2.2 Выбор глубины заложения подошвы плитного фундамента

Глубину заложения подошвы плитного фундамента назначаю по ТКП 45-5.01-67 (раздел 5.2).

Согласно 5.2.1 минимальная глубина заложения подошвы фундамента должна быть, как правило, на 0,5 м ниже уровня планировки или пола подвала, гарантировать недопущение предельных состояний основания (конструкций сооружения) и назначается исходя из:

а) конструктивных особенностей проектируемого сооружения (нагрузок, воздействий), сопряжения фундамента с надземными конструкциями и его расположения по отношению к существующим фундаментам, коммуникациям и рельефу территории;

б) особенностей напластования и свойств отдельных слоев грунта основания, гидрогеологи­ческого режима и возможных их изменений во времени;

в) уровня подземных вод и его колебания, возможности размыва грунта в зоне фундаментов;

г) глубины и условий сезонного промерзания и оттаивания грунтов, приводящих к их пучению.

Согласно виду песчаного грунта, лежащего в основании (песок средней крупности и крупный) пучиностость не учитываю, т.к. грунты находятся в твердом состоянии (п. 5.2.2 ТКП 45-5.01-67)

Сечение 6-6 – столбчатый фундамент (под колонну фахверковую пенькового типа 600400 мм) с фундаментными балками (под кирпичную стену толщиной 400 мм).

Согласно 5.2.3.1— не менее 0,5d₁ — в случае залегания ниже подошвы фундамента суглинков и глин, в том числе в качестве заполнителя с I_L  0,25

D₁=k_hd_fn, где d_fn — нормативная глубина промерзания, устанавливаемая по схематической карте равная 1,4метра

k_h — коэффициент влияния теплового режима здания на промерзание грунта у наружных стен, который равен 06

Минимальная глубина заложения фундаментов принимается не менее 0.5 м от поверхности планировки.

Тогда d₁=0.6•1,40,84 м. Принимаю d = 1,65 м (отметка обреза -0,150).

Сечение 2-2 – столбчатый фундамент (под колонну 600400 мм) с фундаментными балками.

Подошва фундаментов заглубляется ниже пола подвала не менее чем на 0.4 м. При этом верх подушки фундамента должен быть расположен ниже уровня чистого пола подвала. Поэтому, исходя из приведённых выше требований, и предполагая:

- что отметка уровня планировки совпадает с отметкой чистого пола первого этажа

- что высоты фундаментной подушки 450 мм будет достаточно для обеспечения её прочности на продавливание и изгибающий момент (50 мм от верха подушки до уровня чистого пола подвала)

то минимальная глубина заложения подошвы фундамента от поверхности планировки должна составлять 3.5 метра. (высота подвала 3м).

2.3 Выбор конструкции фундамента и определение его размеров

При расчете оснований по деформациям необходимо, чтобы среднее давление Р под подошвой центрально нагруженного фундамента не превышало расчетного сопротивления грунта R.

Для внецентренно нагруженного фундамента предварительно проверяются три условия:

P_MAX1,2R ; P<R ; P_MIN>0

Расчетное сопротивление грунта основания R в кПа определяется по формуле согласно формуле 5.16 ТКП 45-5.01-67 (раздел 5.4):

где _c1 и _c2 – коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 5.2 ТКП 45-5.01-67 и равные для песчаных оснований 1,3 и 1,1 (вариант здания с ограниченно-жесткой конструктивной схемой по 4.4.3 ТКП 45-5.01-67 (здания и сооружения с рамными и неразрезными железобетонными конструкциями) при соотношении длины здания к высоте 48,0/10,8  4,4) соответственно;

k – коэффициент зависящий от прочностных характеристик грунта  и C, равный 1,0 (вариант определения характеристик испытаниями согласно геологических данных, приведенных во введении);

M_, M_q, M_c – коэффициенты, принимаемые по таблице 5.3 ТКП 45-5.01-67 и равные 1,55; 7,22;9,22соответственно (угол внутреннего трения  = 34 для пласта №2);

k_z – коэффициент, зависящий от ширины подошвы фундамента, равный 1,0 (вариант при ширине предположительно до 10 м);

b – ширина подошвы фундамента;

_II – среднее арифметическое расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента на глубину сжимаемой толщи, но не менее 2b при b  1 м и не менее 0,5b при b  1 м, кН/м³:

При наличии подземных вод определяется с учетом их взвешивающего действия:

где _s и _w – соответственно удельный вес твердых частиц грунта и воды, кН/м³.

E_i – модуль деформации, кПа;

е – коэффициент пористости.

_II^’ – среднее арифметическое расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, равный 0,95_II.

C_II – расчетное удельное сцепление грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, равное 0,2 кПа;

d₁ — глубина заложения фундамента бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных или внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:

=0,4+0.1 ;

h_s =0,4 - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м,

h_cf = 0.1 - толщина конструкции пола подвала, м,

=22 — расчетное значение удельного веса конструкции пола,

,

d_b – глубина подвала, принимаю для расчетных сечений 3м. d_b — глубина подвала, от уровня планировки до верха пола, м (для сооружений с подвалом шириной В  20 м и глубиной более 2 м допускается принимать d_b = 2 м, при ширине подвала В  20 м или отсутствии подвала d_b = 0).

В общем случае, формула имеет вид:

-

для фундамента 6-6 и

Столбчатого фундамента

Давление под подошвой фундамента:

- для центрально нагруженного фундамента

- для внецентренно нагруженного фундамента

где: Р_m, Р_max, P_min – соответственно среднее, максимальное и минимальное давление на грунт под подошвой фундамента;

N_0,II – нормативная нагрузка на уровне обреза фундамента, кН;

M_0,II – нормативный изгибающий момент, кНм;

_m – осредненный удельный вес, принимаемый в пределах 20…22 кН/м³, назначаю 22 кН/м³.

d – глубина заложения фундамента, равная 1,65 м –для бесподвальной части и 0,6 м для части с подвалом (для подвальных помещений — глубина заложения от пола подвала).

A – площадь подошвы фундамента, м²

W – момент сопротивления площади подошвы фундамента в направлении действия момента, м³

Сечение 2-2

Внецентренно нагруженный фундамент , принимаю прямоугольный фундамент, учитывая размеры колонны в плане (600400 мм) с величиной a=1,1b .

1. Задаюсь шириной фундамента b = 1,8м

При определении _II  глубина толщи грунта h=b/2 = 1,8/2 = 0,9 м. Попадает в пласт №2. Расчет выполняю с учетом взвешенного состояния грунтов.

Определяю расчетное сопротивление грунта:

Площадь подошвы фундамента

Момент сопротивления

2. Задаюсь шириной фундамента b = 2,0 м

При определении _II  глубина толщи грунта h=b/2 = 2,0/2 = 1,0 м. Попадает в пласт №2. Расчет выполняю с учетом взвешенного состояния грунтов.

Определяю расчетное сопротивление грунта:

Площадь подошвы фундамента

Момент сопротивления

3. Задаюсь шириной фундамента b = 2,2 м

При определении _II  глубина толщи грунта h=b/2 = 2,2/2 = 1,1 м. Попадает в пласт №2. Расчет выполняю с учетом взвешенного состояния грунтов.

Определяю расчетное сопротивление грунта:

Площадь подошвы фундамента

Момент сопротивления

4. Задаюсь шириной фундамента b = 2,4 м

При определении _II  глубина толщи грунта h=b/2 = 2,4/2 = 1,2 м. Попадает в пласт №2. Расчет выполняю с учетом взвешенного состояния грунтов.

Определяю расчетное сопротивление грунта:

Площадь подошвы фундамента

Момент сопротивления

Давление под подошвой фундамента по сечению 6-6 изображаю в виде графиков, показанных на рисунке 1.

Рисунок 1 – Определение ширины подошвы фундамента графическим способом по сечению 2-2

Принимаю ширину подошвы фундамента b = 2,2 м (точка пересечения графиков). Тогда длина подошвы a = 1,1b = 1,1·2,2 = 2,42 м.

Принимаю длину подошвы a = 2,4 м.

Фактическая площадь подошвы фундамента:

Фактический момент сопротивления:

Проверяю условия:

Окончательно по сечения 2-2 принимаю фундамент с размерами подошвы в плане 2,22,4м.

Размеры фундамента в плане и разрезе показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 – Размеры фундамента в плане и разрезе по сечению 2-2

Сечение 6-6

Внецентренно нагруженный фундамент (нагрузка от колонны и фундаментных балок с кирпичной стеной), принимаю прямоугольный фундамент, учитывая размеры колонны в плане (600400 мм).

Учитывая увеличение изгибающего момента и уменьшение нормативной нагрузки, ширину определяю исходя из главного условия: P_min>0.

Задаюсь шириной фундамента b = 2,4 м.

При определении _II  глубина толщи грунта h=b/2 = 2,4/2 = 1,2 м. Попадает в пласт №1. Расчет выполняю с учетом взвешенного состояния грунтов.

Определяю расчетное сопротивление грунта:

Площадь подошвы фундамента

Момент сопротивления

Окончательно по сечения 3-3 принимаю фундамент с размерами подошвы в плане 2,42,6 м.

Размеры фундамента в плане и разрезе показаны на рисунке 3.

Рисунок 3 – Размеры фундамента в плане и разрезе по сечению 3-3

2.4 Вычисление вероятной осадки фундамента

Расчет осадок выполняю в соответствии с разделом 5.6 ТКП 45-5.01-67.

Расчет осадки фундамента производится по формуле:

S  S_u где

S – конечная осадка отдельного фундамента, определяемая расчетом;

S_u – предельная величина конечной осадки основания фундамента зданий и сооружений, принимаемая по 5.5.3 ТКП 45-5.01-67. В курсовом проекте, согласно данному пункту, принимаю по приложению Б таблицы Б.1 СНБ 5.01.01 – 80 мм (графа 1, вариант: производственные и гражданские одноэтажные и многоэтажные сооружения с полным железобетонным каркасом).

Расчет выполняю основным методом – послойного суммирования с использованием расчетной схемы линейно-деформируемого полупространства, ограниченного условной глубиной сжимаемой толщи.

Расчет начинаю с построения эпюр природного (от собственного веса грунта) и дополнительного давлений. На поперечный контур фундамента влево и вправо от его оси, проходящей через центр тяжести, откладываю ординаты эпюр:

- природного давления _zg в кПа, определяемого по формуле:

_i – удельный вес грунта i-го слоя;

h_i – толщина i-го слоя грунта, м.

Величину природного давления определяю на границе каждого слоя грунта. Ниже горизонта подземных вод – с учетом гидростатического взвешивания.

Слева от центральной оси фундамента строю эпюру природного давления , а справа от оси фундамента – 0,2_zg.

Определяю дополнительное вертикальное давление в уровне подошвы фундамента _zp0 за вычетом природного давления p₀.

_{Для построения эпюры дополнительного давления zp основание ниже подошвы фундамента в пределах глубины сжимаемой зоны, приблизительно равной трехкратной ширине фундамента, разбиваю на ряд элементарных слоев мощностью 0,2b.}

_{Дополнительное вертикальное напряжение для любого сечения на глубине z от подошвы фундамента определяю по формуле:}

_{ – коэффициент затухания, принимаемый по таблице 5.10 ТКП 45-5.01-67 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента =1/b и относительной глубины  = 2z/b.}

В одинаковом масштабе с природным давлением грунта, справа от центральной оси фундамента, строю эпюру дополнительных напряжений _zp.

После этого определяю нижнюю границу сжимаемой толщи основания (глубина, где величина дополнительных напряжений составляет не более 0,2_zp.

_{После построения эпюр zp и 0,2zg совмещаю их. Точка пересечения эпюр является нижней границей сжимаемой зоны на расстоянии от подошвы фундамента.}

_{Расчет конечной осадки фундамента S определяю по формуле:}

_zp,i – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта вдоль вертикали, проходящий через центр тяжести фундамента, равное полусумме напряжений на верхней z_i-1 и нижней z_i границах слоя, кПа;

h_i – толщина i-го слоя грунта основания, см;

E_i – модуль общей деформации грунта i-го слоя, кПа;

n – число слоев h_i, на которые разделена по глубине сжимаемая зона основания;

 – безразмерный коэффициент, равный 0,8.

Расчет конечной осадки фундамента выполняю в табличной форме. Расчет осадки фундамента по сечению 2-2 приведен в таблице 3, по сечению 3-3 – в таблице 4.

Расчетная схема для определения осадок фундамента по сечению 2-2 показана на рисунке 4, 3-3 – на рисунке 5.

Таблица 3 – Расчет конечной осадки фундамента по сечению 2-2

Номер пласта	Номер элементарного слоя, hi	Толщина элементарного слоя, hi, см	Относительная глубина  = 2z/b	Коэффициент затухания 	Среднее дополнительное напряжение в слое zpi, кПа	Среднее напряжение от природного давления грунта zgi, кПа	0,2zgi, кПа	Модуль общей деформации грунта Ei, кПа	Осадка слоя, si, мм
1	0	29	-	-	-	4,1	0,8	-	-
	0	29	-	-	-	0=4,1	0=0,8	-	-
2	1	157	-	-	-	30,6	6,1	24000
	0-1	186	-	-	-	0-1=34,7	0-1=6,9		-
	2	164	-	-	315,2	21,3	4,3
	0-2	350	-	-	-	0-2=56	0-2=11,2		-
	3	59	0,54	0,72	227,0	7,7	1,5		7,0
	1-3	380	-	-	-	-	-		-
	0-3	409	-	-	-	0-3=63,7	0-1=12,7	-	-
3	4	44	0,94	0,388	122,3	54,1	10,8	30000	2,2
	5	44	1,34	0,232	73,1				1,3
	6	44	1,74	0,147	46,3				0,8
	7	44	2,14	0,103	32,5				0,6
	8	44	2,54	0,083	26,2				0,5
	9	44	2,94	0,058	18,3				0,3
	10	44	3,34	0,045	14,2				-
	11	44	3,74	0,036	11,3				-
	12	46	4,15	0,029	9,1				-
	4-12	398	-	-	-	-	-		-
	0-12	807	-	-	-	0-12=117,8	0-1=23,5	-	-
4	13	44	4,55	0,025	7,9	29,0	5,8	18000	-
	14	44	4,95	0,021	6,6				-
	15	44	5,35	0,019	6,0				-
	16	71	6,0	0,016	5,0				-
	13-16	203	-	-	-	-	-		-
	0-16	1010	-	-	-	0-12=146,8	0-1=29,3	-	-
	3-16	660						si=11,4
Конечная осадка S = 11,40 мм  Su = 80 мм оставляю размеры фундаментов без изменения 2,2*2,4 м

Рисунок 4 – Расчетная схема для определения осадок фундамента по сечению 2-2

Таблица 4 – Расчет конечной осадки фундамента по сечению 6-6

Номер пласта	Номер элементарного слоя, hi		Толщина элементарного слоя, hi, см		Относительная глубина  = 2z/b		Коэффициент затухания 		Среднее дополнительное напряжение в слое zpi, кПа		Среднее напряжение от природного давления грунта zgi, кПа		0,2zgi, кПа		Модуль общей деформации грунта Ei, кПа	Осадка слоя, si, мм
1	0		0		-		-		-		-		-		-	-
	0		0		-		-		-		-		-		-	-
2	1		165		-		-		153,6		32,2		6,4		24000	-
	0-1		165		-		-		-		0-1=32,2		0-1=6,4			-
	2		48		0,4		0,81		124,4		42,0		8,4			3,1
	3		48		0,8		0,47		72,2							1,8
	4		48		1,2		0,272		41,8							1,0
	5		48		1,6		0,171		26,3							0,7
	6		65		2,1		0,107		16,4							0,6
	7		66		2,7		0,067		10,3							0,4
	2-7		323		-		-		-		-		-		-	-
3	0-7		488		-		-		-		0-7=74,2		0-7=14,8		-	-
	8		48		3,1		0,052		8,0		54,0		10,8		30000
	9		48		3,5		0,041		6,3
	10		48		3,9		0,033		5,1
	11		48		4,3		0,027		4,1
	12		48		4,7		0,023		3,5
	13		48		5,1		0,02		3,1
	14		48		5,5		0,018		2,8
	15		61		6,0		0,016		2,5
	8-15		397		-		-		-		-		-		-	-
	0-15		885		-		-		-		0-15=128,2		0-15=25,6		-	-
2-15		720		-		-		-		-		-		si=7,6

Конечная осадка S = 7,6 мм < S_u = 80 мм оставляю размеры фундаментов без изменения 2,42,6 м

Рисунок 5 – Расчетная схема для определения осадок фундамента по сечению 3-3