по разделу 4. «Расчет элементов строительных конструкций». МДК.01.01.

Занятие (урок) 179,180. Контрольная работа. Тестирование на тему «Основания и фундаменты».

Контрольная работа имеет 9 вариантов (билетов). Номер билета контрольной работы должен соответствовать последней цифре номера студенческого билета. Если последняя цифра 0, то следует решать билет №1.

Каждый билет имеет 17 вопросов, каждый вопрос – три ответа. Только один ответ правильный.

Оценивание контрольной работы:

15 - 17 правильных ответов – оценка 5 (отлично),

12 – 14 правильных ответов – оценка 4 (хорошо),

9 –11 правильных ответов – оценка 3 (удовлетворительно),

8 и менее правильных ответов – оценка 2 (неудовлетворительно)

Билет № 9

по разделу 4. «Расчет элементов строительных конструкций». МДК.01.01.

Основания и фундаменты

1 – Б

2 – А

3 – В

4 – А

5 – В

6 – Б

7 – Б

8 – В

9 – А

10 – А

11 – Б

12 – В

13 – А

14 – В

15 – А

16 – В

17 – А

№	Вопрос	Варианты ответов (выберите один правильный)
	Как называют слой грунта, на который опирается подошва фундамента?	А. Подстилающий слой Б. Рабочий слой В. Слой обреза
	По какой формуле определяют влажность грунта в естественном состоянии?	А. W = γω / γs Б. ρ = m/V В. γ = ρg
	По какой формуле определяют число пластичности пылевато-глинистых грунтов в естественном состоянии?	А. W = γω / γs Б. IL = (W – Wр) / (WL – Wр) В. Iр = WL – Wр
4	От чего зависит сопротивление грунта сдвигу?	А. От удельного сцепления частиц грунта «с» и угла внутреннего трения φ Б. Только от удельного сцепления частиц грунта «с» В. Только от угла внутреннего трения φ
	По какой формуле определяется среднее давление под подошвой фундамента?	А. р = N(γf =1) + Аf Б. р = N(γf =1)Аf В. р = N(γf =1)/Аf
	По каким группам предельных состояний должны рассчитываться основания?	А. Только по первой – по несущей способности Б. По первой – по несущей способности и второй – по деформациям В. Только по второй – по деформациям
	Производится ли расчет оснований по первой группе предельных состояний (по несущей способности), если на основания действуют значительные горизонтальные нагрузки?	А. Производится Б. Не производится В. Производится только для подпорных стенок
	Как работают гибкие фундаменты?	А. На растяжение Б. Только на сжатие В. На изгиб
	Какая глубина заложения фундамента при наличии в здании подвала?	А. Не менее 0,5 м ниже отметки пола фундамента Б. Не менее 0,3 м ниже отметки пола фундамента В. Не менее 1м ниже отметки пола фундамента
	Какой допускается запас напряжения под подошвой центрально-загруженного фундамента?	А. Не более 20% Б. Не более 15% В. Не более 10%
	Какое максимальное краевое напряжение под подошвой внецентренно загруженного столбчатого фундамента разрешается принимать нормами?	А. Рmax 0 Б. Рmax 1,2 R В. р R
	Из каких материалов изготавливаются сваи?	А. Только железобетонные и бетонные Б. Только железобетонные и металлические В. Железобетонные, бетонные, металлические, деревянные
	Как называют сваи, которые погружаются в грунт свайными молотами или вибропогружателями?	А. Забивные Б. Набивные В. Буронабивные
	По какой формуле определяется несущая способность висячей сваи, работающей на сжимающую нагрузку?	А. Fd = γс R А Б. Fd = γс (γсR R А - u γсf fi hi) В. Fd = γс (γсR R А + u γсf fi hi)
	Как производится испытание свай статической нагрузкой?	А. С помощью вдавливания зонта в грунт домкратом Б. С помощью гидравлических домкратов или платформ с тарированным грузом В. С помощью ударов молота
	По какой формуле определяется высота ростверка, назначаемая из условия продавливания его сваями?	А. h hо + 0,25 Б. h = d / 2 + 0,5 (d - N / Rbt) В. h = d / 2 + 0,5 (d + N / Rbt)
	Какое должно быть расстояние от внешней стороны сваи до края ростверка при однорядном расположении свай?	А. 0,2 d + 5 Б. 0,3 d + 5 В. 0,4 d + 5

Общие сведения об основаниях и фундаментах

Основные понятия

Основанием называется толща грунтов, воспринимающих нагрузку от зданий и сооружений. Под действием нагрузок от здания основания деформируется.

Основания подразделяются на естественные и искусственные. Грунты, находящиеся в условиях природного залегания, является естественным

основанием. Грунты, укрепленные специальными методами, называются искусственным основанием.

Если в основании залегает один слой грунта, то такое основание называется однородным.

Слой грунта, на который опирается подошва фундамента, называется рабочим, нижележащие слои грунта – подстилающими.

Фундамент – это подземная часть здания. Предназначенная для передачи нагрузки от здания на основание. Нижнюю плоскость фундамента называют подошвой фундамента, верхняя плоскость фундамента, на которую опирается надземная конструкция называется обрезом.

Различают два вида фундаментов:

- фундаменты, которые возводятся в котлованах и передают давление на основание только по подошве (стр.330. рис. 23. 1а Долгун);

- свайные фундаменты, которые передают давление на основание за счет трения и сцепления, как по боковой поверхности свай, так и по нижней плоскости свай.

Выбор типа фундаментов зависит от свойств грунтов, условий их залегания.

Строительная классификация грунтов

Грунтами называются горные породы, слагающие верхние слои земной поверхности.

Грунт состоит из трех основных частей: минеральные частицы, которые составляют скелет грунта; жидкий; газообразный.

По общему характеру структурных связей грунты подразделяются на четыре класса:

- природные скальные грунты с жесткими структурными связями;

- природные дисперсные грунты с водноколлоидными и механическими связями4

- природные мерзлые грунты с ледяными связями;

- техногенные грунты с различными структурными связями, образовавшимися в результате деятельности человека.

Скальные грунты. Класс скальных грунтов подразделяется на две группы: скальные и полускальные грунты. При прочности на сжатие Rc 5 МПа грунт относится к скальным, если Rc 5 МПа - к полускальным. К полускальным грунтам относятся песчаники известняки, , вулканические туфы, гипс.

Скальные и полускальные грунты отличаются несжимаемостью по давлением и хорошим основанием.

Дисперсные грунты. Дисперсный грунт – грунт состоящий из отдельных минеральных частиц разного размера, слабо связанных друг с другом.

Эти грунты подразделяются на три группы: крупнообломочные, песчаные, пылевато- глинистые.

Крупнообломочный грунт – это несвязанный минеральный грунт, в котором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50% (щебень, галька,

дресва). Такие грунты являются надежным основанием, их свойства не зависят от увлажнения.

Песчаные грунты – несвязанный минеральный грунт, сыпучий в сухом состоянии.

Свойства песков гравелистых, крупных и средней крупности не зависит от степени их влажности, они являются хорошим основанием. Прочностные свойства мелких песков мелких, пылеватых, зависят от влажности. В увлажненном состоянии под давлением они становятся текучими. Рыхлые пески плохо сопротивляются нагрузке от здания.

Пылевато-глинистые грунты – это связные грунты, обладающие свойствами пластичности, т.е. способностью изменять свою форму под давлением.

Эти грунты делятся на группы: супесь, суглинок, глина.

Влажность и пористость пылевато-пористых грунтов в значительной степени влияют на их несущую способность. С увеличением пористости и влажности уменьшается несущая способность и увеличивается деформативность этих грунтов. Твердые и полутвердые пылевато- глинистые грунты являются надежным основанием. Менее надежными основаниями являются грунты, находящиеся в пластическом состоянии.

Основные физические характеристики грунтов

Характеристики грунтов получают на основании лабораторных исследований образцов грунта.

Удельный вес – вес единицы объема грунта в естественном состоянии:

γ = ρg,

где ρ = плотность грунта, кг/м;

g – ускорение свободного падения, м/ с, g = 10

Плотность определяется по формуле ρ = m/V,

где m – масса грунта;

V – объем грунта.

Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды:

γsb = (γs – γω)/(1 + е),

где γs удельный вес частиц грунта

γs = ρsg,

где ρs – плотность твердых частиц грунта

γω – удельный вес воды, кН/ м, γω = 10.

Можно принять:

γs = 26 кН/ м для песчаных грунтов;

γs = 27 кН/ м для пылевато-глинистых грунтов.

Коэффициент пористости е:

е = Vn /Vs

где Vn – объем пор;

Vs – объем твердых частиц.

Влажность грунта W – отношение веса воды к весу твердых частиц

W = γω / γs.

Для пылевато-глинистых грунтов определяются характеристики, зависящие от влажности:

Iр – число пластичности, характеризует способность грунта удерживать воду в промежутке от полутвердого до текучего состояния;

IL – показатель текучести, характеризует состояние грунта при природной влажности.

Число пластичности определяется по формуле

Iр = WL – Wр,

где WL – влажность на границе текучести влажность, при которой грунт теряет свойство пластичности и переходит в текучее состояние;

Wр – влажность на границе раскатывания, влажность, при которой грунт теряет свойство пластичности и переходят в твердое состояние.

Грунт относится к пылевато-глинистым, если Iр 1.

По числу пластичности грунт подразделяется на супесь Iр = 1 - 7;

суглинок Iр = 7 - 17; глину Iр = более 17.

Показатель текучести IL определяется по формуле

IL = (W – Wр) / (WL – Wр)

Пылевато-глинистые грунты подразделяются по показателю текучести:

супеси на твердые, пластичные, текучие

суглинки и глины на твердые, полутвердые, тугопластичные, мягкопластичные, текучепластичные и текучие.

Механические характеристики грунтов

К механическим характеристикам грунта относятся: сжимаемость грунта и сопротивление грунта сдвигу. Сжимаемость грунтов заключается в способности изменять свое строение под влиянием внешних нагрузок за счет уменьшения объема пор. Уплотнение грунта характеризуется коэффициентом сжимаемости mv и модулем упругости Е.

Образец грунта в лаборатории испытывают в компрессионном приборе – одометре (стр.336. рис. 23. 3 Долгун).

Коэффициент сжимаемости

mv = (е1 - е2) / (σ2 – σ1)

Модуль общей деформации

Е = (1 + е)β / mv,

где е – коэффициент пористости грунта в природном состоянии

β – коэффициент общей относительной поперечной деформации грунта.

Если модуль общей деформации Е 10 МПа, то грунт считается сильносжимаемым и является слабым основанием.

Сопротивление грунта сдвигу зависит от удельного сцепления частиц грунта «с» и угла внутреннего трения φ.

По сопротивлению грунта сдвигу оценивается несущая способность основания, которая изучается с помощью сдвиговых приборов (стр.337. рис. 23. 4 Долгун).

У песчаных грунтов сопротивление частиц сдвигу происходит за счет сил трения и в значительной степени обуславливается углом внутреннего трения φ, который меняется от 43 (в гравелистых и крупных песках) до 26(в пылеватых песках). Удельное сцепление в песчаных грунтах незначительное (от 2 до 8 кПа).

Сопротивление сдвигу связных грунтов суммируются из вязкого сопротивления скольжения и сил сцепления, которые зависят от уплотняющего давления. Для пылевато-глинистых грунтов сопротивление сдвигу характеризуется двумя параметрами: углом внутреннего трения φ и удельным сцеплением «с».

Удельное сцепление в этих грунтах изменяется в пределах от 9 кПа (супесь)

до 81 кПа (глины).

Угол внутреннего трения: от 18 до 30 (супесь), от 12 до 20 (суглинок) и

от 7 до 21 (глины).

Подземные воды

При проектировании оснований и фундаментов необходимо учитывать гидрогеологические условия строительства:

- многолетние и сезонные колебания грунтовых вод;

- высоту капиллярного поднятия воды в глинистых грунтах;

- возможные техногенные изменения уровня грунтовых вод, верховодку.

Положение уровня грунтовых вод влияет на выбор типа фундаментов, глубины их заложения, водозащитных мероприятий. Колебания уровня грунтовых вод могут быть вызваны неправильным проведением работ при разработке котлована, планировке территории, устройстве дренажа сетей водопровода, канализации и др.

Для защиты фундаментов от подземных вод следует устраивать гидроизоляцию фундаментов и полов подвала.

В зависимости от вида и степени агрессивности грунтовых вод необходимо в проекте предусматривать антикоррозийные мероприятия.

Распределение напряжений по подошве фундамента.

Давления (напряжения) р по подошве фундамента распределяется неравномерно. Для упрощения расчетов разрешается не учитывать криволинейный характер эпюра давлений. Пренебрегая упругостью основания, считаем, что давление от подошвы фундамента на грунты основания распределяется по закону прямой линии (расчетные эпюры давлений) (стр.342. рис. 24. 1 Долгун).

При больших эксцентриситетах приложения нагрузки (е b/6) часть подошвы фундамента не работает (напряжения рmin получается отрицательными), применение таких фундаментов нежелательно.

Среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетное сопротивление R:

р R

Максимальное краевое давление не должно быть больше 1,2 R

Рmax 1,2 R

Распределение напряжений в массиве основания

Напряжения от внешней нагрузки распределяются неравномерно как по горизонтальным, так и по вертикальным сечениям. Они распределяются под углом, который называется углом рассеивания напряжений.

Построим эпюру вертикальных сжимающих напряжений от внешней нагрузки по горизонтальным сечениям на разных глубинах с интервалом 0,5 b. Ординаты эпюр выразим в долях от среднего давления р (стр.343. рис. 24. 2 Долгун).

На основании эпюр можно построить кривые для вертикальных сжимающих напряжений – изобары. Это линии, соединяющие точки, испытывающие одинаковое по величине напряжение от внешней нагрузки.

Форма и размер фундамента в большей степени влияет на характер распределения напряжений, чем состав грунта. По схеме (стр.347. рис. 24. 3 Долгун) видно, что напряжение от нагрузки постепенно затухает в глубину и в стороны от подошвы фундамента, как бы рассеивается. Напряжения в точках, лежащих на вертикальной оси, которая проходит центр тяжести подошвы центрально-загруженного фундамента, можно определить по формуле

σzp = α ро,

где σzp – дополнительное напряжение в точках, расположенных на вертикальной оси (z – расстояние от подошвы фундамента до точки, в которой определяется напряжение);

α – коэффициент рассеивания напряжений, определяется по табл. 5.6 СП 50-101-2004) в зависимости от относительной глубины заложения рассматриваемой точки

ζ = 2 z/b, формы и размера подошвы фундамента;

ро (σzpо) - дополнительное вертикальное давление (напряжение) от здания в уровне подошвы фундамента.

В грунтах оснований кроме напряжений от внешней нагрузки, которая образуется от веса зданий и сооружений, существует и напряжение от собственного веса вышележащего грунта, называемое природное (бытовое) напряжение.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта

σzg = γ΄dn + γi hi,

где γ΄ - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

dn – глубина заложения подошвы фундамента от уровня природного рельефа;

γi – удельный вес i-го слоя грунта

hi – толщина i-го слоя грунта

Природное напряжение увеличивается по мере заглубления, а дополнительное уменьшается.

Полное напряжение в любой точке, лежащей на вертикальной оси, будет равно сумме двух напряжений:

на глубине z σz = σzg + σzр

под подошвой фундамента среднее давление

р = σzgо + σzро.

Это видно стр.347. рис. 24. 3 Долгун.

На глубине Нс дополнительное напряжение составляет 20 % от природного на том же уровне:

σzр = 0,2 σzg.

Если найденная по этому условию нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е 5 МПа, нижняя граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия

σzр = 0,1 σzg.

Среднее давление под подошвой фундамента определяется по формуле

р = N(γf =1)/Аf,

где N(γf =1) – полная нормативная нагрузка на уровне подошвы фундамента;

Аf – площадь подошвы фундамента.

Дополнительное напряжение в уровне подошвы фундамента определяют как разницу между средним давлением и напряжением от собственного веса грунта:

σzро = р – σzgо.

Определение вертикальных напряжений в грунте основания необходимо для расчета осадки основания и проверки подстилающего слоя грунта, если он слабее рабочего.

Определение осадки основания

Осадку основания, которая происходит в период строительства и эксплуатации, вычисляют, используя теорию линейно-деформируемых сред, если соблюдается условие р R.

Рассмотрим метод послойного суммирования. Сначала сжимаемую толщу основания Нс разбивают на слои толщиной hi = (0,2 – 0,4)b. Грунт в пределах слоя должен быть однородным. Затем находят дополнительные и природные напряжения на границе каждого слоя и по найденным значением строят эпюры дополнительного и природного напряжения. Для вычисления осадки определяют среднее дополнительное вертикальное напряжение в каждом i-го слоя грунта.

Осадка определяется по формуле

s = β σzр,i hi /Еi,

где β – безразмерный коэффициент, β = 0,8;

σzр,i - среднее значение дополнительного напряжения в i-ом слое грунта на вертикале, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента;

hi – толщина i-ого слоя грунта;

Еi – модуль деформации i-го слоя грунта.

Полученное значение фактической осадки основания сравнивают с максимально допустимым для данного типа здания smax,u, которое определяется

по табл. Е.1 СП 50-101-2004. s smax,u

Фазы напряженно-деформированного состояния грунта.

Стадии деформаций и сопротивление грунта вертикальной нагрузке.

Под действием вертикальной нагрузки грунт последовательно проходит три стадии деформации.

На первой стадии, пока внешняя нагрузка небольшая, в грунте идет процесс уплотнения за чет пор, существующих в нем (стр.352. рис. 24. 5 Долгун). Частицы грунта смещаются только вертикально. В этой стадии зависимость деформаций от

напряжений прямо пропорциональная и на графике это отражается прямой линией – участок ОМ.

Во второй стадии при увеличении внешней нагрузки увеличиваются напряжение в грунте, исчезает линейная зависимость между напряжениями и деформациями (участок МN). Деформации происходят за счет горизонтального, а не вертикального смещения частиц. В грунте образуются площадки сдвигов, по которым происходит сдвиг грунта из-под колонны в стороны, возникают касательные деформации. Это стадия сдвигов. В конце этой стадии под подошвой фундамента образуется уплотнительное ядро в виде клина.

Первые зоны предельного равновесия, где начинается сдвиг частиц грунта, образуются по углам подошвы фундамента (стр.352. рис. 24. 5а Долгун), а затем по мере увеличения напряжений этой зоны увеличиваются.

В третьей стадии происходит разрушение структуры грунта и выпирание его из-под подошвы фундамента в стороны и на поверхность. Стадия выпирания (стр.352. рис. 24. 5 Долгун, участок ND) наступает внезапно и носит катастрофический характер (стр.352. рис. 24. 5в Долгун).

Рекомендуется принимать такие размеры подошвы фундаментов, когда области предельного равновесия грунта под углами фундамента развиваются вглубь на величину 0,25b, где b – ширина подошвы фундамента (стр.352. рис. 24. 5б Долгун). Это значение напряжений считается предельными и называется расчетным сопротивлением грунта R.

Критическое напряжение σм принимается за предел пропорциональности, отделяющий стадию уплотнения от стадии сдвигов.

Критическое напряжение σN считается пределом несущей способности грунта, отделяющим стадию сдвигов от стадии выпирания, в которой происходит потеря несущей способности грунта.

Расчетное сопротивление грунта основания. При расчете оснований среднее давление на грунт от внешних нагрузок, передаваемых через подошву фундамента, не должно превышать расчетного сопротивления грунта R:

р R

Для того, чтобы определить расчетное сопротивление грунта необходимо знать характеристики грунта, глубину заложения подошвы фундамента и предварительный размер ширины подошвы фундамента.

Основными прочностными характеристиками грунта для определения расчетного сопротивления являются: удельное сцепление «с» и угол внутреннего трения φ.

Для практических расчетов эти расчетные характеристики берутся из отчетов по инженерно-геологическим изысканиям площадки строительства

(они обозначаются сІІ и φІІ). Для предварительных и учебных расчетов можно пользоваться нормативными значениями этих характеристик, которые принимаются по табл. Г.1 и Г.2 СП 50-101-2004.

Расчетное сопротивление грунта основания определяется по формуле:

R = γс1 γс2 /к [Мγ кz b γІІ + Мq d1 γ΄ІІ + (Мq – 1) db γ΄ІІ + Мc cІІ],

где γс1 γс2 – коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 5.2 СП 50-101-2004 в зависимости от вида грунта и отношения длины здания к его высоте L/Н;

к – коэффициент, к =1, если прочностные характеристики грунта (φ и с) определены непосредственными испытаниями, и к = 1,1 если они приняты по

табл. Г.1 и Г.2 СП 50-101-2004;

кz = 1, если ширина подошвы фундамента b 10 м;

Мγ, Мq, Мc – коэффициенты, принимаемые по табл. 5.3 СП 50-101-2004 в зависимости от угла внутреннего трения;

b – предварительный размер ширины подошвы фундамента, b = bпредв;

γІІ и γ΄ІІ – удельный вес грунта соответственно ниже и выше подошвы фундамента;

d1 – глубина заложения фундамента для бесподвальных зданий от уровня планировки d1 = d;

db – глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом глубиной свыше 2 м db = 2 м);

cІІ (cn) – удельное сцепление грунта.

Для зданий с подвалом или техническим подпольем приведенная глубина заложения от пола подвала определяется по формуле

d1 = hs + hсf γсf / γІІ,

где hs – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

hсf – толщина конструкции пола подвала, м;

γсf – удельный вес конструкции пола, кН / м (стр.357. рис. 24. 7 Долгун).

Для того, чтобы найти предварительную ширину подошвы фундамента, используют условное расчетное сопротивление грунта R0, которое принимают по

табл. Д2 и Д3 СП 50-101-2004. Эти значения относятся к условным фундаментам, имеющим ширину b = 1, глубину заложения d = 2 м.

Расчет оснований по предельным состояниям

Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: первой – по несущей способности, второй – по деформациям.

В большинстве случаев основным расчетом естественных оснований является расчет по предельным состояниям второй группы, который состоит из двух основных частей:

1) определение размеров подошвы фундамента из условия:

р R,

где р – среднее давление под подошвой фунд дамента от внешней нормативной нагрузки, определяемой в уровне его подошвы N(γf =1);

R – расчетное сопротивление грунта основания.

2) расчет осадки основания и сравнение ее с предельно допустимой:

s smax,u

ных состояний (по несущей способности) должен производится в следующих случаях:

- на основания действуют значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стенки, фундаменты распорных конструкций и т. п.);

- сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;

- в основании залегают водонасыщенные глинистые или заторфованные грунты;

- основание сложено скальными грунтами.

Классификация фундаментов неглубокого заложения

Все фундаменты можно разбить на три группы: фундаменты неглубокого заложения, свайные фундаменты и фундаменты глубокого заложения.

К фундаментам неглубокого заложения относятся такие фундаменты, которые устраиваются в заранее отрытых котлованах или траншеях глубиной заложения подошвы до 6 м.

По конструктивной форме фундаменты подразделяются на ленточные, отдельные, сплошные и массивные (стр.362. рис. 25.1 Долгун).

Ленточные фундаменты выполняют в виде непрерывных лент (сборных или монолитных) под всеми несущими стенами.

Отдельные (столбчатые) фундаменты, как правило, делают под колонны или стены в комбинации с фундаментными балками.

Сплошные фундаменты выполняются в виде ребристой или гладкой плиты под всем зданием или сооружением.

Массивные фундаменты в виде сплошного массива кладки устраивают под отдельно стоящими тяжело нагруженными опорами или сооружениями: башнями, мачтами, мостовыми опорами и т.п.

По материалу фундаменты могут быть железобетонными, бетонными, бутобетонными и кирпичными.

По характеру работы под нагрузкой фундаменты подразделяются на жесткие и гибкие

Жесткие фундаменты (стр.362. рис. 25.2а Долгун) работают только на сжатие , в виду того, что ширина подошвы небольшая. В таких фундаментах переход от обреза к подошве выполняют уступами или наклонными гранями. Пределы, в которых фундамент будет являться жестким, определяется углом уширения α (α = 30 - 40), который зависит от материала фундамента, tg α = с/h. Такие фундаменты не требуют армирования и могут применяться в малоэтажном строительстве при относительно прочных грунтах.

Гибкие фундаменты (стр.362. рис. 25.2б Долгун) работают на изгиб и требуют армирования.

Глубина заложения подошвы фундамента

Глубина заложения подошвы фундаментов зависит от следующих факторов:

- глубина сезонного промерзания грунтов;

- инженерно-геологические условия площадки строительства;

- гидрогеологические условия площадки строительства;

- назначение и конструктивные особенности проектируемого здания;

- наличие нагрузок, приложенных к основанию, и характер их действия;

- глубина заложения фундаментов примыкающих зданий и сооружений, глубина прокладки инженерных коммуникаций.

Глубина сезонного промерзания грунта зависит от климатических условий района строительства. Она должна учитываться при назначении глубина заложения подошвы фундамента для набухающих (пучинистых) грунтов. К таким грунтам относятся глинистые грунты, пески мелкие и пылеватые. Глубина заложения подошвы фундамента в пучинистых грунтах назначается с учетом вида грунта и положения уровня грунтовых вод. Для остальных грунтов глубина заложения подошвы фундамента назначается не менее 0,5 м от поверхности планировки по табл. 12.2 СП 50-101-2004.

Для пучинистых грунтов глубина заложения подошвы фундаментов под наружные стены и столбы принимается не менее расчетной глубины промерзанияdf:

df = dfn kh,

где dfn – нормативная глубина промерзания грунта;

kh – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, принимаемый по табл. 12.1 СП 50-101-2004.

Нормативная глубина промерзания грунта при отсутствии данных многолетних наблюдений определяется по формуле

dfn = dо,

где dо – величина, принимаемая равной:

для суглинков и глин – 0,23 м;

для песков мелких и пылеватых – 0,28 м;

для песков гравелистых, крупных и средней крупности – 0,3 м;

Мt – тезразмерный коэффициент, равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зимний период в данном районе, принимаемый по СНиП 23-01.

Можно определить нормативную глубину промерзания по сжематической карте, которая составлена для суглинков и глин по результатам многолетних наблюдений (стр.366. рис. 25.3 Долгун). Если в основании залегают другие грунты, то значение dfn, найденное по карте, умножается на отношение dо/0,23, где dо – соответствует грунтам данной строительной площадки.

Глубина заложения подошвы фундамента под внутренние стены и столбы отапливаемых зданий не зависит от расчетной глубины промерзания грунтов.

При наличии в здании подвала минимальная глубина заложения подошвы фундамента принимается на 0,5 м ниже отметки пола фундамента.

При разной глубине подошвы фундамента под отдельными частями здания переход от одной глубины заложения к другой производится уступами (стр.367. рис. 25.4 Долгун).

При окончательном выборе глубины заложения подошвы фундамента ее принимают равной максимальному значению из величин, определенных в зависимости от всех перечисленных факторов.

Определение размеров подошвы центрально-загруженного столбчатого фундамента.

Основные данные для расчета: полная нормативная нагрузка от расположенных выше конструкций и временная нагрузка на перекрытиях и покрытиях; глубина заложения подошвы фундамента; грунт основания под подошвой фундамента.

Этот расчет относится к расчетам по предельным состояниям второй группы (расчет по деформациям), поэтому нагрузка собирается с коэффициентом по нагрузке γf = 1, т.е. нормативная нагрузка.

Размеры подошвы фундамента определяются из условия:

р R.

Среднее давление под подошвой фундамента определяется по формуле

р = N(γf =1)/Аf,

где N(γf =1) – полная нормативная нагрузка от здания в уровне подошвы фундамента.

Эта нагрузка складывается из нагрузки от здания на обрезе фундамента N(γf =1) и нагрузки от фундамента и грунта на его уступах:

N = h Af γmt,

где h – расстояние от уровня пола первого этажа, если здание без подвала, или от уровня пола подвала до подошвы фундамента, м;

Af – площадь подошвы фундамента, м, Af = b l;

γmt – усредненный удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах, кН/м, γmt = 20 (стр.368. рис. 25.5 Долгун).

Выведем формулу для определения размеров подошвы фундамента. Для этого возьмем формулу для определения среднего давления:

р = [N(γf =1) + N] /Аf.

Примем среднее давление равным расчетному сопротивлению основания р = R,

R Аf = N(γf =1) + N

N(γf =1) = R Аf - h Af γmt

N(γf =1) = Аf (R - h γmt),

откуда

Аf = N(γf =1) /(R - h γmt).

При определении размеров подошвы центрально-загруженного столбчатого фундамента необходимо соблюдать следующий порядок расчета.

1. По заданному виду грунта основания находим по приложению Г, табл.Г.1 и Г.2 СП 50-101-2004 прочностные характеристики грунта сn, φn; и по приложению Д, табл. Д.2 и Д3 СП 50-101-2004 условное расчетное сопротивление грунта RO.

2. Делаем заготовку чертежа с указанием всех исходных данных.

3. Определяем предварительный размер подошвы фундамента, учитывая, что центрально-загруженный фундамент, как правило, имеет подошву, квадратную в плане

Аf,предв = N(γf =1) /(Rо - h γmt); b = l = , м

4. Определяем расчетное сопротивление грунта по формуле

R = γс1 γс2 /к [Мγ кz b γІІ + Мq d1 γ΄ІІ + (Мq – 1) db γ΄ІІ + Мc cІІ]

5. Уточняем размеры подошвы фундамента:

Аf = N(γf =1) /(R - h γmt); b = l = , м

Полученный размер ширины подошвы округляем в большую сторону: если фундамент монолитный, то до размера, кратного 300 мм, если сборный, то принимаем его в соответствии с серией на сборные железобетонные фундаменты.

Если окончательный размер ширины подошвы фундамента отличаются от предварительного более чем на 30%, то делаем перерасчет. Для этого еще раз определяем расчетное сопротивление грунта основания при найденной ширине подошвы и при этом значении сопротивления грунта снова определяем ширину подошвы.

6. Проверяем среднее давление под подошвой фундамента. По окончательно принятым параметрам подошвы определяем площадь

Af = b l, м;

N = h Af γmt, кН

р = [N(γf =1) + N] /Аf R.

Допускается недонапряжение до 10%. Если запас получается больше, то размеры подошвы фундамента надо уменьшить, и сделать перерасчет, начиная с п. 4. Перенапряжение допускается в пределах 5%.

Определение размеров подошвы ленточного центрально-загруженного фундамента

При расчете ширины подошвы ленточного фундамента рассматривается 1 м длины стены. На обрезе фундамента собирается нагрузка, следовательно, один из размеров при расчете условный метр, l = 1 м, ширина подошвы ленточного фундамента

b = Af/1 (стр.372. рис. 25.7 Долгун).

Расчет ведется в той же последовательности, что и для централь загруженного столбчатого фундамента. По полученному значению требуемой ширины подошвы b подбирают фундаментную плиту по ГОСТ 13580 – 85 с bфакт bтреб, если фундамент сборный.

При расчете монолитного фундамента полученный размер округляют в большую сторону до размера, кратного 100 мм.

Размеры ширины фундаментных плит по ГОСТ 13580 – 85: b = 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6 м при hf = 0,3 м; b = 2,0; 2,4; 2,8; 3,2 м при hf = 0,5 м.

Определение размеров подошвы внецентренно загруженного столбчатого фундамента

При внецентренном загружении в уровне обреза фундамента кроме продольного усилия от внешних нагрузок N(γ =1) действует изгибающий момент М(γ =1) и поперечное усилие Q(γ =1). Напряжения по подошве фундамента определяются линейно по закону трапеции (стр.375. рис. 25.9 Долгун).

Краевые напряжения под подошвой фундамента определяются по формуле внецентренного сжатия:

Рmax = N(γ =1)/ Af + М(γ =1)/ Wf

Рmin = N(γ =1)/ Af - М(γ =1)/ Wf,

где N(γ =1) = N(γ =1) + N - полная нормативная нагрузка в уровне подошвы фундамента, приложенная в центре тяжести подошвы;

М(γ =1) = М(γ =1) + Q(γ =1) hf – суммарный изгибающий момент от внешних нагрузок в уровне подошвы фундамента;

Af – площадь подошвы фундамента, м, Af = b l.

Момент сопротивления подошвы фундамента:

Wf = b l/6.

Нормами разрешается принимать максимальное краевое напряжение (давление) на 20% больше расчетного сопротивления грунта:

Рmax 1,2 R.

Для минимального краевого напряжения из условия недопущения отрыва подошвы от грунта принято:

Рmin 0

Среднее давление по подошве фундамента должно быть не более расчетного сопротивление грунта основания:

Р = (Рmax + Рmin) /2 R

Размеры подошвы такого фундамента обычно принимают прямоугольными в плане, с длинной стороной (на чертеже это – l) в плоскости действия изгибающего момента.

Соотношение сторон подошвы фундамента принимают b / l = 0,7 – 0,8. При определении размеров подошвы методом последовательного приближения соблюдают следующий порядок расчета.

1. . По заданному виду грунта основания находим по приложению Г, табл.Г.1 и Г.2 СП 50-101-2004 прочностные характеристики грунта сn, φn; и по приложению Д, табл. Д.2 и Д3 СП 50-101-2004 условное расчетное сопротивление грунта RO.

2. Выполняем чертеж по заданным параметрам.

3. Определяем предварительный размер подошвы фундамента

Аf,предв = N(γf =1) /(Rо - h γmt)

4. Определяем расчетное сопротивление грунта по формуле

R = γс1 γс2 /к [Мγ кz b γІІ + Мq d1 γ΄ІІ + (Мq – 1) db γ΄ІІ + Мc cІІ]

5. Уточняем размеры подошвы фундамента:

Аf,треб = N(γf =1) /(R - h γmt).

Затем размеры подошвы определяют исходя из условия: b / l = 0,8

Аf = b l = l0,8 l

откуда

l = (м); b = 0,8 l (м)

Полученные размеры округляем в