Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основания и фундаменты. Методическое пособие к выполнению курсового проектирования для студентов по направлению подготовки 270800.62 «Строительство» п
.pdf
При выполнении условия (2.1) исключается ослабление основания
DL
2
3
4
5
6
1
1
h
a
0.2…0.5м
DL
7
1
1
4
соседнего фундамента и опирание нового фундамента на насыпной грунт
ранее засыпанного котлована. Это же условие распространяется и на случай определения допустимой разности отметок заложения фундаментов
сооружения и рядом расположенных каналов, тоннелей и пр.
а)
б)
Рисунок 2.4. Выбор глубины заложения фундамента в зависимости от конструк-
тивных особенностей сооружения: а - здание с подвалом в разных уровнях и при-
ямком;
б - изменение глубины заложения ленточного фундамента; 1 - фундаментные
плиты;
2 - приямок;. 3 - трубопровод; 4 - стена здания; 5 - подвал;
6 - ввод трубопровода; 7 - стеновые блоки
Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется закладывать на
одном уровне. При переходе на большую глубину заложения должно выполняться условие (2.1). Если же оно не выполняется, необходимо проведение специальных мероприятий, которые рассматриваются в спецкурсе.
31
При наличии коммуникаций (трубы водопровода, канализации и
т.д.) подошва фундамента должна быть заложена ниже их ввода. При этом
условии трубы не будут подвержены дополнительному давлению от фундамента, а фундаменты не опираются на насыпной грунт траншей, вырытых для прокладки труб. Кроме того, в случае аварии уменьшается зона
замачивания грунта, а при необходимости замены труб не будут нарушены грунты основания.
Переход от одной отметки заложения ленточного фундамента к
другой осуществляется ступенями. Высота уступа в случае сборного фундамента принимается равной высоте стенового блока (рис. 2.4, б). При
устройстве монолитного ленточного фундамента соотношение высоты
ступени к ее длине должно быть: для связных грунтов - 1:2, для несвязных - 1:3, при этом высота уступа (ступени) не должна превышать 0,5 ...
0,6 м.
Наряду с выполнением рассмотренных требований в ряде случаев
при выборе глубины заложения фундаментов учитывается возможность
дальнейшей реконструкции проектируемого сооружения (устройство новых коммуникаций, подвальных помещений, фундаментов под оборудование и пр.).
2.3. Определение размеров подошвы, расчет по деформациям
Форма подошвы фундамента во многом определяется конфигурацией в плане возводимой надземной конструкции и может быть:
- круглой, кольцевой, многоугольной (под дымовые трубы, водона-
порные и силосные башни),
- квадратной, прямоугольной, ленточной (под колонны, столбы,
стены),
- тавровой, крестообразной (под стены с пилястрами, отдельные
опоры),
- более сложного очертания в стесненных условиях.
В сборных фундаментах их форму определяют размеры и форма составных элементов и блоков.
При расчетах фундаментов мелкого заложения по второму предельному состоянию (по деформациям) площадь подошвы предварительно
может быть определена из условия
32
pII R, (2.2)
II
, град
М
М
q
М
c
II
., град
М
М
q
М
c
0
0
1,00
3,14
24
0,72
3,87
6,45
2
0,03
1,12
3,32
26
0,84
4,37
6,90
4
0,06
1,25
3,51
28
0,98
4,93
7,40
6
0,10
1,39
3,71
30
1.15
5,59
7,95
8
0,14
1,55
3,93
32
1,34
6.34
8,55
10
0,18
1,73
4,17
34
1.55
7,22
9.22
12
0,23
1,94
4,42
36
1,81
8,24
9,97
14
0,29
2,17
4,69
38
2,11
9,44
10,80
16
0,36
2,43
4,99
40
2,46
10,85
11,73
18
0,43
2,73
5,31
42
2,88
12,51
12,79
20
0,51
3,06
5,66
44
3,38
14,50
13,98
22
0,61
3,44
6.04
45
3,66
15,64
14,64
где pII - среднее давление по подошве фундамента от основного сочетания расчетных нагрузок при расчете по деформациям; R - расчетное сопротивление грунта основания.
В настоящее время в соответствии со СНиП 2.02.01-83 расчетное
сопротивление грунтов основания определяется по формуле
R=
где
/ k M kz b
c1
c2
,
c1
– коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 2.4; k -
c2
+ Mq d1 II’ +(Mq-l) db II'+ Mc cII , (2.3)
II
коэффициент надежности, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта
и cII определялись непосредственными испыта-
II
ниями, и равным 1,1, если они приняты по справочным таблицам; M, Mq,
Mc - коэффициенты, зависящие от расчетного угла внутреннего трения
несущего слоя грунта, принимаемые по табл. 2.3; kz - коэффициент, принимаемый равным 1 при ширине подошвы фундамента b<10 м, при b10
м kz = zo / b + 0,2 (здесь zо = 8 м); b - ширина подошвы фундамента, м;
-
II
осредненный расчетный удельный вес грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м3 (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды);
- то же, залегающих выше подош-
II
вы фундамента; d1 - приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала,
d1 = hs + hcf cf/ II’,
где hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м; hcf - толщина пола подвала, м;
- расчетный удельный вес мате-
cf
риала пола подвала, кН/м3; db - глубина подвала, равная расстоянию от
уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В<20 м и глубиной более 2 м принимается db =2 м, при ширине
подвала B>20 м принимается db =0); cII - расчетное удельное сцепление
несущего слоя грунта, кПа.
Таблица 2.3.Значения коэффициентов М, М
q
, М
,
c
33
Таблица 2.4.Коэффициенты условий работы
Грунты
c1
c2
для зданий с жесткой кон-
структивной схемой при отношении длинны сооружений (отсека) к его высоте L/H, равном
4 и более
1,5 и менее
1
2 3 4
Крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме мелких и пылеватых
Пески мелкие
1,4
1,3
1,2
1,1
1,4
1,3
Пески пылеватые:
- маловлажные и влажные
- насыщенные водой
- пылевато-глинистые, а также крупнообло-
мочные с пылевато-глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя:
IL 0,25
0,25 IL 0,5
IL 0,5
1,25
1,1
1,25
1,2
1,1
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,2
1,2
1,1
1,1
1,0
Примечания: 1. К сооружениям с жесткой конструктивной схемой относятся
сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий
от деформаций основания. 2. Для зданий с гибкой конструктивной схемой
При промежуточных значениях L/Н коэффициент определяется по интерполяции.
Выполнение условия (2.2) осложняется тем, что обе части неравенства содержат искомые геометрические размеры фундамента. В результате расчет приходится вести методом последовательных приближений, хотя для некоторых расчетных случаев предложены различные приемы,
графики и таблицы, упрощающие эти расчеты.
Центрально нагруженный фундамент. Центрально нагруженным
считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок
проходит через центр площади его подошвы. Реактивное давление грунта
по подошве жесткого центрально нагруженного фундамента принимается
равномерно распределенной интенсивности
p
II = (NoII
+ G
+ G
fII
) / A, (2.4)
gII
34
c2
=1,3.
где N
n/A
/A
G
gII
G
gII
2
2
G
fII
N
oII
A C D
B
pII
Рис. 2.5. Расчетная схема к
расчету центрально
нагруженного фундамента
G
fII
– расчетная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента;
oII
и G
– расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах
gII
(рис. 2.5); А – площадь подошвы фундамента.
В предварительных расчетах вес грунта и фундамента в объеме па-
раллелепипеда ABCD, в основании которого лежит неизвестная площадь
подошвы А, определяется приближенно из выражения
G
где
+G
fII
– среднее значение удельного веса фун-
m
gII
=
A d,
m
дамента и грунта на его уступах, принимаемое
обычно равным 20 кН/м3; d – глубина заложе-
ния фундамента, м.
Приняв pII = R и учтя равенство (2.3), из
уравнения (2.4) получим формулу для определения необходимой площади подошвы фундамента:
A= N
oII
/(R-
d).
m
Рассчитав площадь подошвы фундамента, находят его ширину b.
Ширину ленточного фундамента, для которого нагрузки определяют на 1
м длины, находят как b = A/1. У фундаментов с прямоугольной подошвой
задаются отношением сторон n=l/b, тогда ширина подошвы b =
для фундаментов с круглой подошвой D = 2
.
,
Поскольку значение R в формуле (2.3) также неизвестно, искомую
величину b находят из совместного решения уравнений (2.3) и (2.4) аналитическим или графическим методом.
После вычисления значения b принимают размеры фундамента c
учетом модульности и унификации конструкций и проверяют давление по
его подошве по формуле (2.4). Найденная величина должна не только
удовлетворять условию (2.2), но и быть по возможности близкой к значению расчетного сопротивления грунта R. Наиболее экономичное решение
будет в случае их равенства.
Внецентренно нагруженный фундамент. Внецентренно нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы. Такое нагружение фундамента является следствием передачи на него момента или го-
35
ризонтальной составляющей нагрузки либо результатом одностороннего
NII
b
p
min
p
min
p
max
p
max
p
max
0
+ - +
+
+
Рис. 2.6. Схема к расчету
внецентренно нагруженного
фундамента
давления грунта на его боковую поверхность, как, например, у фундамента под наружную стену заглубленного помещения.
При расчете давление по подошве внецентренно нагруженного фун-
дамента принимают изменяющимся по
линейному закону, а его краевые значения при действии момента сил относительно одной из главных осей определяют по формуле
p
=( NII / A ) (1±6e/b), (2.5)
max
min
где NII - суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента
и грунта на его уступах; А - площадь подошвы фундамента; е - эксцентриситет
равнодействующей относительно центра
тяжести подошвы; b- размер подошвы
фундамента в плоскости действия момента.
Эпюра давления грунта, рассчитанная по
формуле (2.5), может быть однозначной и
двузначной, как это показано на рис. 2.6. Как правило, размеры подошвы
фундамента стараются подобрать таким образом, чтобы эпюра была однозначной, т.е. чтобы не было отрыва подошвы фундамента от основания. В
противном случае в зазор между подошвой и грунтом может проникнуть
вода, что нежелательно, поскольку это может привести к ухудшению
свойств грунтов основания. Исключение допускается для фундаментов в
стесненных условиях, когда отсутствует возможность развить их в нужном направлении, и для фундаментов, нагруженных знакопеременными
моментами, когда нельзя подобрать размеры и форму подошвы, по которой действовали бы только сжимающие напряжения. Поскольку при внецентренном нагружении относительно одной из центральных осей максимальное давление на основание действует только под краем фундамента,
36
то при подборе размеров подошвы фундамента его допускается принимать на 20 % больше расчетного сопротивления грунта, т.е.
p
1,2R. (2.6)
max
Одновременно среднее давление по подошве фундамента, определяемое
pII = NII / A, должно удовлетворять условию (2.2).
На практике задачу подбора размеров подошвы внецентренно
нагруженного фундамента решают следующим образом. Сначала принимают, что действующая нагрузка приложена центрально, подбирают соответствующие размеры подошвы из условия (2.2), а затем уточняют их
расчетом на внецентренную нагрузку, соблюдая изложенные выше требования и добиваясь удовлетворения условия (2.6). При этом иногда смещают подошву фундамента в сторону эксцентриситета так, чтобы точка
приложения равнодействующей всех сил совпадала с центром тяжести
подошвы фундамента.
Проверка давления на подстилающий слои слабого грунта. При
наличии в пределах сжимаемой толщи основания слабых грунтов или
грунтов с расчетным сопротивлением меньшим, чем давление на несущий
слой, необходимо проверить давление на них, чтобы уточнить возможность применения при расчете основания теории линейной деформируемости грунтов. Последнее требует, чтобы полное давление на кровлю
подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т.е.
σ
+ σzg < Rz, (2.7)
zp
где σzp и σzg - вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы
фундамента (соответственно дополнительное от нагрузки на фундамент и
от собственного веса грунта); Rz - расчетное сопротивление грунта на глу-
бине кровли слабого слоя.
Величину Rz определяют по формуле (2.3) как для условного фундамента шириной bz и глубиной заложения dz. Коэффициенты условий ра-
боты γс1, γс2 и надежности k, а также коэффициенты Мγ Мд и Мс находят
применительно к слою слабого грунта.
Ширину условного фундамента bz назначают с учетом рассеивания
напряжений в пределах слоя толщиной z. Если принять, что давление σzp
37
действует по подошве условного фундамента АВ, то площадь его подош-
aaAb
zz
)(
2
вы должна составлять
где N
Az = N
- вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента.
o11
oII/σzp
,
Зная Az, найдем ширину условного прямоугольного фундамента по
формуле
,
где а= (l-b)/2 (l и b - длина и ширина подошвы проектируемого фундамента). Для ленточных фундаментов bz = Az / 1.
Если условие (2.7) при этом не удовлетворяется, то необходимо
принять большие размеры подошвы, при которых оно будет удовлетворяться.
Как уже говорилось, размеры подошвы фундамента по приведенным выше методикам являются предварительными, окончательные размеры могут быть назначены после расчета оснований фундаментов по деформациям.
Целью расчетов оснований по деформациям является ограничение
абсолютных или относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется
нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность
вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, изменения проектных уровней и положений конструкций, расстройства их соединений и т.п. При этом имеется в виду, что прочность и трещиностойкость фундаментов и надфундаментных конструкций проверены расчетом, учитывающим усилия, которые возникают при взаимодействии сооружения и основания.
Расчеты оснований по деформациям производят исходя из условия
S Su, (2.8)
где S - совместная деформация основания и сооружения, различные формы которой были показаны ранее, Su - предельное значение совместной
деформации основания и сооружения, устанавливаемое нормами или заданием на проектирование.
38
Деформации оснований могут вызываться различными причинами и
подразделяются на следующие виды.
Осадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грун-
тов основания под воздействием внешних нагрузок, включая действующие вблизи сооружения, и собственного веса грунтов основания. Осадки
развиваются без коренного изменения структуры грунтов.
Просадки - деформации, происходящие в результате уплотнения и
коренного изменения структуры грунтов основания под воздействием как
внешних нагрузок и собственного веса грунтов, так и проявления дополнительных факторов (замачивания посадочных грунтов, оттаивания ледовых прослоек в мерзлых грунтах и т. п.).
Подъем или усадка поверхности основания - деформации, связан-
ные с изменением объема некоторых видов грунтов при физических и химических воздействиях (морозное пучение при промерзании, набухание
при увеличении влажности и т. д., усадка при уменьшении влажности
грунтов и т.п.).
Оседание - деформации земной поверхности, вызываемые подзем-
ными работами (разработка полезных ископаемых, некачественное возведение подземных сооружений и т.п.), а также резким изменением гидрогеологических условий территории (понижение уровня подземных вод,
карстово-суффозионные процессы и т. п.).
Горизонтальные перемещения - деформации, вызываемые действи-
ем горизонтальных нагрузок и составляющих общей нагрузки (подпорные
стенки, фундаменты распорных систем и т. п.), а также связанные с большими вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках и т.п.
Из-за неоднородности грунтов в пределах пятна застройки и раз-
личных нагрузок на отдельные фундаменты сооружения обычно возникают неравномерные деформации основания, вызывающие также неравномерные деформации в конструкциях сооружения. На рис. 2.7 представлены характерные формы совместных деформаций сооружения и основания.
Абсолютная осадка основания отдельного фундамента S определя-
ется как среднее вертикальное перемещение подошвы фундамента. Зная
39
величины S для различных фундаментов, можно оценить неравномерность деформации основания и конструкции сооружения.
Средняя осадка основания сооружения
S= Si Ai/ Ai,
где Si - абсолютная осадка i-го фундамента с площадью подошвы Ai.
При известных значениях S
и S можно оценить необходимость и
i
наметить мероприятия по уменьшению осадок основания или приспособлению конструкций фундамента к неравномерным осадкам.
Относительная неравномерность осадок двух фундаментов S / L,
где S = Si - S
- разность абсолютных осадок соседних фундаментов, L –
i+1
расстояние между осями этих фундаментов, которое является важнейшей
характеристикой для оценки дополнительных усилий, возникающих в
конструкциях при неравномерной деформации оснований.
Крен фундамента (сооружения) i определяется как отношение разности осадок крайних точек подошвы фундамента к расстоянию между
ними. Кроме учета дополнительных усилий в конструкциях при возникновении крена отдельных фундаментов, знание этой величины важно для
оценки возможного нарушения технологического процесса в проектируемом сооружении (рис. 2.7, а).
Относительный прогиб или выгиб сооружения (рис. 2.7, б) - это отношение стрелы прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого
участка сооружения. Зная относительный прогиб (выгиб) сооружения или
отдельных его участков, можно определить кривизну изгибаемого участка
– величину, обратную радиусу искривления. Этот показатель используется при разработке типовых проектов зданий и сооружений и позволяет
устанавливать для них значения предельных деформаций оснований по
условиям прочности и трещиностойкости конструкций.
Относительный угол закручивания сооружения характеризует
пространственную работу сооружения и позволяет установить дополнительные усилия не только в несущих конструкциях, но и в перекрытиях.
Закручивание сооружения возникает при неравномерных осадках по его
торцам, имеющих разное направление (рис. 2.7, г).
Горизонтальное перемещение фундамента или сооружения в це-
лом определяется в соответствии со схемой рис. 2.7, д при действии гори-
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]