Определение размеров подошвы внецентренно нагруженного фундамента мелкого заложения является важной задачей в геотехническом проектировании. В этом процессе необходимо учитывать несущую способность почвы, величину и направление нагрузки, а также особенности конструкции фундамента, чтобы избежать перерасхода материалов и обеспечить устойчивость сооружения.
Для расчета размеров фундамента следует использовать методы предельного состояния и теории пластичности, что позволяет учитывать распределение напряжений в основании. Важно провести мониторинг деформаций и осадок фундамента в процессе эксплуатации, чтобы своевременно выявить возможные проблемы и при необходимости внести коррективы в проект.
Определение размеров подошвы фундамента мелкого заложения
Размеры подошвы фундаментов мелкого заложения определяют методом последовательного приближения.
1. Вычисляют площадь подошвы А в первом приближении:
где — расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента (приведено в задании);
— расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по СНиП [1,2];
— средний удельный вес фундамента и грунта на его уступах, обычно принимаемый равным 18…20кН/м 3 (в бесподвальных зданиях) и 16…19кН/м 3 – при наличии подвала;
— глубина заложения фундамента
2. Выбирают форму подошвы. Известно, что самая оптимальная с точки зрения будущих осадок — круглая, но она трудоемка в исполнении. Поэтому подошву фундамента принимают квадратной, и только наличие большого по величине момента вынуждает принимать ее прямоугольной
Исходя из вычисляют ширину и длину фундамента. Например, для квадратной подошвы , для прямоугольной: . Размеры принимают кратным 10 см.
4. Определяют расчетное сопротивление грунта основания (по [2], формула (7)):
| где gс1 и gс2 | — коэффициенты, условий работы, принимаемые по табл. 5; |
| k | — коэффициент, принимаемый равным: k1=1, если прочностные характеристики грунта (j и с) определены непосредственными испытаниями, и k1 = 1,1, если они приняты по табл. 1-3 приложения 3; |
| Мg, Мq, Mc | — коэффициенты, принимаемые по табл. 6; |
| kz | — коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м — kz = 1, при b ³ 10 м — kz = z0/b + 0,2 (здесь z0 = 8 м); |
| b | — ширина подошвы фундамента, м; |
| gII | — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м 3 (тс/м 3 ); |
| g / II | — то же, залегающих выше подошвы; |
| сII | — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м 2 ); |
| d1 | — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки 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, м; |
| hcf | — толщина конструкции пола подвала, м; |
| gcf | — расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м 3 (тс/м 3 ); |
| db | — глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B £ 20 м и глубиной свыше 2 м принимается db = 2 м, при ширине подвала B > 20 м — db = 0). |
Таблица. 5. Коэффициенты gс 1 и gс 2
| Грунты | Коэффициент gс 1 | Коэффициент gс 2 для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к высоте L / H, равном | |
| 4 и более | 1,5 и менее | ||
| Крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме мелких и пылеватых | 1,4 | 1,2 | 1,4 |
| Пески мелкие | 1,3 | 1,1 | 1,3 |
| Пески пылеватые: | |||
| маловлажные и влажные | 1,25 | 1,0 | 1,2 |
| насыщенные водой | 1,1 | 1,0 | 1,2 |
| Пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя IL £ 0,25 | 1,25 | 1,0 | 1,2 |
| Пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя 0,25 < IL £ 0,5 | 1,2 | 1,0 | 1,1 |
| Пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя IL > 0,5 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
Таблица. 6. Коэффициенты Мg, Mq, Мc
| Угол внутреннего трения, j II, град. | Коэффициенты | Угол внутреннего трения, j II, град. | Коэффициенты | ||
| Мg | Mq | Мc | Мg | Mq | Мc |
| 1,00 | 3,14 | 0,69 | 3,65 | 6,24 | |
| 0,01 | 1,06 | 3,23 | 0,72 | 3,87 | 6,45 |
| 0,03 | 1,12 | 3,32 | 0,78 | 4,11 | 6,67 |
| 0,04 | 1,18 | 3,41 | 0,84 | 4,37 | 6,90 |
| 0,06 | 1,25 | 3,51 | 0,91 | 4,64 | 7,14 |
| 0,08 | 1,32 | 3,61 | 0,98 | 4,93 | 7,40 |
| 0,10 | 1,39 | 3,71 | 1,06 | 5,25 | 7,67 |
| 0,12 | 1,47 | 3,82 | 1,15 | 5,59 | 7,95 |
| 0,14 | 1,55 | 3,93 | 1,24 | 5,95 | 8,24 |
| 0,16 | 1,64 | 4,05 | 1,34 | 6,34 | 8,55 |
| 0,18 | 1,73 | 4,17 | 1,44 | 6,76 | 8,88 |
| 0,21 | 1,83 | 4,29 | 1,55 | 7,22 | 9,22 |
| 0,23 | 1,94 | 4,42 | 1,68 | 7,71 | 9,58 |
| 0,26 | 2,05 | 4,55 | 1,81 | 8,24 | 9,97 |
| 0,29 | 2,17 | 4,69 | 1,95 | 8,81 | 10,37 |
| 0,32 | 2,30 | 4,84 | 2,11 | 9,44 | 10,80 |
| 0,36 | 2,43 | 4,99 | 2,28 | 10,11 | 11,25 |
| 0,39 | 2,57 | 5,15 | 2,46 | 10,85 | 11,73 |
| 0,43 | 2,73 | 5,31 | 2,66 | 11,64 | 12,24 |
| 0,47 | 2,89 | 5,48 | 2,88 | 12,51 | 12,79 |
| 0,51 | 3,06 | 5,66 | 3,12 | 13,46 | 13,37 |
| 0,56 | 3,24 | 5,84 | 3,38 | 14,50 | 13,98 |
| 0,61 | 3,44 | 6,04 | 3,66 | 15,64 | 14,64 |
5. Вычисляют площадь подошвы во втором приближении:
6. Уточняют размеры подошвы и . На этом приближении можно остановиться, приняв , , .
7. Проверяют выполнение следующих условий:
а) среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания, т.е. ;
б) при действии момента давление под наиболее и наименее нагруженной гранью фундамента должно быть соответственно:
где — вес фундамента и грунта на его уступах соответственно;
— эксцентриситет приложения нагрузки.
Если вышеприведенные условия не выполняются, то необходимо предпринять следующее:
— изменить соотношение размеров подошвы, т.е. придать подошве удлинение в плоскости действия наибольшего момента, но не более чем ;
— увеличить площадь подошвы на 20% и более.
При выполнении условий, предварительный расчет размеров подошвы фундамента мелкого заложения считается завершенным.
Ширину подошвы ленточного фундамента под стену определяют аналогично, исходя из расчетных усилий , , . При подборе ширины подошвы ленточного фундамента принимают .
Строй-справка.ру
Определение размеров подошвы жестких фундаментов при внецентренном нагружении
Определение размеров подошвы жестких фундаментов при внецентренном нагружении
Внецентренно нагруженным называют фундамент, равнодействующая всех внешних нагрузок которого не проходит через центр тяжести площади подошвы. При внецентренном приложении внешней нагрузки эпюра контактных давлений по подошве не будет равномерной, как в случае центрального ее приложения.
Очертание эпюры реактивных напряг жений по подошве фундамента будет зависеть от эксцентриситета равнодействующей внешней нагрузки. При действии внецентренной нагрузки в пределах ядра сечения (для прямоугольного фундамента это симметричная область размером в центре подошвы фундамента) реактивные напряжения под подошвой фундамента распределяются по трапецеидальной эпюре (рис. 5.15, а), если равнодействующая приложена на границе ядра сечения — по треугольной (рис. 5.15, б), если за пределами ядра сечения, то эпюра контактных напряжений должна быть двузначной (рис. 5.15, в), однако так как грунты оснований не могут воспринимать растягивающие усилия, то в данном случае произойдет отрыв подошвы фундамента от поверхности грунта на участке действия растягивающих усилий.
В общем случае на внецентренно нагруженный фундамент действуют следующие нагрузки: в уровне спланированной отметки земли, полученные в результате сбора нагрузок, действующих на надземную часть здания. Необходимо учесть вес самого фундамента Ищ, а также момент от обратной засыпки пазух и активного давления грунта на фундамент, как на подпорную стенку.
Рис. 5.15. Эпюры контактных напряжений при внецентренном нагружении
Рис. 5.16. Расчетная схема внецентренно нагруженного фундамента
Рис. 5.17. Расчетная схема к определению горизонтального давления на стену подвала
Обычно при проектировании внецентренно нагруженных фундаментов определение размеров подошвы осуществляют с помощью последовательных приближений, аналогично решению задачи при центральном нагружении, причем предварительно площадь подошвы назначают по формуле (5.5) с последующим увеличением последней на 20…30% для учета внецентренного действия нагрузки. Далее назначают размер подошвы фундамента и определяют вес фундамента и грунта на его обрезах, а также другие нагрузки, входящие в формулы (5.7). Затем определяют максимальные и минимальные напряжения по подошве фундамента из выражения (5.10) и проверяют выполнение условий (5.11). (5.13), если они не выполняются, то уточняют размеры подошвы и расчет повторяют до тех пор, пока условия (5.11). (5.13) не будут удовлетворены с требуемой точностью (5…10%).
Иногда равнодействующая внешних нагрузок приложена к фундаментам с эксцентриситетами относительно обеих главных осей инерции площади подошвы (рис. 5.18).
Рис. 5.18. Внецентренное загружение фундамента относительно двух главных осей инерции
Рис. 5.19. Применение несимметричного фундамента: а — с наклонной подошвой; 6— с плоской подошвой
В некоторых случаях, особенно при появлении в основании растягивающих напряжений, приводящих к отрыву подошвы или необходимости выравнивания краевых давлений под подошвой фундамента, для предотвращения развития значительных кренов его проектируют несимметричным, размещая центр тяжести площади подошвы как можно ближе к точке приложения равнодействующих (рис. 5.19).
Алгоритм решения задачи о подборе размеров внецентренно нагруженного фундамента при расчете по второй группе предельных состояний приведен ниже.
1. Ввод исходных данных о действующих нагрузках. Топ и характеристиках грунтов оснований (р„, ся, р, ps, w, wp, w, глубине заложения фундамента d, типе здания, длине и особенностях конструктивной схемы. 2. Вычисление характеристик е, IL и у для всех слоев грунтов, слагающих основание. 3. Проверка условия, определялись ли
