Примерырасчета

2.8. Расчети проектирование фундаментов

2.8.1. Задача №8. Расчетфундаментамелкого заложения (фмз)

Определение основных размеров фундамента мелкого заложения со­стоит из следующих этапов:

1. определение высоты фундамента;

2. определение размеров подошвы фундамента.

Определение высоты фундамента

Высота фундамента принимается, исходяиз условий:

-жесткой заделки колонны в фундамент;

-глубины заложения фундамента. Глубина заложения фундамента исчисляется от уровня планировки до подошвы фундамента и определяется с учетом: а) назначения и конструктивных особенностей здания (наличие подва­ла, подземных коммуникаций и т.д.).

Для бесподвальных зданий глубина заложения фундамента зависит от его высоты. Минимальная высота железобетонного фундамента под железо­бетонные колонны для одноэтажных и многоэтажных зданий принята из ус­ловий надежного защемления фундамента в грунте и равна Hf = 1,5 м, а глу­бина заложения d = 1,65 м;

б) геологических и гидрогеологических условий площадки строитель­ства.

Учитывается сжимаемость грунтов, характер напластования слоев, по­ложение уровня грунтовых вод.

При выборе глубины заложения фундаментов в качестве несущего слоя используются грунты с модулем деформации не менее 10..20МПа для зданий с нагрузками на отдельные фундаменты 2000-4000кН, с модулем деформации не менее 5-10МПа – для зданий с меньшими нагрузками;

в) влияния глубины сезонного промерзания грунтов.

Глубина заложения подошвы фундамента d принимается с учетом рас­четной глубины промерзания грунта df и глубины расположения уровня под­земных вод dw согласно табл. 2 [6], или табл. 4.1 приложения 4 пособия.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле

df = kn·dfn , (2.8.1) где kn – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима зда­ния, принимается по таблицы 1 [6]; dfn – нормативная глубина промерзания грунта, определяется по карте [1]. Исходя из условий жесткой заделки колонны в фундаменте, определя­ется минимальная высотафундамента:

Hf = hcf + 200мм, (2.8.2)

где hcf – глубина стакана в мм.

Глубина стакана принимается из условия:

hcf = hз + 0,05м, (2.8.3) где hз – глубина заделки колонны в стакан фундамента, определяется как большееиз двух значений: hз = (1,0…1,5)hc, (2.8.4)

hз = k·ds, (2.8.5) где hc – высота поперечного сечения колонны; ds – диаметр продольной арматуры колонны, принимаем d ^min = 16мм;

s

k·– коэффициент анкеровки арматуры в стакане фундамента, k·=25. Окончательная высота фундамента уточняется после определения раз­меров подошвы.

Определение размеров подошвыфундамента

Площадь подошвы фундаментаопределяется по формуле:

N

A_f = ^II , (2.8.6)R −γ d

0 mt где NII – продольное усилие, передаваемое колонной, приложенное к фундаменту на уровнеего обреза; d – глубиназаложения фундамента; γ _mt -среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его ус­тупах, γ _mt =20кН/м³; R0 – начальное расчетное сопротивление несущего слоя грунта. Если фундамент испытывает воздействие нормальной силы NII и изги­бающего момента МII, он считается внецентренно нагруженным. Следова­тельно, фундамент проектируется прямоугольным в плане, вытянутым в плоскости действия момента, при этом соотношение размеров сторон подош­вы фундамента принимается η = 0,6….0,85. Учитывая, что A = b ⋅ l и

f ff b_f =η ⋅ l_f , преобразуя формулу (2.8.6), получаем ширину подошвы фунда­

мента:

η⋅ N

^II . (2.8.7)^f

(R −γ d)

b =

0 mt

Тогда длина подошвы фундамента lf определяется по формуле:

l = ^bf . (2.8.8)

f

η

Округляем значения размеров подошвы фундамента кратными 0,3мв большую сторону.

После этого уточняется условноерасчетное сопротивление грунта:

γγ

c1 c2 //

R =[M kb γ+ Md γ+ (M −1)d γ+ Mc ], (2.8.9)

γ zf II q 1 II qb II c II

k

где γс1 и γс2 – коэффициенты условий работы, принимаются по табл.3 [6] или табл.4.2 приложения 4 пособия; k – коэффициент, т.к. прочностные характе­ристики грунта (ϕ и cII) определены непосредственными испытаниями, то k = 1,0; Мγ, Мq, Мс – коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения ϕ ,

принимаются по табл.4 [6] или по табл.4.3 приложения 4 пособия; bf – ши­рина подошвы фундамента, м; kz – коэффициент, при ширине подошвы фун­дамента bf = < 10м kz = 1,0; db – глубина подвала; сII – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой

фундамента; ^γ II/ – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента; γII – то же, ниже подошвы фунда­мента.

Проверяем выполнение условий:

^Pmax кр ≤ 1,2R, (2.8.10)

^Pmin кр ≥ 0, (2.8.11) Рср ≤ R, (2.8.12) кр кр

P + P

max min

где P_ср = -среднее давление под подошвой внецентренно 2 нагруженного фундамента;

NM

кр II II

P = +γd − -минимальное краевое давление под подош­

min mt

bl W

ff

вой внецентренно нагруженного фундамента;

NM

кр II II

P = +γd + -максимальное краевое давление под подош­

max mt

bl W

ff

вой внецентренно нагруженного фундамента;

_bfl 2 W =^f -момент сопротивленияподошвы фундамента. 6 Если правая и левая части неравенства (2.8.12) отличаются друг от дру­га более чем на 5%, необходимо уточнить размеры подошвы фундамента. Уточнение производится следующим образом. Сначала по формуле

(2.8.6) вычисляется новое значение площади подошвы Af c заменой R0 на R. После этого уточняются стороны подошвы фундамента lf и bf.

Затем по формуле (2.8.9) вычисляется новое значение R и так до вы­P − R

полнения условия:

≤ 0,05.

R

Полученные из расчета размеры подошвы округляются кратно 0,3 мв большую сторону. Окончательные размеры подошвы фундамента устанавли­ваются после расчета основания по деформациям.

После определения размеров подошвы определяется высота плитной части и уточняется полная высота фундамента.

Предварительные размеры рабочей высоты плитной части фундамента определяют по формуле:

h + b 1

N

^{cc I} , (2.8.13)

h =− +

0 pl

42 αγ _b2γ_b9 R_bt + p_гр

где hc и bc – соответственно высота и ширина сечения колонны; NI – расчёт­ная нагрузка, передаваемая колонной на уровне обреза фундамента, NI = γf NII; γf – коэффициент надежности по нагрузке, γf = 1,2; α – поправочный ко­эффициент, α = 0,85; γb2 – коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки, γb2 = 1,0; γb9 – коэффициент, учитывающий вид материала фундамента, γb9 = 0,9; Rbt – расчетное сопротивление бетона растяжению; pгр – реактивный от­пор грунта от расчетной продольной нагрузки NI без учета веса фундамента и грунта на его уступах, определяется по формуле

I

p = ^N . (2.8.14)

гр

bl

ff

Затем определяется высота плитной части:

hpl = h0pl + as. (2.8.15)

где as.-защитный слой бетона.

После этого определяется полная расчетная высота фундамента:

Hf = hpl + hсf. (2.8.16)

Высота фундамента Hf округляется кратно 0,3м, а высота ступеней – кратно 0,15м.

Далее производится конструирование ступеней.

В случае, если h0pl ≤ 450мм, фундамент проектируют одноступенча­

тым, при 450мм< h0pl<900мм, двухступенчатым, при h0pl > 900мм – трехсту­пенчатым. Размеры консолей должны находиться в указанных пределах: сi = (1 ÷ 2,5)⋅hi, (2.8.17) где hi -высота ступеней.

Пример расчета

Исходные данные:

Проектируемое здание в г.Казани (нормативная глубина промерзания грунта dfn =1,65).

Многоэтажное здание (коэффициент, учитывающий температурный режим здания kn =0,4) каркасного типа, с железобетонными колоннами квад­ратного сечения с размерами сторон bc =0,3ми hc = 0,3м, соотношение длины зданияк его высоте L/H = 2м.

Материал фундамента -бетон класса В15 (Rbt=0,75МПа).

ИГЭ-1 – так как, IL=0,27, то суглинок тугопластичный (табл. 5.1. прил.5 настоящего пособия); h1= 2,15м, γ1= 17,5кН/м³, е=0,71, φ= ^-18⁰, с=17кПа.

ИГЭ-2 – песок средней крупности: h2= 3,0м, γ2= 19,5 кН/м³, γs2= 26,5 кН/м³, е=0,71.

ИГЭ-3 – так как, IL=0,20, то глина полутвердая (табл. 5.1. прил.5 на­стоящего пособия); h3= 1,5м, γ3= 20,5кН/м³.

dW=2,0м.

Нагрузка наобрез фундамента -NII =800кН, MII.=60кН·м,

Решение

Начальное расчетное сопротивление R0 = 230кПа (таблица 5.2 прил. 5 пособия), модуль деформации E0 = 15МПа (таблица 5.3 прил. 5 пособия), ИГЭ-1 являются достаточными, чтобы использовать данный слой грунта в качестве несущего.