Основное условие достаточности принятых размеров центрально загруженного фундамента

5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 3)

Б. ВНЕЦЕНТРЕННО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Размеры внецентренно нагруженных фундаментов определяются исходя из условий:

где р — среднее давление под подошвой фундамента от нагрузок для расчета оснований по деформациям; p_max — максимальное краевое давление под подошвой фундамента; р c max — то же, в угловой точке при действии моментов сил в двух направлениях; R — расчетное сопротивление грунта основания.

Максимальное и минимальное давления под краем фундамента мелкого заложения при действии момента сил относительно одной из главных осей инерции площади подошвы определяется по формуле

где N — суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его обрезах, кН; A — площадь подошвы фундамента, м 2 ; М_х — момент сил относительно центра подошвы фундамента, кН·м; y — расстояние от главной оси инерции, перпендикулярной плоскости действия момента сил, до наиболее удаленных точек подошвы фундамента, м; I_x — момент инерции площади подошвы фундамента относительно той же оси, м 4 .

Для прямоугольных фундаментов формула (5.53) приводится к виду

где W_x — момент сопротивления подошвы, м 3 ; e_x = M_x/N — эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента, м; l — размер подошвы фундамента в направлении действия момента, м.

При действии моментов сил относительно обеих главных осей инерции давления в угловых точках подошвы фундамента определяется по формуле

или для прямоугольной подошвы

где М_х, M_y, I_х, I_y, e_x, e_y, x, у — моменты сил, моменты инерции подошвы эксцентриситеты и координаты рассматриваемой точки относительно соответствующих осей; l и b — размеры подошвы фундамента.

Условия (5.50)—(5.52) обычно проверяются для двух сочетаний нагрузок, соответствующих максимальным значениям нормальной силы или момента.

Относительный эксцентриситет вертикальной нагрузки на фундамент ε = е/l рекомендуется ограничивать следующими значениями:

ε_u = 1/10 — для фундаментов под колонны производственных зданий с мостовыми кранами грузоподъемностью 75 т и выше и открытых крановых эстакад с кранами грузоподъемностью более 15 т, для высоких сооружений (трубы, здания башенного типа и т.п.), а также во всех случаях, когда расчетное сопротивление грунтов основания R ε_u = 1/6 — для остальных производственных зданий с мостовыми кранами и открытых крановых эстакад;

ε_u = 1/4 — для бескрановых зданий, а также производственных зданий с подвесным крановым оборудованием.

Форма эпюры контактных давлений под подошвой фундамента зависит от относительного эксцентриситета (рис. 5.25): при ε ε = 1/10, соотношение краевых давлений p_min/p_max = 0,25), при ε = 1/6 — треугольная с нулевой ординатой у менее загруженной грани подошвы, при ε > 1/6 — треугольная с нулевой ординатой в пределах подошвы, т.е. при этом происходит частичный отрыв подошвы.

В последнем случае максимальное краевое давление определяется по формуле

где b — ширина подошвы фундамента; l₀ = l /2 – e — длина зоны отрыва подошвы (при ε = 1/4, l₀ = 1,4).

Следует отметить, что при отрыве подошвы крен фундамента нелинейно зависит от момента.

Распределение давлений по подошве фундаментов, имеющих относительное заглубление λ = d/l > 1, рекомендуется находить с учетом бокового отпора грунта, расположенного выше подошвы фундамента. При этом допускается применять расчетную схему основания, характеризуемую коэффициентом постели (коэффициентом жесткости). В этом случае краевые давления под подошвой вычисляются по формуле

где i_d — крен заглубленного фундамента; c_i — коэффициент неравномерного сжатия.

Пример 5.11. Определить размеры фундамента для здания гибкой конструктивной схемы без подвала, если вертикальная нагрузка на верхний обрез фундамента N = 10 МН, момент M = 8 МН·м, глубина заложения d = 2 м. Грунт — песок средней крупности со следующими характеристиками, полученными по испытаниям: е = 0,52; φ_II = 37°; c_II = 4 кПа; γ = 19,2 кН/м 3 . Предельное значение относительного эксцентриситета ε_u = е/l = 1/6.

Решение. По табл. 5.13 R₀ = 500 кПа. Предварительные размеры подошвы фундамента определим исходя из требуемой площади:

м 2 .

Принимаем b · l = 4,2 · 5,4 м ( A = 22,68 м 2 ).

Расчетное сопротивление грунта по формуле (5.29) R = 752 кПа. Максимальное давление под подошвой

кПа R = 900 кПа.

Эксцентриситет вертикальной нагрузки

м,

Таким образом, принятые размеры фундамента удовлетворяют условиям, ограничивающим краевое давление и относительный эксцентриситет нагрузки.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник

5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 2)

А. ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Проектирование фундаментов из сборных плит. Для устройства фундаментов применяются плиты, прямоугольные в плане, и с угловыми вырезами (см. гл. 4). Фундаменты из этих плит проектируются ленточными или прерывистыми, последние с превышением или без превышения расчетного сопротивления основания.

При ленточных фундаментах, когда ширина плит совпадает с расчетной шириной, допускается замена прямоугольных плит плитами с угловыми вырезами. При прерывистых фундаментах расчетное сопротивление грунтов основания R определяется как для ленточных фундаментов с повышением значения R коэффициентом k_d , принимаемым по табл. 5.14.

Прерывистые фундаменты из плит прямоугольной формы и с угловыми вырезами не рекомендуется применять:

• – в грунтовых условиях II типа по просадочности;
• – при залегании под подошвой фундамента рыхлых песков;
• – при сейсмичности района 7 баллов или более; в этом случае нужно применять плиты с угловыми вырезами, укладывая их в виде непрерывной ленты;
• – при залегании ниже подошвы фундамента пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести I_L > 0,5.

Прерывистые фундаменты с превышением расчетного сопротивления основания не рекомендуется устраивать:

• – в грунтовых условиях I типа по просадочности при отсутствии поверхностного уплотнения грунта в пределах деформируемой зоны;
• – при неравномерном напластовании грунтов или при значительном изменении сжимаемости грунта в пределах здания или сооружения;
• – при сейсмичности 6 баллов.

При совпадении расчетной ширины фундамента с шириной плит последние укладываются в виде непрерывной ленты. Это требование относится как к плитам прямоугольной формы, так и к плитам с угловыми вырезами. В этом случае расчетное сопротивление грунта основания R , вычисленное по формуле (5.29), может быть повышено в 1,2 раза, если расчетные деформации основания (при давлении, равном R ) не превосходят 40 % их предельного значения. При этом повышенное давление не должно вызывать деформации основания более 50 % предельных и, кроме того, не превышать значение давления из условия расчета оснований по несущей способности.

При несовпадении расчетной ширины с шириной плиты проектируются прерывистые фундаменты. Для прерывистых фундаментов, проектируемых с превышением расчетного сопротивления основания, коэффициент k_d не должен превышать величин, приведенных в табл. 5.14, а для прямоугольной формы, кроме того, коэффициент k´_d не должен быть больше значений, приведенных в табл. 5.15.

ТАБЛИЦА 5.15. ЗНАЧЕНИЕ k´_d ДЛЯ ПРЕРЫВИСТОГО ФУНДАМЕНТА

Расчетная ширина ленточного фундамента, м	Ширина прерывистого фундамента, м
1	1,2	1,09
1,1	1,2	1,1
1,3	1,4	1,07
1,5	1,6	1,11
1,7	2	1,18
1,8	2	1,17
1,9	2	1,09
2,1	2,4	1,18
2,2	2,4	1,13
2,3	2,4	1,1
2,5	2,8	1,17
2,6	2,8	1,13
2,7	2,8	1,12
2,9	3,2	1,15
3,0	3,2	1,13
3,1	3,2	1,1

В случае применения плит с угловыми вырезами в ленточных фундаментах и в прерывистых без превышения расчетного сопротивления основания допускается, чтобы фактическое давление на грунт превышало расчетное сопротивление основания на 15 %, т.е. k_d = 1,15.

Осадка ленточных и прерывистых фундаментов рассчитывается как для сплошного ленточного фундамента на среднее давление, отнесенное к общей площади фундамента, включая промежутки между плитами и угловые вырезы.

Пример 5.10. Рассчитать фундамент под стену производственного здания без подвала.

1. Исходные данные: длина стены по оси А равна 40 м; толщина фундаментной стены 30 см; глубина заложения фундамента 2 м; площадка сложена глинистым грунтом, имеющим характеристики: I_L = 0,3, е = 0,8, γ_II = 18 кН/м 3 , c_II = 35 кПа, R₀ = 317 кПа, φ_II = 16°; нагрузка на уровне верха фундамента N = 856 кН/м.

Решение. Предварительный размер подошвы фундамента b = N/R₀ = 856/317 = 2,7 м. Расчетное сопротивление грунта основания определяем по формуле (5.29):

кПа.

Ширина фундамента b_c = (N + N₁)/R = (856 + 114)/349 = 2,78 (здесь N₁ = 114 кН/м — вес фундамента и грунта на его обрезах). Расчетная ширина фундамента практически совпадает с шириной блока, равной 2,8 м, поэтому применяем ленточный фундамент из плит с вырезами марки ФК 28-35В*. Число плит n = Lb_c/A_s = 40 · 2,78/(2,8 · 1,18) = 25 шт. В этом случае расход бетона составляет 31,75 м 3 , а металла – 1,041 т.

При применении типовых плит по серии 1.112-5 принимаем марку ФЛ 28.12-3. В этом случае расход бетона составляет 34,22 м 3 , а металла — 1,347 т (т.е. больше соответственно в 1,08 и 1,29 раза).

2. Исходные данные: длина стены того же здания, что и в п. 1, по оси Б равна 40 м, нагрузка на уровне верха фундамента N = 410 кН/м, расчетное сопротивление грунта основания R = 222 кПа, расчетная ширина фундамента b_c = (410 + 90)/222 = 2,25 м (здесь N₁ = 90 кН/м), среднее давление p = 222 кПа.

Решение. Принимаем прерывистый фундамент из плит прямоугольной формы шириной 2,4 м. Коэффициент превышения расчетного сопротивления в этом случае k´_d = 1,13 (см. табл. 5.15), а коэффициент k_d = 1,3 (см. табл. 5.14). Число плит прямоугольной формы определяем по наименьшему из этих коэффициентов. Площадь ленточного фундамента A = 2,25 · 40 = 90 м 2 . Суммарная площадь прямоугольник плит в прерывистом фундаменте A_b = 90/1,13 = 80 м 2 . Число плит в прерывистом фундаменте

Отсюда n = 80/2,83 = 28 шт. (площадь плиты A_s = 2,4 · 1,18 = 2,83 м 2 ).

Источник

Расчёт и конструирование отдельно стоящих центрально нагруженных фундаментов

Общие положения. В общем случае размеры подошвы фундамента назначают согласно требованиям норм про­ектирования оснований зданий и сооружений, рассчиты­вая основания по несущей способности и по деформаци­ям, что изложено в курсе оснований и фундаментов. До­пускается предварительно определять размеры подошвы фундаментов зданий классов I и II, а также окончатель­но их назначать для фундаментов зданий и сооружений класса III при основаниях, сжимаемость которых не уве­личивается с глубиной, из условия, что среднее давление на основание под подошвой фундамента не превышает значения, вычисляемого по расчетному давлению Rо, фиксированному для фундаментов шириной 1 м на глу­бине 2 м.

Расчетное давление Ro зависит от вида и состояния грунта; его принимают по результатам инженерно-геоло­гических изысканий площадки строительства и по ука­заниям норм.

Для окончательного назначения размеров фундамента расчетное давление на грунт основания R определяют по формулам: при d ≤ 2 м

где b и d — соответственно ширина и глубина заложения проектируе­мого фундамента, м; b₀ = 1 м; d₀ = 2 м; γ — нагрузка от веса 1 м 3 грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м 3 ; k1 = 0,125 — коэффициент, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами; k1 = 0,05 — то же, пылеватыми песками, супесями, суглинками и глинами; k2 = 0,25 — коэффи­циент, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами; k2=0,2 — то же, супесями и суглинками; k2 =0,15 —то же, глинами.

Опыты показали, что давление на основание по подо­шве фундамента в общем случае распределяется нерав­номерно в зависимости от жесткости фундамента, свойств грунта, интенсивности среднего давления. При расчетах условно принимают, что оно распределено равномерно.

Давление на грунт у края фундамента, загруженного внецентренно в одном направлении, не должно превы­шать 1,2R, а в углу, при двухосном внецентренном загружении, — 1,5R.

Размеры сечения фундамента и его армирование оп­ределяют как из расчета прочности на воздействия, вы­численные при нагрузках и сопротивлении материалов по первой группе предельных состояний.

Центрально-нагруженные фундаменты. Необходимая площадь подошвы центрально-нагруженного фундамента (рис. 12.7) при предварительном расчете

где Nn — нормативная сила, передаваемая фундаменту; d —глубина заложения фундамента; γm = 20 кН/м 3 — усредненная нагрузка от веса 1 м 3 фундамента и грунта на его уступах.

Если нет особых требований, то центрально-нагружен­ные фундаменты делают квадратными в плане или близ­кими к этой форме.

Минимальную высоту фундамента с квадратной по­дошвой определяют условным расчетом его прочности на продавливание в предположении, что оно может проис­ходить по поверхности пирамиды, боковые стороны кото­рой начинаются у колонн и наклонены под углом 45°. Это условие выражается формулой (для тяжелых бето­нов)

где Rbt — расчетное сопротивление бетона при растяжении; и_т = 2(hk + bk + 2ho)—среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания в пределах полезной высоты фундамента h₀.

Продавливающую силу принимают согласно расчету по первой группе предельных состояний на уровне верха фундамента за вычетом давления грунта по площади основания пирамиды продавливания:

В формуле (12.4) нагрузка от веса фундамента и грун­та на нем не учитывается, так как он в работе фундамен­та на продавливание не участвует. Полезная высота фун­дамента может быть вычислена по приближенной фор­муле, выведенной на основании выражений (12.3) (12.4):

Фундаменты с прямоугольной подошвой рассчитыва­ют на продавливание также по условию (12.3), принимая

где А₂ — площадь заштрихованной части подошвы на рис. 12.7; b1 и b₂ — соответственно верхняя и нижняя стороны одной грани пира­миды продавливания.

Полную высоту фундамента и размеры верхних ступе­ней назначают с учетом конструктивных требований, ука­занных выше.

Внешние части фундамента под действием реактивно­го давления грунта снизу работают подобно изгибаемым консолям, заделанным в массиве фундамента. Их расчитывают в сечениях: /—/ — по грани колонны, //—// — по грани верхней ступени, III—/// — по границе пира­миды продавливания.

Полезную высоту нижней ступени принимают такой, чтобы она отвечала условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающемся в сечении ///—III (на основании формул гл. 3). Для единицы ширины этого сечения

где на основании рис. 12.7

Кроме того, полезная высота нижней ступени должна быть проверена по прочности на продавливание по усло­вию (12.3).

Армирование фундамента по подошве определяют расчетом на изгиб по нормальным сечениям /—/ и II—II. Значение расчетных изгибающих моментов в этих сече­ниях

Сечение рабочей арматуры на всю ширину фундамента можно вычислить, принимая

Содержание арматуры в расчетном сечении должно обеспечивать минимально допустимый процент армиро­вания в изгибаемых элементах.

При прямоугольной подошве сечение арматуры фун­дамента определяют расчетом в обоих направлениях.

7. Нормативные и расчётные нагрузки.

Нормативные нагрузки. Они устанавливаются норма­ми по заранее заданной вероятности превышения сред­них значений или по номинальным значениям. Норма­тивные постоянные нагрузки принимают по проектным значениям геометрических и конструктивных параметров и по средним значениям плотности. Нормативные вре­менные технологические и монтажные нагрузки уста­навливают по наибольшим значениям, предусмотренным для нормальной эксплуатации; снеговые и ветровые – по средним из ежегодных неблагоприятных значений или по неблагоприятным значениям, соответствующим определенному среднему периоду их повторений.

Расчетные нагрузки. Их значения при расчете конст­рукций на прочность и устойчивость определяют умно­жением нормативной нагрузки на коэффициент надеж­ности по нагрузке .

Коэффициент надежности при действии веса бетонных и железобетонных конструкций = 1,1;

веса конструкций из бетонов на легких заполнителях и различных стяжек, засыпок, утеплителей, выполняемых в заводских условиях = 1,2 и на монтаже = 1,3;

различных вре­менных нагрузок в зависимости от их значения — при полном нормативном значении менее 2,0 кПа = 1,3, при полном нормативном значении 2,0 кПа и более = 1,2. Коэффициент надежности при действии веса кон­струкций, применяемый в расчете на устойчивость по­ложения против всплытия, опрокидывания и скольже­ния, а также в других случаях, когда уменьшение массы ухудшает условия работы конструкции, принят =0,9. При расчете конструкций на стадии возведения расчетные кратковременные нагрузки умножают на ко­эффициент 0,8. При расчете конструкций по деформаци­ям и перемещениям (по 2 группе предельных состояний) расчетные нагрузки принимают равными нормативным значениям с коэффициентом =1

Сочетание нагрузок. Конструкций должны быть рас­считаны на различные сочетания нагрузок или соответ­ствующие им усилия, если расчет ведут по схеме неупру­гого состояния. В зависимости от состава учитываемых нагрузок различают:

основные сочетания, включающие постоянные, длительные и кратковременные нагрузки или усилия от них;

особые сочетания, включающие по­стоянные, длительные, возможные кратковременные и одна из особых нагрузки или усилия от них.

В основных сочетаниях при учете не менее двух вре­менных нагрузок их расчетные значения (или соответст­вующих им усилий) умножают на коэффициенты соче­тания равные:

Источник