Вариантное проектирование фундаментов здания

γ_II – осредненное расчетное значение  удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы условного фундамента на глубину равную 2b (2·2,25 = 4,5 м) (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³ ;

γ_II = ((27-10)/(1 + 0,83)∙4,45 +20∙0,05)/4,5 = 9,41 кН/м³;

γ_II' − осредненное расчетное значение  удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы условного фундамента;

γ_II' = (19,6·0,45+0,15∙(26,6-10)/(1+0,63) + 18,4∙1,95 + 19∙0,6)/3,15 = 18,29 кН/м³;

C_II = 9,4 кПа;

d_l = h_s + h_cf∙ γ _сf/ γ_II' ,

где h_s   -  толщина   слоя   грунта   выше   подошвы   фундамента со стороны подвала, м (h_s = 3,3 - 2,1-0,2 = 1 м);

h_cf  -   толщина конструкции пола подвала, м (h_cf = 0,2 м);

g_cf  -  расчетное значение  удельного веса  конструкции пола подвала, кН/м³ (тс/м³) (g_cf  = 22 кН/м³);

d_l =  1 + 0,2∙ 22/ 18,29 = 1,24 м ,

d_b - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B £ 20 м и глубиной свыше 2 м принимается d_b=2 м, при ширине подвала B > 20 м - d_b=0) d_b = 1,95 м.

           1,2 ּ1,03

  R =       1,1   ּ [0,46ּ1ּ2,25ּ9,41 + 2,83ּ 1,24ּ18,29  + (2,83 – 1)ּ1,95ּ18,29 + 5,41ּ9,4 ] = 213,3 кПа.

  Условие σ_zp + σ_zg ≤ R_z, так как 52,63 + 153,92 = 206,55 кПа < 213,3 кПа.

R_z подстилающего слоя не должно превышать суммарное напряжение более, чем на 10 %.

Δ = (213,3 -206,55)/213,3∙100% = 3,2 %.

9.1.5. Определение размеров песчаной подушки в плане

 

  Размеры подушки в плане определяются по формулам :

  - понизу

  b_cs= b + 2h_cstgα,

    где α - угол распределения напряжений в теле подушки;

  - поверху

  b_cf= b_cs+ 2h_cstg(90-φ);

  φ - угол наибольшей крутизны откоса заменяемого грунта по [1 табл.1].

  В данном случае:

  b_cs= 1 + 2ּ0,6ּtg45 = 2,2 м,

  где α = 45⁰, т.к. различия в деформационных и прочностных характеристиках велики,

  b_cf= 2,2 + 2ּ0,6∙tg(90^о – 76^о) = 2,5 м,

  где φ = 76⁰.

    Ширина грунтовой подушки должна  быть больше ширины фундамента  поверху не менее чем на 0,6 м,  понизу на 0,4 м. Данное требование выполняется при b_cs = 2,2 м и b_cf = 2,5 м. 

9.2. Сечение 3-3

9.2.1. Выбор материала подушки

  В качестве подушки принимаем песок  средней крупности, средней плотности  R=400 кПа.

9.2.2. Выбор глубины заложения фундамента

  Глубина заложения подошвы в данном случае может быть любая, так как песок средней крупности не обладает пучинистыми свойствами. Принимаем один фундаментный блок h = 0,6 м и одну фундаментную подушку h = 0,3 м.

   Таким образом, глубина заложения получается d_f = 0,6∙1  + 0,3∙1 + 0,15 = 1,05 м (рис. 8).

   

   Рис 8. Конструктивная схема фундамента на песчаной подушке

   Сечение 3-3 

   7.3. Определение размеров  подошвы фундамента 

  Определяем  ориентировочную площадь фундамента:

А_f = F_υ0ІІ/(R₀- βγ_f·d_f) = 100/(400- 1∙20·1,05) = 0,26 м².

  Принимаем подушку ФЛ 6 (b = 600 мм, h=300 мм).

  

  Расчетное сопротивление грунта основания  R определяется по [2, прил.3].

  В данном случае для d_f = 1,05 м < 2 используем формулу:

  R = R₀[1 + k₁(b – b₀)/b₀] ∙ (d + d₀)/2∙d₀,

где b, d-соответственно ширина и глубина проектируемого фундамента, м;

k₁ – коэффициент, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами, кроме пылеватых песков k₁ = 0,125;

b₀=1 м, d₀=2 м;

R₀ – принимается по табл. 1-5 [2], R₀=400 кПа.

R= 400 ּ [1+ 0,125 ּ (0,6 - 1)/ 1 ] ∙ ( 1,05 + 2)/2∙2 = 289,75 кПа.

  Проверим  давление по подошве фундамента с b = 600 мм и h = 300 мм.

  P = (F_υ0ІІ + G _fІІ + G _gІІ)/А_f

  F_υ0ІІ  = 100 кН.

  Нагрузка  от веса фундамента:

G _fІІ = V_f ּ γ_f,

V_f – объем фундамента;

γ_f - удельный вес фундамента (γ_f = 24 кН/м³).

V_f = 0,6ּ0,5ּ1 + 0,6ּ0,3ּ1 = 0,48 м

G _fІІ = 0,48ּ24 = 11,52 кН.

  Нагрузка  от веса грунта

G _gІІ = V_g ּ γ_g,

V_g – объем грунта;

γ_g - удельный вес грунта (γ_g = γ_II^' = (0,45∙18,4 + 0,6∙19,0)/1,05 = 18,8 кН/м³;

  кН/м³).

V_g = 0,6∙1,05∙1 – 0,6∙0,5∙1 - 0,6∙0,3∙1 = 0,15 м³.

G _gІІ = V_g ּ γ_g = 0,15∙18,8 = 2,82 кН.

  Найдем  давление по подошве фундамента:

  

P = (F_υ0ІІ + G _fІІ + G _gІІ)/А_f = (100 + 11,52 + 2,82)/0,6∙1 = 190,57 кПа.

  Условие  р ≤ R выполняется, так как  P = 190,57 кПа < R = 289,75 кПа.

  Данное  условие должно удовлетворяться с требуемой  экономичностью. При устройстве монолитного фундамента допускается недогрузка до 5%, а в случае применения стандартных сборных фундаментов – до 10%. Недогрузка вычисляется по формуле:

  Δ = (R – Р)/Rּ100% ≤ (5 – 10)%.

  Δ = (289,75 – 190,57)/289,75 ּ100%  = 34,1 %. 

   9.2.4. Определение высоты песчаной подушки 

   В данном случае принимаем опертую подушку. Высота подушки h_cs = 1,55 м. При этом на уровне низа подушки должно соблюдаться условие:

   σ_zp + σ_zg ≤ R_z,

где σ_zg – природное давление (от собственного веса грунта) на кровлю слабого слоя, кПа:

   σ _zg = γ_пּh_сs +  σ_zg0,

где σ_zgo = γ_ІІ^'· d = 18,8·1,05 = 19,74  кПа;

γ_п - удельный вес песчаной подушки, принимается с учётом взвешивающего действия воды:

γ_п = 19,6 кН/м³;

  σ _zg = 19,6ּ1,55 +  19,74 = 50,12 кПа,

σ_zр – дополнительное давление на кровлю слабого слоя от внешней нагрузки:

σ_zр  = αр_0ΙΙ,

где α – коэффициент изменения дополнительного давления на глубине основания, учитывающий форму подошвы фундамента [3, табл. 1, прил. 2] (при ξ = 2∙z/b = 2ּ1,55/0,6 = 5,17 где z = 1,55 м – расстояние от низа подошвы фундамента до слабого подстилающего слоя, α = 0,24);

p_oII = P- σ_zgo = 190,57 – 19,74 = 170,83 кПа;

σ_zр  = 0,24 ּ 170,83 = 40,5 кПа,

R_z – расчетное сопротивление грунта для условного фундамента, опирающегося на слабый слой. R_z вычисляют по [3, формула (7)] с учетом характеристик слабого слоя и ширины подошвы условного фундамента b_z:

           γ_с1 ּγ_с2