Определить площадь подошвы фундамента

Обновлено: 03.05.2024

Важным и неотъемлемым конструктивным элементом любого объекта капитального строительства является фундамент. От его надежности напрямую зависит безопасность и продолжительность эксплуатационного срока сооружения. Чтобы нагрузочное воздействие конструкции равномерно распределялось на почву устраивается подошва под фундамент, особенно важно создание ее при возведении здания на слабом почвенном составе.

Что такое подошва фундамента

Основание или подошва фундамента – это горизонтальная плоскость, которой конструкция опирается на грунтовую основу. Подошва принимает на себя не только нагрузку от возведенного объекта, но также от бокового давления грунта, защищая при этом здание от разрушения. В зависимости от типа фундамента и особенностей грунтовой породы подошва обустраивается по-разному, но в любом случае ширина подошвы фундамента должна быть вдвое больше от самой фундаментальной конструкции, а высота как правило не превышает 30 сантиметров.

Особенности устройства подошв фундамента

Строительство любого объекта всегда начинают с закладки фундамента. Чтобы повысить прочность и надежность фундаментальной основы выполняют устройство подошвы фундамента.

По классификации фундаментных конструкций выделяют разные виды подошв фундаментов, которые отличаются между собой конструктивными особенностями и обустраиваются по определенным технологиям.

Ленточные фундаменты

Подошва ленточного фундамента укладывается вдоль периметра стен здания в виде замкнутой железобетонной полосы. Такое основание равномерно распределяет нагрузку, предотвращает перекосы и просадку строения, отлично справляется с силами пучения.

Для ленточных фундаментов подошвы могут быть:

естественными, когда непосредственно на грунтовую породу передается нагрузка;
свайными – первоначально нагрузка оказывается на сваи, а потом на грунт.

Чтобы подошва не разрушалась от воздействия грунтовых вод, для защиты ее обустраивают гравийно-песчаную подушку.

Монолитные ленточные фундаменты отличаются расположенной максимально близко к поверхности широким основанием, образующим надежную опору. Как правило такие конструкции выполняют в условиях высоко залегающих подземных вод или при слабом грунте.

Столбчатые фундаменты

Подошва столбчатого фундамента являет собой плитную поверхность с небольшими размерами. Для более прочного и надежного соединения от фундамента в тело подошвы заводятся арматурные стержни.

При использовании естественной основы подошва устраивается на утрамбованной и залитой бетонной смесью площадке. Если основание свайное, то подошва монтируется в виде верхнего сегмента, который распределяет нагрузку на созданную из объединенных ростверком балок поверхность.

Свайные фундаменты

Подошва выполняемого на уходящих в землю сваях фундамента монтируется из бетона и может быть монолитной или кольцевой. Основание подошвы фундамента монолитного типа выступает разновидностью опирающейся на заглубленные сваи плитной фундаментной конструкции.

Кольцевая подошва по конструктивным особенностям напоминает ленточный фундамент, который может находиться на уровне почвы, быть заглубленным в землю на определенную глубину или приподнятым вверх. При этом высота подошвы фундамента составляет 20-30 сантиметров.

Плитные фундаменты

При устройстве плитного фундамента лента подошвы может заливаться одновременно с плитой или же для нее делается отдельная опалубка и заливка бетонной смеси осуществляется перед созданием фундаментной конструкции. В обеих случаях подошва должна создаваться только на материнском твердом грунте и ни в коем случае не на насыпном. Глубина и структура подошвенного основания определяется по характеристикам грунтовой породы.

Плюсы и минусы подошв под фундаменты

Устройство фундамента на опорной подошве сопровождается рядом преимуществ:

усиление прочности и долговечности строительного объекта;
нагрузка на подошву в разы повышает несущие возможности фундамента;
минимум ограничений по типу возводимого здания;
возможность проводить строительные работы в любое время года;
возможность выполнять строительство в местах с разными видами грунтовых пород, учитывая и слабые грунты.

В числе минусов создания фундаментов на подошвах отмечают:

для грунтов с сильным вспучиванием или с глубоким уровнем промерзания подошвы не подходят;
в случае с бетонным монолитом устройство подошв требует значительных трудозатрат и сам процесс занимает много времени, что в свою очередь увеличивает сроки строительства объекта;
создание подошвенного основания существенно повышает расход материалов, в частности арматурных прутьев, опалубных досок и бетонного раствора;
при возведении фундаментов заглубленных разновидностей устройство подошв требует наличия специализированной строительной техники и оборудования;
фундаменты с опорной подошвой обходятся дороже в сравнении с обычными.

Наряду с относительно большим перечнем недостатков выполненный на опорном основании фундамент гарантирует сооружению надежность и долговечность, и пользуется высокой популярностью среди большинства застройщиков.

Расчет подошвы фундамента

При проектировании фундамента с опорным основанием обязательным этапом является расчет подошвы фундамента. Основная цель такого расчета состоит в точном определении ширины, глубины и площади основания, при которых оказываемое весом здания удельное давление будет меньше нежели сопротивление грунта подошве фундамента.

Предварительно площадь подошвы фундамента можно установить по условию:

PII ≤ R, в котором

РII – это среднее давление под подошвой фундамента в отношении к основному сочетанию нагрузок при вычислениях по деформациям;
R – это расчетное сопротивление грунта основания. Показатель вычисляется по формуле СНиП.

На рисунке ниже подробно представлена расчетная схема центрально нагруженной фундаментальной подошвы.

При расчете фундаментов с повышенной жесткостью реактивная эпюра грунта принимается прямоугольной. Уравнение равновесия в этом случае выглядит так:

В данном уравнении есть определенная сложность. Дело в том, что в обеих его частях содержатся искомые геометрические размеры фундамента. Но при выполнении предварительных вычислений вес грунта и самого фундамента в АВСD заменяют на:

Ɣm – средний показатель удельного веса фундаментальной конструкции и грунтовой породы на ее уступах. Как правило Ɣm составляет 20кН/м³;
d – это глубина заложения подошвы фундамента, вычисляется в метрах.

По указанной ниже формуле определяется необходимая площадь фундаментальной подошвы:

При этом расчет ширины подошвы фундамента (b) выполняется:

Когда завершено предварительное определение ширины подошвы b = f(Ro) нужно уточнить расчетную сопротивляемость грунтового основания: R = f (b, φ, c, d, γ).

Рассчитав точную сопротивляемость опять нужно вычислить ширину. Повторять действия необходимо до тех пор, пока оба показателя не будут одинаковыми.

Когда с учетом унификации и модульности конструкций размер фундамента подобран, то необходимо проверить фактическое давление на грунт и напряжение под подошвой фундамента.

Чем меньшая разница будет между величинами РII и R, тем экономичнее получится проектное решение.

Данным способом поверяется достоверность расчета по линейной теории деформации грунта. Когда же условие не соблюдается, то для вычислений применять следует нелинейную теорию, а это существенно осложняет расчетные мероприятия.

В зависимости от жесткости и схемы нагружения фундаментов, типа сопряжения их со зданиями возможны пространственные перемещения из-за перераспределения усилий в бетоне и арматуре. Поэтому при выполнении расчетов следует учитывать допустимый отрыв подошвы фундамента, который не окажет негативного воздействия на строительный объект.

Используемые при устройстве подошвы материалы

При обустройстве фундаментальной подошвы потребуются следующие материалы и инструменты:

совковые и штыковые лопаты, необходимы для выполнения земляных работ ручным методом;
вязальная проволока и арматурные стержни, с помощью которых осуществляется армирование подошвы фундамента дома;
гвозди и молоток;
крючок, которым выполняется вязка металлического каркаса;
шнур для разметки;
доски для монтажа опалубки;
скобы монтажные;
материалы для подошвы: песок, гравий, бетонный раствор.

Для проведения съемки местности потребуется также нивелир, который поможет с точностью установить уровень подошвы фундамента.

Технология устройства фундаментальной подошвы

Вне зависимости от того, устраиваются подошвы фундаментов мелкого заложения, ленточных, столбчатых или других типов конструкций, работы по их монтажу проводятся поэтапно:

подготовительный этап состоит в рытье котлована. На его дне выполняется разметка, с точностью определяющая расположение будущей конструкции;
устройство опалубки. Здесь обязательно учитывается толщина подошвы фундамента. Выставляется опалубка таким образом, чтобы по центру подошвы распределялись фундаментальные стенки. для формирования наружных углов пара досок соединяется между собой под прямым углом и выносится на расстояние 17,5 см от разметочного шнура. При наличии слабых участков опалубки их нужно подсыпать снаружи грунтовой смесью для предотвращения протечки бетона. Если строительство предстоит на участке в повышенным уровнем грунтовых вод, то в целях безопасности выполняется гидроизоляция подошвы фундамента;
следующий этап – армирование. Металлические прутья обеспечивают усиление подошвы фундамента и соответственно повышают прочностные свойства всей строительной конструкции;
заливка бетона. После расположения арматуры выполняется бетонирование подошвы. При этом должна контролироваться расчетная отметка основания. Для более прочного сцепления фундамента с подошвой на ней прорезается шпоночная канавка по центральной оси кромки. После застывания бетона выполняется затирка поверхности.

Если несущая способность грунтов в месте строительства недостаточная, то для достижения нужных эксплуатационных показателей выполняется уширение подошвы фундамента путем устройства двусторонних или односторонних банкет.

Заключение

В любом капитальном объекте, вне зависимости от его назначения, основой является фундамент. Именно он испытывает все оказываемые зданием нагрузки и передает их на грунт. Правильно выполненная подошва фундамента перераспределяет нагрузки на грунт, предотвращает его проседание, придает фундаментальному основанию надежности и выносливости. Бесспорно, устройство подошвы сопровождается дополнительными затратами, но они полностью окупаются долговечностью и безопасностью эксплуатации строительных объектов.

Расчет ведется на основное сочетание нормативных нагрузок, рассчитанных по II группе предельных состояний.

Предварительные размеры фундамента находятся из условия, что фактическое давление под подошвой фундамента p, должно не превышать расчетного сопротивления грунта R:

(2.6)

При этом фундамент получается таким, что области пластических деформаций в основании достаточно малы: Z ≤ b/4.

Требуемая площадь подошвы фундамента определяется по формуле:

(2.7)

A_ф – площадь фундамента;

N_о,_II – расчетная вертикальная нагрузка по II группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента: N_о,_II = 1392.15тс;

γ_прив – приведенный удельный вес, вводимый для определения веса фундамента с грунтом на его уступах: γ_прив = 2.2тс/м 3 ;

d – глубина заложения подошвы фундамента: d = 2.5м;

R – расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по формуле:

(2.8)

γ_с1 , γ_с2 – коэффициенты условий работы, принимаемые по [5]: γ_с1=1.4, γ_с1=1.2;

k – коэффициент, зависящий от прочностных характеристик грунта: k = 1.1;

M_γ , M_q , M_c – коэффициенты, принимаемые по [5]: M_γ=2.11,M_q=9.44,M_c=10.80;

k_z – коэффициент, зависящий от ширины подошвы фундамента: k_z = 1;

γ_II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента. При наличии УГВ удельный вес грунта определяется с учетом взвешивающего действия воды: γ_II = 0.96тс/м 3 ;

γ’_II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента. При наличии УГВ удельный вес грунта определяется с учетом взвешивающего действия воды: γ’_II = 0.97тс/м 3 ;

c_II – расчетное значение удельного сцепление грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента: c_II = 0тс/м 3 ;

d_b – глубина подвала от уровня планировки до пола подвала: d_b = 0;

b – ширина подошвы фундамента.

R = 3.09∙b + 34.96

Прямоугольный фундамент (A = b∙l)

При решении квадратного уравнении получили ширину прямоугольного фундамента: b = 2.86 м, которая меньше ширины быка.

Конструктивно принимаем ширину фундамента: b = 4 м.

Расчетное сопротивление грунта основания фундамента:

Выполняем проверку условия (2.6):

Условие p выполняется.

На первом этапе фундамент был рассчитан только на вертикальную центрально-приложенную нагрузку. Необходимо произвести проверку с учетом моментов, действующих по обрезу фундамента:

Наибольшее давление на грунт у краев подошвы внецентренно нагруженного фундамента не должно превышать:

(2.9)

Минимальное давление на грунт должно быть таким, чтобы подошва фундамента не отрывалась от основания:

(2.10)

Давление на грунт у краев подошвы внецентренно нагруженного фундамента определяется по формуле:

(2.11)

Выполняем проверку условия (2.9):

Выполняется проверка условия (2.10):

Поскольку условия (2.9), (2.10) оказались выполненными, то фундамент на данном этапе проектирования принимается тех же размеров, которые были получены в расчетах на действие только вертикальной центрально приложенной силе .

Определение размеров фундамента начинают с определения глубины заложения его подошвы. Глубина заложения подошвы для фундаментов неотапливаемых зданий и сооружений под наружные стены, а также колонн отапливаемых зданий принимается равной не менее глубины промерзания грунта. Глубина заложения внутренних стен и колонн отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грунта и назначается по конструктивным требованиям.

При выборе глубины заложения подошвы фундамента следует учитывать конструктивные требования: наличие подвала, обеспечения глубины заделки колонны и арматуры колонны. Глубина заложения подошвы фундаментов должна быть больше толщины почвенного слоя и не менее 0,5 м от поверхности планировки или низа пола. Назначение высоты фундамента, размеров его ступеней и глубины заделки производится в соответствии с требованиями СП 50-101-2004. Фундаменты делятся на центрально-нагруженные и внецентренно-нагруженные (рис. 7.1 и 7.2).

Определение размеров подошвы центрально-нагруженного фундамента. Размеры подошвы фундамента определяются из условия

где N – осевая сила от внешних нагрузок на верхнем обрезе фундамента (при γ_f=1), кН;

N₁ – собственный вес фундамента и вес грунта на его уступах, кН;

А – площадь подошвы фундамента, м 2 ;

R – расчетное сопротивление грунта, кН/м 2 .

Если принять усредненный удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах равным 22 кН/м 3 , тогда площадь фундамента будет равна :

где d₁ – глубина заложения фундамента, м.

Учитывая, что расчетное сопротивление грунта зависит от размеров фундамента, предварительный подбор подошвы ведут по расчетным сопротивлениям R=R₀, принятым из табл. 7.1.

По вычисленной площади подошвы фундамента А определяют размеры его сторон. Для квадратного фундамента размер стороны а=А 0,5 . Полученные размеры подошвы округляют, вычисляют принятую площадь фундамента и производят окончательную проверку давлений по подошве по формуле 7.1 при фактическом значении R.

Рисунок 7.1 – Типы фундаментов : а- центрально-нагруженные; б – внецентренно-нагруженные; 1- колонна, 2 – отдельный фундамент; 3- кирпичная стена, 4 – ленточный фундамент, 5- расчетная полоса

Рисунок 7.2 – К расчету внецентренно-нагруженного фундамента

Таблица 7.1 – Расчетные сопротивления R₀ грунтов для предварительных расчетов

Наименование грунта	R₀, кН/м 2
Пески крупные средней плотности	500
Пески мелкие средней плотности маловлажные	300
Пески мелкие средней плотности влажные и насыщенные водой	200
Пески средней плотности пылеватые маловлажные	250
Супеси (e=0,5 J_L=0)	300
Суглинки (e=0,7 J_L=1)	180
Насыпные грунты	100-250

Примечание: Значения R0 относятся к фундаментам, имеющим ширину b₀=1 м и глубину заложения d₀=2 м

Внецентренно-сжатые фундаменты .Все внешние силы N₁, Q₁, M_1, действующие на фундамент, приводятся к вертикальной силе N, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента и моментам M_x и M_y, действующим на уровне подошвы фундамента (рис. 7.2). При этом расчеты производят на невыгодные комбинации усилий. Давление под подошвой фундамента при действии моментов в двух плоскостях определяется по формуле:

где М_Х и М_Y – моменты внешних сил относительно осей X и Y;

W_X и W_Y – моменты сопротивлений подошвы фундамента относительно тех же осей;

А – площадь подошвы фундамента.

При действии фундамента в одной плоскости М_Y и W_Y принимают равными 0.

Проверка основания фундамента или подбор размеров подошвы производят так, чтобы среднее давление под подошвой не превышало расчетного сопротивления R, т.е.

При этом наибольшее краевое давление при действии изгибающего момента вдоль каждой оси фундамента не должно превышать 1,2R и в угловой точке 1,5R.

Для большинства фундаментов минимальное краевое давление при действии изгибающего момента вдоль каждой оси должно быть Р_min≥0/

Определение площади подошвы фундамента ведут в следующей последовательности По табл. 7.1 в зависимости от наименования грунта определяют R₀. Определяют размеры сторон фундамента и требуемую площадь подошвы по формуле

Обычно для прямоугольных отдельных фундаментов принимают а=(1÷1,6) b. По найденным размерам уточняют значение R и по формуле 7.1 проверяют давление под подошвой фундамента. В случае, если давление фундамента превышает указанные величины, размеры подошвы фундамента корректируют и производят проверку давления заново.

Расчет ленточных фундаментов под кирпичные стены аналогичен расчету отдельных фундаментов, для чего по длине фундамента условно вырезают полосу, равную 1 м, и для нее производят определение размеров по формулам, указанным выше.

Пример:

Колонна передает на фундамент в уровне его обреза (верхней плоскости) осевую нагрузку с учетом коэффициента надежности по назначению N=2000кН. Глубина промерзания грунта для данного региона d_p=1,8 м (табл. 7.4). Грунты основания сложены из пылеватых маловлажных песков, имеющих следующие расчетные характеристики: удельный вес γ_II=20кН/м 3 , удельное сцепление с=6кПа, угол внутреннего трения φ_II=34°. Требуется определить размеры подошвы фундамента.

Принимаем глубину заложения фундамента d₁=d_p=1,8 м. По табл. 7.1 находим предварительно расчетное сопротивление грунта R=R₀=250 кН/м 2 . Тогда требуемая площадь подошвы фундамента по формуле 7.1:

Площадь подошвы квадратного в плане фундамента с размерами сторон a=b=A 0,5 =9,5 0,5 =3,08≈3,1 м. Для заданного грунта γ_II=20кН/м 3 , γ_c1=1,25 и γ_c2=1,0 (табл. 7.2),

где γ_c1 и γ_c2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 7.2;

k — коэффициент, принимаемый: k = 1, если прочностные характеристики грунта (с и φ) определены непосредственными испытаниями, и k= 1,1, если указанные характеристики приняты по таблицам;

М_γ, М_q и М_c — коэффициенты, принимаемые по табл. 7.3;

k_z — коэффициент, принимаемый: k_z = 1 при b < 10 м, k_z = z0/b + 0,2 при b ≥ 10 м (здесь b — ширина подошвы фундамента, м; z0 = 8 м);

γ_II — расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м 3 ; γ´_II — то же, залегающих выше подошвы;

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

Так как R=514 кН/м 2 в значительной мере отличается от принятых в первом расчете R=250 кН/м 2 , то производим повторный расчет.

Принимаем a=b=2,2 м, А=2,2∙2,2=4,84 м 2 т определяем R.

Проверяем среднее давление на грунт под подошвой фундамента

Размеры подошвы фундамента достаточны.

Таблица 7.2 – Значения коэффициентов γ_с1 и γ_с2

γ_с2 для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к его высоте L/H

1. Жесткую конструктивную схему имеют сооружения, конструкции которых приспособлены к восприятию усилий от деформаций оснований путем применения специальных мероприятий.

2. Для сооружений с гибкой конструктивной схемой значения коэффициента γ_с2 принимается равным единице.

3. При промежуточных значениях L/H коэффициент γ_с2 определяется интерполяцией.

Таблица 7.3 – Таблица коэффициентов М_γ, М_q и М_c

Перед вводом данных в программу ФОК-Комплекс я стараюсь придерживать такого порядка действия:

1. Определяюсь с отметками, прорисовываю расположения фундаментов, ниже приведен пример:

2. Вычисляю расчетное сопротивление грунта (вручную или по программе), для того что бы проверить совпадает ли данное значение с результатом в программе ФОК Комплекс, ниже приведен пример:

СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*

Определение расчетного сопротивления грунта основания

5.6.7 При расчете деформаций основания фундаментов с использованием расчетных схем, указанных в 5.6.6, среднее давление под подошвой фундамента р не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, определяемого по формуле

(5.7)

где g_с₁и g_с₂- коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 5.4;

k - коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта (j_II и с_II) определены непосредственными испытаниями, и k=1,1, если они приняты по таблицам приложения Б;

b - ширина подошвы фундамента, м (при бетонной или щебеночной подготовке толщиной h_nдопускается увеличивать bна 2h_n);

g_II - осредненное (см. 5.6.10) расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м 3 ;

g'_II - то же, для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м 3 ;

с_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (см. 5.6.10), кПа;

d₁ - глубина заложения фундаментов, м, бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (5.8). При плитных фундаментах за d₁принимают наименьшую глубину от подошвы плиты до уровня планировки;

d_b - глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом глубиной свыше 2 м принимают равным 2 м);

здесь 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 .

При бетонной или щебеночной подготовке толщиной h_n допускается увеличивать d₁ на h_n.

Примечания:

Формулу (5.7) допускается применять при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А, значение bпринимают равным .

Расчетные значения удельного веса грунтов и материала пола подвала, входящие в формулу (7) допускается принимать равными их нормативным значениям.

Расчетное сопротивление грунта при соответствующем обосновании может быть увеличено, если конструкция фундамента улучшает условия его совместной работы с основанием, например, фундаменты прерывистые, щелевые, с промежуточной подготовкой и др.
Для фундаментных плит с угловыми вырезами расчетное сопротивление грунта основания допускается увеличивать, применяя коэффициент k_d по таблице 5.6.
Если d₁>d (d- глубина заложения фундамента от уровня планировки), в формуле (5.7) принимают d₁ = dи d_b = 0.
Расчетное сопротивления грунтов основания R, определяемое по формулам (В.1) и (В.2) с учетом значений R₀ таблиц B.1-В.10 приложения В, допускается применять для предварительного назначения размеров фундаментов в соответствии с указаниями разделов 5-6.

Исходные данные

Основание фундаментом являются - Супесь лессовидная просадочная низкопористая твердая (ИГЭ 2)

с_II= 0,6 т/м 2 ; d₁ = 2,30 м + 0,10 м * 2,00 т/м 3 / 1,653 т/м 3 = 2,30 м + 0,121 м = 2,421 м;

R = (1,25 х 1,00) / 1,00 * [0,78 * 1,00 * 3,00 м * 1,800 т/м 3 + 4,11 * 2,421 м * 1,653 т/м 3 +

+ (4,11 – 1,00) * 1,05 м * 1,653 т/м 3 + 6,67 * 0,6 т/м 2 ] = 1,25 * (4,212 т/м 2 + 16,44786243 т/м 2 +

+ 5,3978715 т/м 2 + 4,002 т/м 2 ) =37,5746674125 т/м 2 .

Расчетное сопротивление грунта определяется согласно СНиП 2.02.01-83

'Основания зданий и сооружений' по формуле 7:

ВВЕДЕННЫЕ ДАННЫЕ:

Ширина подошвы фундамента b= 3 м

Глубина заложения фундамента d= 3.35 м

Гибкая конструктивная схема здания

Длина здания L= 0 м

Высота здания H= 0 м

Здание с подвалом - фундамент под наружную стену (колонну)

Толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала hs= 2.3 м

Толщина конструкции пола подвала hcf= 0.15 м

Удельный вес материала пола подвала ycf= 2.2 тс/м3

Тип грунта: пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем с

показателем текучести грунта или заполнителя IL

Угол внутреннего трения Fi= 25 град.

Удельное сцепление С= 0.6 тс/м2

Fi и С определены непосредственными испытаниями

Осредненный удельный вес грунтов, залегающих

выше подошвы фундамента y21= 1.653 тс/м3

ниже подошвы фундамента y2= 1.8 тс/м3

ВЫЧИСЛЕННЫЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ДАННЫЕ:

Отношение длины к высоте здания L/H= 0.00

Коэффициент условий работы Yc1= 1.25

Коэффициент условий работы Yc2= 1

Коэффициент k= 1

Коэффициент kz= 1.00

Коэффициент My= 0.78

Коэффициент Mq= 4.11

Коэффициент Mc= 6.67

Глубина заложения фундамента, или приведенная глубина для зданий с подвалом d1= 2.50 м

Глубина подвала db= 0.90 м

R= (Yc1 * Yc2 / k) * (My * kz * b * y2 + Mq * d1 * y21 + (Mq - 1) * db * y21 + Mc * C) =

= ( 1.25 *1.00/ 1 )*( 0.78 *1.00* 3 *1.80+ 4.11 *2.50*1.65+( 4.11 -1)*0.90*1.65+ 6.67 *0.60)= 37.28 тс/м2

РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТА R= 37.28 тс/м2

Данные предварительные вычисления позволяют по результатам программы ФОК Комплекс проверить правильно ли были введены исходные данные, проверяя совпадает ли осадка, расчетное сопротивление грунта (разброс до 15% вполне допустимо). Теперь рассмотрим небольшой многоэтажный медицинский центр, в котором необходимо сделать расчет ленточного и столбчатого фундаментов.

Исходные данные примера расчета ленточного фундамента

Площадка строительства характеризуется следующими атмосферно-климатическими воздействиями и нагрузками:

вес снегового покрова (расчетное значение) - 240 кг/м 2 ;
давление ветра — 38 кг/м 2 ;

основанием является грунт II категории по сейсмическим свойствам.

площадка строительства — 7 баллов.

Значение характеристик грунтов засыпки, уплотненных согласно нормативным документам с коэффициентом уплотнения не менее 0,95 от их плотности в природном сложении, допускается устанавливать по характеристикам тех же грунтов в природном залегании.

Нагрузки на столбчатые и ленточные фундаменты получены из программы ПК ЛИРА 10.4.

Ниже выдержки из некоторых таблиц исходных данных.

Производим расчет, по результатам расчета начальное просадочное давление во всех слоях просадочного грунта не превышает давления на основание, вводим характеристики грунта при полном водонасыщении в таб.2.1 и 2.3, кроме того под фундаментами выполняем песчаную подушку из песка средней крупности.

Выводы

По результатам расчета ленточного и столбчатого фундаментов, расчетное сопротивление грунта R = 18,56 т/м 2 .

Среднее давление под подошвой фундаментов не превышает 14,79т/м2, что меньше расчетного сопротивления грунта R = 18,59т/м 2 .

Начальное просадочное давление во всех слоях просадочного грунта не превышает давления на основание, в расчете приняты характеристики грунтов при полном водонасыщении.

Максимальные деформации фундаментов составляют S = 0,065м, что не превышает установленных значений по приложению 4.[2] S_u = 0,08м.

Относительные деформации фундаментов составляют S_del =0,0007, что не превышает установленных значений по приложению 4.[2] S_udel = 0,002.

Размеры внецентренно нагруженных фундаментов определяются исходя из условий:

(5.50)

(5.51)

(5.52)

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

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

(5.53)

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

Для прямоугольных фундаментов формула (5.53) приводится к виду

(5.54)

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

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

(5.55)

или для прямоугольной подошвы

(5.56)

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

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

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

ε_u = 1/10 — для фундаментов под колонны производственных зданий с мостовыми кранами грузоподъемностью 75 т и выше и открытых крановых эстакад с кранами грузоподъемностью более 15 т, для высоких сооружений (трубы, здания башенного типа и т.п.), а также во всех случаях, когда расчетное сопротивление грунтов основания R < 150 кПа;

ε_u = 1/6 — для остальных производственных зданий с мостовыми кранами и открытых крановых эстакад;

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

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

В последнем случае максимальное краевое давление определяется по формуле

(5.57)

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

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

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

(5.58)

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

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

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

м 2 .

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

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

кПа < 1,2 R = 900 кПа.

Эксцентриситет вертикальной нагрузки

м,

т.е. ε = e/l = 0,733/5,4 = 0,135 < ε_u = 0,167.

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

Читайте также: