Подбор размеров подошвы фундамента
В соответствии со СНиП2.02.01-83 условием проведения расчетов по деформациям (по второму предельному состоянию) является ограничение среднего по подошве фундамента давления p величиной расчетного сопротивления R:
где p – среднее давление под подошвой фундамента, кПа;
R – расчетное сопротивление грунта основания, кПа.
Данное условие должно выполняться с недогрузом: для монолитных фундаментов – £5%, для сборных – £10%.
Выполнение условия осложняется тем, что обе части неравенства содержат искомые геометрические размеры фундамента, в результате чего расчет приходится вести методом последовательных приближений за несколько итераций.
Предлагается такая последовательность операций при подборе размеров фундамента:
Þ задаются формой подошвы фундамента:
Если фундамент ленточный, то рассматривается участок ленты длиной 1м и шириной b.
Если фундамент прямоугольный, то задаются соотношением сторон прямоугольника в виде h=b/l=0,6…0,85. Тогда A=bl=b 2 /h, где A – площадь прямоугольника, l – длина, b – ширина прямоугольника. Отсюда 
. Частным случаем прямоугольника является квадрат, в этом случае 
Þ вычисляют предварительную площадь фундамента по формуле:
, (6.5)
где NII – сумма нагрузок для расчетов по второй группе предельных состояний, кПа. В случае ленточных фундаментов это погонная нагрузка, в случае прямоугольных и квадратных – сосредоточенная нагрузка;
R0 – табличное значение расчетного сопротивления грунта, где располагается подошва фундамента, кПа;
g¢II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м 3 ;
d1 – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала:
(6.6)
где hs – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
hcf – толщина конструкции пола подвала, м;
gcf – расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м 3 ;
Рисунок 6.6: К определению глубины заложения фундаментов
а – при d1 d; в — для плитных фундаментов
1- наружная стена; 2 — перекрытие; 3 — внутренняя стена; 4 — пол подвала; 5 — фундамент
Þ по известной форме фундамента вычисляют ширину фундамента:
в случае ленточного фундамента b=A¢;
в случае квадратного фундамента 
;
в случае прямоугольного 
и l=h/b.
После определения требуемых размеров фундамента необходимо в пояснительной записке запроектировать тело фундамента в виде эскиза с проставлением размеров. При этом размерами фундамента можно в небольших пределах варьировать из конструктивных соображений, изложенных в п.6.2.1. Только после уточнения всех размеров фундамента можно переходить к следующему пункту.
Þ по формуле (7) СНиП 2.02.01-83 вычисляют расчетное сопротивление грунта основания R:
, (6.7)
где gс1 и gс2 – коэффициенты условий работы, учитывающие особенности работы разных грунтов в основании фундаментов и принимаемые по Таблица 6.14 ;
k – коэффициент, принимаемый: k=1 – если прочностные характеристики грунта (с и j) определены непосредственными испытаниями и k=1,1 – если они приняты по таблицам СНиП;
сII – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;
db – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B£20м и глубиной более 2м принимается db=2м, при ширине подвала B>20м принимается db=0);
Mg, Mq, Mc – безразмерные коэффициенты, принимаемые по Таблица 6.15;
d1 – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала (см. предыдущий пункт),м.
| Грунты | gс1 | gс2 для зданий и сооружений с жесткой конструктивной схеме при отношении их длины (или отдельного отсека) к высоте L/H | |
| ³4 | £1,5 | ||
| Крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме мелких и пылеватых | 1,4 | 1,2 | 1,4 |
| Пески мелкие | 1,3 | 1,1 | 1,3 |
| Пески пылеватые: маловлажные и влажные насыщенные водой | 1,25 1,1 | 1,2 1,2 | |
| Пылевато-глинистые и крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем, с показателем текучести грунта или заполнителя: IL£0,25 | 1,25 | 1,1 | |
| То же, при 0,25 0,5 |
1. Жесткими считаются здания и сооружения, конструкции которых приспособлены к восприятию дополнительных усилий от деформаций основания.
2. В зданиях с гибкой конструктивной схемой принимают gс2=1.
3. При промежуточных значениях отношения длины здания или сооружения к высоте L/H коэффициент gс2 определяется интерполяцией.
| jII, град | Mg | Mq | Mc | jII, град | Mg | Mq | Mc |
| 3,14 | 0,72 | 3,87 | 6,45 | ||||
| 0,03 | 1,12 | 3,32 | 0,84 | 4,37 | 6,90 | ||
| 0,06 | 1,25 | 3,51 | 0,98 | 4,93 | 7,40 | ||
| 0,1 | 1,39 | 3,71 | 1,15 | 5,59 | 7,95 | ||
| 0,14 | 1,55 | 3,93 | 1,34 | 6,35 | 8,55 | ||
| 0,18 | 1,73 | 4,17 | 1,55 | 7,21 | 9,21 | ||
| 0,23 | 1,94 | 4,42 | 1,81 | 8,25 | 9,98 | ||
| 0,29 | 2,17 | 4,69 | 2,11 | 9,44 | 10,80 | ||
| 0,36 | 2,43 | 5,00 | 2,46 | 10,84 | 11,73 | ||
| 0,43 | 2,72 | 5,31 | 2,87 | 12,5 | 12,77 | ||
| 0,51 | 3,06 | 5,66 | 3,37 | 14,48 | 13,96 | ||
| 0,61 | 3,44 | 6,04 | 3,66 | 15,64 | 14,64 |
Þ определяем фактические напряжения под подошвой фундамента:
Реактивное давление грунта по подошве жесткого центрально нагруженного фундамента принимается равномерно распределенным, кПа:
, (6.8)
где NII – нормативная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента, кН;
GfII и GgII – вес фундамента и грунта на его уступах (для определения веса необходимо определить объем тела фундамента или грунта и умножить его на удельный вес), кН;
A – площадь подошвы фундамента, м 2 .
Внецентренно нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы. Такое нагружение является следствием передачи на него момента или горизонтальной составляющей нагрузки. При расчете давление по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимают изменяющимся по линейному закону, а его краевые значения при действии момента сил относительно одной из главных осей определяют, как для случая внецентренного сжатия:
, (6.9)
где Mx, My – изгибающие моменты, относительно главных осей подошвы фундамента, кНм;
Wx, Wy – моменты сопротивления сечения подошвы фундамента относительно соответствующей оси, м 3 .
Эпюра давлений под подошвой фундамента, полученная по данной формуле должна быть однозначной, т.е. по всей ширине сечения напряжения должны быть сжимающими. Это вызвано тем, что растягивающие напряжения, в случае их возникновения, могут привести к отрыву подошвы фундамента от основания и будет необходим специальный расчет, который не входит в предусмотренный объем курсового проекта.
Þ Зависимость «нагрузка-осадка» для фундаментов мелкого заложения можно считать линейной только до определенного предела давления на основание. В качестве такого предела принимается расчетное сопротивление грунтов основания R. Выполнение условия p=R соответствует образованию в однородном основании под краями фундамента незначительных, глубиной zmax@b/4, областей предельного напряженного состояния (областей пластических деформаций) грунта, допускающих, согласно СНиП применение модели линейно-деформируемой среды для определения напряжений в основании.
Применимость модели линейно-деформируемой среды обеспечивается выполнением следующих условий:
* для центрально нагруженных фундаментов:
Вследствие распределительной способности грунтов и арочного эффекта давление под подошвой прерывистых фундаментов на небольшой глубине выравнивается и можно считать, что они работают как сплошные. Поэтому их ширину определяют, расчетное сопротивление назначают и расчет осадок производят как для сплошных ленточных фундаментов без вычета площадей промежутков.
Оптимальный интервал между плитами C назначают из условия равенства расчетного сопротивления грунта R, полученного для ленточного фундамента шириной b, сопротивлению грунта, полученному для прерывистого фундамента Rп с шириной плиты bп, длиной lп, с коэффициентом условий работы kd:
, (6.13)
Коэффициент условий работы зависит от состояния грунтов (для промежуточных значений определяется интерполяцией):
* kd=1,3 – для песков с коэффициентом пористости e@0,55 и пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести IL £ 0;
* kd=1 – для песков с коэффициентом пористости e@0,7 и пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести IL=0,5;
Из условий работы грунтов основания и стеновых блоков интервал между плитами должен быть C£(0,9…1,2)м и не более 0,7×lп, а ширина плиты должна быть bп£1,4b. Для более эффективного использования прерывистых фундаментов число интервалов можно увеличить, применяя укороченные плиты (1180 и 780мм), если это не повлечет неоправданного увеличения трудовых затрат.
Источник
Ширина подошвы ленточного фундамента
Очень захотелось вынести это в отдельную тему. Уже не первый раз меня спрашивают о необходимой ширине ленточного фундамента для дома, а в виде исходных данных дают вес дома в тоннах (250 тонн, например). К тому же, многие строители, имея длительный опыт работы без проектов, подливают масла в огонь. Берут вес дома (500 т), суммарную длину несущих стен (допустим, дом 10х10м с одной стеной в центре – длина его стен 50 м). А еще они знают, что давление под подошвой фундамента (т.е. нагрузка, передаваемая от дома на 1 квадратный метр грунта) для нормальных грунтов не должно превышать 30 кг/м 2 . И вот по нехитрой формуле они определяют ширину подошвы ленточного фундамента для дома 500/(30∙50) = 0,35 м и со спокойной душой принимают ширину фундамента по ширине стены 0,4 м.
Рассмотрим на примере, что ошибочного в такой математике, и как правильно собирать нагрузку для расчета ленточного фундамента дома.
Возьмем дом 7х10 м, а нагрузки на него, собранные по всем правилам, возьмем из вот этой темы «Собираем нагрузки на ленточный фундамент дома».
Нагрузки на фундамент собираются для каждой стены, т.к. есть стены несущие, с максимальной нагрузкой, есть самонесущие (несут только свой вес, на них не опираются перекрытия), да и несущие стены сильно разнятся по нагрузке (средняя стена нагружена намного больше, чем крайние).
Стена по оси
Длина стены, м
Постоянная расчетная нагрузка на 1 метр стены (вес всех конструкций) кг/м
Временная расчетная нагрузка на 1 метр стены (вес мебели, людей, снега и т.п.) кг/м
1 (несущая)
2 (несущая)
3 (несущая)
А (самонесущая)
Б (самонесущая)
Пользуясь таблицей, можно посчитать вес конструкций дома.
Без учета временной нагрузки:
8147∙10 + 11559∙10 + 8147∙10 + 8688∙7 + 8688∙7 = 400162 кг = 400,2 т.
С учетом временной нагрузки:
925∙10 + 1850∙10 + 925∙ 10 + 400162 = 437162 кг = 437,2 т.
Заметьте, строитель никогда не будет учитывать временную нагрузку (хотя это делать обязательно нужно), а значит 400,2-437,2=37 т не будут учтены при расчете фундамента, а это не маленькая нагрузка.
Сейчас грубо прикинем ширину подошвы фундамента «по методу строителя»:
489,3/(30∙44) = 0,4 м (т.е. если ширина стен 0,4 м, то по этой математике фундамент уширять вовсе не нужно). В этой формуле 44 м – это суммарная длина стен дома, 30 т/м 2 – предполагаемая несущая способность грунта.
Теперь же прикинем ширину подошвы с учетом разных нагрузок на стены по разным осям (сведем результаты в таблицу), предполагая, что грунт выдержит давление под подошвой 30 т/м 2