27) Конструювання жорстких та гнучких фундаментів

Нагрузки, учитываемые при расчете оснований по деформациям Расчет основания по расчетному сопротивлению грунта является этапом проектирования оснований по деформациям, поэтому его проводят на основное сочетание расчетных загрузок по СНиП 2.01.01—82, при этом нежелательно как занижение, так и завышение нагрузок. В основное сочетание нагрузок входят постоянно действующие и временные нагрузки, принимаемые с соответствующими коэффициентами сочетания/Постоянной нагрузкой является собственный вес конструкций сооружения. Под его действием уплотняются грунты основания. Фактическое значение временных нагрузок трудно определить точно. Расчетные значения полезных нагрузок на перекрытия зданий при расчете по деформациям часто завышены. Если здание имеет однотипные несущие конструкции (например, внутренние и наружные несущие стены), это приводит к более или менее одинаковому завішений нагрузки и осадки всех фундаментов во время строительства. При наличии разнотипных конструкций (например, здание с неполным каркасом), как уже отмечалось, приводит к неодинаковой загрузке фундаментов во времени, что способствует развитию неравномерных осадок. При выборе кратковременных нагрузок важно учитывать длительность их действия. Если в основании залегают насыщенные водой пылевато-глинистые грунты, медленно деформирующиеся по мере выдавливания воды из пор и развития деформацийползучести, то кратковременные нагрузки (например, порывы ветра) почти не отражаются на величине осадки зданий. В связи с этим из числа так называемых кратковременных нагрузок (по классификации СНиПа) при проектировании зданий выбирают такие, которые действуют относительно продолжительное время. При быстро деформирующихся грунтах (пески, супеси) из кратковременных нагрузок учитывают все с коэффициентом сочетания. Рассмотренные нагрузки действуют на конструкции сооружений, которые передают их на основания. Деформации же оснований приводят к деформациям конструкций. При неразрезной конструкции в местах с большей податливостью основания несущие конструкции (колонны, стены) будут разгружаться, и наоборот. Это приведет также к разгрузке соответствующих фундаментов и к дополнительной нагрузке фундаментов, расположенных на участках основания с меньшей податливостью. В связи с этим требуется вести расчеты с учетом совместной работы грунтов в основании, фундаментов и надземных, конструкций. Однако вследствие трудностей оценки изгибной жесткости надземных конструкций сооружения в целом при проектировании такие расчеты проводятся относительно редко. Учет указанной совместной работы при использовании ЭВМ позволит более точно и экономично проектировать основания. В настоящее время для этого необходимо исходить из работы всего сооружения в целом как балки или плиты на линейно деформируемом основании (аналогично расчету балок и плит на упругом основании) или решать задачу последовательным приближением. Определение размеров подошвы центрально нагруженных фундаментов Центрально нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок проходит через центр тяжести площади его подошвы. Как было сказано, при проектировании сначала задаются глубиной заложения фундамента и определяют максимальное

Кроме iVOii на основание

передаются расчетные значения веса фундамента Gfu и грунта обратной засыпки, расположенной над уступами и наклонными гранями, Ggn. Сумма этих нагрузок уравновешивается реактивным давлением грунта рц. Распределение реактивного давления по подошве жестких фундаментов принимается равномерным '(рис. 10.7). Если обозначить неизвестное значение площади подошвы фундамента А и составить сумму проекций всех сил иа вертикальную ось, то получим уравнение равновесия, из которого найдем среднее давление по подошве фундамента: (10.1)

Величина рп должна удовлетворять условию (9.10) и быть по возможности близка к значению расчетного сопротивления грунта основания R. Это приведет к наиболее экономичному решению по рассматриваемому условию. Исходя из этого, подставим в формулу (10.1) значение . Пока не найдены размеры фундамента, неизвестными являются также Да и значение R, согласно формуле (9.11), зависит от основных размеров фундамента. Это заставляет решать задачу последовательным приближением. Расчет упрощается, если величина R принимается постоянной для всех фундаментов проектируемого здания. Это соответствует случаям, когда расчетное сопротивление грунта основания R либо определяется по опыту строительства, либо с целью уменьшения неравномерности осадки принято одинаковым для всех фундаментов данного сооружения или его части по фундаменту наименьшей ширины, либо, наконец, установлено по таблицам приложения 3 СНиП 2.02.01—83, Сумма зависит от объема параллелепипеда ABCD и удельного веса слагающих его материалов (см. рис. 10.7). Эту сумму с некоторым приближением можно найти из выражения (10.2)

где — средний удельный вес грунта и материалов, слагающих рассматриваемый параллелепипед, кН/м8. Приняв и учтя выражение A0.2), из уравнения (10.1) получим

(10.3)

Найдя А, подбирают размеры подошвы фундамента с округлением до 10 см, добиваясь по возможности одинакового выноса фундамента во все стороны. Это соответствует возникновению минимальных усилий в.теле фундамента. Обычно подошву фундамента делают прямоугольной или квадратной. В последнем случае (10.4)

при прямоугольной подове (10.5)

Площадь подошвы ленточных фундаментов определяют на участке длиной / (обычно 1 м), в пределах которого по обрезу действует нагрузка Non. Ширину подошвы вычисляют по формуле (10.5), По полученным значениям выбирают фундаментные плиты по ГОСТ 13580—85 или подбирают размеры подошвы с учетом модуля конструкции. В процессе расчета следует уточнять значение расчетного сопротивления грунта основания по формуле( 9.11) и иногда повторно определять А. Затем определяют размеры уступов фундаментов, сечение арматуры и конструируют его в зависимости от материала по соответствующим указаниям нормативного документа. С учетом принятых размеров подошвы проводят проверку по формуле (10.6)

Определение размеров подошвы внецентренно нагруженных фундаментов

Внецентренно нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы. Обычно такое нагруженис фундамента является либо результатом передачи на него над земными конструкциями момента и горизонтальной составляю щей, либо результатом одностороннего давления грунта на его боковую поверхность. Рассмотрим в самом общем виде ленточный фундамент под стену. Пусть на обрез фундамента действуют три составляющие нагрузки: (рис. 10.8). Кроме того, на фундамент действуют его собственный вес и вес обратной засыпки с одной стороны фундамента , активное давление грунта, как на подпорную стенку, Еа. Зная внешние силы, можно найти составляющие усилий, передаваемых через подошву на основание:

Здесь индексы у моментов показывают, от действия какого усилия они возникают, а индекс II свидетельствует, что расчетные усилия определены для расчета по деформациям. Некоторые слагаемые могут равняться нулю или иметь отрицательный знак. При проектировании, исходя из расчетного сопротивления грунта основания R, условно принимают, что реактивное давление распределяется по подошве жестких фундаментов по линейному закону. Тогда элкэра этого давления может иметь один из трех видов (рис. 10.8). Для построения эпюр найдем рты и и pmin и по формуле внецетренного сжатия: (10.10)

подошвы фундамента, а при удалении от края к центру фундамента реактивное давление уменьшается, СНиП 2.02.01—83 разрешают принимать краевое давление на 20 % больше R: (10.12)

При проектировании задачу решают последовательным приближением, руководствуясь выражением (10.11), условиями (10.12) и (10.13). В случае необходимости- значение R уточняют по выражению (9.11). Для упрощения сначала размеры подошвы определяют, как для центрально нагруженного фундамента, по формуле (10.3). Если эксцентриситет меньше , то достаточно удовлетворить условию (10.13), т. е, можно проектировать фундамент как центрально нагруженный, так как В ЭТОМ случае ртах Условие. (10.12) удовлетворяется для многих фундаментов зданий, в т. ч. для фундаментов, образующих стены подвалов, поскольку они опираются в горизонтальном направлении на подвальные перекрытия. При площадь подошвы увеличивают на 20...30 %. После получения первого значения А находят приблизительный вес фундамента с обратной засыпкой грунта на его уступах, исходя из ут (среднего удельного веса кладки фундамента и грунта). пределяют проверяют условия (10.12) и (10.13). Если они не выполняются или имеется большой запас, расчет повторяют до получения желаемых результатов. результатов. Наименьшая площадь подошвы фундамента получается, когда и одновременно удовлетворяется условие (10.12). Чтобы добиться минимального значения А какого-либо фундамента,, увеличивают размер подошвы в направлении эксцентриситета и уменьшают перпендикулярный ему размер подошвы или придают подошве сложное очертание (тавровое, двутавровое и т. п.). Иногда смещают центр тяжести ее площади в сторону точки приложения равнодействующей (рис. 10.9). Если эксцентриситет обусловлен постоянными силами, то, расположив центр тяжести площади подошвы в точке приложения равнодействующей, получим центрально нагруженный фундамент. При различных расчетных сочетаниях нагрузок получаются неодинаковые эксцентриситеты. В таком случае, смещая центр тяжести площади подошвы фундамента на полусумму эксцентриситета, добиваются выравнивания моментов, действующих справа и слева. При внецентренном загружении подошвы фундамента кроме осадки происходит и его поворот. Чем меньше отношение Pmin n/Pmax и, тем больше поворот. В связи с этим указанное отношение ограничивают. Для колонн, несущих тяжелые мосто вые краны, принимаю, т. е. не допускают отрыва подошвы от основания. Это обусловлено тем, что в зазор между фундаментом и грунтом может проникать вода, приводя к размоканию грунтов под фундаментом. Частичный отрыв подошвы фундамента допускается лишь при действии монтажных нагрузок или в случае проверки его устойчивости при особом сочетании нагрузок. Кроме того, отрыв допускается при наличии скальной породы под подошвой. В случае возможности отрыва подошвы от основания максимальное давление по подошве приближенно определяют по формуле (10.14)

В некоторых случаях точка приложения равнодействующей внешних сил смещена относительно обеих главных осей инерции площади подошвы фундамента (точка В на рис.10.10). Тогда для прямоугольной подошвы давление под угловыми точками фундамента находят по выражению (10.15)

Обозначения те же, что на рис. 10.10. В этом случае, поскольку максимальное давление действует лишь в одной точке, должны соблюдаться условия( 10.12), (10.13) и условие (10.16)

После нахождения размеров подошвы фундамента при принятой глубине заложения выполняют расчеты по деформациям (см. п. 7) с учетом указаний п. 9 и при необходимости определяют устойчивость основания под действием основного и особого сочетания нагрузок. Последний расчет обязателен при значительных горизонтальных составляющих усилий, стремящихся сдвинуть фундамент по подошве или вместе с массивом грунта.

28) Проектування збырних фундаментах

29)Лесові грунти та їх властивості

Лёссовые грунты относятся к категории макропористых грунтов, т. е. к грунтам, имеющим крупные поры, видимые невооруженным глазом (макропоры). Диаметр макропор в десятки и сотни раз превышает размеры частиц грунта. Общая пористость лёссовых грунтов значительная (как правило, более 0,44). Они чаще всего имеют невысокую влажность @,08...0,16) и сравнительно небольшой коэффициент водонасыщениости (степень влажности), обычно не превышающий 0,5. Помещенный в воду лёссовый грунт быстро увлажняется и размокает, распадаясь на мелкие агрегаты и пылеватые частицы. Для лёссовых грунтов характерна столбчатая отдельность. При природной влажности они способны держать вертикальный откос высотой более 10 м; с увлажнением грунтов этот откос может обрушаться. По мере замачивания загруженного лёссового грунта наблюдается резкое уменьшение его объема, что приводит к просадке дневной поверхности и возведенных сооружений. Просадкой называют быстро развивающуюся осадку, вызванную резкими изменениями структуры грунта.