Нагрузки учитываемые при расчете фундаментов

Нагрузки и воздействия при расчете оснований и фундаментов

Основные положения и правила по определению и учету всех видов нагрузок и воздействий, а также их сочетаний определяются по СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».

При проектировании оснований зданий и сооружений необходимо учитывать нагрузки, которые возникают при их строительстве и эксплуатации, а также при изготовлении, хранении и перевозке строительных конструкций.

Основными характеристиками нагрузок являются их нормативные значения, устанавливаемые СНиПом по нагрузкам и воздействиям. Расчетные величины действующих нагрузок определяются как произведение нормативных значений на коэффициенты надежности по нагрузке γ_f, которые должны соответствовать рассматриваемому предельному состоянию и учитывать возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную сторону от нормативных значений.

При расчете оснований зданий и сооружений по первой группе предельных состояний коэффициент надежности принимается:

1. Для веса строительных конструкций — по табл. 1.1.

Таблица 1.1. Значения коэффициентов надежности для всех строительных конструкций

Конструкции сооружений и вид грунтов	Коэффициент надежности по нагрузке γf
Конструкции
Металлические	1,05
Бетонные (со средней плотностью свыше 1600 т/м 3 )	1,10
Железобетонные, каменные, армокаменные, деревянные, бетонные (со средней плотностью 1600 кг/м 3 и менее), изоляционные, выравнивающие и отделочные слои (плиты, материалы в рулонах, засыпки. стяжки и т.д.), выполняемые:
— в заводских условиях	1,2
— на строительной площадке	1,3
Грунты
— природные	1,1
— насыпные	1,15

1. При проверке конструкций на устойчивость положения против опрокидывания, а также в других случаях, когда уменьшение веса конструкций и грунтов может ухудшить условия работы конструкций, следует произвести расчет, принимая для всех конструкций или ее части коэффициент надежности по нагрузке γ_f=0,9.

2. При определении нагрузок от грунта следует учитывать нагрузки от складируемых материалов, оборудования и транспортных средств, передаваемые на грунт.

3. Для металлических конструкций, в которых усилия от собственного веса превышают 50 % общих усилий, следует принимать γ_f=11.

2. Коэффициенты надежности по нагрузке γ_f для веса оборудования принимают по табл. 1.2.

Таблица 1.2. Значения коэффициентов надежности

Наименование	Коэффициент надежности по нагрузке γf
Стационарное оборудование	1,05
Изоляция стационарного оборудования	1,20
Заполнители оборудования (в том числе резервуары и трубопроводы):
— жидкости	1,0
— суспензии, шлаки, сыпучие тела	1,1
— погрузчики и электрокары (с грузом)	1,2

3. Для равномерно распределенных нагрузок величина γ_f принимается: 1,3 — при полном нормативном значении до 2,0 кПа (200 кгс/м 2 ); 1,2 — при полном нормативном значении 2,0 кПа (200 кгс/м 2 ) и более.

4. В случае передачи крановых нагрузок γ_f=1,1.

5. Для снеговой нагрузки γ_f=1,4; если отношение нормативной величины равномерно распределенной нагрузки от веса покрытия к нормативной величине снегового покрова менее 0,8, значение коэффициента надежности следует принимать равным 1,6.

6. Для ветровой нагрузки γ_f=1,4.

7. Для температурных климатических воздействий γ_f=1,1.

При расчете оснований зданий и сооружений по второй группе предельных состояний (по деформациям) коэффициент надежности принимается равным единице.

Все нагрузки в зависимости от продолжительности их действия подразделяют на постоянные и временные.

К постоянным относятся нагрузки, которые при строительстве и в процессе эксплуатации зданий и сооружений действуют и проявляются постоянно. К ним относятся: вес частей зданий и сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих конструкций; вес и давление грунтов; горное давление и др.

Временные нагрузки подразделяют на:

длительные — вес временных перегородок, стационарного оборудования (станков, аппаратов, моторов, емкостей, трубопроводов с арматурой, опорными частями и др.), давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, нагрузки на перекрытия от складируемых материалов, нагрузки от людей, животных на перекрытия, вертикальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов и др.;

кратковременные — нагрузки от оборудования в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, веса людей и ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования, нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования, снеговые нагрузки с полным нормативным значением, ветровые, гололедные нагрузки и др.;

особые — статические, взрывные воздействия, нагрузки, вызванные резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования, воздействия, вызванные деформациями основания с коренным изменением структуры грунта (при замачивании лессовых просадочных грунтов) или оседанием его в карстовых районах или районах горных выработок.

Расчет оснований зданий и сооружений по предельным состояниям первой и второй групп должен выполняться с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок.

В зависимости от учитываемого состава нагрузок различают следующие сочетания:

1. основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных;
2. особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок.

Если учитываются сочетания, включающие постоянные и не менее двух кратковременных нагрузок, расчетные значения временных нагрузок необходимо умножать на коэффициенты сочетаний: а) в основных сочетаниях для длительных нагрузок ψ₁=0,95, для кратковременных ψ₂=0,9; б) в особых сочетаниях для длительных нагрузок ψ₁=0,95, для кратковременных ψ₂=0,8.

Основания зданий и сооружений рассчитывают по деформациям на основное сочетание нагрузок, по несущей способности — на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок — на основное и особое сочетание.
Нагрузки на перекрытия и снеговые нагрузки могут относиться как к длительным (при расчете по деформациям), так и к кратковременным (при расчете оснований по несущей способности).

Нормативные значения равномерно распределенных временных нагрузок на плиты перекрытий, лестницы и полы на грунтах приведены в СНиПе по нагрузкам и воздействиям.

При определении продольных усилий для расчета фундаментов, которые воспринимают нагрузки от двух перекрытий и более, полные значения нормативных нагрузок следует снижать умножением на коэффициент сочетания ψ_n:

1. Для квартир жилых зданий, общежитий и гостиниц, палат больниц и санаториев, служебных помещений, бытовых помещений промышленных предприятий:

2. Для читальных, обеденных, торговых залов, участков обслуживания и ремонта оборудования в производственных помещениях:

Рис. 1.4. Схема к сбору нагрузок на фундаменты

где А — грузовая площадь рассчитываемого элемента; А>А₁=9 м 2 к формуле (1.6):

А>А₂=36 м 2 к формуле (1.7);

п — общее число перекрытий, от которых рассчитываются нагрузки фундамента.

Пример 1.1. Определить нагрузку на фундаменты наружных стен здания с подвалом (рис. 1.4). Стены здания кирпичные, толщина наружных стен первого этажа 64 см, внутренних — 51 см; толщина стен остальных этажей: наружных — 51 см, внутренних — 38 см. Высота этажа 3,0 м. Междуэтажные и чердачные перекрытия из крупноразмерного железобетонного настила, кровля — плоская из железобетонных плит по строительным балкам с техническим чердаком.

Сбор нагрузок производят в такой последовательности. Определяют постоянные нормативные нагрузки от: веса покрытия (гидроизоляционный ковер, кровельный настил и балки) — 1,50 кПа; веса чердачного перекрытия с утеплителем — 3,8 кПа; веса междуэтажного перекрытия— 3,6 кПа; веса перегородок — 1,0 кПа; веса карниза — 2,0 кН; веса 1 м3 кирпичной кладки — 18 кН (1800 кг).

СНиПу устанавливают временные нормативные нагрузки: снеговая на 1 м 2 горизонтальной проекции — 1,5 кПа; временная на чердачное перекрытие — 0,7 кПа; временная на междуэтажное перекрытие — 2,0 кПа (200 кгс/м 2 ).
С учетом постоянных и временных нагрузок определяют нагрузки на фундамент наружной стены на уровне планировочной отметки грунта.

Предварительно выделяется грузовая площадь, которая в данном случае определяется следующими контурами; расстоянием между осями оконных проемов вдоль здания и половине расстояния в чистоте между стенами — поперек здания:

Эту грузовую площадь принимаем постоянной, пренебрегая ее уменьшением на первом этаже за счет увеличения ширины наружной и внутренних стен.

1. Вес покрытия 1,5*7=10,5 кН.

2. Вес чердачного перекрытия 3,8*7=26,6 кН.

3. Вес шести междуэтажных перекрытий 3,6*7*6=151,5 кН.

4. Все перегородок на шести этажах 1,0*7*6=41 кН.

5. Вес карниза и стены выше чердачного перекрытия (2,0+6,0*0,51*1,8)*2,53=19,8 кН.

6. Вес цоколя и стены первого этажа за вычетом веса оконных проемов на длине 2,53 м:

7. Вес стены со второго этажа и выше за вычетом веса оконных проемов на длине 2,53 м:

Итого постоянная нагрузка составила 596,4 кН.

1. Снеговая 1,5*7=10,5 кН.

2. На чердачное перекрытие 0,7*7=4,9 кН.

3. На шесть междуэтажных перекрытий с учетом снижающего коэффициента 0,7:

При этом коэффициент сочетания ψ_n1=0,7 определялся по формуле (1.6).

Итого временная нагрузка на 2,53 м длины стены составила 74,2 кН. Тогда нормативная нагрузка на 1 м наружной стены будет равна

Аналогично можно определить нагрузку на фундамент на уровне планировки земли под внутреннюю стену здания.

Источник

Расчет нагрузки на фундамент

Расчет нагрузки на фундамент необходим для правильного выбора его геометрических размеров и площади подошвы фундамента. В конечном итоге, от правильного расчета фундамента зависит прочность и долговечность всего здания. Расчет сводится к определению нагрузки на квадратный метр грунта и сравнению его с допустимыми значениями.

Для расчета необходимо знать:

• Регион, в котором строится здание;
• Тип почвы и глубину залегания грунтовых вод;
• Материал, из которого будут выполнены конструктивные элементы здания;
• Планировку здания, этажность, тип кровли.

Исходя из требуемых данных, расчет фундамента или его окончательная проверка производится после проектирования строения.

Попробуем рассчитать нагрузку на фундамент для одноэтажного дома, выполненного из полнотелого кирпича сплошной кладки, с толщиной стен 40 см. Габариты дома – 10х8 метров. Перекрытие подвального помещения – железобетонные плиты, перекрытие 1 этажа – деревянное по стальным балкам. Крыша двускатная, покрытая металлочерепицей, с уклоном 25 градусов. Регион – Подмосковье, тип грунта – влажные суглинки с коэффициентом пористости 0,5. Фундамент выполняется из мелкозернистого бетона, толщина стенки фундамента для расчета равна толщине стены.

Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения зависит от глубины промерзания и типа грунта. В таблице приведены справочные величины глубины промерзания грунта в различных регионах.

Таблица 1 – Справочные данные о глубине промерзания грунта

Глубина заложения фундамента в общем случае должна быть больше глубины промерзания, но есть исключения, обусловленные типом грунта, они указаны в таблице 2.

Таблица 2 – Зависимость глубины заложения фундамента от типа грунта

Глубина заложения фундамента необходима для последующего расчета нагрузки на почву и определения его размеров.

Определяем глубину промерзания грунта по таблице 1. Для Москвы она составляет 140 см. По таблице 2 находим тип почвы – суглинки. Глубина заложения должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Исходя из этого глубина заложения фундамента для дома выбирается 1,4 метра.

Расчет нагрузки кровли

Нагрузка кровли распределяется между теми сторонами фундамента, на которые через стены опирается стропильная система. Для обычной двускатной крыши это обычно две противоположные стороны фундамента, для четырехскатной – все четыре стороны. Распределенная нагрузка кровли определяется по площади проекции крыши, отнесенной к площади нагруженных сторон фундамента, и умноженной на удельный вес материала.

Таблица 3 – Удельный вес разных видов кровли

1. Определяем площадь проекции кровли. Габариты дома – 10х8 метров, площадь проекции двускатной крыши равна площади дома: 10·8=80 м 2 .
2. Длина фундамента равна сумме двух длинных его сторон, так как двускатная крыша опирается на две длинные противоположные стороны. Поэтому длину нагруженного фундамента определяем как 10·2=20 м.
3. Площадь нагруженного кровлей фундамента толщиной 0,4 м: 20·0,4=8 м 2 .
4. Тип покрытия – металлочерепица, угол уклона – 25 градусов, значит расчетная нагрузка по таблице 3 равна 30 кг/м 2 .
5. Нагрузка кровли на фундамент равна 80/8·30 = 300 кг/м 2 .

Расчет снеговой нагрузки

Снеговая нагрузка передается на фундамент через кровлю и стены, поэтому нагружены оказываются те же стороны фундамента, что и при расчете крыши. Вычисляется площадь снежного покрова, равная площади крыши. Полученное значение делят на площадь нагруженных сторон фундамента и умножают на удельную снеговую нагрузку, определенную по карте.

1. Длина ската для крыши с уклоном в 25 градусов равна (8/2)/cos25° = 4,4 м.
2. Площадь крыши равна длине конька умноженной на длину ската (4,4·10)·2=88 м 2 .
3. Снеговая нагрузка для Подмосковья по карте равна 126 кг/м 2 . Умножаем ее на площадь крыши и делим на площадь нагруженной части фундамента 88·126/8=1386 кг/м 2 .

Расчет нагрузки перекрытий

Перекрытия, как и крыша, опираются обычно на две противоположные стороны фундамента, поэтому расчет ведется с учетом площади этих сторон. Площадь перекрытий равна площади здания. Для расчета нагрузки перекрытий нужно учитывать количество этажей и перекрытие подвала, то есть пол первого этажа.

Площадь каждого перекрытия умножают на удельный вес материала из таблицы 4 и делят на площадь нагруженной части фундамента.

Таблица 4 – Удельный вес перекрытий

1. Площадь перекрытий равна площади дома – 80 м 2 . В доме два перекрытия: одно из железобетона и одно – деревянное по стальным балкам.
2. Умножаем площадь железобетонного перекрытия на удельный вес из таблицы 4: 80·500=40000 кг.
3. Умножаем площадь деревянного перекрытия на удельный вес из таблицы 4: 80·200=16000 кг.
4. Суммируем их и находим нагрузку на 1 м 2 нагружаемой части фундамента: (40000+16000)/8=7000 кг/м 2 .

Расчет нагрузки стен

Нагрузка стен определяется как объем стен, умноженный на удельный вес из таблицы 5, полученный результат делят на длину всех сторон фундамента, умноженную на его толщину.

Таблица 5 – Удельный вес материалов стен

1. Площадь стен равна высоте здания, умноженной на периметр дома: 3·(10·2+8·2)=108 м 2 .
2. Объем стен – это площадь, умноженная на толщину, он равен 108·0,4=43,2 м 3 .
3. Находим вес стен, умножив объем на удельный вес материала из таблицы 5: 43,2·1800=77760 кг.
4. Площадь всех сторон фундамента равна периметру, умноженному на толщину: (10·2+8·2)·0,4=14,4 м 2 .
5. Удельная нагрузка стен на фундамент равна 77760/14,4=5400 кг.

Предварительный расчет нагрузки фундамента на грунт

Нагрузку фундамента на грунт расчитывают как произведение объема фундамента на удельную плотность материала, из которого он выполнен, разделенное на 1 м 2 площади его основания. Объем можно найти как произведение глубины заложения на толщину фундамента. Толщину фундамента принимают при предварительном расчете равной толщине стен.

Таблица 6 – Удельная плотность материалов фундамента

1. Площадь фундамента – 14,4 м 2 , глубина заложения – 1,4 м. Объем фундамента равен 14,4·1,4=20,2 м 3 .
2. Масса фундамента из мелкозернистого бетона равна: 20,2·1800=36360 кг.
3. Нагрузка на грунт: 36360/14,4=2525 кг/м 2 .

Расчет общей нагрузки на 1 м 2 грунта

Результаты предыдущих расчетов суммируются, при этом вычисляется максимальная нагрузка на фундамент, которая будет больше для тех его сторон, на которые опирается крыша.

Условное расчетное сопротивление грунта R₀ определяют по таблицам СНиП 2.02.01—83 «Основания зданий и сооружений».

1. Суммируем вес крыши, снеговую нагрузку, вес перекрытий и стен, а также фундамента на грунт: 300+1386+7000+5400+2525=16 611 кг/м 2 =17 т/м 2 .
2. Определяем условное расчетное сопротивление грунта по таблицам СНиП 2.02.01—83. Для влажных суглинков с коэффициентом пористости 0,5 R₀ составляет 2,5 кг/см 2 , или 25 т/м 2 .

Из расчета видно, что нагрузка на грунт находится в пределах допустимой.

Источник