ОиФ.Методичка практ. занятия

где hc – высота поперечного сечения колонны;

ds – диаметр продольной арматуры колонны, принимаем dsmin =16мм;

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

меров подошвы.

Определение размеров подошвы фундамента

Площадь подошвы фундамента определяется по формуле:

где NII – продольное усилие, передаваемое колонной, приложенное к фундаменту на уровне его обреза;

d – глубина заложения фундамента;

γmt - среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его ус-

тупах, γmt =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 подош-

вы фундамента принимается η = 0,6….0,85. Учитывая, что Af =bf l f и

Тогда длина подошвы фундамента lf определяется по формуле:

Округляем значения размеров подошвы фундамента кратными 0,3м в

большую сторону.

После этого уточняется условное расчетное сопротивление грунта:

R = γc1kγc2 [Mγ kzbf γII + M qd1γII/ + (M q −1)dbγII/ + M ccII ], (2.8.9)

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 ,

51

принимаются по табл.4 [6] или по табл.4.3 приложения 4 пособия; bf – ширина подошвы фундамента, м; kz – коэффициент, при ширине подошвы фун-

дамента bf = < 10м kz = 1,0; db – глубина подвала; сII – расчетное значение

удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой

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

Проверяем выполнение условий:

вой внецентренно нагруженного фундамента;

W = b f6l 2f - момент сопротивления подошвы фундамента.

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 вы-

Полученные из расчета размеры подошвы округляются кратно 0,3 м в

большую сторону. Окончательные размеры подошвы фундамента устанавли-

ваются 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:

52

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 ко-

эффициент,

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

где as.- защитный слой бетона.

После этого определяется полная расчетная высота фундамента:

53

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 =0,3м и hc = 0,3м, соотношение длины здания к 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 на обрез 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.

1. Определение высоты фундамента по конструктивным требованиям

Исходя из условий жесткой заделки колонны в фундаменте, определяем минимальную высоту фундамента:

Hf = hcf + 0,2м=0,45+0,2=0,65м,

где hcf = hз + 0,05м=0,4+0,05=0,45м;

глубина заделки колонны в стакан фундамента:

hз = (1,0…1,5)hc=1· hc=0,3=0,3м,

hз = k·ds=25·16=400=0,4м,

принимаем наибольшее значение hз = 0,4м.

Минимальная высота железобетонного фундамента под железобетон-

ные колонны для одноэтажных и многоэтажных зданий из условий надежно-

го защемления фундамента в грунте равна Hf = 1,5 м.

По конструктивным требованиям высоту фундамента принимаем

Hf=1,5 м.

54

2. Определение глубины заложения фундамента

Рис.2.8.1. К определению глубины заложения фундамента по конструктивным требованиям

а) Определяем расчетную глубину промерзания df несущего слоя грун-

та:

df = k·dfn = 0,4 1,65 = 0,66 м.

б) Выясняем, зависит ли глубина заложения фундамента от глубины промерзания грунтов. Для этого определяем величину df +2 =0,66+ 2 = 2,66м. Т.к. dw = 3,65 м > df + 2 = 2,66 м, то для нашего несущего слоя – суглинок тугопластичный с показателем текучести грунта JL = 0,27 – глубина заложения фундамента d1 назначается не менее расчетной глубины промерзания грунта

df.

в) Определяем глубину заложения фундамента d по конструктивным требованиям (рис.2.8.1):

d = Hf + hц = 1,5 + 0,15 = 1,65 м, где Hf = 1,5 м;

hц – высота цоколя, hц = 0,15 м.

Так как расчётная глубина промерзания df грунта меньше, чем конструктивная глубина заложения d фундамента, то в качестве расчётной глубины заложения фундамента принимаем большую из них, т.е. d = 1,65 м.

3. Определение размеров подошвы фундамента

Принимаем соотношение размеров сторон подошвы фундамента –

η = 0,75.

Исходя из принятого соотношения сторон, определяем предварительные (ориентировочные) размеры подошвы фундамента:

Тогда длина подошвы фундамента lf определяется по формуле

55

l f = bηf = 10,,7575 =2,33 м.

Округляем значения размеров подошвы фундамента кратными 0,3м в большую сторону:

bf=1,8м, lf=2,4м.

Уточняем расчетное сопротивление грунта основания R.

R = γc1kγc2 [Mγ kzbf γII + M qd1γII/ + (M q −1)dbγII/ + M ccII ],

где γс1 = 1,2 и γс2 = 1,06; k = 1,0,

для ϕ = 18° – Мγ = 0,43, Мq = 2,73, Мс = 5,31,

bf = 1,8 м; kz = 1,0, bf = 1,8;

сII = 17 кПа;

γII/ =γ1 =17,5 кН/м3,

γII – осредненное значение удельного веса грунтов ниже подошвы фундамента:

γII = γ1h12 h12 + h2 /1 + h2 / 2 + h3 =

=17,5 0,5 +19,5 1,5 + 9,65 1,5 + 20,5 1,5 =15,0 кН/м3, 0,5 +1,5 +1,5 +1,5+γsb2h2 / 2+γ2h2 /1 +γ3 h3

где γ1 - удельный вес грунта ненарушенной структуры ИГЭ-1 (см. выше); γ2 - удельный вес грунта ненарушенной структуры ИГЭ-2; γsb2 – удельный вес грунта ИГЭ-2 с учетом взвешивающего действия воды, определяется по формуле:

где γw – удельный вес воды, e4 = 0,71 – коэффициент пористости грунта ИГЭ- 2; γw = 10 кН/м3; γs2 – удельный вес твёрдых частиц грунта ИГЭ-2; γ3 - удельный вес грунта ненарушенной структуры ИГЭ-3.

R =1,21,10,06[0,43 1,0 1,8 15,0 + 2,73 1,65 17,5 + 5,31 17]=230 кПа.

Определяем максимальное и минимальное краевое давление и среднее давление под подошвой внецентренно нагруженного фундамента в предположении линейного распределения напряжений в грунте.

56

Pminкр = 183,5 кПа > 0;

Рср = 218,2 кПа < R = 230 кПа.

Все условия выполняются, следовательно фундамент подобран правильно. Однако в основании имеется значительное недонапряжение, состав-

фундамент запроектирован неэкономично, что недопустимо. Принимаем решение уменьшить размеры подошвы фундамента, приняв в качестве расчетных размеры плитной части, равные: bf = 1,8 м и lf = 2,1 м. Так как ширина подошвы не изменилась, то нет необходимости пересчитывать R.

Проверяем выполнение условий:

W = 1,32 м3;

Pmaxкр =290 кПа > 1,2R = 276 кПа; Pminкр =199 кПа > 0;

Pср =244,5 кПа > R = 230 кПа.

Условия не выполняются, следовательно размеры подошвы фундаменты оставляем прежние: bf=1,8м, lf=2,4м.

4. Определение расчётной высоты фундамента

где NI – расчётная нагрузка, передаваемая колонной на уровне обреза фунда-

мента, NI = γf NII = 1,2 800,0 = 960,0 кН;

57

Определяем требуемую расчетную высоту плитной части фундамента

hpl по формуле

hpl = h0pl + as = 0,4 + 0,04 = 0,44 м > 0,3 м, условие выполняется,

Определяем расчетную высоту фундамента Hf по формуле

Hf = hpl + hсf = 0,44 + 0,45 = 0,89 м.

Полученную высоту фундамента Hf округляем в большую сторону кратно 0,3 м. Принимаем Hf = 1,2 м.

Так как высота фундамента, требуемая по конструктивным требованиям, больше высоты фундамента, требуемой по расчету, то в качестве расчетной принимаем большую из них, т.е. Hf = 1,5 м.

5. Конструирование фундамента

Конструирование фундамента выполняем в следующей последовательности. Назначаем количество и высоту ступеней фундамента, принимая их кратно 0,15 м (рис.2.8.2).

Рис.2.8.2. К определению высоты фундамента, конструирования фундамента

Так как h0pl = 0,4 м ≤ 0,45 м, то принимаем одну ступень фундамента, при этом высоту ступени назначаем равной 0,45 м, т.е. h1 = 0,45 м. Тогда окончательная высота плитной части фундамента принимается равной hpl = 0,45 м, а окончательная рабочая высота плитной части фундамента h0pl = hpl – as = 0,45 – 0,04 = = 0,41 м.

58

2.8.2. Задача №9. Расчет свайного фундамента

Расчет свайного фундамента начинается с определения глубины заложения подошвы ростверка.

Затем определяется длина сваи lс, назначаемая из условий выбора ин- женерно-геологического элемента по глубине грунтового массива с наиболее приемлемым условным расчетным сопротивлением R0 под острием сваи.

Величина анкеровки (laнк) сваи в опорном слое грунта принимается:

– не менее 0,5 м в крупнообломочных грунтах, гравелистых, крупных и средней крупности песках, глинистых грунтах с показателем текучести

IL≤0,1;

– не менее 1 м в остальных грунтах.

Оголовок сваи при свободном сопряжении с ростверком должен быть заделан в ростверк на глубину lзад =5…10см.

Тогда имеем длину сваи:

lс= laнк +h1+ h2+ h3+ hn +lзад, (2.8.18)

где h1, h2, h3, hn – мощности инженерно-геологических элементов на расстоянии от острия сваи до заделки сваи в ростверк (до подошвы ростверка).

По величине lс из каталога принимается марка сваи (прил. 7 настоящего пособия).

Определяется несущая способность призматической висящей сваи по глубине основания практическим методом:

где γc – коэффициент условий работы сваи в грунте, γc = 1,0; γcR и γcf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижней и боковой поверхностями сваи, при погружение молотом γcR = 1,0, γcf = 1,0; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимается по табл. 1 [11], табл. 7.1 [16] или табл. 6.1 прил. 6 настоящего учебного пособия; Aсв – площадь поперечного сечения сваи; u – наружный периметр поперечного сечения сваи; hi – мощность i-ого однородного слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (принимается не более 2 м); n – количество слоев прорезаемых сваей; fi – расчётное сопротивление сдвигу боковой поверхности сваи по i-му слою грунта, принимается согласно табл. 2 [11]; табл.7.2 [16] или табл.6.2 прил.6 настоящего учебного пособия.

Далее рассчитывается допустимая нагрузка ND на сваю:

ND = Fd , (2.8.20)

γk

где γm – коэффициент надёжности по нагрузке, γm = 1,4.

59

Исходя из предположения, что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на сваи, расположенные в кусте, определяем требуемое количество свай в фундаменте по формуле

n ≥ (N1 +0,1N1 ) k1 ,

N D

где k1 – коэффициент, для трапецеидальных эпюр k1 = 1,0 ÷ 1,2; 0,1N1 – вес ростверка и грунта на его обрезах.

После определения количества свай производится размещение их в плане, конструирование ростверка выполняем конструктивно, руководствуясь следующими требованиями:

-равнодействующая от постоянных нагрузок должна проходить как можно ближе к центру тяжести условной подошвы свайного фундамента;

-минимальное расстояние в плане между осями свай должно быть не менее 3d, где d – диаметр круглой или размер стороны поперечного сечения квадратной сваи;

-расстояние от края ростверка до оси крайнего ряда свай принимается равным размеру поперечного сечения сваи.

-с целью использования унифицированной опалубки, габаритные размеры ростверка в плане должны быть кратны 0,3 м, а по высоте – 0,15 м.

Пример расчета

Исходные данные:

Многоэтажное здание каркасного типа, с железобетонными колоннами квадратного сечения с размерами сторон bc =0,3м и hc = 0,3м.

ИГЭ-1 – так как IL=0,27, то суглинок тугопластичный: 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: h3= 1,5м, γ3= 20,5кН/м3.

dW=2,0м.

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

Решение

1.Принимаем кустовой отдельно стоящий тип фундамента.

2.Величину заделки сваи в ростверк принимаем lзад =5см.

3.Высота плитной части ростверка свайного фундамента по конструктивным соображениям определяется по формуле

hp = lзад + 0,25 = 0,05 + 0,25 = 0,3 м.

Высоту плитной части ростверка принимаем кратно 0,15 м, т.е. hp = 0,3 м.

60