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
зонтальных составляющих нагрузок. Часто массивные сооружения при
1 2 3 4 5
l1 l
2
S1 S
2 S3 S4 S5
Прогиб
выгиб
S
1 S2
l
B
L
S
3
S
4
S1 S
2
1
а)
б)
в)
г)
д)
u
S
f
2
f
1
2
этом испытывают и деформации крена.
Характерные формы совместной деформации основания и сооружения (в соответствии с показанными на рис. 2.7) легко могут быть определены при известных значениях абсолютных осадок фундаментов. В свою
очередь, величины абсолютных осадок фундаментов устанавливаются
расчетом с использованием нескольких методов. Таким образом, левая
часть выражения (2.8) всегда может быть определена. При этом необходимо иметь в виду, что максимальное значение абсолютной осадки фундамента всегда будет соответствовать стабилизированному состоянию
основания. Однако в определенных инженерно-геологических условиях
максимальная неравномерность осадок фундаментов может возникнуть не
только после завершения процесса консолидации основания, но и в период развития осадок. Поэтому в необходимых случаях расчеты неравномерности осадок следует производить с учетом длительности процесса и
прогноза времени консолидации основания.
Рисунок 2.7.- Характерные формы совместных деформаций сооружения и основания:
а - расчетная схема; б - схема неравномерных осадок фундаментов; в - схема крена
жесткого сооружения; г - схема деформаций, приводящих к закручиванию сооружения;
д - схема сдвига жесткого сооружения
Предельные значения совместной деформации основания и сооружения (правая часть выражения (2.8)) устанавливаются исходя из необходимости соблюдения:
а) архитектурных требований (недопустимость неприятных впечатлений от деформации сооружения в целом, ограничение взаимных смещений отдельных элементов конструкций и архитектурных деталей,
41
обеспечение нормальных эксплуатационно-бытовых условий: ограниче-
Тип сооружения
Предельные деформации основания
Относи-
тельная
разность
осадок
Крен
Средняя осадка (в
скобках указана
максимальная
осадка) Su, см
1. Производственные и гражданские здания с
полным каркасом:
железобетонным
металлическим
0,002
0,004
-
-
(8)
(12)
2. Гибкие здания и сооружения, в конструк-
циях которых не возникают усилия от неравномерных осадок
0,006 - (15)
3. Многоэтажные бескаркасные здания с не-
сущими стенами из:
- крупных панелей
- крупных блоков или кирпичной кладки
без армирования
- то же с устройством железобетонных по-
ясов или армированием
0,0016
0,002
0,024
0,005
0,005
0,005
10
10
15
4. Жесткие сооружения высотой до 100 м
(кроме элеваторов и дымовых труб)
-
0,004
20
ние уклонов полов, перекосов стен, дверных и оконных проемов и т. п.);
б) технологических требований (условия эксплуатации лифтов,
подъемников и кранового оборудования, вводов и выпусков инженерных
коммуникаций и т. д.);
в) требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости кон-
струкций сооружения, включая его общую устойчивость.
Значения предельных деформаций устанавливаются соответствующими нормами проектирования, правилами эксплуатации оборудования
или заданием на проектирование сооружения. В качестве примера в табл.
2.5 приведены рекомендуемые значения предельных деформаций основания некоторых типов сооружений. Более полные данные содержатся
в СНиП 2.02.01.83.
При расчетах оснований по деформациям, исходя из условия (2.8),
необходимо учитывать возможность изменения как расчетных s, так и
предельных [s] значений деформаций основания за счет применения
строительных мероприятий по уменьшению сжимаемости и неоднородности грунтов основания, а также конструктивных мероприятий, направленных на снижение чувствительности сооружений к деформациям оснований.
Для расчета конечных (стабилизированных) осадок фундаментов
мелкого заложения наибольшее распространение получили метод послойного суммирования и метод эквивалентного слоя.
Таблица 2.5.-Предельные деформации основания
42
Метод послойного суммирования. В наиболее простой постановке
осадка находится только от одних вертикальных напряжений, действующих в основании по оси, проходящей через середину фундамента.
После определения размеров подошвы фундамента и проверки
условия (2.2) ось фундамента совмещают с литологической колонкой
грунта и строят эпюру природного давления σzg. Эпюра строится по оси
фундамента, начиная от поверхности природного рельефа.
Затем, зная природное давление на уровне подошвы фундамента
σ
, определяют дополнительное вертикальное давление (сверх природ-
zg,0
ного) на грунт р0, которое иногда называют осадочным давлением, подразумевая, что существенная осадка грунта произойдет только от действия
дополнительного давления:
Po = P11 — σ
, (2.9)
zg, о
где p11 - полное давление по подошве фундамента.
Установив величину ро, строят эпюру дополнительных вертикальных
напряжений в грунте σzр . Эпюру строят по точкам, для чего толщину
грунта ниже подошвы фундамента делят на элементарные слои. Напря-
жение на границе каждого слоя определяют по формуле
σzg = α ро,
где α - коэффициент, определяемый в зависимости от соотношений
п = l / b (l - длина, b - ширина подошвы фундамента) и m=2z/b (z - рассто-
яние от подошвы фундамента до точки на оси z, в которой определяется
напряжение σzg).
По нормам толщина элементарных слоев не должна превышать 0,4
ширины или диаметра подошвы фундамента, что, с одной стороны, повышает точность построения эпюры σzp, а с другой - позволяет рассматривать эпюру распределения напряжений в пределах каждого слоя как прямоугольную и производить расчет его осадки по формуле одноосного
сжатия:
s
= σ
i
zghi/Ei
.
Ограничив сжимаемую толщу глубиной, ниже которой сжатием
грунта можно пренебречь (глубина, где дополнительное давление составляет 0,2 природного давления или 0,1 в случае слабых грунтов), полную
43
осадку основания определяют как сумму осадок элементарных слоев в
пределах сжимаемой толщи по формуле
s=si. (2.10)
Метод эквивалентного слоя. В этом методе пространственная зада-
ча расчета осадок сводится к эквивалентной одномерной. Осадка определяется с учетом жесткости и формы подошвы фундамента и трех составляющих нормальных напряжений (σz, σу, σх) в предположении, что основание является линейно деформируемым телом.
Максимальную и среднюю осадки гибкого и осадку жесткого фун-
дамента определяют по формуле
S = po hэ mν. (2.11)
Мощность эквивалентного слоя hэ, входящую в формулу (2.11), рас-
считывают по формуле:
hэ = Аω b,
где А
- коэффициент эквивалентного слоя, определяемый по таб-
ω
лице СНиП в зависимости от коэффициента Пуассона для разных грунтов, жесткости и соотношения сторон загруженной площади п = l/b; здесь
b - ширина фундамента, м.
Осадку слоистого основания методом эквивалентного слоя вычисляют приближенно, вводя в расчет средневзвешенное значение относительного коэффициента сжимаемости грунта mv, в пределах сжимаемой
толщи.
Метод эквивалентного слоя существенно упрощает расчет осадок
фундаментов. Практика показала, что наиболее целесообразно его применять в расчетах фундаментов площадью до 20...30 м2 при однородных или
слоистых напластованиях, в которых сжимаемость отдельных слоев мало
отличается друг от друга, а также в случае слабых грунтов.
2.4. Расчет конструкций железобетонных фундаментов
Размеры подошвы и глубина заложения фундаментов определяются
расчетом основания, который приведен выше. Расчет конструкции фундамента (плитной части и подколонника) производится по прочности и
44
раскрытию трещин и включает: проверку на продавливание и раскалывание, определение сечений арматуры и ширины раскрытия трещин, а также
расчет прочности поперечного сечения подколонника.
Исходными данными для расчета являются: размеры подошвы
плитной части; глубина заложения и высота фундамента; площадь сечения подколонника или ширина фундаментной стены; сочетания расчетных и нормативных нагрузок от колонны на уровне обреза фундамента.
Расчет фундаментов по прочности и раскрытию трещин производится на основное и особое сочетания нагрузок. При расчете фундамента
по прочности расчетные усилия и моменты принимаются с коэффициентом надежности по нагрузке по указаниям действующих СНиП, а при
расчете по раскрытию трещин - с коэффициентом надежности по нагрузке, равным единице.
При проверке прочности плитной части фундамента на обратный
момент необходимо учитывать нагрузки от складируемого на полу материала и оборудования.
При расчете фундаментов по прочности и по раскрытию трещин
возникающие в них усилия от температурных и им подобных деформаций
принимаются изменяющимися по вертикали от полного их значения на
уровне обреза фундамента до половинного значения на уровне подошвы
фундамента.
2.4.1. Расчет фундаментов на продавливание
Расчет на продавливание производится из условия, чтобы действующие усилия были восприняты бетонным сечением фундамента без установки поперечной арматуры. При расчете фундамента на продавливание
определяется минимальная высота плитной части Н и назначаются число
и размеры ее ступеней или проверяется несущая способность плитной
части при заданной ее конфигурации.
При расчете на продавливание от верха плитной части предполагается, что продавливание происходит по граням, которые наклонены под
углом 45° к горизонтали и ограничены сверху гранями жестких элемен-
45
тов, снизу - подошвой фундамента (рис. 2.8). Следует отметить, что про-
00
hbRpA
abt
pA
0
0
hbR
abt
р
AAA
0
2
0
)2( hbA
кp
)(4
0
hbb
кa
давливания плитной части не происходит, если в любом сечении фундамента плоскости, проведенные от границ изменения жесткости плитной
части под углом 45° к горизонтали, не пересекают подошву; такие фундаменты называют жесткими (рис. 2.8). На рис. 2.9 приведены наиболее типичные схемы разрушения при продавливании.
Рисунок 2.8.- Схема жесткого фундамента
Условие продавливания может быть получено при рассмотрении
равновесия внешних (р – реактивное давление грунта) и внутренних сил
(
, - сопротивление бетона), действующих на заштрихованные участки
б
(рис.2.9), при достижении внутренними силами критического значения
. Таким образом, из сказанного следует, что равнодействующая
б=Rbt
вешних сил не должна превышать проекции равнодействующей внутренних сил на вертикальную ось. Отсюда для расчетных схем, представленных на рис. 2.9, получены следующие выражения:
а) для центрально нагруженного квадратного фундамента
, (2.12)
где
сил на вертикальную ось;
ка; здесь A – площадь подошвы фундамента;
нижнего основания пирамиды продавливания; R
-равнодействующая внешних сил;
- площадь заштрихованного участ-
- проекция внутренних
– площадь
– расчетное сопротив-
bt
ление бетона на растяжение; h0 – расстояние от верха плитной части до
средины арматуры;
– среднеарифметическое значение
верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания;
46
Рисунок 2.9.- Схемы разрушения плитной части фундаментов от продав-
ливания:
а - центрально нагруженного квадратного фундамента; б - внецентренно нагруженного
квадратного фундамента; в - центрально и внецентренно нагруженного прямоугольно-
го фундамента; г - центрально и внецентренно нагруженного ленточного фундамента
47
б) для внецентренно нагруженного квадратного фундамента
0max0
hbRpA
abt
max0
pA
0
hbR
abt
4/))2((2/)2(
2
0
2
00
hbbchbbA
кк
0
hbb
кa
00
hbRpA
abtп
пpA0
0
hbR
abt
)2(25,0)2(5,0
00
hbbhllbA
кко
0
hbb
кa
00
hRpA
btп
пpA0
0hRbt
)2(5,0
0
hbbсA
ко
, (2.13)
где
них сил на вертикальную ось;
площадь заштрихованного участка; R
- равнодействующая внешних сил;
– расчетное сопротивление бетона
bt
- проекция внутрен-
-
на растяжение; h0 – расстояние от верха плитной части до средины арматуры;
– среднеарифметическое длин верхнего и нижнего ос-
нований грани, по которой происходит продавливание;
в) для центрально и внецентренно нагруженного прямоугольного
фундамента
, (2.14)
где
нагружении, рп=р
сил на вертикальную ось;
площадь заштрихованного участка; R
- равнодействующая внешних сил; рп=р при центральном
при внецентренном;
max
- проекция внутренних
-
– расчетное сопротивление бетона
bt
на растяжение; h0 – расстояние от верха плитной части до средины арматуры;
– среднеарифметическое длин верхнего и нижнего ос-
нований грани, по которой происходит продавливание;
г) для центрально и внецентренно нагруженного ленточного фунда-
мента
, (2.15)
где
жении, рп=р
вертикальную ось;
участка; R
-равнодействующая внешних сил; рп=р при центральном нагру-
при внецентренном;
max
- проекция внутренних сил на
- площадь заштрихованного
– расчетное сопротивление бетона на растяжение; h0 – рассто-
bt
яние от верха плитной части до средины арматуры.
С помощью выражений (2.12)-(2.15) можно определить полную
требуемую высоту плитной части H, которая окончательно принимается
кратной 150 мм, но не менее 300 мм. При значительной требуемой высоте
H плитную часть следует выполнять двух- или трехступенчатой с высотами hi, равными 300, 450, 600 мм.
Число и высота ступеней назначаются в зависимости от полной высоты плитной части Н в соответствии с учетом модульных размеров. Вначале определяется вынос и высота нижней ступени фундамента и прове-
48
ряется условие на продавливание ее верхними ступенями по одной из
;211cll
;
11
mlb
;)/()2(
32312 cк
lhhhlcll
к
lmlb
22
H
h
h
h
l
l
c
l
l
A
B
1
1
2
R
3
1
2
формул (2.12)-(2.15).
Минимальные размеры остальных ступеней фундамента в плане
определяются после установления выноса нижней ступени c1 пересечениями линии АВ с линиями, ограничивающими высоты ступеней (рис. 2.10).
Для двухступенчатых и трехступенчатых фундаментов эти размеры
должны быть не менее:
,
здесь m - отношение меньшей стороны фундамента к большей, принимаемое равным 0,6 - 0,85.
Рисунок 2.10.- К определению высоты ступеней
ции размеров фундаментов. При этом необходимо учитывать, что вынос
ступеней, особенно нижней, определяет количество арматуры. В этой связи назначенные по приведенной выше методике размеры ступеней могут
быть скорректированы из условия экономичности армирования.
Окончательные размеры ступеней назначаются с учетом унифика-
49
2.4.2. Расчет фундаментов по прочности на раскалывание
btlccc
RAlbN
)/1(
btbccc
RAblN
)/1(
)9,0/(
SiiS
RhMA
По прочности на раскалывание эти фундаменты проверяются от
действия нормальной силы N в сечении колонны у обреза фундамента по
формулам:
; (2.16)
, (2.17)
где
- коэффициент трения бетона по бетону, равный 0,7;
коэффици-
с
ент условий работы фундамента в грунте, равный 1,3; Al, Ab - площади
вертикальных сечений фундамента в плоскостях, проходящих по осям колонны параллельно сторонам l и b подошвы фундамента, за вычетом
площади сечения стакана.
При bc /lc< Ab,/Al расчет ведется по формуле (2.16), при bc/lc> Ab,/Al по формуле (2.17). При определении N по формуле (2.16) отношение bc /lc
должно приниматься более 0,4, а по формуле (2.17) - не менее 2,5.
После проведения расчетов на продавлиание и раскалывание принимается большее значение несущей способности фундамента.
2.4.3. Определение площади сечений арматуры плитной части
Площадь сечений рабочей арматуры As в обоих направлениях определяется из расчета на изгиб консольного выступа плитной части фундамента в сечениях на грани колонны (подколонника) и по граням ступеней
от действия давления грунта, согласно расчетной схемы приведенной на
рис. 2.11.
Площадь сечения арматуры на всю ширину фундамента определяется по формуле
,
где Мi – изгибающий момент в рассматриваемом сечении консольного
выступа (по грани колонны или по граням ступеней); hi – рабочая высота
рассматриваемого сечения от верха ступени до центра арматуры; RS - рас-
четное сопротивление арматуры.
Изгибающие моменты Мi в расчетных сечениях определяются по
давлению грунта р, вычисленному от расчетных значений нормальной си-
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]