Основы расчета ленточных и столбчатых фундаментов
Глубину заложения фундаментов назначают с учетом промерзания грунтов, его физико-механических свойств, уровня залегания грунтовых вод.
Глубина промерзания грунтов устанавливается по данным СНиП «Строительная климатология и геофизика» (рис. 27). На карте даны нормативные глубины промерзания суглинистых и глинистых грунтов. Для мелких песков и супесей она увеличивается в 1,2 раза. Расчетная глубина промерзания определяется по формуле:
Нр = mt х Нн ,
где Нн – нормативная глубина промерзания,
mt
– коэффициент влияния теплового режима
здания на промерзание грунта у наружных
стен. Для отапливаемых зданий с расчетной
температурой внутреннего воздуха более
10 оС
величину mt
принимают для зданий с полами по грунту
и по лагам на грунте – 0,7-0,8; на балках –
0,9; д
ля
прочих зданий – 1,0.
Рис. 26. Конструкции сборных железобетонных фундаментов
гражданских и производственных зданий:
а – одноблочные; б – двухблочные; в – облегченные, ребристого типа;
г – составные, многоблочные; 1 – железобетонный стакан; 2 – железобетонная подушка
Рис. 27. Карта глубины промерзания грунтов на территории СНГ
В зависимости от уровня залегания грунтовых вод и глубины промерзания грунтов различают три случая глубины заложения фундамента. На представленных ниже схемах приняты следующие обозначения: Нф – глубина заложения фундамента, Но – глубина промерзания грунтов, Н – горизонт грунтовых вод.
1-й
случай.
Разность между горизонтом грунтовых
вод и глубиной промерзания Н - Но
2.
Нф
Но
Н
В этом случае Нф = 0,7 Но.
2
–й
случай. Разность
между горизонтам грунтовых вод и глубиной
промерзания Н - Но
2.
Глубина
промерзания грунта
Нф
Н
В
этом случае Нф
Но.
3-й случай. Горизонт грунтовых вод расположен выше глубины промерзания
Горизонт грунтовых
вод
Н
Но Нф
В этом случае Нф>Но.
Глубина заложения фундаментов принимается:
на скальных крупнообломочных грунтах и на песках гравелистых, крупной и средней плотности – независимо от глубины промерзания;
на песках мелких и пылевых, а также на супесях, суглинках и глинах малой и средней влажности – в зависимости от возможного расположения уровня промерзания грунта и уровня залегания грунтовых вод (вышеописанные три случая);
на супесях, суглинках и глинах высокой влажности – не менее глубины промерзания.
Нагрузки и воздействия, передаваемые на фундаменты, а следовательно и на основания, делятся на постоянные, временные особые. Перечни нагрузок и воздействий, отнесенных к постоянным, временным и особым, приведены в СНиП «Нагрузки и воздействия».
Различают нагрузки нормативные и расчетные. Нормативные нагрузки (Рн) определяют по СНиП «Нагрузки и воздействия», расчетные (Рр) – путем умножения нормативных нагрузок на коэффициент перегрузки, зависящий от рода нагрузки, условий работы и других факторов.
Расчетная схема ленточного фундамента представлена на рис. 28. Для расчета принимают участок фундамента длиной 100 мм. Известными считают: глубину заложения фундамента (Нф); нагрузку от надземной части здания (Р); среднюю плотность материала фундамента βф и нормативное давление на грунт основания (Rгр).
При равновесии сооружения в условиях допускаемых деформаций будем иметь следующее равенство:
Р+g = Rгр F,
где g – собственный вес фундамента;
F – площадь его подошвы
Выразим g и F через размеры участка фундамента длиной 100 см:
g = mbHфρ1,
F = b1,
где m – коэффициент, учитывающий форму фундамента, равный 0,85; при прямоугольной форме - 1,0.
Подставляя принятые значения, имеем
P + mbHфρф1 = Rгрb1,
откуда:
b=
.
Рис. 28. Схема к расчету ленточного фундамента
Полученное значение ширины подошвы фундамента проверяется на недопущение растягивающих усилий, которые могут вызвать разрыв кладки фундамента, из условия
b b1 + 2Hфtgα,
где b1 – ширина стены в плоскости обреза фундамента;
Hф – высота фундамента;
α – угол распределения давления в фундаменте; зависит от марки раствора, бетона и материала фундамента: для бутовых и бутобетонных фундаментов α = 30-34о, для бетонных и железобетонных – α = 30-45о.
При соблюдении этого неравенства растягивающих напряжений в фундаменте не будет.
Для расчета фундаментов стаканного вида применяют те же формулы, что и для расчета ленточных фундаментов (рис. 29). Так как F = cb (c и b – длина и ширина фундамента), то при c/b = n.
Для квадратного фундамента, когда с = b,
Рис. 29. Схема для расчета фундаментов стаканного типа:
1 – фундамент стаканного типа; 2 – фундаментная балка; 3 – самонесущая каменная стена;
4 – колонна
Значения c и b должны быть проверены по формулам:
с с1 + 2Нф tgα;
b b1 + 2Нф tgα;
d d1 + 2Нф tgα,
где
c
,
b
,
d
– размеры сечения колонны.
При соблюдении этих условий растягивающих напряжений в фундаменте не будет.
Если растягивающие напряжения будут, то подошву фундамента необходимо армировать.