Определение размера обреза фундамента
Обновлено: 17.05.2024
Определение размеров отдельно стоящего фундамента
Определение размеров подошвы фундамента осуществляется последовательными приближениями.
Вначале по таблице 42 или 43 определяют расчетное сопротивление грунта R0 для того слоя грунта, на который опирается фундамент.
Затем вычисляются ориентировочные размеры подошвы фундамента, как центрально загруженного, по формуле
где А – площадь подошвы фундамента, м;
NII – сумма вертикальных нагрузок, действующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его уступах (обрезах), и определяемых для случая расчета основания по деформациям, кН;
R0 –расчетное сопротивление грунта основания, кПа;
– средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах, кН/м 3 , равный 20-23 для зданий без подвалов или для зданий с подвалом с обеих сторон от фундамента и - 16-19 при наличии подвала с одной стороны от фундамента;
d – глубина заложения фундамента, м.
В сумму вертикальных нагрузок NII, действующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его уступах (обрезах), входят:
- вертикальная нагрузка на обрез фундамента NоII, получаемая из статического расчета надфундаментных конструкций;
- при опирании на фундамент фундаментных балок – вертикальные нагрузки от веса фундаментных балок и веса конструкций, опирающихся на фундаментные балки;
- прочие вертикальные нагрузки – от конструктивных элементов здания, опирающихся на фундамент, но не учтенных в статическом расчете, например, нагрузки от фахверковых колонн и т.п.
По полученному размеру площади назначают ширину и длину подошвы фундамента и конструируют, в первом приближении, тело фундамента в соответствии с указаниями п. 5.5. После этого, согласно принятым размерам, определяют расчетное сопротивление грунта R по формуле (15), находят вес фундамента и грунта на его уступах и вычисляют среднее давление по подошве фундамента по выражению
где NfII – расчетный, по второй группе предельных состояний, вес фундамента, кН;
NgII – то же вес грунта на уступах фундамента, кН;
l – длина подошвы фундамента, м;
b – ширина подошвы фундамента, м.
Свод правил [4] рекомендует давление по подошве фундамента вычислять по формуле
где gmt – средневзвешенное значение удельных весов тела фундамента, грунта и пола, расположенных над подошвой фундамента; принимают равным 20 кН/м 3 ;
d – глубина заложения фундамента, м.
При наличии на полах сплошной равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q средние давления по подошве фундамента, вычисленные по формуле (59) или (60), должны быть увеличены в соответствие с п. 7.2.
Далее проверяется выполнение условия (55). С первого приближения практически никогда не удается получить выполнения требуемого условия. Поэтому делают следующие приближения – ступенями увеличивают (при pII > R) или уменьшают (при pII << R) размеры подошвы фундамента, корректируют конструкцию фундамента, повторно находят вес фундамента и грунта на его уступах, вычисляют среднее давление по подошве фундамента и расчетное сопротивление грунта основания R и проверяют выполнение условия (55).
В результате последовательных приближений необходимо добиться того, чтобы pII стало меньше R и расхождение между ними не превышало 5% (в курсовом проектировании не более 10%).
Для центрально нагруженного фундамента определение его размеров на этом можно считать законченным.
Для внецентренно нагруженного фундамента для различных сочетаний нагрузок находят краевые давления по подошве и, корректируя размеры подошвы фундамента, добиваются выполнения условий по ограничению эксцентриситета равнодействующей в соответствии с п. 7.2.
Краевые давления рII, кПа, определяют по формулам:
при относительном эксцентриситете е / l £ 1/6
или по своду правил [4]
при относительном эксцентриситете е / l > 1/6
или по своду правил [4]
где NII - сумма вертикальных нагрузок, действующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его обрезах, и определяемых для случая расчета основания по деформациям, кН;,
NfII – расчетный, по второй группе предельных состояний, вес фундамента, кН;
NgII – то же вес грунта на уступах фундамента, кН;
A - площадь подошвы фундамента, м 2 ;
gmt - средневзвешенное значение удельных весов тела фундамента, грунта и пола, расположенных над подошвой фундамента; принимают равным 20 кН/м 3 ;
d - глубина заложения фундамента, м;
MII - момент от всех нагрузок, действующий по подошве фундамента, найденный с учетом заглубления фундамента в грунте и перераспределяющего влияния верхних конструкций или без этого учета, кН·м;
W - момент сопротивления площади подошвы фундамента, м 3 ;
C0 - расстояние от точки приложения равнодействующей до края фундамента по его оси, м, определяемое по формуле
e - эксцентриситет равнодействующей нагрузки по подошве фундамента, м, определяемый по формуле
При наличии моментов Mx и My, действующих в двух направлениях, параллельных осям х и у прямоугольного фундамента, наибольшее давление в угловой точке pmax, кПа, определяют по формуле
где NII, A, gmt, W - то же, что и в формуле (61).
Покажем на примере, как определяется расчетный момент в уровне подошвы фундамента. Нагрузки к фундаменту и точки их приложения показаны на рисунке 45. Сам фундамент условно не показан.
Расчетный момент MIIx относительно главной оси x подошвы фундамента, действующий в плоскости подошвы фундамента (рисунок 45), определяется по формуле
где МoxII – расчетный момент относительно главной оси x сечения конструкции, опирающейся на фундамент, действующий по обрезу фундамента, кН×м;
QоyII – расчетное значение горизонтальной силы на обрезе фундамента по направлению оси y, кН (может обозначаться Fоhy);
hp – высота фундамента, м;
NoII – расчетная, по второй группе предельных состояний, нагрузка по обрезу фундамента, кН, проходящая через центр тяжести сечения конструкции, опирающейся на фундамент;
NfII – вес фундамента, кН, представленный в виде сосредоточенной силы, направленной вертикально вниз, проходящей через центр тяжести фундамента;
еfу(х) – эксцентриситет силы NfII относительно главной оси x(y) подошвы фундамента;
NgII – вес грунта на уступах фундамента, кН, представленный в виде сосредоточенной силы, направленной вертикально вниз, проходящей через центр тяжести грунта, расположенного на уступах фундамента;
еgу(х) – эксцентриситет силы NgII относительно главной оси x(y) подошвы фундамента.
Если на фундамент опираются фундаментные балки или другие конструкции, не показанные на рисунке 45, то необходимо соответствующим образом учитывать и моменты, возникающие в уровне подошвы фундамента, и от этих конструкций.
Аналогичным образом вычисляется и момент MIIу относительно главной оси у подошвы фундамента.
Если в результате расчетов при принятой глубине заложения фундамента размеры его подошвы получаются чрезмерно большими, рекомендуется увеличить глубину заложения, с учетом инженерно-геологических условий площадки, и повторить подбор размеров фундамента.
Пример 8.Для инженерно-геологических условий, представленных в примере 5 на рисунке 23 подобрать габариты и назначить конструкцию фундамента под колонну крайнего ряда производственного корпуса, грузоподъемность мостовых кранов 20 т.
Дано.Отношение длины сооружения к высоте L/H = 6. Длина пролета 24 м. Глубина заложения фундамента от планировочной отметки d1 = 2,2 м, высота фундамента hf = 2,1 м (рисунок 46). Размер подколонника в плане 1,2´1,2 м.
По обрезу фундамента действуют нагрузки (рисунок 47):
На пол в I - м и II - м квадрантах действует нагрузка q = 25 кПа.
Для опирания фундаментных балок у фундаментов крайнего ряда колонн предусматриваем две столбчатые набетонки.При шаге колонн 6 м и подколоннике размером 1,2´1,2 мпринимаем фундаментную балку 1БФ6-5. На каждую набетонку действует вертикальная нагрузка NсII = 16 кН (с учетом собственного веса фундаментных балок) для расчета по второй группе предельных состояний. Эксцентриситет данной нагрузки относительно центра тяжести сечения подколонника ес =-0,4 м.
Решение.Для супеси с коэффициентом пористости е = 0,642 и показателем текучести (показателем консистенции) IL = 0,3 по таблице 43 интерполяцией находим R0 = 234,5 кПа.
Назначаем = 22 кН/м 3 и вычисляем ориентировочные размеры подошвы фундамента, как центрально загруженного, по формуле (58) для максимальной вертикальной силы (первая комбинация нагрузок)
В первом приближении принимаем h = l / b = 1,4.
Находим ширину подошвы фундамента
2,17 м, принимаем b = 2,4 м.
По таблице 15 для супеси с IL = 0,3 при L/H = 6 gc1 = 1,2, gc2 = 1,0.
При b < 10 м kz = 1.
Осредненный удельный вес грунта под подошвой фундамента вычисляется в пределах 0,5b = 0,5·2,4 = 1,2 м. Для песка пылеватого, расположенной ниже уровня грунтовых вод, при определении удельного веса учитываем взвешивающее действие воды по формуле
= 19 кН/м 3 (для слоя №1 – супеси).
Глубина заложения от уровня планировки d1 = 2,2 м, т.к. подвала нет db = 0.
Расчетное сопротивление грунта вычисляем по формуле (15)
Корректируем ориентировочные размеры подошвы фундамента по формуле (58), заменив R0 на фактическое расчетное сопротивление грунта
Находим ширину и длину подошвы фундамента
1,7 м, принимаем b = 1,8 м;
l = h×b = 1,4×1,8 = 2,52 м, принимаем l = 2,7 м.
Осредненный удельный вес грунта под подошвой фундамента вычисляется в пределах 0,5b = 0,5·1,8 = 0,9 м.
= 19 кН/м 3 (для слоя №1 – супеси).
Расчетное сопротивление грунта при b = 1,8 м
В соответствие с п. 7.2 определяем дополнительные давления под подошвой фундамента от нагрузки приложенной на пол здания q = 25 кПа.
Равнодействующая нагрузки q = 25 кПа в пределах подошвы фундамента равна NqII = (q×l×b) / 2 = 25×2,7×1,8 / 2 = 60,8 кН, приложена с эксцентриситетом относительно центра тяжести сечения подколонника равным еq = (l/2)/2 = 2,7/4 = 0,675 м;
Дополнительное давление от полосовой нагрузки q = 25 кПа, приложенной вне пределов подошвы фундамента (рисунок 48) вычислим для трех точек подошвы фундамента:
1) для наиболее удаленной от полосовой нагрузки краевой точки, находящейся на расстоянии от оси полосы, равном y1 = L + l / 2;
2) для осевой точки y2 = L;
3) для наиболее близкой краевой точки y3 = L - l / 2.
Определим размеры b0 и L.
b0 = 24 - l = 24 – 2,7 = 21,3 м (здесь 24 м – пролет здания).
L = 24 / 2 = 12 м.
Таким образом, y1 = L + l / 2 = =12 + 2,7 / 2 = 13,35 м; y2 =L =12 м; y3 = L - l / 2 = 12 - 2,7 / 2 = 10,65 м.
Давление в указанных точках находим для глубины z = d = 2,25 м, равной глубине заложения фундамента от отметки ±0,000.
Давления определяются через коэффициент kq, найденный по таблице 40.
Подсчет дополнительных давлений приведен в таблице 44. Анализ величин kq×q в таблице 44 показывает, что форма эпюры дополнительных давлений для рассматриваемого случая близка к трапеции, поэтому среднее дополнительное давление по подошве фундамента от полосовой нагрузки q = 25 кПа вычисляем по формуле
| № точки | y, м | y / b0 | При z / b0=0,106 |
| kq | kq×q, кПа | ||
| L + l / 2=13,35 | 0,627 | 0,257 | 6,43 |
| L =12 | 0,564 | 0,377 | 9,43 |
| L - l / 2=10,65 | 0,5 | 0,5 | 12,5 |
Находим сумму вертикальных нагрузок, действующих на основание с учетом нагрузки на пол, кроме веса фундамента и грунта на его обрезах
Вычисляем по формуле (60) средние давления по подошве фундамента
Проверяем выполнение условия (55).
рII = 319,47 кПа < R = 348 кПа,
расхождение составляет 8,93 %.
Проверку краевых давлений для первой комбинации выполняем для двух расчетных ситуаций – с нагрузкой на полу и без нагрузки.
Первая расчетная ситуация – на полу нагрузка q = 25 кПа.
Вычисляем момент MII в уровне подошвы фундамента
Эксцентриситет равнодействующей нагрузки по подошве фундамента определяем по формуле
Таким образом, е = 0,134 м < l / 6 = 2,7 / 6 = 0,45 м.
Вторая расчетная ситуация – на полу нагрузки нет.
Вычисляем момент MII в уровне подошвы фундамента
Эксцентриситет равнодействующей нагрузки по подошве фундамента определяем по формуле
Таким образом, е = 0,136 м < l / 6 = 2,7 / 6 = 0,45 м.
В обоих случаях е < l / 6, следовательно, требование по форме эпюры давлений по подошве фундамента для здания с мостовыми кранами грузоподъемностью 20 т удовлетворено – отрыва подошвы фундамента от основания не происходит и давления по подошве фундамента можно вычислять по формулам (61) и (62).
Краевые максимальные давления вычисляем по формуле (62):
для первой расчетной ситуации
= = 415 кПа < 1,2R = 418 кПа;
для второй расчетной ситуации
= = 371 кПа < 1,2R = 418 кПа.
Выполняем проверку для второй комбинации нагрузок по обрезу фундамента N0II = 800 кН, М0II = -240 кН×м, Q0II = -24 кН.
Первая расчетная ситуация – на полу нагрузка q = 25 кПа.
Вычисляем момент MII в уровне подошвы фундамента
Эксцентриситет равнодействующей нагрузки по подошве фундамента (по абсолютной величине) определяем по формуле
Таким образом, е = 0,237 м < l / 6 = 2,7 / 6 = 0,45 м.
Вторая расчетная ситуация – на полу нагрузки нет.
Вычисляем момент MII в уровне подошвы фундамента
Эксцентриситет равнодействующей нагрузки по подошве фундамента (по абсолютной величине) определяем по формуле
Таким образом, е = 0,29 м < l / 6 = 2,7 / 6 = 0,45 м.
В обоих случаях е < l / 6, следовательно, требование по форме эпюры давлений по подошве фундамента для здания с мостовыми кранами грузоподъемностью 20 т удовлетворено – отрыва подошвы фундамента от основания не происходит и давления по подошве фундамента можно вычислять по формулам (61) и (62).
Краевые максимальные давления вычисляем по формуле (62):
для первой расчетной ситуации
= = 354 кПа < 1,2R = 418 кПа;
для второй расчетной ситуации
= = 354 кПа < 1,2R = 418 кПа.
Конструкция фундамента изображена на рисунке 49, размеры набетонок на рисунке условно не показаны.
6.1. РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ ПОД КОЛОННЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Размеры подошвы и глубина заложения фундаментов определяются расчетом основания, приведенным в гл. 5. Расчет конструкции фундамента (плитной части и подколонника) производится по прочности и раскрытию трещин и включает: проверку на продавливание и на «обратный» момент, определение сечений арматуры и ширины раскрытия трещин, а также расчет прочности поперечного сечения подколонника.
Исходными данными для расчета являются: размеры подошвы плитной части; глубина заложения и высота фундамента; площадь сечения подколонника; сочетания расчетных и нормативных нагрузок от колонны на уровне обреза фундамента.
Расчет фундаментов по прочности и раскрытию трещин производится на основное и особое сочетания нагрузок. При расчете фундамента по прочности расчетные усилия и моменты принимаются с коэффициентом надежности по нагрузке по указаниям действующих СНиП, а при расчете по раскрытию трещин — с коэффициентом надежности по нагрузке, равным единице.
При проверке прочности плитной части фундамента на обратный момент необходимо учитывать нагрузки от складируемого на полу материала и оборудования.
При расчете фундаментов по прочности и по раскрытию трещин возникающие в них усилия от температурных и им подобных деформаций принимаются изменяющимися по вертикали от полного их значения на уровне обреза фундамента до половинного значения на уровне подошвы фундамента.
Расчетные характеристики бетона и стали приведены в гл. 4 и принимаются с учетом соответствующих коэффициентов условий работы [5, 9].
6.1.2. Расчет фундаментов на продавливание
Расчет на продавливание производится из условия, чтобы действующие усилия были восприняты бетонным сечением фундамента без установки поперечной арматуры: при монолитном сопряжении колонны с плитной частью — от верха последней (рис. 6.1, а), при монолитном сопряжении подколонника с плитной частью независимо от вида соединения колонны с подколонником (монолитные или стаканные) при расстоянии от верха плитной части до низа колонны H1 ≥ (buc – bc)/2 — от верха плитной части (рис. 6.1, б), а при меньшем H1 — от низа колонны (рис. 6.1, в).
Проверка выполнения этого условия производится в обоих направлениях [8].
Руководство по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения) Руководство по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений промышленных предприятий СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкцииПри расчете фундамента на продавливание определяется минимальная высота плитной части h и назначаются число и размеры ее ступеней или проверяется несущая способность плитной части при заданной ее конфигурации. При расчете на продавливание от верха плитной части принимается, что продавливание фундамента при центральном нагружении происходит по боковым поверхностям пирамиды, стороны которой наклонены под углом 45° к горизонтали (см. рис. 6.1).
Квадратный фундамент рассчитывается на продавливание из условия
F ≤ kRbtbah0
где F — расчетная продавливающая сила; k — коэффициент, принимаемый равным 1; Rbt — расчетное сопротивление бетона на растяжение; ba — среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания, образующейся в пределах рабочей высоты сечения h0 , (расстояния от верха плитной части до середины арматуры).
5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 3)
Размеры внецентренно нагруженных фундаментов определяются исходя из условий:
p ≤ R;
где р — среднее давление под подошвой фундамента от нагрузок для расчета оснований по деформациям; pmax — 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
где N — суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его обрезах, кН; A — площадь подошвы фундамента, м 2 ; Мх — 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; Ix — момент инерции площади подошвы фундамента относительно той же оси, м 4 .
Для прямоугольных фундаментов формула (5.53) приводится к виду
где Wx — момент сопротивления подошвы, м 3 ; ex = Mx/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
или для прямоугольной подошвы
где Мх, My, Iх, Iy, ex, ey, 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:
εu = 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;
εu = 1/6 — для остальных производственных зданий с мостовыми кранами и открытых крановых эстакад;
εu = 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 pmin/pmax = 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.
В последнем случае максимальное краевое давление определяется по формуле
,
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
,
где id — крен заглубленного фундамента; ci — 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; φII = 37°; cII = 4 кПа; γ = 19,2 кН/м 3 . Предельное значение относительного эксцентриситета εu = 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.
Н.С. СОЛОМЕНЦЕВА
Настоящие методические указания содержат рекомендации и числовые примеры по проектированию фундаментов промежуточных опор мелкого заложения.
Указания разработаны на кафедре мостов и транспортных тоннелей МАДИ и предназначены для студентов специальностей 291000 "Мосты и транспортные тоннели" и 291000 "Строительство автомобильных дорог и аэродромов", занимающихся курсовым проектированием по дисциплине "Основания и фундаменты".
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФУНДАМЕНТАХ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
Промежуточные опоры на фундаментах мелкого заложения широко используются в мостостроении. Их закладывают на грунтах, обладающих достаточной несущей способностью и залегающих неглубоко от поверхности земли.
Не следует опирать фундаменты на просадочные и заторфованные грунты, а также на глины и суглинки с показателем текучести J > 0,6.
Характерной особенностью фундаментов мелкого заложения является передача нагрузок от надфундаментной части опоры только через подошву фундамента. Боковая поверхность в работе не участвует из-за невозможности, как правило, обеспечить засыпку пазух между боковыми поверхностями фундамента и котлована грунтом с плотностью равной природной.
Фундаменты мелкого заложения сооружают в открытых котлованах глубиной не более 6 м.
По конструкции фундаменты мелкого заложения могут быть жесткими, в нижней части которых не возникает растягивающих напряжений, или гибкими, в плитной части которых возникают деформации изгиба, что требует применения арматуры.
Глубину заложения фундаментов назначают в зависимости от инженерно-геологических условий и выбора несущего слоя грунта. При этом учитывают следующие требования о минимальных глубинах заложения подошвы фундамента:
при грунтах, подверженных морозному пучению (т.е. во всех случаях, кроме скальных, гравелистых и крупнообломочных грунтов) на 0,25 м ниже глубины промерзания;
при грунтах, подверженных размыву на 2,5 м ниже поверхности грунта после размыва;
при скальных грунтах на 0,25 м;
при любых грунтах, кроме скальных, при отсутствии размыва - 1,0 м, считая от дневной поверхности или дна водотока.
К недостаткам фундаментов мелкого заложения относят большой объем земляных работ, значительную потребность в ручном труде и серьезное нарушение окружающей среды.
2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОПОРЫ
К расчету фундамента приступают после назначения размеров опоры и определения усилий от всех нагрузок (вес пролетного строения, вес опоры, вес грунта на обрезах фундамента, временные вертикальные и горизонтальные нагрузки).
Прежде всего определяют размеры в уровне верха подферменной площадки из условия размещения опорных частей, передающих давление от пролетного строения на опору.
При назначении размера тела опоры непосредственно под подферменной площадкой (или ригелем) учитывают, что минимальный карнизный свес подферменника над телом опоры составляет 10 см.
Грани опоры до обреза фундамента для массивных опор могут быть наклонными (уклон 1:30 - 1:50) или, как в современных опорах, вертикальными.
Возможен также вариант облегченных опор с консольным ригелем (консоли по 2,0-2,5 м). При большой высоте опор верхнюю часть их до уровня высоких вод можно выполнять в виде столбчатой конструкции. Ригель в таких опорах чаще делают в плане прямоугольного очертания.
Обрезы фундаментов мелкого заложения русловых опор обычно располагают ниже уровня межени на 0,5 м, а пойменных опор - на уровне поверхности грунта после размыва.
Об условиях назначения отметки подошвы фундамента изложено в п. 1.
Далее излагаются последовательность и необходимые расчеты предварительного назначения размеров промежуточной опоры.
Из рис. 1 видно, что для определения размеров подферменной площадки А и В необходимо рассчитать только размер плиты опорных частей В, все остальные размеры задают из конструктивных соображений:
для отвода воды попадающей на подферменную площадку, верхней ее поверхности придают уклоны, называемые сливами; сливы делают с уклоном не положе 1:10;
высоту подферменников (площадок, на которых располагаются нижние плиты опорных частей или просто опорные плиты в случае использования резиновых опорных частей) принимают равной высоте слива плюс 3-5 см;
Рис 1. Схема подферменной площадки
расстояние с от грани плиты опорной части до края подферменника принимают равным 15-20 см;
расстояние t от края подферменника до грани опоры назначают в зависимости от длины пролетного строения:
при пролетах до 30 м - не менее 15 см,
при пролетах от 30 до 100 м - не менее 25 см;
при пролетах более 100 м - не менее 35 см;
зазор между торцами пролетных строений можно принять равным 5-10 см;
расстояние от оси опирания балки пролетного строения до ее торца берут из проекта пролетного строения;
расстояние от края подферменной плиты до грани опоры принимают равным 10-15 см.
Тогда ширина подферменной плиты по фасаду моста равна
Размер подферменной плиты поперек моста для случая массивной опоры с закругленной подферменной плитой равен
В = В кр + b + 2 с + А .
Для случая облегченных опор размер ригеля прямоугольного очертания поперек моста равен
В = В кр + b + 2 с + 2×0,5,
где В кр - расстояние между осями крайних балок,
0,5 м - минимальное расстояние от края подферменника до края ригеля поперек моста.
Размер плиты опорной части b × b вычисляют в зависимости от максимального значения давления балки R max и расчетного сопротивления бетона R b подферменника по формуле
где R покр.пр.ч - реакция балки от веса покрытия проезжей части, от расчетных нагрузок;
R вес балки - реакция от собственного веса балки, от расчетных нагрузок;
R вp max - наибольшая реакция в балке от временных нагрузок ( R вр от А-11 плюс R вр от толпы или от НК-80).
Опорную реакцию в балке определяют путем загружения линии влияния опорного давления расчетными постоянными и временными нагрузками (рис. 2).
Рис. 2. Схема загружают линии влияния опорной реакции постоянной и временной нагрузками
Коэффициенты поперечной установки приближенно можно определить по методу внецентренного сжатия (рис. 3).
Рис. 3. Схема загружения временной нагрузкой линии влияния давления на крайнюю балку для определения коэффициентов поперечной установки по методу внецентренного сжатия
Динамический коэффициент для железобетонных балочных пролетных строений для нагрузки А- II равен
Динамический коэффициент для нагрузки НК-80 равен
Р - вес оси тележки нагрузки А-11 (11 тс);
КПУ тележ , КПУ полос , КПУ НК-80 , КПУ толпы - коэффициенты поперечной установки для нагрузок соответственно А-11 - тележки и полосовой, НК-80 и толпы;
gi - погонная нагрузка на балку от веса слоев покрытия проезжей части;
g с.в. - погонная нагрузка от собственного веса балки;
g экв - эквивалентная нагрузка для НК-80.
Суммируя реакции от постоянных и наибольшей временной нагрузок, получаем максимальное значение опорной реакции.
На конкретном примере рассмотрим эскизное проектирование промежуточной опоры.
Запроектировать эскизный чертеж промежуточной опоры под пролетные строения длиною 24 м из шести цельноперевозимых железобетонных предварительно напряженных балок. Габарит моста Г-10 включает две полосы движения по 3,5 м, полосы безопасности по 1,5 м. Тротуары приняты по 1 м. Расчетный пролет балок - 23,4 м. Расчетные нагрузки - A-11 и НК-80. Расстояние между осями балок - 2,1 м. Полная ширина пролетного строения
В = 10,00 + 2×0,4 + 2×1,0 + 2×0,2 = 13,2 м.
Компоновочная схема приведена на рис. 3.
Рассчитаем r max для балки длиною 24 м.
Вес покрытия проезжей части на 1 м 2 :
нормативная нагрузка - 0,07×2,3×10=1,61 кПа (0,161 тс/м 2 ),
расчетная нагрузка - 1,61×1,5=2,42 кПа (0,242 тс/ м 2 );
нормативная нагрузка - 0,04×2,5×10 = 1,0 кПа (0,1 тс/м 2 ),
расчетная нагрузка - 1,0×1,3 = 1,3 кПа (0,13 тс/м 2 );
нормативная нагрузка - 0,01×1,5×10=0,15 кПа (0,015 тс/м 2 ),
расчетная нагрузка - 0,15×1,5 = 0,20 кПа (0,020 тс/м 2 );
нормативная нагрузка - 0,03×2,1×10=0,63 кПа (0,063 тс/м 2 ),
расчетная нагрузка - 0,63×1,3=0,82 кПа (0,082 тс/м 2 ).
Суммируя веса отдельных слоев, получим g норм. = 3,39 кПа (0,339 тс/м 2 ) и g расч. = 4,74 кПа (0,474 т/м 2 ).
Нормативный вес балки длиною 24 м равен 38,0 тс.
Расчетное значение реакции от покрытия и собственного веса балки
Вычислим коэффициенты поперечной установки путем загружения временными нагрузками линии влияния давления для крайней балки, построенной по методу внецентренного сжатия.
Величины ординат линии влияния под осями крайних балок
где n - число балок в поперечном сечении пролетного строения.
Тогда y 1 = 0,523; у 2 = - 0,191.
Установка нагрузок показана на рис. 3.
Расстояние от полосы безопасности до оси крайнего колеса для нагрузки A-11 - 0,55 м, а для нагрузки НК-80 - 0,4 м.
Ординаты линии влияния под грузами определены из подобия треугольника.
Тогда получим следующие значения кпу:
кпу НК-80 = (0,376+0,193)/2 = 0,284;
кпу А-11 (тележки) = 0,313 + 0,114 = 0,427;
кпу A-11 (полосовая) = 0,313 + 0,60×0,114 = 0,381;
кпу толпы = (0,601+0,533) 1/2×1 = 0,576 (площадь л.в. под тротуаром).
Эквивалентная нагрузка для НК-80 для л.в. опорной реакции при l =24 м равна 6,17 тс/м (по табл. СНиП 2.05.03-84, с. 146).
Опорная реакция в балке от НК-80
Максимальное значение опорной реакции
R m ах = 328 + 229 = 557 кН (55,7 тс).
Размеры плиты опорной части b × b при R b = 135 кгс/см 2 (для бетона В-25)
Определим размеры подферменной площадки А и В для принятого варианта облегченной опоры с ригелем прямоугольного очертания:
А = 0,10 + (0,30 + 0,10 + 0,15 + 0,10)×2 = 1,7 м.
В = 10,5 + 0,20 + 0,15×2 + 0,5×2 = 12,2 м.
В результате получим следующие эскизные размеры опоры (рис. 4).
Рис. 4 Схема промежуточной опоры
При карнизных свесах 0,1 м ширина тела опоры по фасада - 1,5 м. Принимаем свесы ростверка по фасаду по 0,75 м, поперек моста по 0,5 м, тогда ширина ступеней ростверка по фасаду - 3,0 м и 4,5 м, поперек моста - 9,2 м и 10,2 м. При глубине размыва 1,0 м подошва ростверка располагается на расстоянии 2,5 м от уровня размыва, полная высота ростверка 4 м. Задана отметка уровня меженных вод 0,0 и отметка верха опоры 7,6; получим полную высоту опоры 12,1 м.
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ОПОРУ
3.1. Вес опоры
Взвешивающее действие воды на части сооружения, расположенные ниже уровня поверхностных или подземных вод, необходимо учитывать при расчетах в том случае, если фундаменты заложены в песках, супесях и илах. При заложении фундаментов в суглинках и глинах взвешивающее действие воды требуется учитывать, когда оно создает более неблагоприятные расчетные условия. Уровень воды принимается наименее благоприятным - наинизший или наивысший.
3.2. Вес грунта
Объемный вес грунта, расположенного ниже уровня воды, с учетом гидростатического давления определяют по формуле
3.3. Вес покрытия проезжей части и пролетного строения
Вертикальные опорные давления от этих нагрузок прикладываются по оси опорных частей. Вес балок берется из проекта пролетных строений или вычисляется по геометрическим объемам.
Вес покрытия проезжей части можно вычислять по следующим значениям:
g норм покр. = 3,39 кПа (0,339 тс/м 2 );
g расч покр. = 4,74 кПа (0,474 тс/м 2 );
(асфальтобетон - 7 см; защитный слой - 4 см, гидроизоляция - 1 см, выравнивающий слой - 3 см).
3.4. Вертикальные усилия от временных нагрузок
Нормативные опорные вертикальные давления от нагрузки АК, толпы и НК-80 (или НГ-60) вычисляют путем загружения линий влияния опорных реакций (см. рис. 2), рассматривая при этом для разрезных пролетных строений загружения левого пролета, правого пролета и обоих пролетов вместе.
n - число полос движения для нагрузки АК;
Р - вес оси тележки;
g экв - эквивалентная нагрузка для НК-80 (или НК-80, или НГ-60), определяемая по таблицам СНиПа;
g т - интенсивность нормативной нагрузки от толпы.
Для расчетов выбирают максимальное значение опорной реакции от временной нагрузки
(либо АК+толпа, либо НК-80 (НГ-60).
Для мостов на дорогах I- III категорий, а также для больших мостов (кроме деревянных) на дорогах IV - V категорий принимают класс нагрузки К равным 11 и колесную нагрузку НК-80.
Для малых и средних мостов на дорогах IV и V категорий и на внутрихозяйственных дорогах принимают К равным 8 и гусеничную нагрузку НГ-60.
3.5. Тормозная сила
Нормативную горизонтальную продольную нагрузку от торможения принимают равной 50% равномерно распределенной части нагрузки АК, но не менее 0,8 К тс и не более 2,5 К тс.
При многополосном движении сила торможения принимается со всех полос одного направления. Причем нагрузку с одной полосы принимают с коэффициентом S =1,0, а с остальных полос с коэффициентом S = 0,6.
Тормозная сила передается опорам через неподвижные опорные части и прикладывается по центру опорных частей.
Тормозная сила действует горизонтально вдоль продольной оси моста в обоих направлениях. Продольное усилие от сил трения в установленных на той же опоре подвижных опорных частях не учитывается.
3.6. Силы трения
Нормативные сопротивления от сил трения в подвижных опорных частях действуют горизонтально вдоль продольной оси моста при температурных деформациях пролетного строения.
Силы трения приложены в опорных частях. Величина их равна
При подвижных опорных частях с прокладками из фторопласта совместно с полированными листами из нержавеющей стали и для других видов опорных частей расчеты ведут по п. 2.28 СНиП 2.05.03-84.
Силы трения учитывают только при расчете подферменной площадки; расчет остальных сечений опоры на силы трения производится только в случае опирания опоры на скальные основания.
3.7. Ветровая нагрузка
Нормативная интенсивность горизонтальной поперечной ветровой нагрузки для типовых конструкций составляет 180 кгс/м 2 .
Нормативную горизонтальную поперечную ветровую нагрузку, действующую на элементы моста, следует принимать равной произведению соответствующей нормативной интенсивности ветровой нагрузки на рабочую ветровую поверхность элементов моста.
Рабочая ветровая поверхность стальных ферм с треугольной или раскосной решеткой принимается в размере 20% площади, ограниченной контурами фермы.
Коэффициент сплошности составляет для перил 0,3-0,8, а для элементов проезжей части - 1,0.
Нормативную горизонтальную продольную ветровую нагрузку для сквозных пролетных строений следует принимать в размере 60%, для пролетных строений со сплошными балками - 20% соответствующей полной нормативной поперечной ветровой нагрузки.
Для мостов с балочными пролетными строениями горизонтальное усилие от продольной ветровой нагрузки передается на опоры в уровне центра опорных частей.
3.8. Навал судов
Нормативную нагрузку от навала судов на опоры мостов принимают в виде сосредоточенной силы в зависимости от класса внутреннего водного пути по табл. 1.
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 JL=0) | 300 |
| Суглинки (e=0,7 JL=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, M1, действующие на фундамент, приводятся к вертикальной силе N, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента и моментам Mx и My, 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 МХ и МY – моменты внешних сил относительно осей X и Y;
WX и WY – моменты сопротивлений подошвы фундамента относительно тех же осей;
А – площадь подошвы фундамента.
При действии фундамента в одной плоскости МY и WY 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=dp=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:
сII — 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.
Читайте также: