Расчет фундаментов мелкого заложения, песчаной подушке, свайных фундаментов

, (2.2)

где S – расчетная величина осадки, определяемая в соответствии с приложением 2 /2/, а Su - предельно допускаемая осадка, определяемая по приложению 4 /2/.

В том случае, если Р<R, то осадку фундамента необходимо определять с использованием расчетной схемы линейно-деформируемого полупространства. По формуле (1), приложения 2 /2/.

Если давление под подошвой фундамента Р>R, то осадку фундамента следует определять как для нелинейно-деформируемого полупространства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1. Расчет ленточного фундамента на естественном основании

 

Рассчитаем фундамент на естественном основании под наружную стену жилого дома. Максимальная нагрузка по обрезу фундамента,

 NIIвнеш.ст.=153,177 кН/м Основанием служит второй слой - суглинок мощностью – 6,1м

Стены - несущие кирпичные. Принимаем непрерывный (ленточный) фундамент из железобетонных подушек и бетонных блоков (рис.2).

При наличии подвала глубина заложения фундамента определяется высотой подвала. Глубина заложения фундамента – расстояние от дневной поверхности грунта до поверхности фундамента. Минимальное заглубление подошвы со стороны подвала 0,5 м от отметки пола подвала в подвальном помещении устройство пола обязательно.

Рис.3. Расчетная схема ленточного фундамента

 

Назначаем глубину заложения фундамента в соответствии с требованиями [/2/, пп.2.25-2.33]. Расчетная глубина сезонного промерзания определяется по [/2/, формула (3)]:

, м, (2.3) где

kh - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, принимаемый по табл. 1 /2/; dfn – нормативная глубина промерзания, определяемая по пп. 2.26 и 2.27 /2/.

Для города Тверь нормативная глубина промерзания, равна 1,5 м. Для жилого здания с подвала, коэффициент теплового режима, равен 0,6.

Учитывая конструктивные особенности здания, назначаем отметку подошвы фундамента исходя из конструктивных требований, равной -3м.

Определим ширину подошвы фундамента из условия, чтобы среднее давление под его подошвой P не превышало расчетного сопротивления грунта основания R.

Назначаем в первом приближении ширину подошвы фундамента b=1 м.

Определяем расчетное сопротивление грунта основания по [/2/, формула (7)]:

 (2,4)

где c1 и c2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 3 /2/; k=1, если прочностные характеристики грунта ( и с) определены непосредственными испытаниями; М , Мq ,Мc - коэффициенты, принимаемые по табл. 4 /2/; Кz - коэффициент, принимаемый равным: при b<10 м - Кz = 1, при b> 10 м - Кz =z/b+0,2 (здесь z=8м); b - ширина подошвы фундамента, м; II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды взв=( s- w)/(1+e) кН/м3; II - то же, залегающих выше подошвы; с - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа; d - глубина заложения фундаментов бес подвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

, (2.5)

м.

Формулу (2.4) допускается применять при любой форме фундамента в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А, то b= .

Находим коэффициенты, входящие в формулу:

1. при b=1

db=d-d1=3-0,857=2,142м

; db=2,142м; k=1; gс1=1,1; gс2=1; Mg=0,36; Mg=2,43; Mc=4,99;kz=1(b<10м);

b=1; gII=18 ; сII=15 кПа.

 

Определяем примерную площадь подошвы на 1 м длины фундамента, принимая среднее расчетное значение удельного веса фундамента и грунта при наличии подвала gср=17,0 (при отсутствии подвала gср=20,0 ):

По таблице 65 /4/ принимаем фундаментные подушкиФЛ12.12-1и стеновые блоки ФБС 24.6.6-т.

2) b=0.8 м

Среднее давление под подошвой фундамента:

(2.6);

NII внеш.ст.=153.177 ;

Nф=(1×1×0,5+3×0.6×1×0,6+0.3×0,6×1) ×24=42,24кН

Nг=(0,5×15+1,9×19.2+0,5×19) 0,1=5,348кН

P>R (D=0,018%)

 

Принимаем в качестве фундаментной подушки плиту марки ФЛ8.12-3 и производим расчет деформаций основания методом СНиП /2/.

 

 

 

2.2. Расчет деформации  основания фундамента

 

Расчет оснований по деформациям производят, исходя из условия: S£Su,

где S-величина совместной деформации основания и сооружения, определяемая расчетом в соответствии с указаниями [2, прил.2];

Su-предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое в соответствии с указаниями [2, пп. 2.51-2.55].

Расчетную осадку определяем методом послойного суммирования осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи основания.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

szq0=d×gII¢=0,5×15+1,9×19,2+0,5×19=53.48 кПа

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента определяем по [/2/, прил.2, формула (2)]:

, (2.7)

где a - коэффициент, принимаемый по [2, прил.2, табл.1];

P0 – дополнительное вертикальное давление на основание:

    P0=P-szq0, (2.8)

здесь P – среднее давление под подошвой фундамента;

P=196,535кПа;

P0=196,535-53.48=143,055кПа

Сжимаемую толщину грунта ниже подошвы фундамента разбиваем на элементарные слои мощностью hi:

             hi=0,32×b;

             hi=0,32×1=0,32м

Находим дополнительные напряжения.

На отметке подошвы фундамента (при Z=0):

x ; h= ; a=1

sZp0=1×143,055=143,055кПа

Для остальных точек значения sZq и sZP приведены в табл.2. По полученным величинам sZq и sZP строятся эпюры напряжений.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине Z=Hc, где выполняется условие с точностью ± 5кПа, если Е³5 МПа, или sZP=0,1×sZq с точностью ± 5кПа, если Е<5 МПа.

Так как модуль деформации супеси больше 5МПа нижняя граница сжимаемой толщи находится на глубине Нс=2,56м (точка 8):

sZP=0,2×sZq

Определяем осадку основания с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства (рис.2.1) [/2/, прил.2, формула (1)]:

, (2.9)

где b  - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

sZpi  – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта;

hi  - толщина i-го слоя грунта;

Еi  - модуль деформации i-го слоя грунта;

i  - число слоев на которое разбита сжимаемая толща основания.

S=2,427см < Su=5 см

 

 

 

Полученные данные результатов расчета сведем в таблицу 3.

Результаты ручного счета: S=2,427 см

Совместная деформация основания и сооружения меньше предельного значения. Осадка, полученная расчетом меньше 0,4×Su, то необходимо значение R по которому была назначена ширина подошвы фундамента, увеличить на 20%. От повышенного значения среднего давления на основание расчетная осадка не должна превышать 0,5×Su.

После увеличения R на 20% получим осадку S=2,427 см, что меньше 0,5×Su. Назначаем ширину подушки b=1 м Окончательно принимаем фундамент ленточный из железобетонных подушек ФЛ 8.12-3 и стеновых блоков ФБС 24.6.6-т.

 

 

Рис. 4. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом пространстве	Вертикальные напряжения в основании рассчитываемого фундамента      Таблица 3
	№п/п	Z, м	szg, кПа			a	szp=a×P0, кПа	szpi, кПа	E, МПа
	0	0	53,48	0	³10	1	143,055	134,54 108,93 80,039   60,869 48,638 40,341 34,404 29,97	5.67
	1	0,32	59,56	0,8	-//-	0,881	126,0315
	2	0,64	70,2	1,6	-//-	0,642	91,84131
	3	0,96	80,84	2,4	-//-	0,477	68,23724
	4	1,28	91,48	3,2	-//-	0,374	53,50257
	5	1,6	102,12	4	-//-	0,306	43,77483
	6	1,92	112,76	4,8	-//-	0,258	36,90819
	7	2,24	123,4	5,6	-//-	0,223	31,90127
	8	2,56	134,04	6,4	-//-	0,196	28,03878

 

 

2.3. Расчет отдельно стоящего  фундамента под колонну на естественном основании

 

Требуется рассчитать фундамент на естественном основании под железобетонную колонну сечением 40x40 см. Максимальная нагрузка по обрезу фундамента при расчете по деформациям: N kII=1580,22 кН.

С учетом конструктивных особенностей здания назначаем отметку подошвы фундамента – 3.4 м (рис.5).

Рис.5. Расчетная схема фундамента под колонну

 

Для определения основных параметров фундамента назначаем в первом приближении размеры его подошвы l×b=1×1 м.

Вычисляем расчетное сопротивление грунта основания:

;

;

db=d-d1=3,4-1,456=1,943м;

Определяем примерную площадь подошвы фундамента:

Принимаем монолитный железобетонный фундамент с размерами подошвы l=2,9 м; b=2,9 м; А=8,41 м2 (рис.6).

R= 329.326 кПа

 

Рис.6. Схема монолитного железобетонного фундамента под колонну

 

 

 

При b=2,4 м расчетное сопротивление

Среднее давление под подошвой фундамента:

Nф=(2,4×2,4×0,575+1,45×1,45×0,8+0,85×0,85×0,225)×24=123,75кН

Nг=(2,4×2,4×1.1-1,45×1,45×0,3-0,85×0,85×0,225)×19=105,31кН

P=212,34кПа<R=222,43кПа (D=4,5%<5%).

 

3. Проектирование  свайных фундаментов

Расчет свайных фундаментов и их оснований выполняем по 2 группам предельных состояний:

а) первая группа:

- по прочности материала свай и свайных ростверков:

- по несущей способности грунта основания свай;

б) вторая группа:

- по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок. Расчет по прочности материала свай и свайных ростверков должен производиться в соответствии с требованиями [3].

Расчет оснований свайных фундаментов по несущей способности и конструктивные расчеты по прочности свай и свайных ростверков производятся по расчетным нагрузкам, которые принимаются по основным сочетаниям нагрузок с коэффициентом надежности, определяемым по [1].

Расчет оснований свайных фундаментов по деформациям выполняется на основное сочетание расчетных нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке gf=1,0.

Одиночную сваю в составе фундамента по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать, исходя из условия, приведенного в [3, формула (2)]:

, (3.1)

где  N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю;

Fd – расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи и определяемая в соответствии с указаниями [3, разд. 4 и 5];

gk – коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4 (если несущая способность сваи определяется расчетом).

 

Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю определяют по [3, формула (3)]:

(3.2)

где   Nd – расчетная сжимающая сила, кН;

n – число сваи в фундаменте;

 

Расчет свай и свайных фундаментов по деформациям следует производить, исходя из условия, приведенного в [3, формула(4)]:

 (3.3)

где  S – совместная деформация сваи, свайного фундамента и сооружения, определяемая расчетом;

Su – предельное значение совместной деформации основания сваи, свайного фундамента и сооружения, устанавливаемое по [2].

 

3.1 Расчет свайного фундамента под колонну

 

Требуется рассчитать свайный фундамент под железобетонную колонну сечением 40x40 см. Максимальная нагрузка по обрезу фундамента:

• при расчете по несущей способности:

NI,к=1743,064 кН;

• при расчете по деформациям:

NII,к=1580,22 кН

Глубина заложения подошвы ростверка dp по конструктивным соображениям принята 3,4 м.

Выбираем тип свай. По геологическим условиям свая висячая. В несущий слой (песок ср. крупности) нижний конец сваи рекомендуется заглублять не менее чем на 1 м. По [4, прил. 3] принимаем сваю длинной 7 м, сечением 0,3x0,3 м (рис. 7).

Рис. 7. Расчетная схема сваи

 

Определяем несущую способность висячей сваи по грунту по [3, формула (8)]:

Fd=gc×(gcR×R×A+uSgcf×fi×hi), (3.4)

где  gс – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа

принимаемое по [3, табл.1];

А – площадь опирания сваи на грунт, м2;

gсR, gсf – коэффициенты условий работы грунта, принимаемые по

[3, табл.3];

u – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой

поверхности сваи, кПа, принимаемое по [3, табл.2];

hi – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой

поверхностью сваи, м.

На глубине d=10 м от поверхности для песка ср. крупности получим R=4000 кПа. Расчетное сопротивление на боковой поверхности сваи:

 

при Z1=3,75 м f1= ;

при Z2=4,1 м f2=16.1кПа;

при Z3=7 м f3=18.5кПа;

при Z4=9 м f4= - песок ср. крупности см1

gc=gcR=gcf =1; А=0,09 м2; u=4×0,3=1.2м.

Несущая способность сваи:

Несущая способность висячей сваи по материалу во многих случаях больше, чем по грунту, поэтому ограничимся определение несущей способности принятой сваи только по грунту.

Расчетное сопротивление сваи:

(3.5)

.

Определяем количество свай в кусте с учетом действия расчетного момента на фундамент:

(3.6)

шт.

Принимаем 4 сваи марки С 7-30. Конструируем ростверк (рис.8), учитывая, что минимальное расстояние между осями сваи –3d (здесь d – диаметр (сторона) сваи).

Рис.8. Схема свайного фундамента под колонну