26) Розрахунок фундаментів неглибокого закладання

Центральне навантаження. Центрально навантаженим фундаментом вважають такий, у якого вертикальна складова рівнодіючої всіх сил проходить крізь центр його підошви (рис. 7.11, а).Після вибору глибини закладання фундаменту та визначення величини навантаження на уступі розраховують розміри підошви за принципами, які розглянуті в розділі 12.Згідно з умовами норм середній тиск за підошвою фундаменту, виходячи з теорії лінійного розподілення тиску, не може перевищувати розрахункового опору ґрунту R, визначеного за формулою (12.1). Тобто має бути задовільнена умова: , (13.1)

де p – середній тиск, МПа, кПа; – вертикальне навантаження на фундамент за основним сполученням для розрахунку за ІІ групою граничних станів, МН, кН; G – власна вага фундаменту, МН, кН; А – площа підошви фундаменту, м, q – навантаження на підлогу від матеріалів та обладнання (для виробничих приміщень приймають 20 кПа, якщо інших указівок немає); R – розрахунковий опір ґрунту, МПа, кПа. vF 2

У зв’язку з тим, що величина R залежить від ширини підошви фундамен-ту b, яку треба визначити, розрахунок виконують способом послідовного на-ближення.335

Навантаження на уступі визначають з урахуванням відповідних вантаж-них площин на 1 м або окремий фундамент, залежно від конструкції, викорис-товуючи вказівки відповідних норм . Оскільки на рівні підошви фундаменту вертикальна складова рівнодіючої з урахуванням власної ваги фундаменту становить реактивне зусилля ґрунту на підошву фундаменту Р=АR, то після прирівняння їх можна одержати формулу для визначення площі підошви фундаменту (13.2)

де γ – середня питома вага матеріалу фундаменту і ґрунту на уступах, яку приймають 20 кН/м, d – висота фундаменту нижче від рівня прикладення на-вантаження , м. 3vF

Загальний вираз (13.2) дає можливість визначити розміри підошви фун-даментів будь-якого окреслення в плані. Так, для стрічкового фундаменту, на 1 метр якого діє навантаження , площа А є одночасно шириною підошви b. vF

Для квадратного окремого фундаменту ширину підошви встановлюють за виразом

(13.2а)

Для прямокутного із співвідношенням сторін

(13.2б)

Для круглого фундаменту з діаметром D

(13.2в)

Подальший розрахунок реалізує метод послідовного наближення.

1. За виразами (13.2-13.2 в) з урахуванням , визначеного за будівельними нормами або за формулою (12.1) для умови b=0, залежно від типу фундаменту визначають його попередні розміри.

2. За формулою (12.1) визначають уточнений розрахунковий опір ґрунту основи вже з урахуванням попереднього розміру підошви.

3. Уточнюють розміри підошви фундаменту за виразами (13.2-13.2 в) і уто-чненим розрахунковим опором.

4. Перевіряють необхідність подальших уточнень розмірів підошви:

а) за умовою . Якщо умова не задовольняється, уточнення продовжують,

або б) за виразом , )

або в) за графіками та , знаходячи потрібний розмір ширини підошви, проектуючи точку перетину графіків на вісь абсцис (рис.13.7).

5. Приймають розміри фундаменту в плані відповідно до стандартних роз-мірів, серій або модульної системи (найближчі більші).

6. Визначають власну вагу фундаменту прийнятих розмірів разом із ґрунтом на уступах.

7. Уточнюють розрахунковий опір ґру-нту R за формулою (12.1), використовуючи прийняту ширину підошви.

8. Перевіряють задоволення умови (13.1) і в разі необхідності коректують ро-зміри підошви.

9. Визначають величину осідання фун-даменту й порівнюють її з граничними ве-личинами відповідних норм. Якщо величи-на осідання більша від граничної, розміри підошви збільшують, а розрахунок повто-рюють.

10. Якщо в основі фундаментів розташовані водонасичені глинисті ґрунти або ґрунти з наявністю органічної речовини, перевіряють умову (12.3), де силу граничного опору основи Fu визначають відповідно до рекомендацій розділу 8. Для нещільного глинистого ґрунту з коефіцієнтом пористості е0≥1,0 умова (12.3) може не виконуватися, тоді розміри підошви фундаментів збільшують.

У країнах Заходу визначення розмірів підошви фундаменту здійснюють із використанням табличних величин базових тисків, які залежать від виду ґрунту та їх стану за пластичністю, або за припустимими тисками qall, виходячи з теорії стійкості основи, з уведенням коефіцієнтів запасу Fs. Слід визнати, що в біль-шості випадків для глинистих ґрунтів величина базових тисків менша, ніж та, яка наведена в діючих у нашій країні нормах. Коефіцієнти запасу в середньому приймають у межах Fs=1,7...3.

Позацентрове навантаження. Позацентрово навантаженим фундаментом вважають такий, коли рівнодіюча зовнішнього навантаження має ексцентриси-тет е відносно центра ваги площі підошви (рис. 7.11, б). Він виникає за рахунок дії на фундамент не тільки вертикального зусилля Fv, але і згинального моменту М чи поперечної сили Fh.

Прикладом такого фундаменту є окремий фундамент одноповерхового каркасного будинку виробничого призначення. На рівні його підошви діють: вертикальне навантаження від ваги надземних конструкцій, обладнання та вла-сної ваги фундаменту; згинальний момент від ексцентрично прикладених еле-ментів надземної конструкції (стіни, фундаментні балки), роботи кранів, вітро-вого й снігового навантаження; горизонтальне навантаження – від дії кранового обладнання, вітру тощо.

У розділі 7 підкреслювалось, що підошва позацентрово завантаженого фундаменту умовно сприймає лінійний розподіл реактивного тиску ґрунту. За-лежно від ексцентриситету рівнодіючої е відносно осі, яка проходить через центр ваги підошви фундаменту, епюра реактивного тиску буває у вигляді тра-пеції або трикутника. Остання може бути з повним дотиканням підошви фун-даменту до ґрунту або навіть із деяким відривом її.

Крайові тиски під фундаментами будь-якої форми в плані з урахуванням навантаження на підлогу визначають за формулою (7.28), а також маючи на увазі пп.2.207-2.210 “Пособия по проектированию оснований зданий и соору-жений (к СНиП 2.02.01-83)”. – М.: Стройиздат, 1986.

Якщо ексцентриситет рівнодіючої то розрахунок крайових тисків не потрібен і фундамент проектують як завантажений центра-льно (окремий фундамент переважно квадратний).

Найбільший крайовий тиск за умовою норм не повинен перевищу-вати розрахункового опору R, збільшеного на 20% maxp (13.3)

Якщо основа фундаментів складається з ґрунту, розрахунковий опір кот-рого не перевищує 150кПа, або будівлі мають мостові крани із вантажопідйом-ністю ≥75 т, або проектується споруда баштового типу, намагаються прийняти такі розміри підошви фундаментів, щоб співвідношення крайових тисків було доцільно приймати такі розміри підошви, за яких під нею виникає трику-тна епюра реактивного тиску, але без відриву від ґрунту, тобто ексцентриситет рівнодіючої не повинен бути більшим, ніж 1/6ℓ.

Нарешті, при проектуванні фундаментів будівель без кранового облад-нання припускають навіть неповне дотикання підошви фундаменту за умови, що ексцентриситет рівнодіючої 1/4ℓ≥e≥1/6ℓ. Тоді наближено найбільший кра-йовий тиск становить (13.4) Послідовність проектування позацентрово навантаженого фундаменту:

1. Визначають за максимальною величиною Fv із сполучень навантажень розміри підошви фундаменту, умовно приймаючи його завантаженим центра-льно.

2. Визначають ексцентриситет рівнодіючої е і, якщо він більший, ніж 1/30ℓ, збільшують розміри підошви фундаменту перш за все в напрямі дії згинального моменту.

3. Визначають власну вагу фундаменту.

4. Визначають новий ексцентриситет рівнодіючої.

5. Перевіряють умову (13.3), використовуючи вираз (7.29).

6. Якщо умова не задовольняється або величина запасу складає більше ніж 10% змінюють розміри підошви фундаменту й повторюють розрахунок.

7. Після задоволення всіх зазначених вище умов визначають осідання фун-даменту.

Слід мати на увазі, що найменшу площу підошви позацентрово заванта-женого фундаменту одержують тоді, коли належним чином використана мож-ливість змінювати співвідношення η=ℓ/b.

Значна горизонтальна сила. Розпори в аркових чи рамних конструкціях, тиск ґрунту на підземні конструкції будівель, вітрове та сейсмічне навантаження викликають відмінні від вертикальних напря-ми рівнодіючих. Найгірші умови роботи фунда-ментів виникають тоді, коли горизонтальна скла-дова рівнодіючої Fh сумірна із вертикальною Fv (рис. 13.8).

Розрахунок фундаментів, які завантажено істотними горизонтальними зусиллями, має деякі особливості. Вони полягають у обов’язковому ви-значенні несучої здатності основи, перевірці мо-жливості зсуву за підошвою фундаменту, можли-вості його перекидання.

Несучу здатність основи фундаменту ви-значають з урахуванням ексцентриситету рівно-діючої. В цьому випадку розміри підошви вста-новлюють після розрахунку ексцентриситетів прикладання рівнодіючої навантажень у напрямах поперечної eb та поздовжньої eℓ осей.

Перевірку можливості зсуву або перекидання здійснюють за нерівністю (13.5)

де , – відповідно сума всіх зсувних і затримуючих сил з урахуван-ням активного й пасивного тисків ґрунту на бічні грані фундаменту, кН; γc – коефіцієнт умов роботи, залежно від виду ґрунту основи, γc=0,8...1,0; γh – коефіцієнт надійності, залежно від призначення будівлі чи споруди, який для будівель І, ІІ, ІІІ класів відповідальності приймають рівними 1,2; 1,15; 1,1. ΣsaFΣsrF

Якщо рівнодіюча проходить у межах ядра перерізу підошви фундаменту (eb≤1/6b; eℓ≤1/6ℓ), перевірку можливості перекидання не роблять. В інших ви-падках визначають співвідношення утримуючого і перекидного моментів. Як-що воно близьке до одиниці або менше від неї, змінюють конфігурацію фунда-менту чи його вагу.

Розрахунок на зсув за підошвою складається з визначення сили зсуву, яка включає навантаження на фундамент, що діє паралельно площині зсуву Fh, та рівнодіючу активного тиску Ea: (13.6)

Утримуюча сила включає сили тертя, зчеплення ґрунту і рівнодію-чу пасивного тиску ґрунту Ep ΣsrF (13.7)де N – навантаження на рівні підошви фундаменту, яке діє перпендикулярно до площини зсуву, кН: u – виважуюча сила, якщо рівень ґрунтової води вищий за рівень підошви фундаменту, кН; f – коефіцієнт тертя, який ототожнюють із ку-том внутрішнього тертя і який залежить від виду ґрунту основи і його стану за вологістю (fI=tgφI=0,2…0,7); cI – розрахункове питоме зчеплення, яке визнача-ють з урахуванням коефіцієнта надійності (див. розділ 4); , – відповідно наведені ширина та довжина фундаменту, м, що визначаються за формулами: де eb, eℓ – відповідно ексцентрисите-ти прикладання рівнодіючої наванта-ження в напрямі поперечної та поздо-вжньої осей фундаменту, м.

Якщо умова (13.5) не задоволь-няється, збільшують розміри підошви фундаменту, що впливає на збіль-шення кожного з трьох членів у вира-зі (13.7).

Стійкість фундаменту з части-ною масиву ґрунту в основі переві-ряють, приймаючи поверхню, за якою відбувається зсув, круглоциліндричною. Послідовність перевірки аналогічна тій, котрою користуються при розрахунку стійкості схилу (див. розділ 8). Спо-чатку задаються центром обертання і через ближчий до горизонтальної складо-вої край підошви фундаменту окреслюють слід круглоциліндричної поверхні. Масив обертання поділяють вертикальними площинами на відсіки і визначають центри їх ваги. Визначають вагу кожного відсіку, складають її із зовнішнім на-вантаженням, якщо воно є, і вертикально переносять сумарну вагу на поверхню сковзання. Далі силу розкладають на дві: дотичну й нормальну до поверхні ско-взання (рис. 13.9).

Момент утримуючої сили відносно центра буде включати момент від тер-тя та момент від сил зчеплення по поверхні сковзання. Момент зсувної сили утворюється з моменту від дії горизонтального навантаження й активного тис-ку, а також вертикального навантаження, прикладеного на рівні підошви фун-даменту.