книги / Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Основания и фундаменты

прямоугольной форме подошвы фундамента необходимо задаться соотношением ее сторон по формуле (4.13). Совместное решение уравнений (4.6), (4.10) и (4.12) приводит к кубическому уравнению

что меньше R". Условие (4.17) удовлетворено.

в) Определение размеров подошвы фундамента

ннормативного давления на грунт слабого подстилающего слоя

При наличии в пределах сжимаемой толщи более слабого слоя грунта (по прочностным характеристикам <рн и сн), чем несущий слой, необходимо выяснить влия­ ние этого слабого слоя на возможность развития зон пластических деформаций в основании. С этой целью определяют нормативное давление на кровлю слабого слоя грунта для условного фундамента, опирающегося на этот слой.

Нормативное давление R " 4 должно быть больше

напряжения на данной глубине НСЛ (рис. 4.7), т. е. должно быть удовлетворено условие

кровле слабого грунта от нагрузки, передаваемой фун­ даментом и определяемой по формуле

которое можно в общем случае решать методом_ последо­

В формулах (4.24) и (4.25)

рн — напряжение по подошве фундамента от норматив­ ных нагрузок;

Yo — средневзвешенный объемный вес грунта в пределах соответствующей толщи А или Нся (см. рис. 4.7);

а— коэффициент изменения дополнительного давления

вгрунте, учитывающий форму подошвы фундамен­ та, определяемый по табл. 5.2.

Рис. 4.7. Схема к определению нормативного давления на слабый слой

где hy — глубина заложения условного фундамента в м (см. рис. 4.7);

Yo — средневзвешенный объемный вес в т/м3 в пределах глубины Ау.

Остальные обозначения указаны в формуле (4.6). Все характеристики грунта и коэффициенты А, В и D принимаются для слабого слоя грунта.

Если расчет покажет, что условие (4.23) не удовлет­ воряется, то задачу следует решать либо методом после­

ширины условного фундамента 6у, после чего производят проверку условия (4.23).

Пример5. Даио, что на глубине 1,64 м ниже подошвы фундамента залегает слабый слой глины в пластичном

рг у _— j _—21 2 ж3,м ,

by = /у = V F y = У 21,2 = 4,6 м.

По формуле (4.29) и табл. 4.6 найдем

Д"л = 1 [(0,43 ■4,6 + 2,72 - 3,64) 2,0 + 5,31 - 2,8] =

что больше #"д.

Следовательно, необходимо увеличить размеры по­

6==/=] / ' 5 ==5,ШЖ

Рб.я = 7,28 т/м3\

Ьу — /у ' У 1 Ц = 5,58 ж.

По выражению (4.29) и табл. 4.6 получим Я "л= (0,43 • 5,6 + 2,72-3,64) -2,0 + 5,31 • 2,8 = 41,4 т/М3.

Проверяем условие (4.23):

32,1 + 7,28 = 39,4 т/м2< Я”л.

Следовательно, по условиям развития пластических деформаций в подстилающем слое грунта требуется раз­ меры подошвы увеличить до 5,2 X 5,2 м.

§ 6. РАСЧЕТ ВНЕЦЕНТРЕННО НАГРУЖЕННЫХ ФУНДАМЕНТОВ

Внецентренно нагруженные фундаменты приходится рассматривать, когда равнодействующая внешних сил какой-либо расчетной комбинации нагружения не про­ ходит через центр тяжести площади подошвы фундамента (на фундамент действует момент, невозможность соответ­ ствующего развития подошвы фундамента из-за стеснен­ ности места и т. п.).

Расчет внецентренно нагруженного фундамента ве­ дется методом последовательного приближения в соот­ ветствии с порядком, указанным в § 1 настоящей главы. Ориентировочные значения нормативного давления на грунт основания и размеров подошвы фундамента реко­ мендуется сначала определять как для центрально на­ груженного фундамента по методике, изложенной в § 4 и 5.

При найденных значениях подошвы фундамента напряжения по подошве проверяются в соответствии с условиями

новного сочетания нагрузок.

Величины максимального и минимального давлений под краем фундамента при действии момента относи­ тельно одной главной оси инерции площади подошвы вычисляются по формулам внецентренного сжатия

где Ан = JV" + Аф + А"р — сумма вертикальных нор­ мативных нагрузок при данном сочетании, включая нагрузку по обрезу JV", вес фунда­

мента А | и грунта на обрезах N ”p в т; F — площадь подошвы фундамента в м2;

М” — момент нормативных нагрузок при данном

сочетании относительно центра тяжести по­ дошвы фундамента в тм;

у— расстояние от главной оси инерции, перпен­ дикулярной плоскости действия момента, до

наиболее удаленных точек подошвы фунда­

Проверка напряжений обычно производится для двух случаев: для максимальной нормальной силы и мак­ симального значения эксцентрицитета. Желательно, чтобы от постоянных и длительно действующих временных на­ грузок давление по возможности было равномерно рас­ пределено по подошве.

При кратковременных нагрузках, входящих в основ­ ное сочетание, допускаются трапециевидная и треуголь­ ная эпюры давления на грунт. Для фундаментов колонн здания при нагрузках от кранов грузоподъемностью 75 т и более, а также для фундаментов колонн открытых эстакад при нагрузках от кранов грузоподъемностью свыше 15 т или при слабых грунтах — грунтах основа­ ния с нормативным давлением менее 1,75 кг/см3, реко­

мендуется принимать трапециевидную эпюру с отно­ шением

5? 0,25.

«макс

Для выравнивания напряжений по подошве можно сделать фундамент несимметричным, сместив подошву приблизительно на величину

грузка и др. с одной или с другой стороны колонны).

После смещения подошвы фундамента необходимо снова произвести проверку напряжений.

Иногда при большом значении эксцентрицитета це­ лесообразно изменить соотношение сторон подошвы фун­ дамента или даже сделать ее более сложной конфигура­ ции.

Для уменьшения количества попыток при определе­ нии размеров подошвы фундамента целесообразно по­ вторить расчет фундамента как центрально нагруженного

на действие по обрезу фиктивной нагрузки М“2, опреде­ ляемой из выражения

и 5. После повторного расчета опять проверяют условия (4.31) и в крайнем случае уточняют размеры подошвы в

полняют расчет по деформации и при необходимости по несущей способности в соответствии с § 7 и 8 . Дополни­ тельно проверяют ожидаемый поворот фундаментов по

фундамента как центрально нагруженного в соответ­ ствии с примером 4. При этом расчете было получено

b = l = 4,10 M, « “ = 67,1 т/м*. Найдем приближенное значение нагрузки, действующей по подошве фунда­

мента

А» = JV“о -fYepV' = 1000+2>'2>°ч • 4’!- 4-1= 1074т.

делы ядра сечения подошвы фундамента, то последняя не полностью опирается на основание (работает «с от­ рывом»), В этом случае руководствуются следующими правилами:

1 ) равнодействующая должна проходить от наиболее загруженного края подошвы фундамента на расстоянии не менее 0,25 размера подошвы в плоскости действия момента;

2 ) краевые напряжения можно определять по фор­ мулам (4.32)—(4.35), т. е. без учета неполного опирания. Учет последнего при эксцентрицитетах до 0,25 размера подошвы увеличивает краевые напряжения не более чем на 7% [10];

3)условие (4.31) должно быть удовлетворено;

4)использование фундаментов с неполным опиранием

подошвы допускается в исключительных случаях. С п л о ш н ы е ф у н д а м е н т ы обычно загру­

жены внецентренно.

Расчет сплошного фундамента (единого для всего сооружения или его части) начинается с определения ве­ личины-равнодействующей, но при ■несимметричной на-

грузке положение равнодействующей надо находить на плоскости, т. е. по двум осям. В соответствии с положе­ нием центра тяжести может понадобиться смещение по­ дошвы фундамента по двум осям или придание плите сложной формы (местные выступы и т. п.).

При Перекрестных лентах подбор размеров его по­ дошвы осуществляется как для единого фундамента, но сложной формы. Аналогично рассчитывают, когда соору­ жение опирается на несколько фундаментов, но оно является жестким и не может .искривляться при нерав­

0

- — 3 ,0 — - -«— 3 ,0 — А

Рис. 4.8. Прямоугольный фундамент (к примеру)

120 и 260 т. По условиям работы необходимо принять

Из условий размещения опор принимаем фундамент в виде сплошной плиты 9,60X7,15 м толщиной 1,0 м

Фактическое среднее давление по подошве

^ = 1 5 , 5 < 15,8 т/м2.

Условие (4.30) удовлетворено. Момент сил относительно оси О—О

М = 260 • 2 • 3 — 120 • 2 • 3 = 840 тм.

Эксцентрицитет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы фундамента

Краевые давления по подошве по формуле (4.33)

Рис* 4.9. Фундамент сложного очертания

Увеличиваем размеры фундамента вблизи больших нагрузок и уменьшаем вблизи малых (рис. 4.9). Раздви­ гаем опоры на 0,75 м. Площадь подошвы

F = 6 - 6 + 3 ,5 - 9 = 67,2 м3.

Расстояние с от оси А — А до центра тяжести по­ дошвы найдем с помощью статического момента площади S A относительно этой оси

с

SA 6 -6 . 6 ,5+3,5-9-1,75 67,2

Вес плиты и грунта над плитой

6 7,2 ( 1 -2 ,4 + 1 . 1 ,8 ) = 282 т.

Сумма нагрузок

N = 120 ■2 + 260 ■2 + 282 = 1042 т.

Момент всех сил относительно оси А —А

МА = 120 • 2 • 8,5 + 260-2 • 1,75 + 282 • 3,8 = 4120 пик.

Плечо равнодействующей относительно оси А —А

Эксцентрицитет

е = 3,95 — 3,8 = 0,15 м.

Момент инерции подошвы фундамента относительно оси Б —Б, проходящей через центр тяжести подошвы, найден по формуле табл. 4.9

/ = -L (9 • 3,83 — 3 • 0,33 + 6 • 5,7а) = 535 м'.

Момент, действующий на фундамент М = Ne = 1042 • 0,15 = 156 тм.

Краевые напряжения по подошве по формуле (4.32)

§ 7. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ

По деформации рассчитываются все" основания зда­ ний и промышленных сооружений, за исключением слу­ чаев, оговоренных в конце параграфа.

Рарчет оснований по деформациям сводится к провер­ ке условия

ляемой по данным абсолютных осадок не менее чем трех отдельных фундаментов, расположенных в преде­ лах здания или сооружения (при сплошных плитных фундаментах —'не менее чем по данным трех буровых колонок), при условии, что отклонение от средней ве­ личины осадки не превышает 50% этой величины;

3) разностью осадок двух соседних опор (от наине­ выгоднейшей до возможной комбинации воздействий), отнесенной к расстоянию между ними — перекосом или креном, если разность осадок отнесена к ширине или длине подошвы фундамента, либо к диаметру круглого фундамента;

4) относительным прогибом — стрелой прогиба, от­ несенной к длине изогнувшейся части здания или соору­

жения.

Задачей расчета оснований по деформациям является ограничение деформаций надфундаментных конструкций (происходящих в результате осадок грунтов) такими пре­

делами, которые гарантируют от появления недопустимых для нормальной эксплуатации конструкций трещин и повреждений, а также изменений проектных уровней и положений.

При расчете оснований зданий и сооружений необ­ ходимо учитывать;

1 ) разность осадок близко расположенных сооруже­ ний или их частей, резко различающихся между собой по весу, размерам и форме подошвы фундаментов (на­ пример, дымовая труба у стены здания; башня, конструк­ тивно входящая в состав здания, и т. п.);

2 ) загрузку территории в непосредственной близости от фундаментов (насыпями, навалом шлака, руды и т. п.);

вэтом случае расчет должен выяснить величину допол­ нительных осадок и кренов (при односторонней засыпке) фундаментов.

Упругие осадки, вызываемые действием несистема­ тических кратковременных нагрузок на основание могут

врасчете не учитываться.

Величина деформации основания определяется из условия совместной работы сооружения и его основания; при этом допускается использование теории расчета ба­ лок и плит на упругом основании (см. § 13 и 14 настоящей главы).

При расчете деформаций основания допускаются следующие упрощения:

1 ) распределение напряжений в толще неоднородных оснований принимается по теории однородного изотроп­ ного, линейно-деформируемого тела;

2 ) деформации отдельных слоев неоднородного ос­ нования вычисляются по модулям деформации, установ­ ленным для каждого слоя, и давлениям, определяемым

сучетом указанного выше п. 1 , по методике, изложенной

вглавах 5 и 6 .

Предельная величина деформаций основания Snp [см. условие (4.38)] определяется достижением предела эксплуатационной пригодности надфундаментной кон­ струкции. Эта величина деформации основания устанав­ ливается с учетом влияния осадок, горизонтальных сме­ щений, поворотов и деформаций тела гибких фундаментов на напряженное состояние конструкций и на условия эксплуатации зданий и сооружений и связанных с ними устройств.

Деформации оснований учитываются в необходимых случаях раздельно во время строительства и в период эксплуатации зданий и сооружений. Этот учет произво­ дится на основе расчета развития осадок во времени (см. гл. 6 ).

Если скорость роста давления на основание не пре­ вышает 1 кг/см3 в месяц, можно приближенно считать осадки фундаментов на песчаных грунтах и глинистых (непросадочных) грунтах твердой консистенции (при В < 0) закончившимися за период строительства. Осадки фундаментов на глинистых грунтах с показателем В :> 0 можно считать развивающимися за период строительства в половинном размере от полной осадки; остальную часть осадки следует учитывать для периода эксплуатации здания или сооружения.

Предельные величины деформаций оснований Snp зданий и сооружений, специально не приспособленных к неравномерным осадкам, за время строительства и эксплуатации не должны превышать значений, указанных в табл. 4.10.

Если основание сложено по всей площади здания или сооружения (или их части, обособленной осадочными швами) из грунтов однородного горизонтального напла­ стования, сжимаемость которых с глубиной не увеличи­ вается, расчет оснований по деформациям разрешается проводить по величинам средних осадок оснований Scp,

(4.39)

■осадки отдельных фундаментов или ленты; площади подошвы фундаментов,

осадки которых вычислялись. Значения Scp не должны превышать предельных

величин средних осадок Snp. ср, приведенных в табл. 4.11, в которой также даны предельные величины абсолютных осадок Snp. а6.

Предельные величины деформаций оснований для зданий и сооружений, не указанных в табл. 4.10,4.11 и имеющих принципиально новый тип несущих конструк­ ций, должны задаваться на основе расчетов специали-

'стами, проектирующими верхнее строение. В некоторых случаях предельные величины деформаций диктуются требованиями технологического процесса или обеспе­ чения работы прецизионного оборудования.

Т а б л и ц а 4.10

П р е д е л ь н ы е в ел и ч и н ы д е ф о р м а ц и й о с н о в а н и я

4.Крен сплошных или кольцевых фун­

даментов высоких жестких сооруже­ ний (дымовые трубы, водонапорные

башни, силосные корпуса и т. п.)

•при наиболее невыгодном сочетании

Расчет по деформациям можно не выполнять в сле­ дующих случаях:

§ 8. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

Расчет оснований по несущей способности сводится к проверке условия

скальных пород, независимо от размеров и глубины за­

ветривания их в зоне сезонного промерзания и оттаивания и воздействия инфильтрующихся с поверхности вод. При быстро выветривающихся породах величину /?“•с следует определять для выветрелого состояния. Если фундамент передает на скальное основание регулярно действующие горизонтальные нагрузки (подпорные стенки и др.) величина Ф определяется по указаниям норм проектирования оснований гидротехнических сооруже­ ний из скальных оснований.

Несущая способность (устойчивость) основания, сло­ женного грунтами (рыхлыми горными породами), опре­ деляется образованием в грунте поверхности скольже­ ния, охватывающей всю подошву сооружения. При этом считается, что нормальные и касательные напряжения о и т по всей поверхности скольжения достигают значе­ ний, соответствующих предельному равновесию, вычис­

Устойчивость основания Ф находят на основе теории предельно-напряженного состояния грунтовой среды согласно указаниям, изложенным в гл. 7. Схема разру­ шения основания, принимаемая в расчете, должна быть как статически, так и кинематически возможна для дан­ ного сооружения.

9. РАСЧЕТ ГОРИЗОНТАЛЬНО ЗАГРУЖЕННЫХ ФУНДАМЕНТОВ

При действии вертикальных и горизонтальных на­ грузок на фундамент расчет его производится как внецентренно загруженного фундамента (§ 5). Кроме того, по первому предельному состоянию проводятся три про­ верки от действия расчетных нагрузок:

на опрокидывание; на сдвиг по подошве;

на устойчивость фундамента с частью массива осно­ вания.

Все три проверки выполняются по расчетным на­ грузкам.

а) Проверка иа опрокидывание

Проверка фундамента на опрокидывание произво­ дится относительно оси, проходящей через наружную грань подошвы фундамента, на действие неблагоприят­ ного сочетания расчетных нагрузок, возникающих в период строительства яли во время эксплуатации.

Проверку на опрокидывание следует делать в тех случаях, когда равнодействующая выходит за пределы ядра сечення подошвы фундамента. Если сооружение проектируется на многих фундаментах и равнодействую­ щая не выходит за пределы ядра сечения площадей подошвы фундаментов, жестко связанных несущими конструкциями, то сооружение ие может опрокинуться.

б) Проверка устойчивости иа сдвиг по подошве

Устойчивость на сдвиг [1] по подошве обеспечивается трением фундамента о грунт.

Фундамент устойчив, если

тикальная нагрузка, приложенная к об­ резу, в /л;

/Р — расчетный коэффициент трения кладки по грунту;

л0 — коэффициент перегрузки, вводимый на удерживающие нагрузки (СНиП II-A. 11-62, п. 2 ), равный 0 ,8 .

При расчете на сдвиг рекомендуется учитывать сле­ дующее.

Если пТя > / Pn0Na, то сначала по формуле (4.43) находят вес фундамента и грунта на уширениях, придают фундаменту желательную форму, а затем делают осталь-