Расчет фундамента на отрыв
Stroimaster-nsk.ru

Строительный портал

Расчет фундамента на отрыв

5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 3)

Б. ВНЕЦЕНТРЕННО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Размеры внецентренно нагруженных фундаментов определяются исходя из условий:

где р — среднее давление под подошвой фундамента от нагрузок для расчета оснований по деформациям; pmax — максимальное краевое давление под подошвой фундамента; р c max — то же, в угловой точке при действии моментов сил в двух направлениях; R — расчетное сопротивление грунта основания.

Максимальное и минимальное давления под краем фундамента мелкого заложения при действии момента сил относительно одной из главных осей инерции площади подошвы определяется по формуле

где N — суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его обрезах, кН; A — площадь подошвы фундамента, м 2 ; Мх — момент сил относительно центра подошвы фундамента, кН·м; y — расстояние от главной оси инерции, перпендикулярной плоскости действия момента сил, до наиболее удаленных точек подошвы фундамента, м; Ix — момент инерции площади подошвы фундамента относительно той же оси, м 4 .

Для прямоугольных фундаментов формула (5.53) приводится к виду

где Wx — момент сопротивления подошвы, м 3 ; ex = Mx/N — эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента, м; l — размер подошвы фундамента в направлении действия момента, м.

При действии моментов сил относительно обеих главных осей инерции давления в угловых точках подошвы фундамента определяется по формуле

или для прямоугольной подошвы

где Мх, My, Iх, Iy, ex, ey, x, у — моменты сил, моменты инерции подошвы эксцентриситеты и координаты рассматриваемой точки относительно соответствующих осей; l и b — размеры подошвы фундамента.

Условия (5.50)—(5.52) обычно проверяются для двух сочетаний нагрузок, соответствующих максимальным значениям нормальной силы или момента.

Относительный эксцентриситет вертикальной нагрузки на фундамент ε = е/l рекомендуется ограничивать следующими значениями:

εu = 1/10 — для фундаментов под колонны производственных зданий с мостовыми кранами грузоподъемностью 75 т и выше и открытых крановых эстакад с кранами грузоподъемностью более 15 т, для высоких сооружений (трубы, здания башенного типа и т.п.), а также во всех случаях, когда расчетное сопротивление грунтов основания R εu = 1/6 — для остальных производственных зданий с мостовыми кранами и открытых крановых эстакад;

εu = 1/4 — для бескрановых зданий, а также производственных зданий с подвесным крановым оборудованием.

Форма эпюры контактных давлений под подошвой фундамента зависит от относительного эксцентриситета (рис. 5.25): при ε ε = 1/10, соотношение краевых давлений pmin/pmax = 0,25), при ε = 1/6 — треугольная с нулевой ординатой у менее загруженной грани подошвы, при ε > 1/6 — треугольная с нулевой ординатой в пределах подошвы, т.е. при этом происходит частичный отрыв подошвы.

В последнем случае максимальное краевое давление определяется по формуле

где b — ширина подошвы фундамента; l = l /2 – e — длина зоны отрыва подошвы (при ε = 1/4, l = 1,4).

Следует отметить, что при отрыве подошвы крен фундамента нелинейно зависит от момента.

Распределение давлений по подошве фундаментов, имеющих относительное заглубление λ = d/l > 1, рекомендуется находить с учетом бокового отпора грунта, расположенного выше подошвы фундамента. При этом допускается применять расчетную схему основания, характеризуемую коэффициентом постели (коэффициентом жесткости). В этом случае краевые давления под подошвой вычисляются по формуле

где id — крен заглубленного фундамента; ci — коэффициент неравномерного сжатия.

Пример 5.11. Определить размеры фундамента для здания гибкой конструктивной схемы без подвала, если вертикальная нагрузка на верхний обрез фундамента N = 10 МН, момент M = 8 МН·м, глубина заложения d = 2 м. Грунт — песок средней крупности со следующими характеристиками, полученными по испытаниям: е = 0,52; φII = 37°; cII = 4 кПа; γ = 19,2 кН/м 3 . Предельное значение относительного эксцентриситета εu = е/l = 1/6.

Решение. По табл. 5.13 R = 500 кПа. Предварительные размеры подошвы фундамента определим исходя из требуемой площади:

м 2 .

Принимаем b · l = 4,2 · 5,4 м ( A = 22,68 м 2 ).

Расчетное сопротивление грунта по формуле (5.29) R = 752 кПа. Максимальное давление под подошвой

кПа R = 900 кПа.

Эксцентриситет вертикальной нагрузки

м,

Таким образом, принятые размеры фундамента удовлетворяют условиям, ограничивающим краевое давление и относительный эксцентриситет нагрузки.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Расчет размеров подошвы внецентренно нагруженного фундамента

Расчет размеров подошвы внецентренно нагруженного фундамента производят методом последовательного приближения.

Содержание статьи:

◊ Проверка достаточности размеров подошвы фундамента при наличии подстилающего слоя слабого грунта.

Когда равнодействующая внешних сил какой-либо расчетной комбинации нагружения не проходит через центр тяжести площади подошвы фундамента ( на фундамент действует момент или возможно развитие подошвы фундамента из-за стесненности места только в одну сторону и т.п.), размеры подошвы фундамента определяют как внецентренно нагруженного элемента. Расчет внецентренно нагруженного фундамента производят методом последовательного приближения.

Ориентировочные значения расчетного сопротивления грунта основания и размеров подошвы фундамента рекомендуется сначала определить как для фундамента центрально нагруженного по методике , изложенной выше.Полученное значение площади подошвы обычно увеличивают на 10…20 % и более в зависимости от эксцентриситета внешних сил.

Последовательным приближением добиваются удовлетворения следующих условий:
для среднего авления по подошве pII, определяют по формуле :

pII=(N0II+NфII+NгрII)/(bl), при этом должно соблюдаться условие PII≤R;

для максимального краевого давления при эксцентриситете относительно одной ≥главной оси инерции подошвы фундамента: p max≤1,2R;
для максимального давления под углом фундамента p max≤1,5R;

Рекомендуется также не допускать отрыва подошвы фундамента от грунта.Это достигается соблюдением условия p min II ≥0.В случае возникновения момента от кранов грузоподъемностью ≥ 500 кН, рекомендуется выполнять условие при котором
p min II /p maxII ≥ 0,25.

Последние два условия могут не удовлетворяться при плотных грунтах , когда исключено существенное развитие крена фундамента, а также разжижения грунтов, испытывающих попеременно загрузку и полную разгрузку под частью подошвы фундамента.В общем случае, если момент действует относительно обеих главных осей инерции ( смотри рис-1), краевое давление

P maxII‚minII= (NII/Аф) ± (MxIIy/Ix) ± MyIIx/Iy. (форммула-1);

где NII-вертикальная расчетная нагрузка в уровне подошвы фундамента ,КН; Аф-площадь подошвы фундамента, м ²; MxII и MyII-моменты от данного сочетания расчетных нагрузок относительно соответствующих главных осей инерции площади подошвы фундамента,кН·м; Ix и Iy моменты инерции площади подошвы фундамента относительно осей х и у, м².Остальные обозначения даны на рис-1.

Значение NII определяют по формуле:
NII=N0II+NфII+NгрII.( формула-2), где N0II-расчетная нагрузка в сечении на отметке поверхности грунта при расчете по IIгруппе предельных состояний ,кН; NфII-расчетный вес фундамента,кН; NгрII-расчетный вес грунта на уступах фундамента,кН.

Рисунок-1. Схема подошвы и эпюры давления по краям подошвы внецентренно нагруженного фундамента

Когда равнодействующая приложена в точке А прямоугольной площади подошвы фундамента ( рис-1), формулу -1 приводят к виду :
P maxII‚minII=(NII/Аф)[1 ± 6ex/l ± 6ey/b].( формула-3). Эксцентриситеты ех и еу определяют в метрах по формуле:
ех=MxII/NII и ey=MyII/NII (формула-4).

Когда момент действует только относительно одной главной оси инерции, формула -3 примет вид:
P maxII‚minII=(NII/Аф)[1 ± 6e/l]. ( формула-5). где е-эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести площади подошвы фундамента,м; е=MII/NII; l-размер подошвы фундамента ( обычно больший) в плоскости действия момента ,м.
е=MII/NII (формула-6)

Проверку давления под краем или углом фундамента обычно производят для двух комбинаций загружения : для максимальной нормальной силы NmaxII с соответствующим ей MII и максимального абсолютного значения момента MmaxII c соответствующей силой NII.Надо стремиться, чтобы от постоянных и длительных временных нагрузок давление было по возможности равномерно распределено по подошве. Для выравнивания давления по подошве делают фундамент несимметричным , смещая подошву ( рис-2), приблизительно на величину

се=0,5(emaxII+eminII),где e max и eminII-максимальное и минимальное значения эксцентриситета с учетом их знаков при разных возможных комбинациях нагрузок ( например, мостовые краны с одной или другой стороны колонны).

Рисунок-2.Схема смещения центра тяжести подошвы фундамента

Схема смещения центра тяжести подошвы фундамента

При большом значении эксцентриситета иногда целесообразно принять подошву фундамента вытянутой формы, но обычно l/b не более чем 3:1, сделать ее сложной конфигурации ( таврового или двутаврового сечения) или фундамент прикреплять к основанию вертикальными анкерами с предварительным их напряжением.

С целью уменьшения количества попыток можно после первого определения R1 и pmaxII1 найти площадь подошвы фундамента по формуле:

Аф2=NII/R1(pmaxII1/1,2R1); где индекс 1 показывает что в формулу входят значения полученные при предшествующем ( первом)определении. Для Аф2 подбирают размеры b, l и уточняют R по формуле R=ϒc1ϒc2/ℜ[Mϒℜ2bϒII+Mqd1ϒI+(Mq-1)dbϒII+McCII].

После такого повторного расчета опять производят проверку условий PII≤R;p max≤1,2R;p min II /p maxII ≥ 0,25, и в крайнем случае уточняют размеры подошвы в пределах 10…20 см.Когда не требуется выполнять условие p min II ≥ 0 и равнодействующая сила выходит за пределы ядра сечения подошвы фундамента, руководствуются дополнительно следующим.

Если равнодействующая проходит от наиболее нагруженного края подошвы на расстоянии не менее 0,25 размера подошвы в плоскости действия момента,то краевые и угловые давления можно определять по формулам P maxII‚minII= (NII/Аф) ± (MxIIy/Ix) ± MyIIx/Iy. (формула-1);

и P maxII‚minII=(NII/Аф)[1 ± 6ex/l ± 6ey/b].( формула-3), то есть без учета неполного опирания подошвы. Это при указанном ограничении уменьшает рмахII не более чем на 7 %.

При большем отклонении равнодействующей,если нельзя добиться выполнения этого условия, целесообразно отрывающийся край фундамента заанкерить в основании вертикальными анкерами с предварительным их натяжением. В таком случае равнодействующая суммируется с силой, равной сумме предварительного натяжения анкеров, уменьшенной на коэффициент надежности по грунту.

Использование фундаментов с неполным опиранием подошвы допускается в исключительных случаях ( например,от монтажных нагрузок или при особом сочетании нагрузок). Заанкеренные фундаменты с учетом сил предварительного натяжения анкеров , как правило не должны иметь отрыва подошвы от грунта. После удовлетворения условий p max≤1,2R; p min II /p maxII ≥ 0,25, производят расчет осадки и поворота фундамента а также расчет по несущей способности .

Пример-1. Определить необходимые размеры подошвы фундамента и расчетное сопротивление грунта основания R, если к фундаменту приложена вертикальная сила N0II=2500 кН и момент М0II=2500 кН·м, действующий в обоих направлениях.Глубина заложения фундамента d=2м; подвала нет; грунтовые условия следующие:грунт -глина в мягкопластичном состоянии , обладающая характеристиками: φII=14 °; и cII =41 кПа, γI=γII=18,5 кН/м³. Поскольку момент создаст значительный эксцентриситет e=2000/2500 =0,8 м,то целесообразно принять вытянутую прямоугольную форму подошвы фундамента.принимаем Кп=l/b=1,5.

В первом приближении рассчитываем этот фундамент как центрально нагруженный.Тогда для заданных грунтовых условий в примере для определения размеров подошвы прямоугольного фундамента одновременно с расчетным сопротивлением грунта основания ( пример-1), найдена площадь подошвы фундамента Аф при нагрузке N0II=2500 kH, равная 9,12 м².Учитывая что на фундамент действует еще момент М0II=2500 кН·м,увеличим Аф на 20%, тогда ориентировочно примем Аф=11 м² с соотношением сторон Кп=l/b=1,5.Первое приближение размеров подошвы фундамента определяем по формуле

Читать еще:  Суглинок какой фундамент выбрать

b1=√(11/1,5)=2,7 м; l1=2,7·1,5=4,0м.Для b1=2,7м определяем расчетное сопротивление грунта основания по формуле R=ϒc1ϒc2/ℜ[Mϒℜ2bϒII+Mqd1ϒI+(Mq-1)dbϒII+McCII], при ранее найденных Mϒ=0,29, Мq=2,17, Mc=4,69,γc1=1,1,γc2=1,ℜ=1,( ℜz=1, как в этом примере).
Тогда R=(1,1·1)/1 (0,29·1·2,7·18,5+2,17·2·18,5+4,69·41)=316 кПа.

Допустимое краевое давление 1,2R=1,2·316=379 кПа. Проведем проверку условий : PII≤R;для максимального давления под углом фундаментаp maxII≤1,2R; pminII≥0; p min II /p maxII ≥ 0,25, а также найдем давление под подошвой по формуле : pII=[N0II/(bl)]+γcpII ·d.
Итак, pII=2500/(2,7·4,0)+22·2=275кПа 379 кПа. Кроме того не трудно убедиться, что pminII ≈ 0. Поскольку момент действует в обоих направлениях, фундамент сделать несимметричным нельзя. Надо либо увеличивать площадь подошвы, либо еще больше вытянуть по направлению l.

Оставив отношение l/b=1,5,найдем по формуле площадь подошвы фундамента ( вторая попытка).Формула следующая: Аф2=NII/R1(pmaxII1/1,2R1); где индекс 1 показывает что в формулу входят значения полученные при предшествующем ( первом)определении. Для Аф2 подбирают размеры b, l и уточняют R по формуле R=ϒc1ϒc2/ℜ[Mϒℜ2bϒII+Mqd1ϒI+(Mq-1)dbϒII+McCII].

И так, Аф2=(2975/316)(552/(1,2·316)=13,70 м² ; b=√(13,70/1,5)=3.02м. Примем b=3м, l=1,5·3=4,5 м.Тогда NII=2500+3·4,5·22·2=3094 kH; е=2000/3094=0,65 м. Pmax=3094/(3·4,5)[1+(6·0,65)/4,5]=428 кПа>379 кПа.

Перенапряжение на 13%.Увеличим площадь подошвы на 15%, тогда Аф=3·4,5·1,15=15,52 м². Принимаем b=3,2м; l=4,8 м; Аф=15,36 м² .Тогда NII=2500+3,2·4,8·22·2=3176 кН; е=2000/3176=0,63 м; PmaxII=3176 /(3,2·4,8) [1+(6·0,63)/4,8]=370 РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!

Допустимый отрыв подошвы фундамента

Допустимый отрыв подошвы фундамента

Здравствуйте, коллеги. Данная тема обсуждалась уже несколько раз, но вопросов в ней больше, чем ответов (по крайней мере у меня). ИМХО, данная проблема изложена в нормативной литературе крайне мутно и не понятно и оставляет много неопределенностей, непонятностей и нелогичностей в данном вопросе. Итак, вот какие вопросы и проблемы хотелось бы поднять:
1. Частичный отрыв допускается только для фундаментов бескрановых зданий с подвесным транспортным оборудованием. А как быть с сооружениями (эстакады, рамы под оборудования и т.д.)? Допустим имеем отдельно стоящую П-образную раму. Можно ли допустить частичный отрыв подошвы в плоскости рамы? А из плоскости?
2. Можно ли здание с подвесным КРАНОМ 5т отнести к бескрановым и допустить для него частичный отрыв?Или нельзя (с одной стороны кран, с другой – подвесное транспортное оборудование небольшой грузоподъемности),
3. Отношение макс. к мин. давлению не должно превышать 0,25 для сооружений башенного типа. Что понимать под таким сооружением? Любую консольную стойку? А может ли не раскрепленная из плоскости рама рассматриваться как консоль (из плоскости)? А если ригель примыкает к стойке шарнирно, то можно и в плоскости каждую стойку рассматривать как консоль, т.е. сооружение башенного типа. Так?
4. Отношение макс. к мин. давлению не должно превышать 0,25 для грунтов с R 0.25 для любой отдельно стоящей стойки (а может даже и рамы) выглядит не совсем логично. При чем независимо от степени нагруженности (Rmax). А если применять его для одновременного действия двух моментов (см. п. 6), то можно получить огромные фундаменты под достаточно скромные нагрузки(с шестикратными запасами по опрокидыванию ). В общем физический смысл данных ограничений мне не до конца понятен, остается только догадываться (как вариант для увеличения жесткости опорного узла, снижения кренов и т.п.). Так вот, как Вы сами относитесь к требованиям (а точнее рекомендациям) данных пунктов (изложенных, в частности в пособии к СНиП по основаниям, п.2.207, п.2.208), всегда ли им следуете, и если нарушаете, то как к этому относится экспертиза.

С нетерпением жду высказывания по каждому из пунктов. Можно и по части пунктов высказаться В любом случае заранее спасибо всем откликнувшимся.

Допустимый отрыв подошвы фундамента
Допустимый отрыв подошвы фундамента Основания и фундаменты

Допустимый отрыв подошвы фундамента

Здравствуйте, коллеги. Данная тема обсуждалась уже несколько раз, но вопросов в ней больше, чем ответов (по крайней мере у меня). ИМХО, данная проблема изложена в нормативной литературе крайне мутно и не понятно и оставляет много неопределенностей, непонятностей и нелогичностей в данном вопросе. Итак, вот какие вопросы и проблемы хотелось бы поднять:
1. Частичный отрыв допускается только для фундаментов бескрановых зданий с подвесным транспортным оборудованием. А как быть с сооружениями (эстакады, рамы под оборудования и т.д.)? Допустим имеем отдельно стоящую П-образную раму. Можно ли допустить частичный отрыв подошвы в плоскости рамы? А из плоскости?
2. Можно ли здание с подвесным КРАНОМ 5т отнести к бескрановым и допустить для него частичный отрыв?Или нельзя (с одной стороны кран, с другой – подвесное транспортное оборудование небольшой грузоподъемности),
3. Отношение макс. к мин. давлению не должно превышать 0,25 для сооружений башенного типа. Что понимать под таким сооружением? Любую консольную стойку? А может ли не раскрепленная из плоскости рама рассматриваться как консоль (из плоскости)? А если ригель примыкает к стойке шарнирно, то можно и в плоскости каждую стойку рассматривать как консоль, т.е. сооружение башенного типа. Так?
4. Отношение макс. к мин. давлению не должно превышать 0,25 для грунтов с R 0.25 для любой отдельно стоящей стойки (а может даже и рамы) выглядит не совсем логично. При чем независимо от степени нагруженности (Rmax). А если применять его для одновременного действия двух моментов (см. п. 6), то можно получить огромные фундаменты под достаточно скромные нагрузки(с шестикратными запасами по опрокидыванию ). В общем физический смысл данных ограничений мне не до конца понятен, остается только догадываться (как вариант для увеличения жесткости опорного узла, снижения кренов и т.п.). Так вот, как Вы сами относитесь к требованиям (а точнее рекомендациям) данных пунктов (изложенных, в частности в пособии к СНиП по основаниям, п.2.207, п.2.208), всегда ли им следуете, и если нарушаете, то как к этому относится экспертиза.

С нетерпением жду высказывания по каждому из пунктов. Можно и по части пунктов высказаться В любом случае заранее спасибо всем откликнувшимся.

Допустимый отрыв подошвы фундамента
Допустимый отрыв подошвы фундамента Основания и фундаменты

5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 3)

Б. ВНЕЦЕНТРЕННО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Размеры внецентренно нагруженных фундаментов определяются исходя из условий:

где р — среднее давление под подошвой фундамента от нагрузок для расчета оснований по деформациям, pmax — максимальное краевое давление под подошвой фундамента, р c max — то же, в угловой точке при действии моментов сил в двух направлениях, R — расчетное сопротивление грунта основания.

Максимальное и минимальное давления под краем фундамента мелкого заложения при действии момента сил относительно одной из главных осей инерции площади подошвы определяется по формуле

где N — суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его обрезах, кН, A — площадь подошвы фундамента, м 2 , Мх — момент сил относительно центра подошвы фундамента, кН·м, y — расстояние от главной оси инерции, перпендикулярной плоскости действия момента сил, до наиболее удаленных точек подошвы фундамента, м, Ix — момент инерции площади подошвы фундамента относительно той же оси, м 4 .

Для прямоугольных фундаментов формула (5.53) приводится к виду

где Wx — момент сопротивления подошвы, м 3 , ex = Mx/N — эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента, м, l — размер подошвы фундамента в направлении действия момента, м.

При действии моментов сил относительно обеих главных осей инерции давления в угловых точках подошвы фундамента определяется по формуле

или для прямоугольной подошвы

где Мх, My, Iх, Iy, ex, ey, x, у — моменты сил, моменты инерции подошвы эксцентриситеты и координаты рассматриваемой точки относительно соответствующих осей, l и b — размеры подошвы фундамента.

Условия (5.50)—(5.52) обычно проверяются для двух сочетаний нагрузок, соответствующих максимальным значениям нормальной силы или момента.

Относительный эксцентриситет вертикальной нагрузки на фундамент ε = е/l рекомендуется ограничивать следующими значениями:

εu = 1/10 — для фундаментов под колонны производственных зданий с мостовыми кранами грузоподъемностью 75 т и выше и открытых крановых эстакад с кранами грузоподъемностью более 15 т, для высоких сооружений (трубы, здания башенного типа и т.п.), а также во всех случаях, когда расчетное сопротивление грунтов основания R 1/6 — треугольная с нулевой ординатой в пределах подошвы, т.е. при этом происходит частичный отрыв подошвы.

В последнем случае максимальное краевое давление определяется по формуле

где b — ширина подошвы фундамента, l = l /2 – e — длина зоны отрыва подошвы (при ε = 1/4, l = 1,4).

Следует отметить, что при отрыве подошвы крен фундамента нелинейно зависит от момента.

Распределение давлений по подошве фундаментов, имеющих относительное заглубление λ = d/l > 1, рекомендуется находить с учетом бокового отпора грунта, расположенного выше подошвы фундамента. При этом допускается применять расчетную схему основания, характеризуемую коэффициентом постели (коэффициентом жесткости). В этом случае краевые давления под подошвой вычисляются по формуле

где id — крен заглубленного фундамента, ci — коэффициент неравномерного сжатия.

Пример 5.11. Определить размеры фундамента для здания гибкой конструктивной схемы без подвала, если вертикальная нагрузка на верхний обрез фундамента N = 10 МН, момент M = 8 МН·м, глубина заложения d = 2 м. Грунт — песок средней крупности со следующими характеристиками, полученными по испытаниям: е = 0,52, φII = 37°, cII = 4 кПа, γ = 19,2 кН/м 3 . Предельное значение относительного эксцентриситета εu = е/l = 1/6.

Решение. По табл. 5.13 R = 500 кПа. Предварительные размеры подошвы фундамента определим исходя из требуемой площади:

Принимаем b · l = 4,2 · 5,4 м ( A = 22,68 м 2 ).

Расчетное сопротивление грунта по формуле (5.29) R = 752 кПа. Максимальное давление под подошвой

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Допустимый отрыв подошвы фундамента
5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 3) Б. ВНЕЦЕНТРЕННО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ Размеры внецентренно нагруженных фундаментов определяются исходя из условий:

Ограничения по форме эпюры давлений по подошве фундамента

Современные нормы проектирования оснований фундаментов устанавливают ограничения по форме эпюры давлений по подошве фундаментов или, что одно и тоже, по размеру эксцентриситета равнодействующей.

Для фундаментов колонн зданий, оборудованных мостовыми кранами грузоподьемностью 75 т и выше, а также для фундаментов колонн открытых крановых эстакад при кранах грузоподъемностью свыше 15 т, для сооружений башенного типа (труб, домен и других), а также для всех видов сооружений при расчетном сопротивлении грунта основания R

Если нагрузка на полы расположена лишь с одной стороны фундамента, она учитывается как полосовая.

Читать еще:  Фундамент под пристройку из пеноблоков

При действии местной (полосовой) равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q в виде полосы шириной b (рисунок 43) средние давления на грунт под подошвой фундамента, а также краевые давления должны быть увеличены на kqq, где коэффициент изменения в толще грунта давления от нагрузки на полы kq принимается по таблице 40 в зависимости от отношений z / b и y / b , в которых z и y – координаты точек, расположенных по вертикали, проходящей через рассматриваемую точку на подошве фундамента.

При действии местной равномерно нагрузки интенсивностью q распределенной по прямоугольной площади, например, для фундаментов расположенных в углу здания, дополнительные давления на грунт под подошвой фундамента следует определять по методу угловых точек (см. п. 3.5).

Пример 7.Определение давлений по подошве фундаментов от полосовой нагрузки на полах (см. рисунок 44). Фундаменты шириной b=2 м заглублены от пола помещения на d=2 м, нагрузка на полах интенсивностью q =50 кПа равномерно распределена по полосе шириной b =4 м. Полоса удалена от оси фундамента на L=3 м (считая от оси полосы).

Решение.Подсчет давлений выполним для трех точек подошвы фундамента:

1) для наиболее удаленной от полосовой нагрузки краевой точки, находящейся на расстоянии от оси полосы, равном y1 = L + b / 2,

3) для наиболее близкой краевой точки y3 = Lb / 2.

Давление в указанных точках находим для глубины z, равной глубине заложения фундамента z = d.

Давления определяются через коэффициент kq, найденный по таблице 40.

Ограничения по форме эпюры давлений по подошве фундамента
Ограничения по форме эпюры давлений по подошве фундамента Современные нормы проектирования оснований фундаментов устанавливают ограничения по форме эпюры давлений по подошве фундаментов или, что

Рассчитываем фундамент на опрокидывание

Давно известно, что надежность здания зависит не только от правильного выбора фундамента, качественных стройматериалов, профессиональных работников, но и от определения грунтов на участке и соответствующий расчет нагрузок.

Сведения и задачи для расчетов

Стройка начинается с расчета. Это первое правило строительства и неважно, идет речь о жилом 9-этажном доме или хижине дяди Тома, к примеру. Для расчетов необходимы данные. Сбор сведений – такая же ответственная работа, как и проведение расчетов. Данные собираются по-разному. Это могут быть динамические или статические испытания, а зачастую параметры и значения из таблиц.

Для проектирования фундаментов нужны такие сведения:

  • выкладки инженерно-геологических работ;
  • характеристика здания – назначение, конструкционные решения, технология строительства;
  • какие силы и нагрузки действуют на фундамент;
  • наличие близкорасположенных фундаментов и воздействие на них возводимого здания.

Все указания по расчетам оснований зданий и сооружений приведены в одноименном СП 22.13330.2011, актуализированной версии СНиП 2.02.01-83.

При расчетах определают:

  • каким будет основание;
  • тип, конструкцию, материал и размер фундамента;
  • работы по уменьшению влияния деформаций;
  • мероприятия для ослабления изменений близлежащих фундаментов.

Расчет оснований

Основополагающим в расчетах является условие, что несущая способность грунтов вычисляется вместе со всеми элементами сооружения.

Разработкой должна быть решена задача обеспечение их устойчивости в любых проявлениях неблагоприятных вариантов нагрузок и воздействий. Ведь потеря устойчивости оснований соответственно повлечет деформацию, а, возможно, и разрушение всего или части здания.

Последствия сдвига фундамента

Проверке подвергаются такие вероятные потери устойчивости:

  1. сдвиг грунтов основания вместе с фундаментом;
  2. плоский сдвиг сооружения по соприкосновению: подошва сооружения – поверхность грунта;
  3. смещение фундамента по какой-либо из его осей.

Помимо нагрузок и других сил, действующих на конструкции, устойчивость здания зависит от глубины заложения, формы, размера подошвы фундамента.

Применение метода предельных состояний

Расчетная схема определения нагрузок достаточно разнообразна и специфична для каждого объекта. На разных этапах до 1955 г. существовали разные методы расчета конструкций: а) допускаемых напряжений; б) разрушающих нагрузок. С момента указанной даты расчеты ведутся по методу предельных состояний. Его особенностью является наличие целого ряда коэффициентов, учитывающих предельную прочность конструкций. Когда такие конструкции перестают отвечать требованиям эксплуатации, их состояние называется предельным.

Упомянутыми СП и СНиП устанавливаются следующие предельные состояния оснований:

  • по несущей способности;
  • по деформациям.

Деформация фундамента здания из-за смещения

По несущей способности входят состояния, при которых основание и сооружение не соответствуют эксплуатационным нормам. Это может быть лишение ими устойчивого положения, обрушение, разного рода колебания, избыточные деформации, как пример: оседание.

Вторая группа объединяет состояния, которые затрудняют эксплуатацию конструкций или снижают ее срок. Здесь могут иметь место опасные смещения – осадка, крен, прогибы, появление трещин и т. п. Расчет по деформациям выполняется всегда.

Основания рассчитываются по первой группе в таких ситуациях:

  1. при наличии горизонтальных нагрузок – подпорная стена, работы по углублению подвала (реконструкция), фундаменты распорных сооружений;
  2. расположение объекта вблизи котлована, откоса или подземной выработки;
  3. основание состоит из увлажненных или жестких грунтов;
  4. сооружение находится в перечне по I уровню ответственности.

Расчет нагрузок

Проектированием учитываются все виды нагрузок, возникающих на этапах строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Порядок их нормативных и расчетных значений установлен в СП 20.13330.2011, обновленной версии СНиП 2.01.07-85.

Нагрузки классифицируются по длительности воздействия, и бывают постоянными или временными.

В постоянные нагрузки входят:

  • вес элементов и конструкций зданий;
  • вес насыпных грунтов;
  • гидростатическое давление грунтовых вод;
  • предварительно напряженные усилия, например: в железобетоне.

Диапазон временных нагрузок более широк. Можно сказать, что к ним относятся все остальные, не вошедшие в постоянные.

Как правило, на основание или конструкцию действует несколько сил, поэтому расчеты предельных состояний выполняются по критическим сочетаниям нагрузок или соответствующим усилиям. Такие сочетания проектируются при анализе состава одновременного приложения различных нагрузок.

По составу нагрузок различаются:

  • основные сочетания, куда входят постоянные, длительные и кратковременные нагрузки:

  • особые сочетания, где помимо основных действует одна из особых нагрузок:

Расчет устойчивости фундаментов

Пока лишь только поверхностно ознакомившись с методом предельных состояний, можно представить объем информации и количество расчетов, необходимых для правильного проектирования фундаментов. Здесь нет места ошибкам и оплошностям, ведь речь идет о безопасности не только строителей, но и жильцов или рабочих. И хотя риски массового строительства и индивидуального несопоставимы, малейшие сомнения должны побудить застройщика обратиться к проектировщикам.

Сложный расчет подошвы фундамента на опрокидывание начинается с проверки несущей способности основания. В первую очередь необходимо проверить условие:

На разных грунтах сила предельного сопротивления основания будет разной. Для скальных грунтов ее вычисляют таким образом:

На увлажненных грунтах она определяется из равенства между соотношениями нормальных и касательных напряжений в поверхностях скольжения.

Проверка на сдвиг по подошве

Необходимо из всех возможных поверхностей скольжения найти наиболее опасную, и для нее обеспечить равновесие сил: сдвигающих и удерживающих. Проверочными действиями охватываются сочетания нагрузок и различные воздействия. Для каждого случая вычисляется предельная нагрузка.

Обязательным условием расчетов является построение схем и чертежей (на заданную ось или относительно основания), позволяющих определить равенство сил или моментов. В схемах указываются:

  • нагрузки от здания;
  • вес грунта;
  • сила трения по критической поверхности скольжения;
  • сила фильтрационного давления.

Поскольку плоский сдвиг по подошве возможен в ситуации, когда механическое взаимодействие грунта и подошвы фундамента путем сцепления меньше горизонтального давления, необходимо произвести расчеты сил на сдвиг и сдерживающих сил. Проверка фундамента на устойчивое положение заключается в соблюдении условия:

где Q1 – составляющая расчетных нагрузок на фундамент, параллельная плоскости сдвига, кН; Еа и Ер – составляющие равнодействующих активного и пассивного давления грунта на боковые грани фундаментов, параллельные плоскости сдвига (кН); N1 – сумма расчитанных нагрузок по вертикали (кН); U – гидростатическое противодавление (кН); b, l – параметры фундамента (м); c1, f – коэффициенты грунтов: сцепления и трения.

Если условие не соблюдается, то сопротивление сдвигу можно увеличить, повышая коэффициент трения. Тогда под фундамент нужно готовить гравийно-песчаную подушку. Посмотрите видео, как сделать песчаную подушку для увеличения устойчивости фундамента.

Сдвиг по подошве обычно происходит на мало сжимаемых грунтах. Зачастую наблюдается глубинный сдвиг внутри грунтового массива.

Проверка на опрокидывание

Это последний этап проведения расчета на опрокидывание. Он скорее формальный, поскольку опрокидывание по одной из граней подошвы может быть вероятным при строительстве на жестком основании – скальных грунтах. В отличие от них сжимаемые основания предрасположены к возникновению кренов, тогда точка вращения смещается к центру фундамента.

В любом случае должно подтверждаться правило, что момент устойчивости сильнее опрокидывающего момента. Проверкой устанавливается следующая закономерность:

Пример

Проверка устойчивости ограждающей бетонной стены. Условия примера: ширина подошвы – 2,1 м, высота – 2 м. Одна сторона засыпана грунтом вровень со стеной: q=10 кН/м2, γ1 =18 кН/м3, φ1=16º.

Действие вертикальной нагрузки N1=400 кН/м, горизонтальной – Т1,1=120 кН/м.

  • Необходимо провести проверку на сдвиг.

Вычисляются нагрузки, действующие на стену. Помимо указанных в условии примера, дополнительно действует горизонтальная сила от пригруза и засыпки. Она определяется по формуле:

Высчитывается собственный вес бетонной стены (плотность 25 кН/м3):

Теперь рассчитаем вес грунта на обрезах:

Рассчитывается сдвигающая сила по формуле:

Теперь удерживающая сила (коэффициент трения 0,45)

Для проверки истинности выражения (12.5) нужно взять коэффициент условий работы и коэффициент надежности (для сооружений III уровня ответственности – 1,1).

Подставляя данные 151,4≤1*221,9/1,1=201,7, получаем результат, что сила трения больше сдвигающей силы, следовательно, устойчивость обеспечивается.

  • Второй стадией проводится проверка на опрокидывание.

Выявляются горизонтальные силы, их положение относительно подошвы фундамента:

Вычисляется опрокидывающий момент, действующий от горизонтальных сил:

Вертикальные силы создают момент устойчивости относительно выбранной точки подошвы фундамента:

Проверку на опрокидывание можно вывести по коэффициенту устойчивости фундамента

Расчет несущей способности фундамента дома

Сразу же после сдачи любого сооружения в эксплуатацию, происходит процесс медленного опускания фундамента за счет прикладываемых нагрузок. Фундамент всегда опускается на расчетную глубину, это значение всегда учитывается и закладывается при проведении расчетов.

Большие, неравномерные осадки оснований влекут за собой деформацию конструкций с дальнейшим разрушением здания. Как правило причина кроется в неправильном расчете несущей способности фундаментов, а также из-за ошибок в расчетах допустимых нагрузок на грунты.

Необходимость геологических исследований

Для определения типа фундаментов, а также в расчете ориентировочной просадки грунтов зоны строительства, в обязательном порядке проводятся геологические исследования. С их помощью определяется тип почвы, глубина промерзания, уровень залегания грунтовых вод, структура грунта и прочие параметры. Поэтому несущая площадь фундамента должна быть такой, чтобы ее масса вместе с будущим зданием не превышала расчетное сопротивление грунта на строительной площадке.

Читать еще:  Через какое время снимать опалубку с фундамента

Только тогда получится качественный, надежный фундамент, способный выдерживать горизонтальные и вертикальные нагрузки. При этом строить дополнительные этажи без укрепления существующего фундамента запрещено, так как в таком случае резко увеличивается масса объекта в целом.

Что подразумевают под расчетной способностью грунтов?

Несущую способность грунтов оценивают в комплексном порядке при расчете фундаментов и сооружений. Главная цель такого расчета – это обеспечить прочность, устойчивость грунтов под подошвой фундамента, не допустить сдвиг здания по подошве в любую сторону.

Нарушение правильного состояния здания может привести не только к накоплению осадок, но впоследствии к нарушению конструкции самого основания. На фундамент также влияют вертикальные, горизонтальные нагрузки со стороны почвы и самого здания, поэтому грунт может просто не справиться с такой массой. Именно по этой причине особое внимание уделяют расчетам несущей способности оснований фундаментов, чтобы максимально определить допустимую зону нагрузки и защитить грунт от полного разрушения.

Какие факторы влияют на состояние грунта и основания?

На несущую способность влияет огромное количество различных факторов, среди которых стоит отметить:

  • вид и характер нагрузок − вертикальная, наклонная, горизонтальная или, непосредственно, нагрузка под подошвой;
  • распределение центра тяжести площади фундамента относительно эксцентричной нагрузки;
  • размеры, характеристики, габариты и материал выполнения подошвы;
  • структура грунта;
  • форма подошвы;
  • глубина погружения основания в грунт, а также наличие под подошвой мягких осадочных пород с малой сопротивляемостью;
  • насколько ровно расположена подошва относительно горизонтали;
  • степень однородности почвы;
  • наличие внешних факторов, которые могут нанести вред подошве, такие как вибрация, сейсмические сдвиги, сезонный подъем грунтовых вод.

Все расчеты несущей способности оснований нужно делать по СНиП 2.02.01-83. Поэтому, обеспеченная несущая способность вычисляется по формуле: F ≤ YcFu/Yn, где:

  • F – это равнодействующая сила, она должна быть разнонаправлена к основной нагрузке;
  • γс – коэффициент условий работы;
  • Fu— это максимальное сопротивление основания всем нагрузкам;
  • γn— коэффициент надежности по назначению сооружения, принимается равным 1,2; 1,15; 1,10 для сооружений I, II и III классов соответственно.

Когда нужно делать расчет оснований на несущую способность

Чертеж расчета фундамента по несущей способности

  1. Если на существующее или новое основание воздействуют значительные горизонтальные нагрузки, особенно от строящихся по соседству домов или регулярные вибрации от автомагистралей, промышленных предприятий.
  2. Сооружение было построено на уклоне или откос образовался со временем, обнажив внешнюю часть основания.
  3. Если подошва фундамента установлена на влагонасыщенных почвах.
  4. Когда на основание может воздействовать выталкивающая сила различного происхождения.
  5. Если нужно проверить устойчивость естественных и искусственных склонов.

Если на строительной площадке или в фундаменте существующего здания уже появились видимые деформации конструкций, всегда сначала обращают внимание на состояние почвы под подошвой и определяют их состояние. Поэтому, по нормативам существует сразу несколько различных видов деформаций почвы, которые зависят от внутренних и внешних факторов.

Этапы деформаций грунтов в классическом виде

В современной литературе принято различать три основных фазы деформирования грунтов:

  1. Начальная. Это этап уплотнения почвы под влиянием внешних факторов, происходит из-за уменьшения пор между частицами почвы под подошвой. Фаза отличается тем, что сейчас не происходит сдвига фундамента, ведь все касательные нагрузки равноценные и компенсируются нагрузкой. Но нагрузка всегда возникает спонтанно, она распределяется неравномерно. В результате, в одной точке деформация может быть незначительной, а в другой – сильной. Как итог – происходят сдвиги основания.
  2. Вторая стадия – фаза сдвига подошвы основания. По мере увеличения нагрузок грунт сжимается все сильнее, захватывает новые районы, происходит значительный сдвиг подошвы в сторону большей нагрузки. Нарушается стандартное равновесие, под подошвой образуется плотный шар почвы, а по сторонам – пустое пространство. Материал фундамента стремится занять освободившееся место за счет естественных сил тяготения, поэтому возникают трещины и разрывы в основании, а затем в несущих стенах дома.
  3. Третья фаза – это разрушение подошвы. Тут уже материал подошвы выпирает плотный шар грунта и сразу деформируется.

Такая ситуация возникает с теми фундаментами, которые заложены выше граничной глубины промерзания почвы или сверху над горизонтами грунтовых вод. Немного иная картина происходит с глубоко заложенными основаниями. В таких случаях под подошвой также образуется плотный слой грунта, но его не выпирает на поверхность из-за большой площади перекрытия подошвы. Поэтому такой фундамент обладает лучшими несущими способностями, чем мелкозаглубленный.

Если начинается процесс деформации грунтов, то его порой остановить уже нет возможности. Единственный выход, это устраивать специальные защитные конструкции, способные нивелировать нагрузки или по максимуму снизить их воздействие.

Влияние размеров фундамента на несущую способность основания

Некоторые строители вынуждены для одного сооружения использовать сразу несколько различных видов фундаментов. Причем расчеты нужно делать для каждой подошвы индивидуально. Также возможно применение оснований с длиной, значительно превышающих их ширину.

Графики указывают, что с увеличением ширины фундамента увеличивается объем грунта, способного привести к разрушению подошвы. Поэтому при абсолютно одинаковых условиях и составу грунта, узкие фундаменты менее склонны к деформации, чем широкие.

Также несущая способность оснований зависит от их формы и используемых строительных материалов. Если два фундамента имеют абсолютно одинаковые размеры, одинаково заглублены в грунт, но один имеет длину и ширину практически одинаковую, а другой – более длинный, тогда первая конструкция будет создавать большую нагрузку на грунт, чем другая.

Причина кроется в особенностях подошвы. Для деформации и сдвига квадратного или круглого фундамента нужно затратить больше энергии, чем для ленточного длинного. Также необходимо учесть, что на песчаное основание размеры и форма фундамента влияет больше, чем на глинистые грунты.

Как влияет глубина заложения фундамента на несущую способность оснований

Почему глубоко погруженные основания менее склонны к разрушениям, чем мелкозаглубленные? Ведь мелкие основания нужно обязательно укреплять, подбирать оптимальную конструкцию свай и делать сложные расчеты. Причина здесь кроется в характере поведения грунтов на различных глубинах.

Так для песчаных оснований увеличение глубины погружения фундамента ведет за собой снижение осадки, а вот несущая способность резко увеличивается. Аналогичная ситуация наблюдается с любыми иными почвами, в составе которых есть песок в больших количествах.

Поэтому в зависимости от глубины заложения, различают мелкие и глубокие основания. Понятно, что для каждого типа приходится использовать свои строительные материалы и технику, но при этом надежность конструкций отличается в несколько раз.

Как происходит деформация песчаных грунтов под подошвой фундаментов мелкого заглубления? Сначала происходит укрупнение почвы под подошвой, затем она клиньями поднимается по разные стороны конструкции и формирует свободную полость под подошвой. Поэтому даже незначительные сдвиги и подвижки почвы, повлекут за собой частичное разрушение несущих конструкций. Часто наблюдаются сдвиги и провалы.

А вот фундаменты глубокого заложения разрушить значительно сложнее. Смещение почвы будет практически полностью нейтрализовано вертикальным перемещением почвы по сторонам поверхности основания, и в данном случае могут быть только локальные уплотнения почвы. Разрушение фундамента в третьей фазе деформации почвы имеет спокойный характер. Зависимость глубины фундамента от осадки на глинистых почвах практически не проявляется.

Таким образом, несущая способность оснований – это важный показатель состояния грунтов и пренебрегать им нельзя. Если правильно сделать расчет и учесть все факторы, то уже по готовому результату можно подобрать не только оптимальные размеры и форму будущего фундамента, но и обнаружить скрытые проблемы в уже существующем. И в дальнейшем оперативно принять меры по срочному ремонту или усилению конструкций, чтобы они не деформировались от внешнего воздействия.

Расчет фундамента в ПК ФОК Комплекс

Исходные данные для расчета фундамента:

Площадка строительства характеризуется следующими атмосферно-климатическими воздействиями и нагрузками:

  • вес снегового покрова (расчетное значение) – 240 кг/м 2
  • давление ветра — 38 кг/м 2

Таблица: Значения изменения относительной просадочности и начального просадочного давления с глубиной в зависимости от давления по скважинам

В начале, согласно заданию фундаменты были столбчатые.

Схема маркировки фундаментов

Таблица 2.1 Характеристики грунтов для расчета по деформациям.

План осадок

Рис. Схема маркировки фундаментов Фундамент ФС 3

Ссылка на основную публикацию
×
×
Adblock
detector