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 γf, 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 γf=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 γf=11.
2. Коэффициенты надежности по нагрузке γf 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 γf 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 γf=1,1.
5. Для снеговой нагрузки γf=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 γf=1,4.
7. Для температурных климатических воздействий γf=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:
- основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных;
- 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 ψn:
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 ψn1=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
Определение нагрузок на фундаменты
Перед началом проектирования необходимо изучить конструктивное решение здания: габариты, его назначение, характер передачи нагрузки (несущие стены или каркас), материал стен и перекрытий, их размеры, количество этажей, назначение первого этажа, наличие подвала.
Расчет оснований и фундаментов производится по расчетным нагрузкам. При расчете по деформациям (II предельное состояние) коэффициент перегрузки равен 1.
Определение нагрузок действующих на фундамент производится до уровня планировочной отметки. Перед сбором нагрузок, необходимо установить какие, элементы конструкций являются несущими и какие самонесущими, как проходит передача нагрузок от перекрытий.
Сбор нагрузок от веса конструкций и временной нагрузки производится на грузовую площадь, которая принимается в соответствии со статической схемой сооружения. Для ленточных фундаментов под нагруженные несущие стены длина грузовой площадки принимается между осями оконных проемов, ширина – до середины пролета между наружной и внутренней стеной, под внутренние стены длина грузовой площади принимается равной 1 пог.м, а ширина – равной расстоянию между серединами пролетов. Для колонн длина и ширина грузовой площади принимается равной расстоянию между серединами пролетов.
К постоянным нагрузкам относится вес конструкций (стен, перекрытия, кровли и др.), к временным – полезная нагрузка на перекрытия, снеговая и ветровая нагрузка. Нормативные нагрузки от веса конструкций определяются по проектным размерам и удельным весам материалов, коэффициенты перегрузки принимаются по СНиПу 2.01.07-85 (п.3.1-3.4). Величины нормативных временных нагрузок определяются по СНиПу 2.01.07-85 (п. 3.5-3.9).
При расчете нагрузки от одного перекрытия полное значение нормативных временных нагрузок, указанных в СНиПе, следует снижать в зависимости от грузовой площади А рассчитываемого элемента умножением на коэффициент сочетания ψА, равный для квартир, общежитий, служебных и бытовых помещений при А > А1 = 9 м 2
. (1.1)
При наличии двух перекрытий и более
, (1.2)
где n – число загруженных временной нагрузкой перекрытий.
Для читальных залов, торговых залов, участков обслуживания и ремонта оборудования
; 
м 2 . (1.3)
При наличии двух и более перекрытий
. (1.4)
Нормативные атмосферные нагрузки, определенные по неблагоприятным значениям в течение определенного периода времени, и соответствующие коэффициенты приведены в СНиП 2.01.07-85.
Возможность одновременного проявления нескольких нагрузок регламентируется нормативными документами. СНиП 2.01.07-85 выделяет основное и особое сочетание нагрузок. Основное сочетание включает постоянные, временные, длительные и кратковременные нагрузки. Особое сочетание нагрузок, помимо постоянных и временных нагрузок включает особую нагрузку.
Расчет оснований по деформациям и по несущей способности приводится на основное сочетание нагрузок. Нагрузки на основание от наземных частей сооружения в зависимости от их схемы определяются на уровне спланированной отметки земли, верхнего обреза или подошвы фундамента отдельно от вертикальных и горизонтальных сил.
В каркасных зданиях с полным каркасом вся нагрузка от перекрытий воспринимается только каркасом. Здание имеет как внутренние, так и наружные (пристенные) колонны. Наружные стены выполняются самонесущими или как дополнение каркаса с передачей на него веса стены. В зданиях с неполным каркасом нагрузки от перекрытий передаются на наружные стены и внутренний каркас. В бескаркасных зданиях вся нагрузка от чердачного, междуэтажного перекрытия и покрытия передается на наружные и внутренние продольные стены или на наружные торцевые и внутренние поперечные стены. Так как стены здания передают нагрузку на фундамент по простенкам, нагрузка суммируется по длине, равной расстоянию между осями оконных проемов.
Пример 1.1. Требуется определить нагрузки пятиэтажного административно-бытового комбината шахты, если здание с неполным поперечным каркасом (рис. 1.5). Стены выполнены из кирпичной кладки удельным весом γ = 18 кН/м 3 , толщина наружных стен 64 см. Внутренний поперечный каркас из сборных железобетонных колонн сечением 40×40 см и ригелей сечением 54×30 см. Междуэтажные перекрытия из крупноразмерного железобетонного настила, кровля – из железобетонных плит по строительным балкам с техническим чердаком. Район строительства г. Тула.
Рис. 1.5. Расчетная схема к примеру 1.1
Сбор нагрузок производить в такой последовательности. Определяют постоянные нормативные нагрузки: от веса покрытия (гидроизоляционный ковер, кровельный настил и балки) – 1,5 кПа, от веса чердачного перекрытия с утеплителем – 3,8 кПа; от веса междуэтажного перекрытия – 3,6 кПа; от веса перегородок – 1,0 кПа; от веса карниза – 2 кН/м.
По СНиПу устанавливают временные нагрузки: снеговая на 1м 2 горизонтальной проекции – 1,8 кПа, временная на чердачное перекрытие – 0,7 кПа, временная на междуэтажное перекрытие – 2,0 кПа.
Решение. Определяем нагрузку на наружную стену в осях Б – 2.
Грузовая площадь А = 3,3 × 2,8 = 9,24 м 2 , где 3,3 м – расстояние между осями оконных проемов, а 2,8 м – половина расстояния в чистоте между стеной и колонной. Возможность неодновременного загружения всех пяти этажей временной нагрузкой учитываем, вводя понижающий коэффициент по формуле (1.1) при средней площади помещений 18м 2 :
;
.
Постоянные нагрузки от конструкции, кН:
вес покрытия 1,5×9,24 = 13,86;
вес чердачного перекрытия 3,8×9,24 = 35,11;
вес пяти междуэтажных перекрытий 3,6×9,24×5 = 116,3;
от сборного ригеля перекрытий 0,54×0,3×2,8×25×6 = 68,0;
вес перегородок на пяти этажах 1×9,24×5 = 46,2
вес кирпичной кладки выше чердачного перекрытия 1,5×0,51×3,3×18 = 45,0;
вес стены за вычетом веса оконных проемов на длине 3,3м
0,64×(3,6×3,2 – 2,32×1,79)×5×18 = 445,42.
Итоговая постоянная нагрузка 769,4 кН.
Временные нагрузки, кН
на кровлю 1,8 × 9,24 = 16,63;
на чердачное перекрытие 0,7 × 9,24 = 6,46;
на пять междуэтажных перекрытий с коэффициентом ψn1 = 0,66
Итоговая временная нагрузка 84,07 кН.
Нормативная нагрузка на 1м наружной стены
(769,4 + 84,07)/3,3 = 258,6 кН.
Нагрузка на колонну. кН;
грузовая площадь 5,6×5,6 = 31,36 м 2
вес покрытия 1,5×31,36 = 47;
вес чердачного перекрытия 3,8×31,36 = 119,1;
вес плит междуэтажных перекрытий 3,6×5×31,36 = 564,48;
вес перегородок на пяти этажах 1×5×31,96 = 156,8,
вес сборного ригеля перекрытий 0,54×0,3×2,8×25×2×6 = 136,0;
вес железобетонных колонн 0,4×0,4×3,6×25×5 = 72.
Итоговая постоянная нагрузка 1095,38 кН.
на кровлю 1,8×31,36 = 56,44;
чердачное перекрытие 0,7×31,36 = 21,95;
вес пяти междуэтажных перекрытий с коэффициентом ψn1 = 0,66
Итоговая временная нагрузка 275,28 кН.
Нормативная нагрузка на колонну 1095,38 + 275,28 = 1370,66 кН.
3.Определение размеров в плане фундаментов мелкого заложения на естественном основании
Выбор глубины заложения фундаментов производится в соответствии со СНиП 2.02.01.83 [3, с. 100-108]; [9, с. 37-40].
Размеры в плане фундаментов мелкого заложения на естественном основании определяются:
– для ленточного фундамента по формуле
(1)
где b – ширина подошвы фундамента, м;
N – расчетная нагрузка от веса сооружения, кН;
– среднее значение объемного веса материала фундамента и грунта на его обрезах, кН/м 
; = 20 кH/м
– условное расчетное давление грунта под подошвой фундамента, определяемое по СНиП 2.02.01.838*,кПа; d – глубина заложения подошвы фундамента, м;
– для отдельно стоящего (столбчатого) квадратного фундамента
(2)
где d – высоты фундамента, квадратного в плане, м.
Если основанием фундамента служит слабый грунт, для которого не дано расчетное давление в СНиП 2.02.01.83*, то размеры фундамента в плане определяются подбором.
После определения размера фундамента в плане производится его конструирование, т.е. принимается вид фундамента (сборный или монолитный). Для сборного фундамента по каталогам подбираются типовые блоки. При этом не допускается вылет консоли подушки больше того, что указан в таблице для соответствующего напряжения под подошвой фундамента. После уточнения в плане размеров фундамента, которые могут измениться в большую сторону, производится проверка несущего слоя грунта по формуле
(3)
где Nр – расчетная нагрузка на уровне верхнего обреза, кН;
G – вес фундамента (вес стеновых и фундаментных блоков) для отдельных фундаментов, кН;
для ленточных фундаментов, кН/м 2 ;
Gгр – вес грунта на его обрезах, кН.
А – площадь подошвы фундамента, м 2
Rp – расчетное сопротивление грунта, определяемое по формуле (7) СНиПа 2.09.01-83*.
1) 
разница между составляет меньше 10% от R. В этом случае размеры блока оставляют без изменения;
2) разница между более 10%. Это значит, что фундамент запроектирован не экономично. Размер фундамента в плане следует уменьшить;
3) 
может вызвать увеличение осадки грунта основания за счет распространения пластических деформаций на большую глубину. В этом случае необходимо увеличить подошвы фундамента;
4) для внецентренно загруженных фундаментов допускается увеличивать расчетное сопротивление на 20%;
Источник