od pionu

tg_L δ⁽ⁿ⁾ = T_rL/N_r = H_xr/N_r2 = 150/1901,36 = 0,088

tg _u⁽ⁿ⁾ = tg 28,8° = 0,550

tg δ⁽ⁿ⁾/ tg _u⁽ⁿ⁾ = 0,088/0,550 = 0,16

i_D = 0,86, i_B = 0,77, I_c=0,87

warunki: N_r ≤ m⋅Q_fNB,

1901,36 < 0,81⋅4457,95 = 3610,94,

N_r ≤ m⋅Q_fNL,

1901,36 < 0,81⋅3950,61 = 3199,99,

są spełnione.

8.2. Schemat II.

warunki: N_r ≤ m⋅Q_fNB

N_r ≤ m⋅Q_fNL

gdzie:

m = 0,9⋅0,9 = 0,81[-] współczynnik korekcyjny

N_r = N_r2^II = 2101,36 [kN]

• zredukowane wymiary stopy

Ponieważ
, więc do wzoru na nośność gruntu za
podstawiam
.

• współczynniki nośności

N_C =27,86 N_D = 16,44 N_B =6,42

• ciężar objętościowy gruntu pod stopą fundamentową

ρ_B⁽ⁿ⁾⋅g średni obliczeniowy ciężar objętościowy gruntu zalegającego

poniżej poziomu posadowienia do głębokości z=B

• obciążenie podłoża obok stopy fundamentowej

ρ_D^(r) średnia wartość obliczeniowa gęstości obliczeniowej

gruntu (i posadzki) zalegającego obok fundamentu powyżej poziomu posadowienia

• wpływ odchylenia wypadkowej obciążenia podłoża od pionu

tg_B δ⁽ⁿ⁾ = T_rB/N_r = H_yr/N_r2 = 45/2101,36 = 0,021

tg _u⁽ⁿ⁾ = tg 28,8° = 0,550

tg δ⁽ⁿ⁾/ tg _u⁽ⁿ⁾ = 0,021/0,550 = 0,038

i_D = 0,97, i_B = 0,90, I_c=0,96

• wpływ odchylenia wypadkowej obciążenia podłoża od pionu

tg_L δ⁽ⁿ⁾ = T_rL/N_r = H_xr/N_r2 = 55/2101,36 = 0,026

tg _u⁽ⁿ⁾ = tg 28,8° = 0,550

tg δ⁽ⁿ⁾/ tg _u⁽ⁿ⁾ = 0,026/0,550 = 0,047

i_D = 0,95, i_B = 0,92, I_c=0,94

warunki: N_r ≤ m⋅Q_fNB

2101,36 < 0,81⋅4518,09 = 3659,65

N_r ≤ m⋅Q_fNL,

2101,36 < 0,81⋅4407,62 = 3570,17

są spełnione.

I stan graniczny nośności podłoża jest zatem spełniony.

9. Wymiarowanie stopy (nie przesuwam środka ławy względem środka słupa).

Najbardziej niekorzystne obciążenie występuje w obu schematach od obciążenia stałego i zmiennego długotrwałego i krótkotrwałego oraz wyjątkowego i dla niego będę wymiarować stopę.

9.1. Wyznaczenie bryły naprężeń.

9.1.1. Schemat I.

;

Siła znajduje się w obszarze 1.

;

k=1,8

Strefa odrywania nie występuje (1 obszar).

Skala:

długości: 1:50

naprężeń: 1:200

9.1.2. Schemat II.

;

Siła znajduje się w obszarze 1.

;

k=1,3

Strefa odrywania nie występuje (1 obszar).

Skala:

długości: 1:50

naprężeń: 1:100

9.2. Sprawdzenie stopy na przebicie.

Sprawdzenie stopy na przebicie przeprowadza się dla najbardziej niekorzystniej obciążonego wspornika (schemat I).

Przyjęto beton B20 f_ctd=0,87 [MPa], stal A-I (St3X), f_yd=210 [MPa].

9.2.1. Schemat do obliczenia przebicia stopy i obliczenia.

Skala:

1:25

A₁ jest to pole figury AGBEHF, natomiast A₂ jest to pole figury BCDE.

Przebicie nie nastąpi. Wymagany warunek jest spełniony.

9.3. Obliczanie stopy na zginanie.

Obliczenia wykonuje najczęściej stosowaną metodą wydzielonych wsporników trapezowych.

9.3.1. Schemat do obliczenia zginania stopy i obliczenia.

Skala:

1:25

Dla kierunku równoległego do L wspornik ABCD przyjmuje, że na wspornik działa średnie naprężenie o wartości:

q^'_rmax- oddziaływanie podłoża wzdłuż krawędzi AD,

q^'_rkraw- oddziaływanie w przekroju wzdłuż krawędzi słupa BC.

Moment zginający wspornik:

Dla kierunku równoległego do B wspornik DCEF przyjmuje, że na wspornik działa średnie naprężenie o wartości:

q^''_rmax- oddziaływanie podłoża wzdłuż krawędzi DF,

q^''_rkraw- oddziaływanie w przekroju wzdłuż krawędzi słupa CE.

Moment zginający wspornik:

9.4. Obliczenie potrzebnej ilości zbrojenia.

9.4.1.Dla kierunku równoległego do L.

Przyjmuje na kierunku równoległym do boku L pręty φ20 z rozstawem osiowym

12,5 [cm] A_s1=25,18 [cm²].

9.4.2.Dla kierunku równoległego do B.

Przyjmuje na kierunku równoległym do boku B pręty φ20 z rozstawem osiowym

11 [cm] o A_s1=28,60 [cm²].

Rozmieszczenie prętów oraz wykaz stali zbrojeniowej znajduje się na załączniku 3. Dodatkowo wyprowadzam z prętów φ20 zbrojenie dla słupa w ilości i rozstawie jak na załączniku 3.

24

---