Материал: Проектирование оснований и фундаментов. учебно-методическое пособие. Ким М.С
16
Pmax = |
N +Q +G |
± |
M . |
|
A |
||||
min |
|
W |
Момент сопротивления подошвы фундамента вычисляется по формуле
W = b2 l .
6
(3.18)
(3.19)
Для ленточного фундамента l = 1 м.
Расчетная схема внецентренно нагруженного ленточного фундамента представлена на рис. 2. Пример расчета внецентренно нагруженного ленточного фундамента под наружную стену подвала приведен в [1].
Вычисленные размеры подошвы фундамента уточняются расчетом по деформациям
[1, 15, 16, 21].
Рис. 2. Расчетная схема внецентренно нагруженного ленточного фундамента
3.5.3. Расчет прерывистых фундаментов
Ленточные фундаменты могут проектироваться прерывистыми. Если расчетная ширина ленточного фундамента не совпадает с шириной стандартных фундаментных плит, с целью эффективного использования материала фундаментные плиты укладывают с раз-
рывом [1, 16, 21].
Расчетное сопротивление грунта R определяется так же, как для ленточного фундамента, с повышением его значения коэффициентов kd и k’d, которые учитывают влияние распределительной способности грунтов основания и арочного эффекта между блоками прерывистого фундамента. Коэффициенты kd и k’d находятся по табл.П.3.3 и П.3.4, а так-
же по таблицам [1, 16, 17, 21].
Для устройства прерывистых фундаментов рекомендуются прямоугольные плиты укороченной длины (l = 1,18 м или l = 0,78 м) и плиты с угловыми вырезами.
Прерывистые фундаменты из плит прямоугольной формы и плит с угловыми вырезами не рекомендуется применять:
•при залегании под подошвой фундаментов рыхлых песков;
•при сейсмичности района 7 и более баллов;
•при неравномерном напластовании грунтов в пределах сооружения;
17
•при залегании ниже подошвы фундаментов глинистых грунтов с показателем теку-
чести IL > 0,5.
Прерывистые фундаменты с превышением расчетного сопротивления грунта основания не рекомендуются:
•в грунтовых условиях I типа по просадочности при отсутствии поверхностного уплотнения грунта в пределах деформируемой зоны;
•при сейсмичности района 7 баллов и более.
Проектирование прерывистых фундаментов производится в следующей последовательности:
•рассчитывается ширина ленточного фундамента b из условия P = R (рис. 3);
•определяется площадь ленточного фундамента длиной L
A = bL; |
(3.20) |
•в зависимости от грунтовых условий и вида фундаментных плит принимается значение повышающего коэффициента kd ;
•выбирается вид типовой фундаментной плиты шириной bt ≥ b;
•находится суммарная площадь плит в прерывистом фундаменте:
Ab = A/kd; |
(3.21) |
•по величине Ab и площади одной типовой плиты As = b ·l определяется количество плит в прерывистом фундаменте:
n = |
Ab |
+ ∆n , |
(3.22) |
|
|||
|
As |
|
|
где ∆n – поправка для округления отношения Ab/ As до большего целого числа;
•определяется расстояние между плитами:
C = L − nl ; n −1
• находится среднее давление по подошве плит:
ps = (N + G)L , nAs
где G - собственный вес фундамента и грунта на его уступах;
•рассчитывается фактическое превышение расчетного сопротивления:
kdf = pRs ;
(3.23)
(3.24)
(3.25)
•определяется давление по площади всего прерывистого фундамента, включая просветы между плитами:
|
18 |
|
|
pb = |
pb |
. |
(3.26) |
|
bt |
|
|
С учетом среднего давления под подошвой плит подбирается марка плиты по прочности.
|
|
|
b |
b |
|
|
||
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
l |
|
L |
Рис. 3. Схема прерывистого фундамента:
b - расчетная ширина ленточного фундамента; bt - ширина типовой плиты ленточного фундамента; l - длина типовой плиты ленточного фундамента; С - расстояние между плитами; L – общая длина ленточного фундамента
3.5.4. Расчет осадки фундаментов методом послойного суммирования
Сущность метода послойного суммирования заключается в определении осадок элементарных слоев основания в пределах сжимаемой толщи от дополнительных вертикаль-
ных напряжений σzp, возникающих от нагрузок, передаваемых сооружением. Осадка фундамента определяется суммированием осадок элементарных слоев основания.
Так как в основу этого метода положена расчетная модель основания в виде линейно деформируемой сплошной среды, то необходимо ограничить давление на основание такими пределами, при которых области возникающих пластических деформаций незначительно нарушают линейную деформируемость основания, то есть требуется выполнение
условий P ≤ R и Pmax ≤ 1,2R.
Расчет осадки фундамента производится на действие осевых расчетных нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке γf =1.
СНиП [17] рекомендует метод послойного суммирования для расчета осадок фундаментов шириной до 10 м при отсутствии в пределах сжимаемой толщи грунтов с модулем деформации Е >100 МПа. Осадка основания определяется по формуле
n |
hσ |
zp,i |
|
|
|
s = β∑ |
i |
|
, |
(3.27) |
|
|
|
|
|||
i=1 |
|
Ei |
|
||
где β - безразмерный коэффициент, равный 0,8; n – число слоев, на которые разделена по глубине сжимаемая толща основания;σzpi - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней и нижней границах слоя; hi, Еi – толщина и модуль деформаций i-го слоя грунта.
19
Свод правил по проектированию и устройству оснований и фундаментов зданий и сооружений [21] рекомендует этот метод во всех случаях. При этом осадка определяется по формуле
n |
(σ |
zp,i |
−σ |
zγ ,i |
)h |
n |
σ |
h |
|
|
s = β∑ |
|
|
i |
+ β∑ |
|
zγ ,i i |
, |
(3.28) |
||
|
|
E |
|
|
|
E |
||||
i=1 |
|
|
i |
|
|
i=1 |
|
e,i |
|
|
где β – безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8 независимо от вида грунта; σzр,i – вертикальное нормальное напряжение от внешней нагрузки в середине i-го слоя; hi – толщина i-го слоя грунта, принимаемая не более 0,4 ширины фундамента; Ei - модуль деформации i-го слоя грунта, принимаемый по ветви первичного нагружения; σzγ,i – среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта; Ee,i - модуль деформации i-го слоя грунта, принимаемый по ветви вторичного нагружения; n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.
При расчете осадки фундаментов, возводимых в котлованах глубиной менее 5 м, допускается в формуле (3.28) не учитывать второе слагаемое. В таком случае формула (3.28) совпадает с формулой (3.27).
Величина напряжений σzр с глубиной убывает, и в расчете ограничиваются толщей, ниже которой деформации грунтов пренебрежимо малы. Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают на глубине z = Hc , где выполняется условие σzр = kσzg, где
а) k = 0,2 при b ≤5 м; б) k = 0,5 при b >20 м;
в) при 5 < b ≤ 20 м k определяют интерполяцией.
При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше b/2 при b ≤10 м и (4 +
0,1b) при b >10 м.
Если в пределах глубины Hc , найденной по указанным выше условиям, залегает слой грунта с модулем деформации Е > 100 МПа, сжимаемая толща принимается до кровли этого слоя.
Если найденная по указанным выше условиям нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е < 5 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = Hc, то этот слой включают в сжимаемую толщу, а за Hc принимают минимальное из значений, соответствующих подошве слоя или глубине, где выполняется условие σzр = 0,1σzg [21] .
Расчетная схема метода послойного суммирования представлена на рис. 4.
|
|
20 |
|
|
DL |
dn |
B |
NL |
d |
p |
|
|
|
FL |
h1 |
σzg,0 |
σzp,0 = p |
|
0,2 σzg |
|
Hc |
|
σzg |
σzp |
||
hi |
|
σzp,i |
|
|
|
B.C. |
|
|
σzp = 0,2 σzg |
||
|
|
||
Z
Рис. 4. Расчетная схема к определению осадки методом послойного суммирования:
DL – уровень планировки; NL – уровень природного рельефа; FL – уровень подошвы фундамента; WL – уровень подземных вод; Hc – глубина сжимаемой толщи
Расчет осадок методом послойного суммирования при глубине котлована менее 5 м производится в следующей последовательности:
•Определяется дополнительное давление р0, превышающее природное:
p0 = p - σzg,0, |
(3.29) |
где р – среднее давление под подошвой фундамента от нагрузки сооружения,
включая вес фундамента и грунта на его уступах; σzg,0 – природное давление на уровне подошвы фундамента.
Давление σzg,0 определяется по формуле
σzg,0 = γ′dn , |
(3.30) |
где γ′ – удельный вес грунта выше подошвы фундамента; dn – глубина заложения подошвы фундамента от уровня природного рельефа.
•Определяются напряжения σzр от внешней нагрузки на границах слоев под центром
подошвы фундамента, и строится эпюра σzр.
Для построения эпюры толща грунта разбивается на элементарные слои толщиной
0,4 b (b–ширина фундамента) и рассчитываются напряженияσzр на подошве каждого слоя по формуле
σzр = α р0. |
(3.31) |