3.1 Проектирование фундамента на естественном основании

Глубина заложения фундамента зависит:

1)от конструктивных особенностей фундамента – глубина подвала равна 2,5 метра

2)нельзя закладывать фундамент в зоне чернозёма;

3)нельзя закладывать фундамент в зоне промерзания грунтов

Подошва фундамента должна располагаться ниже расчётной глубины промерзания для грунтов, обладающих пучинистыми свойст­вами. Расчётная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:

, (7)

где d_fт – нормативная глубина промерзания (по заданию КП),

K – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений.

d_f = 0,4 2,0 = 0,8 м.

По конструктивным особенностям глубина подвала – 2,5 м, то глубине промерзания удовлетворяет.

4) из опыта строительства минимальная глубина заложения 0,5м, а в зоне сейсмики 1м;

5) глубина заложения зависит от прочностных и деформативных показателей грунта;

6) не рекомендуется располагать подошву грунта на границе раздела грунтов

7) глубина заложения конкретного фундамента зависит от глубины заложения соседних фундаментов.

3.2 Подбор размеров подошвы фундамента

Предварительная площадь фундамента:

, (8)

где – сумма нагрузок на фундамент для расчета второй группы предельных состояний (для ленточных фундаментов – погонная нагрузка), кН;

– табличное значение расчетного сопротивления грунта несущего слоя, кПа;

– средний удельный вес материала фундамента и грунта на его обрезах (принять 20 кН/м3);

– глубина заложения фундамента, м.

А = 214,77/(200-20·2,3) = 1,39

Принимаем блоки бетонные стен подвалов ФБС 12.6.6 (ГОСТ 13579-94) m=0,96т, ФБС 12.6.3 (ГОСТ 13579-94) m=0,46т, и плиту – подушку железобетонную ФЛ 12.12 (ГОСТ 13580 – 85) m=0,78 т.

Основным критерием при подборе размеров подошвы фундамента является выполнение условия:

P_II≤ R, (9)

где P_II – среднее давление по подошве фундамента, кПа;

, (10)

где ∑N_iII – внешняя суммарная расчетная нагрузка на фундамент для расчетов по второй группе предельных состояний, кН;

N_ФБС – вес фундаментного блока, кН;

N_ФЛ – вес фундаментной плиты;

N_приг – вес пригруза;

N_гр^лев – вес грунта с левой стороны от фундамента, кН;

N­­­­_гр^прав – вес грунта с правой стороны от фундамента, кН;

N_ПОЛА – вес пола, кН;

А – принятая площадь фундамента, м².

Рисунок 2 – Ленточный фундамент, сечение1-1

N_ФБС = (0,96х100х4/12) + (0,46х100/12) = 35,83 кН;

N_ФЛ = 0,78х100/12 = 6,5 кН;

N_приг = 10х0,3 = 3 кН;

N_гр^лев = 0,3х2х1х18,64= 11,184 кН;

N­­­­_гр^прав = 0,3х1х0,1х18,64= 0,559 кН;

N_пола = 0,3х0,1х24х1 = 0,72 кН.

Р_II = (214,77+35,83+6,5+3+11,184+0,559+0,72)/1,2 = 227,138 кПа

R – расчетное сопротивление грунта, определяемое по формуле:

, (11)

где b = 1,2 м – ширина подошвы фундамента;

γ_С1 = 1,3 и γ_С2 = 1,3 – коэффициенты условия работы;

γ_II = 18,32 кН/м³ – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (взято по грунту с меньшей несущей способностью);

γ_II' =17,708кН/м³ – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;

K_Z = 1 – коэффициент при b ≤ 10 м;

К = 1,1 – коэффициент надежности;

М_γ = 0,36 М_q = 1,6 и М_С = 9,38 – коэффициенты для φ = 34,4°.

С_II = 32 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;

d_I – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:

, (12)

где h_S = 0,4 м –толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf = 0,1 м – толщина конструкции пола подвала, м;

γ_cf = 24 кН/м³ – расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала;

d_I = 0,4 + (0,1х24/18,64) = 0,528

d_B=1,8 м – глубина подвала расстояние от уровня планировки до пола подвала, м.

R=(1,1х1,3/1,1)[1,6х1х1,2х18,32+7,51х0,528х0,95х17,708+6,51х1,8х0,95х17,708+9,38х32]=920,628

Условие P_II≤ R выполняется,

P_II=227,138 кПа < 920,628 кПа = R.

Недогруз составляет:

При толщине стены 550 мм, принимаем фундаментные блоки шириной 600мм, следовательно минимально возможная ширина подушки 1200мм

Принимаем подушку ФЛ 12.12, её размеры достаточны для восприятия нагрузок от вышележащих конструкций здания.

При внецентренном загружении фундамента последовательным приближением добиваются удовлетворения следующих условий:

для максимального краевого давления

, (13)

для минимального давления

, (14)

Краевые давления по подошве фундамента вычисляют по формуле:

_, (15)

Где ∑N_II – суммарная вертикальная расчетная нагрузка в уровне подошвы фундамента, вычисляется аналогично как при расчете среднего давления по подошве, кН;

М – момент от расчетных нагрузок в уровне подошвы, кНм;

W – момент сопротивления площади подошвы фундамента, м³.

Для ленточного фундамента

, (16)

W = 1,2²х1/6 = 0,24

Момент от перекрытия:

Рисунок 3 – Схема к определению эксцентриситета для M_пер

М_пер = .

Момент от собственного веса грунта на левой консоли:

М_г.лев = -11,184х0,45 = -5,03 кНм

Момент от собственного веса грунта на правой консоли:

М_г.прав = 0,559х0,45 = +0,251 кНм

Момент от пола подвала:

М_пол. = 0,72х0,45 = +0,324 кНм

Момент от пригруза:

М_приг. = -3х0,45 = -1,35 кНм

Расчетные характеристики грунта засыпки песка меского, плотного:

γ_II' = 0,95γ_II = 0,95 18,64 = 17,708кН/м³;

=0,95х17,85=16,957°;

= 0,5х32=15 кПа.

Определяю интенсивность давления грунта:

θ₀ = = 45°–16,957/2 = 36,52°;

λ = tg²θ₀ = tg²36,52° = 0,548;

K_I = .

Интенсивность горизонтального активного давления грунта от собственной массы на уровне подошвы фундамента

P_γ2 = , (17)

P_γ2 = (17,708х1х2,3х0,548 – 16х1,48)2,3/2,3 = -1,37

Момент от горизонтального активного давления грунта от собственной массы:

М­_γ = (16,25х2,3²)/6 = 14,327

Интенсивность горизонтального давления грунта от нагрузки q на поверхности земли:

P_q = q λ γ_f, (18)

P_q = 10 0,548 1 = 5,48 кПа.

Момент от горизонтального активного давления грунта от нагрузки q:

М_q = (6х2,45²)/2 = 18,01 кНм

Момент инерции 1 м стены подвала:

I_b = (1хt³)/12 = (1х1,2³)/12 = 0,144.

Коэффициенты:

m₁ = H/(h₁ + h₂) = 3/(0,7 + 1,9) = 1,15;

n = h₃/(h₁ + h₂) = 0,3/2,6 = 0,15;

n₁ = h₂/(h₁ + h₂) = 0,73;

К = .

е = 0,45 м

Опорная реакция в уровне низа плиты перекрытия надподвального этажа:

R_a = , (19)

R_a = [ (0,7+1,9)(5,48х[4х0,73³ – 0,73⁴ + 4х8,73 (0,73+0,15)²/1,15]/8 + [-1,37(15х0,73³ – 3х0,73⁴ + 20х8,73(0,73 + 0,15)³/(1,15х0,73))]/120]/(1+8,73) + [6,75 (1,5х1,15 + 8,73) – (11,148 + 3)х0,45х8,73]/3(1 + 8,73) = 5,43 кН

Момент в уровне подошвы:

М₀= -R_axH = -5,43x3 = -16,3 кНм

∑М=6,75-5,033+0,252+0,324–1,35–1,207+14,49-16,43= -2,07кНм

_.

_.

425,95 < 1,2 920,69 = 1104,838 кПа

408,69 > 0.

Условия выполняются. Размеры фундамента достаточны для восприятия нагрузок от вышележащих конструкций.