Определение глубины заложения фундамента в соответствии с климатическими условиями района строительства и конструктивной схемы cооружения

 

 

Глубина заложения фундамента зависит в основном от трех факторов: инженерно-геологические условий, климатические условий, конструктивных требований.

При бесподвальном сооружении определяем нормативную глубину промерзания, используя схематическую карту нормативных глубин промерзания (см. Приложение).

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта d_f, м, определяется по формуле:

d_f = k_fg_c d_fn, (13)

 

где k_f - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения; γ_c – коэффициент условий промерзания грунта, γ_c = 1,0;

d_fn - нормативная глубина промерзания (для Калужской области), для глин по СНиП 2.01.01-82 d_fn = 1,3 м, умножаем на коэффициент 1,2 (увеличиваем на 20%) и используем коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения (для бесподвальных k_f=1,0, для зданий отапливаемых 0,5, для зданий с подвалом – 0,7).

Отсюда для бесподвального неотапливаемого здания (сооружения):

 

d_f = k_fg_c d_fn = 1,0 х 1,2 х 1,3 = 1,56 м ≈ 1,60 м.

 

Определим глубину заложения фундамента по конструктивным соображениям.

Минимально возможная глубина заложения подошвы фундамента зависит от размера несущей конструкции здания и величины прикладываемых нагрузок.

Фундаменты под колонны каркасных зданий выполняют ступенями.

Такой вид фундамента состоит из плитной части и подколонника. Способ сопряжения фундамента с колонной предопределяет конструктивные особенности подколонника.

Монолитные железобетонные фундаменты под колонны (опоры) состоят из подколонника и 1, 2 и 3-х ступенчатой плитной части.

Для заделки железобетонной колонны в верхней части фундамента устраивают стакан. Установленную в стакан колонну замоноличивают бетоном.

Глубина заложения фундамента (d) для здания с подвалом, исходя из конструктивных требований, определяется по формуле:

 

d = d_b + 0,15 + Н_фmax;

 

где d_b – глубина подвала от поверхности планировки;

0,15 – толщина конструкции пола подвала;

 

d = 1,80 + 0,15 + 1,2 = 3,15 м.

 

Анализируя глубины заложения фундаментов исходя из всех перечисленных факторов, принимаем оптимальную глубину заложения фундамента от уровня пола 1 этажа, равную 3,15 м для подвальных зданий и 1,6 м для бесподвальных неотапливаемых.

Рисунок 3.2 – Общая схема фундамента под опору

с определением глубины заложения фундамента

Практическое занятие №4 - Расчет центрально

Нагруженного фундамента на естественном основании

 

4.1 Общие сведения

 

 

Расчет центрально нагруженного фундамента заключается в проверке несущей способности фундамента по материалу, из которого он изготовлен, и несущей способности грунта, его расчетного сопротивления. По материалу (бетону, железобетону и другим материалам) несущая способность фундамента всегда выше действующих (расчетных) нагрузок. По грунту необходимо всегда делать проверку его несущей способности, определяя расчетное сопротивление грунта.

Различают расчетное и нормативное сопротивление. Нормативное сопротивление грунта соответствует наибольшему значению среднего сжимающего напряжения под подошвой фундамента, до достижения которого оказывается возможным для расчетов осадок использовать математический аппарат теории линейного деформирования грунта. Его определяют по формуле (14):

 

R^н = [π(γ b/4+ γ' d + c. ctg φ)] / (ctg φ + φ – π/2) + γ' d, (14)

 

Это выражение часто представляют в виде трехчленной формулы (15):

 

R^н = М _γ γ b + М _q γ' d + М_сc, (15)

 

где φ – угол внутреннего трения грунта;

М _γ, М _q, М_с – безразмерные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта φ и вычисляемые по формулам (16), (17) и (18):

 

 

М _γ = π / 4 (ctg φ + φ – π/2), (16)

 

М _q = π / (ctg φ + φ – π/2) + 1, (17)

 

М _с = π ctg φ / (ctg φ + φ – π/2), (18)

 

Значения коэффициентов М _γ, М _q, М_с приведены в таблице 4.1.

 

Таблица 4.1 - Значения коэффициентов М _γ, М _q, М_с

Угол внутреннего трения, φII, град	Коэффициенты
М γ	М q	Мс
	0,00	1,00	3,14
	0,03	1,12	3,32
	0,06	1,25	3,51
	0,10	1,39	3,71
	0,14	1,55	3,93
	0,18	1,73	4,17
	0,23	1,94	4,42
	0,29	2,17	4,69
	0,36	2,43	4,99
	0,43	2,73	5,31
	0,51	3,06	5,66
	0,61	3,44	6,04
	0,72	3,87	6,45
	0,84	4,37	6,90
	0,98	4,93	7,40
	1,15	5,59	7,95
	1,34	6,34	8,55
	1,55	7,22	9,22
	1,81	8,24	9,97
	2,11	9,44	10,80
	2,46	10,85	11,73
	2,88	12,51	12,79
	3,88	14,50	13,98

 

 

СНиП 2.02.01 – 83 при расчете осадок построенных сооружений вводит понятие расчетного сопротивления грунта основания R.

 

Пример расчета центрально-нагруженного фундамента

На естественном основании

 

Величину вертикальной нагрузки студент принимает по заданию на проектирование. Грунты и их характеристики из раздела №2, глубину заложения фундамента из раздела №3 ПЗ (МУ).

Расчет ведут в следующей последовательности.

Вначале необходимо определить ориентировочные размеры подошвы фундамента и расчетное сопротивление грунта основания R, если к фундаменту приложена вертикальная сила N = 1350 kH и глубина заложения фундамента d_fu = 1,6 м.

В первом приближении рассмотрим этот фундамент как центрально нагруженный и определим площадь подошвы фундамента по формуле:

А_{ф =} N / (R_о – γ_cр х d), (19)

где N – расчетная нагрузка по второй группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента, кН;

R₀ – расчетное условное сопротивление грунта, кПа;

γ_ср – средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м³; принимаемая 20….23 кН/м³;

d – глубина заложения фундамента, 1,6 м.

А_ф = 1350/(206,22 – 23 х 1,6) = 1350/169,42 = 7,97 м².

Определим ширину фундамента по формуле:

b = √ А_ф, (20)

Отсюда: b = √ 7,97 = 2,82 ≈ 2,9 м.

Определим длину фундамента, назначив длину фундамента равной ширине: l = b, отсюда:

l = 2,9 м.

Примем размеры подошвы фундамента 2,9 х 2,9 м.

Определим расчетное сопротивление грунта:

R = [(γ_С1 γ_С2)/k] х [М_γk_zbγ_{I I}+М_gd₁γ′_{I I}+ (М_g-1) d_bγ′_{c I}+M_cc_{I I} ], (21)

где γ_С1=1,1 и γ_С2=1,0 – коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице приложения (второй определен интерполяцией);

k – коэффициент надежности, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики φ_II и c_II определялись непосредственными испытаниями, и равным 1,1, если они приняты по справочным таблицам, в данной работе k = 1;

М_γ=0,72; М_g=3,87; M_c=6,45 – безразмерные коэффициенты, зависящие от расчетного угла внутреннего трения φ несущего слоя грунта, принимаемые по таблице приложения;

k_z - коэффициент, зависящий от ширины подошвы фундамента (при ширине подошвы фундамента b меньшей 10м k_z равен 1; при большей ширине его определяют по формуле k_z=z_о /b+0,2; где z_о равно 8м);

b - ширина подошвы фундамента, м;

γ_II - осредненный расчетный удельный вес грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м³ (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды);

γ′_II - то же, залегающих выше подошвы фундамента;

d₁ - приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала (при его наличии):

d₁ = h_s + h_cf γ_cf / γ′_II, (22)

где h_s – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала,м; h_cf - толщина пола подвала,м; γ_cf - расчетный удельный вес материала пола подвала, кН/м³;

d_b - глубина подвала, равная расстоянию от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В≤20 м и глубиной более 2м принимается d_b =2м, при ширине подвала В>20 принимается =0);

c_II - расчетное удельное сцепление несущего слоя грунта, кПа.

Подставим в формулу (15) принятые значения, получим:

R=(1,1х1,0)/1*(0,51*1*2,6*15,56 + 3,06*1,7*15,56 +5,66*0,0023) =

= 1,1 (20,63 + 80,94+0,01) = 111,74 кПа.

Уточняем размеры подошвы фундамента:

А_ф = 1180/(111,74 – 23 х 1,7) = 1180/72,64 = 16,24 м².

Отсюда: l = b = √ 16,24 = 4,03 м ≈ 4,0 м.

Найдем среднее давление по подошве фундамента:

Р = N_o /(b*l)+ γ_ср*d, (23)

где b – ширина фундамента, м;

l – длина фундамента, м;

γ_ср – средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м³; принимаемая 20….23 кН/м³;

Р = (1180/4,0х4,0) + 23х1,7 = 73,75 + 39,1 = 112,85 кПа.

Определим уточненное расчетное сопротивление грунта:

R=(1,1х1,0)/1*(0,51*1*4,0*15,56 + 3,06*1,7*15,56 +5,66*0,0023) =

= 1,1 (31,74 + 80,94+0,01) = 123,96 кПа.

Проверим, выполняется ли условие: P < R ± 5 %.

112,85 < 123,96 - условие выполняется. Разница составляет 9%, принимаем длину и ширину центрально нагруженного фундамента под колонну равными 4,0 м, сечение колонны (опоры) 0,5х0,5 м.