5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 1)
Основные размеры фундаментов мелкого заложения (глубина и размеры подошвы) в большинстве случаев определяются исходя из расчета оснований по деформациям, который включает:
- – подсчет нагрузок на фундамент;
- – оценку инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства; определение нормативных и расчетных значений характеристик грунтов;
- – выбор глубины заложения фундамента;
- – назначение предварительных размеров подошвы по конструктивным соображениям или исходя из условия, чтобы среднее давление на основание равнялось расчетному сопротивлению грунта, приведенному в табл. 5.13;
- – вычисление расчетного сопротивления грунта основания R по формуле (5.29), изменение в случае необходимости размеров фундамента с тем, чтобы обеспечивалось условие p ≤ R ; в случае внецентренной нагрузки на фундамент, кроме того, проверку краевых давлений;
- – при наличии слабого подстилающего слоя проверку соблюдения условия (5.35);
- – вычисление осадок основания и проверку соблюдения неравенства (5.28); при необходимости корректировку размеров фундаментов.
В случаях, оговоренных в п. 5.1, выполняется расчет основания по несущей способности. После этого производятся расчет и конструирование самого фундамента.
А. ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
Определение размеров подошвы фундамента по заданному значению расчетного сопротивления грунта основания. Обычно вертикальная нагрузка на фундамент N0 задается на уровне его обреза, который чаще всего практически совпадает с отметкой планировки. Тогда суммарное давление на основание на уровне подошвы фундамента будет:
где — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое обычно равным 20 кН/м 3 ; d и А — глубина заложения и площадь подошвы фундамента.
Если принять p = R , получим следующую формулу для определения необходимой площади подошвы фундамента:
Задавшись соотношением сторон подошвы фундамента η = l/b , получим:
Зная размеры фундамента, вычисляют его объем и вес Nf , а также вес грунта на его обрезах Ng и проверяют давление по подошве:
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 kz = 1)
Уравнение (5.43) приводится к виду:
для ленточного фундамента
для прямоугольного фундамента
;
;
Решение квадратного уравнения (5.44) производится обычным способом, а уравнения (5.45) — методом последовательного приближения или по стандартной программе.
После вычисления значения b с учетом модульности и унификации конструкций принимают размеры фундамента и проверяют давление по его подошве по формуле (5.42).
Пример 5.7. Определить ширину ленточного фундамента здания жесткой конструктивной схемы без подвала ( db = 0). Отношение L/H = 1,5. Глубина заложения фундамента d = 2 м. Нагрузка на фундамент на уровне планировки n0 = 900 кН/м. Грунт — глина с характеристиками, полученными при непосредственных испытаниях: φII = 18°, cII = 40 кПа, γII = γ´II = 18 кН/м 3 , IL = 0,45.
Решение. по табл. 5.10 имеем: γс1 = 1,2 и γс2 = 1,1; по табл. 5.11 при φII = 18°; Мγ = 0,43; Мq = 2,73; Мc = 5,31. Поскольку характеристики грунта приняты по испытаниям, k = 1.
Для определения ширины фундамента b предварительно вычисляем:
;
a1 = 1,2·1,1(2,73 · 2 · 18 + 5,31 · 40) – 20 · 2 = 370,1.
Подставляя эти значения в формулу (5.44), получаем 10,22 b 2 + 370,1 b – 900 = 0, откуда
м.
Принимаем b = 2,4 м.
Пример 5.8. Определить размеры столбчатого фундамента здания гибкой конструктивной схемы ( γс2 = 1). Соотношение сторон фундамента η = l/b = 1,5, нагрузка на него составляет: N0 = 4 МН = 4000 кН. Грунтовые условия и глубина заложения те же, что и в предыдущем примере.
a0η = 1,2 · 1 · 0,43 · 18 · 1,5 = 13,93;
a1η = [1,2 · 1(2,73 · 2 · 18 + 5,31 · 40) – 20 · 2] 1,5 = 499,22.
Затем, подставляя в уравнение (5.45) полученные величины (13,93 b 3 + 499,22 b 2 – 4000 = 0) и решая его по стандартной программе, находим b = 2,46 м, тогда l = 1,5 b = 3,7 м.
Принимаем фундамент с размерами подошвы 2,5×3,7 м.
Определение размеров подошвы фундамента при наличии слабого подстилающего слоя. При наличии в пределах сжимаемой толщи основания (на глубине z от подошвы фундамента) слоя грунта с худшими прочностными свойствами, чем у лежащего выше грунта, размеры фундамента необходимо назначать такими, чтобы обеспечивалось условие (5.35). Это условие сводится к определению суммарного вертикального напряжения от внешней нагрузки и от собственного веса лежащих выше слоев грунта ( σz = σzp + σzg ) и сравнению этого напряжения с расчетным сопротивлением слабого подстилающего грунта R применительно к условному фундаменту, подошва которого расположена на кровле слабого грунта.
Пример 5.9. Определить размеры столбчатого фундамента при следующих инженерно-геологических условиях (см. рис. 5.24). На площадке от поверхности до глубины 3,8 м залегают песни крупные средней плотности маловлажные, подстилаемые суглинками. Характеристики грунтов по данным испытаний: для песка φII = 38°, сII = 0, γII = γ´II = 18 кН/м 3 , E = 40 МПа; для суглинков φII = 19°, сII = 11 кПа, γII = 17 кН/м 3 , E = 17 МПа. Здание — с гибкой конструктивной схемой без подвала ( db = 0). Вертикальная нагрузка на фундамент на уровне поверхности грунта N0 = 4,7 MH. Глубина заложения фундамента d = 2 м. Предварительные размеры подошвы фундамента примяты исходя из R = 300 кПа (табл. 5.13) равными 3×3 м.
Решение. по формуле (5.29) с учетом табл. 5.11 и 5.12 получаем;
кПа.
Для определения дополнительного вертикального напряжения от внешней нагрузки на кровле слабого грунта предварительно находим:
среднее давление под подошвой
p = N0/b 2 + d = 4,7 · 10 3 /3 2 + 20 · 2 = 520 + 40 = 560 кПа;
дополнительное давление на уровне подошвы
По табл. 5.4 при ζ = 2z/b = 2 · 1,8/3 = 1,2 коэффициент α = 0,606. Тогда дополнительное вертикальное напряжение па кровле слабого слоя от нагрузки на фундамент будет:
Ширина условного фундамента составит:
м.
Для условного фундамента на глубине z = 1,8 м при γc1 = γc2 = k = 1 расчетное сопротивление суглинков по формуле (5.29) будет:
Rz = 0,47 · 4 · 17 + 2,88 · 3,8 · 18 + 5,48 · 11 = 30 + 196 + 60 = 286 кПа.
Вертикальное нормальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z = 3,8 м
Проверяем условие (5.35):
315 + 62 = 377 > Rz = 286 кПа,
т.е. условие (5.35) не удовлетворяется и требуется увеличить размеры фундамента. Расчет показал, что в данном случае необходимо принять b = 3,9 м.
Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения
Источник
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ В СЕЧЕНИИ II-II (В-2)
Общие положения
Расчет и проектирование фундамента (ФМЗ-2) в сечении II-II (В-2) производим по заданной нагрузке на обрез фундамента: NII = 1200 кН и
МII = 20 кН×м. Подвал отсутствует.
Назначаем класс бетона фундамента В20. Толщину защитного слоя бетона фундамента принимаем as = 40 мм.
Определение высоты фундамента
7.2.1. Определение высоты фундамента по конструктивным
требованиям
Определение высоты фундамента по конструктивным требованиям — см. (п.4.2.1).
Определение расчетной высоты фундамента
Определение расчётной высоты фундамента выполняем в следующей последовательности.
1.Уточняем требуемую рабочую высоту плитной части фундамента h0pl по приближенной формуле
= – 0,15 + 0,68 = 0,53 м.
где hc и bc – соответственно, высота и ширина колонны, hc = bc = 0,3 м;
NI – расчетная нагрузка, передаваемая колонной на фундамент, NI = gf NII = = 1,2×1200,0 = 1440,0 кН; gf – коэффициент надежности по нагрузке, gf = 1,2; a – коэффициент, a = 0,85; gb2 – коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки, gb2 = 1,0; gb9 – коэффициент, учитывающий вид материала фундамента, gb9 = 0,9; Rbt – расчетное сопротивление бетона растяжению, для бетона кл. В20 Rbt = 0,9 МПа, определяется по прил. 1 [14] или прил. 8, табл. 8.1 настоящего учебного пособия; pгр – реактивный отпор грунта от расчетной продольной нагрузки NI без учета веса фундамента и грунта на его уступах, определяется по формуле:
123,08 кПа.
2. Определяем требуемую расчетную высоту плитной части фундамента hpl по формуле:
Полученную расчетную высоту плитной части фундамента hpl округляем кратно 0,15 м в большую сторону, принимая равной hpl = 0,6 м.
3. Определяем расчетную высоту фундамента Hf по формуле:
Полученную высоту фундамента Hf округляем в большую сторону кратно 0,3 м, принимая во внимание, что минимальная высота фундамента должна быть не менее 1,5 м. Принимаем Hf = 1,5 м.
Так как высота фундамента, требуемая по расчету, больше высоты фундамента, требуемой по конструктивным условиям, то в качестве расчетной принимаем большую из них, т.е. Hf = 1,5 м.
Определение глубины заложения фундамента
Определение глубины заложения фундамента производим согласно пп.2.25-2.33 [1] в следующей последовательности.
1. Расчетная глубина промерзания df принимается такой же, как для фундамента в сечении I-I (А-7), т.е. df = 0,54 м.
2.Согласно п.2.29 [1] глубина заложения для внутреннего фундамента не зависит от расчетной глубины промерзания грунтов.
3.Глубина заложения фундамента d1 по конструктивным требованиям определяется по формуле (рис. 7.1):
где Hf – высота фундамента, Hf = 1,5 м; hц – высота цоколя, hц = 0,15 м (см. бланк задания исходных данных о сооружении).
ВЫВОД: Так как расчётная глубина промерзания грунта df меньше, чем конструктивная глубина заложения фундамента d1, то в качестве расчётного значения глубины заложения фундамента принимаем большую из них, т.е. d1 = 1,65 м.
Абсолютная отметка подошвы фундамента составляет:
Источник
Строительство гражданских и промышленных зданий
Фундаменты и их конструктивные решения |
Автор: Administrator |
22.02.2010 17:43 |
Фундаменты являются важным конструктивным элементом здания, воспринимающим нагрузку от надземных его частей и передающим ее на основание. Фундаменты должны удовлетворять требованиям прочности, устойчивости, долговечности, технологичности устройства и экономичности.
По характеру работы под действием нагрузки фундаменты различают жесткие, материал которых работает преимущественно на сжатие и в которых не возникают деформации изгиба, и гибкие, работающие преимущественно на изгиб. Рис. 4.6, Профили и. конструирование ленточного фундамента: Для устройства жестких фундаментов применяют кладку из природного камня неправильной формы (бутового камня или бутовой плиты), бутобетона и бетона, Для гибких фундаментов используют в основном железобетон. Ленточные фундаменты. По очертанию в профиле ленточный фундамент под стену в простейшем случае представляет собой прямоугольник (рис. 4.6, а). Его ширину устанавливают немного больше толщины стены, предусматривая с каждой стороны небольшие уступы по 50. 150 мм. Однако прямоугольное сечение фундамента на высоте допустимо лишь при небольших нагрузках на фундамент и достаточно высокой несущей способности грунта. Рис. 4.7. Ленточные монолитные фундаменты под кирпичную стену; а — бутовый фундамент, б — бутобетонный По способу устройства ленточные фундаменты бывают монолитные и сборные. Монолитные фундаменты устраивают бутовые, бутобетонные, бетонные и железобетонные. На рис. 4.7 показан ленточный фундамент из бутового камня и бутобетона. Ширина бутовых фундаментов должна быть не менее 0,6 м для кладки из рваного бута и 0,5 м — из бутовой плиты. Высота ступеней в бутовых фундаментах составляет обычно около 0,5 м, ширина — от 0,15 до 0,25 м. Устройство монолитных бутобетонных, бетонных и железобетонных фундаментов требует проведения опалубочных работ. Кладку бутовых фундаментов производят на сложном или • цементном растворе с обязательной перенизкой (несонпалением) иер-тикальных шпон (промежутков между камнями, заполняемых раствором). Рис. 4.8. Элементы сборных бетонных и железобетонных фундаментов: а — бетонный блок сплошной, 6 — то ж«, пустотелый. в — блок-подушка сплошная, г — то же, ребристая. 1 — монтажные петли Рис. 4.9. Ленточный сборный фундамент из крупных блоков: Рис. 4.10. Сопряжение фундаментов продольных и поперечных стен: Рис. 4.11. Конструктивные решения облегченных сборных ленточных фундаментов; Рис. 4.12. Изменение глубины заложения фундамента: а — общий вид, б—фрагмент фундамента В местах пропуска различных трубопроводов (водопровода, канализации и др.) в монолитных фундаментах заранее предусматривают соответствующие отверстия, а в сборных между блоками — необходимые зазоры с последующей их заделкой. Рис. 4.13. Столбчатые фундаменты; Столбчатые фундаменты под стены возводят также в зданиях большой этажности при значительной глубине заложения фундаментов (4. S м), когда устройство ленточного фундамента нецелесообразно из-за большого расхода строительных материалов. Столбы перекрывают железобетонными фундаментными балками. Для предохранения их от сил пучения грунта, а также для свободной их осадки (при осадке здания) под ними делают песчаную подсыпку толщиной 0,5. 0,6 м. Если при этом необходимо утеплить пристенную часть пола, подсыпку выполняют из шлака или керамзита. Рис. 4.14. Сплошные фундаменты;
Свайные фундаменты. Используют их при строительстве на слабых сжимаемых грунтах, а также в тех случаях, когда достижение естественного основания экономически или технически нецелесообразно из-за большой глубины его заложения Кроме того, эти фундаменты применяют и для зданий, возводимых на достаточно прочных грунтах, если использование свай позволяет получить более экономичное решение. Рис. 4.16. Свайные фундаменты: Таблица 4.1. Технико-зкономические показатели некоторых типов фундаментов Источник |