ev-E4183

Рис. 39. Монолитный фундамент под металлическую колонну двутаврового сечения: 1 – колонна; 2 – траверса; 3 – стальная плита; 4 – анкеры; 5 – металлические накладки

Рис. 40. Учёт наличия подземных конструкций и подвала при выборе глубины заложения фундамента

31

Размер подошвы жёстких фундаментов при центральной нагрузке производится исходя из условия СНиП 2.02.01-83

PII < R,

где PII - среднее давление по подошве фундамента от основного сочетания расчётных нагрузок по второму предельному состоянию.

Среднее давление определяется по формуле

PII = ( NOII + GfII +GgII )/BL,

где NOII – нагрузка от надземных конструкций на обрез фундамента;

GfII – собственный вес фундамента;

GgII – вес грунта на уступах фундамента.

Расчётное сопротивление грунта основания R, определяется по фор-

муле

где γс1, γс2 – коэффициенты условий работы, зависящие от вида грунта и размеров сооружения;

γII , γ1II – осреднённое значение удельного веса грунтов, зале-

гающих соответственно выше и ниже подошвы фундамента с учётом взвешивающего действия воды;

Мγ , Мq, Мc – коэффициенты, зависящие от φ – угла внутреннего

трения;

d1 – глубина заложения фундамента бесподвальных зданий или при-

ведённая глубина заложения при наличии подвала;

db - расстояние от пола подвала до уровня планировки(для соору-

жений с подвалом шириной 20 м и глубиной свыше 2 м принимается рав-

ным 2 м, при ширине подвала более 20 м принимается равным 0);

сII – удельное сцепление грунта под подошвой фундамента;

32

к – коэффициент, зависящий от способа принятия механических ха-

рактеристик грунтов основания;

кz – коэффициент, зависящий от ширины фундамента.

Найденная величина среднего давления по подошве фундамента должна быть по возможности ближе к значению расчётного сопротив-

ления. Наиболее экономичное решение при РII = R.

Рис. 41. Схема нагружения фундамента и основания: АВСD – условный массив, содержащий фундамент и грунт на его ступенях

Лекция 3. Расчёт по второму предельному состоянию (продолжение)

При определении размеров внецентренно нагруженных фунда-

ментов следует учесть наличие изгибающих моментов и горизонтальных сил на обрезе фундамента и в уровне подошвы. Эксцентриситет приложе-

ния вертикальной нагрузки определяется по формуле (рис. 42)

е = МII /NII ,

где суммарный изгибающий момент МII = МOII+ТOII d+ Ea ha ;

суммарная нормальная сила NII = NOII +GfII +GgII .

33

При е < L/30 – фундамент центрально нагружен, а при е > L/30 –

фундамент внецентренно нагружен. Максимальные и минимальные крае-

вые давления под подошвой внецентренно нагруженного фундамента оп-

ределяются по формуле

Рmax,min = NII /A ± MIIх /Wx ± MIIу / Wy ,

где Wx,Wy – моменты сопротивлений подошвы фундамента;

А – площадь подошвы фундамента;

MIIх , MIIу – моменты относительно главных осей подошвы фунда-

мента.

Рис. 42. Расчётная схема внецентренно нагруженного фундамента

Рис. 43. Краевые напряжения под подошвой фундамента

34

Условия краевых напряжений при наличии действия одного момента

Рmax < 1,2 R, Рmin > 0.

Условия краевых напряжений при наличии действия двух моментов

Рmax < 1,5 R, Pmin> 0.

При невыполнении условий краевых напряжений следует увеличить размеры подошвы фундамента, сместить подошву в направлении эксцен-

триситета на его половину, пригрузить ступень на отрыве или закрепить подошву с помощью буронабивной анкерной сваи.

При наличии в пределах сжимаемой толщи основания на глубинеz

от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность вышележащих слоёв, требуется проверка слабого подстилающего слоя на передаваемое на него давление.

Рис. 44. Схема для проверки слабого подстилающего слоя

35

Размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы обеспе-

чивалось условие прочности слабого подстилающего слоя

zp + zg < Rz ,

где zp – вертикальное напряжение в грунте на глубинеz от подошвы фундамента от дополнительной нагрузки на фундамент;

zg – то же, от собственного веса грунта;

Rz – расчётное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z, вычисляемое по формуле СНиП2.02.01-83 для условного фун-

дамента.

Ширина условного фундамента вычисляется по формуле

Bz = Az + a2 - a ,

где Az = N11 / zp – площадь подошвы условного фундамента;

а = (L – B)/2.

При невыполнении условия прочности слабого подстилающего слоя необходимо увеличить ширину подошвы фундамента, сделать искусствен-

ное основание или перейти на другой тип фундамента.

Расчёт осадки фундамента методом послойного суммирования

Метод послойного суммирования (без возможности бокового рас-

ширения грунта) рекомендован СНиП 2.02.01-83 и является основным при расчётах осадок фундаментов промышленных и гражданских зданий(рис. 46).

Сжимаемую толщу основания разбивают на элементарные слои так,

чтобы в пределах каждого слоя грунт был однороднымhi = (0,2 –0,4)В. В

точках на различных глубинахzi под центром подошвы фундамента опре-

36

деляют дополнительное вертикальное напряжение от нагрузки и напряже-

ние от собственного веса грунта (природное давление).

Рис. 45. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-

деформируемом полупространстве

Построив эпюры природного давления σzg и дополнительного на-

пряжения σzp , находят нижнюю границу сжимаемой толщиНс. Нижняя граница сжимаемой толщи принимается на глубинеz = Hc , где выполня-

ются условия:

zp = 0,2 zg , при Е > 50 кГ/см2 или zp = 0,1 zg, при Е < 50 кГ/см2.

Природное давление по подошвой фундамента определяется по фор-

муле

σzg = γd + γ1h1 + γ2h2 + … + γnhn .

Дополнительное вертикальное напряжение в точках под центром по-

дошвы фундамента на границах тонких слоёв определяют по формуле

37

zp = αР0 ,

где Р0 = Рср – zg0 – дополнительное вертикальное давление,

где Рср – среднее давление по подошве фундамента от надземных нагру-

зок, веса фундамента, веса грунта на ступенях фундамента;

zg0 = γd – природное давление грунта на уровне подошвы фунда-

мента (бытовое давление грунта).

Коэффициент рассеяния напряжений α зависит от глубины распо-

ложения точки под центром подошвы фундамента и размеров фундамента

α = f (2z/в; L/В).

Общая осадка фундамента находится как сумма величин осадок всех тонких слоёв в пределах сжимаемой толщи

Sрасч = 0,8 (σzp1 h1/E1 + σzp2 h2/E2 +…+ σzpn hn/En),

где Е – модуль деформации тонкого слоя грунта.

Расчётная осадка Sрасч не должна превышать предельно допустимое значение, которое можно найти в СНиП 2.02.01-83 (приложение 4), в посо-

бии к СНиП 2.02.01-83, в сводах правил СП 50-101-2004.

Данный метод не применяется при большой ширине фундаментов

(>10м) и при наличии скальных грунтов в основании фундаментов.

Расчёт осадки методом эквивалентного слоя

Метод эквивалентного слоя, предложенный Н.А. Цытовичем, даёт возможность для многослойных оснований существенно упростить -тех нику расчёта конечных осадок и перевести задачу из сложной простран-

ственной к эквивалентной одномерной.

Толщина эквивалентного слоя грунта (активная или сжимаемая зона)

hэкв = Аω В,

38

где Аω = f(μ0;L/B) – коэффициент эквивалентного слоя(коэффициент формы); зависит от вида грунта и размеров фундамента,

где μ0 – коэффициент Пуассона (относительной поперечной деформации)

грунта.

Осадку фундамента на однородном напластовании рассчитывают по формуле

Sрасч = mv Pо hэ ,

где mv – коэффициент относительной сжимаемости;

Ро – интенсивность нагружения.

Рис. 46. Схема расчёта осадки фундамента методом эквивалентного слоя при однородном напластовании: 1 – эпюра напряжений от вертикальных нагрузок в методе послойного суммирования; 2 – эпюра напряжений от вертикальной нагрузки в методе Н.А. Цытовича

39

В случае неоднородного напластования активная (сжимаемая) зона рассчитывается по формуле

Нс = 2hэкв ,

что является высотой треугольной эпюры напряжений.

Рис. 47. Схема расчёта осадки фундамента методом эквивалентного слоя при неоднородном напластовании: 1 – эпюра напряжений от вертикальных нагрузок в методе послойного суммирования; 2 – эпюра напряжений от вертикальной нагрузки в методе Н.А. Цытовича; h1 , h2 , h3 – толщины слоёв грунта в пределах треугольной эпюры; z1 , z2 , z3 – расстояния от низа тре-

угольной эпюры до середины каждого слоя в пределах эпюры

40