Конструирование столбчатого фундамента

Столбчатые фундаменты применяются для передачи на грунт сосредоточенных нагрузок от колонн и самонесущих стен здания. Они выполняются в монолитном или сборном вариантах. Конструирование монолитных железобетонных жёстких и гибких фундаментов, показанных на рис.12.

Рис. 12 Монолитные железобетонные столбчатые фундаменты стаканного типа:

а – жёсткий; б – жёсткий с нижней гибкой ступенью – плитой;

1 – фундамент; 2 – бетонная подготовка; 3 – арматурная сетка.

Монолитные столбчатые железобетонные фундаменты мелкого заложения выполняются как правило ступенчатой формы.

Для сопряжения со сборными колоннами применяются фундаменты стаканного типа.

Глубина стакана равна нормативной глубине заделки колонны и толщине подливки раствора, равной 50 мм.

Толщина днища стакана определяется из условия продавливания и принимается не менее 200мм. Зазор между колонной и стенками стакана должен быть по низу 50мм, а по верху 75мм.

Толщина стенки стакана предусматривается не менее 200мм.

Высота и количество ступеней принимается без учета высоты стакана и подколонника кратной 150мм. Обрез стакана принимается на относительной отметке - 0,150 м.

В жестких фундаментах недопущение растягивающих напряжений в их теле обеспечивается ограничением отношения высоты уступов к их ширине значениями углов жёсткости в пределах 35^о…40^о.

Для гибких железобетонных ступеней h_р / ℓ_р ≤ l:2.

Сечения и арматура таких фундаментов подбираются с соблюдением требований, предъявляемых к железобетонным конструкциям.

Данные фундаменты армируются по низу нижней ступени сварными сетками из сталей классов А300 или А400 диаметром не менее 10мм с расстоянием между осями от 100 до 200мм.

Защитный слой для нижней арматуры должен быть не менее 70мм при отсутствии бетонной подготовки и 35мм при ее наличии.

Размеры в плане подошвы, ступеней и подколонника принимаются кратными 300мм.

Пример конструирования жесткого фундамента:

Конструирование жесткого столбчатого фундамента производится на основании результатов расчёта с соблюдением нормативных требований.

Схема монолитного железобетонного столбчатого жесткого фундамента стаканного типа приведена на рисунке 13.

Рис.13. Схема монолитного железобетонного столбчатого жёсткого фундамента стаканного типа.

6.3. Расчёт конечной осадки фундамента методом эквивалентного слоя

Эквивалентным называется слой грунта мощностью h_э, осадка которого при сплошной нагрузке на поверхности p_о будет равна осадке грунтового полупространства под воздействием местной нагрузки интенсивностью р_о.

Осадка слоя грунта из условия одномерного сжатия без возможности бокового расширения , (6.1)

где Е – модуль деформации грунта; v – коэффициент Пуассона.

Значение v принимаются в зависимости от вида и состояния грунтов:

- глины и суглинки твёрдой и полутвёрдой консистенции v = 0,1…0,15;

- то же тугопластичной v = 0,2…0,25;

- то же мягко пластичной и текучепластичной v = 0,3…0,4;

- то же текучей v = 0,45…0,5;

- супеси v = 0,15…0,3;

- пески v = 0,2…0,25.

С учётом относительного коэффициента сжимаемости грунтов m_v

S=P_oh_эm_v (6.2)

где: m_v=β/E; (6.3)

β – коэффициент, зависящий от коэффициента Пуассона, т.е.

(6.4)

Толщина эквивалентного слоя h_э =Aωb, (6.5)

где: А – площадь подошвы фундамента; ω – коэффициент, зависящий от формы, площади и жёсткости фундамента, значения табулированы в табл. 3.

Таблица 3

Значения коэффициентов ω для полупространства

Отношение сторон n=ℓ/ b	ωс	ωо	ωm	ωсоnst
1-круг	0,64	1,00	0,85	0,79
1-квадрат	0,5 ωо	1,12	0,95	0,88
2-прямоугольник	0,5 ωо	1,53	1,30	1,22
3- прямоугольник	0,5 ωо	1,78	1,53	1,44
4- прямоугольник	0,5 ωо	1,96	1,70	1,61
5 – прямоугольник	0,5 ωо	2,10	1,83	1,72
10 - прямоугольник	0,5 ωо	2,53	2,25	2,12

Примечание:

ω_с – для осадки угловой точки прямоугольника или круга;

ω_о – для максимальной осадки гибкого фундамента под центром загружаемой площади;

ω_m – для средней осадки гибкого фундамента всей площади загружения;

ω_соnst – для осадки абсолютно жёстких фундаментов.

b – ширина подошвы фундамента.

Произведение Aω называется коэффициентом эквивалентного слоя, значения табулированы в табл. 4.

Таблица 4

Значения коэффициента эквивалентного слоя Aω

Соотнош. ℓ / b	Гравий и галька	Пески	Суглинки пластичные	Глины и суглинки мягкопластичные
Глины и суглинки твёрдые и полутвёрдые	Супеси твёрдые и пластичные	Глины пластичные
v = 0,10	v = 0,20	v = 0,25	v = 0,30	v = 35	v = 40
1,0	1,13	0,96	0,89	1,20	1,01	0,94	1,26	1,07	0,99	1,37	1,17	1,08	1,58	1,34	1,24	2,02	1,71	1,58
1,5	1,37	1,16	1,09	1,45	1,23	1,15	1,53	1,30	1,21	1,66	1,40	1,32	1,91	1,62	1,52	2,44	2,07	1,94
2,0	1,55	1,31	1,23	1,63	1,39	1,30	1,72	1,47	1,37	1,88	1,60	1,49	2,16	1,83	1,72	2,76	2,34	2,34
3,0	1,81	1,55	1,46	1,90	1,63	1,54	2,01	1,73	1,62	2,18	1,89	1,76	2,51	2,15	2,01	3,21	2,75	2,59
4,0	1,99	1,72	1,63	2,09	1,81	1,72	2,21	1,92	1,81	2,41	2,09	1,97	2,77	2,39	2,26	3,53	3,06	2,90
5,0	2,13	1,85	1,74	2,24	1,95	1,84	2,37	2,07	1,94	2,58	2,25	2,11	2,96	2,57	2,42	3,79	3,29	3,10
6,0	2,25	1,98	-	2,37	2,09	-	2,50	2,21	-	2,72	2,41	-	3,14	2,76	-	4,00	3,53	-
7,0	2,35	2,06	-	2,47	2,18	-	2,61	2,31	-	2,84	2,51	-	3,26	2,87	-	4,18	2,67	-
8,0	2,43	2,14	-	2,56	2,26	-	2,70	2,40	-	2,94	2,61	-	3,38	2,98	-	4,32	3,82	-
9,0	2,51	2,21	-	2,64	2,34	-	2,79	2,47	-	3,03	2,69	-	3,49	3,08	-	4,46	3,92	-
10 и более	2,58	2,27	2,15	2,71	2,40	2,26	2,86	2,54	2,38	3,12	2,77	2,60	3,58	3,17	2,98	4,58	4,05	3,82
Коэфф.	Аωо	Аωm	Аωсоnst	Аωо	Аωm	Аωсоnst	Аωо	Аωm	Аωсоnst	Аωо	Аωm	Аωсоnst	Аωо	Аωm	Аωсоnst	Аωо	Аωm	Аωсоnst

Для однородного основания требуемая осадка при известных E и ν определяется по формуле (6.2).

Для слоистого основания осадка

, (6.6)

где: m_v – средневзвешенный относительный коэффициент сжимаемости

, (6.7)

который определяется с использованием расчётной эпюры на рис. 14.

Рис. 14. Схема к определению осадок методом эквивалентного слоя для многослойного основания:

1 – расчётная нелинейная эпюра дополнительных напряжений;

2 – эквивалентная треугольная эпюра дополнительных напряжений.

Средневзвешенное значение коэффициента Пуассона

, (6.8)

где Н_с – мощность сжимаемой толщи основания

Н_с=2h_э . (6.9)

Пример расчёта:

Определить методом эквивалентного слоя осадку столбчатого фундамента, рассчитанного в п.п. 6.1 и 6.2,

Р _о = Р - d = 433 - 18.7 × 3.05 =375кПа,

b =2,6 м,

Грунтовые условия – по заданию.

II слой – песок мелкий, средней плотности с коэффициентом Пуассона ν =0,2.

При глубине заложения фундамента 3,05 м

h = 5.5 – 3.05 = 2,45 м

По табл. 4 определяем Аω_m =1,01.

Толщина эквивалентного слоя

h_э= Аω_mb= 1,01·2,6=2,63 м.

Мощность сжимаемой толщи

Н_с=2 h_э =2·2,63=5,26 м.

При глубине заложения подошвы фундамента d =3,05 м в сжимаемую толщу входит II и III слои грунтов с модулями деформаций Е_{I I} =28 МПа,

E_{I I I} =27 МПа,

Относительные коэффициенты сжимаемости для:

- второго слоя при ν_{I I} = 0,2; ;

m_{υI I} =β_{I I} / E_{I I} =0,9/28 = 0,032 МПа^-1 ;

- третьего слоя (глина пылеватая, комковая, полутвердая)

ν_{I I I} = 0,12; ;

m_{υI I I} =β_{I I I} / E_{I I I} =0,96/27 = 0,035 мПа^-1 ;

- средний относительный коэффициент сжимаемости

Конечная осадка фундамента

=375·2,63·3,5·10^-5 = 0,0325м. = 3,25см

Проверка условия

S =3,25 см < S _u =10 см – условие удовлетворяется.

Рис. 15. Расчётная схема осадки фундамента методом эквивалентного слоя