4. Определение размеров фундаментов мелкого заложения

4.1. Расчет выполняется в следующей последовательности:

1. Приводятся исходные данные в соответствии с заданием.

2. Определяются размеры подошвы фундамента.

3. Выполняются проверки, подтверждающие правильность принятых размеров.

4. В случае выполнения условий всех проверок переходят к расчету деформаций основания (расчет осадки), в противном случае - уточняются размеры фундаментов.

Фундаменты мелкого заложения под стены проектируются ленточными, под колонны промышленных и гражданских зданий - столбчатыми.

4.2. На фундамент действуют нагрузки, которые в общем виде сводятся к вертикальной – N и горизонтальной - Q силам и моменту – М, прикладываемых на уровне его обреза (рис. 4.1). Для ленточного фундамента нагрузки сводятся к их погонным величинам (на 1м длины фундамента) и обозначаются соответственно n, q, m.

4.3. Фундаменты характеризуются следующими геометрическими параметрами:

- столбчатый: d – высота; b – ширина; ℓ – длина;

- ленточный: d – высота; b – ширина.

4.4. Размеры подошвы фундамента определяются в следующей последовательности.

4.4.1. В первом приближении определяется требуемая площадь подошвы столбчатого, А_тр, или требуемая ширина ленточного, b_тр, фундамента из соответствующих выражений:

А_тр=1,1N/R₀, (4.1)

b_тр=1,1n/R₀, (4.2)

где: А_тр – требуемая площадь столбчатого фундамента, м²;

b_тр – требуемая ширина ленточного фундамента, м;

R₀ – расчетное сопротивление грунта, на которой опирается подошва фундамента, его величина назначается в зависимости от вида грунта и его состояния. Значения R₀ приведено в таблице 4.1.

а)

б)

Рис. 4.1. Расчетная схема нагрузок на фундаменты

а) столбчатый; б) ленточный.

Коэффициентом 1,1 приближенно учитывается вес фундамента и грунта на его обрезах.

4.4.2. Ширина и длина подошвы столбчатого фундамента равны:

b_тр=√A_тр/η; ℓ_тр=η·b (4.3)

где: η=ℓ/b – соотношение сторон, принимается в пределах 1,2…2,0, рекомендуется η=1,4.

Полученные размеры фундамента округляются до величин, кратных 0,3м - для столбчатых и 0,1м – для ленточных. Для столбчатых фундаментов размеры принимаются с таким расчетом чтобы соблюдалось условие А_пр=ℓ_пр·b_пр≈А_тр.

где: А_пр - принятая площадь фундамента;

ℓ_пр - принятая длина фундамента;

b_пр - принятая ширина фундамента.

4.4.3. Определяется расчетное сопротивление грунта по ниже приведенным формулам:

-для зданий без подвала

, кПа, (4.4.1)

-для зданий с подвалом

, кПа, (4.4.2)

где: γ_сl, γ_с2 – коэффициенты, определяемые по табл. 4.2;

k – коэффициент, равный 1;

k_z – коэффициент, равный 1, при b<10м;

M_γ, M_q, M_c – коэффициенты, определяемые по табл. 4.3 в зависимости от угла внутреннего трения грунта φ_ll;

b – принятая ширина подошвы фундамента, м;

d₁·- глубина заложения фундамента, для бесподвальных зданий d₁=d_n, для зданий с подвалами определяется по формуле:

d₁=h_s+h_cf·γ_cf/γ'_II,

h_s – толщина слоя грунта со стороны подвала, м;

h_cf – толщина пола и подготовки в подвале, м;

γ_cf – удельный вес конструкции пола (20кН/м³);

d_b – глубина подвала (от уровня планировки до пола подвала), м;

γ_ll - среднее значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы; кН/м³;

γ'_ll – то же, залегающих выше подошвы, кН/м³;

с_II – удельное сцепление грунта, кПа.

4.4.4. Определяются среднее и краевые давления под подошвой фундамента p_ср, кПа.

Среднее давление для столбчатого и ленточного фундаментов соответственно:

p_ср=(N+G_ф)/A_пр, p_ср=(n+G_ф)/b_пр (4.5).

где: А_пр, b_пр – соответственно принятые площадь столбчатого и ширина ленточного фундаментов;

G_ф - вес фундамента и грунта на его уступах, определяется по формуле:

G_ф=l·b·d·γ

l - длина фундамента, м (для ленточных фундаментов принимается равной 1,0);

b - ширина фундамента, м;

d - высота фундамента, м;

γ=20кН/м³ – усредненное значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах.

Значения краевых давлений:

p_max=p_ср+(M+Q·d_n)/W; p_min=p_ср-(M+Q·d_n)/W, (4.6)

где: W – момент сопротивления подошвы фундамента, м³, определяемый для прямоугольной его формы из выражения W=(b·ℓ²)/6 (для ленточного фундамента принимается ℓ=1).

4.5. Выполняются проверки для принятых размеров фундаментов.

1) p_ср≤R; (4.7)

2) p_max≤1,2R; (4.8)

3) p_min≥0 (4.9)

Если одно из условий выражений (4.7)…(4.9) не выполняется, то необходимо уточнить размеры фундамента.

4.6. Расчет считается оконченным, если принятые размеры фундамента из условия их экономичности удовлетворяют одному из условий:

100%(R-p_ср)/R≤15%; 100%(1,2R-p_max)/1,2R≤15% (4.10)

Расчетное сопротивление песчаных и пылевато-глинистых грунтов.

Таблица 4.1

Вид грунта

R0, кПа

Пески Крупные Средней крупности Мелкие: Маловлажные Влажные и насыщенные водой Пылеватые: Маловажные Влажные Насыщенные водой Значения R0 для плотных песков даны перед чертой. Для песков средней плотности – за чертой. Для рыхлых – значение уменьшить на 20% Пылевато-глинистые Супеси с коэффициентом пористости равным: 0.5 0.7 Суглинки с коэффициентом пористости равным: 0.5 0.7 1.0 Глины с коэффициентом пористости равным: 0.5 0.6 0.8 1.0 Значения R0 при IL = 0 даны перед чертой; при IL = 1-за чертой; при промежуточных значениях е и IL; значения R0 определяется интерполяцией.

600/500 500/400 400/300 300/200 300/250 200/150 150/100 300/300 250/200 300/250 250/180 200/100 600/400 500/300 300/200 250/100

Значения коэффициентов γ_с1 и γ_с2

_{Таблица 4.2.}

Виды грунтов	γс1	γс2
		Для многоэтаж-ного здания	Для одноэтаж-ного здания
Пески крупные и средней крупности Пески мелкие Пески пылеватые Супеси, суглинки и глины, при показателе текучести: IL≤0.25 0.25<IL≤0.5 IL≤0.5	1.4 1.3 1.25 1.25 1.2 1.1	1.2 1.1 1.0 1.0 1.0 1.0	1.4 1.3 1.2 1.1 1.1 1.0

Значения коэффициентов М_γ, М_q; М_с

Таблица 4.3

φll град.	коэффициенты			φll град.	коэффициенты
	Мγ	Мq	Мс		Мγ	Мq	Мс
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22	0 0.03 0.06 0.10 0.14 0.18 0.23 0.29 0.36 0.43 0.51 0.61	0 1.12 1.25 1.39 1.55 1.73 1.94 2.17 2.43 2.73 3.06 3.44	3.14 3.32 3.51 3.71 3.93 4.17 4.42 4.69 4.99 5.31 5.66 6.04	24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46	0.72 0.84 0.98 1.15 1.34 1.55 1.81 2.11 2.46 2.88 3.38 3.66	3.87 4.37 4.93 5.59 6.34 7.22 8.24 9.44 10.85 12.51 14.50 15.64	6.45 6.90 7.40 7.95 8.55 9.22 9.97 10.80 11.73 12.79 13.98 14.64