Расчет и конструирование фундаментов

 

Определив вид грунта и зная толщину  слоя, строим инженерно- геологический разрез строительной площадки.( Приложение 1)

 

 

 

2.2 Определение расчетных сечений

Сначала определим место расположения подвала. Примем, что подвал расположен под гаражом. Определим расчетные фундаменты: один под наружную стену в гараже с подвалом и другой под внутреннюю стену без подвала. Фундаменты ленточные монолитные.

Минимальную глубину заложения подошвы фундамента предварительно назначают по конструктивным соображениям. Глубина заложения  подошвы фундамента из условий возможного пучения грунтов основания при  промерзании назначается в соответствии СНБ 5.01.01-99 “Основания и фундаменты зданий и сооружений.            Глубину  заложения  фундаментов  допускается  принимать  независимо   от  расчетной  глубины  промерзания  d_f , если  соответствующие грунты, указанные в этой  таблице, залегают  до  глубины не  менее  нормативной  глубины промерзания d_fn.

Если  пучение грунтов основания возможно, то глубина заложения фундамента для наружных стен отапливаемых зданий принимается не менее

расчетной глубины промерзания  d_f, определяемой по формуле:

d_f=K_h×d_fn,

где  d_fn=1,32 м – нормативная глубина промерзания (для г. Минска);

K_h – коэффициент влияния теплового режима здания на промерзание грунта у наружных стен, приведенный в табл. 5.3 СНБ 5.01.01-99.

При этом минимальная глубина заложения  фундамента принимается не менее  0,5 м от поверхности планировки и не в слое насыпного грунта.

Принимаем расчетную  суточную температуру воздуха в  помещении, примыкающем к наружным фундаментам равной 10°С, и полом, утраиваемым по грунту. Тогда согласно таблице 5.3 СНБ 5.01.01-99 принимаем К_h=0,9. Глубина промерзания грунта:

d_f=0,9*1,32=1,2 м (без подвала)

 Следует учесть, что глубину заложения фундамента принимаем минимум на 0,5м ниже пола подвала

С учетом вышеизложенного принимаем, что глубина заложения фундамента №1(при наличии повала) будет равна  от уровня планировки:

h_f1=3,6м

Глубина заложения фундамента №2 без подвала:

h_f1=1,6м

 

 

2.3. Расчет ленточного фундамента №1

2.3.1. Определение размеров подошвы фундамента

При проектировании оснований и  фундаментов всегда можно предложить ряд вариантов конструктивных решений. Так, например, рассматривают варианты с различными типами фундаментов  или варианты с различными отметками  подошвы фундамента, учитывая при  этом несущую способность грунтов  основания. На основе технико-экономических  сравнений следует выбрать наиболее рациональный вариант.

Для расчета осадки фундаментов  используются нагрузки, приложенные  на уровне обреза фундамента, приведенные  на схемах зданий.

При расчете оснований по деформациям  необходимо, чтобы давление Р под подошвой центрально нагруженного фундамента не превышало расчетного сопротивления грунта R :  Р £ R .

 Расчетное сопротивление грунта основания R  в кПа по ТКП 45.5.01-67-2007 определяется по формуле

в кПа определяется по формуле:

 

где g_с1 и g_с2 -коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.5.2 ТКП 45.5.01-67-2007;

k - — коэффициент k = 1, если прочностные характеристики грунта j и с определены непосредственными испытаниями, и k = 1,1, если они приняты по таблицам, приведенным в приложении Б ТКП 45.5.01-67-2007; мы принимаем k = 1.

М_у, M_q, M_c - коэффициенты, принимаемые по табл. 5.3 ТКП 45.5.01-67-2007;

b – ширина подошвы фундамента, м;

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

g_II – среднее арифметическое расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, залегающих ниже подошвы фундамента(с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3

g_II=20,1 кН/м³

g′_II  — среднее арифметическое расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (для засыпок g′_II назначается исходя из значений, задаваемых в проектной документации, и по 4.7.3.1 ТКП 45.5.01-67-2007), кН/м³;

g′_II  =g_II*0,95=19,1 кН/м³

с_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, равное с_II = 0 кПа;                  

d₁ – приведенная глубина заложения фундамента со стороны подвального помещения:

 = 0,71 м.

h_s  = 0.6 м – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента, м;

h_cf  = 0.1 м – толщина конструкции пола подвала, м;

g_cf = 22 кН/м³ – расчетное значение удельного веса конструкции пола;

d_b = 2,9 м – глубина подвала. Это для всех =2

Для центрально нагруженного фундамента:

 

 

 Давление под подошвой фундамента определяется из следующих зависимостей:

– для центрально нагруженного фундамента:

Здесь Р– среднее давление на грунт под подошвой фундамента, кПа;

– расчетная нагрузка на уровне обреза фундамента, кН;

g_m  – осредненный удельный вес материала фундамента и грунта над его уступами, принимаемый равным 22 кН/м;

d =3,6 м

А – площадь подошвы фундамента, м;А=1*b

Для центрально нагруженного фундамента изображаются графики  R=R(b) и P = P(b), где b примем в интервале 0,1…3 м. Полученное в точке их пересечения значение b будет оптимальным.

Данные для  построения графиков

b, м	R, кПа	P, кПа
0,1	873,106	3579,2
0,2	879,212	1829,2
0,3	885,318	1245,867
0,4	891,424	954,2
0,6	903,636	662,5333
0,8	915,848	516,7
1,5	958,59	312,5333
2	989,12	254,2
2,5	1019,65	219,2
3	1050,18	195,8667

 

 

 

Как видно из построенных графиков, оптимальная ширина фундамента равна  не менее 0,5 м. Принимаем b = 0,7 м

Выполним  проверку для центрально нагруженных фундаментов:

R =61,06*0,7+867=954,23 кПа;

          P = 350/0,7+79,2=579,2 кПа;

P  ≤ R – условие выполняется.

 

Гидроизоляцию показать. Слева  от этого столба и по подошве утолщённую линию

Отметка ур з не та-она  из задания и НИЖЕ ур чп

 

 

 

2.3.2 Определение осадки фундамента

Расчет осадки фундамента производится по формуле:

S £ S_u,

где S – конечная осадка отдельного фундамента, определяемая расчетом;

S_u – предельная величина деформации основания фундамента зданий и сооружений, принимаемая по СНБ 5.01.01-99 “Основания и фундаменты зданий и сооружений”.

Основным  методом определения полной (конечной) осадки фундаментов является метод  послойного суммирования. Расчет начинается с построения эпюр природного (бытового) и дополнительного давлений. На геологический  разрез наносятся контуры сечения  фундамента, затем от оси фундамента влево откладываются ординаты эпюры  природного давления грунта.

Природное давление, в  кПа, определяется по формуле:

 

 

где g_i – удельный вес грунта i-го слоя, кН/м³;

h_i – толщина грунта i-го слоя, м.

Величина  бытового давления определяется на границе  каждого слоя грунта. Если в пределах выделенной толщи залегает горизонт подземных вод, то удельный вес грунта определяется с учетом гидростатического  взвешивания:

= ,

где e – коэффициент пористости грунта;

g_w –  удельный вес воды.

Далее определяются ординаты вспомогательной эпюры 0.2σ_zg,  необходимые для определения глубины расположения границы сжимаемой толщи грунта; эпюра строится справа от оси фундамента.

Дополнительное  вертикальное напряжение σ_zp для любого сечения, расположенного на глубине z от подошвы, определяется по формуле:

,

где a – коэффициент, принимаемый по СНБ 5.01.01-99 “Основания и фундаменты зданий и сооружений” в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента

η = l/b и относительной глубины ξ = 2z/b.

Здесь l и b - соответственно длина и ширина фундамента.

Построив  в произвольном одинаковом масштабе эпюры бытового и дополнительного  давлений, определяют границу сжимаемой  толщи основания, которая находится  в точке, где пересекаются эпюры.

Расчет осадки отдельного фундамента на основании  в виде упругого линейно деформируемого полупространства с условным ограничением величины сжимаемой зоны производится по формуле:

где S – конечная осадка отдельного фундамента, см;

n – число слоев, на которые разделена по глубине сжимаемая зона основания;

h_i – толщина i-го слоя грунта основания, см;

E_i  – модуль деформации грунта i-го слоя, мПа;

b – безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σ_zpi – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней и нижней границах слоя, кПа.

Определяем значения эпюры природного давления:

σ_zg1 = γ₁∙h₁ = 17.0 ∙0,9 = 15,3 (кПа)                                        

σ_zg2 = σ_zg1 + γ_sb∙h₂ = 15,3 + 17,4∙2 = 50,1 (кПа)       

σ_zg3= γ₃∙h₃^’+ σ_zg2=20.1*1.1+50.1=72.21(кПа)                                        

σ_zg3^’   ₌ ∙h₃^’’+ σ_zg3  + 72.21 = 112.44 (кПа)                    

σ_zg4 = σ_zg3^’ + γ_w∙h₃^’’ = 10*3.9+112.44 = 151.44 (кПа)     

σ_zg5 =   σ_zg4+ γ₄∙h₄=294.24   (кПа)                                        

Определяем дополнительное (осадочное) давление на грунт P , подразумевая, что осадка грунта произойдет только от действия дополнительного давления:

Р = Р_n –

, кПа – полное давление

 по подошве фундамента.

σ_zg0 = σ_zg1 + σ_zg2+ γ₃∙h_з^’’’ =15.3+50.1+20.1*0.7=79.47кПа – природное давление на уровне подошвы фундамента.

Р = 579.2-79.47=499.73 (кПа)

Разбив толщу грунта под подошвой на слои  h_i  = 0.4b = 0.4·0,7 = 0.28 м, формируем табл.5, строим эпюры и вычисляем осадку.

Таблица 5

Z, м	ξ=2 z/b	α	σzp,i, кПа	σcрzp,i кПа	Е i, МПа	S i, мм
0	0	1	499,73
0,28	1,4	0,689	344,314	422,022	8	6,752352
0,44	2,2	0,485	242,3691	293,3415	8	4,693464
0,6	3	0,356	177,9039	210,1365	8	3,362183
0,76	3,8	0,266	132,9282	155,416	8	2,486656
0,92	4,6	0,205	102,4447	117,6864	8	1,882983
1,08	5,4	0,161	80,45653	91,45059	8	1,463209
1,24	6,2	0,129	64,46517	72,46085	8	1,159374
1,4	7	0,105	52,47165	58,46841	8	0,935495
1,56	7,8	0,087	43,47651	47,97408	8	0,767585
1,72	8,6	0,074	36,98002	40,22827	8	0,643652
1,88	9,4	0,0635	31,73286	34,35644	8	0,549703
2,04	10,2	0,054	26,98542	29,35914	8	0,469746
					S=∑Si=25,1664