зжд методички / основания и фундаменты
Полная вертикальная расчетная нагрузка по подошве фундамента N n = 6000 + 1500 + 1520 + 178,3 = 9198,3 кН.
Среднее давление под подошвой фундамента
P = N II /A = 9198,3/(4·8) = 287,4 кН/м 2 = 0,287 МН/м 2 = = 0,287 МПа.
2.3. Строится эпюра вертикально напряжения от собственного веса грунта σ zg слева от оси фундамента (рис. 3). Эта эпюра начинается в точке пересечения оси фундамента с поверхностью грунта. Ординаты эпюры определяется на границах геологических слоев, на уровне грунтовых вод и уровне подошвы фундамента.
Напряжение σ zg1 на кровле слоя, IIа σ zg1 = γ 1 ·h 1
где γ 1 — удельный вес растительного грунта; h 1 — высота слоя растительного грунта.
σ zg1 = 12,2·0,5 = 6,1 кН/м 2 = 0,006 МН/м 2 = 0,006 МПа. Напряжение σ zg2 на кровле слоя IIб
σ zg2 = 12,2·0,5 + 18,8·0,5 = 15,5 кН/м 2 = 0,0155 МПа.
Напряжение σ zg2б на кровле суглинка определяется с учетом взвешивающие действия подземных вод
σ zg2б = 15,5 + 9,65·2 + 34,8 кН/м 2 = 0,035 МПа.
Взвешивающие действие воды на грунт учитывается: для песчаных грунтов — ниже уровня подземных вод (WL), для глинистых грунтов (супеси, суглинки, глина) при показателе текучести I L > 0,25. При I L zgо на уровне подошвы фундамента следует определять с учетом взвешивающего действия воды в слое суглинка, так как I L =0,54
γ sb3 =(27,1 — 10)/(1 + 0,67) = 10,2 кН/м 3 Получим:
σ zg1о = 34,8 + 10,2·1 = 45 кН/м 2 = 0,045 МПа.
Далее определяем напряжение σ zg3 на контакте суглинка и глины. σ zg3 = 45 + 10,2·6 = 106,2 кН/м 3 = 0,106 МПа.
В слое глины также учитываем взвешивающее действие подземных вод, так как I L =0,39
γ sв4 =(27,2 — 10)/(1 + 0,63) = 10,6 кН/м 3 .
Так как граница распространения слоя глинистого грунта не определена, а эпюра σ zg в этом слое имеет линейный характер, но значение σ zg4 может быть определено для произвольно выбранной глубины, например 3 м от кровли слоя, тогда получим:
σ zg4 =106,2 + 10,6·3 = 138 кН/м 2 = 0,138 МПа.
Эпюра σ zg имеет вид ломанной прямой (рис.3) с точками перегиба в местах изменения удельного веса. Эпюру σ zg следует строить примерно до глубины (3÷4)b от подошвы фундамента (где b — ширина фундамента).
2.4. Строится вспомогательная эпюра 0,2σ zg . Эпюра 0,2σ zg подобна эпюре σ zg , но ординаты ее в 5 раз меньше. Построение данной эпюры необходимо для определения размеров сжимаемой толщи Н с (рис. 3).
2.5. Строится эпюра дополнительных (от действия сооружения) вертикальных напряжений в основании под подошвой фундамента. Для этого основание ниже подошвы фундамента разбиваем на элементарные слои толщиной не более 0,4b (в рассматриваемом случае 0,4·4 = 1,6 м). Слои могут быть различны по толщине, но их границы не должны выходить за пределы геологического слоя, т.е. в пределах элементарного слоя грунт должен быть однородным. На рис. 3 справа показано деление основных геологических слоев на такие элементарные слои. Они занумерованы от 1 до 10.
Дополнительное вертикальное давление на основание в уровне подошвы фундамента
σ zро = Р — σ zgо = 0,287 — 0,045 = 0,242 МПа,
здесь Р — среднее давление под подошвой фундамента.
Дополнительные вертикальные напряжения на границах элементарных слоев, находящихся на некоторых глубинах z от подошвы фундамента, определяются по формуле
Коэффициент α определяется по таблице 5 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента η=1/ b и относительной глубины равной ζ = 2z/ b .
Для рассматриваемого случая η = 8/4 = 2; значения ζ и α приведены в таблице 2. Там же приведены значения дополнительных напряжений σ zр на границах элементарных слоев. Эпюра σ zр показана на рис. 3. Она всегда криволинейна.
2.6. Определяется нижняя граница сжимаемой толщи (B.C.). Она принимается на уровне подошвы слоя в котором произошло пересечение эпюры 0,2σ zg с эпюрой σ zр (рис. 3). По масштабу определяется сжимаема толща Н с , в пределах которой вычисляется осадка фундамента (расстояние от подошвы фундамента до B.C.). В рассматриваемом примере величина Н с равна 10,5 м.
Отметим, что согласно СНиП 2.02.01 — 83*, в том случае, если B.C. попадает в слой имеющий модуль деформации Е 2 ) или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = Н с , нижняя граница сжимаемой толщи определяется из условия σ zр = 0,1σ zg , т.е. в этом случае строится дополнительная эпюра 0,1σ zg и Н с устанавливается по точке пересечения ее с эпюрой σ zр .
2.7. Находятся средние значения дополнительных вертикальных нормальных напряжений в элементарных слоях. Они определяются как средние арифметические из значений дополнительных напряжений на кровле и подошве элементарных слоев.
σ zр,ср1 = (0,242 + 0,230)/2 = 0,236 МПа≈2,36 кгс/см 2 для слоя 2
σ zр,ср2 = (0,230 + 0,176)/2 = 0,203 МПа≈2,03 кгс/см 2 и т.д. Результаты заносим в табл. 3.2.
2.8. Вычисляется осадка каждого элементарного слоя по формуле S i = 0,8 (σ zр,срi ·h i )/Е i
где h i — толщина, м, а Е i — модуль деформации i-гo слоя грунта, МПа. Так, для слоя 1
S 1 = 0,8 (0,236·1)/14 = 0,013 м; для слоя 2
S 2 = 0,8 (0,203·1,5)/14 = 0,017 м и т.д.
2.9. Общая осадка сооружения получается как сумма осадок отдельных слоев в пределах Н с (см. табл. 3.2).
S = ∑ S i = 0,063 м = 6,3 см
Предельно допустимая осадка, определяемая по формуле (1)
S u =1,5
l p =1,5
44 = 9,95 см ≈ 0,0995 м .
Поскольку S = 6,3 см u = 9,95 см, запроектированный фундамент удовлетворяет требованиям СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы».
Источник
Методические рекомендации к выполнению курсового проекта по дисциплине: «Механика грунтов, основания и фундаменты» для выполнения курсового проекта по курсу «Проектирование фундаментов» (стр. 2 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 |
Рисунок 2.2 — Схема нагрузок, действующих в уровне подошвы фундамента –(а),
эпюры контактных давлений под подошве фундамента – (б)
В курсовом проекте допускается упростить схему приложения нагрузок и в общем случае полную нагрузку на уровне подошвы принимать равной:
(2.5)
где 
— осредненный вес фундамента и грунта на его уступах, равный:
(2.6)
где 
— площадь подошвы фундамента.
Давление под подошвой фундамента ограничивается следующими условиями:
(2.6)
где 
– среднее давление под подошвой фундамента;
– максимальное и минимальное давление под подошвой фундамента соответственно.
(2.7)
где — момент сопротивления площади подошвы фундамента.
Если среднее давление отличается от расчетного сопротивления более чем на 10%, то это будет указывать на то, что площадь подошвы фундамента взята с большим запасом и необходимо уменьшить размеры фундамента и выполнить перерасчет.
Путем последовательных приближений производится уточнение размеров подошвы фундамента. При определении размеров подошвы фундаментов можно воспользоваться графическим или аналитическими методами, см. раздел 26, стр.114-123 [3], а так же пример 2.2.
2.2.5. Проверка несущей способности кровли слабого подстилающего слоя грунта
В случае залегания в пределах сжимаемой толщи основания на глубине от z подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность вышележащих слоев, размеры подошвы назначаются с учетом выполнения условия, согласно п. 6.12 СНБ 5.01.01.:
где 
, 
— соответственно вертикальные нормативные давления в грунте на кровлю проверяемого слоя (на глубине 
) от дополнительной нагрузки фундамента и от собственного веса грунтов, залегающих выше кровли проверяемого слоя, МПа;
— наименьше значение расчетного сопротивления слабого грунта на глубине, МПа.
Последовательность выполнения проверки условия (2.8) приведена в разделе 27, стр.123-124 [3]. Оценку прочности слоев грунта в этом случае допускается выполнять по показателю 
.
2.3. Определение осадки фундамента
2.3.1. Общие положения
Осадку фундамента необходимо определять методом послойного суммирования.
Осадку основания методом послойного суммирования определяют как сумму осадок элементарных слоев грунта в пределах сжимаемой толщи в следующей последовательности:
· основание под фундаментом разбивается на 8-10 элементарных слоев;
· под центром подошвы фундамента строится эпюра природного (бытового) давления 
;
· под центром подошвы фундамента строится эпюра дополнительного давления 
;
· находится граница сжимаемой толщи BC;
· определяются средние значения дополнительного давления в пределах каждого элементарного слоя 
;
· определяется величина средней осадки фундамента .
2.3.2. Разбивка основания на элементарные слои грунта
Разбивку основания на элементарные слои необходимо выполнять с учетом следующих требований:
· толщина элементарного слоя принимается в пределах 0.2-0.4 ширины фундамента, но не более 1 м.;
· физико-механические свойства грунта в пределах элементарного слоя не должны изменятся, т. е. границы элементарных слоев должны совпадать с границами инженерно-геологических элементов и уровнем подземных вод.
2.3.3. Эпюра природного давления под центром подошвы фундамента
Величина природного давления в общем случае определяется по формуле:
(2.9)
Значения эпюры природного давления необходимо вычислять на уровне подошвы фундамента FL, на границах инженерно-геологических элементов и на уровне грунтовых вод WL.
При этом необходимо учитывать, что:
· эпюра природного давления 
находится от уровня естественного рельефа NL (при планировке территории насыпкой или срезкой до 3 м);
· для водопроницаемых грунтов, находящихся ниже уровня грунтовых вод, удельный вес грунта принимается с учетом взвешивающего действия воды, т. е. ;
· на границе водопроницаемых грунтов с водоупором (глины и суглинки (кроме лессовых)) значение изменяется скачкообразно. Величина скачка определяется как произведение удельного веса воды на высоту вышележащего водонасыщенного слоя[1].
Найденные значения эпюры природного давления наносятся на расчетную схему, см. пример 2.
2.3.4. Эпюра дополнительного давления под центром подошвы фундамента
Значения эпюры дополнительного давления под центром подошвы фундамента определяется по формуле:
(2.10)
где 
— коэффициент рассеивания, принимаемый по табл.6.2 [1];
где 
– природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.
Вычисление значений дополнительного давления рекомендуется производить в табличной форме. Эпюра дополнительного давления показывается на расчетной схеме, см. пример 2.
2.3.5. Определение границы сжимаемой толщи
Границу сжимаемой толщи BC при расчете осадки методом послойного суммирования ограничивают глубиной, на которой дополнительное напряжение составляет:
· не более 20 % от природного (
);
· не более 10% если Е £ 5 МПа (
).
· Расположение границы BC определяется графически на пересечении эпюры 0.2(0.1)× и эпюры .
2.3.6. Вычисление осадки фундамента
Осадка основания в пределах сжимаемой толщи определяется по формуле:
Значение полученной абсолютной, конечной осадки сравнивают с величиной предельной допустимой средней осадки 
. В курсовом проекте выполнение условия:
будет считаться достаточным для выполнения требований II группы предельных состояний.
2.4. Конструирование фундамента
2.4.1. Конструирование фундаментов под колонны
Проектируемые фундаменты должны отвечать конструктивным требования, а также требованиям унификации и стандартизации. Для одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий с унифицированными габаритными схемами и нагрузками разработаны типовые конструкции отдельно стоящих ступенчатых фундаментов серии 1.412-1/77, 1.412-2/77, 1.412-3/79. Конструктивные размеры фундаментов данных серии приведены в Приложении.
При использовании в курсовом проекте фундаментов, разрабатываемых по индивидуальному проекту, необходимо учитывать следующие конструктивные требования:
· размеры подколонника (стакана) в плане назначаются исходя из размеров колонны с учетом конструктивных зазоров -75мм; минимальной толщины стенок стакана 0.2×
, но не менее 175мм., (см. приложение 4) (— наибольший размер сечения колонны);
· глубина стакана подколонника назначается исходя из глубины заделки колонны (1. 1.5) и конструктивных зазоров -50мм;
· минимальная толщина дна стакана 200 мм;
· плитная часть фундамента может быть одно-, двух-, трехступенчатой. Высота ступеней принимается равной 300мм. Вылет ступеней может быть равен 150, 300, 450, 600 мм;
· Все размеры фундамента должны соответствовать минимальному строительному модулю 50мм, а размеры плитной части в плане укрупненному модулю 300мм.
2.4.2. Поверочные расчеты железобетонного фундамента
Конструирование фундамента завершается поверочными расчетами фундамента на действие расчетных нагрузок с определением необходимого диаметра и количества рабочей арматуры. При этом плитная часть фундамента рассчитывается:
· по нормальным сечениям на действие момента, вызванного реактивным давлением грунта;
Подколонник рассчитывается на действие изгибающего момента в уровне обреза фундамента. Порядок расчета фундаментов и подбор рабочей арматуры подробно рассматривается в курсе «Железобетонные конструкции»
В рамках данного курсового проекта необходимо выполнить расчет на продавливание (см. ниже). При оформлении графической части проекта армирование фундаментов принять исходя из конструктивных требований:
· минимальный диаметр рабочей арматуры плитной части — 12 мм;
· максимальный шаг стрежней сетки плитной части — 200 мм;
· минимальный диаметр арматуры подколонника — 8 мм;
2.4.3. Расчет на продавливание плитной части
Для плитной системы фундамента необходимо выполнить расчет на продавливание вертикальной нагрузкой: при этом считается, что продавливание происходит по боковой поверхности пирамиды продавливания abcd (см. рис. 2.3.) боковые грани которого наклонены под углом 45 к основанию.
Для центрально загруженных квадратных фундаментов расчетная продавливающая сила определяется как разность полной нагрузки, действующей на уровне подошвы фундамента, и равнодействующей реактивного давления под подошвой фундамента за пределами пирамиды продавливания:
где — вес фундамента определенный с учетом коэффициента надежности по нагрузке 
=1.35,
— площадь нижней части пирамиды продавливания (аа’dd’), определяемая геометрически.
В случае прямоугольной колонны или подколонника:
— среднее давление по площади А1.
Условие прочности на продавливание:
где — расчетное сопротивление бетона на растяжение (принимаемое по СНБ 5.03.01-02.);
— средний периметр пирамиды продавливания.
Рисунок 2.3. — Расчетная схема к определению размеров пирамиды продавливания:
а),б) –различные случаи образования пирамиды продавливания;
в)- определение площади пирамиды продавливания
Внецентренно загруженные квадратные, а также прямоугольные фундаменты при любой нагрузке проверяют на продавливание одной грани параллельной меньшей стороне основания фундамента (см. рис. 2.4.).
При 
площадь продавливающей силы:
средняя линия пирамиды продавливания
При 
Рисунок 2.4. — Определение площади пирамиды продавливания вдоль наименьшей стороны фундамента
Значение продавливающей силы:
Условие на продавливание в этом случае будет иметь вид:
При невыполнении условий (2.15), (2.21) необходимо увеличить высоту плитной части фундамента и произвести пересчет.
При выполнении курсового проекта принимать бетон класса C 12/15.
Пример 2.1. Определить размеры подошвы ленточного фундамента под кирпичную стену гражданского трехэтажного здания с жесткой конструктивной схемой размерами в плане 40х12м и высотой 10м. Необходимые исходные данные приведены на расчетной схеме.
Рассмотрим графический метод определения размеров подошвы фундамента.
Несущим слоем для рассматриваемого фундамента является песок средней крупности, характеризуемый углом внутреннего трения 
,. По табл. 4 [6] находим: 
; 
; 
. Коэффициенты условий работы 
и 
принимаем по таблице 3[6]: для песка средней крупности и здания с жесткой конструктивной схемой при 
:
;
.
Коэффициент 
, так как характеристики грунтов определены по таблицам СНБ.
Рисунок 2.5. — Расчетная схема к примеру 2.1.
Осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундаментов, будет
=(0,4 17+1,3.19,1)/(0,4+1,3)=18,6 кН/м3.
Приведенную глубину заложения фундамента от уровня пола подвала определяем по формуле (8) [6]. При удельном весе материала пола подвала 
=22 кН/м3
= 0,3+0,1.22/18,6=0,42 м.
Строим график зависимости расчетного сопротивления грунта 
от ширины подошвы фундамента 
. Так как эта зависимость линейная достаточно определить две точки (см. рис. 2.6).
При =0
= ¾¾¾ [5,59.0,42 18,6+(5,59-1).1,3.18,6 +7,95.2]=260 кПа;
При =2 м, 
=0,5×=1,0м 10 (ленточный фундамент) по табл.1 Прил.2 [6] находим =0,619, отсюда
=0,619×265 =164 кПа.
Полное давление на кровлю подстилающего слоя составит
=164+48=212 кПа.
Ширину условного ленточного фундамента определим по формуле 
:
Находим расчетное сопротивление грунта. При 
=24о находим 
=0,72; 
=3,85; 
=6,45. Для песка пылеватого влажного находим = 1,25; =1,0. Принимаем коэффициенты 
=1,0; 
=1,1.
Осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подстилающего слоя:
=(17,0×0,4+19,1×2,5)/(0,4+2,5)=18,6 кН/м3.
Приведенная глубина заложения условного фундамента от уровня пола в подвале до постилающего слоя:
=(1,2+0,3)+0,1.22/19,1=1,62 м.
Для принятых условий расчетное сопротивление грунта подстилающего слоя:
Условие 
=212 кПа 10. Результаты расчета приведены в табл.2.1.
Полученные значения ординат эпюры наносим на расчетную схему. В точке пересечения эпюры дополнительных давлений со вспомогательной эпюрой находим нижнюю границу сжимаемой толщи: 
=6.84 м.
Определяем осадку каждого слоя грунта основания, что удобнее делать для каждого ИГЭ в отдельности.
= ¾¾×(232,5×0,36+218,8×0,36+190,6×0,36+158,0×0,52)=0,010м.
= ¾¾ (134,0×0,20+116,2×0,36+101,0×0,36+92,5×0,36+82,8×0,36+74,9×0,36+68,3×0,6)=0,0126м.
Осадка ИГЭ №4 до границы сжимаемой толщи:
= ¾¾ (57,9×0,48+52,5×0,36+48,9×0,36+47,1×0,36+44,4×0,72+40,9×0,72)=0,005м.
Полная осадка фундамента.
=0,010+0,126+0,005=0,0276 м.
Таблица. 2.1- Результаты расчета напряжений в грунте
Источник