Расчет основания фундаментов мелкого заложения

 

                                                                                                                                                 Таблица 2.2

Условные расчетные  давления 

на глинистые (непросадочные) грунты

 

Вид глинистых     грунтов	Коэфициент пористости грунта  е	, кгс/см2, при консистенции
		= 0	= 1
Супеси	0,5	3	3
	0,7	2,5	2
Суглинки	0,5	3	2,5
	0,7	2,5	1,8
	1	2	1
Глины	0,5	6	4
	0,6	5	3
	0,8	3	2
	1,1	2,5	1
Примечание: для глинистых  грунтов с промежуточными значениями е и  допускается определять величину , пользуясь интерполяцией, вначале по е для значений   = 0 и = 1, затем по между полученными значениями для = 0 и = 1.

                                                                                                                                        Таблица 2.3

 

Вид грунтов	Коэффициент	Коэффициент   для зданий и сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины здания или его отсека к его высоте L/H
		4 и более	1,5 и менее
Крупнообломочные грунты без заполнителя или с песчаным заполнителем и песчаные грунты, кроме мелких и пылеватых	1,4	1,2	1,4
Пески мелкие:      маловлажные  и влажные	1,3	1,1	1,3
насыщенные водой	1,2	1,1	1,3
Пески пылеватые:      маловлажные  и влажные	1,2	1,0	1,2
насыщенные  водой	1,1	1,0	1,2
Крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем и глинистые грунты с консистенцией £ 0,5	1,2	1,0	1,1
То же, с консистенцией  > 0.5	1,1	1,0	1,0
Примечания: 1. С жесткой  конструктивной схемой считаются здания и сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию дополнительных усилий от деформаций основания путем применения мероприятий, указанных в п.                        2. Для зданий с гибкой конструктивной  схемой значение коэффициента  принимается равным единице.                        3. При промежуточных значениях  отношения длины здания ( сооружения ) к его высоте значение коэффициента определяется интерполяцией.

Пример определения  расчетного сопротивления грунта основания  приведен в ниже.

 

Пример 2.1    Определить расчетное сопротивление грунта оcнования для ленточного фундамента под наружную стену  кирпичного здания с подвалом. Ширина фундамента м, глубина заложения подошвы фундамента  м. Пол подвала находится на глубине м.  Длина здания  м,  м.  До глубины м залегает слой мелкого маловлажного песка плотностью кН/м³, а ниже - слой глины мощностью

  м с коэффициентом пористости , показателем текучести

J_L=0.7 и естественной плотностью  кН/м³,    градусов,

  кН/м².

 Пол в подвале бетонный  толщиной    м и плотностью кН/м³, расстояние от подошвы до низа конструкции пола в подвале    м.       

           

            

Решение:  Так как подстилающим слоем служит глина, то по формулам (2.6) определим: 

  ;           ;

   ;                      ;

 ;     ;   ;    ;

  -  глубина подвала-расстояние от  уровня планировки до пола подвала, м(для сооружений с подвалом шириной В<=20м и глубиной свыше 2м d_b =2 м, при ширине В>20 м - d_b =0;

 .

Определяем соотношение  и по табл.2.3 находим ;

Так как  прочностные  характеристики грунта (f и с ) определены непосредственно испытаниями принимаем коэффициент  .

 кН/м³ - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных  вод определяется с учетом взвешивающего действия   воды);

 

 кН/м³  - то же, залегающих выше подошвы;

 ;

 

k_z=8/b+0.2-коэффициент принимаемый равным: при b<10- k_z=1,при b>=10 м

 ,

Тогда расчетное сопротивление грунта будет равна:

R=375.3 кПа.

 

 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ

ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТОВ

 

Согласно указаниям п.2.49 [1], п.2.207 [1] и п.5.53 [1] основные размеры фундаментов мелкого заложения назначаются с учетом следующих ограничений краевых давлений на основание

                                                        (3.1)

Коэффициент  зависит от вида нагружения фундамента.  Система (3.1) должна выполняться в виде:

а) при центральном нагружении

             

                                                             (3.2)

б) внецентренное нагружение, момент действует в одной плоскости

 

       

                                                       (3.3)

в) внецентренное нагружение, момент действует в двух плоскостях

 

     

                                                         (3.4)

Удовлетворение перечисленных  основных и ряда дополнительных требований приводит к громоздким вычислениям. Проектирование фундаментов в предлагаемых методических указаниях достигается подбором минимальных размеров их подошв из условия равенства краевых давлений, нормируемого (см.(3.2),(3.3),(3.4)) [1], т.е.

.        (3.5)

Учитывая тип фундаментов  мелкого заложения и схему  приложения нагрузки рассматривается несколько вариантов расчетных схем фундаментов:

• ленточный фундамент с центрально и внецентренно приложенной нагрузкой;
• прямоугольный фундамент с центральной и внецентренной нагрузками, создающими моменты в двух плоскостях;
• круглый и кольцевой фундаменты.

 

3.1. Ленточный центрально нагруженный  фундамент

 

       N

Для этого типа фундаментов ( рис.      ) среднее напряжение под подошвой фундамента равно:

 

Тогда выражение 3.1 после  несложных преобразований можно привести к виду

 

             

            

     

  

 

 

 

 

 

               

           b                 Рис.   

 

 

 

          (3.6)

Решив уравнение  (3.6) в  среде MathCAD, найдем значение величины b ширины ленточного фундамента.

 

Пример 3.1    Определить оcновные размеры ленточного фундамента под наружную стену кирпичного здания с подвалом, рассмотренного в примере 2.1. 

Решение:  Горизонтальную силу от давления грунта на стену подвала не учитываем, пологая, что она воспринимается конструкцией перекрытия и полом подвала. Нормативная вертикальная нагрузка     кН/м,  следовательно, чтобы не повторяться, воспользуемся необходимыми характеристиками:

  кПа;   ;

        мощности ИГЭБ, м;     кудельные веса ИГЭ, кН/м³;  

 м;   м -глубина подвала - расстояние от  уровня планировки до пола подвала, м(для сооружений с подвалом шириной В<=20м и глубиной свыше 2м d_b =2 м, при ширине В>20 м - d_b =0;

 

  м;     кН/м³;   м;     м;     м;  

    ;         ;    ;   ;  

 ;   ;     ;   

 

 ;    .  

Так как  прочностные  характеристики грунта (f и с ) определены непосредственно испытаниями принимаем коэффициент 

 

  - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных  вод определяется с учетом взвешивающего действия   воды),КН/м³;

  - то же, залегающих выше подошвы;

 ;             .  

Ширину фундамента определяем из решения квадратного  уравнения (3.6), где 

 ;    кН/м³.  

Начальная величина ширины фундамента  м.

 ;       м;  

Окончательно  назначаем ширину фундамента    м.

Расчетное сопротивление  грунта

  

кПа.

Среднее напряжение под подошвой фундамента

 ;

< кПа.  

Таким образом  задача решена.

 

3.2. Ленточный внецентренно-нагруженный  фундамент ( рис.   )

 

Приводим уравнение (3.5) к виду:

 

(3.7)

 

 

где

;     ;                                           

- площадь подошвы фундамента;  - момент сопротивления подошвы.

Уравнение 3.7 решаем  или  итерационным методом или в среде MathCAD. После решения системы уравнений найдем величину b.

 

Пример 3.2    Определить основные размеры ленточного внецентренно нагруженного фундамента под наружную стену  кирпичного здания с подвалом, рассмотренного в примере 3.1.  м.

Решение:  Горизонтальную силу от давления грунта на стену подвала не учитываем, полагая, что она воспринимается конструкцией перекрытия и полом подвала. Нормативная вертикальная нагрузка     кН/м, эксцентриситет приложения силы   м, тогда эта задача сводиться к решению уравнения (3.8).  Воспользуемся необходимыми характеристиками из примера 3.1:    кНм;   ;       ;   ;  

 м;    м;    кН/м³;

 м;      

 м  -глубина подвала-расстояние от  уровня планировки до пола подвала, м(для сооруженй с подвалом шириной В<=20м и глубиной свыше 2м d_b =2 м, при ширине В>20 м - d_b =0;

 ;    

Так как  прочностные  характеристики грунта (f и с ) определены непосредственно испытаниями принимаем коэффициент 

 

 -осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных  вод определяется с учетом взвешивающего действия   воды),КН/м³;

  -то же, залегающих выше подошвы;

 ;    м.

Ширину фундамента определяем из решения квадратного  уравнения (3.6), где 

 ;   ;       кН/м³;  

 ;         Ширина фундамента, м.

Окончательно  назначаем  м.  

Расчетное сопротивление грунта

 кПа.  

Максимальное  напряжение под подошвой фундамента

  ;     < кПа.

 

  ;        кПа.

 

 

 

 

3.3. Столбчатый центрально нагруженный фундамент ( рис.   )

 

Для определения геометрических размеров столбчатого фундамента необходимо (3.5) привести к системе:

  , (3.10)

 

где - площадь подошвы фундамента.

Разрешить это уравнение  в среде MathCAD не представляет никаких трудностей. После решения этого уравнения найдем величину b.

 

Пример 3.3    Определить оcновные размеры столбчатого или отдельностоящего центренно нагруженного фундамента в подвалом, рассмотренного в примере 3.1.  м.

Решение:  Нормативная вертикальная нагрузка     кН, тогда эта задача сводиться к решению уравнения (3.10).  Воспользуемся необходимыми характеристиками из примера 3.1:

 ;  ;   ;

 

-глубина подвала-расстояние  от  уровня планировки до пола  подвала, м(для сооруженй с  подвалом шириной В<=20м и глубиной  свыше 2м d_b =2 м, при ширине В>20 м - d_b =0;

Так как  прочностные характеристики грунта (f и с ) определены непосредственно испытаниями принимаем коэффициент 

 

 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных  вод определяется с учетом взвешивающего действия   воды),КН/м³;

  -то же, залегающих выше подошвы;

  ;  

Ширину фундамента определяем из решения квадратного  уравнения (3.6), где 

    м;        кН/м³;

  .