Графический метод определения размеров фундамента
Обновлено: 27.04.2024
Порядок определения предварительных размеров подошвы фундамента графическим методом:
Вначале необходимо задаться минимум тремя размерами площади подошвы Афстолбчатого фундамента под колонну или минимум тремя размерами ширины b ленточного фундамента под стену.
Например, для столбчатого фундамента Аф1 = 2 м; Аф2 = 4 м;
Аф3 = 9 м, и т.д., а для ленточного: b1 = 1 м, b2 = 2 м, b3 = 3 м и т.д.
Определяется среднее давление под подошвой фундамента для каждого случая по формуле:
Величина NфII определяется по формуле (4.13).
Для ленточного фундамента Аф =bi·1, так как расчет ведется на 1 погонный метр длины фундамента.
Определенные расчетом значения РIIiв зависимости от biили Аф1 наносятся на график (рис. 4.3 в выбранном масштабе).
Определяются значения R в зависимости от ширины подошвы фундамента по формуле (4.8). Определенные расчетом значения R в зависимости от biили Аф1 наносятся на график (рис. 4.3).
Точка пересечения двух графиков дает требуемое значение размеров подошвы фундамента из условия РII = R.
При внецентренной нагрузке на фундамент (действие момента) требуемое значение Аф (b для ленточного фундамента) должно быть увеличено на 10 — 20%.
4.4.4. Проверка давлений под подошвой фундамента
Для центрально нагруженного фундамента должно удовлетворяться условие:
где PII — среднее давление по подошве фундамента, кПа;
где NOII — внешняя расчетная нагрузка, действующая на обрез
фундамента, кН, (табл. 3.2);
NФO — расчетная нагрузка от веса фундамента, кН;
NгpII — расчетная нагрузка от веса грунта, пола подвала над уступами фундамента, кН.
При расчетах фундаментов зданий можно принять:
При расчете внецентренно нагруженного фундамента методом последовательного приближения добиваются удовлетворения следующих условий:
для среднего давления по подошве Рср ≤R;
для максимального краевого давления Рmax ≤1,2 R;
для минимального краевого давления исходя из условия не допускать отрыва подошвы фундамента от грунта Рmin ≥0.
Краевое давление определяется по формуле:
При рациональном запроектированом фундаменте разница между давлениями под подощвой фундамента Р и расчетным сопротивлением грунта R не должна превышать 10–15%. В случае большой разницы необходимо подобрать другие типовые элементы конструкций фундаментов с последующим расчетом напряжений под подошвой фундаментов. При недонапряжении ленточных фундаментов возможно проектирование прерывистых фундаментов с уже подобранными размерами.
Пример расчета размеров подошвы фундамента приведен в [3; 4; 6].
После выполнения всех условий для центрально и внецентренно нагруженных фундаментов производится их конструирование.
При конструировании фундамента под колонну необходимо учитывать, что его высота должна быть кратной 100 мм. Высота ступеней назначается в зависимости от полной высоты плитной части фундамента в соответствии с табл. 4.8. При назначении ширины ступени следует стремиться к тому, чтобы отношение ширины ступени к ее высоте было бы не больше двух.
Зазоры между стенками стакана и колонкой принимаются равными по низу не менее 50 мм (как правило, 50 мм) и по верху не менее 75 мм. Минимальную толщину стенок неармированного стакана поверху следует принимать не менее 0,75 высоты верхней ступени (подколенника) фундамента или 0,75 глубины стакана, но не менее 200 мм. В фундаментах с армированной стаканной частью толщина стенок стакана определяется расчетом, но должна быть не менее 150 мм.
Глубина заделки колонны должна быть не менее величины большей стороны колонны плюс 50 мм для обеспечения возможности рихтовки колонны.
Толщину дна стакана следует принимать по расчету на раскалывание и продавливание, но не менее 200 мм.
В качестве примера на рис. 4.5 дана конструктивная схема фундамента, имеющего размеры в плане 2500 х 3000 мм, под колонну 400 х 600 мм.
При конструировании сборных ленточных фундаментов под стены необходимо использовать типовые плиты железобетонные (прил., табл. 5.5) и стеновые бетонные блоки (прил., табл. 5.6). Схема ленточного фундамента показана на рис. 4.4.
Глубина заложения фундаментов d1 должна определяться с учетом:
- назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения (например, наличия подвалов, подземных коммуникаций и т.д.);
- величины и характера нагрузок, воздействующих на основание;
- глубины заложения фундаментов примыкающих зданий и сооружений;
- инженерно – геологических условий площадки строительства (физико – механических свойств грунтов, характера напластований);
- гидрологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения;
- глубины сезонного промерзания грунтов.
Нормативная глубина промерзания грунта, если она менее 2,5 м, определяется по формуле
Значения d0 для грунтов неоднородного сложения принимаются как средневзвешенные по глубине в пределах зоны промерзания [7].
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта dfопределяется по формуле
Коэффициент влияния теплового режима зданий
Конструктивные особенности зданий
Кh при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающем к фундаментам наружных стен и колонн, Тср, град
Здания без подвалов с полами, устраиваемыми
на лагах по грунту
по утепленному цокольному
Здания с подвалом или техническим подпольем
Примечание: В табл. 2.4 указаны значения коэффициента при вылете наружного ребра подошвы фундамента от внешней грани стены до 0,5 м, при вылете 1,5 м и более они повышаются на 0,1 но не более чем до единицы; при промежуточной величине вылета Кh определяется интерполяцией.
Определение размеров подошвы фундамента
Площадь подошвы нагруженного фундамента определяется по формуле:
Определение расчетного сопротивления грунта основания по прочностным характеристикам грунта основания
Расчетное сопротивление грунта основания, кПа, определяют по формуле [7, ф-ла (7)]
Коэффициенты условий работы
с1
с2 для сооружений с жесткой конструктивной схемой при L/H, равном
Крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем и пески гравелистые, крупные и средней крупности
Порядок определения предварительных размеров подошвы фундамента графическим методом:
Вначале необходимо задаться минимум тремя размерами площади подошвы Аф столбчатого фундамента под колонну или минимум тремя размерами ширины b ленточного фундамента под стену.
Величина NфIIопределяется по формуле (4.13)
для ленточного фундамента Аф = bi . 1, так как расчет ведется на 1 погонный метр длины фундамента.
Определенные расчетом значения РIii в зависимости от biили Аф1 наносится на график (рис. 4.3 выбранном масштабе).
Определяются значения R в зависимости от ширины подошвы фундамента по формуле (4.8). Определенные расчетом значения R в зависимости от biили Аф1 наносятся на график (рис. 4.3).
точка пересечения двух графиков дает требуемое значение размеров подошвы фундамента из условия РII= R.
При внецентренной нагрузке на фундамент (действие момента) требуемое значение Аф (b для ленточного фундамента) должно быт увеличено на 10 – 20%.
Проверка давлений под подошвой фундамента
Для центрально нагруженного фундамента должно удовлетворяться условие
где РII– среднее давление по подошве фундамента, кПа;
При расчете внецентренно нагруженного фундамента методом последовательного приближения добиваются удовлетворения следующих условий:
для среднего давления по подошве Рср ≤ R;
для максимального краевого давления Рmax≤ 1,2 R;
для минимального краевого давления исходя из условия не допускать отрыва подошвы фундамента от грунта Рmin≥ 0.
Краевое давление определяется по формуле
При рациональном запроектированном фундаменте разница между давлениями под подошвой фундамента Р и расчетным сопротивлением грунта R не должна превышать 10-15%. В случае большой разницы необходимо подобрать другие типовые элементы конструкций фундаментов с последующим расчетом напряжений под подошвой фундаментов. При недонапряжении ленточных фундаментов возможно проектирование прерывистых фундаментов с уже подобранными размерами.
После выполнения всех условий для центрально и внецентренно нагруженных фундаментов производится их конструирование.
При конструировании фундамента под колонну необходимо учитывать, что его высота должна быт кратной 100 мм. Высота ступеней назначается в зависимости от полной высоты плитной части фундамента в соответствии с табл. 4.8. При назначении ширины ступени следует стремиться к тому, чтобы отношение ширины ступени к ее высоте было бы не больше двух.
Зазоры между стенками стакана и колонной принимаются равными по низу не менее 50 мм (как правило, 50мм) и по верху не менее 75 мм. Минимальную толщину стенок неармированного стакана поверху следует принимать не менее 0,75 высоты верхней ступени (подколенника) фундамента или 0,75 глубины стакана, но не менее 200 мм. В фундаментах с армированной стаканной частю толщина стенок стакана определяется расчетом, но должна быт не менее 150 мм.
Глубина заделки колонны должна быть не менее величины большей стороны колонны плюс 50 мм для обеспечения возможности рихтовки колонны.
Толщину дна стакана следует принимать по расчету на раскалывание и продавливание, но не менее 200мм.
В качестве примера на рис. 4.5 дана конструктивная схема фундамента, имеющего размеры в плане 2500х3000 мм, под колонну 400х600 мм.
Для фундамента по оси 2А и 2Б задаемся разными площадями подошвы фундамента А1=2м 2 , А2=6м 2 , А3=9м 2 .
Определяем среднее давление под подошвой фундамента для каждого случая по формуле
По оси 2А. По оси 2Б.
Определяем значения R под подошвой фундамента для каждого случая по формуле 5.5
Наносим полученные значения Р, R и А на график, точка пересечения графиков Р и R дает требуемое значение площади подошвы фундамента.
Определение площади подошвы фундамента
графическим способом по оси 2А
Определение площади подошвы фундамента
графическим способом по оси 2А
6. Проверка давлений под подошвой фундамента
Для фундамента по оси 2Б, как для центрально нагруженного фундамента должно удовлетворяться условие:
PII ≤ R
где PII – среднее давление по подошве фундамента, кПа
PII=NII/A (6.1)
где N0II – расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента N0II=1550кН
Nфо – расчетная нагрузка от веса фундамента, кН
NгрII - расчетная нагрузка от веса грунта над уступами, кН
NфII= Nфо+ NгрII=bld1γср (6.3)
PII=NII/bl+d1γср (6.4)
PII=1800/2.6х2.6+1.65х20=299.3(кПа)
Условие выполняется, разница между давлениями не превышает 15%
Для фундамента по 2А, как для внецентренно нагруженного фундамента должно удовлетворяться условия:
Pср ≤ R
Pmax ≤ 1.2R
Pmin > 0
Краевые давления по подошве фундамента для внецентренно нагруженного фундамента находятся по формуле
Pmax, min= NOII/A+yсрхd1±MII/W (6.5)
W=b 2 *l/6. (6.6)
Pmax, min= 1550/2.4х2.4+20х1.65±60/2.3, Pmax= 328.2 (кПа), P min=276.0(кПа)
W=2.4 2 х2.4/6=2.3
328.2 + 276.0/2≤ 322.6
328.2 ≤ 1.2х322.6
328.2 ≤ 387.1
276.0 > 0
7. Расчёт осадки фундамента
Метод послойного суммирования рекомендуется СНиПом для расчета осадок фундаментов. Величину осадки фундамента определяется по формуле:
где - безразмерный коэффициент, равный 0,8;
zpi -среднее вертикальное (дополнительное) напряжение в i - м слое грунта;
hi и Ei -соответственно толщина и модуль деформации i -го слоя грунта, значение Еi
n - число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.
Эпюра распределения вертикальных напряжений от собственного веса грунта строится в пределах глубины 4-6b ниже подошвы фундамента. Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине z, определяется по формуле
Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, определяется с учетом взвешивающего действия воды. Водоупорами следует считать глины и суглинки твердой и полутвердой консистенции при IL
По данным геологического разреза уровень грунтовых вод находится на отм. 93.5 м, а водоупор в виде суглинков тугопластичных с IL=0.42 начинается на отм. 93.6, следовательно удельным весом грунтов с учетом взвешивающего действия воды пренебрегаем.
При неизвестном расчетном сопротивлении грунта ширину подошвы фундамента мелкого заложения можно определить графически.
Среднее давление по подошве фундамента (Р) есть функция от ширины подошвы фундамента: . Расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента (R) также есть функция от ширины подошвы фундамента:
Ø Уравнение среднего давления Р по подошве фундамента:
, где
- нагрузка на обрез фундамента (при наличии подвала постоянные и временные нагрузки увеличиваются)
А – площадь подошвы фундамента
, где
коэффициент, учитывающий разницу удельных весов материалов фундамента и грунта на уступах фундамента;
удельный вес материала фундамента.
В предварительных расчетах принимают = 20 кН/м 3
глубина заложения фундамента
Ø Уравнение расчетного сопротивления грунта по формуле Пузыревского:
, где
коэффициент условий работы грунтов, учитывающие особенности работы разных типов грунтов в основании фундаментов, определяется по СНиП 2.02.01-83 по табл. 3;
коэффициент, принимаемый равным 1, если физико-механические характеристики грунтов определены непосредственными лабораторными испытаниями, коэффициент равен 1,1, если физико-механические характеристики грунтов определены по СНиПу;
коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта (φ), залегающего в пределах одного метра под подошвой фундамента, если в пределах этой глубины располагается не один слой, то φ следует усреднить (СНиП табл.4);
принимается равным 1, если ширина подошвы фундамента (b), предполагается < 10 м;
удельный вес грунта, расположенного ниже подошвы фундамента в пределах глубины 1,5 м;
удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента в пределах 1,5 м; если выше подошвы фундамента проходит уровень грунтовых вод и если грунт выше подошвы песок, то следует учесть взвешивающие действия воды:
;
для бесподвальной части – глубина заложения, если есть подвал, то
; где
толщина конструкции пола подвала;
толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала;
расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, (25 кН/м 2 ;
глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола повала, если нет повала то = 0;
расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.
v для наружной стены без подвала (стена 1):
= 1.2 , = 1.1; k = 1.1 , kz = 1
при = 0.996, = 4.994, = 7.454
= ρ∙g = 2.17∙10 = 21.7
, = (16∙0.5 + 21.7∙1.4) /(0.5+1.4) = 20.2
;
Рис.1 – График определения ширины подошвы (стена 1)
b≈0,97 м – требуемая ширина подошвы фундамента.
Принимаем b = 1.0 м
Проверка: b = 1.0 м,
, .
Принимаем ж/б плиту марки ФЛ 10.30
v для наружной стены с подвалом (стена 6):
= 1.2 , = = 1.1; k = 1.1 , kz = 1
при = 0.996, = 4.994, = 7.454
= ρ∙g = 2.17∙10 = 21.7
, = (16∙0.5 + 21.7∙1.1)/(0.5+1.1) = 19.92
= 1.1
;
Рис.2 – График определения ширины подошвы (стена 6)
b ≈ 1,48м – требуемая ширина подошвы фундамента.
Принимаем b = 1.6
,
Принимаем ж/б плиту марки ФЛ 16.30
v для внутренней стены без подвала (стена 2):
= 1.2 , = 1.1; k = 1.1 , kz = 1
при = 0.996, = 4.994, = 7.454
= ρ∙g = 2.17∙10 = 21.7
, = (16∙0.5 + 21.7∙0.2)/( 0.5+0.2) = 17.63
Рис.3 – График определения ширины подошвы (стена 2)
b ≈ 2 м – требуемая ширина подошвы фундамента.
,
Принимаем ж/б плиту марки ФЛ 20.30
v для внутренней стены с подвалом (стена 5):
= 1.2 , = 1.1; k = 1.1 , kz = 1
при = 0.996, = 4.994, = 7.454
= ρ∙g = 2.17∙10 = 21.7
, = (16∙0.5 + 21.7∙1.1)/(0.5+1.1) = 19.92
= 1.1
;
Рис.4 – График определения ширины подошвы (стена 5)
b ≈ 2.07 м – требуемая ширина подошвы фундамента.
Принимаем b = 2.4
Принимаем ж/б плиту марки ФЛ 24.30
v для внутренней стены без подвала (стена 3):
= 1.2 , = 1.1; k = 1.1 , kz = 1
при = 0.996, = 4.994, = 7.454
= ρ∙g = 2.17∙10 = 21.7
, = (16∙0.5 + 21.7∙0.2)/( 0.5+0.2) = 17.63
;
Рис.5 – График определения ширины подошвы (стена 3)
b ≈ 2 м – требуемая ширина подошвы фундамента.
Принимаем b = 2.0
,
Принимаем ж/б плиту марки ФЛ 20.30
v для внутренней стены с подвалом (стена 4):
= 1.2 , = 1.1; k = 1.1 , kz = 1
при = 0.996, = 4.994, = 7.454
= ρ∙g = 2.17∙10 = 21.7
, = (16∙0.5 + 21.7∙1.1)/(0.5+1.1) = 19.92
= 1.1
;
Рис.6 – График определения ширины подошвы (стена 4)
b ≈ 2.03 м – требуемая ширина подошвы фундамента.
Принимаем b = 2.4
Принимаем ж/б плиту марки ФЛ 24.30.4д
2.4. Расчет конечной осадки.
Расчет ведется методом послойного суммирования осадок элементарных слоев. Расчет осадки – расчет по II группе предельных состояний (по деформациям)заключается в сравнении двух состояний: рабочего и предельной:
S – совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;
Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения
Метод послойного суммирования предполагает, что осадка находится от вертикальных напряжений, действующих по оси, проходящей через центр тяжести подошвы
, где
- безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8;
- вертикальное напряжение от веса фундамента в рассматриваемом i-том слое;
- высота (мощность) i-того слоя;
- модуль общей деформации этого же i-того слоя
Читайте также: