Формула расчета приведенной глубины заложения фундамента

Приведенная глубина заложения фундамента определяется в зависимости от различных факторов, таких как тип грунта, уровень грунтовых вод и строительные нагрузки. Общая формула может быть выражена как D = d + h, где D — приведенная глубина, d — глубина заложения фундамента, а h — глубина frost line (уровень, до которого возможно промерзание грунта).

Правильный расчет глубины заложения важен для обеспечения устойчивости и долговечности строительных объектов, так как слишком мелкий или глубокий фундамент может привести к деформациям и разрушению конструкции. Рекомендуется учитывать также климатические условия и исторические данные по различным проектам в данном регионе.

Определение глубины заложения фундамента в соответствии с климатическими условиями района строительства и конструктивной схемы cооружения

Глубина заложения фундамента зависит в основном от трех факторов: инженерно-геологические условий, климатические условий, конструктивных требований.

При бесподвальном сооружении определяем нормативную глубину промерзания, используя схематическую карту нормативных глубин промерзания (см. Приложение).

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта df, м, определяется по формуле:

где kf — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения; γc – коэффициент условий промерзания грунта, γc = 1,0;

dfn — нормативная глубина промерзания (для Калужской области), для глин по СНиП 2.01.01-82 dfn = 1,3 м, умножаем на коэффициент 1,2 (увеличиваем на 20%) и используем коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения (для бесподвальных kf=1,0, для зданий отапливаемых 0,5, для зданий с подвалом – 0,7).

Отсюда для бесподвального неотапливаемого здания (сооружения):

df = kfgc dfn = 1,0 х 1,2 х 1,3 = 1,56 м ≈ 1,60 м.

Определим глубину заложения фундамента по конструктивным соображениям.

Минимально возможноя глубина заложения подошвы фундамента зависит от размера несущей конструкции здания и величины прикладываемых нагрузок.

Фундаменты под колонны каркасных зданий выполняют ступенями.

Такой вид фундамента состоит из плитной части и подколонника. Способ сопряжения фундамента с колонной предопределяет конструктивные особенности подколонника.

Монолитные железобетонные фундаменты под колонны (опоры) состоят из подколонника и 1, 2 и 3-х ступенчатой плитной части.

Для заделки железобетонной колонны в верхней части фундамента устраивают стакан. Установленную в стакан колонну замоноличивают бетоном.

Глубина заложения фундамента (d) для здания с подвалом, исходя из конструктивных требований, определяется по формуле:

где db – глубина подвала от поверхности планировки;

0,15 – толщина конструкции пола подвала;

d = 1,80 + 0,15 + 1,2 = 3,15 м.

Анализируя глубины заложения фундаментов исходя из всех перечисленных факторов, принимаем оптимальную глубину заложения фундамента от уровня пола 1 этажа, равную 3,15 м для подвальных зданий и 1,6 м для бесподвальных неотапливаемых.

Рисунок 3.2 – Общая схема фундамента под опору

с определением глубины заложения фундамента

Практическое занятие №4 — Расчет центрально

Нагруженного фундамента на естественном основании

4.1 Общие сведения

Расчет центрально нагруженного фундамента заключается в проверке несущей способности фундамента по материалу, из которого он изготовлен, и несущей способности грунта, его расчетного сопротивления. По материалу (бетону, железобетону и другим материалам) несущая способность фундамента всегда выше действующих (расчетных) нагрузок. По грунту необходимо всегда делать проверку его несущей способности, определяя расчетное сопротивление грунта.

Различают расчетное и нормативное сопротивление. Нормативное сопротивление грунта соответствует наибольшему значению среднего сжимающего напряжения под подошвой фундамента, до достижения которого оказывается возможным для расчетов осадок использовать математический аппарат теории линейного деформирования грунта. Его определяют по формуле (14):

R н = [π(γ b/4+ γ’ d + c. ctg φ)] / (ctg φ + φ – π/2) + γ’ d, (14)

Это выражение часто представляют в виде трехчленной формулы (15):

где φ – угол внутреннего трения грунта;

М γ, М q, Мс – безразмерные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта φ и вычисляемые по формулам (16), (17) и (18):

М γ = π / 4 (ctg φ + φ – π/2), (16)

М q = π / (ctg φ + φ – π/2) + 1, (17)

М с = π ctg φ / (ctg φ + φ – π/2), (18)

Значения коэффициентов М γ, М q, Мс приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 — Значения коэффициентов М γ, М q, Мс

СНиП 2.02.01 – 83 при расчете осадок построенных сооружений вводит понятие расчетного сопротивления грунта основания R.

Пример расчета центрально-нагруженного фундамента

На естественном основании

Величину вертикальной нагрузки студент принимает по заданию на проектирование. Грунты и их характеристики из раздела №2, глубину заложения фундамента из раздела №3 ПЗ (МУ).

Расчет ведут в следующей последовательности.

Вначале необходимо определить ориентировочные размеры подошвы фундамента и расчетное сопротивление грунта основания R, если к фундаменту приложена вертикальная сила N = 1350 kH и глубина заложения фундамента dfu = 1,6 м.

В первом приближении рассмотрим этот фундамент как центрально нагруженный и определим площадь подошвы фундамента по формуле:

где N – расчетная нагрузка по второй группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента, кН;

R0 – расчетное условное сопротивление грунта, кПа;

γср – средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м 3 ; принимаемая 20….23 кН/м 3 ;

d – глубина заложения фундамента, 1,6 м.

Аф = 1350/(206,22 – 23 х 1,6) = 1350/169,42 = 7,97 м 2 .

Определим ширину фундамента по формуле:

Отсюда: b = √ 7,97 = 2,82 ≈ 2,9 м.

Определим длину фундамента, назначив длину фундамента равной ширине: l = b, отсюда:

Примем размеры подошвы фундамента 2,9 х 2,9 м.

Определим расчетное сопротивление грунта:

где γС1=1,1 и γС2=1,0 – коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице приложения (второй определен интерполяцией);

k – коэффициент надежности, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики φII и cII определялись непосредственными испытаниями, и равным 1,1, если они приняты по справочным таблицам, в данной работе k = 1;

Мγ=0,72; Мg=3,87; Mc=6,45 – безразмерные коэффициенты, зависящие от расчетного угла внутреннего трения φ несущего слоя грунта, принимаемые по таблице приложения;

kz — коэффициент, зависящий от ширины подошвы фундамента (при ширине подошвы фундамента b меньшей 10м kz равен 1; при большей ширине его определяют по формуле kz=zо /b+0,2; где zо равно 8м);

b — ширина подошвы фундамента, м;

γII — осредненный расчетный удельный вес грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м 3 (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды);

γ′II — то же, залегающих выше подошвы фундамента;

d1 — приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала (при его наличии):

где hs – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала,м; hcf — толщина пола подвала,м; γcf — расчетный удельный вес материала пола подвала, кН/м 3 ;

db — глубина подвала, равная расстоянию от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В≤20 м и глубиной более 2м принимается db =2м, при ширине подвала В>20 принимается =0);

cII — расчетное удельное сцепление несущего слоя грунта, кПа.

Подставим в формулу (15) принятые значения, получим:

R=(1,1х1,0)/1*(0,51*1*2,6*15,56 + 3,06*1,7*15,56 +5,66*0,0023) =

= 1,1 (20,63 + 80,94+0,01) = 111,74 кПа.

Уточняем размеры подошвы фундамента:

Аф = 1180/(111,74 – 23 х 1,7) = 1180/72,64 = 16,24 м 2 .

Отсюда: l = b = √ 16,24 = 4,03 м ≈ 4,0 м.

Найдем среднее давление по подошве фундамента:

где b – ширина фундамента, м;

l – длина фундамента, м;

γср – средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м 3 ; принимаемая 20….23 кН/м 3 ;

Р = (1180/4,0х4,0) + 23х1,7 = 73,75 + 39,1 = 112,85 кПа.

Определим уточненное расчетное сопротивление грунта:

R=(1,1х1,0)/1*(0,51*1*4,0*15,56 + 3,06*1,7*15,56 +5,66*0,0023) =

= 1,1 (31,74 + 80,94+0,01) = 123,96 кПа.

Проверим, выполняется ли условие: P < R ± 5 %.

Выбор глубины заложения фундамента

д) глубины сезонного промерзания и оттаивания грунтов.

Минимальную глубину заложения фундаментов во всех грунтах, кро­ме скальных, рекомендуется принимать не менее 0,5 м, считая от поверх­ности наружной планировки или 0,4 м от пола подвала.

Будем осуществлять проектирование фундамента для сечения 4-4 (рис. 3.1), которое представляет собой ленточный фундамент под наружные кирпичные стены.

Рисунок 3.1. Расчетная схема определения глубины заложения фундамента в сечении 4-4.

Расчёт данного сечения будем осуществлять на расстоянии 14м от скважины № 1, так как она является ближайшей к сечению. Для упрощения вычисления вычертим расчетную схему (рис. 3.1).

По схематической карте рис. В1 [1] определяем нормативное значение сезонного промерзания грунтов для заданного по условию города. В г. Рига – .

Необходимо осуществить переход глубины промерзания грунтов к супесям от суглинков:

(3.1)

где d0 = 0.28 м – глубина промерзания при для супесей и песков мелких и пылеватых (см. п.3.1, [2]).

Затем определяем расчётную глубину промерзания по формуле:

(3.2)

где kh=1 – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, определяемый по табл. В1 [1]; для неотапливаемых зданий принимается равным 1,1 (см. п.3.1, [2]).

Так как фундамент рекомендуется заглублять в несущий слой не менее чем на 20 см, а таковым является 3 слой грунта – супесь, то принимаем глубину заложения фундамента от пола подвала равной 1,15м.

В результате общей оценки приведённых выше условий и, исходя из принятой глубины заложения фундамента 1,15м от пола подвала и высоты конструкции пола подвала, равной 0,1 м, определяем глубину заложения как:

где — глубина подвала.

Учитывая, что отметка пола подвала -2,700, а планировочная отметка DL -0,150, то глубина подвала равна:

По формуле 3.3 глубина заложения фундамента равна:

3.2. Определение размеров ленточного фундамента в плане

Предварительное определение размеров фундамента в плане производится с учетом расчетного сопротивления грунта основания R0. Площадь подошвы фундамента любой формы в плане при центральной из нагрузке определяется по формуле:

где — расчетная нагрузка (для расчета оснований по деформациям) в уровне поверхности земли, кН;

γ=20…22 кН/м3 — среднее значение удельного веса материала фундамента и грун­та на его уступах;

— глубина заложения фундамента.

Расчетное сопротивление грунта определяется по формуле:

где: b – ширина подошвы фундамента;

– коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. В2 [1], из которой: .

K – коэффициент, принимаемый равным 1,0, так как прочностные характеристики определены непосредственными испытаниями;

Mg, Mq, Mc – коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения по табл. В3 [1]: , ,

Kz – коэффициент, принимаемый равным 1.0 (b < 10 м);

– осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента на 0,5b.

– осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундаментов.

СII = 25,13 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего ниже подошвы фундамента (табл. 1.1);

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

где: hs– толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала;

gcf= 20 кН/м 3 – расчетное значение удельного веса материала пола подвала;

hcf= 0,1 м – толщина конструкции пола подвала;

db– глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала.

Определение размеров ленточного фундамента:

Нагрузки: =294,3 кН/м.

Площадь подошвы фундамента определяем по формуле 3.4:

Фундамент ленточный, тогда .

Определяем — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента на 0,5b, что для нашего случая равно 0,4м. Следовательно:

=20,2 кН/м 3 .

Определяем — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундаментов, равное: кН/м 3

Определяем d1– приведенную глубину заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала по формуле 3.6, где hs= 1,15 м – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала; gcf= 22 кН/м 3 – расчетное значение удельного веса материала пола подвала; hcf= 0,1 м – толщина конструкции пола подвала:

Принимаем db=2м, так как в нашем случае ширина подвала меньше 20 м и глубина более 2м.

Таким образом, получаем расчетное значение сопротивления грунта по формуле 3.5:

кПа

Для ширины фундамента b= 0,8м среднее давление по подошве определим по формуле:

При расчёте центрально нагруженных фундаментов должно выполняться условие: расхождение не должно превышать 5%.

445,88 < 458,57 и .