Вариантное проектирование фундаментов здания

  4.1. Определение рациональной  глубины заложения  фундамента 

  На  выбор глубины заложения подошвы  фундамента влияют следующие факторы:

  - инженерно-геологические  и гидрогеологические условия стройплощадки;

  - климатические условия района строительства;

- конструктивные особенности проектируемого здания. 

  4.1.1. Влияние инженерно-геологических  и гидрогеологических  условий

  Во  всех случаях минимальная глубина заложения подошвы фундамента должна быть не менее 0,5 м, считая от поверхности земли (DL) и отметки пола подвала.

  Если  с поверхности залегают пласты непригодные  в качестве естественного основания, то фундамент должен прорезать эти  пласты и заглубляться в хороший грунт на 10 – 20 см.

  

  Под подошвой фундамента нецелесообразно  оставлять слой малой толщины, если свойства подстилающего пласта значительно  лучше. В этом случае имеет смысл  заглубить фундамент до хорошего грунта.

    Кроме того, необходимо стремиться заложить фундамент выше уровня подземных вод (WL). Заложение ниже отметки WL требует дополнительных водозащитных мероприятий во время строительства и эксплуатации здания.

  Ниже  границы промерзания находится  рыхлый песок средней крупности, который не может служить естественным основанием. Далее идет малопригодный грунт – супесь, который при данных конструктивных особенностях здания может служить естественным основанием.  Поэтому фундамент, прорезая непригодные слои,  будет заглубляться в несущий слой (супесь)  на 15 см.

    Тогда глубина заложения подошвы  фундамента будет равна: 

  

  d ≥ 0,6 + 2,0 + 0,15 = 2,75 м.

    0,6 м  – высота слоя пылеватого песка,

    2,0 м – высота слоя песка средней крупности,

    0,15 м – величина заглубления в несущий слой (супесь).

  В данной работе заглубление подошвы  фундамента происходит выше уровня грунтовых вод, в связи с этим нет необходимости предусматривать мероприятия по устройству гидроизоляции подземных частей сооружения.  

  4.1.2. Учет климатических  условий района строительства

  В районах с сезонным промерзанием грунтов глубина заложения фундамента определяется исходя из недопущения  промерзания пучинистого грунта под подошвой. Наибольшему пучению  повержены грунты, содержащие пылеватые  и глинистые частицы.

  Определяем нормативную и расчетную глубину сезонного промерзания грунта в соответствии с [2, п.2.26 - 2.28].

  Нормативная глубина промерзания:

                                  d_fn = d₀ ּ√M_t ,

где d₀ –величина, принимаемая для: супесей = 28 см;

M_t – сумма среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, определяется по СНиП «Строительная климатология и геофизика» (для Вологодской области М_t= 12,6+11,6+5,9+8,9+3,5 = 42,5⁰).

  Тогда: d_fn = 0,28 ּ√42,5 = 1,83 м.

  Расчетная глубина сезонного промерзания  грунта определяется по формуле:

  d_f = d_{f n} ּ k_h,

где k_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания:   k_n=1,1 (принимаем для всех сечений как для неотапливаемых зданий, чтобы обеспечить невозможность промерзания грунта до ввода сооружения в эксплуатацию).

  d_f = 1,83 ּ 1,1 = 2,01 м.

  

  Окончательную глубину заложения фундаментов  из условия промерзания грунтов  в период эксплуатации здания назначают  с учётом типа и состояния грунтов  основания и уровня подземных  вод по [2, п.2.29-2.31]. В данном случае фундамент должен залегать до глубины не менее d_f = 2,01 м.

  4.1.3. Конструктивные особенности  здания 

  При наличии подвала минимальная  глубина заложения подошвы фундамента от уровня планировки (см. рис.2) определяется:

d_f =d_в + h_s + h_cf,

где d_в – глубина подвала по зданию, d_в = 2,1 -0,15 = 1,95 м;

h_s – высота плитной части фундамента, h_s = 0,5 м;

h_cf - толщина конструкции пола подвала, h_cf = 0,2 м.

  Тогда d_f ≥ 1,95 + 0,5 + 0,2 = 2,65 м.

  Принимаем d_f = 2,75 м (из инженерно-геологических условий).

  H_тр = d_min + h_{над зем} = 2,75 - 0,15 = 2,6 м, т.е. блоки выступать над землей не будут .

  H_ф =0,6∙3 + 0,5 + 0,3 = 2,6 м, где 0,3 м – это толщина армированного ж/б пояса.

   

  

  Рис.1 Конструктивная схема фундамента 

   4.2. Предварительное  определение размеров подошвы фундамента

  Наиболее  нагруженное сечение -  1-1 с подвалом. Расчётная схема приведена на рис. 3. На обрез фундамента в этом сечении действует вертикальная нагрузка F_υ0 = 300 кН и момент М_о = 100 кН, т е. происходит внецентренное нагружение. 

4.2.1. Определение требуемой площади подошвы фундамента

  Площадь фундамента А_f первоначально определяется  по приближенной формуле (с учетом действия только вертикальных сил на обрез фундамента):

А_f = F_υ0ІІ/(R₀- βγ_f·d_f),

где F_υ0ІІ – расчетная нагрузка на фундамент в уровне его обреза (при расчете по деформациям), F_υ0ІІ = 300 кН;

R₀ – условное расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента (под подошвой фундамента находится глина, для которой   R₀ = 233,5 кПа (табл. 1));

d_f  - глубина заложения фундамента d_f  = 2,75 м ;

βγ_f = γ_m – средний удельный вес материала фундамента и грунта, расположенного на его обрезах (βγ_f = 20 кН/м³).

А_f = 300/(233,5- 20·2,75) = 1,68 м².

  Далее подбираем размеры сторон подошвы  фундамента (b и l). Для ленточных фундаментов расчет ведется на 1 погонный метр, т.е l=1 и поэтому b = А_f = 1,68 м. Тогда принимаем по (1,прил.2) ФЛ 20 (b =2000 мм, h=500 мм).

4.2.2. Конструирование  фундамента

  После подбора требуемых размеров подошвы (b x l) производится подбор стандартных блоков. Выбираем 3 ФБС с b = 600мм и h = 600мм, l = 1м. Материалы фундаментов выбираются в соответствии с материалами основных конструкций сооружения. Материал фундаментов, марки растворов и бетона можно выбрать в зависимости от класса сооружения, грунтов основания и расчетной температуры зимнего воздуха. В КП применяется ленточный сборный фундамент под стены, состоящий из железобетонных плит и стеновых бетонных блоков.  

4.3. Проверка давлений  по подошве фундамента

Рис.2 Расчетная  схема для определения нагрузок на основание

  I приближение: ФЛ 20 (b =2000 мм, h=500 мм).

  При расчете центрально нагруженных  фундаментов давление на грунт под  подошвой фундамента, исходя из принципа линейной деформируемости основания, не должно превышать расчетное сопротивление  грунта основания R, т.е.:

  р ≤ R (1)

  Для внецентренно сжатых фундаментов при  действии момента относительно одной  из осей подошвы фундамента:

  р_max ≤ 1,2R (2)

  Р_min > 0   (3)        

где р – среднее давление под подошвой фундамента от нагрузок для расчета оснований по деформациям;

р_max – максимальное краевое давление под подошвой фундамента;

Р_min – минимальное краевое давление под подошвой фундамента;

R – расчетное сопротивление грунта основания, вычисляемое по формуле (7) [2] для выбранной ширины b и глубины заложения фундаментов d_f.

         

           γ_с1ּ γ_с2

  

  R =       k       ּ [M_γּ k_z ּb ּ γ_II + M_qּ d_l ּ γ_II^'  + (M_q – 1) ּ d_bּ γ_II^' + M_cּ C_II ]  

где γ_с1 и γ_с2 – коэффициенты условий работы, принимаемые по [2, табл. 3];

k – коэффициент, принимаемый равным 1,1, так как прочностные характеристики грунта (φ и С) определены по [2, прил.1, табл. 1-3];

M_γ, M_q, M_с – коэффициенты, принимаемые по [2, табл. 4];

k_z – коэффициент, принимаемый равным 1 при b<10 м;

b – ширина подошвы фундамента, м;

γ_II – осредненное расчетное значение  удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³ ;

γ_II^'- то же, залегающих выше подошвы;