Из каких условий определяют размеры подошвы внецентренно нагруженных фундаментов

Обновлено: 18.05.2024

Строй-справка.ру

При проектировании фундамента после назначения глубины его заложения приступают к определению размеров подошвы, которая назначается на основании ограничения давления в основании расчетным сопротивлением грунта по условию (4.9), обеспечивая тем самым выполнение требований второй группы предельных состояний. Если грунтовые условия строительной площадки и тип возводимого здания и сооружения требуют расчета деформаций, то проверяют выполнение условий (4.6) и (4.7), причем расчет осадок выполняют методами послойного суммирования, эквивалентного слоя или линейно-деформируемого слоя конечной толщины. Иногда по результатам расчета осадок требуется уточнять предварительно принятый размер подошвы фундамента.

Центрально-нагруженным считается фундамент, равнодействующая внешних нагрузок которого проходит через центр тяжести его подошвы. Основная трудность при проектировании оснований и фундаментов заключается в том, что размеры фундамента назначают, исходя из расчетного сопротивления грунта основания, в то время как оно является переменной величиной и зависит от размеров подошвы фундаментов первое слагаемое, стоящее в квадратных скобках формулы (4.10), зависит от ширины подошвы фундамента. Это приводит к необходимости выполнять расчет с помощью последовательных приближений.

Назначив глубину заложения фундамента, определяют максимальное расчетное значение внешней нагрузки, действующей на его верхний обрез Non от основного сочетания для расчета оснований по второй группе предельных состояний.

Рассматривая условие статического равновесия фундамента (рис. 5.11), из которого следует, что нагрузка от веса здания JV0n, веса грунта обратной засыпки на обрезах фундамента Л^п и веса самого фундамента N/a должна уравновешиваться средним реактивным давлением по подошве фундамента р, получим

Рис. 5.11. Расчетная схема центрально нагруженного фундамента

Давление по подошве центральнонагру-женных фундаментов считается равномерно распределенным. Однако, как указывалось выше, в реальных условиях контактные напряжения имеют криволинейное очертание по подошве фундамента, поэтому их осреднение оказывается оправданным только для жестких фундаментов, а в некоторых случаях и для фундаментов, имеющих конечную жесткость, Так как не вносит существенных погрешностей в окончательный результат расчета. При проектировании гибких фундаментов следует учитывать криволиней-ность очертания эпюры контактных напряжений, а их осреднение допускается только в предварительных расчетах.

Анализируя формулу (5.1), можно заметить, что до тех пор, пока не найдены размеры фундамента, вес грунта обратной засыпки JV^n, вес фундамента N/й и расчетное сопротивление грунта основания R являются неизвестными величинами. Поэтому в первом приближении принимают R=R0, где JR0 — условное расчетное сопротивление грунта основания, а вес грунта обратной засыпки и вес фундамента зависит от объема параллелепипеда АБВГи удельного веса матери
алов, его составляющих (рис . 5.11).

Рис. 5.13. Блок-схема определения размеров подошвы центрально нагруженного фундамента

Рис. 5.14. Геологический профиль строительной площадки

Запроектировать ленточный фундамент под стену крупноблочного жилого дома, возводимого в г. Уфе, если в уровне спланированной поверхности земли действует расчетная нагрузка АГоп = 580 кН/м. Грунтовые условия и геологический профиль строительной площадки приведены на рис. 5.14. Здание представляет собой бескаркасную конструкцию, имеющую жесткую конструктивную схему высотой Я=38,6 м, длиной L=30,2 м. Расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, равна 15° С. Здание имеет подвал с отметкой пола 2,50 м. Уровень подземных вод находится на отметке — 6,40 м. Угол внутреннего трения грунтов основания

5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 3)

Размеры внецентренно нагруженных фундаментов определяются исходя из условий:

p ≤ R;

(5.50) p_max ≤ 1,2R;

(5.51) p c _max ≤ 1,5R,

(5.52)

где р — среднее давление под подошвой фундамента от нагрузок для расчета оснований по деформациям; p_max — максимальное краевое давление под подошвой фундамента; р c _max — то же, в угловой точке при действии моментов сил в двух направлениях; R — расчетное сопротивление грунта основания.

Максимальное и минимальное давления под краем фундамента мелкого заложения при действии момента сил относительно одной из главных осей инерции площади подошвы определяется по формуле

(5.53)

где N — суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его обрезах, кН; A — площадь подошвы фундамента, м 2 ; М_х — момент сил относительно центра подошвы фундамента, кН·м; y — расстояние от главной оси инерции, перпендикулярной плоскости действия момента сил, до наиболее удаленных точек подошвы фундамента, м; I_x — момент инерции площади подошвы фундамента относительно той же оси, м 4 .

Для прямоугольных фундаментов формула (5.53) приводится к виду

(5.54)

где W_x — момент сопротивления подошвы, м 3 ; e_x = M_x/N — эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента, м; l — размер подошвы фундамента в направлении действия момента, м.

При действии моментов сил относительно обеих главных осей инерции давления в угловых точках подошвы фундамента определяется по формуле

(5.55)

или для прямоугольной подошвы

(5.56)

где М_х, M_y, I_х, I_y, e_x, e_y, x, у — моменты сил, моменты инерции подошвы эксцентриситеты и координаты рассматриваемой точки относительно соответствующих осей; l и b — размеры подошвы фундамента.

Условия (5.50)—(5.52) обычно проверяются для двух сочетаний нагрузок, соответствующих максимальным значениям нормальной силы или момента.

Относительный эксцентриситет вертикальной нагрузки на фундамент ε = е/l рекомендуется ограничивать следующими значениями:

ε_u = 1/10 — для фундаментов под колонны производственных зданий с мостовыми кранами грузоподъемностью 75 т и выше и открытых крановых эстакад с кранами грузоподъемностью более 15 т, для высоких сооружений (трубы, здания башенного типа и т.п.), а также во всех случаях, когда расчетное сопротивление грунтов основания R < 150 кПа;

ε_u = 1/6 — для остальных производственных зданий с мостовыми кранами и открытых крановых эстакад;

ε_u = 1/4 — для бескрановых зданий, а также производственных зданий с подвесным крановым оборудованием.

Форма эпюры контактных давлений под подошвой фундамента зависит от относительного эксцентриситета (рис. 5.25): при ε < 1/6 — трапециевидная (если ε = 1/10, соотношение краевых давлений p_min/p_max = 0,25), при ε = 1/6 — треугольная с нулевой ординатой у менее загруженной грани подошвы, при ε > 1/6 — треугольная с нулевой ординатой в пределах подошвы, т.е. при этом происходит частичный отрыв подошвы.

Рис. 5.25. Эпюры давлений под подошвой фундамента при действии центральной и внецентренной нагрузки

В последнем случае максимальное краевое давление определяется по формуле

(5.57)

где b — ширина подошвы фундамента; l₀ = l /2 – e — длина зоны отрыва подошвы (при ε = 1/4, l₀ = 1,4).

Следует отметить, что при отрыве подошвы крен фундамента нелинейно зависит от момента.

Распределение давлений по подошве фундаментов, имеющих относительное заглубление λ = d/l > 1, рекомендуется находить с учетом бокового отпора грунта, расположенного выше подошвы фундамента. При этом допускается применять расчетную схему основания, характеризуемую коэффициентом постели (коэффициентом жесткости). В этом случае краевые давления под подошвой вычисляются по формуле

(5.58)

где i_d — крен заглубленного фундамента; c_i — коэффициент неравномерного сжатия.

Пример 5.11. Определить размеры фундамента для здания гибкой конструктивной схемы без подвала, если вертикальная нагрузка на верхний обрез фундамента N = 10 МН, момент M = 8 МН·м, глубина заложения d = 2 м. Грунт — песок средней крупности со следующими характеристиками, полученными по испытаниям: е = 0,52; φ_II = 37°; c_II = 4 кПа; γ = 19,2 кН/м 3 . Предельное значение относительного эксцентриситета ε_u = е/l = 1/6.

Решение. По табл. 5.13 R₀ = 500 кПа. Предварительные размеры подошвы фундамента определим исходя из требуемой площади:

м 2 .

Принимаем b · l = 4,2 · 5,4 м ( A = 22,68 м 2 ).

Расчетное сопротивление грунта по формуле (5.29) R = 752 кПа. Максимальное давление под подошвой

кПа < 1,2 R = 900 кПа.

Эксцентриситет вертикальной нагрузки

м,

Таким образом, принятые размеры фундамента удовлетворяют условиям, ограничивающим краевое давление и относительный эксцентриситет нагрузки.

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:

p = N₀/A + d,

(5.39)

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:

A = N₀/(R – d).

(5.40)

Задавшись соотношением сторон подошвы фундамента η = l/b , получим:

b 2 = N₀/[η(R – d)].

(5.41)

Зная размеры фундамента, вычисляют его объем и вес N_f , а также вес грунта на его обрезах N_g и проверяют давление по подошве:

p = (N₀ + N_f + N_g)/(bl) ≤ R.

(5.42)

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 k_z = 1)

(5.43)

Уравнение (5.43) приводится к виду:

для ленточного фундамента

a₀b 2 + a₁b = n₀ = 0;

(5.44)

для прямоугольного фундамента

a₀ηb 3 + a₁ηb 2 – N₀ = 0,

(5.45)

;

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 ( d_b = 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: φ_II = 18°, c_II = 40 кПа, γ_II = γ´_II = 18 кН/м 3 , I_L = 0,45.

Решение. по табл. 5.10 имеем: γ_с1 = 1,2 и γ_с2 = 1,1; по табл. 5.11 при φ_II = 18°; М_γ = 0,43; М_q = 2,73; М_c = 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 ( γ_с2 = 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 ( σ_z = σ_zp + σ_zg ) 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 φ_II = 38°, с_II = 0, γ_II = γ´_II = 18 кН/м 3 , E = 40 МПа; для суглинков φ_II = 19°, с_II = 11 кПа, γ_II = 17 кН/м 3 , E = 17 МПа. Здание — с гибкой конструктивной схемой без подвала ( d_b = 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 γ_c1 = γ_c2 = k = 1 расчетное сопротивление суглинков по формуле (5.29) будет:

R_z = 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 > R_z = 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.

Определение размеров подошвы внецентренно нагруженных фундаментов мелкого заложения. Эпюры давлений под подошвой фундамента.

Внецентренно нагруженным считают фундамент, у которого равно действующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы.

При расчёте 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 по формуле(из сопромата для сжатия с изгибом):

(1)

(2)

где N_II- суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его уступах;

A - площадь подошвы фундамента;

е - эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы;

b - размер подошвы фундамента в плоскости действия момента.

Эпюра давления грунта, рассчитанная по формуле (2), может быть однозначной и двузначной, как это показано на рис.1. Как правило, размер подошвы фундамента стараются подобрать таким образом, чтобы эпюра была однозначной, т.е. чтобы не было отрыва подошвы фундамента от основания. То есть есть должно выполняться условие

В противном случае в зазор между подошвой и грунтом может проникнуть вода, что нежелательно, поскольку это монет привести к ухудшению свойств грунтов основания.

Одновременно среднее давление по подошве фундамента, определяемое как для центрально нагруженного p_II=N_II/A, должно удовлетворять условию

В тех случаях, когда точка приложения равнодействующих внешних сил смещена относительно обеих осей инерции прямоугольной подошвы фундамента, как это показано на рис. 2, давление под её угловыми точками находят по формуле:

(5)

Одновременно проверяются условия (3) и (4).

На практике задачу подбора размеров подошвы внецентренно нагруженного фундамента решают следующим образом. Сначала принимают, что действующая нагрузка приложена центрально, и подбирают соответствующие размеры подошвы из условия (4), а затем уточняют их расчётом на внецентренную нагрузку, добиваясь удовлетворения условий (3),(6) или (7). При этом иногда смещают подошву фундамента в сторону эксцентриситета так, чтобы точка приложения равнодействующей всех сил совпадала с центром тяжести подошвы фундамента (см. рис.2,б).

Еще пример внецентренно нагруженного фундамента мелкого заложения: Жилой дом с подвалом(последний).

39. Возведение заглубленных и подземных сооружений методом «стена в грунте». Технология устройства. Монолитный и сборный варианты.

Конструкции, сооружаемые способом «стена в грунте»: а – котлованы в городских условиях; б – подпорные стенки; в – тоннели; г – противофильтрационные диафрагмы; д – подземные резервуары.

В грунте делаются выработки требуемой формы и конфигурации, заполняемой монолитным или сборным железобетоном.

Резко сокращаются объемы земляных работ, обеспечивается наилучшая сохранность окружающих зданий и сооружений, обеспечиваются наилучшие гидрогеологические условия внутри здания.

Способы устройства классифицируются:

1) по форме стены;

2) свайная или траншейная, сухая или мокрая;

3) по применяемым конструкциям: монолитная, сборная, сборно-монолитная.

Сухой способ применяется в связных грунтах при глубине стены в грунте не более 7м.

При устройстве свайного варианта с целью обеспечения прочности стены бурение осуществляют с применением специальных обсадных труб.

Армирование свай может осуществляться как каждой отдельно, так и одним каркасом на несколько слоев. Работу по устройству стены свайным методом осуществляют захватками, объем которых определяется интенсивностью бетонирования. Способы установки арматуры бетонирования ничем не отличаются от способов устройства набивных свай.

При устройстве стены в грунте траншейным методом применяются машины циклического и непрерывного действия: одноковшовые экскаваторы с удлиненной рукоятью или напорным грейфером, либо штанговые экскаваторы.

Объем принимается в зависимости от интенсивности бетонирования, как правило 50-60 кубов.

При бетонировании стены в грунте с целью экономии бетона, в нем могут устраивать сквозные или замкнутые проемы, заполненные после их образования глинисто-щебеночно-песчаной смесью.

В качестве сборных железобетонных элементов стены в грунте, применяются железобетонные панели на всю высоту стены, шириной от 0,5 до 5м и толщиной от 20 до 120см.

Технология монтажа сборных элементов стены в грунте следующая: по верху траншеи устанавливается воротник из монолитного железобетона. Устанавливается пространственный кондуктор в траншею, опирающийся на воротник. Если после установки панели, верх ее ниже проектной отметки, панель вынимается и вниз траншеи подсыпается щебень. Если верх панели выше проектной отметки, ее несколько раз приподнимают и резко опускают. Соединение панелей друг с другом осуществляется с применением специальных узловых соединений, в которые входят прокатные металлические элементы. После монтажа и соединения панели с последующей, осуществляют засыпку пазух компонажным материалом в виде глинисто-цементно-песчаного раствора, либо глинисто-цементно-щебеночного раствора. В тех случаях, когда с внутренней стороны стенки, будет разрабатываться грунт, пазухи заполняют песчано-гравийной смесью.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Расчет подошвы фундамента

Определение размеров фундамента начинают с определения глубины заложения его подошвы. Глубина заложения подошвы для фундаментов неотапливаемых зданий и сооружений под наружные стены, а также колонн отапливаемых зданий принимается равной не менее глубины промерзания грунта. Глубина заложения внутренних стен и колонн отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грунта и назначается по конструктивным требованиям.

При выборе глубины заложения подошвы фундамента следует учитывать конструктивные требования: наличие подвала, обеспечения глубины заделки колонны и арматуры колонны. Глубина заложения подошвы фундаментов должна быть больше толщины почвенного слоя и не менее 0,5 м от поверхности планировки или низа пола. Назначение высоты фундамента, размеров его ступеней и глубины заделки производится в соответствии с требованиями СП 50-101-2004. Фундаменты делятся на центрально-нагруженные и внецентренно-нагруженные (рис. 7.1 и 7.2).

Определение размеров подошвы центрально-нагруженного фундамента. Размеры подошвы фундамента определяются из условия

N₁ – собственный вес фундамента и вес грунта на его уступах, кН;

А – площадь подошвы фундамента, м 2 ;

R – расчетное сопротивление грунта, кН/м 2 .

Если принять усредненный удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах равным 22 кН/м 3 , тогда площадь фундамента будет равна :

где d₁ – глубина заложения фундамента, м.

Учитывая, что расчетное сопротивление грунта зависит от размеров фундамента, предварительный подбор подошвы ведут по расчетным сопротивлениям R=R₀, принятым из табл. 7.1.

По вычисленной площади подошвы фундамента А определяют размеры его сторон. Для квадратного фундамента размер стороны а=А 0,5 . Полученные размеры подошвы округляют, вычисляют принятую площадь фундамента и производят окончательную проверку давлений по подошве по формуле 7.1 при фактическом значении R.

Рисунок 7.1 – Типы фундаментов : а- центрально-нагруженные; б – внецентренно-нагруженные; 1- колонна, 2 – отдельный фундамент; 3- кирпичная стена, 4 – ленточный фундамент, 5- расчетная полоса

Рисунок 7.2 – К расчету внецентренно-нагруженного фундамента

Таблица 7.1 – Расчетные сопротивления R₀ грунтов для предварительных расчетов

Наименование грунта	R₀, кН/м 2
Пески крупные средней плотности	500
Пески мелкие средней плотности маловлажные	300
Пески мелкие средней плотности влажные и насыщенные водой	200
Пески средней плотности пылеватые маловлажные	250
Супеси (e=0,5 J_L=0)	300
Суглинки (e=0,7 J_L=1)	180
Насыпные грунты	100-250

Примечание: Значения R0 относятся к фундаментам, имеющим ширину b₀=1 м и глубину заложения d₀=2 м

Внецентренно-сжатые фундаменты .Все внешние силы N₁, Q₁, M_1, действующие на фундамент, приводятся к вертикальной силе N, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента и моментам M_x и M_y, действующим на уровне подошвы фундамента (рис. 7.2). При этом расчеты производят на невыгодные комбинации усилий. Давление под подошвой фундамента при действии моментов в двух плоскостях определяется по формуле:

где М_Х и М_Y – моменты внешних сил относительно осей X и Y;

W_X и W_Y – моменты сопротивлений подошвы фундамента относительно тех же осей;

А – площадь подошвы фундамента.

При действии фундамента в одной плоскости М_Y и W_Y принимают равными 0.

Проверка основания фундамента или подбор размеров подошвы производят так, чтобы среднее давление под подошвой не превышало расчетного сопротивления R, т.е.

При этом наибольшее краевое давление при действии изгибающего момента вдоль каждой оси фундамента не должно превышать 1,2R и в угловой точке 1,5R.

Определение площади подошвы фундамента ведут в следующей последовательности По табл. 7.1 в зависимости от наименования грунта определяют R₀. Определяют размеры сторон фундамента и требуемую площадь подошвы по формуле

Обычно для прямоугольных отдельных фундаментов принимают а=(1÷1,6) b. По найденным размерам уточняют значение R и по формуле 7.1 проверяют давление под подошвой фундамента. В случае, если давление фундамента превышает указанные величины, размеры подошвы фундамента корректируют и производят проверку давления заново.

Расчет ленточных фундаментов под кирпичные стены аналогичен расчету отдельных фундаментов, для чего по длине фундамента условно вырезают полосу, равную 1 м, и для нее производят определение размеров по формулам, указанным выше.

Пример:

Принимаем глубину заложения фундамента d₁=d_p=1,8 м. По табл. 7.1 находим предварительно расчетное сопротивление грунта R=R₀=250 кН/м 2 . Тогда требуемая площадь подошвы фундамента по формуле 7.1:

с_II — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

Так как R=514 кН/м 2 в значительной мере отличается от принятых в первом расчете R=250 кН/м 2 , то производим повторный расчет.

Проверяем среднее давление на грунт под подошвой фундамента

Размеры подошвы фундамента достаточны.

1. Жесткую конструктивную схему имеют сооружения, конструкции которых приспособлены к восприятию усилий от деформаций оснований путем применения специальных мероприятий.

Как определить ширину подошвы внецентренно нагруженного фундамента?

Размеры подошвы внецентренно нагруженных фундаментов определяют исходя из условий:

Максимальное и минимальное давления под подошвой внецентренно нагруженного фундамента определяются по формуле

В некоторых случаях вертикальная нагрузка может быть приложена с эксцентриситетами относительно обеих главных осей подошвы фундамента (рис.Ф.10.22). В этом случае краевые давления в угловых точках подошвы определяются из выражения

Рис.Ф.10.22. Внецентренное нагружение фундамента

В формулах для p_max фундамента давление распределяется неравномерно, а вследствие , расчетное сопротивление увеличено соответственно на 20 и 50 %. Это объясняется тем, что под подошвой внецентренно нагруженного большой жесткости фундамента и податливости грунта основания напряжения под более нагруженной частью перераспределяются.

Проектирование свайного фундамента

Проектирование свайных фундаментов производится всоответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85 [8].

Свайный фундамент состоит из свай и ростверка. Свайныефундаменты применяются при слабых грунтах или вследствиетехнико-экономических преимуществ (быстрота производстваработ, экономичность и другие). Для промышленного и гражданского строительства выбираются, в основном, свайныефундаменты с низким ростверком.

Сваей называется стержень, погруженный в готовом видев грунт или изготовленный непосредственно в скважине вгрунтовом массиве. Свая передает нагрузку на основаниекак нижним торцом, так и трением, возникающим по еебоковой поверхности при перемещении.

Верхняя часть сваи называется головой.

Растверкомназывается балка или плита, объединяющая группу свай в единый фундамент. Растверк служит дляраспределения нагрузки, передаваемой сооружением на сваи.

Расчет свайных фундаментов производится по двумгруппам предельных состояний. По первой группе — расчетнесущей способности сваи и проверка прочности свай иростверков. По второй группе — расчет по деформациямсвайных фундаментов.

2.8.1. Выбор типа, длины и сечения свай

Тип свай, их длина, размер поперечного сечения назначаются исходя из конкретных инженерно-геологических условий строительной площадки. При выполнении курсовогопроекта рекомендуется выбирать типовые забивные железобетонные сваи по справочникам, специальному альбому, имеющемуся на кафедре, или согласно табл. 5.7 приложения.

В практике жилищного и промышленного строительстванаиболее часто применяются сваи с сечением 25 х 25 и 30 х 30 см. При назначении длины свай следует иметь в виду, что почти всегда экономически целесообразен фундамент сменьшим числом более длинных свай, чем фундамент сбольшим числом коротких свай.

Длина сваи определяется глубиной залегания несущегослоя грунта и отметкой заложения подошвы ростверка.

Нижний конец сваи рекомендуется заглублять в несущийслой грунта на 1÷1,5 м. (Рис. 4.8).

2.8.2. Предварительное определение глубины заложенияи толщины плиты ростверка

При назначении глубины заложения подошвы свайногоростверка необходимо учитывать вид и состояние грунтовстроительной площадки, положение уровня грунтовых вод, конструктивные особенности сооружения (например, наличие подвала и т.д.).

Глубина заложения свайного ростверка в непучиниетыхгрунтах назначается независимо от глубины промерзания(не менее 0,5 м от поверхности планировки), в пучинистыхгрунтах — ниже расчетной глубины промерзания не менеечем на 0,25 м.

В промышленных и гражданских зданиях обрез ростверкапринимается на I5. 20 см ниже уровня отметки пола. Толщина ростверка должна быть не менее 40 см. Окончательная еготолщина определяется проверочным расчетом на изгиб илина продавливание головами свай. Величина заделки головы

железобетонной сваи в ростверке составляет:

а) при отсутствии горизонтальных нагрузок на фундамент — не менее 5. 10 см. При этом заделка выпусков арматуры в ростверк необязательна;

б) при наличии горизонтальных нагрузок на фундамент-

не менее поперечного сечения сваи или на 5. 10 см с обязательным выпуском в ростверк арматуры периодическогопрофиля на длину 25 ее диаметров.

2.8.3. Определение расчетного сопротивления сваи (Расчет свайного фундамента по I группе предельный состояний)

Расчетное сопротивление сваи (допустимая нагрузка на сваю) определяется по прочности материала и прочности грунта. Для дальнейших расчетов принимается меньшее полученное как правило, значение. Расчета висячих свай по материалу, как правило не требуется, так как его результат обычно больше, чем по грунту [5].

Расчетное сопротивление висячей сваи по грунту определяем по формуле:

В качестве примера на рис. 4.9 дана расчетная схема дляопределения расчетного сопротивления сваи.

Примечания. 1. В случаях, когда значения R указаны дробью, числитель относится к пескам, знаменатель — к пылевато-глинистымгрунтам.

2. Для плотных песков значения R увеличивается на 60%, но неболее, чем до R=20 МПа.

По табл. 4.11 определяют fiв зависимости от величины ziи характеристик грунтов:

По табл. 4.10 определяют R, в зависимости от zoи характеристик грунта. Полученные значения подставляют в формулу (4.24) и вычисляют F. Определяют количество свай:

Полученное количество округляют до целого числа свай в кусте, удобного для размещения и забивки — nс.ф.

При необходимости изменяют количество свай, принимая их других размеров, что ведет к увеличению или уменьшению F.

После определения числа свай производят размещение их в плите рядами или в шахматном порядке. Размещая сваи по площади ростверка, необходимо стремиться к сокращению его размеров дo конструктивного минимума. Это достигается правильным выбором порядка размещения и установлением минимальных (не менее 3d; d — поперечный размер сваи) расстояний между осями свай. Под ленточными ростверками (фундаменты под стены) сваи рекомендуется располагать в

один или два ряда (рис. 4.9).

При определении размеров ростверка расстояние от оси крайнего ряда свай до края плиты принимают равным не менее 0,7 d.

После размещения свай и конструирования ростверка (рис. 4.10) находят фактический вес ростверка и грунта на его уступах Nф, определяют фактическое давление на каждую сваю Рф.

Для центрально нагруженного свайного фундамента проверяют условие:

Для внецентренно нагруженного свайного фундамента:

гдеy —расстояние от центра тяжести свайного поля до ряда свай, в котором определяется давление на сваю, м;

yi— расстояние отдельного ряда свай относительно центрасвайного поля.

При этом расчетная нагрузка на одну сваю не должнаотклоняться от ее несущей способности F более чем на10–15%.

Если условие проверки выполняется, то расчет несущейспособности свайного фундамента считается законченным.

В противном случае необходимо изменить длину свай илиих число в фундаменте и повторить расчет.

2.8.4. Проверка давления в основании свайного фундаментакак условно - массивного

(Расчет свайного фундамента по II группе предельных состояний)

При расчете осадок свайный фундамент принимают условно как массивный с подошвой, расположенной на уровнеконцов свай (рис. 4.9). Перед определением осадки проверяют прочность основания фундамента в уровне острия сваи.

та в пределах соответствующих участков сваи h1, h2. hn;

Определяют ширину byдлину lyи площадь Ayусловногофундамента 1, 2, 3, 4.

Например, согласно рис. 4.9,

Расчетом проверяют условие

Aу— площадь подошвы условного массива, м;

R — расчетное сопротивление грунта основания условного

фундамента в уровне острия сваи, кПа (см. формулу (4.8) при d1=zo; b=by).

NУII — вес условного фундамента в объеме свайно-грунтового

2.8.5. Расчет свайного фундамента по деформациям

Расчет осадок свайных фундаментов и их оснований производится следующими методами:

1. Методом послойного суммирования (метод СНиП2.02.01-83*).

2. Методом, рекомендованным [8] для расчета ленточныхсвайных фундаментов.

Студент, в зависимости от наличия в его распоряжениилитературы, может выполнять расчеты любым методом.

Комплексный пример расчета свайного фундамента данв учебном пособии [6, с. I72–177].

2.9 Технико-экономическое сравнение вариантовфундамента и выбор основного варианта

Расчет стоимости возведения фундамента рекомендуетсяпроизводить на основе сборников единых районных единичных расценок применительно к району проживания студента. При отсутствии таковых можно пользоваться приведенными в приложении (табл. 5.8) укрупненными расценками [3].

Определение стоимости фундамента по каждому варианту целесообразно вести в табличной форме.

2.10 Указания по производству работ и техникебезопасности (для основного варианта)

В курсовом проекте должны быть рассмотрены следующие вопросы : устройство траншей и котлованов под фундаменты с разработкой систем креплений (в необходимых случаях); системы водопонижения и водоотлива; производствоземляных работ; выбор сваебойного оборудования и расчетотказа сваи; организация работ по устройству монолитныхили сборных фундаментов; техника безопасности.

Указания по производству работ и технике безопасностидолжны быть подкреплены в необходимых случаях цифрами, сравнениями, эскизами, расчетами и ссылками на литературу.

Тесты контроля самостоятельной работы студента

по дисциплине «Основания и фундаменты» направление «Строительство» профиль «Промышленное и гражданское строительство»

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Ф.10.22. Как определить ширину подошвы внецентренно нагруженного фундамента?

Размеры подошвы внецентренно нагруженных фундаментов определяют исходя из условий:

где p - среднее давление под подошвой фундамента, определяемое как ; - максимальное краевое давление под подошвой фундамента; - то же, в угловой точке при действии моментов в двух направлениях; R - расчетное сопротивление грунта основания.

где N - суммарная вертикальная нагрузка на основание включая вес фундамента и грунта на его обрезах; А- площадь подошвы фундамента; W - момент сопротивления площади подошвы фундамента.

где и - моменты сил относительно главных осей; W_x и W_y - моменты сопротивления относительно главных осей.

Рис.Ф.10.22. Внецентренное нагружение фундамента

Строй-справка.ру

Внецентренно нагруженным называют фундамент, равнодействующая всех внешних нагрузок которого не проходит через центр тяжести площади подошвы.
При внецентренном приложении внешней нагрузки эпюра контактных давлений по подошве не будет равномерной, как в случае центрального ее приложения. Очертание эпюры реактивных напряг жений по подошве фундамента будет зависеть от эксцентриситета равнодействующей внешней нагрузки. При действии внецентренной нагрузки в пределах ядра сечения (для прямоугольного фундамента это симметричная область размером в центре подошвы фундамента) реактивные напряжения под подошвой фундамента распределяются по трапецеидальной эпюре (рис. 5.15, а), если равнодействующая приложена на границе ядра сечения — по треугольной (рис. 5.15, б), если за пределами ядра сечения, то эпюра контактных напряжений должна быть двузначной (рис. 5.15, в), однако так как грунты оснований не могут воспринимать растягивающие усилия, то в данном случае произойдет отрыв подошвы фундамента от поверхности грунта на участке действия растягивающих усилий.

В общем случае на внецентренно нагруженный фундамент действуют следующие нагрузки: в уровне спланированной отметки земли, полученные в результате сбора нагрузок, действующих на надземную часть здания. Кроме того, необходимо учесть вес самого фундамента Ищ, а также момент от обратной засыпки пазух и активного давления грунта на фундамент, как на подпорную стенку.

Рис. 5.15. Эпюры контактных напряжений при внецентренном нагружении

Рис. 5.16. Расчетная схема внецентренно нагруженного фундамента

Рис. 5.17. Расчетная схема к определению горизонтального давления на стену подвала

Иногда равнодействующая внешних нагрузок приложена к фундаментам с эксцентриситетами относительно обеих главных осей инерции площади подошвы (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Внецентренное загружение фундамента относительно двух главных осей инерции

Рис. 5.19. Применение несимметричного фундамента: а — с наклонной подошвой; 6— с плоской подошвой

В некоторых случаях, особенно при появлении в основании растягивающих напряжений, приводящих к отрыву подошвы или необходимости выравнивания краевых давлений под подошвой фундамента, для предотвращения развития значительных кренов его проектируют несимметричным, размещая центр тяжести площади подошвы как можно ближе к точке приложения равнодействующих (рис. 5.19).

Алгоритм решения задачи о подборе размеров внецентренно нагруженного фундамента при расчете по второй группе предельных состояний приведен ниже.

1. Ввод исходных данных о действующих нагрузках. Топ и характеристиках грунтов оснований (р„, ся, р, ps, w, wp, w, глубине заложения фундамента d, типе здания, длине и особенностях конструктивной схемы.
2. Вычисление характеристик е, IL и у для всех слоев грунтов, слагающих основание.
3. Проверка условия, определялись ли

Читайте также: