Как правильно определить размеры подошвы фундаментов: эффективные методы и советы

Для назначения размеров подошвы фундаментов, как правило, применяют метод статического расчетa, который основывается на оценке нагрузки, создаваемой зданием, и несущей способности грунта. Этот подход включает в себя анализ статических и динамических нагрузок, а также учет факторов, таких как глубина заложения, тип грунта и его физико-механические свойства.

Также важным аспектом является использование экспериментальных данных и расчётных моделей, которые позволяют определить оптимальные размеры подошвы с учетом всех факторов. Часто применяются методы конечных элементов для более точного анализа и распределения нагрузки на подошву фундамента.

Определение основных размеров подошвы фундамента

Прежде чем определять размеры подошвы фундаментов, необходимо проанализировать конструктивную схему здания (сооружения) и установить наиболее целесообразный тип фундаментов в рассматриваемых грунтовых условиях. В процессе анализа уточняются размеры и материал основных элементов здания, выявляется жесткость конструкций и их чувствительность к неравномерным осадкам, а также устанавливается характер передачи нагрузок на основание, материал и форма подошвы фундаментов. Анализ заканчивается определением (сбором) нагрузок, действующих на основание.

Для промышленных зданий без подвалов нагрузки, обычно, суммируют на уровне спланированной отметки земли. При этом должны быть установлены наиболее неблагоприятные сочетания нагрузок.

Расчет размеров подошвы фундаментов необходимо производить на основании сочетания расчетных нагрузок с коэффициентом перегрузки n = 1.

Для назначения размеров подошвы фундаментов промышленных и гражданских зданий применяются аналитические и графические методы. При выполнении курсового проекта будем использовать метод последовательных приближений.

Рис. 8. Схема к определению размеров подошвы фундамента под колонну промышленного здания.

Площадь подошвы фундамента в первом приближении равна:

— среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его обрезах;

R0 – расчетное сопротивление грунта основания

d – глубина заложения.

На основание передаются вертикальные, горизонтальные и моментные нагрузки. Поэтому подошву фундамента принимаем прямоугольной формы в плане. Для определения размеров подошвы задаемся соотношением сторон n=b/a=0,7, тогда:

принимаем а=5,4 м, b=4,2 м. (A=22,68 м 2 )

Вычисляем расчетное сопротивление грунта основания R:

где gс1 и gс — коэффициенты, условий работы,

k — коэффициент, принимаемый равным: k 1=1, если прочностные характеристики грунта (j и с) определены непосредственными испытаниями, и k 1=1,1;

Мg, Мq , Mc — коэффициенты, принимаемые по табл.;

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 );

d 1 — 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).

gвзв = 2,7-1/1+0,84 = 9,24

Максимальное , среднее и минимальное давления по подошве внецентренно нагруженного фундамента должны удовлетворять условиям:

Определяем коэффициент запаса:

Условие выполняется с запасом (kз,1 = 10,9%), следовательно, размеры подошвы оставляем равными а=5,4 м, b=4,2 м.

mydocx.ru — 2015-2024 year. (0.007 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав — Пожаловаться на публикацию

Определение размеров подошвы фундамента и его конструирование

Форма подошвы фундамента во многом определяется конфигурацией в плане возводимой наземной конструкции. Она может быть круглой, кольцевой, многоугольной (под дымовые трубы, водонапорные и силосные башни), квадратной, прямоугольной, ленточной (под колонны, столбы, стены), тавровой, крестообразной (под стены с пилястрами и отдельные опоры), а в стесненных условиях — и более сложного очертания.

Определение размеров центрально нагруженных фундаментов

1. Определение размеров подошвы фундамента по величине расчетного сопротивления грунта основания Ro. Центрально нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок проходит через центр тяжести площади его подошвы.

Обычно вертикальная нагрузка на фундамент Nn задается на уровне его обреза. Обрез фундамента для промышленных зданий и сооружений чаще всего практически совпадает с отметкой планировки. Кроме Nn на основание передаются расчетные значения веса фундамента Nf и грунта обратной засыпки Ng, расположенного над уступами. Сумма этих нагрузок уравновешивается реактивным давлением грунта.

Суммарное среднее давление на основание в уровне подошвы фундамента можно представить в виде Предварительные размеры фундаментов можно назначать по конструктивным соображениям или исходя из табличных значений расчетного сопротивления грунта основания Ro в соответствии с рекомендуемым СП 22.13330.2016 (для песчаных грунтов — табл. П.12; для глинистых грунтов — табл.

П.13 приложения). Значениями Ro допускается также пользоваться для окончательного назначения размеров фундаментов зданий и сооружений III класса [2], если при этом основание сложено горизонтальными (уклон не более 0,1), выдержанными по толщине слоями грунта, сжимаемость которых не увеличивается в пределах глубины, равной двойной ширине наибольшего фундамента, считая от его подошвы.

Значения Ro в табл. П.12 и П.13 приложения (см. также [2]) относятся к фундаментам, имеющим ширину b0 = 1 м и глубину заложения подошвы d0 = 2 м. При определении Ro по табл.

П.13 для непросадочных глинистых грунтов с промежуточными значениями IL и е двойную интерполяцию рекомендуется вести по формуле [20]

где ej и е2 — соседние значения коэффициента пористости в табл. П.13, между которыми находится значение коэффициента пористости е для рассматриваемого грунта; Ro(1; 0) и _RO(1; 1) — значения Ro в табл. П.ІЗ при коэффициенте е15 соответствующие значениям IL = 0 и IL = 1; Ro(2; 0) и Ло(2; 1) — значения Ro в табл. П.ІЗ при коэффициенте е2, соответствующие значениям IL = 0 и IL — 1. При использовании значения Ro по табл. П.12 и П.ІЗ для окончательного назначения размеров фундаментов расчетное сопротивление грунта основания определяется по формулам:

— при d 2 м где уд — удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м 3 ; кг — коэффициент, принимаемый для крупнообломочных и песчаных грунтов (кроме пылеватых песков) кг = 0,125, а для пылеватых песков, супесей, суглинков и глин кг = 0,05; к2 — коэффициент, принимаемый для крупнообломочных и песчаных грунтов к2 — 0,25, для супесей и суглинков к2 — 0,2, а для глин к2 = = 0,15. После определения величины расчетного сопротивления грунта основания вычисляют необходимую площадь подошвы фундамента А по формуле (2.6). Размеры подошвы фундамента определяют по формулам [2, 19, 20]: — для квадратного и круглого фундамента — для прямоугольного фундамента где Г| — отношение длины подошвы фундамента к ее ширине. Так как размеры подошвы фундамента еще не известны, то значение р рекомендуется принимать как отношение длины LK к ширине Ьк поперечного сечения колонны, т. е. р = LK/bK; — для ленточного фундамента

где 1,0 — один погонный метр длины ленточного фундамента. Принятые размеры Ъ и L для фундаментов под колонны должны быть кратными 300 мм.

С учетом принятых размеров подошвы фундамента и конструктивных особенностей подземной части сооружения (наличия подвала и его размеров, технологических каналов или технических подполий) определяется окончательная величина расчетного сопротивления грунта основания и сравнивается со средним давлением под подошвой фундамента [2, 19]: Расчетное сопротивление определяется с использованием расчетных характеристик грунтов основания по формуле [2, 19] где db — глубина подвала (рис. 2.3) — расстояние от уровня планировки до пола подвала (для сооружений с подвалом шириной В > 20 м db = 0); dx — глубина заложения подошвы фундаментов без подвальных сооружений от уровня планировки, или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала (рис.

2.3), определяемая по формуле [2, 19] hs — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала; hcf — толщина конструкции пола подвала; усу — расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала. Примечания к формуле (2.15): ее допускается применять при любой форме фундаментов в плане. Если подошва имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А, то в формуле (2.15) за ширину подошвы фундамента принимается Ъ = ; Если d1 > d (d — глубина заложения подошвы фундамента от уровня планировки), в формуле (2.15) принимается d1 = d и db = 0. Рис. 23. Схема для определения расчетного сопротивления грунта

2. Определение размеров подошвы фундамента итерационным способом. Как очевидно из формулы (2.15), значение расчетного сопротивления грунта основания зависит не только от физико-механических характеристик грунтов, залегающих непосредственно под подошвой фундамента, но и от геометрических размеров самого проектируемого фундамента — ширины и глубины его заложения. Поэтому определение размеров фундаментов приходится вести итерационным способом, задавшись предварительно какими-то начальными размерами [7]. Последовательность определения размеров подошвы фундамента итерационным способом заключается в следующем.

• На предварительно определенную глубину заложения подошвы фундамента устанавливают условный фундамент шириной Ьусл = 1,0 м. Строят расчетную схему в соответствии с инженерногеологическими условиями данной строительной площадки.
• Определяют предварительное расчетное сопротивление грунта основания условного фундамента по формуле [2, 7, 19]

3. Определяют предварительную площадь подошвы фундамента по формуле

• Определяют предварительные размеры подошвы фундамента по формулам (2.11) — (2.13), где b — Ьпри А — Апр.
• Определяют уточненное расчетное сопротивление грунта основания по формуле

6. Определяют уточненную площадь подошвы фундамента по формуле

7. Определяют уточненные размеры подошвы фундамента по формулам (2.11) — (2.13), где b = ЪутиА =Аут.

Затем с учетом принятых размеров подошвы фундамента и конструктивных особенностей подземной части сооружения (наличия подвала и его размеров, технологических каналов или технических подполий) определяется окончательная величина расчетного сопротивления грунта основания по формуле (2.15) и сравнивается со средним давлением (2.14) под подошвой фундамента.

3. Определение размеров подошвы фундамента при неизвестном значении расчетного сопротивления грунта основания.

При неизвестном значении расчетного сопротивления грунта основания размеры подошвы фундамента можно определить по формулам [7, 10, 20]:

а) для ленточных фундаментов

б) для квадратных и прямоугольных фундаментов

3-й слой: песок мелкий средней плотности, залегающий до разведанной глубины 11,5 м, ys = 26,6 кН/м 3 ; = 19,8 кН/м 3 ; ysb = 10,1 кН/м 3 ; е = 0,651; yc2 определяем по табл. П.6 приложения при отношении — = — = 2,67: = 1,3; ус2 = 1,3 ~ 1,1 -(4- 2,67) + 1,1 = 1,206.

Н 18 с 4-1,5

Коэффициент к = 1,1, так как прочностные характеристики мелкого песка средней плотности приняты по таблице СП 22.13330.2016.

Коэффициенты Му, Mq и Мс принимаем по табл. П.7 приложения при угле внутреннего трения мелкого песка (рй = 32°: Му — 1,34; Mq = 6,34; Мс = 8,55.

Размеры подошвы фундамента должны приниматься кратными 300 мм. Рассмотрим два варианта:

• b = 2,1 м; L = 6,44/2,1 = 3,07 м, принимаем L = 3,3 м; А = 2,1 • 3,3 = = 6,93 м [1][2][3] ;
• b = 2,4 м; L = 6,44/2,4 = 2,72 м, принимаем L = 3,0 м; А = 2,4 • 3,0 = = 7,2 м 3 .

Первый вариант имеет меньшую площадь подошвы, поэтому на данном этапе его и принимаем.

Окончательное расчетное сопротивление мелкого песка определяем по формуле (2.19):

Ориентировочно среднее давление под подошвой фундамента можно определить по формуле (2.7):

и, следовательно, условие (2.14) на данном этапе соблюдается.

действует вертикальная нагрузка Nn = 670 кН. Расчетная схема представлена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Схема для определения расчетного сопротивления грунта

В соответствии с выше приведенной последовательностью определяем размеры подошвы фундамента.

Определяем значения всех параметров, входящих в формулу (2.17), так же, как в примере 2.5.

Коэффициенты условий работы по табл. П.6 приложения при L/H = = 84/36 = 2,33:

Коэффициент к = 1,1.

Коэффициенты Му, Mq, Мс принимаем по табл. П.7 приложения при угле внутреннего трения песка средней крупности (ря = 36°: Му = 1,81; Mq = 8,24; Мс = 9,97.

Имеем уд = 19,7 кН/м 3 , так как до глубины zR = 0,5Ь = 0,5 • 1,0 = 0,5 м залегает только песок средней крупности выше уровня подземных вод. Вычисляем:

Размеры подошвы фундамента принимаем по номенклатуре типовых фундаментных плит (табл. П.14 приложения): b = 1,2 м; А = 1,2 м 2 .

Окончательное расчетное сопротивление мелкого песка определяем по формуле (2.19):

Ориентировочно среднее давление под подошвой фундамента по формуле (2.7)

Условие (2.14) на данном этапе соблюдается.

Пример 2.7

Определить размеры подошвы фундамента (исходные данные по примеру 2.1) по величине расчетного сопротивления грунта основания Ro.

Свойства песка средней крупности средней плотности: уя = 19,8 кН/м 3 , (ря= 29°; сп= 1,15 кПа.

Значение расчетного сопротивления песка средней крупности средней плотности определяем по табл. П.12 приложения при Ъо = 2 м и d0 = 2 м: R = = 400 кПа.

Предварительную ширину подошвы фундамента определяем по формуле (2.5):

Так как глубина заложения подошвы фундамента d = 2,9 м больше 2 м, то по формуле (2.10) уточняем величину расчетного сопротивления:

где уя = 19,8 кН/м 3 , так как выше подошвы фундамента залегает только песок.

Уточняем ширину подошвы фундамента:

Размеры подошвы фундамента принимаем по номенклатуре типовых фундаментных плит (табл. П.14 приложения): Ъ = 1,6 м.

По формуле (2.10) при b = 1,6 м имеем

Окончательное значение расчетного сопротивления песка средней крупности следует определять по формуле (2.15):

где Yd = 1,4 и ус2 =——^—(4-2,05)+ 1,2 = 1,356 приняты по табл. П.6 приложения при L/H = 78/38 = 2,05; М = 1,06; М = 5,25; Мс = 7,67 приняты 24

Уровень подземных вод находится на глубине 6,2 м.

Проектируется фундамент жилого дома под несущую стену толщиной 510 мм. По назначению и конструктивным особенностям подземной части здания глубина заложения фундамента составляет d — 2,4 м. Длина и высота здания равны соответственно L — 80 м и Н — 32 м. Уровень планировки: УП = = -1,1 м. Уровень подошвы фундамента: УПФ = -3,5 м. Уровень пола подвала: УПП = -2,9 м. Пол подвала бетонный толщиной 10 см. Уровень низа перекрытия первого этажа: УНП = -0,3 м. На обрез фундамента действует вертикальная нагрузка Nn = 598 кН.

2.4. Требуется определить размеры подошвы фундамента итерационным методом.

Грунтовые условия (см. рис. 2.4):

• й слой: растительный мощностью 0,4 м, уп = 15,9 кН/м 3 ;
• й слой: супесь пластичная мощностью 2,0 м, уд = 19,4 кН/м 3 ;
• й слой: песок средней крупности, средней плотности, залегающий до разведанной глубины 10,0 м, = 19,8 кН/м 3 , ysb = 10,5 кН/м 3 , фя = 32°, сп= 1,9 кПа.

Уровень подземных вод находится на глубине 3,0 м.

Проектируется фундамент производственного корпуса под железобетонную колонну сечением 500 х 800 мм и шагом колонн 6,0 м без подвала. По инженерно-геологическим условиям площадки строительства глубина заложения подошвы фундамента составляет d = 2,6 м с учетом бетонной подготовки. Длина и высота цеха равны соответственно L = 68 м и Н = 38 м. На обрез фундамента действует нагрузка Nn = 3825 кН.

• [1] Пример 2.6 Определить размеры подошвы фундамента итерационным методом. Грунтовые условия:
• [2] й слой: почвенный толщиной 0,4 м, уя = 16,2 кН/м4;
• [3] й слой: песок средней крупности, средней плотности, залегающий до разведанной глубины 10,5 м, = 19,7 кН/м4; (ру/ = 36°; си = 1,1 кПа; Е = = 27 МПа. Уровень подземных вод находится на глубине 3,6 м.