- •Содержание
- •1. Общие положения
- •1.1. Классификация строительных конструкций
- •1.2. Материалы для строительных конструкций и рекомендации по их применению
- •1.3. Требования к строительным конструкциям и общие принципы их проектирования
- •2. Основы расчета строительных конструкций и оснований (по предельным состояниям)
- •2.1. Понятие о предельных состояниях строительных конструкций
- •2.2. Понятие о расчете строительных конструкций по предельным состояниям
- •2.2.1. Понятие о расчете по предельным состояниям первой группы
- •2.2.2. Понятие о расчете по предельным состояниям второй группы
- •2.2.3. Нормативные и расчетные значения сопротивлений материалов и нагрузок
- •2.3. Работа материалов для несущих конструкций под нагрузкой и их расчетные характеристики
- •2.3.1. Сталь
- •2.3.2. Древесина
- •2.3.3. Железобетон
- •2.3.4. Каменная кладка
- •3.Нагрузки и воздействия
- •3.1. Классификация нагрузок, действующих на строительные конструкции
- •3.1.1. Постоянные нагрузки
- •3.1.2. Временные нагрузки
- •3.2. Нормативные нагрузки
- •3.2.1. Нормативные постоянные нагрузки
- •3.2.2. Нормативные временные нагрузки
- •3.3. Расчетные нагрузки
- •3.3.1. Расчетные постоянные нагрузки
- •3.3.2. Расчетные временные нагрузки
- •3.4. Сочетания нагрузок
- •3.5. Единицы измерения, используемые при расчетах строительных конструкций
- •4. Конструктивная и расчетная схемы
- •4.1. Балки
- •4.1.1. Конструктивная и расчетная схемы простой балки
- •4.1.2. Конструктивная и расчетная схемы консоли (консольной балки)
- •4.2. Колонны: конструктивные и расчетные схемы
- •Основы расчета строительных конструкций, работающих на сжатие
- •5.1. Расчет колонн. Общие положения
- •5.1.1. Работа центрально-сжатых колонн под нагрузкой и предпосылки для расчета по несущей способности
- •5.1.2. Расчет центрально-сжатых колонн (стоек). Общие подходы
- •5.1.3. Понятие о расчете внецентренно сжатых колонн
- •5.2. Расчет стальных колонн
- •5.2.1. Область распространения
- •5.2.2 Особенности работы стальных колонн под нагрузкой и предпосылки для расчета
- •5.2.3. Расчет центрально-сжатых стальных колонн сплошного сечения
- •5.2.4. Правила конструирования центрально-сжатых стальных колонн
- •5.2.5. Понятие о расчете сквозных центрально-сжатых колонн
- •5.3. Расчет деревянных стоек
- •5.3.1. Область распространения деревянных стоек и их простейшие конструкции
- •5.3.2. Особенности работы деревянных стоек под нагрузкой и предпосылки для расчета
- •5.3.3. Расчет деревянных стоек цельного сечения
- •5.3.4. Правила конструирования деревянных стоек и узлов
- •5.3.5. Понятие о расчете деревянных стоек составного сечения
- •5.4. Расчет железобетонных колонн
- •5.4.1. Область распространения и простейшие конструкции железобетонных колонн
- •5.4.2. Характер потери несущей способности железобетонной колонны и предпосылки для расчета
- •5.4.3. Расчет сжатых железобетонных колонн со случайным эксцентриситетом
- •5.4.4. Правила конструирования железобетонных колонн
- •5.4.5. Понятие о расчете внецентренно сжатых железобетонных колонн
- •5.5. Расчет кирпичных (каменных) столбов и стен
- •5.5.1. Область распространения и простейшие конструкции кирпичных столбов
- •5.5.2. Особенности работы кирпичных столбов под нагрузкой и предпосылки для расчета
- •5.5.3. Расчет центрально-сжатых столбов из неармированной кладки
- •5.5.4. Некоторые правила конструирования неармированных столбов
- •5.5.5. Расчет центрально-сжатых колонн, армированных при помощи сеток (сетчатое армирование)
- •5.5.6. Некоторые правила конструирования кирпичных (каменных) столбов с сетчатым армированием
- •5.5.8. Расчет кирпичных стен зданий с жесткой конструктивной схемой
- •5.5.9. Каменная кладка, выполняемая в зимнее время
- •5.5.10. Усиление кирпичных столбов и простенков
- •6. Растянутые элементы
- •6.1. Общие положения
- •6.2. Стальные центрально-растянутые элементы
- •7. Основы расчета строительных конструкций, работающих на изгиб
- •7.1. Общие положения
- •7.1.1. Работа простых балок под нагрузкой
- •7.1.2. Расчет по деформациям балок из упругих материалов
- •7.2.1. Область распространения и простейшие конструкции сплошных стальных балок
- •7.2.2. Особенности работы стальных балок под нагрузкой и предпосылки для расчета
- •7.2.3. Расчет стальных балок сплошного сечения
- •1. Расчет прочности
- •2. Расчет общей устойчивости
- •3. Расчет местной устойчивости
- •4. Расчет по деформациям
- •7.2.4. Узлы и детали стальных балок
- •7.3. Расчет деревянных балок
- •7.3.1. Область распространения и простейшие конструкции деревянных балок
- •7.3.2. Особенности работы деревянных балок под нагрузкой и предпосылки для расчета
- •7.3.3. Расчет деревянных балок цельного сечения
- •7.4.1. Область распространения и простейшие конструкции железобетонных балок
- •7.4.2. Особенности работы железобетонных балок под нагрузкой и предпосылки для расчета
- •7.4.3. Расчет железобетонных балок прямоугольного сечения с одиночным армированием по прочности нормального сечения
- •1. Работа нормального сечения балки
- •2. Расчетная схема балки с одиночным армированием
- •7.4.4. Вывод уравнений прочности нормального сечения изгибаемого прямоугольного элемента с одиночным армированием
- •7.4.5. Понятие о прочности нормального сечения балок с двойной арматурой
- •7.4.6. Расчет прочности нормального сечения изгибаемых элементов таврового сечения с одиночным армированием
- •1. Два случая расчета нормального сечения тавровых элементов
- •2. Вывод уравнений прочности нормального сечения таврового элемента
- •2. Расчет сплошных железобетонных плит
- •3. Некоторые правила конструирования сплошных плит
- •5. Понятие о расчете и конструировании ребристых плит
- •1. Особенности работы и предпосылки для расчета
- •1. Суть предварительного напряжения и предпосылки для расчета
- •2. Материалы для предварительно напряженных конструкций
- •3. Способы натяжения арматуры
- •4. Некоторые особенности армирования предварительно напрягаемых элементов
- •1. Общие сведения
- •3. Расчет по раскрытию трещин
- •4. Расчет по закрытию трещин
- •5. Расчет железобетонных балок по деформациям
- •8. Расчет и конструирование соединений строительных конструкций
- •1. Расчет стыкового сварного шва на растяжение и сжатие
- •2. Расчет углового сварного шва на растяжение и сжатие
- •3. Особенности расчета угловых швов при прикреплении уголков
- •9. Стропильные фермы
- •9.1.1. Общие сведения
- •1. Расчет растянутых стержней
- •2. Расчет сжатых стержней
- •10. Рамы и арки
- •10.1. Рамы
- •10.2. Арки
- •10.2.1 Общие положения
- •11. Основания
- •12. Фундаменты
- •12.1.1. Общие положения
- •12.1.2. Глубина заложения фундамента
- •1. Материалы для изготовления железобетонных фундаментов
- •2. Расчет отдельно стоящего центрально-сжатого фундамента
- •3. Понятие о расчете отдельных внецентренно сжатых фундаментов
- •4. Расчет ленточных центрально-сжатых фундаментов по материалу
- •1. Расчет свай по несущей способности грунта
- •2. Понятие о расчете свай по прочности материала
- •3. Количество свай в ростверке
- •Литература
1. Расчет свай по несущей способности грунта
Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия
(12.13)
где N— расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании), определяется с учетом нагрузки от собственного веса ростверка;
Fd— несущая способность сваи;
Р — расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по несущей способности грунта, кН;
ук — коэффициент надежности, принимается равным 1,4, если несущая способность сваи определена расчетом. Более подробные указания по определению коэффициента — см. п. 3.10 СНиП 2.02.03-85.
2. Понятие о расчете свай по прочности материала
В зависимости от прочности материала, размеров сечения, армирования свая способна выдерживать определенную нагрузку. Для железобетонных свай несущая способность по материалу определяется по формуле прочности для сжатых железобетонных элементов со случайным эксцентриситетом (5.14):
где ф — коэффициент продольного изгиба ствола сваи. В случае если свая погружена в грунт, ср = 1, так как грунт препятствует продольному изгибу. Если свая выступает над поверхностью грунта или часть ее находится в толще торфов, разжиженных глинистых грунтов, илов или в воде, то для этих участков учитывается продольный изгиб, и коэффициент продольного изгиба ф определяется так же, как для сжатых железобетонных элементов (см. параграф 5.4.3).
3. Количество свай в ростверке
Количество свай п в ростверке при центральном сжатии можно определить по формуле
(12.14)
где Nd — расчетная нагрузка, приходящаяся на свайный фундамент с учетом веса ростверка;
Pmi„ — минимальная расчетная нагрузка, которую способна выдерживать свая (по грунту или по материалу).
Для ленточных ростверков нагрузка на свайный фундамент Nd определяется на один погонный метр свайного фундамента и вместо количества свай обычно определяют требуемый шаг свай а:
(12.15)
где к— число рядов свай. При назначении шагов свай следует учитывать минимально допустимые расстояния между сваями, и если получается, что требуемый по расчету шаг свай меньше допустимого расстояния между ними, следует увеличивать количество рядов свай или изменять конструкцию свай.
Примеры расчета фундаментов
Пример 12.1. Определить размеры подошвы фундамента под сборную железобетонную колонну. Нагрузка на фундамент с учетом коэффициента надежности по ответственности N= 535,52 кН (взяты данные примера 5.5). Отношение длины здания к высоте L/H= 2,4. Глубина заложения фундамента ^, = 1,35 м. Основанием фундаменту служит мощный слой глины, идущий от поверхности планировки; характеристики глины: е = 0,85; IL = 0,5; у = Уп =у'п = 18,23 кН/м3.
Решение.
1. Определяем сервисную нагрузку: Л^=ЛУ1,2 = 535,52/1,2 = 446,27 кН;
По табл. 11.8 определяем расчетное сопротивление грунта Rq = 237,6 кПа (с интерполяцией).
Определяем требуемую площадь подошвы фундамента:
принимаем фундамент квадратным, а = Ь = ^/2,12 = 1,46 м; округляем требуемые размеры сторон и принимаем фундамент с размерами сторон 1,5 х 1,5 м; фактическая площадь принятого фундамента Af= 2,25 м2.
По табл. 11.6 устанавливаем удельное сцепление и угол внутреннего трения глины: с„ = сп - 43 кПа; ц>„ = фп = 16°.
Находим коэффициенты ус1, ус2 (табл. 11.9): ус] = 1,2; ус2 = 1,06 (с интерполяцией).
6. Выписываем из табл. 11.10 коэффициенты: Л^ = 0,36; Л/„ = 2,43; Мс = 4,99.
7. Определяем расчетное сопротивление грунта по формуле, приняв к= 1,1, kz= 1,0, db = 0 (так как отсутствует подвал):
8. Уточняем требуемые размеры фундамента:
принимаем уточненные размеры фундамента 1,3x1,3 м, площадью Af- 1,69 м2. Уточняем значение расчетного сопротивления (оно изменяется, так как изменилась принятая ширина фундамента 6=1,3 м): У?= 327,15 кПа.
9. Проверяем подобранный фундамент; средние напряжения под подошвой фундамента/? не должны превышать расчетное со противление:
Вывод. Оставляем размеры фундамента 1,3 х 1,3 м. Средние напряжения под подошвой фундамента р = 291,07 кПа меньше расчетного сопротивления грунта R= 327,15 кПа.
Пример 12.2. Используя данные примера 12.1, определить осадку фундамента методом послойного суммирования. Модуль деформации глины Е= 15 МПа.
Решение.
1. Определяем нормативную нагрузку с учетом веса фундамента и грунта на его уступах (см. рис. 12.3 и формулу 12.2):
ZNn = Nm + у Л = 446,27 + 20 ■ 1,35 = 473,27 кН.
2. Находим среднее давление под подошвой фундамента: Р = JLNJAf= 473,27/1,69 = 280,04 кПа.
3. Определяем дополнительное вертикальное давление на основание ра = р- ож.о, где <3ф — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:
oe0 = yrfi = 18,23-1,35 = 24,61 кПа; р0 = 280,04 - 24,61 = 255,43 кПа.
Разбиваем сжимаемую толщу грунта на элементарные слои. Ширина подошвы фундамента b = 1,3 м, принимаем толщину элементарных слоев h = 0,4b = 0,4 1,3 = 0,52 м.
Определяем ординаты эпюры дополнительных напряжений на границах элементарных слоев ov = ap0, где коэффициент а определяется по табл. 1 Приложения 2 СНиП 2.02.01-83* в зависимости от отношения сторон фундамента ц и коэффициента £, = 2h/b (соответственно на глубинах от подошвы фундамента: г = 0; z=h = 0,52 м; г = 2Л = 2-0,52 = 1,04 м;г=ЗЛ = 3-0,52 = 1,56 м; z=4A = 4-0,52 = 2,08 м; г=5/г = 50,52 = 2,6м;^=6/г = 60,52 = 3,12м;г=3,38м).
Определяем ординаты эпюры напряжений от собственного веса грунта а9 = yz + стж,о> для удобства данные вычислений заносим в таблицу, при этом граница сжимаемой толщи принимается на глубине, где выполняется условие о^ = 0,20^, (с учетом этого условия высота последнего элементарного слоя принята 0,2Ь = 0,26 м).
7. Определяем осадку фундамента по уравнению (11.18)
Вывод. Осадка фундамента s= 1,66 см < su= 10 см (предельная осадка фундамента su определяется по Приложению 4 СНиП 2.02.01-83*).
Пример 12.3. Рассчитать фундамент по материалу под железобетонную колонну гражданского здания по данным примера 12.1. Нагрузка на фундамент с учетом коэффициента надежности по ответственности yV= 535,52 кН. Глубина заложения фундамента dt =1,35 м. Размеры подошвы фундамента ab= 1,3-1,3 м. Размер сечения колонны hcbc = 300 • 300 мм. Конструкцию фундамента см. на рис. 12.19.
Решение.
1. Определяем давление под подошвой фундамента:
площадь фундамента Af= «Z> =1,31,3 = 1,69 м2;
давление р = N/Af= 535,52/1,69 = 316,88 кПа.
2. Определяем расчетные сечения фундамента. Рассчитываем \ сечение, проходящее по краю колонны (1—1) (см. рис. 12.19).
Задаемся защитным слоем бетона аь = 3,0 см (сборный фундамент) и принимаем расстояние от подошвы фундамента до центра тяжести арматуры а = 4,0 см; находим рабочую высоту фундамента А0, = /г, - а = 105 - 4,0 = 101 см.
Принимаем: класс прочности бетона В20; коэффициент условия работы бетона уи = 1,0; класс арматуры A-III: Rb= 11,5 МПа, Л* = 0,90 МПа, Л, = 365 МПа (табл. 2.6, 2.8);
5. Поперечная сила в рассчитываемом сечении: 0, =/>/,/> = 316,88-0,5-1,3 = 205,97 кН.
6. Изгибающий момент в сечении 1 — 1
7. Требуемая площадь арматуры фундамента в сечении 1 — 1
8. Принимаем арматуру (в арматурных сетках фундамента рекомендуется назначать шаги стержней арматуры S= 100, 150, 200 мм): задаемся шагом стержней арматуры 5=200 мм, опреде ляем количество стержней, расположенных в одном направлении арматурной сетки:
принимаем (по Приложению 3) диаметр арматуры 7010, A-II1; А, = 5,5 см2, что больше, чем требуется по расчету, но соответствует рекомендуемому минимальному диаметру арматуры для арматурных сеток фундамента; конструируем арматурную сетку фундамента (рис. 12.20).
11. Проверяем фундамент на продавливание; определяем стороны основания пирамиды продавливания (см. рис. 12.9):
аНОЛ1 = /г(.+ 2А0 = 30 + 2-101 =232 см > а =130 см;
Ьноп = аноп = 232 см > b = 130 см.
Так как размеры нижнего основания пирамиды продавливания больше размеров подошвы фундамента, значит, пирамида продав-
ливания выходит за пределы фундамента, при этом прочность на продавливание считается обеспеченной.
Пример 12.4. Определить ширину подушки ленточного фундамента под наружную несущую кирпичную стену бесподвального многоэтажного здания (отношение длины здания к высоте L/H> 4). Для расчета фундамента определена сервисная нагрузка, приходящаяся на один метр длины верхнего обреза фундамента /Vw = 280 кН/м (условно принимаем, что нагрузка приложена по центру тяжести фундамента; фактически ленточные фундаменты под наружные стены часто оказываются внецентренно сжатыми). Геологические условия: 0,2 метра — растительный слой, далее слой маловлажного мелкого песка (плотность песка р = 1800 кг/м3, у= 18 кН/м3, коэффициент пористости е = 0,7). Грунтовые воды расположены на глубине 3,0 м от планировочной отметки (рис. 12.21). Район строительства г. Пермь (df„=\,9 м); температура внутри помещения 20°С; пол первого этажа расположен по утепленному цокольному перекрытию.
Решение.
1. Определяем глубину заложения фундамента:
а) по геологическим условиям:
геологические условия позволяют заглубить фундамент на наименьшую допускаемую нормами величину — 0,5 м в несущий слой грунта, dx > 0,2 + 0,5 = 0,7 м;
б) по климатическим условиям:
в соответствии с табл. 2 СНиП 2.02.01-83* пески мелкие, при глубине расположения уровня грунтовых вод в пределах 2 м ниже расчетной глубины промерзания являются пучинистыми, и фундамент необходимо заглублять не менее чем на расчетную глубину промерзания d/.
df= khdf„ = 0,7 ■ 1,9 = 1,33 м, где kh — коэффициент, определяемый по табл. 1 СНиП 2.02.01-83*;
в) с учетом конструктивных требований принимаем глубину заложения фундамента (фундамент должен быть заглублен на наибольшую из определенных глубин: > 1,33 м); учитывая стандартные размеры фундаментных блоков и фундаментной подушки, принимаем глубину заложения dx = 1,4 м (рис. 12.22).
2. По табл. 11.7 определяем расчетное сопротивление грунта Д), предназначенное для приближенного определения площади подошвы фундамента. Мелкие пески с коэффициентом пористости £ = 0,7 относятся к пескам средней плотности (табл. 11.4). Д = 300 кПа.
3. Определяем требуемую ширину подушки фундамента Ь:
Назначаем ширину подушки Ь~ 1,0 м. Ширина подушки может измениться при дальнейшем расчете.
4. По табл. 11.5 определяем удельное сцепление и угол внутреннего трения: сп= 1,0 кПа; уп = 30° (величины определены с интерполяцией).
Определяем коэффициенты: yfl = 1,3; уй = U (табл. 11.9).
Определяем коэффициенты: Му=1,15; М„ = 5,59; Л/,. = 7,95 (табл. 11.10).
Принимаем значение коэффициента /с = 1,1, так как характеристики грунта (с, ф) определены по таблице, а не по результатам непосредственного исследования грунта.
Коэффициент kz= 1,0, так как ширина фундамента b < 10 м.
Удельный вес грунта выше и ниже подошвы фундамента одинаковый: у'ц=уц = 18,0 кН/м3.
10. Определяем расчетное сопротивление R; так как подвал отсутствует, величина dh = 0:
11. Уточняем ширину подушки ленточного фундамента:
принимаем ширину подушки /> = 1,4 м, и так как ширина подушки изменилась, уточняем величину расчетного сопротивления грунта R, подставив в формулу измененную ширину подушки; Я = 231,1 кПа.
12. Проверяем подобранную ширину подушки фундамента:
Вывод. Среднее давление под подошвой фундамента меньше расчетного сопротивления грунта. Принятая ширина фундаментной подушки 6 = 1,4 м достаточна.
Пример 12.5. Используя данные примера 12.4, рассчитать ленточный фундамент гражданского здания по материалу. Расчетная нагрузка на фундамент N= 352,8 кН/м,у„ = 0,95. Бетон В15,уи= 1,0; арматура A-III.
Решение.
Нагрузка с учетом коэффициента надежности по ответственности
у„:Определяем отпор грунта р:
3. Устанавливаем длину консольного участка фундамента: 1Х = (Ь- Ь,)/2 = (1,4- 0,6)/2 = 0,4 м.
4. Определяем поперечную силу, приходящуюся на метр длины фундамента:
Q = plr 1,0 м = 239,4 0,4 1,0 = 95,76 кН.
5. Находим изгибающий момент, действующий по краю фундаментного блока:
6. Определяем требуемую площадь арматуры подушки:
где h0 = h - а = 30 - 4 = 26 см; R, = 36,5 кН/см2 (арматура класса А-Ш). Принимаем шаг рабочих стержней в арматурной сетке 200 мм; на 1 м длины фундамента приходится 5 стержней арматуры 010 мм (Приложение 3), Л = 3,93 см2 > л/ребуемой = 2,24 см2.
7. Проверяем прочность подушки на действие поперечной силы: Q < фм(1 +q>„)RblYi,2bhQ (см. параграф 7.4.9 — примечание к уравнению 7.42), где Ь= 100 см — полоса фундамента длиной в 1 м; 0=95,76 кН<0,6(1 +0)0,075-1100-27= 121,5 кН - усло вие выполняется, прочность обеспечена.
Вывод. Фундаментную подушку армируем арматурной сеткой, в которой рабочая арматура принята 010 мм, А-Ш, шаг 200 мм.
Пример. 12.6. Проверить возможность надстройки жилого двухэтажного дома. Под домом имеется подвал. Конструкцию фундамента и геологические условия см. на рис. 12.24.
Отношение длины здания к его высоте L/H- 1,5. Нагрузка на один погонный метр, приходящаяся на верхний обрез фундамента после надстройки, 7VW/. = 320 кН/м.
Решение.
1. Для определения расчетного сопротивления грунта находим по табл. 11.6 значение удельного сцепления и угол внутреннего трения; для слоя грунта, на который опирается подошва фунда мента (супесь): с„ = с„ = 28 кПа; ф„ = фи = 22°.
2. Определяем по табл. 11.9 значение коэффициентов ycU ус2: yd= 1,2; ус2= 1,1.
3. Определяем по табл. 11.10 значение коэффициентов: М1 = 0,61; М„= 3,44; Мс = 6,04; коэффициент к = 1,1, так как значе ние сцепления и угла внутреннего трения определены по таблицам.
Коэффициент kz= 1,0, так как ширина подошвы фундамента меньше 10 м.
Находим осредненное значение удельного веса грунта, находящегося выше подошвы фундамента:
?'н = (УЛ + y2h2)/(hl + /ь) = (16,5 • 0,7 + 18,5 • 1,7)/(0,7 +1,7) = о 17,92 кН/м3.
Принимая удельный вес пола подвала y(f= 24 кН/м3 (удельный вес бетона), определяем глубину заложения фундамента от пола подвала: dx = А, + hcfy,r/y'u = 0,5 + 0,1 ■ 24/17,92 = 0,634 м.
Находим расчетное сопротивление грунта:
8. Проверяем среднее давление под подошвой фундамента. Учитывая, что сервисная нагрузка определена на верхний обрез фундамента, а величина dt включает в себя только часть фундамента (от пола подвала до подошвы), дополнительно к сервисной нагрузке добавляем нагрузку от собственного веса фундамента (до пола подвала). Удельный вес бетонных фундаментных блоков у = 24 кН/м3; ширина блоков Ь,= 0,4 м; средний удельный вес бетона и грунта ут = 20 кН/м3; высота до пола подвала h = 2,1м:
Вывод. Надстройка здания возможна, среднее давление по подошве фундамента не превышает расчетное сопротивление грунта.
Пример 12.7. Назначить длину свай и определить их шаг в ростверке под кирпичную стену. Нагрузка на один погонный метр ростверка Л', = 350 кН/м. Сваи забивные, железобетонные, сечением 300 х 300 мм. Грунтовые условия и размеры сечения ростверка — см. рис. 12.25.
Решение.
1. При расчете свайных фундаментов учитываем нагрузку от веса ростверка Л^ = bhyyf= 0,4-0,5-25 1,1 =5,5 кН/м. Итого нагруз ка на сваи Nd= N^ + Np = 350 + 5,5 = 355,5 кН/м.
С учетом коэффициента надежности по ответственности у„ = 0,95 нагрузка на сваи Nd = 355,5 • 0,95 = 337,725 кН/м.
Назначаем несущим слоем супесь. В несущий слой свая должна заглубляться не менее чем на 1 м. Принимаем забивные сваи /= 8 м, с центральным армированием ствола, сечением 300 х 300 мм. Голова свай заделывается в ростверк на 50 мм. Так как нижний конец свай опирается на сжимаемые фунты — сваи висячие.
Определяем расстояние от планировочной поверхности грунта до острия сваи: z= 8,5 м; по табл. 12.1 находим значение расчетного сопротивления грунта острию сваи /?=3400 кПа (значение принято с интерполяцией).
Пласты грунта, с которыми соприкасается боковая поверхность сваи и имеющие высоту более 2 м, разбиваем на слои высотой не более 2 м. Получаем пять слоев (см. рис. 12.25) высотой: hx = 2,0 м; h2 = 1,95 м; h3 = 2,0 м; /г4 = 0,5 м; h5 = 1,5 м.
Определяем расстояние от планировочной поверхности до середины каждого слоя грунта: Z\ - 1,55 м; z2 - 3,52 м; z3 = 5,5 м; £, = 6,75 м; г5 = 7,75 м.
По табл. 12.2 находим значения сопротивления по боковой поверхности для каждого слоя грунта: fx = 4,55 кПа; f2 = 7,52 кПа; /3 = 30,0 кПа; /4 = 31,75 кПа; /5 = 43,75 кПа.
Устанавливаем по табл. 12.3 значения коэффициентов: усЛ= 1,0; ус/= 1,0; коэффициент ус = 1,0.
Площадь сваи А = 0,09 м2; периметр сечения сваи и= 1,2 м.
Несущая способность сваи
Fd = уАУскЯА + uLyJM = 1,0(1,0 3400 • 0,09 + 1,2 ■ 1,0(4,55 • 2,0 + + 7,52-1,95+ 30,0-2,0+ 31,75 0,5+ 43,75 1,5) = 504,3 кН.
Определяем нагрузку, которую может выдерживать свая с учетом коэффициента надежности ук; коэффициент надежности принимается равным ук= 1,4, так как несущая способность сваи определена расчетом, Р= FJyk = 504,3/1,4 = 360,2 кН; несущая способность висячих свай по грунту обычно меньше несущей способности свай по материалу, поэтому Ртт = Р= 360,2 кН.
Определяем шаг свай, приняв однорядное расположение свай в ростверке, а < Pmi„k/Nd= 360,2-1/337,725 = 1,07 м; для висячих свай минимальный шаг определяется по формуле ami„ = 3d= 3 • 0,3 = 0,9 м; требуемый шаг свай больше минимально допустимого расстояния между осями свай.
Вывод. Устанавливаем сваи в один ряд с шагом а = 1,07 м.
Пример 12.8. Определить шаг свай в ростверке, используя данные примера 12.7, но при других грунтовых условиях; фунтовые условия изображены на рис. 12.26. Принимаем сваи с центральным армированием, сечением 300 х 300 мм, бетон сваи В25, арматура — стержень 012 мм, А-IV.
Решение.
Назначаем в качестве несущего слоя малосжимаемый грунт — песок плотный g включением гравия. Заглубление нижнего конца сваи в такие грунты принимается не менее 0,5 м. Так как сваи опираются на малосжимаемый грунт, они работают как сваи-стойки. Длину свай принимаем 6,0 м.
Для свай-стоек расчетное сопротивление грунта R = 20 000 кПа, площадь сечения сваи Л = 0,3- 0,3 = 0,09 м2, несущая способность сваи Fd вычисляется по формуле (12.11)
fd = УсМ = 1,0 • 20000 ■ 0,09 = 1800 кН.
3. С учетом коэффициента надежности свая способна выдер живать нагрузку
P=FJyk= 1800/1,4= 1285,7 кН.
4. Несущая способность сваи по материалу
Р=ц>[К (4 + 4) + >W>/*] = 1(40-1,131+ 1,45-1,0-30-30) =
= 1350,2 кН;
несущая способность по грунту меньше несущей способности сваи по материалу, ее и принимаем для определения требуемого шага свай.
5. Определяем требуемый шаг свай:
а < Pmink/Nd= 1285,7• 1/337,725 = 3,8 м, что больше минимального шага свай (для свай стоек amin > 1,5d= 1,5 ■ 0,3 = 0,45 м).
Вывод. Требуемый шаг свай я = 3,8 м. При окончательном назначении шага свай необходимо учитывать конструкцию здания, его размеры, материал стен; сваи в обязательном порядке ставятся по углам здания, в местах пересечения стен, в панельных зданиях каждая панель должна опираться не менее чем на две сваи. Окончательно принятый шаг свай может быть меньше требуемого.
Пример 12.9. Используя данные по сбору нагрузок из примера 3.7 и несущую способность сваи из примера 12.7, рассчитать свайный фундамент под кирпичную колонну. Нагрузка на ростверк Nt = 566,48 кН; несущая способность сваи с учетом коэффициента надежности Р= 354,76 кН.
Решение.
1. Назначаем размеры нижней части ростверка 1400x1400 мм, предварительно принимая, что он будет опираться натри сваи, и верхнюю часть ростверка выполняем размером 900 х 900 мм (рис. 12.27).
Определяем нагрузку от веса ростверка:
объем ростверка Кроств = 0,9 • 0,9 ■ 0,5 + 1,4 • 1,4 ■ 0,4 « 1,15 м3;
вес ростверка Л^ = Кросш Уж.б.У/= 1,15-25-1,1 =31,65 кН.
2. Нагрузка с учетом веса ростверка
Nd=N, + Np =566,48 + 31,65 = 598,1 кН;
с учетом коэффициента надежности по ответственности у„ = 0,95 УЧ, = 598,1 0,95 = 568,2 кН.
3. Определяем требуемое количество свай: п > NJPmin = 568,2/354,76 = 1,6 штуки.
4. Принимаем опирание ростверка на 2 сваи; расстояние меж ду осями свай принимаем минимальное а = Ъй= 3-300 = 900 мм (рис. 12.28), корректируем размеры ростверка, принимаем ниж нюю часть ростверка 1400x500 мм, верхнюю часть ростверка — размером 900 х 500 мм.
Задачи для самостоятельной работы
Задача 12.1. Определить размеры подушки ленточного фундамента под наружную стену по следующим данным: район строительства —- г. Москва; состав грунтов: сверху насыпной уплотненный грунт, h = 0,4 м; ниже — глина: е = 0,85, IL = 0,6, р = 1870 кг/м3; грунтовые воды отсутствуют; пол первого этажа выполнен по грунту; здание без подвала; температура внутри помещения +20°С; отношение размеров здания L/H= 4,5; сервисная нагрузка на фундамент 7УУ6,Г =280 кН/м; отметки верха фундамента и планировочная отметка соответственно: -0,350; -0,450.
Задача 12.2. Проверить достаточность размеров подошвы фундамента под колонну гражданского здания. Нагрузка на колонну N= 300 кН; у„ = 0,95; грунт основания — суглинок: е = 0,7, IL = 0,4, Yn = Yii = 19 кН/м3; глубина заложения фундамента dx = 1,8 м; здание без подвала; размеры подошвы фундамента ab= 1,8-1,8 м.
Задача 12.3. Определить глубину заложения фундамента бес-одвального здания по следующим данным: район строительна — г. Уфа; геологические условия сверху вниз: растительный слой: /;, = 0,25 м; песок пылеватый: h2 = 0,8 м, е = 0,85, р = 1600 кг/м3; суглинок: А3 = 4,0 м, е = 0,85, IL = 0,6; пол здания выполнен по грунту; здание неотапливаемое; фундамент ленточный из фундаментных блоков и фундаментной подушки (высота блоков: h = 600, Ю0 мм; высота фундаментной подушки 300 мм), отметка верха фундамента совпадает с отметкой планировки грунта.
Задача 12.4. Рассчитать фундамент под колонну жилого дома (определить требуемые размеры подошвы фундамента и выполнись расчет по материалу). Нагрузка на фундамент N=500 кН; у„ = 0,95; Nser = 395,8 кН; глубина заложения фундамента й{ = 1,7 м; расчетное сопротивление грунта R =220 кПа. Сечение колонны 350x350 мм; сечение подколонника 900x900 мм (рис. 12.29). Бе-топ фундамента— В15; уи= 1,0; фундамент монолитный. Арматурная сетка из арматуры класса А-П.
Задача 12.5. Рассчитать сборный ленточный фундамент под внутреннюю стену жилого дома (определить ширину фундаментной подушки и ее арматуру). Нагрузка на 1 погонный метр фундамента N= 380 кН/м; у„ = 0,95; N№r=287 кН/м; глубина заложения фундамента ^, = 1,2 м; расчетное сопротивление грунта Л! 170 МПа; бетон В25, уЬ2 = 1,0; арматура класса А-Ш.
Задача 12.6. Определить шаг свай под ленточный ростверк жилого дома; нагрузка на ростверк JV, = 280 кН/м; у„ = 0,95; размеры ростверка и грунтовые условия принять по рис. 12.30.
