Сечение 4-4

Расчетная схема ленточного фундамента

под стену при наличии подвала.

Его определяют по формулам активного давления на подпорные стенки с учетом сцепления. Однако при малой высоте этих стенок (до 4^х м) и выполнении обратной засыпки за пазух и фундамента грунтом нарушенной структуры ограничиваются обычно приближенным расчетом. При вычислении давления грунта на подпорную стенку учитывают временную нагрузку на поверхности грунта q = 10 кН/м².

Размеры подошвы фундамента определяют так же, как для центрально нагруженного фундамента:

По формуле 8 находим:

где N_0II =39 х 8 = 312 кН/м;

R₀ -условное расчетное сопротивление несущего слоя грунта основания240 кПа;

d - глубина заложения фундамента =2,7 м;

¡_cp^d - среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимаемое обычно равным 20 кН/м³.

Размеры проектируемого фундамента вычисляют методом приближения и принимают с учетом модульности и унификации конструкций.

При проектировании ленточного сборного фундамента требуемая ширина b, м, плиты назначается из условия, что расчет такого фундамента ведется на 1 м его длины и принимается b=А.

b=1,68 м.

Согласно номенклатуры типовых плит по ГОСТ 13580-85, приведенной в таблице 8, выбирается ближайшая (большая) по размеру плита марки ФЛ. Марка стеновых блоков выбирается согласно ГОСТ 13579-78.

Выбираем ФЛ20.30-1

Далее вычисляется расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента R, кПа по формуле 9:

кН.

где ¡_с1, ¡_с2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 3 СНиП [10];

¡_с1=1,2; ¡_с2=1,1 т.к. L/H=1.22

k - коэффициент, принимаемый в курсовом проекте равным 1.1, т. к. прочностные характеристики грунта (j и С) приняты по таблицам СНиПа [10];

М_¡, М_q, М_c - коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиПа [10], в зависимости от угла внутреннего трения (j) грунта;

Для j=24° М_¡=0,72; М_q=3,87; М_c=6,45.

k_z - коэффициент, принимаемый равным 1: при b < 10 м - k_z = 1,

при b>10 м - (здесь Z₀ = 8м);

b - ширина подошвы фундамента, м;

¡_II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды - ¡_sb, кН/м³, определяемого по формуле ¡_sb=(¡_s-¡_w)/(1+e)=(26.6-10)/(1+0.64) = 10.12 кН/м³).

где ¡_i и h_i - соответственно удельный вес и толщина 1-го слоя грунта, залегающего ниже подошвы;

¡^¢ _II - то же для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента. Для грунтов обратной засыпки ¡^¢_II0 = 0.95 ^. ¡^¢_II,

¡^¢_II= кН/м³; ¡^¢_II0=17.55 кН/м³.

где ¡^¢_II - осредненное значение удельного веса грунтов ненарушенного сложения, залегающих выше подошвы фундамента;

с_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента =13кПа;

d₁ - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения для наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле 11:

где h_S - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала =0.6 м;

h_cf - толщина конструкции пола подвала (в курсовом проекте принимается равной 0.1 м);

¡_cf - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала (в курсовом проекте принимается равным 22 кН/м³);

d_b - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала для сооружений с подвалом шириной В £ 20 м и глубиной свыше 2м принимается d_b = 2м

Зная R, вычисленное по формуле 9, уточняются размеры подошвы фундамента по формуле 12:

При изменении размеров фундамента уточняется расчетное сопротивление грунта основания R, используя формулу 9.

Определив предварительные размеры фундамента, приступают к его конструированию. Конструирование фундаментов из сборных железобетонных элементов заключается в выборе отдельных стандартных изделий и составлении из них фундамента, отвечающего принятым при расчете основным его параметрам (ширине подошвы ленточного или отдельного фундамента, глубине заложения, высоте). Для монолитных отдельных фундаментов размер их принимается согласно серии 1.412.1-6. Номенклатура сборных ленточных фундаментов (фундаментных плит и стеновых блоков) приведена в табл. 8,9, отдельных монолитных стаканного типа - в табл. 10, а сборных - в табл. 6,7.

Окончательно принимаем ФЛ12.24 шириной – 1.2м, высотой – 0.3м, длиной – 2,38 м. Вес плиты 17,6кН.

Активное давление грунта G_II, кПа, на подпорную стенку у подошвы фундамента вычисляют по формуле:

(15)

при этом L = d + h_пр=2,7+0,57=3,27м - высота подпорной стенки с учетом приведенной высоты слоя грунта, h_пр, м;

(16)

где ¡^¢ _II0 - расчетный удельный вес грунта обратной засыпки, кН/м³;

j_IIср - угол внутреннего трения грунта обратной засыпки, в практических расчетах принимаемый равным 20^о.

Далее определяются составляющие усилий, действующих в уровне подошвы фундамента:

- суммарная равнодействующая нагрузка по формуле 14:

N_II = 312+40,34+15,8=368,14кН.

N_ф=Nф^пл+n*Nф^бл,

где n-кол-во фундаментных блоков.

Nф^пл=17,6/2.38=7,4кН; N_ф^бл=4(19,6/2,38)=32.94кН=>N_фII= 40,34кН N_гр=а_гр*h_гр*1*¡^¢_II0=0.3*2.7*17,55+0.3*0.3* *17,55=15,8 кН

Где а_гр-ширина слоя грунта на уступе фундаментной плиты.

h_гр-высота слоя грунта на уступе фундаментной плиты.

1 –один погонный метр.

Определение размеров центрально нагруженных фундаментов считается законченным, если выполняется условие:

P_II £ R,

где P_II - среднее давление под подошвой фундамента, кПа, определяемое по формуле 13:

кН< R =309.56 кН.

Условие выполнено.

(далее выполняется расчет)

- момент от равнодействующей активного давления грунта с учетом нагрузки грунта на уступах фундамента:

(15)

где е_I - эксцентриситет действующей нагрузки от грунта, лежащего на уступах фундамента, относительно его центра тяжести, определяемый согласно рис. =0.45м.

Активное давление грунта G_II, кПа

Эксцентриситет е, м, равнодействующей суммарной вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента определяется по формуле:

(16)

Максимальное и минимальное давление под краем фундамента при действии момента сил относительно только одной из главных осей инерции площади подошвы фундамента определяются из выражения:

(17)

P_II < R (все условия выполняются)

Окончательно принимаем ФЛ12.24 шириной – 1.2м, высотой – 0.3м, длиной – 2,38 м. Вес плиты 17,6кН.

3.4. Проверка прочности подстилающего слоя

Расчетная схема фундамента при наличии подстилающего слоя слабого грунта.

Сечение 1-1

При наличае под несущим слое на глубине Z слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта несущего слоя, размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т.е. обеспечивалось бы условие:

(18)

где - дополнительное вертикальное напряжение на глубине Z от подошвы фундамента от нагрузки на основание под подошвой фундамента, определяемое по формуле б_zp=a*P_о;

где для ленточных фундаментов по табл.6:

a=0,83

P₀=P_II-б_zgo

где P_II=190.97кПа из п.3.2 для сечения 1-1.

б_zgo=¡₁*d=18.3*1.2=21.96кПа,

тогда P₀=190,97-21,96=169,01кПа

б_zp=0,83*169,01=140,278кПа

б_zq= б_zgo+¡₁*z=21,96+18,3*1,15=43кПа.

б_zq - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине Z от подошвы фундамента;

R_z - расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого постилающего слоя.

Величину R_z определяют по формуле как для условного фундамента шириной b_z и глубиной заложения d_z. Коэффициенты условий работы ¡_с1, ¡_с2 и надежности к, а также коэффициенты М_¡, Мg, М_с находят применительно к слою слабого грунта.

Площадь подошвы условного фундамента А_Z, м², определяется по формуле:

(19)

где N_II = N_oII + N_фII + N_грII - суммарная вертикальная нагрузка на основание.

N_II =458,32кН из п.3.2 для сечения 1-1.

Ширина подошвы условного фундамента b_z, м, определяется из условия:

- для ленточного фундамента b_z = A_z/1 =3,27м <10 K_z=1;

Проверяется выполнение условия б_zp + б_zq £ R_z. Выполнение данного условия свидетельствует о том, что в слое слабого подстилающего слоя не будут развиваться пластические деформации.

(20)

¡^¢_II=18.3 кН/м³; ¡^¢_II0=17.385 кН/м³.

кН.

б_zp + б_zq=140,278+43=183,278<R_z=254.49 кН Условие выполнено.

Выполнение условия сведетельствует о том, что в слое слабого подстилающего слоя не будут развиваться пластичные деформации.

Сечение 4-4

При наличае под несущим слое на глубине Z слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта несущего слоя, размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т. е. обеспечивалось бы условие:

б_zp + б_zq £ R_z,

где б_zp - дополнительное вертикальное напряжение на глубине Z от подошвы фундамента от нагрузки на основание под подошвой фундамента, определяемое по формуле б_zp=a*P_о;

где для ленточных фундаментов по табл.6: a=0.387

P₀=P_II-б_zgo

где P_II=306,78 кПа из п.3.2 для сечения 4-4.

б_zgo=¡₁*h₁+=¡₂*h₂=18,3*2,35+19.6*0.25=47.91 кПа,

где P₀=306,78-47.91=258,87 кПа

б_zp=0,387*258,87=100,18кПа

б_zq= б_zgo+¡₂*z=47.91+19.6*2,8=102.79 кПа.

б_zq - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине Z от подошвы фундамента;

R_z - расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого постилающего слоя.

Величину R_z определяют по формуле как для условного фундамента шириной b_z и глубиной заложения d_z. Коэффициенты условий работы ¡_с1, ¡_с2 и надежности к, а также коэффициенты М_¡, Мg, М_с находят применительно к слою слабого грунта.

Площадь подошвы условного фундамента А_Z, м², определяется по формуле 19:

где N_II = N_oII + N_фII + N_грII - суммарная вертикальная нагрузка на основание.

N_II =368.14 кН

Ширина подошвы условного фундамента b_z, м, определяется из условия:

- для ленточного фундамента b_z = A_z/1 =3.68 м <10 Kz=1;

Проверяется выполнение условия б_zp + б_zq £ R_z. Выполнение данного условия свидетельствует о том, что в слое слабого подстилающего слоя не будут развиваться пластические деформации.

¡^¢_II=18.47кН/м³; ¡^¢_II0=17.55 кН/м³.

кН.

б_zp + б_zq=100,18+102,79=202,97<R_z=1014,38 кН Условие выполнено.

Выполнение условия сведетельствует о том, что в слое слабого подстилающего слоя не будут развиваться пластичные деформации.

Если условие не выполняется, то необходимо увеличить размеры подошвы проектируемого фундамента, при которых условие (б_zp + б_zq £ R_z) будет удовлетворяться.

3.5. Расчет осадки основания методом послойного суммирования.

Сечение 1-1

Расчет оснований по деформации производится из условия:

где S_И - предельное значение совместной деформации основания и сооружения, определяемой по таблице приложения 4 СНиП [ 10 ];

S_И-так же как в сечении 4-4 S_И=10см.

S - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом в соответствии с указаниями приложения 2 СНиП [ 10 ].

Расчет осадки основания S, м, в методе послойного суммирования находят простым суммированием осадок всех элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи Н_с по формуле:

где b - безразмерный коэффициент, равный 0.8;

б_{zp. I} - среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней Z_i-1 и нижней Z_i границах элементарного слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

h_i и Е_i - соответственно толщина и модуль деформации i-го элементарного слоя грунта;

n - число слоев, на которое разбита сжимаемая толщина основания

Напряжение от собственного веса грунта б_zq определяется в следующих характерных точках грунтового основания: на уровне планировки, подошвы фундамента, подземных вод, на контактах инженерно-геологических элементов (слоев грунтов) по формуле:

где ¡_i и h_i - соответственно удельный вес и толщина 1-го слоя грунта.

Удельный вес водопроницаемых грунтов, к которым условно отнесем все пески, супеси, суглинки, залегающих ниже уровня подземных вод, но ниже водоупора - глины, вычисляется с учетом взвешивающего действия воды - ¡_sp.

где ¡_s, ¡_w - удельный вес частиц грунта и воды соответственно;

е - коэффициент пористости.

В этом случае к вертикальному напряжению от собственного веса грунта б_zq на кровлю водоупора добавляется гидростатическое давление б_гидр столба воды, определяемое по формуле:

где h_w и ¡_w - соответственно высота столба воды и удельный вес воды.

Значения напряжений б_zq откладывают влево от оси фундамента.

Вспомогательная эпюра напряжений от собственного веса грунта, значения абсцисс которой составляют 20% соответствующего значения напряжения от собственного веса грунта б_zq, откладывается вправо от оси фундамента.

Дополнительные вертикальные напряжения б_zp на глубине Z от подошвы фундамента определяются по формуле:

где a - коэффициент рассеивания напряжений с глубиной, принимаемый по таблице 6 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины z:

здесь 1 - длина; b - ширина подошвы фундамента.

Р_о - дополнительное вертикальное давление на основание, определяемое как разность между средним давлением под подошвой фундамента Р и напряжением от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента б_zqo.

Р_о = 169.01 кПа из п.3.4 для сечения 1-1.

Для обеспечения необходимой точности расчета, сжимаемую толщу основания ниже подошвы фундамента разбивают на элементарные слои, толщина которых h, м, должна удовлетворять условию:

h £ 0.4b,

где b - ширина подошвы фундамента.

. Расчет начинается с определения природного б_zq и дополнительного б_zp напряжений и построения их эпюр в произвольном, но одинаковом масштабе в соответствии со схемой, приведенной на рис.

Дополнительные вертикальные напряжения б_zp определяют на границах элементарных слоев.

1) На уровне спланированной поверхности б_zq1:

б_zp1=0*18,3=0 кПа 0,2 б_zp1=0*18,3=0 кПа

2) На уровнке подошвы фундамента б_zq0:

б_zpо=1.2*18.3=21,96 кПа. 0,2*б_zp0=4,39 кПа

3) На границе ИГЭ1 и ИГЭ2:

б_zp2=2,35*18,3=43,01 кПа. 0,2*б_zp2=8,6 кПа

4) На границе ИГЭ2 и ИГЭ3:

б_zp3=43,01+2,2*19,6=86,13 кПа. 0,2*б_zp3=17,23 кПа

5) На уровне грунтовых вод:

б_zp4=86,13+0,45*20=95,13 кПа. 0,2*б_zp4=19,03 кПа

6) На границе ИГЭ3 и ИГЭ4:

б_zp5=95.13+3.7*10.12=132.54 кПа. 0,2*б_zp5=26.52 кПа

P_гидр = h_w^. ¡_w=3.7*10=37 кПа.

7) Общее давление на границе ИГЭ3 и ИГЭ4:

б_zp6=132.54+37=169.54 кПа. 0,2*б_zp6=33.91 кПа

8) На подошве ИГЭ4:

б_zp7=169.54+5.5*20=279.54 кПа. 0,2*б_zp7=55.91 кПа

Cжимаемая толща основания ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои, толщина которых h, м, должна удовлетворять условию:

h £ 0.4b, h=0.4*2.4=0.96м.

Строим графики ; 0.2* и находим H_c.

Значение напряжений б_zp откладывают вправо от оси фундамента. Все вычисления проводят в табличной форме.

За границы сжимаемой толщи принимается:

Верхняя – плоскость подошвы фундамента;

Нижняя – на глубине z=H_с, где выполняется условие

Нижнюю границу сжимаемой толщи находим по точке пересечения вспомогательной эпюры и эпюры дополнительного напряжения. Эта точка пересечения соответствует мощности сжимаемой толщи H_c=7,5м.