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:

p £ R, (6.4)

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=b²/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;

R₀ – табличное значение расчетного сопротивления грунта, где располагается подошва фундамента, кПа;

g¢_II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м³;

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/м³;

Рисунок 6.6: К определению глубины заложения фундаментов

а – при d₁ < d; б – 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;

k_z – коэффициент, принимаемый k_z =1 при b <10м; k_z = z₀/b +0,2 при b ³10м (здесь z₀ =8м);

b – ширина подошвы фундамента, м;

g_II и g¢_II – усредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) и выше подошвы, кН/м³;

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.

Таблица 6.14

Значения коэффициентов g_с1 и g_с2

Грунты	gс1	gс2 для зданий и сооружений с жесткой конструктивной схеме при отношении их длины (или отдельного отсека) к высоте L/H
³4	£1,5
Крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме мелких и пылеватых	1,4	1,2	1,4
Пески мелкие	1,3	1,1	1,3
Пески пылеватые: маловлажные и влажные насыщенные водой	1,25 1,1		1,2 1,2
Пылевато-глинистые и крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем, с показателем текучести грунта или заполнителя: IL £0,25	1,25		1,1
То же, при 0,25< IL £0,5	1,2		1,1
То же, при IL >0,5

 

Примечания:

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.

 

Таблица 6.15

Значения коэффициентов M_g, M_q и M_c

jII, град	Mg	Mq	Mc	jII, град	Mg	Mq	Mc
			3,14		0,72	3,87	6,45
	0,03	1,12	3,32		0,84	4,37	6,90
	0,06	1,25	3,51		0,98	4,93	7,40
	0,1	1,39	3,71		1,15	5,59	7,95
	0,14	1,55	3,93		1,34	6,35	8,55
	0,18	1,73	4,17		1,55	7,21	9,21
	0,23	1,94	4,42		1,81	8,25	9,98
	0,29	2,17	4,69		2,11	9,44	10,80
	0,36	2,43	5,00		2,46	10,84	11,73
	0,43	2,72	5,31		2,87	12,5	12,77
	0,51	3,06	5,66		3,37	14,48	13,96
	0,61	3,44	6,04		3,66	15,64	14,64

 

 

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, м².

 

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, м³.

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:

p < R, (6.10)

* для внецентренно нагруженных фундаментов:

p < R,

p_max < 1,2R (6.11)

* для внецентренно нагруженных фундаментов с изгибающими моментами в двух направлениях:

p < R,

p_max < 1,2R

p^с_max < 1,5R (6.12)

 

 

В большинстве случаев после первой итерации это условие не выполняется с требуемым допуском (превышение R над p до 5%). Все операции необходимо полностью повторить, подставив в формулу для A¢ вместо R₀ величину расчетного сопротивления R. Вычислить А, b, подобрать фундамент с новой величиной b, определить новую величину R, рассчитать p и снова проверить условие p < R.

Обычно в результате второй итерации условие p<R выполняется в 70% случаев. В случае невыполнения условия расчет еще раз повторить.

 

При ленточных фундаментах, когда ширина плит совпадает с расчетной шириной, допускается замена прямоугольных плит плитами с угловыми вырезами. При этом плиты (любой формы) укладываются в виде непрерывной ленты. При несовпадении расчетной ширины с шириной плиты проектируются прерывистые фундаменты.

 

По установленной глубине заложения, форме и размерам подошвы фундамента конструируют фундамент, используя сборные железобетонные и бетонные фундаментные конструкции или конструкции из монолитного бетона.

 

Расчеты сопроводить необходимыми эскизами.

 

 

Особенности расчета прерывистых фундаментов:

 

При строительстве зданий, к которым не предъявляется требований повышенной жесткости, на прочных грунтах (плотных и средней плотности песках; твердых, полутвердых, тугопластичных пылевато-глинистых) при уровне подземных вод ниже подошвы фундамента допускается применение прерывистых ленточных фундаментов, которые устраивают из плит, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Особенно целесообразно применение таких фундаментов в тех случаях, когда полученная в расчетах ширина оказывается меньше стандартных плит.

Рисунок 6.7: Прерывистый фундамент

1 – поверхность грунта; 2 – бетонные блоки; 3 – фундаментные плиты; 4 – промежутки между плитами, заполненные грунтом

 

 

Прерывистые фундаменты из плит прямоугольной формы и с угловыми вырезами не рекомендуется применять:

* в грунтовых условиях II типа по просадочности;

* при залегании под подошвой фундамента рыхлых песков;

* при сейсмичности района 7 баллов или более; в этом случае нужно применять плиты с угловыми вырезами, укладывая их в виде непрерывной ленты;

* при залегании ниже подошвы фундамента пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести I_L >0,5.

 

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 £1,4 b. Для более эффективного использования прерывистых фундаментов число интервалов можно увеличить, применяя укороченные плиты (1180 и 780мм), если это не повлечет неоправданного увеличения трудовых затрат.