Инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки застройки

г)?гидрогеологических условий. Грунтовые воды бурением до 15 метров вскрыты на отметке кровли III слоя, то есть на глубине 2,1м ниже подошвы фундамента. Это исключает их влияние на глубину заложения фундамента.

Учет рассмотренных факторов, влияющих на глубину заложения фундамента, показывает, что определяющей является глубина заложения, полученная из конструктивных особенностей подземной части здания - d=2,1…2,3 м.

2.?Подбор графическим методом площади подошвы фундамента A

Так как давление под подошвой фундамента р_II зависит от размеров площади подошвы, то этот размер подбирается методом последовательных приближений по условию р_II R.

Для этого задаёмся как минимум тремя размерами ширины b фундамента, так как площадь подошвы ленточного фундамента равновеликa его ширине b (А=bЧ1 пог.м = b)

а)?определяется среднее давление р_II,i под подошвой фундамента для каждой ширины по формуле:

, (i = 1, 2, 3…).

Неизвестная расчётная нагрузка N_фII,i от веса ещё не запроектированного фундамента, включающая вес опорной железобетонной плиты, стены подвала из бетонных блоков, часть бетонного пола подвала и грунта обратной засыпки, пригружающих внутренний и внешний консольные выступы опорной плиты, определяется для принятых 3-х значений ширины b по приближенной формуле:

N_фII,1=b₁Ч1ЧdЧг_ср = 1Ч1Ч2,1Ч20 = 42 кН;

N_фII,2 = b₂Ч1ЧdЧг_ср= 2Ч1Ч2,1Ч20 = 84 кН;

N_фII,3 = b₃Ч1ЧdЧг_ср = 3Ч1Ч2,1Ч20 = 126 кН;

где b - ширина подошвы фундамента, численно равная площади подошвы;

d - глубина заложения фундамента, d=2,1 м.

г_ср - осреднённый удельный вес материалов фундамента, пола и грунта на консольных выступах плиты, принимаемый равным 20 кН/м³.

По полученным значениям р_II,i в зависимости от b_i строится график p_II = f(b) (рис. 3.2) в выбранном масштабе.

Рис. 3.2 Графическое определение ширины b подошвы фундамента.

;

;

.

б)?вычисляется расчётное сопротивление грунта основания по формуле (5.7) СП [6]:

,

где г_с1 и г_с2 - коэффициенты условий работы грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием, определяемые по табл. 5.4 СП [6] (Приложение 1, табл. 10);

г_с1 - зависит от вида и разновидности грунта, лежащего под подошвой фундамента. В нашем примере - суглинка тугопластичного, имеющего I_L = 0,3 и, следовательно, г_с1 = 1,2;

г_с2 = 1,0 - для гибкой конструктивной схемы здания;

k - коэффициент, принимаемый равным 1, так как прочностные характеристики грунта цII и cII определены по результатам непосредственных испытаний грунтов;

М_г, М_q , М_c - коэффициенты, принимаемые по табл. 5.5 СП [6] (Приложение 1, табл. 8) в зависимости от расчётного значения угла внутреннего трения грунта ц_II , находящегося непосредственно под подошвой фундамента, т.е. "рабочего слоя". При ц_II = 21^о М_г = 0,56, М_q = 3,24, M_c = 5,84;

k_z - коэффициент, принимается равным единице при ширине фундамента b<10 м и k_z=z₀/b+0,2 , при b?10 м, здесь z₀ = 8 м, (в данном примере расчёта k_z=1);

b - меньшая сторона (ширина) подошвы фундамента, м;

г'_II - осреднённое (по слоям) расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих выше отметки подошвы фундамента, то есть в пределах глубины заложения фундамента d=2,1 м (от подошвы фундамента до уровня планировки срезкой или подсыпкой; предварительная высота фундаментной подушки ФЛ принята 0,3 м);

г'_II определяется по формуле:

;

где h₁ и h₂ - мощности слоёв грунтов в пределах глубины заложения фун

дамента (соответственно 1,0 и 1,1 м рис. 3.3);

г_II - удельный вес грунта, залегающего ниже подошвы фундамента, в примере - суглинка тугопластичного, имеющего г_II =20 кН/м³ (при наличии подземных вод удельный вес г_IIsb определяется с учётом взвешивающего действия воды по формуле:



г_IIsb=(г_s - г_w)/(1+е₀),

где г_s - удельный вес твёрдых частиц грунта;

г_w= 10 кН/м³ - удельный вес воды;

e₀ - начальный коэффициент пористости;

с_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (в примере с_II = 22,0 кПа);

d₁ - приведённая глубина заложения фундамента со стороны подвала, м (при отсутствии подвала принимается d₁=0):

d₁ = h_s + h_cf (г_cf /г'_II)

где h_s - толщина слоя грунта от отметки подошвы фундамента до отметки низа пола подвала, м;

h_cf - толщина конструкции пола подвала, м;

г_cf - расчётное значение удельного веса материала конструкций пола подвала, принимается равным 22 кН/м³.

d₁ = 0,3+0,2(22/18,1) =0,54 м;

d_b - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной b?20 м и глубиной свыше 2 м, принимается d_b =2 м. В условиях данного примера d_b =1,6 м (рис. 3.3).

Вычисление R по формуле (5.7) СП [6] проводится при значении b=0 и любом другом значении, например b=3 м, так как его величина изменяется по линейному закону.

Определяем значение R₁ при b=0 м:

Определяем значение R₂ при b=3 м:

По полученным двум значениям R₁ и R₂ в зависимости от b строится график R=f(b) (рис. 3.2).

Точка пересечения прямой R=f(b) и кривой p_II=f(b) определяет предварительное значение требуемой ширины подошвы ленточного фундамента b_Т=2,25 м (рис. 3.2).

в)?по каталогу [17] выбираем фундаментную плиту с шириной ближайшей к требуемой b_Т=2,25 м. Выбрали ФЛ24.30-3 шириной b=2,4 м, длиной l=3,0 м, высотой h=0,5 м, 3-й несущей способности (допустимое среднее давление под подошвой до 350 кПа) и определяем новое значение R при такой ширине фундамента.

При этом корректируем значения глубины заложения фундамента d, среднего удельного веса грунта г'_II, приведённой глубины заложения фундамента d₁, т.к. высота фундаментной плиты ФЛ24.30-3 равна 0,5 м вместо 0,3 м предварительно принимавшейся ранее при вычислении d₁ и R, соответственно

d=2,3 м, h_s=h=0,5 м.

d₁ = h_s + h_cf (г_cf /г'_II)=0,5+0,2(22/18,3) =0,74 м.

_.

3.?Конструкция стеновой части фундамента (стены подвала).

Для ее возведения используются 4 сплошных стеновых блока ФБС24.4.6-т длиной 2,4 м*, шириной 0,4 м и высотой 0,6 м из тяжелого бетона. Такие размеры блоков согласуются с величиной нагрузки N_II и шириной стены. Высота стены подвала равна расстоянию от верха опорной плиты до низа надподвального перекрытия. При толщинах пола подвала h_cf = 0,2 м. и надподвального перекрытия - 0,3 м оно составит 2,4 м, что соответствует суммарной высоте 4 стеновых блоков.

4.?Проверяем фактическое среднее давление р_II под подошвой фундамента.

Собственный вес 1 пог. м фундамента Q_II складывается из веса железобетонной п ФЛ24.30-3, четырех бетонных стеновых фундаментных блоков сплошных ФБС и пригрузки от пола подвала на внутренней консольной части а_к опорной плиты (см. рис. 3.3):

Q_II =(bЧh Чг_жб+b_бЧh_бЧг_бЧn + а_кЧh_cf Чг_cf )Ч1,0=(2,4Ч0,5Ч24+0,4Ч0,6Ч22Ч4+1Ч0,2Ч22)Ч1,0=54,3 кН/м.

Удельный вес бетона блоков ФБС и пола подвала принят равным г_б=г_cf =22 кН/м³. Удельный вес железобетона фундаментной плиты ФЛ24.30-3 принят равным г_жб =24 кН/м³.

Вес грунта на консольной части фундаментной плиты с наружной стороны:

G_II = а_к Ч hЧ1 Ч г_II =1,0Ч1,8Ч1Ч18= 32,4 кН/м,

а_к= 1,0 м - вылет консольной части плиты в сторону обратной засыпки (и в сторону подвала при вычислении веса пола подвала, входящего в Q_II);

г_II = 18 кН/м³ - удельный вес обратной засыпки.

Итак, полная расчетная нагрузка, действующая на грунт на отметке подошвы фундамента при ширине опорной плиты b=2,4 м составляет:



N_II + Q_II + G_II= 579 + 54,3 + 32,4 = 665,7 кН/м.

При этом среднее напряжение p_II под подошвой фундамента на 1 пог.м его длины составит:

.

Сравниваем полученное значение p_II при принятых размерах фундаментной плиты ФЛ24.30-3 с расчетным сопротивлением R грунта основания:

р_II =277,4 кПа < R = 317,8 кПа.

Согласно п. 2.41 [6] среднее давление под подошвой фундамента р_II не должно превышать paсчетного сопротивления R несущего слоя основания, так как расчет ведется по модели линейного деформирования грунта.

Определяем разницу между R и р_II:

Превышение расчётного сопротивления R над средним давлением, действующим под подошвой ленточного фундамента р_II не должно составлять более 10%. Так как оно составляет 14,6%, то ширина подошвы фундамента подобрана неэкономично и необходимо ее уменьшить.

Принимаем ближайшую по размеру в сторону уменьшения типовую фундаментную плиту ФЛ20.30-3 с шириной b=2,0 м, высотой h_s=0,5 м и определяем новое значение R при такой ширине плиты:

Проверяем среднее давление р_II, действующее под подошвой фундамента, при использовании плиты ФЛ20.30-3 и, соответственно, изменившихся значениях Q_II и G_II :

Определяем новые значения Q_II и G_II с учётом новой фундаментной плиты.

Собственный вес 1 пог. м фундамента из плиты ФЛ20.30-3, 4-х стеновых бетонных блоков ФБС-4 и пола подвала:

Q_II =(2,0Ч0,5Ч24+0,4Ч0,6Ч22Ч4+0,8Ч0,2Ч22)Ч1,0=48,6 кН/м.

Вес грунтовой пригрузки с внешней стороны фундамента:

G_II =0,8Ч1,8Ч1Ч18=25,9 кН/м.

Суммарная нагрузка:

N_II+Q_II+G_II =579+48,6+25,9=653,5 кН/м.

Вычисляем среднее напряжение р_II под подошвой фундамента:

Сравниваем полученную величину р_II с расчетным сопротивлением грунта основания R, вычисленным при размерах фундаментной плиты ФЛ20.30-3:

р_II = 326,75 кПа > R =312,4 кПа;

Так как полученное значение р_II, превышает расчетное сопротивление грунта основания R при использовании плиты ФЛ20.30-3, оставляем первоначально подобранную фундаментную плиту ФЛ24.30-3 и проектируем прерывистый фундамент, чтобы сэкономить на объеме бетона в подушке.

5.?Проектирование прерывистого фундамента.

В данных инженерно-геологических условиях, когда грунтовые воды находятся на большой глубине от подошвы фундамента и модуль деформации тугопластичного суглинка с I_L = 0,3 и коэффициентом пористости е =0,608 составляет Е₀ =25000 кПа [6], можно перейти на прерывистый фундамент. При залегании грунтовых вод на расстоянии менее 0,5 м от подошвы фундамента и при Е₀ менее 25000 кПа прерывистые фундаменты делать не рекомендуется.

Согласно п. 2.45 [6] сборные ленточные фундаменты под стены могут применяться прерывистыми, т.к. получается более экономичное решение за счет учета влияния распределительной способности грунтов основания, арочного эффекта, возникающего между подушками прерывистого фундамента и уменьшения количества подушек.

Расчетное сопротивление R основания прерывистых фундаментов определяется так же, как для сплошных ленточных, по указаниям п.п. 5.6.7…5.6.10 [6], но с увеличением полученного значения R, за счет введения коэффициента k_d?1. При одинаковой ширине сплошного и прерывистого фундаментов интервал между плитами с в случае применения прерывистого фундамента определяется по формуле:

где k_d - коэффициент условий работы, зависящий от состояния грунтов и определяемый по табл. 5.6 [6]. В рассматриваемом примере при е =0,608 и I_L =0,3, по интерполяции принимается k_d =1,11.

Длина фундаментной плиты принимается равной l =1,18 м (марка плиты ФЛ 24.12-3) вместо l=2,980 м (марка ФЛ 24.30-3), с тем, чтобы получить большее число интервалов меньших размеров между плитами и, тем самым, облегчить работу стеновой части фундамента:

.

Следовательно, при раскладке фундаментных подушек максимальное расстояние между ними может достигать 32 см.

Проверяем давление под одной фундаментной подушкой с учетом распределительной способности грунта и арочного эффекта в промежутках по условию:

Условие выполняется.

Окончательно принимается прерывистый фундамент с подушкой ФЛ24.12-При вычерчивании плана прерывистого фундамента, возможно, потребуется небольшое изменение расчетного интервала c, поскольку длина фундамента формируется из целого числа подушек. Очевидно, что изменение c может проводиться только в меньшую сторону.

Рис. 3.3. Схематический разрез фундамента под наружную стену.



Пример 4. Ленточный фундамент внутренней стены здания с подвалом

Необходимо запроектировать фундамент под внутреннюю стену 8-этажного здания с подвалом в городе Москве. Ширина внутренней стены 0,4 м. Постоянная и временная нормативные нагрузки, соответственно равны N_п=860 кН/пог.м и N_в= 30 кН/пог.м. Расчётная нагрузка, приложенная на отметке низа перекрытия 1-го этажа

N_II =г_fЧ(N_п+N_в)=1,0Ч(860+30)=890 кН/пог.м.

Отметка пола подвала -2,50 м. Глубина заложения подошвы фундамента предварительно принимается d = 2,1 м. Отметка пола 1-го этажа на 90 см выше планировочной (рис. 4.2). Инженерно-геологические условия те же, что и в примере 3.

1.?Определяется глубина заложения фундамента. При этом учитываются:

а)?конструктивные особенности подземной части здания;

б)?климатические условия района строительства;

в)?инженерно-геологические условия;

г)?гидрогеологические условия.

Исходные данные этого примера аналогичны данным предыдущего примера 3: такая же конструкция подвальной части здания, одинаковый район строительства, геологические и гидрогеологические условия. Есть разница в нагрузке N_II. Здесь она больше на 311 кН. Поэтому, используя данные решения примера 3, можно принять высоту опорной плиты h=h_s =0,5 м. Так как отметка подошвы фундаментов наружных и внутренних стен будет единой, равной 167.9 (рис. 3.3 и 4.2), то глубина заложения фундамента внутренней стены составит 0,5 м от низа пола подвала.

2.?Подбирается площадь подошвы фундамента графическим методом. Размер площади должен быть таким, чтобы интенсивность давления p_{II ,} передаваемого через неё на грунт основания удовлетворяла условию p_II ? R. Для этого задаёмся тремя размерами ширины ленточного фундамента: например, b₁=1 м, b₂=2 м, b₃=3 м.

а)?Определяем среднее давление р_II под подошвой фундамента для каждой ширины b_i по формуле:

(i = 1,2,3…)

где N_фII,i - расчётная нагрузка от веса ещё не запроектированного фундамента и пригрузки на нем от пола подвала на ширине консольных участков фундаментной плиты, определяемая по приближенной формуле:

N_фII,i =b₁Ч1Чd₁Чг_ср =1Ч1Ч 0,74Ч20=14,8 кН;

N_фII,2 =b₂Ч1Чd₁Чг_ср =2Ч1Ч0,74Ч20=29,6 кН;

N_фII,3 =b₃Ч1Чd₁Чг_ср =3Ч1Ч0,74Ч20=44,4 кН,

где г_ср - средний удельный вес материала фундамента и грунта на его обрезах, принимаемый равным 20 кН/м³;

d₁ - приведённая глубина заложения подошвы фундамента в подвале,

где h_s - толщина слоя грунта от отметки подошвы фундамента до отметки низа пола подвала, м (h_s=0,5 м);

h_cf - толщина конструкции пола подвала, м (h_cf = 0,2 м);

г_cf - расчётное значение удельного веса материала конструкции пола подвала, кН/м³ (г_cf = 22,0 кН/м³);

гґ_II - удельный вес грунта выше подошвы фундамента, в данном случае - обратная высыпка под пол подвала (гґ_II=18 кН/м³)

Для ленточного фундамента площадь подошвы A_i = b_i Ч 1, т.к. расчёт ведётся на 1 п. м длины фундамента.

По полученным значениям р_II,i в зависимости от b_i, строиться график р_IIi=f(b_i) (рис. 4.1) в выбранном масштабе.

б)?Определяется расчётное сопротивление грунта основания в зависимости от ширины подошвы фундамента b_i по формуле (7) СНиП [6]:

.

Коэффициенты М_г,, М_q, М_c, k, k_z, г_с1 и г_с2 - те же, что в примере 3, так как сооружение и основание аналогичны.

г'_II - осреднённое (по слоям) расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих выше отметки заложения подошвы фундамента. Так как глубина заложения фундамента d=0,5 м от низа пола подвала, то выше подошвы фундамента до низа пола подвала залегает грунт обратной засыпки с удельным весом г'_II=18кН/м³.

г_II - удельный вес грунта, залегающего ниже подошвы фундамента, в примере - суглинка тугопластичного, г_II =20 кН/м³;

с_II - расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (в примере c_II = 22,0 кПа);

d₁ - приведённая глубина заложения фундамента внутренней стены, находящейся в подвале d₁=0,74 м (определение в предыдущем примере);

d_b - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (d_b =1,6 м).

Определяем значение R₁ при b =0 м:

Определяем значение R₂ при b = 3 м:

в)?Строятся графики R=f(b) и p_II=f(b) (рис. 4.1). Точка их пересечения определяет искомое (требуемое) значение ширины подошвы ленточного фундамента b_Т=2,7 м.

Рис.4.1 Графическое определение ширины подошвы ленточного фундамента под внутреннюю стену.

3.?Подбираем типовую фундаментную плиту. Пробуем плиты ФЛ 28.12-3 (b=2,8 м) и определяем новое значение R при такой ширине фундамента.

При этом высота плиты h и приведенная глубина заложения d₁ остаются прежними - h=0,5 м; d₁=0,74 м, d_b=1,6м.

Определяем давление р_II под подошвой фундамента с учетом выбранных размеров фундаментной плиты и стеновых блоков и сравниваем его с расчетным сопротивлением R.

Собственный вес 1 пог. м фундамента из подушек ФЛ 28.12-3, пола подвала и четырех стеновых бетонных блоков ФБС-4 (толщиной 0,4 м, высотой 0,6 м):

Q_II =[2,8Ч0,5Ч24+(2,8-0,4)Ч0,2Ч22+0,4Ч0,6Ч4Ч22]Ч1,0=65,28 кН/м.

Удельный вес бетона блоков ФБС-4 и пола подвала принят равным г_б =г_cf =22 кН/м³.

Удельный вес железобетона фундаментной подушки (ФЛ 28) принят равным г_жб =24 кН/м³.

Итак, полная расчетная нагрузка, действующая под подошвой фундамента с учетом принятых размеров:

N_II + Q_II = 890 + 65,28 = 955,3 кН/м.

4.?Вычисляем среднее давление р_II, под подошвой фундамента при принятом размере b и полученной при этом полной расчётной нагрузке и сравниваем его с расчётным сопротивлением R=321 кПа, рассчитанным для плиты марки ФЛ 28.12-3 шириной 2,8м.

Среднее давление под подошвой фундамента:

Так как оказалось, что р_II > R следует увеличить площадь подошвы фундамента. Поэтому вместо плиты ФЛ 28.12-3 принимаем ФЛ 32.12-3 и повторяем вычисление давления под подошвой фундамента р_II и расчётного сопротивления R с шириной подошвы b=3,2 м.

Собственный вес 1 пог. м фундамента включая вес плиты ФЛ 32.12-3, пола подвала и 4-х стеновых бетонных блоков ФБС-4 (толщиной 0,4 м, высотой 0,6 м):

Q_II = [3,2Ч0,5Ч24+(3,2-0,4)Ч0,2Ч22+0,4Ч0,6Ч4Ч22]Ч1,0 = 71,8 кН/м.

Полная расчётная нагрузка, действующая под подошвой фундамента с учётом принятых размеров:

N_II + Q_II = 890 + 71,8 = 961,8 кН/м.

Среднее давление под подошвой фундамента:

Расчётное сопротивление R при ширине подошвы b=3,2 м

р_II =300,6 кПа < R=326,4 кПа

Определяем разницу между р_II и R

Так как разница меньше 10%, то можно считать, что фундамент с плитой марки ФЛ 32.12-3 достаточно экономичен и подобран правильно.



Рис. 4.2. Разрез фундамента под внутреннюю стену.

Пример 5. Отдельный фундамент наружной стены здания с подвалом

Необходимо запроектировать центрально нагруженный отдельный фундамент на естественном основании под наружную колонну жилого здания с подвалом в г. Москве. Сечение колонн 40Ч40 см, шаг 6,0 м. Подвальные керамзитобетонные панели имеют толщину 340 мм, г =13 кН/м³. Постоянная и временная нормативные нагрузки, соответственно равны N_п=1100 кН и N_в=47 кН. Расчетная нагрузка на колонну N_II=г_fЧ(N_п+N_в)=1,0Ч(1100+47)=1147кН. Отметка пола подвала - 3,10 м. Отметка пола 1-го этажа на 1,05 м выше планировочной отметки. Используются сборные железобетонные одноблочные фундаменты стаканного типа марки 2Ф, высотой 0,9 м ([17] п.2 стр.4). Инженерно-геологические условия те же, что в примере 3.

1.?Определяем глубину заложения фундамента. В данном конкретном случае учитываются ряд условий [6], п.5.5.

а)?конструктивные особенности подземной части здания и самого фундамента;

б)?климатические условия района строительства (глубина промерзания);

в)?инженерно-геологические условия площадки, предназначенной для застройки;

г)?гидрогеологические условия площадки.

Из перечисленных решающим будет первое - а), так как инженерно-геологические, гидрогеологические и климатические условия те же, что в примерах 3 и 4 (та же площадка в г. Москве). Используя исходные данные примера вычисляем глубину заложения d (рис.5.2):

d=3,10+0,2+0,9-1,05=3,15м.

2.?Определяем предварительные размеры площади подошвы фундамента. Предварительные размеры находим графическим методом.

Для этого задаёмся тремя значениями площади подошвы фундамента А: А₁=2 м²; А₂ =4 м²; А₃ =9 м² и определяем среднее давление р_II под подошвой фундамента при принятых размерах площадей по формуле:

где N_II - расчётная нагрузка на колонну в уровне низа перекрытия над по

двалом;

N_фII,i - расчётная нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах, приближённо определяемая по формуле:

N_фII,i = A_iЧdЧг_ср,

г_ср =20 кН/м³ - средний удельный вес материала фундамента и грунта на его обрезах.

;

;

.

По полученным значениям Р_II строим график р=f(А) (рис. 5.1). Определяем расчётное сопротивление грунта рабочего слоя основания по формуле (5.7) СП [6]:

,

где г_с1 = 1,2 (суглинок тугопластичный, I_L = 0,3);

г_с2 = 1,0 - гибкая конструктивная схема здания;

k =1,0 - коэффициент, принятый равным 1, так как прочностные характеристики грунта ц_II и c_II определены по результатам непосредственных испытаний;

М_г = 0,56, М_q = 3,24, M_c = 5,84 при ц_II = 21^о (Приложение 1, табл. 8);

k_z = 1, (см. пример 3);

с_II = 22 кПа;

b - сторона (ширина) подошвы фундамента, м;

г'_II - осреднённое (по слоям) расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих выше отметки заложения подошвы фундамента :

где h₁ и h₂ -мощности вышележащих слоёв грунтов в пределах глубины заложения фундамента (соответственно 1,0 и 2,15 м).

Так как глубина заложения составляет d =3,15 м, то:

г_II - удельный вес грунта, залегающего ниже подошвы фундамента, в примере - суглинка тугопластичного, имеющего г_II = 20 кН/м³;

d₁ - приведённая глубина заложения наружных и внутренних фундаментов со стороны подвала, м (при отсутствии подвала принимается d₁=0):

d₁ = 0,9 + 0,2Ч22/18,7=1,13 м,

где h_s =0,9 - толщина слоя грунта от отметки подошвы фундамента с отметки низа пола подвала, м;

h_cf =0,2 - толщина конструкций пола подвала, м;

г_cf =22 - расчётное значение удельного веса материала конструкции пола подвала, кН/м³;

d_b - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной b?20 м и глубиной более 2 м принимается d_b =2 м).

Определение R производим при значениях b=0 (А=0 м²) и b=3 м (А=9 м²):

Откладываем значения R_b=0 и R_b=3 на чертеже, соединяем их прямой и получаем график R= f(А) (рис. 5.1).



Рис. 5.1. Графическое определение площади подошвы отдельного фундамента под колонну наружной стены.

Точка пересечения двух графиков R=f(А) и p_II=f(А) (рис. 5.1) определяет требуемое значение площади подошвы отдельного фундамента:

А_Т = 3,9 м² и

По каталогу [17], табл. 2.1 принимаем отдельный фундамент 2Ф21.9-3 с площадью А =2,1Ч2,1=4,41 м².

Определяем новое значение R при ширине фундамента b = 2,1м:

3.?Проверяем фактическое среднее давление р_II, под подошвой фундамента 2Ф21.9-3 и конструируем фундамент:

Q_f = 53 кН - вес фундамента 2Ф21.9-3;

Q_k - вес колонны с учётом её заделки в фундамент на 0,6 м,

Q_k = 0,4²Ч3,6Ч24=13,8 кН;

Q_р - вес ригеля, Q_р = 0,4Ч0,4Ч5,6Ч24=21,5 кН;

Q_п - вес ограждающей панели подвала при шаге колонн 6,0 м,

Q_п = 0,34Ч3Ч6Ч13=79,6 кН;

G₁ - пригрузка фундамента грунтом ниже пола подвала,

G₁ = (V₀ - V_ф) Чг = (2,1² Ч 0,9-53/24) Ч18 = 31,7 кН;

G₂ - пригрузка фундамента грунтом с внешней стороны панели подвала,

G₂ =2,1Ч0,51Ч2,25Ч18 =43,4 кН;

G₃ - пригрузка от пола подвала, G₃ = (2,1Ч1,25 - 0,4²) Ч0,2Ч22= 10,8 кН.

Разница значений R и р_II для отдельно стоящих фундаментов не долина превышать 20%, причем р_II всегда должно быть меньше или равно R:

Разница между расчетным сопротивлением грунта основания R и средним давлением, под подошвой отдельно стоящего фундамента р_II составляет 15%. Такая разница в случае отдельного фундамента допустима. Попытка снизить ее путем перехода на фундамент марки 2Ф18.9-3 с размерами подошвы 1,8х1,8 м приведет к увеличению р_IIдо 430 кПа, т.е. тогда р_II.>R. Окончательно принимаем отдельный одноблочный фундамент 2Ф21.9-3 (рис. 5.2).



Рис. 5.2 Схематический разрез фундамента под наружную колонну здания каркасного типа.

Пример 6. Отдельный фундамент для внутренней стены здания с подвалом

Инженерно-геологические условия те же, что и в примерах 3…5.

Требуется запроектировать центрально нагруженный отдельный фундамент на естественном основании под внутреннюю колонну жилого здания с подвалом в г. Москве. Сечение колонн 40Ч40 см. Расчётная нагрузка на колонну

N_II= г_fЧ(N_п+N_в)=1Ч(1760+94)=1854 кН

Отметка пола подвала -3,10 м. Отметка пола 1-го этажа на 1,05 м выше планировочной (рис. 6.2).

1.?Определяем глубину заложения фундамента.

Инженерно-геологические условия и габариты подземной части здания в примерах 5 и 6 одинаковые, поэтому глубина заложения фундамента для внутренней колонны могла бы быть такой же, как и наружной, равной d=3,15 м. Но нагрузка на внутреннюю колонну значительно больше, чем на наружную - 1854 и 1147 соответственно. Поэтому при максимальной стандартной площади 2,1х2,1 м одноблочного фундамента марки 2Ф21.9-3 давление под подошвой фундамента внутренней колонны составит . Это значительно больше расчётного сопротивления грунта основания R=365,1 кПа (пример 5). Поэтому стандартную максимальную площадь одноблочного фундамента 2,1х2,1 м следует увеличить за счёт устройства дополнительной монолитной плиты необходимого по условию р_II ?R размера. Принимаем толщину плиты 0,3 м. При этом глубина заложения фундамента внутренней колонны определится из конструктивных соображений и составит 1,2м. (рис 6.2). Относительная отметка подошвы фундамента внутренней колонны FL=?4.5, абсолютная - 178.05.

2.?Определяем размеры площади подошвы фундамента.

а)?Для этого задаёмся как минимум тремя размерами площади подошвы А_i отдельного фундамента под колонну, например: А₁=2 м², А₂=4 м², А₃=9 м² и определяем среднее давление под подошвой фундамента для каждого размера площади по формуле:

где N_II - расчётная нагрузка на колонну;

N_фII,i - расчётная нагрузка от веса фундамента, грунта на его обрезах, определяемая по приближенной формуле:

N_фII =A_i Ч d₁ Ч г_ср

где г_ср - средний удельный вес грунта и материала фундамента, принимаемый равным 20 кН/м³;

d₁ - приведённая глубина заложения внутренних фундаментов в подвале

По полученным значениям р_IIi в зависимости от A_i строим график р_II=ш(в) (рис. 6.1) в выбранном масштабе.

;

;

.

б)?Определяем расчётное сопротивление грунта основания.

Расчётное сопротивление R определяем по формуле [5.7] [6] при ширине фундамента в=0 и b=3м.

Коэффициент г_с1 зависит от вида грунтов, лежащих в основании здания,

г_с1 = 1,2 (суглинок тугопластичный, I_L = 0,3). При гибкой конструктивной схеме здания г_с2 =1,0 (Приложение 1, табл. 10);

k - коэффициент, принимаемый равным 1, когда прочностные характеристики грунта (ц и c) определены по результатам непосредственных испытаний грунтов;

М_г, М_q, М_c - коэффициенты, принимаемые по СП [6] в зависимости от расчётного значения угла внутреннего трения грунта ц_II, находящегося непосредственно под подошвой фундамента. При ц_II=21⁰, М_г=0,56, М_q=3,24, М_c=5,84(Приложение 1, табл. 8);

k_z = 1 (см. пример 3);

b - ширина подошвы фундамента, м;

г'_II - осреднённое (по слоям) расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих выше отметки заложения подошвы фундамента. В данном случае грунтом, залегающим выше подошвы фундамента, будет грунт обратной засыпки. Его удельный вес можно принять г'_II=18 кН/м³;

г_II - осреднённое расчётное значение удельного веса грунта, залегающего ниже подошвы фундамента (можно принять залегающего непосредственно под подошвой фундамента г_II = 20 кН/м³);

с_II - расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (в примере c_II = 22,0 кПа);

d₁ - приведённая глубина заложения фундаментов, находящихся внутри подвала, м;

d₁=h_s+h_cfЧ(г_cf / г'_II)=0,9 м +0,3 м +0,2Ч(22/18) = 1,44 м,

где h_s = 0,9+0,3 - толщина слоя грунта от отметки подошвы фундамента до отметки низа пола подвала, м;

h_cf =0,2- толщина конструкций пола подвала, м;

г_cf =22 - расчётное значение удельного веса материала конструкций пола подвала, кН/м³.

d_b - глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной b?20 м и глубиной более 2 м принимается d_b=2 м).

Определяем значение R₁ при b=0, (А = 0 м²).

Определяем значение R₂ при b= 3м , (А_ф = 9 м²)

в)?Полученные значения R наносим на график и точки соединяем прямой линией. Пересечение прямой R=f(А)и кривой P_II=f(А) (рис. 6.1) определяет требуемое значение площади подошвы отдельного столбчатого фундамента A_Т=5,4 м².

Рис. 6.1. Графическое определение площади подошвы отдельного фундамента под колонну внутренней стены.

Фундамент под центрально нагруженную квадратную колонну принимается также квадратным со стороной

Так как требуемая ширина фундамента b_Т=2,32 м больше максимального размера ширины одноблочного отдельного фундамента 2Ф, равного 2,1 м ([17], стр. 5, табл. 2.1), конструируем составной фундамент из опорной плиты 2,4х2,4 м, высотой 30 см и подколонника размером (1,2Ч1,2Ч0,9 м) или фундамента 2Ф12.9-2, используемого в качестве подколонника (рис. 6.2).

Определяем новое значение R при ширине фундамента b=2,4 м:

3.?Проверяем фактическое среднее давление под подошвой фундамента. Для этого определяем вес самого фундамента Q_ф, вес колонны Q_к, ригеля Q_р, грунта на обрезах фундамента G_гр, вес пола подвала G_п.

В соответствии с рис. 6.2 общий объем фундамента и грунта на его обрезах:

V_o = 2,4 Ч 2,4 Ч 1,2 = 6,91 м³;

объем опорной плиты и подколонника:

V_ф = 2,4 Ч 2,4 Ч 0,3 + 1,2Ч1,2Ч0,9 = 3,02 м³;

объем грунта на опорной плите вокруг подколонника:

V_гр = V_o - V_ф = 6,91 - 3,024 = 3,89 м³.

Удельный вес конструктивных элементов фундамента принимаем равным 24 кН/м³.

Таким образом, вес самого фундамента:

Q_ф = 3,02 Ч 24 = 72,48 кН

Собственный вес колонны размером 0,4Ч0,4 м:

Q_k = 0,4Ч0,4Ч3Ч24 = 11,52 кН

Собственный вес ригеля размером 0,4Ч0,4 м длинной 5,6 м:

Q_p = 0,4Ч0,4Ч5,6Ч24 = 21,50 кН

Удельный вес грунта обратной засыпки принимаем равным 18 кН/м³.

Тогда вес грунта на обрезах фундамента:

G_гр =3,89Ч18=70,02 кН

Вес пригрузки от бетонного пола подвала в пределах плана фундамента:

G_п=(2,4²-0,4²)Ч0,2Ч22=(5,76-0,16) Ч0,2Ч22=24,64 кН

Q_II= Q_ф+Q_k+Q_p = 72,48+11,50+21,50=105,48 кН

G_II= G_гр+G_п = 70,02+24,64=94,66 кН

р_II =356,62 кПа < R=383,98 кПа

Рис. 6.2. Схематичный разрез фундамента под внутреннюю колонну здания каркасного типа.

Разница значений p_II и R в проекте для отдельно стоящих фундаментов не должна превышать 20%, причем p_IIвсегда должно быть меньше или равно R.

Пример 7. Отдельный центрально нагруженный фундамент под две близко расположенные колонны для здания с подвалом

Необходимо запроектировать фундаменты под внутренние колонны 12-этажного здания, с расстоянием между осями колонн l= 2,4 м. Постоянная и временная нормативные нагрузки, соответственно равны N_п=2550 кН и N_в=160 кН. Расчётная нагрузка на одну колонну N_II =г_fЧ(N_п+N_в)=1,0Ч(2550+160)=2710 кН. Сечение колонн 40Ч40 см. Отметка пола подвала -3,10 м. Отметка пола 1-го этажа на 0,6 м выше планировочной. Инженерно-геологические условия те же, что и в примере 3.

1)?Находим ориентировочно размеры квадратного фундамента под одну колонну исходя из табличного значения расчётного сопротивления несущего слоя грунтового основания R₀=254кПа (суглинок тугопластичный, на который будет опираться фундамент, имеет I_L =0,3 и е=0,608).

Сторона квадратного фундамента определяется по формуле:

где г_ср - средний удельный вес грунта и материала фундамента, принимаемый равным 20 кН/м³;

d - глубина заложения фундамента. Для фундамента, находящегося внутри подвала d= d₁ - приведенной глубине и определяется по формуле:

h_s = 0,9 м - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента или высота фундамента;

h_cf =0,2 м - толщина пола подвала;

При расстоянии между осями колонн 2,4 м, фундаменты размером 3,42Ч3,42 м будут в плане частично накладываться друг на друга. Поэтому, в данном случае, необходимо делать общий для обеих колонн монолитный фундамент. Фундамент проектируется в виде железобетонной плиты толщиной 0,5 м. На плиту устанавливаются два фундамента 2Ф12.9-3, используемые в качестве подколонников.

2)?Предварительные размеры подошвы общего фундамента определяем графическим методом.

а)?Для этого задаёмся как минимум тремя размерами площади подошвы А_i общего фундамента под две колонны, например:

А₁=10 м², А₂=15 м², А₃=25 м² и определяем среднее давление под подошвой фундамента для каждого значения А_iпо формуле:

где N_II - расчётная нагрузка на колонну;

N_фII,i - расчётная нагрузка от веса фундамента с площадью подошвы А_i и грунта на его обрезах.

Величина N_фII,i -определяется по приближенной формуле:

N_фII,i = A_iЧdЧг_ср.

Так как колонны внутренние (см. рис 7.2), то

Определенные расчётом значения р_II,i в зависимости от A_i, наносятся на график (рис. 7.1) в выбранном масштабе:

б)?Определяем расчётное сопротивление грунта основания в зависимости от ширины подошвы фундамента bпо формуле (7) СНиП [6]:

где г_с1 и г_с2 - коэффициенты условий работы грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием, определяемые по табл. 3 СНиП [6] (Приложение 1, табл. 10);

г_с1 - зависит от вида и разновидности грунта, лежащего под подошвой фундамента. В нашем примере - суглинка тугопластичного, имеющего I_L = 0,3, и следовательно г_с1 = 1,2;

г_с2 = 1,0 - гибкая конструктивная схема здания;

k - коэффициент, принимаемый равным 1, когда прочностные характеристики грунта (ц_II и с_II) определены по результатам непосредственных испытаний грунтов;

М_г, М_q, М_c - коэффициенты, принимаемые по табл. 4 СП [6] (Приложение 1, табл. 8) в зависимости от расчётного значения угла внутреннего трения грунта «несущего слоя» ц_II =21^о: М_г = 0,56, М_q = 3,24, M_c = 5,84;

k_z = 1, (см. пример 3);

b - ширина (меньшая сторона) подошвы фундамента, м;

г'_II - осреднённое (по слоям) расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих выше отметки заложения подошвы фундамента, кН/м³ (в данном случае это удельный вес грунта обратной засыпки кН/м³:

г_II - удельный вес грунта, залегающего ниже подошвы фундамента, в примере - суглинка тугопластичного, имеющего г_II = 20 кН/м³;

с_II - расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (в примере с_II = 22,0 кПа);

d₁ - приведённая глубина заложения внутренних фундаментов находящихся внутри подвала, м (определена раньше в п.1 d₁=1,64м):

d_b - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной b ? 20 м и глубиной более 2 м принимается d_b = 2 м).

Т.к. R=f(b) является уравнением прямой, то определяем R при значениях: b=0, (А=0) и b=5 м, (А=25 м²).

Определяем значение R₁ при b= 0м:

Определяем значение R₂ при b = 5м:

Откладываем значения R₁ и R₂ на чертеже (рис. 7.1), соединяем точки прямой и получаем график R=f(А).

Точка пересечения двух графиков R=f(А) и р_II=f(А), снесённая на ось А (рис. 7.1) определяет требуемое значение площади общего монолитного фундамента под две колонны.

Рис. 7.1. Графическое определение площади подошвы общего отдельного фундамента под две внутренние колонны.

Требуемое значение площади подошвы общего фундамента А=14,0 м².

3)?Определяем размеры в плане общего фундамента и давление под его подошвой.

Размеры общего фундамента в плане (рис. 7.3) рассчитываются с условием, чтобы расстояние х от оси колонны до длинной стороны плиты L_nл и до короткой стороны плиты B_пл были одинаковыми. Вычисление х производится по формуле:

...