Какое условие должно определять размеры подошвы центрально нагруженного монолитного фундамента?

п/п

Алгоритм

Пояснения

Определение характеристик грунта какое условие должно определять размеры подошвы центрально нагруженного монолитного фундамента

По результатам анализа грунтовых условий (раздел 2) для принятой глубины заложения подошвы фундамента принимаются характеристики для опорного слоя грунта под подошвой фундамента по IIгруппе предельных состояний (ГПС).

Грунт обратной засыпки принимается с коэффициентом уплотнения kсом=0,92…0,95.

Для глинистого грунта оптимальная влажность какое условие должно определять размеры подошвы центрально нагруженного монолитного фундаментаМаксимальная плотность скелета грунта:какое условие должно определять размеры подошвы центрально нагруженного монолитного фундамента

Расчетная плотность скелета грунта какое условие должно определять размеры подошвы центрально нагруженного монолитного фундамента

какое условие должно определять размеры подошвы центрально нагруженного монолитного фундамента

Для песчаного грунта:

какое условие должно определять размеры подошвы центрально нагруженного монолитного фундаментадля песка гравелистого, крупного и средней крупности;для песка мелкозернистого и пылеватого

Определение нагрузок на фундаменты

Нагрузки от надфундаментной части здания определяются по результатам расчета конструктивной системы для IIГПС с коэффициентом надежности.

Для зданий с подвалом и без подвала на ленточных фундаментах обрез принимается в уровне верха фундаментной плиты (рис. 5.7) влияние собственного веса массива фундамента с грунтом на обрезах заменяется равномерно распределённой нагрузкой ().

Рис. 5.7 Схема к определению нагрузок на ленточный фундамент в здании с подвалом

Для столбчатых фундаментов в зданиях с подвалом и без подвала обрез назначается в уровне его верха (рис. 5.3; 5.4).

На первом этапе размеры подошвы рассчитываются для центрально нагруженного фундамента. На втором этапе проверяется величина краевых давлений под подошвой фундамента с учётом вертикальных, горизонтальных и моментных нагрузок.

Величина среднего удельного веса массива фундамента с грунтом для предварительных расчётов принимается в зависимости от . Величинапринимается:гдеdиd1глубина заложения фундамента с наружной стороны и со стороны подвала. Фактическая величина нагрузки от массива фундамента определяется после назначения его размеров. При определении нагрузки от массива фундамента следует учитывать влияние взвешивающего действия воды (рис. 5.8).

Рис. 5.8 Схемы напластований слоев грунта, для которых учитывается взвешивающее действие грунтовых вод.

Определение размеров фундаментов

По условиям применимости теории линейно-деформируемых тел среднее давление на грунт по подошве фундаментов должно удовлетворять условию:

— площадь подошвы фундамента, для ленточного фундамента

,- коэффициенты условия работы грунта в опорном слое основания и перераспределения нагрузок за счет жесткости несущей системы.

Грунт опорного слоя в основании

при

Пески гравелистые, крупные и средней крупности

пески мелкие

Пески пылеватые:

Пылевато-глинистые:

— применяется к зданиям с жесткой конструктивной схемой;

— коэффициент, учитывающий точность определения прочностных характеристик,-иопределены опытным путем;-иприняты по таблицам СП «Основания и фундаменты»;

Значения ,,могут быть приняты по таблице СП «Основания и фундаменты»;

, — удельный вес грунта выше и ниже подошвы фундамента;- ширина подошвы (меньший размер) фундамента;- глубина выемки в грунте при устройстве подвала.

На первом этапе расчетов принимается фундамент центрально нагруженный при .

Для ленточного фундамента

Далее относительно полученного значения назначаются размеры,. Для назначенных размеров определяются величины расчетного сопротивления,,и среднее давление по подошве фундаментов.

По найденным значениям истроятся графические зависимости, пересечение которых определяет расчетное значение.

Расчетная величина для сборных фундаментных плит округляется до ближайшего большего размера, для плит из монолитного бетона округляется до размера кратного 0,1м в большую сторону.

Далее уточняется фактический вес плиты фундамента , гдеи вес грунта на его уступах.

Определяются нагрузки в уровне подошвы фундамента: где- высота тела фундаментной плиты.

Оценивается величина фактических давлений на грунт по подошве фундамента:

Для столбчатого фундамента

Предварительно определяется эксцентриситет приложения нагрузки на обрезе фундамента и площадь подошвы:

При принимается.

При принимается:.

Далее назначаются размеры подошвы фундаментов относительно принятыхпри. Для назначенных размеров определяются величины:

.

По результатам вычислений строятся зависимости и, в точке пересечения зависимостей определяется расчетная ширина подошвы фундамента, которая округляется до размера кратного 100мм, в большую сторону:.

Далее уточняется фактический вес тела фундамента: , где- объем тела фундамента; и фактический вес грунта на его уступах:, где- объем грунта.

Определяются нагрузки по подошве фундамента: .

Оцениваются фактические давления на грунт:

Требование по ограничению давлений по подошве столбчатых фундаментов для зданий разного назначения приведены на рис. 5.9.

Рис. 5.9 Схемы по ограничению средних (Рср) и краевых давлений (Рmin; Рmax) по подошве фундаментов.

Конструирование фундаментов

Для заданной глубины заложения и рассчитанных размеров подошвы фундаментовпроизводится конструирование тела фундамента из заданного материала из условий его работы как жесткого штампа. В строительной практике наибольшее применение получили фундаменты из железобетона, бетона и бутобетона. В курсовом проекте принимаются фундаменты из железобетона, при прочности бетона соответствующей классу В15…В20. Угол жесткости для железобетона составляет. Тело абсолютно жесткого штампа ограничивается в теле фундамента образующими под углом(рис. 5.10), свес тела жесткого фундаментаза грань передающей конструкции (стены или колонны) определяется жесткостными параметрами тела фундамента и грунтового основания:, где- модуль общей деформации грунта в основании,- модуль деформации материала фундамента;рабочая высота ступеней в теле фундамента.

При считается, что фундамент жесткий. В практике проектирования величина свеса ступеней принимается в интервале. В курсовом проекте, при отсутствии расчетов по работе тела фундаментов по материалу на изгиб, продавливания и на раскрытие трещин, рекомендуется принимать для фундаментов свесза пределы абсолютно жесткого тела не более. Для сборных ленточных фундаментов размеры плит и их класс по величине допустимых давлений на грунтпринимать по серии.

В случае если принятая глубина заложения не обеспечивает возможность устройства плиты фундамента требуемых размеров, необходимо выполнить увеличение глубины заложения подошвы фундамента и расчеты по требуемым размерам повторить.

При обеспечении требований по устройству плиты фундамента производится его полное конструирование, и компоновка подземной части здания.

Для здания на ленточных фундаментах производится компоновка нулевого цикла. На рис. 5.11 приведена компоновка сечения для здания с подвалом из сборных элементов. Фундаментная плита ленточного фундамента сборная принимается по требуемым: размеру в плане и действующему давлению по каталогам заводов изготовителей. В случае если фундаментная плита будет эксплуатироваться ниже уровня грунтовых вод расчетное давление под подошвой, при определении требуемого класса подушки по допустимым нагрузкам, условно увеличить в 1,2 раза.

Под сборными фундаментными плитами выполняется ручной добор, для удаления расструктуренного грунта, на глубину и подготовка из песка крупного или средней крупности, которая служит для выравнивания поверхности основания, снижения концентрации напряжений из-за неровностей по подошве плит и дренирования воды из порового пространства грунта в основании по мере его обжатия нагрузками от здания.

Для ленточных фундаментов из монолитного бетона требуется устройство бетонной подготовки, которая выполняет технологическую функцию, обеспечивая установку арматуры и опалубки, служит элементом уменьшающим величину защитного слоя бетона подошвы плиты фундамента с 70мм до 35. Подготовку рекомендуется выполнять из бетона класса В7,5…В10 по прочности. В случае залегания в основании водонасыщенного глинистого грунта бетонная подготовка усложняет фильтрацию воды при его обжатии нагрузками от здания и создает увеличенные фильтрационные давления в зонах под краями подошвы фундамента. Особенно неблагоприятно такие условия сказываются в слабых грунтах. Для снижения влияния фильтрационных давлений подготовка под фундаментами может быть выполнена двухслойной с нижним слоем из песка.

Для здания на столбчатых фундаментах производится конструирование фундаментов с учетом положения пола и конструкции применяемых фундаментных балок. Фундаменты в зданиях с подвалом устанавливаются ниже пола подвала. Глубина положения обреза фундамента от поверхности пола принимается 150мм.

Фундаментные балки могут быть сборные и из монолитного бетона, устанавливаются на требуемом уровне с помощью столбиков — набетонок на ступенях плит фундаментов. Сечение балок зависит от толщины опирающихся на них стен и передаваемых нагрузок. Геометрические характеристики сборных фундаментных балок для шага колонн каркаса 6м приведены в приложении 3. На рис. 5.12 приведена схема компоновки фундаментов для здания без подвала.

Горизонтальная изоляция стен здания на ленточных фундаментах устраивается в шве фундаментной стены на уровне не ниже 250мм от отмостки.

Горизонтальная изоляция стен подвала выполняется в шве между фундаментной плитой и фундаментной стенкой с применением раствора с повышенным содержанием цемента.

Горизонтальная изоляция стен каркасных зданий выполняется в шве между фундаментной балкой и стеной.

Вертикальная гидроизоляция стен в зонах контакта с грунтовой средой выполняется обмазочными составами.

После компоновки фундаментов величина действующих нагрузок уточняется и производится проверка фактических давлений на грунт:

.

а = 35мм – защитный слой бетона

Рис. 5.10 Схемы к конструированию плиты железобетонных фундаментов из монолитного бетона для принятых размеров и глубины заложенияd.

а) для условий устройства плиты в виде одной ступени высотой hпл

б) для многоступенчатой плиты фундамента

Рис. 5.11 Компоновка сечения нулевого цикла здания с подвалом на ленточных фундаментах из сборных элементов.

FLпер– относительные отметки верха и низа плит перекрытия;

FLф– относительная отметка подошвы фундамента;

FLвф– относительная отметка верха фундамента;

bл;bп– привязка граней фундаментной плиты к оси здания;

bcл;bсп– привязка граней фундаментной стены к оси здания;

а – глубина опирания перекрытия на стену для кирпичной кладки, принимается не менее 120мм;

1 – подготовка под фундамент для сборных плит принимается из песка средней крупности и крупного; для фундаментов из монолитного бетона принимается из бетона класса В(7,5…10), при водонасыщенных глинистых грунтах может устраиваться с нижним дренирующим слоем из песка;

  1. – фундаментная плита принимается требуемых размеров и класса по допустимым нагрузкам; 3 – фундаментные блоки заводского изготовления высотой 580 и 280мм, шириной 400, 500, 600мм из бетона класса В7,5…12,5.; 4 – кладка из керамического кирпича полнотелого, отвечающего требованиям по прочности и долговечности; 5 – кладочный раствор hш=20мм, отвечает требованиям по прочности кладки и долговечности здания; 6 – плита перекрытия сборная или из монолитного железобетона, размеры плит соответствуют серии или кратны модулю; 7 – вертикальная гидроизоляция препятствует смерзанию поверхности фундаментов и стен и их увлажнению; 8 – горизонтальная гидроизоляция, устраивается из рулонного материала или специального состава, обеспечивает защиту стен от капиллярной влаги.

Рис. 5.12 Конструирование столбчатого фундамента каркасного здания без подвала.

hз- глубина заделки колонн сплошного сечения:hк= 400 мм; hз= 800 мм; hк= 500 мм; hз= 800 мм; hк= 600 мм; hз= 900 мм; hк= 800 мм; hз= 900 мм.

dcтолщина стенок стакана принимается по расчёту, но не менее 200мм в плоскости рамы и не менее 150мм из плоскости рамы. В месте сопряжения со стеной толщина стенки стакана определяется толщиной стены.

bп- размеры подколонников в направлении из плоскости рамы каркаса для, наружного ряда колонн, назначаются с учетом размеров по длине сборных фундаментных балок;

1 — железобетонная колонна каркаса сечением bkxhk;

2- столбчатый фундамент с подколонником высотой hcи двухступенчатой плитой с высотой ступенейh1;h2;

3- выравнивающая подкладка для установки колонны в колодец фундамента;

4- обетонирование колонны в колодце фундамента;

5- столбик – набетонка для установки сборной фундаментной балки на проектную отметку FLфб;

6- фундаментная балка сборная, установлена на набетонку через растворный шов hш;

7- подливка из бетона для выравнивания положения поверхностей обреза фундамента и фундаментных балок;

8- подготовка под фундаментом.

Компоновка ленточных фундаментов

При раскладке фундаментных плит под пересекающимися стенами здания происходит их наложение друг на друга, кроме того часть плит попадает под входные проемы в фундаментных стенах и частично выключается из работы.

Схемы таких условий приведены на рис. 5.13, 5,14. Расчетная граница несущих стен определяется положением крайней плиты перекрытия, в курсовом проекте принимается граница несущей стены по грани самонесущих (ограждающих стен). Для каждого сечения под стенами были определены действующие нагрузки и размеры по ширине подошвыи принятые размеры. В результате влияния положения и ослаблений проемами определяются уточненные размеры фундаментных плити.

— соответствует положению фундаментных плит по длине стен.

— соответствует площади плиты фундамента 2 выключаемой из работы в случае продолжения фундамента 1 за пределы несущей стены.

Величина выпуска плиты фундамента 1 за край стены 1 определится: .

Для компенсации влияния зоны положения , возможно выполнить уширение плиты фундамента 2;

— расчетная длина плиты фундамента 2 с учетом разрывов по его длине.

;

может быть получена увеличением ширины монолитной плиты, увеличением ширины сборной плиты или устройством армированной бетонной подготовки под сборной плитой.

Рис. 5.13. Схема компоновки ленточных фундаментов в узлах сопряжения стен разного направления: а) в угловой зоне здания; б) в средней зоне по длине (ширине) здания.

Рис.15.4. Схема компоновки ленточных фундаментов в зоне проемов в фундаментных стенках.

— ширина проема; — допустимая величина свеса фундаментной плиты в нерабочем направлении за торец стены;- угол жесткости для железобетона принимается(при армировании не менее 0,05% от рабочей площади поперечного сечения плиты), для бетона- ослабление плиты фундамента по площади из-за устройства проема;

— Для сборных плит длиной при свесеСцентр тяжести плиты должен отстоять от торца стенки на величину:

гдеR– прочность кладки стены на сжатие.

Проверка слабого подстилающего слоя грунта в основании

В случае если под опорным слоем основания залегает более слабый слой грунта и мощность опорного слоя менее выполняется проверка на возможность продавливания опорного слоя. Слабым считается слой грунта с показателем модуля деформациис показателем индекса текучестис показателем. Проверка осуществляется путем определения параметров условного фундамента с подошвой в уровне кровли слабого слоя грунта:- размеры подошвы,- глубина заложения;- среднее давление по подошве;- расчетное сопротивление грунта. Припринимается, что подстилающий слой в основании обеспечивает восприятие нагрузок. Иначе необходимо принимать другое решение по устройству фундамента. Схема проверка подстилающего слоя в основании приведена на рис.5.15.

Коэффициент распределения напряжений принимается по приложению 4. Для ленточных фундаментов ,

Для столбчатого фундамента:

— удельный вес подстилающего слоя грунта;- для подстилающего слоя грунта

Рис. 5.15 Схемы к проверке слабого подстилающего слоя грунта

а) – для ленточных фундаментов;

б) – для столбчатых фундаментов.

Определение осадок фундамента

Производится по методу послойного суммирования (рис.5.16). Толщина элементарного слоя принимается , основание ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои, глубина каждого уровняzi=ni, ni– число слоёв.

Осадка элементарного слоя определяется как где

дополнительное давление на грунт на глубинеzi под центром подошвы фундамента.

;

где определяется по СНиП /3/ или по приложению 4.

природное давление на уровне подошвы фундамента,- средневзвешенное значение удельного веса грунта выше подошвы фундамента;- глубина заложения подошвы фундамента.

Суммарная осадка фундамента определяется в пределах сжимаемой толщи (Нс)

Мощность сжимаемой толщи (Нс) определяется из условия:

при

при

-удельный вес и мощности выше расположенных слоев грунта.

Рис. 5.16 . Схема к определению осадок фундаментов по методу послойного суммирования.

, где- удельный вес грунтаj-го слоя;hj– мощностьj- го слоя грунта природного грунта, уровень грунтовых вод в слое грунта, испытывающего взвешивающее действие делит его на 2 слоя.- дополнительная эпюра напряжений в грунте от влияния соседних фундаментов.

Учет влияния соседних столбчатых фундаментов на деформации основания

Определяется зона влияния соседних площадей загрузки с образующими к площади влияющего под углом 45о. Если в зоне влияния оказывается сжимающая толща в основании проектируемого фундамента, то производится определение дополнительных напряжений на любой вертикальной оси проходящей в контуре фундамента. Для определения средней величины дополнительной осадки осьzпроводится через центр подошвы фундамента. Расчёт дополнительных напряжений по глубине сжимаемой толщи производится методом угловых точек, для условно выделяемых прямоугольников нагрузки, через углы которых проходит осьz:

где дополнительное давление по подошве условно выделенного слоя в грунте мощностьюhiна глубинеzi;P0– дополнительное давление по подошве влияющего фундамента;- коэффициент влияния напряжений в рассматриваемом уровне на осиzпри давлении Р0=1.

Схемы определения коэффициента приведены на рис. 5.17, расчёт коэффициентов влияния каждого условного прямоугольника загружения () выполняется с помощью приложения 4.

i-номер рассматриваемого элементарного слоя;

j-номер условного влияющего прямоугольника загрузки.

Подсчет дополнительной осадки проводится по методу послойного суммирования с учетом дополнительных давлений и изменений мощности сжимаемой толщи () рис. 5.16;

— доля осадки за счёт дополнительного обжатияi– го слоя грунта в основании.

Осадка рассчитываемого фундамента от действующих на него нагрузок уточняется в пределах увеличившейся мощности сжимаемой толщи:

Суммарная осадка фундамента

j=1 – прямоугольник размерами;

j=2 – прямоугольник размерами;

j=3 – прямоугольник размерами;

j=4 – прямоугольник размерами.

Рис. 5.17 Схемы к определению дополнительных напряжении в грунте основания о взаимного влияния

а) случай когда фундаменты расположены на одной оси

б) случай когда оси фундаментов не совпадают ; hi=constдля всех площадей нагрузки.

Учет влияния полосовой нагрузки на осадки фундамента

В случае если влияющий фундамент ленточный, или другой тип влияющей нагрузки может быть принят за равномерно распределённую по полосе, дополнительные напряжения на расчётной оси по глубине наиболее удобно определять по зависимости:

;

где Р – дополнительная равномерно распределённая нагрузка по полосе;

bn-ширина полосы;

zi-глубина рассматриваемого слоя (i-го);

Y-расстояние по горизонтали от рассматриваемой точки до середины полосы;

Величина knберется из приложения 5.

Осадки подсчитываются по методу послойного суммирования с учетом дополнительного давления и изменения мощности сжимаемой толщи

()

Схема расчёта дополнительных напряжений в грунте приведена на рис. 5.18

Рис.5.18. Схемы к определению дополнительных напряжений в грунте основания от влияния соседних площадей загрузки (а), полосовой нагрузки: (б) нагрузок на полы промышленных зданий.

— — —образующие ограничивающие зоны влияния

— мощность сжимаемой толщи грунта под рассчитываемым фундаментом;

— мощность сжимаемой толщи с учетом влияющей соседней загруженной площади.

Р0– дополнительная равномерно распределённая нагрузка по подошве влияющего фундамента;

hi– толщина условно выделенных слоёв в основании;zi– глубина подошвы условно выделенных слоёв;

— дополнительное напряжение в грунте от влияющего фундамента на заданной оси на глубинеzi,q0– нагрузка на полы в здании.

Учет влияния нагрузки на полы здания на осадки фундаментов

Если нагрузка на полы устроенные по грунту в промышленных зданиях не задана, то принимается q=20КПа. Под рассчитываемым фундаментом по глубине сжимаемой толщи определяются дополнительные давления

для крайних фундаментов,

для средних фундаментов.

Подсчет осадок по методу послойного суммирования .

Определение допустимой осадки фундамента

Суммарная осадка фундамента определяется суммой осадок от обжатия грунтового основания передаваемыми нагрузками и нагрузок от рядом расположенных загруженных площадей:

Допустимая величина осадок (Su) определяется по СП /3/ и ограничивается из условий накопления неравномерных осадок в грунте основания, связанных с неоднородностью его деформационных показателей по глубине основания и простиранию здания,SрSu.

Если условие по допустимым осадкам не удовлетворяется, необходимо изменить глубину заложения, или размеры подошвы, или улучшить грунты основания или перейти на другой вид фундаментов и расчеты повторить.

Оценка разности осадок фундаментов

Разные конструктивные системы здания, выполненные из разных материалов в разной мере реагируют на проявление дополнительных напряжений из-за развития разной величины осадок фундаментов в разных частях здания, что связано с различием в размерах фундаментов и величинах передаваемых нагрузок. С целью ограничения концентрации напряжений в конструкциях и узлах принято ограничивать разность деформаций относительной величиной

— разность осадок рядом расположенных фундаментов, или на соседних участках ленточного фундамента;

L— расстояние между точками разность осадок которых рассматривается;

-предельно допустимая относительная разность осадок отличается для разных конструктивных систем и применяемых материалов, принимается по СП “Основания и фундаменты”. Схема влияния относительной разности осадок приведена на рис. 5.19.

Рис. 5.19 Схема влияния относительных деформаций основания на состояние конструкций:

— расчётные величины осадок фундаментов;

1- схема перекоса поперечных стен; 2 – схема нарушения поперечных стен трещинами.

Расчет крена фундаментов

При наличии горизонтальных и моментных нагрузок на фундамент грунты основания получают разную величину осадок в разных зонах подошвы – развиваются деформации крена, которые обеспечивают дополнительные усилия в надфундаментных конструкциях в этой связи они должны быть ограничены в зависимости от вида конструктивной системы здания и применяемых материалов. Схемы по определению крена фундаментов приведены на рис. 5.20.

-предельно допустимая величина крена для здания, принимается по СП “Основания и фундаменты”

E и -модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта основания (при неоднородном основании принимается средневзвешенные величины по площади эпюры напряжений)

;при в
Фундаментом называют подземную часть здания, предназначенную для передачи нагрузки от здания на залегающие на некоторой глубину грунты основания.Подошвой фундамента называется его нижняя поверхность, соприкасающаяся с основанием; верхняя плоскость фундамента, на которую опираются наземные конструкции, называется обрезом. За ширину фундамента принимается минимальный размер подошвы b, а за длину – наибольший ее размер l. Высота фундамента hf есть расстояние от подошвы до обреза, а расстояние от поверхности планировки до подошвы называется глубиной заложенияd.

К фундаментам мелкого заложения относятся фундаменты, передающие нагрузку на грунты основания преимущественно через подошву. Они применяются в различных областях и инженерно-геологических условиях как в сборном, так и в монолитном вариантах (Таблица 6.2).Таблица 6.2

Области применения фундаментов мелкого заложения

Тип фундамента Вид надземной конструкции
Отдельные Колонны, углы зданий, балки, фермы, арки, опоры рам и др.
Ленточные Стены зданий и сооружений, опорные рамы оборудования и др.
Сплошные (плитные) Высотные здания, заводские (фабричные) трубы, насосные станции и др.
Массивные Башни, мачты, мостовые опоры, колонны, станки и другое оборудование

При центральной нагрузке форму отдельных фундаментов в плане рекомендуется принимать квадратной, а при внецентренной нагрузке – прямоугольной (с отношением сторон 0,6…0,85).

Независимо от грунтовых условий (кроме скальных грунтов) под фундаментами устраивают подготовку толщиной 100мм: под монолитными – бетонную, из бетона класса В3,5; а под сборными – из песка средней крупности. При возведении фундаментов на скальных грунтах по грунтовому основанию устраивают выравнивающий слой бетона класса В3,5.

Расчет фундамента мелкого заложения начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров, к которым относятся глубина заложения фундамента, размеры и форма подошвы. Затем для принятых размеров фундамента производят расчеты основания по предельным состояниям.

Определение глубины заложения фундамента. Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше объем затрачиваемого материала и ниже стоимость его возведения, поэтому естественно стремление принять глубину заложения как можно меньшей.

Рис. Схемы напластований грунтов с вариантами устройства фундаментов: 1- прочный грунт; 2-более прочный грунт; 3-слабый грунт; 4-песчанная подушка; 5-зона закрепления

— минимальная глубина заложения фундаментов принимается не менее 0,5 м от спланированной поверхности территории; глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна быть не менее 10…15 см.

Глубина сезонного промерзания грунтов. df=khdfn, где kh – коэффициент, учитывающий влияние теплового

режима сооружения, dfn — нормативная глубина сезонного промерзания грунтов, м.

Определение формы и размеров подошвы фундаментов. Форма подошвы фундамента во многом определяется конфигурацией. При расчетах фундаментов мелкого заложения по второму предельному состоянию (по деформациям) площадь подошвы предварительно может быть определена из условия pП≤R, где pП – среднее давление по подошве фундамента, R – расчетное сопротивление грунта основания.

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=b2/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/м3;

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/м3;

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:

Рисунок 6.6: К определению глубины заложения фундаментов

а – при d1d; в- для плитных фундаментов

1- наружная стена; 2 — перекрытие; 3 — внутренняя стена; 4 — пол подвала; 5 — фундамент

Центрально нагруженный фундамент. Центрально нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок проходит через центр площади его подошвы. Реактивное давление грунта по подошве жесткого центрально нагруженного фундамента принимается равномерно распределеннымpII=(NoII+GfII+GgII)/A, где NoII — расчетная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента; GfIIи GgII — расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах; А — площадь подошвы фундамента. В предварительных расчетах вес грунта и фундамента в объеме параллелепипеда АВСD, в основании которого лежит неизвестная площадь подошвы А, определяется приближенно из выражения GfII+GgII=γmAd где γm — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его уступах, d – глубина заложения фундамента, м.

А=NoII/(R-γmd). Рассчитав площадь подошвы фундамента, находят его ширину b. Ширину ленточного фундамента, для которого нагрузки определяют на 1 м длины. После вычисления значения b принимают размеры фундамента с учетом модульности и унификации конструкций и проверяют давление. Найденная величина рII должна быть по возможности близка к значению расчетного R.

Внецентренно нагруженный фундамент. 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, м3.

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.

Внецентренно нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы. 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.рmax=(NII/A)(1±6e/b), где NII — суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его уступах; А — площадь подошвы фундамента; е — эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы; b — размер подошвы фундамента в плоскости действия момента.

Поскольку при внецентренном нагружении относительно одной из центральных осей максимальное давление на основание действует только под краем фундамента, при подборе размеров подошвы; фундамента его допускается принимать на 20% больше расчетного и сопротивления грунта, т.е. рmax≤1,2R Одновременно среднее давление по подошве фундамента, определяемое как рII=NII/A должна удовлетворять условию pII≤R.

В тех случаях, когда точка приложения равнодействующей внешних сил смещена относительно обеих осей инерции прямоугольной подошвы фундамента, давление под ее угловыми точками находят по формуле.рсmax=(NII/A)(1±6ex/l±6ey/b).

Поскольку в этом случае максимальное давление действует только в одной точке подошвы фундамента, допускается, чтобы его значение, удовлетворяло условию рсmax≤1,5R. Проверка давления на подстилающий слой слабого грунта. При наличии и в пределах сжимаемой толщи основания слабых грунтов •или грунтов с расчетным сопротивлением меньшим, чем давление на несущий слой, необходимо проверить давление на них, чтобы уточнить возможность применения при расчете основания теории линейной деформируемости грунтов. Последнее требует, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т.е. σzp+ σzg≤Rz

Где σzp и σzg — вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента (соответственно дополнительное от нагрузки фундамент и от собственного веса грунта); Rz — расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого слоя, величину Rz определяют как для условного фундамента шириной bz, и глубиной заложения dz. Коэффициенты условий работы γС1, γС2 и надежности k, а также коэффициенты Мq, Mc находят применительно к слою слабого грунта. Ширину условного фундамента назначают с учетом рассеивания напряжений в пределах слоя толщиной z. Если принять, что давление действует по подошве условного фундамента АВ, то площадь его подошвы должна составлять Az=NoII/σzp, Зная Аz найдем ширину условного прямоугольного фундамента bz=(√Az+a2)-a, где а=(1-b)/2 (1 и b длина на и ширина подошвы проектируемого фундамента. Для ленточных фундаментов bz=Аz/1.

Расчет осадки.

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия (6.1):

S £Su,

где S – совместная конечная деформация (осадка) основания и сооружения, определяемая расчетом по указаниям приложения 2 СНиП 2.02.01-83, методика которого излагается ниже.

Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое по указаниям п.6.1.

Расчетная схема основания применяется в виде линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи Нс. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформированном полупространстве приведена на рис.6.9.

Для расчета S используется метод послойного суммирования осадок, который допустимо применять в случаях, когда давление под подошвой фундамента pне превышает расчетное сопротивление грунта основания R.

Последовательность расчета осадок по методу послойного суммирования следующая:

а) на фоне геологического разреза (выполненного в масштабе) показать контуры проектируемого фундамента;

б) слева от оси фундамента построить эпюру вертикальных напряжений от собственного веса грунта (эпюру szg), используя формулу:

, (6.17)

где – удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

dn – глубина заложения фундамента;

gi, hi – соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта;

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды:

(6.18)

Если в толще основания находится водонепроницаемый слой – глины твердые, полутвердые, тугопластичные, суглинки твердые и скальные нетрещиноватые породы, то на его кровлю передается давление от вышележащих грунта и подземных вод. Тогда на кровле водоупора возникает скачок напряжений на величину hwgw.

в) грунтовую толщу от подошвы фундамента вниз разбить на элементарные слои, мощность которых удобно принимать равной 0,2b или 0,4b. При разбивке не надо обращать внимание на границы слоев различных грунтов и на уровень грунтовых вод;

г) справа от оси от уровня подошвы фундамента построить эпюру дополнительных вертикальных напряжений (эпюру szp). Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента, определяются по формуле:

szp=ap0, (6.19)

где a – коэффициент, принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной x=2z/b;

p0=p-szg,0 – дополнительное вертикальное давление на основание (для фундаментов шириной b³10м принимается p0=p);

д) определить нижнюю границу сжимаемой толщи (НГСТ), которая находится на уровне, где выполняется условие szp=0,2szg. НГСТ удобно определять графическим способом, для чего справа от оси достаточно построить эпюру 0,2szg в том же масштабе, в котором построена эпюра szp. Точка пересечения эпюр szp и 0,2szg определит НГСТ;

е) рассчитать осадку по формуле:

, (6.20)

где b – безразмерный коэффициент, равный 0,8;

szp,i – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-том слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границ слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

hi, Ei – соответственно толщина и модуль деформации i-того слоя грунта; если в i-тый слой входит два геологических слоя, то Ei принимать по тому слою, мощность которого в i-том слое больше;

n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.Рисунок 6.9: Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве:

DL – отметка планировки; NL – отметка поверхности природного рельефа; FL — отметка подошвы фундамента; WL – уровень подземных вод; B.C – нижняя граница сжимаемой толщи; d и dn – глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; b – ширина фундамента; p – среднее давление под подошвой фундамента; p0 – дополнительное давление на основание; szg и szg,0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; szp и szp,0 – дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы.

Дата добавления: 2016-05-11; просмотров: 5663;

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Рассчитать и сконструировать железобетонный фундамент под колонну среднего ряда. Бетон фундамента класса В15, арматура нижней сетки из стали класса А-II, конструктивная арматура класса А-I. Согласно СНиП, условное расчетное сопротивление основания (пески средней плотности, маловлажные) R0=0,3 МПа. Глубина заложения фундамента H1=1,7 м. Средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах γmf=20 кН/м3.

Расчетные характеристики материалов: для бетона класса В15, Rb=8,5 МПа; Rbt=0,75 МПа, γb2=0,9; для арматуры класса А-II Rs=280 МПа.

Расчетная нагрузка на фундамент от колонны первого этажа с учетом γn=0,95, N1=2220 кН. (см. табл. 4.2). Сечение колонны 35 35 см. Определяем нормативную нагрузку на фундамент по формуле

Nn=N1 /γf=2220/1,15=1930 кН,

где γf- средний коэффициент надежности по нагрузке (приближенно 1,15 1,2).

Требуемая площадь фундамента

Размеры колонн квадратного в плане фундамента принимаем размер подошвы фундамента 3 3 м (кратно 300 мм) Af=9 м2.

Определяем высоту фундамента. Вычисляем наименьшую высоту фундамента из условий продавливания его колонной по поверхности пирамиды при действии расчетной нагрузки, используя приближенную формулу

где psf =N1 /Af=2220/9=247 кН/м2 – напряжение в основании фундамента от расчетной нагрузки; Rbt=0,75 МПа=0,75·103 кН/м2.

Полная минимальная высота фундамента

Hf,min=h0+ab=61+4=65 см,

где ab=4 см – толщина защитного слоя бетона.

Высота фундамента из условий заделки колонны в зависимости от размеров ее сечения

H=1,5hc+25 см=1,5· 35+25=78 см.

Из конструктивных соображений, учитывая необходимость надежно заанкерить стержни продольной арматуры при жесткой заделке колонны в фундаменте, высоту фундамента рекомендуется также принимать павной не менее

где hg – глубина стакана фундамента, равная 30 d1+δ=30·2,5+5=80 см; d1 – диаметр продольных стержней колонны; δ=5 см – зазор между торцом колонны и дном стакана.

Принимаем высоту фундамента Hf=100 см, число ступеней три. Высоту ступеней назначаем из условий бетона достаточной прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении. расчетные сечения: 3 – 3 по грани колонны, 2 – 2 по грани верхней ступени и 1 – 1 по нижней границе пирамиды продавливания.

Минимальную рабочую высоту первой (снизу) ступени определяем по формуле

h1=h01+4 см=14,8+4=18,8 см.

Конструктивно принимаем h1=35 см, h01=35 – 4 =31 см.

Проверяем соответствие рабочей высоты нижней ступени фундамента h01=35 – 4 =31 см условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающемся в сечении 1 – 1 . На 1 м ширины этого сечения поперечная сила

Минимальное поперечное усилие Qb, воспринимаемое бетоном

где φb3=0,6 – для тяжелого бетона; φf=0 – для плит сплошного сечения; φn=0 ввиду отсутствия продольных сил.

Так как Q1=65,4 кН

Классическая подошва фундамента, которую сегодня можно увидеть во многих жилых постройках, разработана таким образом, чтобы равномерно распределять нагрузку фундамента дома на грунтовую поверхность. Данная конструкция выглядит как железобетонная платформа, имеющая ширину, по меньшей мере в два раза превышающую ширину самого фундамента.

Сборный ленточный фундамент.

Крайней необходимостью сооружения подошвы фундамента является ситуация, когда фундамент будет устанавливаться на рыхлом песчаном грунте или с илистой почвой.

Как рассчитать размер подошвы фундамента?

Чтобы рассчитать размеры фундамента и размеры его подошвы, необходимо произвести ряд несложных шагов. Первое, что нужно сделать, — это определиться с местом расположения будущего дома. В данном случае важно знать тип грунта, на котором будет строиться фундамент постройки.

Если работу будет проводить специалист, то сначала им будут взяты пробы с различных уровней почвы, чтобы позже в научно-экспериментальных условиях определить ее свойства. В дальнейшем, используя специальную таблицу максимальной нагрузки и полученные данные по свойствам и характеристикам грунта, очень просто вычислить уровень самой большой нагрузки на почву и рассчитать размеры фундамента. Таблицу сопротивления грунта можно легко и быстро найти в интернете.

Для того чтобы определить саму площадь подошвы основы дома, необходимо знать не только состояние и сопротивление грунта, но и предполагаемую глубину заложения фундамента, приблизительную массу постройки

.

Расчет размеров подошвы фундамента производится по нижеприведенной формуле.

  • Sф =1,1 х (Мд : Рг);
  • Sф — площадь подошвы фундамента;
  • Мд — приблизительная масса будущей постройки;
  • Рг — сопротивление грунта (информацию берем из таблицы);
  • 1,1 — это типичный коэффициент надежности для малоэтажных построек.

Средние расчетные сопротивления грунтов.

За долгие годы мировой строительной практики было выявлено, что для увеличения прочности фундамента необходимо увеличивать ширину его подошвы. Высота фундамента должна обладать половиной его ширины, а ширина подошвы должна быть больше толщины стены фундамента как минимум на 200 мм.

Сооружение хорошего и крепкого фундамента нуждается в специальной укладке. Очень важно, чтобы подошва располагалась гораздо ниже глубины промерзания. Это условие необходимо выполнять с той целью, чтобы в дальнейшем уберечь постройку от подвижек на илистом грунте.

Для максимально точного определения параметров фундамента следует учесть огромное количество факторов, самые важные из которых:

  • состояние и тип грунта;
  • проект здания;
  • марка бетона;
  • количество используемой арматуры.

Постройка дома начинается с фундамента, именно поэтому очень важно понимать всю степень ответственности и важности правильности предварительных расчетов и замеров. Советуем предоставить это дело профессионалам, чтобы впоследствии избежать таких неприятностей, как оседание и растрескивание основы. Правильные размеры фундамента помогут этого избежать.

Перед началом сооружения подошвы фундамента следует определиться с инструментами и материалами, которые будут применяться. К самым важным и необходимым предметам, которые обязательно пригодятся для сооружения подошвы фундамента, относятся:

Схема обратной засыпки кирпичного фундамента.

  • лопата — для раскопки траншеи;
  • штыковая лопата — для работы с арматурными прутьми;
  • арматура или проволока;
  • крючок (инструмент для вязки арматуры);
  • молоток;
  • гвозди;
  • деревянные балки;
  • нивелир или гидроуровень;
  • 2 капроновых шнурка;
  • бетон;
  • доски с сечением 5×30 см;
  • вешки.

Вернуться к оглавлению

Подготовительные работы: установка вешек

Когда известны размеры фундамента, можно приступать к следующему этапу. Перед тем как начать непосредственно сооружение самой подошвы фундамента, нужно сделать внизу котлована разметку, обозначающую максимально четкое расположение фундамента постройки.

Удобнее всего ориентироваться по вешкам, которые установили геодезисты в процессе разметки строительной площадки еще до того, как был выкопан котлован.

Положение угловых точек внизу котлована находим при помощи капронового шнура, натягивая его между вешками и отвесом, которые были установлены геодезистами.

Схема ленточного сборного фундамента.

На самом дне котлована, по отвесной его части, необходимо забить пару вешек. Для этого советуем использовать обрезки арматуры, поскольку в процессе заливки бетона их не надо будет вынимать. Между этой парой вешек расстояние должно в точности соответствовать протяженности стены, которая была определена и указана на архитектурном плане.

Для того чтобы быстрее закончить с черчением разметки пары оставшихся углов, в первую очередь советуем рассчитать размер их диагонали. Подобный просчет можно сделать самостоятельно, однако на расчеты, нанесение разметки уйдет очень много времени, что уже говорить о процессе самой постройки. Ввиду экономии времени желательно нанять пару-тройку специалистов, имеющих опыт выполнения данных задач.

Рассчитывать размеры фундамента оптимальнее всего при помощи трех членов бригады. Процедура будет следующая: в ключевых точках, которые уже были обозначены вершками, два человека фиксируют и крепко удерживают крайние части лент от двух рулеток. В это же время третий человек натягивает ленты этих рулеток таким образом, чтобы ленты пересекались на обозначении протяженности диагонали и протяженности стены. В точке пересечения лент необходимо забить в землю еще одну вешку.

В целях контроля четкости и правильности проделанной работы необходимо несколько раз проверить расстояние между всеми вешками. Последнее, что нужно сделать, — натянуть шнур между двумя углами, вследствие чего получится контур будущего ленточного фундамента.

Вернуться к оглавлению

Сооружение опалубки

После того как был завершен процесс установки вешек, можно будет начинать приступать к сооружению самой опалубки. В этих целях желательно использовать доски с сечением 5×30 см, соединенные между собой посредством металлических скоб, забитых в землю. Скобы имеют форму в виде буквы «П» и выполняют функцию удержания внутренней и наружной стенок опалубки. Оптимальное расстояние составляет порядка 16 см.

Опалубка должна быть установлена так, чтобы стенки фундамента распределялись именно по самому центру подошвы. Далее скрепляем между собой (под углом 90°) две доски с сечением 5×30 см и размещаем их от шнура на дистанцию 17,5 см. Подобный алгоритм осуществляется с целью формирования наружного угла.

После выполнения указанных действий необходимо установить и закрепить доски для внутренней стены опалубки. По обеим сторонам от стыка досок с шагом, равным порядка 100 см, устанавливаем скобы в форме буквы «П».

В случае если доски недостаточно плотно стыкуются между собой, советуем заделать разъем при помощи небольшой накладной досочки, прибивая ее с наружной стороны. Если же возникла обратная ситуация, доска оказалась больше, чем ожидалось, то тогда просто необходимо прибить ее к соседней доске внахлест.

Доски необходимо уравнять и подкорректировать, потому что этот фактор очень сильно влияет на прочность подошвы и на то, как она впоследствии будет выполнять свои функции.

После завершения установки зоны самых слабых мест опалубки необходимо частично засыпать грунтом. Слабыми местами опалубки могут быть либо места стыковки досок, либо места, в которых отсутствуют скобы. Подобное засыпание грунта убережет от попадания бетона под опалубку.

После выполнения всех вышеперечисленных действий необходимо установить самый верхний уровень кромки подошвы фундамента. Делается это с использованием теодолита. Определяя уровень, обязательно необходимо делать маленькие фиксаторы гвоздиками, забивая их на 50% длины на расстоянии 1 м друг от друга. В дальнейшем такие маленькие ориентиры сыграют на руку в процессе укладке бетона.

Вернуться к оглавлению

Укладка бетона

Сделав все предварительные приготовления, переходим к самому главному и завершающему этапу — заливке бетона.

После того как бетон был залит в опалубку, наступает этап работы с арматурными прутьями. Арматура раскладывается в два ровных ряда на поверхность еще влажного бетона с расстоянием около 15 см от каждой стены. Арматурные прутья необходимо подсовывать под поперечные перегородки скоб в виде буквы «П». По завершении процедуры при помощи штыковых лопат прутья погружаются на 20 см в бетон. Сверху бетон аккуратно «проштыковывается» лопатами, делается это с целью устранения ранее попавшего воздуха.

Когда бетон будет выровнен до уровня гвоздей, необходимо немного приподнять (на 5-7 см) «П-образные» скобы.

Теперь осталось выполнить всего лишь две операции: затирку верхней кромки подошвы и сооружение подошвы фундамента.

Сооружение подошвы фундамента — это очень важная и ответственная процедура. Особое внимание следует уделить процессу вырезания шпоночной канавки. Это делается сверху, вдоль центральной осевой кромки. Благодаря шпоночной канавке будет обеспечиваться прочное и качественное сцепление между подошвой и стенкой фундамента. Перед тем как начать делать канавку, убедитесь в том, что бетон немного затвердел. Необходимо взять небольшой брусок и методом вдавливания пройтись по прямолинейным участкам подошвы.

Уже в самом конце, после завершения всех работ, необходимо очень аккуратно удалить опалубку. Однако не забудьте перенести отметки, которые ранее были сделаны на ней, ведь впоследствии они пригодятся для возведения стен.

Выполняя в четкости все перечисленные действия, очень легко можно заложить основу дома. Но если вы не уверены, что сможете это сделать, лучше обратиться за помощью к профессиональным рабочим, которые рассчитают размеры фундамента и непременно сделают всю дальнейшую работу правильно и качественно.