Для столбчатого фундамента

Предварительно определяется эксцентриситет приложения нагрузки на обрезе фундамента и площадь подошвы:

При принимается .

При принимается: .

Далее назначаются размеры подошвы фундаментов относительно принятых при . Для назначенных размеров определяются величины:

.

По результатам вычислений строятся зависимости и , в точке пересечения зависимостей определяется расчетная ширина подошвы фундамента , которая округляется до размера кратного 100мм, в большую сторону: .

Далее уточняется фактический вес тела фундамента: , где - объем тела фундамента; и фактический вес грунта на его уступах: , где - объем грунта.

Определяются нагрузки по подошве фундамента: .

Оцениваются фактические давления на грунт:

Требование по ограничению давлений по подошве столбчатых фундаментов для зданий разного назначения приведены на рис. 5.9.

  Рис. 5.9 Схемы по ограничению средних (Р_ср) и краевых давлений (Р_min; Р_max) по подошве фундаментов.   Конструирование фундаментов Для заданной глубины заложения и рассчитанных размеров подошвы фундаментов производится конструирование тела фундамента из заданного материала из условий его работы как жесткого штампа. В строительной практике наибольшее применение получили фундаменты из железобетона, бетона и бутобетона. В курсовом проекте принимаются фундаменты из железобетона, при прочности бетона соответствующей классу В15…В20. Угол жесткости для железобетона составляет . Тело абсолютно жесткого штампа ограничивается в теле фундамента образующими под углом (рис. 5.10), свес тела жесткого фундамента за грань передающей конструкции (стены или колонны) определяется жесткостными параметрами тела фундамента и грунтового основания: , где - модуль общей деформации грунта в основании, - модуль деформации материала фундамента; рабочая высота ступеней в теле фундамента. При считается, что фундамент жесткий. В практике проектирования величина свеса ступеней принимается в интервале . В курсовом проекте, при отсутствии расчетов по работе тела фундаментов по материалу на изгиб, продавливания и на раскрытие трещин, рекомендуется принимать для фундаментов свес за пределы абсолютно жесткого тела не более . Для сборных ленточных фундаментов размеры плит и их класс по величине допустимых давлений на грунт принимать по серии. В случае если принятая глубина заложения не обеспечивает возможность устройства плиты фундамента требуемых размеров, необходимо выполнить увеличение глубины заложения подошвы фундамента и расчеты по требуемым размерам повторить. При обеспечении требований по устройству плиты фундамента производится его полное конструирование, и компоновка подземной части здания. Для здания на ленточных фундаментах производится компоновка нулевого цикла. На рис. 5.11 приведена компоновка сечения для здания с подвалом из сборных элементов. Фундаментная плита ленточного фундамента сборная принимается по требуемым: размеру в плане и действующему давлению по каталогам заводов изготовителей. В случае если фундаментная плита будет эксплуатироваться ниже уровня грунтовых вод расчетное давление под подошвой, при определении требуемого класса подушки по допустимым нагрузкам, условно увеличить в 1,2 раза. Под сборными фундаментными плитами выполняется ручной добор, для удаления расструктуренного грунта, на глубину и подготовка из песка крупного или средней крупности, которая служит для выравнивания поверхности основания, снижения концентрации напряжений из-за неровностей по подошве плит и дренирования воды из порового пространства грунта в основании по мере его обжатия нагрузками от здания. Для ленточных фундаментов из монолитного бетона требуется устройство бетонной подготовки, которая выполняет технологическую функцию, обеспечивая установку арматуры и опалубки, служит элементом уменьшающим величину защитного слоя бетона подошвы плиты фундамента с 70мм до 35. Подготовку рекомендуется выполнять из бетона класса В7,5…В10 по прочности. В случае залегания в основании водонасыщенного глинистого грунта бетонная подготовка усложняет фильтрацию воды при его обжатии нагрузками от здания и создает увеличенные фильтрационные давления в зонах под краями подошвы фундамента. Особенно неблагоприятно такие условия сказываются в слабых грунтах. Для снижения влияния фильтрационных давлений подготовка под фундаментами может быть выполнена двухслойной с нижним слоем из песка. Для здания на столбчатых фундаментах производится конструирование фундаментов с учетом положения пола и конструкции применяемых фундаментных балок. Фундаменты в зданиях с подвалом устанавливаются ниже пола подвала. Глубина положения обреза фундамента от поверхности пола принимается 150мм. Фундаментные балки могут быть сборные и из монолитного бетона, устанавливаются на требуемом уровне с помощью столбиков - набетонок на ступенях плит фундаментов. Сечение балок зависит от толщины опирающихся на них стен и передаваемых нагрузок. Геометрические характеристики сборных фундаментных балок для шага колонн каркаса 6м приведены в приложении 3. На рис. 5.12 приведена схема компоновки фундаментов для здания без подвала. Горизонтальная изоляция стен здания на ленточных фундаментах устраивается в шве фундаментной стены на уровне не ниже 250мм от отмостки. Горизонтальная изоляция стен подвала выполняется в шве между фундаментной плитой и фундаментной стенкой с применением раствора с повышенным содержанием цемента. Горизонтальная изоляция стен каркасных зданий выполняется в шве между фундаментной балкой и стеной. Вертикальная гидроизоляция стен в зонах контакта с грунтовой средой выполняется обмазочными составами. После компоновки фундаментов величина действующих нагрузок уточняется и производится проверка фактических давлений на грунт: .

а = 35мм – защитный слой бетона

Рис. 5.10 Схемы к конструированию плиты железобетонных фундаментов из монолитного бетона для принятых размеров и глубины заложения d.

а) для условий устройства плиты в виде одной ступени высотой h_пл

б) для многоступенчатой плиты фундамента

Рис. 5.11 Компоновка сечения нулевого цикла здания с подвалом на ленточных фундаментах из сборных элементов. FLпер – относительные отметки верха и низа плит перекрытия; FLф – относительная отметка подошвы фундамента; FLвф – относительная отметка верха фундамента; bл; bп – привязка граней фундаментной плиты к оси здания; bcл; bсп – привязка граней фундаментной стены к оси здания; а – глубина опирания перекрытия на стену для кирпичной кладки, принимается не менее 120мм; 1 – подготовка под фундамент для сборных плит принимается из песка средней крупности и крупного; для фундаментов из монолитного бетона принимается из бетона класса В(7,5…10), при водонасыщенных глинистых грунтах может устраиваться с нижним дренирующим слоем из песка;

3 – фундаментная плита принимается требуемых размеров и класса по допустимым нагрузкам; 3 – фундаментные блоки заводского изготовления высотой 580 и 280мм, шириной 400, 500, 600мм из бетона класса В7,5…12,5.; 4 – кладка из керамического кирпича полнотелого, отвечающего требованиям по прочности и долговечности; 5 – кладочный раствор h_ш =20мм, отвечает требованиям по прочности кладки и долговечности здания; 6 – плита перекрытия сборная или из монолитного железобетона, размеры плит соответствуют серии или кратны модулю; 7 – вертикальная гидроизоляция препятствует смерзанию поверхности фундаментов и стен и их увлажнению; 8 – горизонтальная гидроизоляция, устраивается из рулонного материала или специального состава, обеспечивает защиту стен от капиллярной влаги.

	Рис. 5.12 Конструирование столбчатого фундамента каркасного здания без подвала. hз - глубина заделки колонн сплошного сечения: hк= 400 мм; hз= 800 мм; hк= 500 мм; hз= 800 мм; hк= 600 мм; hз= 900 мм; hк= 800 мм; hз= 900 мм. dc – толщина стенок стакана принимается по расчёту, но не менее 200мм в плоскости рамы и не менее 150мм из плоскости рамы. В месте сопряжения со стеной толщина стенки стакана определяется толщиной стены. bп - размеры подколонников в направлении из плоскости рамы каркаса для, наружного ряда колонн, назначаются с учетом размеров по длине сборных фундаментных балок;

1 - железобетонная колонна каркаса сечением b_kxh_k;

2- столбчатый фундамент с подколонником высотой h_c и двухступенчатой плитой с высотой ступеней h₁; h₂;

3- выравнивающая подкладка для установки колонны в колодец фундамента;

4- обетонирование колонны в колодце фундамента;

5- столбик – набетонка для установки сборной фундаментной балки на проектную отметку FL_фб;

6- фундаментная балка сборная, установлена на набетонку через растворный шов h_ш;

7- подливка из бетона для выравнивания положения поверхностей обреза фундамента и фундаментных балок;

8- подготовка под фундаментом.

  Компоновка ленточных фундаментов При раскладке фундаментных плит под пересекающимися стенами здания происходит их наложение друг на друга, кроме того часть плит попадает под входные проемы в фундаментных стенах и частично выключается из работы. Схемы таких условий приведены на рис. 5.13, 5,14. Расчетная граница несущих стен определяется положением крайней плиты перекрытия, в курсовом проекте принимается граница несущей стены по грани самонесущих (ограждающих стен). Для каждого сечения под стенами были определены действующие нагрузки и размеры по ширине подошвы и принятые размеры . В результате влияния положения и ослаблений проемами определяются уточненные размеры фундаментных плит и . - соответствует положению фундаментных плит по длине стен. - соответствует площади плиты фундамента 2 выключаемой из работы в случае продолжения фундамента 1 за пределы несущей стены. Величина выпуска плиты фундамента 1 за край стены 1 определится: .

Для компенсации влияния зоны положения , возможно выполнить уширение плиты фундамента 2; - расчетная длина плиты фундамента 2 с учетом разрывов по его длине. ; может быть получена увеличением ширины монолитной плиты, увеличением ширины сборной плиты или устройством армированной бетонной подготовки под сборной плитой.

Рис. 5.13. Схема компоновки ленточных фундаментов в узлах сопряжения стен разного направления: а) в угловой зоне здания; б) в средней зоне по длине (ширине) здания.

Рис.15.4. Схема компоновки ленточных фундаментов в зоне проемов в фундаментных стенках. - ширина проема; - допустимая величина свеса фундаментной плиты в нерабочем направлении за торец стены; - угол жесткости для железобетона принимается (при армировании не менее 0,05% от рабочей площади поперечного сечения плиты), для бетона - ослабление плиты фундамента по площади из-за устройства проема;

- Для сборных плит длиной при свесе С центр тяжести плиты должен отстоять от торца стенки на величину: где R – прочность кладки стены на сжатие.

  Проверка слабого подстилающего слоя грунта в основании В случае если под опорным слоем основания залегает более слабый слой грунта и мощность опорного слоя менее выполняется проверка на возможность продавливания опорного слоя. Слабым считается слой грунта с показателем модуля деформации с показателем индекса текучести с показателем . Проверка осуществляется путем определения параметров условного фундамента с подошвой в уровне кровли слабого слоя грунта: - размеры подошвы, - глубина заложения; - среднее давление по подошве; - расчетное сопротивление грунта. При принимается, что подстилающий слой в основании обеспечивает восприятие нагрузок. Иначе необходимо принимать другое решение по устройству фундамента. Схема проверка подстилающего слоя в основании приведена на рис.5.15.

Коэффициент распределения напряжений принимается по приложению 4. Для ленточных фундаментов , Для столбчатого фундамента: - удельный вес подстилающего слоя грунта; - для подстилающего слоя грунта

Рис. 5.15 Схемы к проверке слабого подстилающего слоя грунта

а) – для ленточных фундаментов;

б) – для столбчатых фундаментов.

  Определение осадок фундамента Производится по методу послойного суммирования (рис.5.16). Толщина элементарного слоя принимается , основание ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои, глубина каждого уровня z_i=n_{i ,} n_i – число слоёв. Осадка элементарного слоя определяется как где дополнительное давление на грунт на глубине z_i под центром подошвы фундамента. ; где определяется по СНиП /3/ или по приложению 4. природное давление на уровне подошвы фундамента, - средневзвешенное значение удельного веса грунта выше подошвы фундамента; - глубина заложения подошвы фундамента. Суммарная осадка фундамента определяется в пределах сжимаемой толщи (Н_с) Мощность сжимаемой толщи (Н_с) определяется из условия: при при -удельный вес и мощности выше расположенных слоев грунта. Рис. 5.16. Схема к определению осадок фундаментов по методу послойного суммирования. , где - удельный вес грунта j-го слоя; h_j – мощность j- го слоя грунта природного грунта, уровень грунтовых вод в слое грунта, испытывающего взвешивающее действие делит его на 2 слоя. - дополнительная эпюра напряжений в грунте от влияния соседних фундаментов.   Учет влияния соседних столбчатых фундаментов на деформации основания Определяется зона влияния соседних площадей загрузки с образующими к площади влияющего под углом 45^о. Если в зоне влияния оказывается сжимающая толща в основании проектируемого фундамента, то производится определение дополнительных напряжений на любой вертикальной оси проходящей в контуре фундамента. Для определения средней величины дополнительной осадки ось z проводится через центр подошвы фундамента. Расчёт дополнительных напряжений по глубине сжимаемой толщи производится методом угловых точек, для условно выделяемых прямоугольников нагрузки, через углы которых проходит ось z: где дополнительное давление по подошве условно выделенного слоя в грунте мощностью h_i на глубине z_i; P₀ – дополнительное давление по подошве влияющего фундамента; - коэффициент влияния напряжений в рассматриваемом уровне на оси z при давлении Р₀=1. Схемы определения коэффициента приведены на рис. 5.17, расчёт коэффициентов влияния каждого условного прямоугольника загружения () выполняется с помощью приложения 4. i -номер рассматриваемого элементарного слоя; j -номер условного влияющего прямоугольника загрузки. Подсчет дополнительной осадки проводится по методу послойного суммирования с учетом дополнительных давлений и изменений мощности сжимаемой толщи () рис. 5.16; - доля осадки за счёт дополнительного обжатия i – го слоя грунта в основании. Осадка рассчитываемого фундамента от действующих на него нагрузок уточняется в пределах увеличившейся мощности сжимаемой толщи: Суммарная осадка фундамента

	j=1 – прямоугольник размерами ; j=2 – прямоугольник размерами ; j=3 – прямоугольник размерами ; j=4 – прямоугольник размерами .

Рис. 5.17 Схемы к определению дополнительных напряжении в грунте основания о взаимного влияния

а) случай когда фундаменты расположены на одной оси

б) случай когда оси фундаментов не совпадают; h_i=const для всех площадей нагрузки.

  Учет влияния полосовой нагрузки на осадки фундамента В случае если влияющий фундамент ленточный, или другой тип влияющей нагрузки может быть принят за равномерно распределённую по полосе, дополнительные напряжения на расчётной оси по глубине наиболее удобно определять по зависимости: ; где Р₀ – дополнительная равномерно распределённая нагрузка по полосе; b_n -ширина полосы; z_i -глубина рассматриваемого слоя (i-го); Y -расстояние по горизонтали от рассматриваемой точки до середины полосы; Величина k_n берется из приложения 5. Осадки подсчитываются по методу послойного суммирования с учетом дополнительного давления и изменения мощности сжимаемой толщи () Схема расчёта дополнительных напряжений в грунте приведена на рис. 5.18

Рис.5.18. Схемы к определению дополнительных напряжений в грунте основания от влияния соседних площадей загрузки (а), полосовой нагрузки: (б) нагрузок на полы промышленных зданий.

- - - образующие ограничивающие зоны влияния

- мощность сжимаемой толщи грунта под рассчитываемым фундаментом;

- мощность сжимаемой толщи с учетом влияющей соседней загруженной площади.

Р₀ – дополнительная равномерно распределённая нагрузка по подошве влияющего фундамента;

h_i – толщина условно выделенных слоёв в основании; z_i – глубина подошвы условно выделенных слоёв;

- дополнительное напряжение в грунте от влияющего фундамента на заданной оси на глубине z_i, q₀ – нагрузка на полы в здании.

  Учет влияния нагрузки на полы здания на осадки фундаментов Если нагрузка на полы устроенные по грунту в промышленных зданиях не задана, то принимается q₀=20КПа. Под рассчитываемым фундаментом по глубине сжимаемой толщи определяются дополнительные давления для крайних фундаментов, для средних фундаментов. Подсчет осадок по методу послойного суммирования .   Определение допустимой осадки фундамента Суммарная осадка фундамента определяется суммой осадок от обжатия грунтового основания передаваемыми нагрузками и нагрузок от рядом расположенных загруженных площадей: Допустимая величина осадок (S_u) определяется по СП /3/ и ограничивается из условий накопления неравномерных осадок в грунте основания, связанных с неоднородностью его деформационных показателей по глубине основания и простиранию здания, S_р≤S_u. Если условие по допустимым осадкам не удовлетворяется, необходимо изменить глубину заложения, или размеры подошвы, или улучшить грунты основания или перейти на другой вид фундаментов и расчеты повторить.   Оценка разности осадок фундаментов Разные конструктивные системы здания, выполненные из разных материалов в разной мере реагируют на проявление дополнительных напряжений из-за развития разной величины осадок фундаментов в разных частях здания, что связано с различием в размерах фундаментов и величинах передаваемых нагрузок. С целью ограничения концентрации напряжений в конструкциях и узлах принято ограничивать разность деформаций относительной величиной - разность осадок рядом расположенных фундаментов, или на соседних участках ленточного фундамента; L - расстояние между точками разность осадок которых рассматривается; -предельно допустимая относительная разность осадок отличается для разных конструктивных систем и применяемых материалов, принимается по СП “Основания и фундаменты”. Схема влияния относительной разности осадок приведена на рис. 5.19. Рис. 5.19 Схема влияния относительных деформаций основания на состояние конструкций: - расчётные величины осадок фундаментов; 1- схема перекоса поперечных стен; 2 – схема нарушения поперечных стен трещинами.   Расчет крена фундаментов При наличии горизонтальных и моментных нагрузок на фундамент грунты основания получают разную величину осадок в разных зонах подошвы – развиваются деформации крена, которые обеспечивают дополнительные усилия в надфундаментных конструкциях в этой связи они должны быть ограничены в зависимости от вида конструктивной системы здания и применяемых материалов. Схемы по определению крена фундаментов приведены на рис. 5.20. -предельно допустимая величина крена для здания, принимается по СП “Основания и фундаменты” E₀ и -модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта основания (при неоднородном основании принимается средневзвешенные величины по площади эпюры напряжений ) ; при в<10м; k_m=1,0; определяется по СНиП /3/ Схема к определению крена фундамента приведена на рис. 5.20. Для оценки крена фундамента от влияния соседних площадей загружения, определяются осадки от дополнительных давлений в ближних, средних и дальних точках подошвы проектируемого фундамента. Схема влияния соседних фундаментов на крен приведена на рис. 5.21. Суммарная величина крена

а)	б)	в)
г)

Рис 5.20 Схемы к расчету кренов фундамента.

а) Схема развития крена фундамента; б, в) Схема к определению эксцентриситетов приложения нагрузки в уровне подошвы фундамента; г) Зависимости к определению коэффициентов влияния эксцентриситетов на крен фундаментов в продольном и поперечном направлениях.

Рис. 5.21 Схема определения деформаций крена фундамента из-за влияния соседнего фундамента.