8 определение размеров подошвы центрально нагруженного фундамента метод лалетина
Обновлено: 07.05.2024
5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 1)
Основные размеры фундаментов мелкого заложения (глубина и размеры подошвы) в большинстве случаев определяются исходя из расчета оснований по деформациям, который включает:
- – подсчет нагрузок на фундамент;
- – оценку инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства; определение нормативных и расчетных значений характеристик грунтов;
- – выбор глубины заложения фундамента;
- – назначение предварительных размеров подошвы по конструктивным соображениям или исходя из условия, чтобы среднее давление на основание равнялось расчетному сопротивлению грунта, приведенному в табл. 5.13;
- – вычисление расчетного сопротивления грунта основания R по формуле (5.29), изменение в случае необходимости размеров фундамента с тем, чтобы обеспечивалось условие p ≤ R ; в случае внецентренной нагрузки на фундамент, кроме того, проверку краевых давлений;
- – при наличии слабого подстилающего слоя проверку соблюдения условия (5.35);
- – вычисление осадок основания и проверку соблюдения неравенства (5.28); при необходимости корректировку размеров фундаментов.
В случаях, оговоренных в п. 5.1, выполняется расчет основания по несущей способности. После этого производятся расчет и конструирование самого фундамента.
А. ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
Определение размеров подошвы фундамента по заданному значению расчетного сопротивления грунта основания. Обычно вертикальная нагрузка на фундамент N0 задается на уровне его обреза, который чаще всего практически совпадает с отметкой планировки. Тогда суммарное давление на основание на уровне подошвы фундамента будет:
где — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое обычно равным 20 кН/м 3 ; d и А — глубина заложения и площадь подошвы фундамента.
Если принять p = R , получим следующую формулу для определения необходимой площади подошвы фундамента:
Задавшись соотношением сторон подошвы фундамента η = l/b , получим:
Зная размеры фундамента, вычисляют его объем и вес Nf , а также вес грунта на его обрезах Ng и проверяют давление по подошве:
p = (N0 + Nf + Ng)/(bl) ≤ R.
Определение размеров подошвы фундамента при неизвестном значении расчетного сопротивления грунта основания. Как видно из формулы (5.29), расчетное сопротивление грунта основания зависит от неизвестных при проектировании размеров фундамента (глубины его заложения d и размеров в плане b×l ), поэтому обычно эти размеры определяются методом последовательных приближений. В качестве первого приближения принимают размеры фундамента по конструктивным соображениям или из условия (5.41), т.е. принимая R = R0 .
Однако необходимые размеры подошвы фундамента можно определить за один прием. Из формулы (5.41)
ηb 2 (R – d) – N0 = 0 ,
а с учетом формулы (5.29) при b < 10 м (когда kz = 1)
Уравнение (5.43) приводится к виду:
для ленточного фундамента
a0b 2 + a1b = n0 = 0;
для прямоугольного фундамента
a0ηb 3 + a1ηb 2 – N0 = 0,
;
;
Решение квадратного уравнения (5.44) производится обычным способом, а уравнения (5.45) — методом последовательного приближения или по стандартной программе.
После вычисления значения b с учетом модульности и унификации конструкций принимают размеры фундамента и проверяют давление по его подошве по формуле (5.42).
Пример 5.7. Определить ширину ленточного фундамента здания жесткой конструктивной схемы без подвала ( db = 0). Отношение L/H = 1,5. Глубина заложения фундамента d = 2 м. Нагрузка на фундамент на уровне планировки n0 = 900 кН/м. Грунт — глина с характеристиками, полученными при непосредственных испытаниях: φII = 18°, cII = 40 кПа, γII = γ´II = 18 кН/м 3 , IL = 0,45.
Решение. по табл. 5.10 имеем: γс1 = 1,2 и γс2 = 1,1; по табл. 5.11 при φII = 18°; Мγ = 0,43; Мq = 2,73; Мc = 5,31. Поскольку характеристики грунта приняты по испытаниям, k = 1.
Для определения ширины фундамента b предварительно вычисляем:
;
Подставляя эти значения в формулу (5.44), получаем 10,22 b 2 + 370,1 b – 900 = 0, откуда
м.
Принимаем b = 2,4 м.
Пример 5.8. Определить размеры столбчатого фундамента здания гибкой конструктивной схемы ( γс2 = 1). Соотношение сторон фундамента η = l/b = 1,5, нагрузка на него составляет: N0 = 4 МН = 4000 кН. Грунтовые условия и глубина заложения те же, что и в предыдущем примере.
Решение. Вычисляем:
Затем, подставляя в уравнение (5.45) полученные величины (13,93 b 3 + 499,22 b 2 – 4000 = 0) и решая его по стандартной программе, находим b = 2,46 м, тогда l = 1,5 b = 3,7 м.
Принимаем фундамент с размерами подошвы 2,5×3,7 м.
Определение размеров подошвы фундамента при наличии слабого подстилающего слоя. При наличии в пределах сжимаемой толщи основания (на глубине z от подошвы фундамента) слоя грунта с худшими прочностными свойствами, чем у лежащего выше грунта, размеры фундамента необходимо назначать такими, чтобы обеспечивалось условие (5.35). Это условие сводится к определению суммарного вертикального напряжения от внешней нагрузки и от собственного веса лежащих выше слоев грунта ( σz = σzp + σzg ) и сравнению этого напряжения с расчетным сопротивлением слабого подстилающего грунта R применительно к условному фундаменту, подошва которого расположена на кровле слабого грунта.
Пример 5.9. Определить размеры столбчатого фундамента при следующих инженерно-геологических условиях (см. рис. 5.24). На площадке от поверхности до глубины 3,8 м залегают песни крупные средней плотности маловлажные, подстилаемые суглинками. Характеристики грунтов по данным испытаний: для песка φII = 38°, сII = 0, γII = γ´II = 18 кН/м 3 , E = 40 МПа; для суглинков φII = 19°, сII = 11 кПа, γII = 17 кН/м 3 , E = 17 МПа. Здание — с гибкой конструктивной схемой без подвала ( db = 0). Вертикальная нагрузка на фундамент на уровне поверхности грунта N0 = 4,7 MH. Глубина заложения фундамента d = 2 м. Предварительные размеры подошвы фундамента примяты исходя из R = 300 кПа (табл. 5.13) равными 3×3 м.
Решение. по формуле (5.29) с учетом табл. 5.11 и 5.12 получаем;
кПа.
Для определения дополнительного вертикального напряжения от внешней нагрузки на кровле слабого грунта предварительно находим:
среднее давление под подошвой
p = N0/b 2 + d = 4,7 · 10 3 /3 2 + 20 · 2 = 520 + 40 = 560 кПа;
дополнительное давление на уровне подошвы
По табл. 5.4 при ζ = 2z/b = 2 · 1,8/3 = 1,2 коэффициент α = 0,606. Тогда дополнительное вертикальное напряжение па кровле слабого слоя от нагрузки на фундамент будет:
Ширина условного фундамента составит:
м.
Для условного фундамента на глубине z = 1,8 м при γc1 = γc2 = k = 1 расчетное сопротивление суглинков по формуле (5.29) будет:
Rz = 0,47 · 4 · 17 + 2,88 · 3,8 · 18 + 5,48 · 11 = 30 + 196 + 60 = 286 кПа.
Вертикальное нормальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z = 3,8 м
Проверяем условие (5.35):
315 + 62 = 377 > Rz = 286 кПа,
т.е. условие (5.35) не удовлетворяется и требуется увеличить размеры фундамента. Расчет показал, что в данном случае необходимо принять b = 3,9 м.
Вятский государственный университет
Разработала студентка группы СТ-32-1__________Павлекова В.А.
Руководитель Кравева К.О.
Киров 2014
В курсовом проекте необходимо рассчитать и законструировать фундаменты административного здания.
Курсовой проект выполнен на основании СНиП, ГОСТ, справочной, технической и учебной литературы по вопросам проектирования оснований и фундаментов. Все расчеты выполнены в технической системе единиц.
В настоящее время возводятся все более высокие здания и тяжелые сооружения. Это заставляет предъявлять особые требования к основаниям и фундаментам. Однако при правильном прогнозе совместной деформации грунтов и конструкции возводимого сооружения можно найти решение, обеспечивающее требуемую надежность. По этому перед специалистами стоят задачи разработки методов прогноза с требуемой точностью совместной деформации надземных конструкций и основания.
1. Оценка сооружения и игу площадки строительства.
Краткая техническая характеристика здания
Промышленное здание прямоугольной формы (размеры в осях 30,5х24,высота 12.9, имеется мостовой кран Q=15т, пол по грунту, здание является каркасно-панельным, с железобетонными колоннами 500х500.
Здание АБК многоэтажное, (размеры в осях 12х12 м., высота этажа 3,6м.), имеет подвальное помещение с отметкой низа –3, 0м. Предлагаемая конструкция подвала – монолитные стены. Здание является кирпичным, имеются колонны железобетонные с размером сечения 600х400. Перекрытие из ребристых железобетонных плит толщиной 220 мм.
Отметка пола первого этажа 0.000 на 0,150 выше планировочной отметки.
По карте СНиП 2.01.01.-82 – абсолютное значение суммы отрицательных температур:
Январь – 13,5 0 С
Февраль – 13,1 0 С
Декабрь – 10,4 0 С
Сумма отрицательных температур Мt= -47,3 0 С
Характеристика стройплощадки.
Краткое описание грунтов.
Площадка строительства находится в г. Казани (план строительной площадки см. в приложении А). Геологические условия заданы путем бурения 5 скважин на глубину 15 м. На поверхности залегает растительный слой. Геологические разрезы см. в приложении Б.
Суглинок желто-бурый легкий
Iр - число пластичности
IL - показатель консистенции
d – удельный вес сухого грунта
е – коэффициент пористости
Грунт можно использовать в качестве естественного основания.
Sr – степень влажности
Грунт насыщенный водой
mv – коэффициент относительной сжимаемости
- коэффициент пористости
- число просадочности
Таблица 1 – Характеристики грунта
Глина коричневая пылеватая
Iр - число пластичности
IL - показатель консистенции
d – удельный вес сухого грунта
е – коэффициент пористости
Грунт можно использовать в качестве естественного основания.
Sr – степень влажности
Грунт насыщенный водой
mv – коэффициент относительной сжимаемости
- коэффициент пористости
- число просадочности
Таблица 2 – Характеристики грунта
Суглинок желто-бурый тяжелый.
Iр - число пластичности
IL - показатель консистенции
d – удельный вес сухого грунта
е – коэффициент пористости
Грунт можно использовать в качестве естественного основания.
Sr – степень влажности
Грунт насыщенный водой
mv – коэффициент относительной сжимаемости
- коэффициент пористости
- число просадочности
Таблица 3 – Характеристики грунта
Глина коричневая пылеватая.
Iр - число пластичности
IL - показатель консистенции
d – удельный вес сухого грунта
е – коэффициент пористости
Грунт можно использовать в качестве естественного основания.
Sr – степень влажности
Грунт насыщенный водой
mv – коэффициент относительной сжимаемости
- коэффициент пористости
- число просадочности
Таблица 4 – Характеристики грунта
Общая оценка строительной площадки.
Строительная площадка расположена в г.Казань. Размеры площадки 50х60м, ориентирована с юга на север, уклон рельефа спокойный (<10%). На площадке пробурено 5 скважин. При бурении были вскрыты следующие грунты:
Суглинок желто-бурый легкий, мощностью 2,2-2,5 м может служить основанием.
Глина коричневая пылеватая, мощностью 1,4-1,7 м может служить основанием.
Суглинок желто-бурый тяжелый, мощностью 4,1-4,6 м основанием служить может.
Глина коричневая пылеватая, мощностью 6,1-6,9 м основанием служить может.
Подземная вода обнаружена в 3-ем слое на всю его глубину, химически не агрессивна к бетону.
Вариант фундамента мелкого заложения на естественном основании
Для расчета выбираем фундамент № 1 в осях «Б» - «2»» отдельно стоящий в подвальной части здания, наиболее нагруженный, под металлическую колонну размером 600*400 мм.
По конструктивным соображениям фундамент железобетонный стаканного типа.
Расчетная схема
Рисунок 1 – Расчетная схема для фундамента заложения
Определение глубины заложения фундамента
Отметка пола 1-го этажа на 0.00 м. Расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении _15_ 0 С. Место строительства - город Казань.
По геологическим условиям площадки верхний слой может служить основанием
Из условия промерзания.
Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение определяется по формуле:
м
Где Мt=47,3 – безразмерный коэффициент, численно равный абсолютному значению отрицательных среднемесячных температур.
d0=0.23 для суглинка
Определяем расчетную глубину сезонного промерзания грунта:
м
Где Кn– коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания
Кn=0.6 при устройстве пола по грунту и при температуре 15 0 С внутри здания.
По конструктивным особенностям
Конструктивные особенности учитываются путем определения минимальной конструктивной высоты фундамента и назначением глубины фундамента не менее данного значения.
Окончательно принимается глубина заложения максимальная из вышеперечисленных:
Определение размеров подошвы фундамента l×b методом Лалетина.
Форма и площадь подошвы фундамента определяется конфигурацией в плане возводимой наземной конструкции.
Определение требуемых размеров подошвы фундамента ведется одновременно с вычислением расчетного давления на грунт основания по методу Лалетина.
Определяем размеры подошвы фундамента исходя из условия, что среднее давление по подошве фундамента от основного сочетания расчетных нагрузок при расчете по деформациям меньше расчетного сопротивления основания.
Сечение колонны 600х400 мм. Глубина заложения фундамента 1,7 м. Инженерно-геологические условия соответствуют скважине на рис. 2. Физико-механические характеристики грунтов соответствуют табл. 1. Колонна нагружена вертикальной нагрузкой с расчетным значением на уровне обреза фундамента N0II = 224 т, изгибающей нагрузкой с расчетным значением изгибающего момента M0II = 0 т·м, горизонтальной нагрузкой с расчетным значением Т0II = 0 т. Схема нагрузок представлена на рис.1.
Размеры подошвы фундамента определяли графическим методом (методом Лалетина).
6.3 Фундамент №4
Для расчета выбираем фундамент № 4 в осях «Д» - «4»» отдельно стоящий в подвальной части здания, наиболее нагруженный, под железобетонную колонну размером 500,500 мм.
По конструктивным соображениям фундамент железобетонный стаканного типа.
6.3.1 Расчетная схема
Рисунок 18 – Расчетная схема для фундамента заложения
6.3.2 Определение размеров подошвы фундамента l×b методом Лалетина.
Форма и площадь подошвы фундамента определяется конфигурацией в плане возводимой наземной конструкции.
Определение требуемых размеров подошвы фундамента ведется одновременно с вычислением расчетного давления на грунт основания по методу Лалетина.
Определяем размеры подошвы фундамента исходя из условия, что среднее давление по подошве фундамента от основного сочетания расчетных нагрузок при расчете по деформациям меньше расчетного сопротивления основания.
Сечение колонны 500х500 мм. Глубина заложения фундамента 1,7 м. Инженерно-геологические условия соответствуют скважине на рис. 13. Физико-механические характеристики грунтов соответствуют табл. 1-4. Колонна нагружена вертикальной нагрузкой с расчетным значением на уровне обреза фундамента N0II = 84 т, изгибающей нагрузкой с расчетным значением изгибающего момента M0II = -18 т·м, горизонтальной нагрузкой с расчетным значением Т0II = -1,8 т.
Размеры подошвы фундамента определяли графическим методом (методом Лалетина).
Среднее давление по подошве фундамента определяли по формуле:
Соотношение сторон подошвы фундамента принимали равным соотношению сторон сечения колонны:
.
Коэффициент принимали в зависимости от предварительного значения эксцентриситета, определенного по формуле:
Для принимаемk=1.5 .
Расчетное сопротивление грунтов основания определяли по формуле:
.
Несущим слоем является суглинок желто-бурый со значением =12 0 .
Коэффициенты условий работы в соответствии с прил. 12:
Коэффициент k = 1,3, так как характеристики грунтов определены по данным испытаний. Коэффициент kz = 1 как b < 10.
т/м 3 – расчетный удельный вес грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;
т/м 3 – расчетный удельный вес грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;
8 определение размеров подошвы центрально нагруженного фундамента метод лалетина
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ ПРИ ДЕЙСТВИИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ И ВНЕЦЕНТРЕННОЙ НАГРУЗОК.
Фундаментом называют подземную часть здания, предназначенную для передачи нагрузки от здания на залегающие на некоторой глубину грунты основания.Подошвой фундамента называется его нижняя поверхность, соприкасающаяся с основанием; верхняя плоскость фундамента, на которую опираются наземные конструкции, называется обрезом. За ширину фундамента принимается минимальный размер подошвы b, а за длину – наибольший ее размер l. Высота фундамента hf есть расстояние от подошвы до обреза, а расстояние от поверхности планировки до подошвы называется глубиной заложенияd.
К фундаментам мелкого заложения относятся фундаменты, передающие нагрузку на грунты основания преимущественно через подошву. Они применяются в различных областях и инженерно-геологических условиях как в сборном, так и в монолитном вариантах (Таблица 6.2).Таблица 6.2
Области применения фундаментов мелкого заложения
| Тип фундамента | Вид надземной конструкции |
| Отдельные | Колонны, углы зданий, балки, фермы, арки, опоры рам и др. |
| Ленточные | Стены зданий и сооружений, опорные рамы оборудования и др. |
| Сплошные (плитные) | Высотные здания, заводские (фабричные) трубы, насосные станции и др. |
| Массивные | Башни, мачты, мостовые опоры, колонны, станки и другое оборудование |
При центральной нагрузке форму отдельных фундаментов в плане рекомендуется принимать квадратной, а при внецентренной нагрузке – прямоугольной (с отношением сторон 0,6…0,85).
Независимо от грунтовых условий (кроме скальных грунтов) под фундаментами устраивают подготовку толщиной 100мм: под монолитными – бетонную, из бетона класса В3,5; а под сборными – из песка средней крупности. При возведении фундаментов на скальных грунтах по грунтовому основанию устраивают выравнивающий слой бетона класса В3,5.
Расчет фундамента мелкого заложения начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров, к которым относятся глубина заложения фундамента, размеры и форма подошвы. Затем для принятых размеров фундамента производят расчеты основания по предельным состояниям.
Определение глубины заложения фундамента. Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше объем затрачиваемого материала и ниже стоимость его возведения, поэтому естественно стремление принять глубину заложения как можно меньшей.
Рис. Схемы напластований грунтов с вариантами устройства фундаментов: 1- прочный грунт; 2-более прочный грунт; 3-слабый грунт; 4-песчанная подушка; 5-зона закрепления
Глубина сезонного промерзания грунтов. df=khdfn, где kh – коэффициент, учитывающий влияние теплового
Определение формы и размеров подошвы фундаментов. Форма подошвы фундамента во многом определяется конфигурацией. При расчетах фундаментов мелкого заложения по второму предельному состоянию (по деформациям) площадь подошвы предварительно может быть определена из условия pП≤R, где pП – среднее давление по подошве фундамента, R – расчетное сопротивление грунта основания.
Данное условие должно выполняться с недогрузом: для монолитных фундаментов – £5%, для сборных – £10%.
Выполнение условия осложняется тем, что обе части неравенства содержат искомые геометрические размеры фундамента, в результате чего расчет приходится вести методом последовательных приближений за несколько итераций.
Предлагается такая последовательность операций при подборе размеров фундамента:
Þ задаются формой подошвы фундамента:
Если фундамент ленточный, то рассматривается участок ленты длиной 1м и шириной b.
Если фундамент прямоугольный, то задаются соотношением сторон прямоугольника в виде h=b/l=0,6…0,85. Тогда A=bl=b 2 /h, где A – площадь прямоугольника, l – длина, b – ширина прямоугольника. Отсюда . Частным случаем прямоугольника является квадрат, в этом случае
Þ вычисляют предварительную площадь фундамента по формуле:
, (6.5)
где NII – сумма нагрузок для расчетов по второй группе предельных состояний, кПа. В случае ленточных фундаментов это погонная нагрузка, в случае прямоугольных и квадратных – сосредоточенная нагрузка;
R – табличное значение расчетного сопротивления грунта, где располагается подошва фундамента, кПа;
g¢II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м 3 ;
d1 – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала:
(6.6)
где hs – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
hcf – толщина конструкции пола подвала, м;
gcf – расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м 3 ;
Þ по известной форме фундамента вычисляют ширину фундамента:
в случае ленточного фундамента b=A¢;
в случае квадратного фундамента ;
в случае прямоугольного и l=h/b.
После определения требуемых размеров фундамента необходимо в пояснительной записке запроектировать тело фундамента в виде эскиза с проставлением размеров. При этом размерами фундамента можно в небольших пределах варьировать из конструктивных соображений, изложенных в п.6.2.1. Только после уточнения всех размеров фундамента можно переходить к следующему пункту.
Þ по формуле (7) СНиП 2.02.01-83 вычисляют расчетное сопротивление грунта основания R:
,
Рисунок 6.6: К определению глубины заложения фундаментов
а – при d1 d; в- для плитных фундаментов
А=NoII/(R-γmd). Рассчитав площадь подошвы фундамента, находят его ширину b. Ширину ленточного фундамента, для которого нагрузки определяют на 1 м длины. После вычисления значения b принимают размеры фундамента с учетом модульности и унификации конструкций и проверяют давление. Найденная величина рII должна быть по возможности близка к значению расчетного R.
Внецентренно нагруженный фундамент. Внецентренно нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы. Такое нагружение является следствием передачи на него момента или горизонтальной составляющей нагрузки. При расчете давление по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимают изменяющимся по линейному закону, а его краевые значения при действии момента сил относительно одной из главных осей определяют, как для случая внецентренного сжатия:
, (6.9)
где Mx, My – изгибающие моменты, относительно главных осей подошвы фундамента, кНм;
Wx, Wy – моменты сопротивления сечения подошвы фундамента относительно соответствующей оси, м 3 .
Эпюра давлений под подошвой фундамента, полученная по данной формуле должна быть однозначной, т.е. по всей ширине сечения напряжения должны быть сжимающими. Это вызвано тем, что растягивающие напряжения, в случае их возникновения, могут привести к отрыву подошвы фундамента от основания и будет необходим специальный расчет, который не входит в предусмотренный объем курсового проекта.
Поскольку при внецентренном нагружении относительно одной из центральных осей максимальное давление на основание действует только под краем фундамента, при подборе размеров подошвы; фундамента его допускается принимать на 20% больше расчетного и сопротивления грунта, т.е. рmax≤1,2R Одновременно среднее давление по подошве фундамента, определяемое как рII=NII/A должна удовлетворять условию pII≤R.
В тех случаях, когда точка приложения равнодействующей внешних сил смещена относительно обеих осей инерции прямоугольной подошвы фундамента, давление под ее угловыми точками находят по формуле.р с max=(NII/A)(1±6ex/l±6ey/b).
Поскольку в этом случае максимальное давление действует только в одной точке подошвы фундамента, допускается, чтобы его значение, удовлетворяло условию р с max≤1,5R. Проверка давления на подстилающий слой слабого грунта. При наличии и в пределах сжимаемой толщи основания слабых грунтов •или грунтов с расчетным сопротивлением меньшим, чем давление на несущий слой, необходимо проверить давление на них, чтобы уточнить возможность применения при расчете основания теории линейной деформируемости грунтов. Последнее требует, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т.е. σzp+ σzg≤Rz
Расчет осадки.
Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия (6.1):
где S – совместная конечная деформация (осадка) основания и сооружения, определяемая расчетом по указаниям приложения 2 СНиП 2.02.01-83, методика которого излагается ниже.
Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое по указаниям п.6.1.
Расчетная схема основания применяется в виде линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи Нс. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформированном полупространстве приведена на рис.6.9.
Для расчета S используется метод послойного суммирования осадок, который допустимо применять в случаях, когда давление под подошвой фундамента pне превышает расчетное сопротивление грунта основания R.
Последовательность расчета осадок по методу послойного суммирования следующая:
а) на фоне геологического разреза (выполненного в масштабе) показать контуры проектируемого фундамента;
б) слева от оси фундамента построить эпюру вертикальных напряжений от собственного веса грунта (эпюру szg), используя формулу:
, (6.17)
где g¢– удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;
dn – глубина заложения фундамента;
gi, hi – соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта;
Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды:
(6.18)
Если в толще основания находится водонепроницаемый слой – глины твердые, полутвердые, тугопластичные, суглинки твердые и скальные нетрещиноватые породы, то на его кровлю передается давление от вышележащих грунта и подземных вод. Тогда на кровле водоупора возникает скачок напряжений на величину hwgw.
в) грунтовую толщу от подошвы фундамента вниз разбить на элементарные слои, мощность которых удобно принимать равной 0,2b или 0,4b. При разбивке не надо обращать внимание на границы слоев различных грунтов и на уровень грунтовых вод;
г) справа от оси от уровня подошвы фундамента построить эпюру дополнительных вертикальных напряжений (эпюру szp). Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента, определяются по формуле:
где a – коэффициент, принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной x=2z/b;
p =p-szg,0 – дополнительное вертикальное давление на основание (для фундаментов шириной b³10м принимается p =p);
д) определить нижнюю границу сжимаемой толщи (НГСТ), которая находится на уровне, где выполняется условие szp=0,2szg. НГСТ удобно определять графическим способом, для чего справа от оси достаточно построить эпюру 0,2szg в том же масштабе, в котором построена эпюра szp. Точка пересечения эпюр szp и 0,2szg определит НГСТ;
е) рассчитать осадку по формуле:
, (6.20)
где b – безразмерный коэффициент, равный 0,8;
szp,i – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-том слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границ слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;
hi, Ei – соответственно толщина и модуль деформации i-того слоя грунта; если в i-тый слой входит два геологических слоя, то Ei принимать по тому слою, мощность которого в i-том слое больше;
n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.Рисунок 6.9: Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве:
Проектирование основания и фундаментов одноэтажного здания физкультурно-спортивного комплекса в городе Дмитров
Ширину фундамента определяем согласно графическому методу Лалетина.
Среднее давление под подошвой фундамента:
, где
NII – нагрузка, действующая на обрез фундамента.
– среднее значение удельного веса грунта и материала фундамента.
- ширина фундамента.
- отношение сторон монтируемой в фундамент колонны.
- глубина заложения фундамента.
Расчетное сопротивление грунта основания:
Размеры подошвы фундамента определяем из условия P£R, используя графоаналитический способ Лалетина.
Принимаем ширину фундамента b=1.2м
Окончательно принимаем размеры подошвы фундамента
5.2.4 Конструирование фундамента
Нагрузка от веса фундамента:
;
Нагрузка от веса грунта:
;
Фактическое среднее давление под подошвой фундамента:
Фактическое расчетное сопротивление грунта:
;
- условие выполняется.
5.2.5 Учет внецентренного нагружения фундамента
Для определения распределения давления под подошвой фундамента предварительно определяется эксцентриситет приложения нагрузки:
Т.к. , то фундамент считается внецентренно нагруженным.
Эксцентриситет относительно плиты фундамента из- за несимметричной формы уменьшим на 0.45м (эксцентриситет продольной силы относительно плитной части).
Тогда:
5.2.6 Проверка слабого подстилающего слоя
szp,szq–вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента соответственно от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта, тс/м²;
Rz–расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z, тс/м².
szgo=·h=2·1.8=3.6 т/м 2 ;
a-коэффициент, принимаемый по табл.1 прилож.2 [ ] в зависимости от соотношения сторон η=l/b и ζ=2z/b
2z/b=2·4.8/1.2=8, l/b =1.75 тогда a=0.049
Площадь условного фундамента:
bz=-a = , где
т/м 2 ;
Расчетное сопротивление грунта слабого слоя:
=g3=0.87 т/м3; =gср =1.65т/м3;
0.33+10.9=11.23<66.82, т.е. расчетное сопротивление грунта больше, чем давление фундамента, значит, увеличение размеров подошвы не требуется, слабый подстилающий слой имеет достаточную прочность.
5.2.7 Определение осадки фундамента
Осадка основания S c использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:
, где
Еi-модуль деформации i-го слоя грунта;
szpi-среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта.
Суммирование производим до глубины, на которой выполняется условие:
Напряжения в грунте от его веса определяются по формуле
szgo=·h=2·1.8=3.6т/м 2
Грунтовую толщу разбиваем на слои h=(0,20,4)b
Таблица 4. Характеристики сжимаемой толщи
Полученная осадка составляет Sрасч.=1см, что меньше максимальной допустимой осадки Sмах=8см.
Диаграмма осадки фундамента.
В условиях реального проектирования следует учесть влияние рядом стоящих фундаментов.
5.2.8 Проверка на действие сил морозного пучения
Принадлежность суглинка к одной из групп по степени морозоопасности оценивается параметром Rf, определяемым по формуле:
, где
W, WP, WL - влажности, соответствующие природной, на границе раскатывания и текучести;
Wcr - расчетная критическая влажность, ниже значения которой прекращается перераспределение влаги в промерзающем грунте, определяется по графику 5 [2];
М0 – безразмерный коэффициент, равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП
грунт слабопучинистый (табл. 39, [2]). Расчет производим.
Устойчивость фундамента на действие касательных сил пучения грунтов, прилегающих к его боковой поверхности, проверяется по формуле:
, где
τfh–расчетная удельная касательная сила пучения, принимаемая по прил. 25;
Аfh–площадь боковой поверхности фундамента, находящейся в пределах расчетной глубины сезонного промерзания df;
N0II–расчетное значение вертикальной нагрузки;
GfII–расчетное значение веса фундамента;
Frf–расчетное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания вследствие трения его боковой поверхности о талый грунт, лежащий ниже df.
Расчетное значение силы Rf для фундаментов, имеющих вертикальные грани, определяется по формуле:
, где
Rfi–расчетное сопротивление талых грунтов сдвигу по боковой поверхности фундамента в i-м слое, допускается принимать по СНиП "Свайные фундаменты";
Afi – площадь вертикальной поверхности сдвига в i-м слое;
Расчет производим по 3-м случаям:
1)незавершенное строительство , 40% Frf , dfn .
2)завершенное строительство, dfn .
3) завершенное строительство, df .
1 незавершенное строительство , dfn.
7·3.6<7+0.9(13.4+4)→25.2<22.7 условие не выполняется. Требуется утеплять пазухи на момент возведения здания
Расчет и конструирование фундаментов промышленного двухэтажного здания высотой 8,5 метров в городе Кирове
образом заключается в выборе несущего слоя грунта с учетом следующих общих правил:
· минимальная глубина заложения фундамента принимается не менее 0,5 м от планировочной отметки земли,
· глубина заложения фундамента в несущий слой грунта не менее 10-15 см;
· на слоистых основаниях все фундаменты предпочтительно возводить на одном грунте или на грунтах с близкими деформационными и прочностными характеристиками.
Так как грунт второго слоя представляет собой супесь текучую, малосжимаемую, насыщенную водой, непросадочную, естественным основанием служить может. Следовательно, подошва фундамента может размещаться во втором слое.
Уровень подземных вод WL находится на глубине -4,50м, что ниже возможного заложения фундаментов.
б) Учет климатических условий
Глубина заложения фундамента исходя из конструктивных особенностей здания. В здании без подвала заглубление подошвы фундаментов:
где - величина нормативной глубины сезонного промерзания ф.2 [1].
в) Учет конструктивной глубины заложения фундамента
Конструктивные особенности возводимого фундамента учитываются путем определения минимальной конструктивной высоты фундамента и назначением глубины заложения фундамента не менее данного значения.
Принимаем глубину заложения фундамента d>H+0.5, где Н=2.6м –глубина подвала
Окончательно принимаем глубину заложения фундамента d=3.35 м.
Для фундаментов в бесподвальной части здания глубину заложения принимаем равной 1,2м.
4.3 Определение размера подошвы фундамента
Размеры подошвы определяем по методу Лалетина. Давление на основание от подошвы фундамента определяется по формуле:
Р=N0Ι Ι · kz /a ·b2+ gср ·d
где gср - средний удельный вес фундамента и грунта, равный 2 т/м3,
d - глубина заложения, равная 3,35 м;
kz=1 коэффициент, определяемый по эксцентриситету нагрузки;
a =1 - отношение сторон фундамента;
N0Ι Ι =120,00тс - расчётная нагрузка с учётом веса фундамента.
Оптимальные размеры фундамента определим графически, построив графики зависимостей P(b) и R(b).
Формула для Рср имеет вид:
Р=120·1 / 1,3· b2 + 2·0,75 =120/1,3· b2+1,5
Формула для R запишется:
R(b)= gс1·gс п /k[Mg·kz·bgп+ Mq·d1·g´п+(Mq-1) · db·g´п+Mc·c п]
Графики пересекаются в точке с абсциссой b»2,1м.
По конструктивным соображениям принимаем ширину фундамента равную 2,1 м; длину 2,8 м.
4.4.Конструирование фундамента
Nф= Vф* gф=2,48* 2,2=5,48m
Nгр= Vгр* gгр=1,917* 1,85=3,57m
4.5 Учет внецентренного нагружения
Определяем R по фактической ширине фундамента.
R=1.46 +11.6=1.46*2.1+11.6=14.67mc/м2 Рср£ R
P=N+Nф+Nгр/ b*l= 90+5.48+3.54/2.8*2.1=15.13m
R-P/ R*100%=14.67-15.13/14.67*100%=3.1£5% -фундамент центрально нагружен
4.6 Проверка слабого подстилающего слоя
При наличии в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев, размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы обеспечить условие:
где szp,szq – вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента соответственно от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта, тс/м²; Rz – расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z, тс/м².
a - коэффициент, принимаемый по табл.1 прилож.2 [1] в зависимости от соотношения сторон η=l/b и ζ=2z/b
2z/b= 2·0,75/2,1=0,71 и l/b =1,33 тогда a=0, 863
Площадь условного фундамента:
bz= Ö Az + a2 - a =2,28м
Расчетное сопротивление грунта слабого слоя:
Производим проверку условия: szp+szq£Rz
1,38<11,93 т.е. расчетное сопротивление грунта больше, чем давление фундамента, значит, увеличение размеров подошвы не требуется, слабый подстилающий слой имеет достаточную прочность.
4.7 Определение осадки фундамента
Определение осадок производим методом послойного суммирования. Расчет производится по формуле:
Читайте также: