Содержание
- Проектирование фундамента мелкого заложения под опору
- Определение глубины заложения фундамента
- Определение размеров подошвы фундамента
- Определение размеров подошвы фундаментов мелкого заложения
- Определение глубины заложения подошвы фундамента
- Исходя из каких условий определяют размеры подошвы фундамента мелкого заложения
- Расчет фундамента на искусственном основании
- Определение размеров подошвы фундамента мелкого заложения под колонну промышленного здания
- Проектирование песчаной подушки
Исходя из каких условий определяют размеры подошвы фундамента мелкого заложения
Проектирование фундамента мелкого заложения под опору
Определение глубины заложения фундамента
Для определения нормативной глубины заложения фундаментаdfn, воспользуемся формулой:
Где: -нормативная глубина сезонного промерзания (м);
— коэффициент пересчета для заданных условий;
— 1,2 (м) для Санкт-Петербурга [СНиП 2.02.01-83, пп. 2.26, 2.27]
Найдем искомое значение расчетной глубины заложения фундамента, подставив известные значения в формулу 1
Расчетная глубина заложения фундамента df определяется по формуле:
Где: dfn — нормативная глубина заложения фундамента (м);
kh — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения;
kh = 1,1 [СНиП 2.02.01-83, таблица 1]
Найдем искомое значение расчетной глубины заложения фундамента, подставив известные значения в формулу 2:
df = 1,46 * 1,1 = 1,6(м)
Определение размеров подошвы фундамента
Размеры подошвы фундамента мелкого заложения определяются из условия предельного равновесия:
Где: p — давление под подошвой фундамента;
R- расчетное сопротивление основания фундамента.
Расчетное сопротивление основания фундамента R (тс/м2), находится по формуле:
Где: — коэффициенты условия работы в зависимости от вида грунта и пространственной жесткости сооружения. = 1,25;= 1,2[СНиП 2.02.01-83, таб. 3];
K — коэффициент, учитывающий характеристики грунта. Принимается равным 1;
, , , — коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения под подошвой. = 0,91; = 4,64; = 7,14 [СНиП 2.02.01-83, таб. 4];
- -коэффициент, учитывающий ширину подошвы. Kпринимается равным 1 (по результатам полевых условий);
- ?искомая ширина подошвы фундамента;
- — объемный вес грунта выше подошвы фундамента. для песка пылеватого принимаем равным 1,78 т/м3[СНиП 2.02.01-83, п. 2.41, примечания]
- — объемный вес грунта под подошвой фундамента. для песка среднезернистого принимаем равным 1,93 т/м3[СНиП 2.02.01-83, п. 2.41, примечания];
— расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (тс/м2).
Нормативное значение удельного сцепления супеси равно 0,5 тс/м2. Расчетное значение находим перемножением нормативного удельного сцепления на коэффициент 1,1. Тогда получаем:
= 0,5 * 1,1 = 0,55 тс/м2
Подставим известные значения в формулу :
Полученная функция Rот bдает нам возможность построения графика зависимости расчетного сопротивления грунта основания от ширины подошвы фундамента.
Построив зависимость давления под подошвой фундамента от ширины подошвы фундамента и расчетного сопротивления основания фундамента от ширины подошвы фундамента, мы в точке пересечения двух графиков получим значение искомой ширины подошвы.
Давление под подошвой фундамента p(тс/м2), находится по формуле:
Где: P-вертикальное усилие к обрезу фундамента со сбора нагрузок;
— осредненное значение объемного веса грунта и бетона в массиве фундамента, принимается равным 2,1 т/м3;
d — глубина заложения фундамента;
A-площадь подошвы фундамента.
Для дальнейшего приведения формулы 5 к зависимости pот b, введем понятие «коэффициент соотношения сторон фундамента», который также равен соотношению сторон опоры:
Где: и -соответственно длина и ширина подошвы фундамента;
и — длина и ширина сторон опоры.
Опора сооружения представляет собой железобетонную плиту с параметрами:
h = 1 (м), l = 4,7 (м), b = 1,4 (м). И объединяет П-образную опору лотка. Все плиты учитываются при подсчете величины постоянной нагрузки от опоры лотка, действующей по обрезу фундамента.
Так как параметры опоры сооружения известны, найдем по формуле значение коэффициента k:
Площадь подошвы фундамента A (м2), находится по формуле:
Где: l и b — соответственно длина и ширина подошвы фундамента.
В свою очередь длина подошвы фундамента l (м), связанна с шириной подошвы b (м) посредством коэффициента пропорциональности k:
Из формул 6 и 7 следует соотношение:
Выразив площадь подошвы фундамента через ее ширину соответственно формуле 9 и подставив известные значения в формулу 5 получим:
Полученная функция p от b дает нам возможность построения графика зависимости давления от ширины подошвы фундамента.
Построим зависимость расчетного сопротивления основания фундамента и давления от ширины подошвы фундамента, найдя по формулам 4 и 5 значения R и p для заданных величин b:
Таблица 4. данные для построения зависимостей расчетного сопротивления основания фундамента и давления от ширины подошвы фундамента
Определение размеров подошвы фундаментов мелкого заложения
Размеры подошвы фундамента зависят от ряда связанных между собой параметров и устанавливаются путем последовательного приближения. В порядке первого приближения площадь подошвы фундамента А определяется по формуле
Где Non – расчетная нагрузка в плоскости обреза фундамента для расчета основания по предельному состоянию второй группы, кН; Ro – расчетное сопротивление , залегающего под подошвой фундамента, принимается по прилож. 3 [7] ; γm — осредненное значение удаленного веса материала фундаментаи грунта на его уступах, принимается равным 20 кН/м ; d — глубина заложения фундамента от уровня планировки.
Размеры подошвы центрально-нагруженного отдельного фундамента под колонну b = l = , внецентренно-нагруженного – прямоугольной формы с длиной l в направлении пролета и шириной b в направлении шага колонн соотношение подошвы l:b 1,2 – 1,6. Основные размеры фундаментов назначаются кратными 300 мм. Высота типовых фундаментов – 1,5; 1,8; 2,4; 3,0; 3,6; 4,2м. Верхний обрез фундамента должен быть на 0,15м. ниже отметки земли, что позволяет засыпать котлован до монтажа колонн. Высота плитной части фундамента и высота ступеней назначаются кратными 150мм. Плита может иметь до 3 ступеней. Надо стремиться к тому, чтобы отношение выноса ступени к ее высоте было в пределах 2. После того, как выбран тип фундамента и назначены его размеры, подсчитывают нагрузки и воздействия, передающиеся на основания. Нагрузки и воздействия на основание определяются суммированием усилий, действующих в плоскости обреза фундамента и соответствующих усилий, возникающих от собственного веса фундамента.
46. Устройство фундаментов с применением опускных колодцев.
Фундаменты глубокого заложения могут выполняться в виде сборных или монолитных опускных колодцев или кессонов.
Такие колодцы используют в различных отраслях строительства:
-в гражданском и коммунальном хозяйстве — для фундаментов и подвальных этажей высотных зданий,
-подземных гаражей, насосных станций водозаборов и станций перекачки, хранилищ и других подземных сооружений;
-горнорудной промышленности — для подземных частей дробильно-сортировочных и дробильно-обогатительных фабрик, насосных станций и др.;
-металлургии — для установок непрерывной разливки стали, скиповых ям доменных печей и других подземных сооружений.
Монолитные опускные колодцы (рисунок 1) представляют собой открытые сверху и снизу полые конструкции различной формы в плане. Они погружаются в грунт под действием собственного веса или дополнительного пригруза в то время, когда грунт из внутреннего пространства колодца извлекают экскаватором или средствами гидромеханизации. По мере погружения стены колодца наращивают, тем самым увеличивая его вес и способствуя дальнейшему его погружению. Подошву такого фундамента стремятся заложить на фунтах с высокой несущей способностью (скальные грунты, твердые глинистые грунты).Размеры таких опускных колодцев могут быть различными. Глубина заложения может составлять до 100 м и более, размеры в плане — 60 м и более (монолитный опускной колодец под КНС в Санкт-Петербурге имеет глубину около 60 м при диаметре 64 м). Днище колодца бетонируется, внутреннее пространство используется как подземный резервуар и для размещения технологического оборудования (в КНС и очистных сооружениях) или заполняется песком или бетоном низких классов (фундаменты мостовых опор, водонапорных башен, дымовых труб и т.д.). Несмотря на широкое распространение монолитные опускные колодцы имеют существенные недостатки, основными из которых являются значительные материалоемкость и трудоемкость, так как они полностью изготавливаются на строительной площадке.
Сборные опускные колодцы могут устраиваться из различных элементов:
— из тонкостенных железобетонных оболочек диаметром 1,5-3 м;
— пустотелых криволинейных блоков, укладываемых с перевязкой швов,с соединением на сварке закладных деталей;
— типовых лотковых плит, собираемых на заранее выполненном монолитном каркасе колодца;
— пустотелых прямоугольных блоков, укладываемых без перевязки швов и соединяемых с помощью петлевых стыков;
вертикальных панелей, соединяемых с помощью петлевых стыков или
сваркой с использованием металлических накладок и замоноличиванием соединений
Последние два типа конструкций (рисунок 2) получили наибольшее распространение в практике гражданского строительства, а колодцы из оболочек — в транспортном строительстве монолитного железобетона
Определение глубины заложения подошвы фундамента
Глубина заложения подошвы фундамента (рис. 3.1, 3.2) должна приниматься с учетом следующих факторов:
– назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;
– глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;
– существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;
– инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и др.);
– гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации;
– возможного размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (мостов, переходов, трубопроводов и др.);
– глубины сезонного промерзания грунта.
Конструктивными особенностями возводимых сооружений являются:
· величина и характер нагрузок, передаваемых на фундаменты;
· наличие подземных этажей, подвалов, подполий, приямков и других устройств, заглубленных в грунт;
· характер конструкций, через которые нагрузка передается на фундаменты (колонна каркаса, инженерные болты, несущие стены, распорные конструкции);
· чувствительность надземных конструкций к возможному развитию неравномерных осадок.
Нагрузки, передаваемые надземными конструкциями на фундаменты, определяют их размеры в плане и ожидаемые осадки фундаментов при данном напластовании грунтов [14].
Положение уровня подземных вод существенно сказывается также на пучении грунтов при их промерзании, что учитывается нормами [16].
При закладке фундаментов в обводненных грунтах необходимо заранее разработать проект водопонижения на период строительства [13].
Нормы проектирования [16] рекомендуют расчетную глубину заложения фундаментов наружных стен и колонн принимать в зависимости от положения У.П.В. и показателя текучести пылевато-глинистых грунтов.
Определим глубину заложения фундамента для двух сечений:
· по условиям промерзания:
где – нормативная глубина промерзания;
– коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундаментов стен, принимается по [16, табл. 1] или по табл. 3.2.
=1,60 м
=0,6
=0,96 м
· по инженерно-геологическим условиям: d2=h1+0,5
· по конструктивным особенностям:
где — это высота подвала,
hpp – это высота пола подвала,
hpod – высота подушки
Рисунок 3.1. Глубина заложения фундамента
Предварительно за минимальную глубину заложения фундамента принимаем максимальное значение d=3,2 м
3.2. Определение размеров подошвы фундамента
В большинстве случаев расчет фундаментов мелкого заложения выполняется по второй группе предельных состояний. При этом используется расчетная схема основания в виде линейно-деформируемой среды. Ее применение считается допустимым при развитии зон пластических деформаций грунтов в основании на глубину не более b/4, где b – ширина подошвы фундамента. Для выполнения этого условия среднее давление под подошвой P не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, определяемого по СНиП [16, формула (3.7)] или по формуле (3.7) данного пособия.
Форма и размеры фундамента в плоскости обреза определяются размерами толщины стены. Форма подошвы ленточных и столбчатых фундаментов, как правило, прямоугольная в плане. Вычерчивается расчетная схема действия нагрузок на фундамент.
Площадь подошвы нагруженного фундамента в первом приближении определяется из по формуле
,
где N0II – расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента, кН;
γср – средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м 3 , принимаемый равным 20 кН/м 3 , а при наличии подвала – 16 кН/м 3 ;
dl – глубина заложения фундамента от планировочной отметки, м.
Определим размеры подошвы фундамента двух сечений.
Сечение I: N0II =260 kH
A1= = 1,09
A2= = 1,39
3.3. Определение расчетного сопротивления грунта основания
По полученной в подразд. 3.2 величине b и глубине заложения dl,
определяем расчетное сопротивление грунта основания R, кПа,
,
kz – коэффициент, принимаемый kz = 1 при b 2
А2 = = 0,42 м 2
3.5. Конструирование фундамента
В данном проекте рассматриваются ленточные, плитные и столбчатые фундаменты зданий и сооружений из сборного бетона и железобетона, а при проектировании фундаментов под колонны предусматривается монолитный железобетон.
При конструировании фундаментов необходимо соблюдать следующие требования: правильно подбирать блоки, без излишнего запаса площади фундамента; число бетонных блоков по высоте фундаментной стены необходимо принимать с таким расчетом, чтобы обрез фундамента был выше отметки планировки на
200–300 мм; длина консолей фундаментных плит (подушек) после монтажа фундаментной стены не должна превышать допустимую величину; толщину стен фундаментов разрешается принимать меньше (не менее 300 мм) толщины стен здания с величиной свеса не более 150 мм; при раскладке стеновых (фундаментных) блоков по длине стены необходимо следить за их перевязкой по высоте стены, по углам, в пересечениях и примыканиях стен здания (см. рис. 3.7); переходы отметки заложения одной подошвы фундамента к другой осуществляются уступами – высота ступеней 30–60 см, их длина равна длине нижнего блока; разность отметок подошв рядом расположенных фундаментов не должна превышать величину ∆h
Исходя из каких условий определяют размеры подошвы фундамента мелкого заложения
Расчет фундамента на искусственном основании
В соответствии с геологическим разрезом, построенным в приложении, глубина заложения подошвы фундамента мелкого заложения, определяется по указаниям п. 12.2 [3] составляет df=1,5 м. При этом основанием фундамента является слой глины текучепластичной с условным расчетным сопротивлением R=202 кПа. В таких условиях целесообразно рассмотреть вариант устройства фундамента с заменой слабого грунта (супеси пластичной) песчаной подушкой. В качестве материала песчаной подушки принимается песок крупный средней плотности с R=300 кПа.
Глубина заложения подошвы фундамента в этом случае назначается, исходя из конструктивных требований, и принимается равной dk=d1=1,2 м.
Определение размеров подошвы фундамента мелкого заложения под колонну промышленного здания
Определение оптимальных размеров подошвы отдельных внецентренно нагруженных фундаментов под колонны производится методом последовательных приближений в следующем порядке:
а) Определение требуемой площади подошвы фундамента как центрально нагруженного:
Где: — ориентировочное значение расчетного сопротивления грунта основания в уровне подошвы фундамента ;
— глубина заложения подошвы фундамента
— осредненное значение удельного веса фундамента и грунта на его ступенях
— расчетное значение вертикального усилия на обрез фундамента, которое определяется при коэффициенте надежности по нагрузке и определяемое по формуле 12:
б) Определяются размеры подошвы фундамента в плане, как имеющего квадратную форму Принимаем b=1,5 м
в) Вычисляется эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента:
Где: — расчетное значение суммарного изгибающего момента, передаваемое фундаментом на основание в уровне подошвы, определяемое по формуле 14
Где: — соответственно расчетные значения изгибающего момента и поперечного усилия в основном сочетании при
— расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес конструкций фундамента, грунта на его ступенях, определяемое по формуле 15
— расчетное значение вертикального усилия от веса конструкций фундамента и грунта на его ступенях, ориентировочно при , определяемое по формуле 16
Поскольку , принимается прямоугольная в плане подошва фундамента, для чего увеличивается ее размер в плоскости действия изгибающего момента. Для этого вычисляется коэффициент увеличения
С учетом вычисленного значения длина подошвы внецентренно нагруженного фундамента под колонну определяется как
Принимаем монолитные столбчатый фундамент с размерами подошвы: ;
г) Вычисляем напряжения под подошвой фундамента:
Где: — площадь подошвы фундамента, м 2 ;
— расчетное значение суммарного изгибающего момента, передаваемое фундаментом на основание в уровне подошвы, определяемое по формуле 14
— расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес фундамента и грунта на его ступенях, кН
— эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента, определяемый по формуле 13, м
Среднее давление под подошвой фундамента определяется по формуле 21:
При правильном экономическом подборе размеров подошвы фундамента должны выполняться условия:
1. , т.е. максимальное давление под краями подошвы внецентренно нагруженного фундамента , согласно [3], должно быть меньше или равно : — условие выполняется;
2. , для минимального давления ограничение не введено, но оно должно быть больше 0, т.е. не должно быть отрыва части подошвы фундамента от грунта в результате появления растягивающих напряжений, когда со знаком «минус», условие выполняется;
3. т.е. среднее давление под подошвой фундамента должно быть меньше расчетного сопротивления грунта основания.
4. — условие выполняется.
Недонапряжение по максимальному краевому давлению составляет:
Следовательно, фундамент запроектирован экономично
Расчет конструкции фундамента
Расчет тела фундамента на продавливание проводится от дна стакана.
Производится расчет фундамента на продавливание, исходя из условия:
Где: — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельного состояния I группы, кПа, принимаемое с учетом коэффициента условий работы,
— среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды, определяется по формуле 22:
— меньший размер дна стакана определяется по формуле 23
— расстояние от нижней части стакана до середины рабочей арматуры подошвы фундамента, определяется по формуле 24
— расчетное значение продавливающей силы, определяется по формуле 25
— часть площади основания фундамента, ограниченная нижним основанием в рассматриваемой грани пирамиды продавливания и продолжением соответствующих ребер, по формуле 26
— ширина и длина прямоугольной в плане подошвы фундамента
— меньший и больший размер дна стакана
Условие выполняется. Продавливания тела фундамента не произойдет.
Проектирование песчаной подушки
Задаемся ориентировочной толщиной подушки .
Определяем природное давление грунта на уровне подошвы фундамента (точка 0)
Где: — соответственно удельный вес и мощность растительного слоя
— соответственно удельный вес и мощность слоя суглинка текучепластичного, залегающего выше отметки подошвы фундамента
Дополнительное (осадочное) давление под подошвой фундамента определяется как:
Вычисляется природное давление грунта на кровлю подстилающего песчаную подушку слоя, т.е. на 1,9 м ниже подошвы фундамента.
По [3, табл. 5.6] при и значение коэффициента рассеивания б определяется двойной интерполяцией и составляет б=0,304. Тогда осадочное давление на кровлю подстилающего песчаную подушку слоя супеси пластичной составляет:
Полное давление на кровлю подстилающего слоя от природного и осадочного давления составляет
Площадь подошвы условного фундамента определяется как
Размеры подошвы песчаной подушки в плане рассчитываются как
Расчетное сопротивление грунта основания, подстилающего песчаную подушку, определяется по формуле (37) [3]:
— коэффициенты, принимаемые по [3, п. 5.5.8, табл. 5.3] в зависимости от угла внутреннего трения грунта основания условного фундамента, поскольку таковым является слой песка крупного:
— расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы условного фундамента, кН/м 3 , ;
— среднее значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы условного фундамента, определяемое как:
; — соответственно расчетное значение удельного веса и толщины каждого слоя грунта по высоте (hp+d1) условного фундамента, кН/м3, м.
Проверяется выполнение условия
Условие выполняется, вычисляем недонапряжение
Уменьшаем размеры подошвы песчаной подушки, принимаем минимально допустимые величины.
121,4 кПа ? 218,8 кПа — условие выполняется.
Окончательно размеры песчаной подушки принимаются равными .