Какое условие должно определять размеры подошвы центрально нагруженного монолитного фундамента?

Строй-справка.ру

Отопление, водоснабжение, канализация

При проектировании фундамента после назначения глубины его заложения приступают к определению размеров подошвы, которая назначается на основании ограничения давления в основании расчетным сопротивлением грунта по условию (4.9), обеспечивая тем самым выполнение требований второй группы предельных состояний. Если грунтовые условия строительной площадки и тип возводимого здания и сооружения требуют расчета деформаций, то проверяют выполнение условий (4.6) и (4.7), причем расчет осадок выполняют методами послойного суммирования, эквивалентного слоя или линейно-деформируемого слоя конечной толщины. Иногда по результатам расчета осадок требуется уточнять предварительно принятый размер подошвы фундамента.

Центрально-нагруженным считается фундамент, равнодействующая внешних нагрузок которого проходит через центр тяжести его подошвы. Основная трудность при проектировании оснований и фундаментов заключается в том, что размеры фундамента назначают, исходя из расчетного сопротивления грунта основания, в то время как оно является переменной величиной и зависит от размеров подошвы фундаментов первое слагаемое, стоящее в квадратных скобках формулы (4.10), зависит от ширины подошвы фундамента. Это приводит к необходимости выполнять расчет с помощью последовательных приближений.

Назначив глубину заложения фундамента, определяют максимальное расчетное значение внешней нагрузки, действующей на его верхний обрез Non от основного сочетания для расчета оснований по второй группе предельных состояний.

Рассматривая условие статического равновесия фундамента (рис. 5.11), из которого следует, что нагрузка от веса здания JV0n, веса грунта обратной засыпки на обрезах фундамента Л^п и веса самого фундамента N/a должна уравновешиваться средним реактивным давлением по подошве фундамента р, получим

Значение р должно удовлетворять условию pR; причем чем ближе давление по подошве к расчетному сопротивлению грунта основания, тем более экономичное решение получается в результате расчета. В практике современного проектирования считается, что фундамент имеет экономически целесообразное решение, если величина р отличается от R не более чем на 5… 10% в меньшую сторону.

Рис. 5.11. Расчетная схема центрально нагруженного фундамента

Давление по подошве центральнонагру-женных фундаментов считается равномерно распределенным. Однако, как указывалось выше, в реальных условиях контактные напряжения имеют криволинейное очертание по подошве фундамента, поэтому их осреднение оказывается оправданным только для жестких фундаментов, а в некоторых случаях и для фундаментов, имеющих конечную жесткость, Так как не вносит существенных погрешностей в окончательный результат расчета. При проектировании гибких фундаментов следует учитывать криволиней-ность очертания эпюры контактных напряжений, а их осреднение допускается только в предварительных расчетах.

Анализируя формулу (5.1), можно заметить, что до тех пор, пока не найдены размеры фундамента, вес грунта обратной засыпки JV^n, вес фундамента N/й и расчетное сопротивление грунта основания R являются неизвестными величинами. Поэтому в первом приближении принимают R=R0, где JR0 — условное расчетное сопротивление грунта основания, а вес грунта обратной засыпки и вес фундамента зависит от объема параллелепипеда АБВГи удельного веса матери
алов, его составляющих (рис . 5.11).

По результатам расчета проверяют выполнение условия (4.9), если оно выполняется, расчет заканчивается, если нет, то во втором приближении уточняют размеры подошвы фундамента и т. д. до тех пор, пока среднее давление по подошве фундамента не будет отличаться от расчетного сопротивления не более чем на 5… 10% в меньшую сторону. В практике проектирования количество приближений обычно не превышает 2 или 3. Следует заметить, что значения^ и Л, входящие в условие (4.9), в каждом приближении необходимо определять для одних и тех же размеров подошвы фундамента.

Рис. 5.13. Блок-схема определения размеров подошвы центрально нагруженного фундамента

Рис. 5.14. Геологический профиль строительной площадки

Запроектировать ленточный фундамент под стену крупноблочного жилого дома, возводимого в г. Уфе, если в уровне спланированной поверхности земли действует расчетная нагрузка АГоп = 580 кН/м. Грунтовые условия и геологический профиль строительной площадки приведены на рис. 5.14. Здание представляет собой бескаркасную конструкцию, имеющую жесткую конструктивную схему высотой Я=38,6 м, длиной L=30,2 м. Расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, равна 15° С. Здание имеет подвал с отметкой пола 2,50 м. Уровень подземных вод находится на отметке — 6,40 м. Угол внутреннего трения грунтов основания

Подбор размеров подошвы фундамента

В соответствии со СНиП2.02.01-83 условием проведения расчетов по деформациям (по второму предельному состоянию) является ограничение среднего по подошве фундамента давления p величиной расчетного сопротивления R:

где p – среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

R – расчетное сопротивление грунта основания, кПа.

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=b 2 /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 N_II – сумма нагрузок для расчетов по второй группе предельных состояний, кПа. В случае ленточных фундаментов это погонная нагрузка, в случае прямоугольных и квадратных – сосредоточенная нагрузка;

R – табличное значение расчетного сопротивления грунта, где располагается подошва фундамента, кПа;

g¢_II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м 3 ;

d₁ – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала:

(6.6)

где h_s – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf – толщина конструкции пола подвала, м;

g_cf – расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м 3 ;

Рисунок 6.6: К определению глубины заложения фундаментов

а – при d₁ d; в — для плитных фундаментов

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

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:

, (6.7)

где g_с1 и g_с2 – коэффициенты условий работы, учитывающие особенности работы разных грунтов в основании фундаментов и принимаемые по Таблица 6.14 ;

k – коэффициент, принимаемый: k=1 – если прочностные характеристики грунта (с и j) определены непосредственными испытаниями и k=1,1 – если они приняты по таблицам СНиП;

с_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d_b – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B£20м и глубиной более 2м принимается d_b=2м, при ширине подвала B>20м принимается d_b=0);

M_g, M_q, M_c – безразмерные коэффициенты, принимаемые по Таблица 6.15;

d₁ – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала (см. предыдущий пункт),м.

1. Жесткими считаются здания и сооружения, конструкции которых приспособлены к восприятию дополнительных усилий от деформаций основания.

2. В зданиях с гибкой конструктивной схемой принимают g_с2=1.

3. При промежуточных значениях отношения длины здания или сооружения к высоте L/H коэффициент g_с2 определяется интерполяцией.

Þ определяем фактические напряжения под подошвой фундамента:

Реактивное давление грунта по подошве жесткого центрально нагруженного фундамента принимается равномерно распределенным, кПа:

, (6.8)

где N_II – нормативная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента, кН;

G_fII и G_gII – вес фундамента и грунта на его уступах (для определения веса необходимо определить объем тела фундамента или грунта и умножить его на удельный вес), кН;

A – площадь подошвы фундамента, м 2 .

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 M_x, M_y – изгибающие моменты, относительно главных осей подошвы фундамента, кНм;

W_x, W_y – моменты сопротивления сечения подошвы фундамента относительно соответствующей оси, м 3 .

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.

Þ Зависимость «нагрузка-осадка» для фундаментов мелкого заложения можно считать линейной только до определенного предела давления на основание. В качестве такого предела принимается расчетное сопротивление грунтов основания R. Выполнение условия p=R соответствует образованию в однородном основании под краями фундамента незначительных, глубиной z_max@b/4, областей предельного напряженного состояния (областей пластических деформаций) грунта, допускающих, согласно СНиП применение модели линейно-деформируемой среды для определения напряжений в основании.

Применимость модели линейно-деформируемой среды обеспечивается выполнением следующих условий:

* для центрально нагруженных фундаментов:

Вследствие распределительной способности грунтов и арочного эффекта давление под подошвой прерывистых фундаментов на небольшой глубине выравнивается и можно считать, что они работают как сплошные. Поэтому их ширину определяют, расчетное сопротивление назначают и расчет осадок производят как для сплошных ленточных фундаментов без вычета площадей промежутков.

Оптимальный интервал между плитами C назначают из условия равенства расчетного сопротивления грунта R, полученного для ленточного фундамента шириной b, сопротивлению грунта, полученному для прерывистого фундамента R_п с шириной плиты b_п, длиной l_п, с коэффициентом условий работы k_d:

, (6.13)

Коэффициент условий работы зависит от состояния грунтов (для промежуточных значений определяется интерполяцией):

* k_d=1,3 – для песков с коэффициентом пористости e@0,55 и пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести I_L £ 0;

* k_d=1 – для песков с коэффициентом пористости e@0,7 и пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести I_L=0,5;

Из условий работы грунтов основания и стеновых блоков интервал между плитами должен быть C£(0,9…1,2)м и не более 0,7×l_п, а ширина плиты должна быть b_п£1,4b. Для более эффективного использования прерывистых фундаментов число интервалов можно увеличить, применяя укороченные плиты (1180 и 780мм), если это не повлечет неоправданного увеличения трудовых затрат.

Diplom Consult.ru

H_f – глубина заложения фундамента.

Центрально нагруженные фундаменты принимают квадратными в плане

.

Размеры подошвы монолитного фундамента принимают кратными 300 мм.

Площадь подощвы фундамента принимают после установления конструктивного размера a_f

.

5.3. Определение высоты плитной части монолитного фундамента

Высота плитной части монолитного центрально нагруженного фундамента определяется исходя из обеспечения прочности по наклонному сечению и на продавливание подколонником плитной части фундамента.

Рис. 5.2. Схема армирования фундамента

Реактивное давление грунта на подошву фундамента

.

Предварительно рабочая высота плитной части фундамента может быть назначена из условия

;

где p – расчетное давление грунта на подошву фундамента, кН/м 2 ;

–вылет консоли фундаментной плиты, м;

a_f – размер подошвы фундамента, м;

Общая высота плитной части фундамента

c_nom – величина защитного слоя арматуры фундамента.

Ступени фундаментов выполняют высотой 300 или 450 мм. Рекомендуемая высота ступеней в зависимости от высоты плитной части фундамента приведена в табл. 5.1.

Общая высота плитной части фундамента, мм

Высота ступеней, мм

5.4. Подбор рабочей арматуры подошвы фундамента

Под действием реактивного давления грунта p ступени фундамента работают на изгиб как консоли, защемленные в теле фундамента.

Изгибающие моменты определяют в сечениях по граням уступов

,

где p – реактивное давление грунта под подошвой фундамента;

l_i – расстояние от края фундамента до расчетного сечения.

Площадь сечения арматуры на 1 м.п. подошвы определяют по формуле:

,

где d_i – рабочая высота сечения.

Рис. 5.3. Расчетная схема фундамента при расчете его плитной части

По бóльшему из значений, полученных в каждом из расчетных сечений, принимается диаметр и шаг стержней.

Диаметр рабочих стержней арматуры подошвы фундамента – 12…18 мм. Шаг стержней принимается не менее 100 мм и не более 200 мм. Одинаковое количество стержней с одинаковым шагом принимается в обоих направлениях. Площадь принятых стержней в каждом направлении равна A_s.

Для значения коэффициента армирования нижней ступени плитной части фундамента, определенного ко всей ширине фундамента, должно выполняться условие

где – площадь всей арматуры плитной части в одном из направлений,

– ширина плитной части фундамента,

– рабочая высота плитной части фундамента.

Для значения коэффициента армирования плитной части фундамента, отнесенного к ширине фундамента, равной должно выполняться условие

где A_s,punch – площадь арматуры плитной части в пределах ширины фундамента, равной ;

b_w – ширина плитной части фундамента поверху, но не более ;

d₁ – рабочая высота плитной части фундамента.

Для значения коэффициента армирования плитной части фундамента в пределах его средней части его ширины фундамента, равной должно выполняться условие

,

где m_Sd,x – минимальный требуемый изгибающий момент, который должна воспринимать арматура, установленная на единицу ширины плиты;

N_Sd – расчетная нагрузка передаваемая от колонны на фундамент;

 – коэффициент, определяющий значения моментов, принимаемый согласно таблицы 7.7 [1] равным 0,125;

f_yd – расчетное сопротивление арматуры плитной части фундамента;

d₁ – рабочая высота плитной части фундамента, в пределах его средней части шириной, равной .

Определение размеров подошвы центрально нагруженных фундаментов

Сечение 5 — 5

= 20 = 18.5 = 20.2 = 18.5

Предварительная площадь подошвы

NOII — нормативная вертикальная нагрузка от сооружения, приложенная к обрезу фундамента, определяемая как сумма постоянной и временной нагрузок , КН ;

RO — условное расчётное сопротив — ление несущего слоя грунта основания, кПа;

d — глубина заложения фундамента, м ;

ср — среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимаемое обычно равным 20 кН/м3.

NoII =7*(102+18)=840 кН

d = 1.6 + 0.1 + 1.5 = 3.2 м.

К расчёту принимается фундамент типа:

Ф6.2.1.1. с А = 5.67 м2, b = 2.1 м, Vф = 3.4 м3, Nф = 85 кН.

Расчётное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента:

R = *[M*KZ*b*II + Mq*d1* + (Mq-1)*dB* + MC*CII] где

гc1, г c2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.3 [2];

k — коэффициент, принимаемый в курсовом проекте равным 1.1, т.к. прочностные характеристики грунта (ц и С) приняты по таблицам СНиПа [2];

M , Mq, Mc — коэффициенты, принимаемые по табл.4 [2] в зависимости от угла внутреннего трения (ц) грунта;

kz — коэффициент, принимаемый равным при b

гi и hi — соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта, залегающего ниже подошвы;

— то же для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента.

Для грунтов обратной засыпки = 0.95*,

где — осреднённое значение удельного веса грунтов ненарушенного сложения, залегающих выше подошвы фундамента;

CII — расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d1 — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведённая глубина заложения для наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:

где hS — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

hcf — толщина конструкции пола подвала (в курсовом проекте принимается равной 0.1 м);

гcf — расчётное значение удельного веса конструкции пола подвала (принимается равным 22 кН/м3);

db — глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B 20 м db = 0).

гc1 = 1.25; г c2 = 1.1; k = 1.1; M =0.72; kz =1; Mq = 3.87; Mc = 6.45; CII = 13 кПа;

гw=10 кН/м3; hS = 1.5 м; db =2 м;

Удельный вес водопроницаемых грунтов, к которым можно отнести все пески, супеси, суглинки, залегающие ниже уровня подземных вод, но выше водоупора — глины, вычисляется с учётом взвешивающего действия воды гsb.

где гs , гw — удельный вес частиц грунта и воды соответственно;

e — коэффициент пористости.

sb2 = = = 10.31 kH/м3 ,

sb3 = = = 9.19 kH/м3 ,

IIo = 0.95*18.5 = 17.575 кН/м3

d1 = 1.5 + 0.1* = 1.641 м

R = *[0.72*1*2.1*12.69 + 3.87*1.641*17.575 + (3.87 — 1)*2*17.575 + 6.45*13] = 394.41 кПа

По вычисленному расчётному сопротивлению грунта уточняются размеры фундамента из условия:

К расчёту принимается фундамент типа:

Ф2.1.1.1. с А = 2.70 м2, b = 1.5 м, Vф = 1.8 м3, Nф = 45 кН.

R = *[0.72*1*1.5*12.69 + 3.87*1.641*17.575 + (3.87 — 1)*2*17.575 + 6.45*13] = 387.56 кПа

К окончательному расчёту принимается фундамент типа Ф2.1.1.1. со следующими параметрами: А = 2.70 м2, b = 1.5 м, Vф = 1.8 м3, Nф = 45 кН.

a1=1.8 м; an=0.9 м; b1=1.5 м; bn=0.9м; Hф=1.5м

Определение размеров центрально нагруженных фундаментов считается законченным, если выполняется условие: