Что такое внецентренно загруженный фундамент

В. Внецентренно нагруженные фундаменты

Это такие фундаменты, у которых равнодействующая внешних нагрузок (сил) не проходит через центр тяжести его подошвы.

Давление на грунт по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимается изменяющимся по линейному закону, а его краевые значения определяются по формулам внецентренного сжатия.

Учитывая, что ,

Приходим к более удобному для расчета виду:

, где

N_II – суммарная вертикальная нагрузка, включая G_f и G_g;

e – эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы;

b – размер подошвы фундамента в плоскости действия момента.

Рис. 10.13. Эпюры давлений под подошвой фундамента при действии внецентренной нагрузки.

Двузначную эпюру стараются не допускать, т.к. в этом случае образуется отрыв фундамента от грунта.

Поскольку в случае действия внецентренного нагружения максимальное давление на основание действует только под краем фундамента, при подборе размеров подошвы фундамента давление допускается принимать на 20% больше расчетного сопротивления грунта, т.е.

, но

В тех случаях, когда точка приложения равнодействующей внешних сил смещена относительно обеих осей фундамента (рис 10.14), давление под ее угловыми точками находят по формуле:

Рис. 10.14. внецентренное загружение фундамента относительно двух глвных осей инерции:

а – смещение равнодействующих внешних сил; б – устройство несимметричного фундамента.

Поскольку в этом случае максимальное давление будет только в одной точке подошвы фундамента, допускается, чтобы его значение удовлетворяло условию:

, но при этом проверяются условия:

; — на наиболее нагруженной части.

Дата добавления: 2015-02-28 ; просмотров: 1385 ;

Источник

Внецентренно нагруженный фундамент

Внецентренно на­груженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы.

Такое нагружение фундамента является следствием пе­редачи на него момента или горизонтальной составляющей нагруз­ки, как у фундамента под наружную стену заглубленного помещения.

При расчете давление по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимают изменяющимся по линейному закону

Pmax/min = (Nn/A) (l±6e/b),

где N_n — суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его уступах;

А — площадь подошвы фундамента;

е — эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы;

b— размер подошвы фундамента в плос­кости действия момента.

При внецентренном нагружении относительно одной из центральных осей максимальное даление на основание действует только под краем фундамента, при подборе размеров подошвы фундамента его допускается принимать на 20% больше расчетного

Одновременно среднее давле­ние по подошве фундамента, опре­деляемое как

p_max R

p_max

Эпюры давлений под по­дошвой фундамента при действии внецентрениой нагрузки

Внецентренное загружение фундамента относительно двух глав­ных осей инерции:

Тема 3. «Фундаменты»

Вопрос: 3.12 Проверка давленая на подстилающий слой слабого грунта.

Ответ:

При наличии в пределах сжимаемой толщи основания слабых грунтов или грунтов с расчетным сопротивлением меньшим, чем давление на несущий слой необходимо уточнить при расчете основа­ния теории линейной деформируемости грунтов.

Последнее требу­ет, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т. е.

zp+ zg Rz,

где zp и zg — вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента (соответственно дополнительное от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта); Rz — расчетное со­противление грунта на глубине кровли слабого слоя.

Ширину условного фундамента b_z назначают с учетом рассеива­ния напряжений в пределах слоя толщиной z. Если принять, что давление zpдействует по подошве условного фундамента АВ, то площадь его подошвы должна составлять

A_z = N_on /

Расчетная схема к проверке давле­ния на подстилающий слой слабого грунта

где N_on — вертикальная на­грузка на уровне обреза фу­ндамента.

Зная A_z, найдем ширину условного прямоугольного фундамента по формуле

b_z= A_z+a 2 — a

где a=(l—b)/2 ( l и b —дли­на и ширина подошвы про­ектируемого- фундамента). Для ленточных фундамен­тов b_z=A / l.

Расчет осадок фундаментов мелкого заложения.

Для конечных (стабилизированных) осадок наибольшее распространение получили метод «послойного суммирования» и метод «эквивалентного слоя».

Метод послойного суммирования.

Осадка находится только от вертикальных напря­жений, действующих в основании по оси через середи­ну фундамента.

После определения размеров подошвы фундамента ось фундамента совмещают с литологической колон­кой грунта и строят эпюру zg природного давления.

Эпюра строит­ся по оси фундамента, начиная от поверхности природного рельефа. Определяется природное давление грунта выше уровня подземных вод и ниже уровня подземных вод с учетом взвешивающего действия воды.

Зная природное давление на уровне подошвы фундамента _zg , определяют дополнительное вертикальное давление (сверх природного) на грунт р_о, которое называют осадочным давлением.

Ро=Рn- _zg,

где р_п — полное давление по подошве фундамента.

Установив величину р₀, строят эпюру дополнительных верти­кальных напряжений в грунте «по элементарным слоям» с напряжением zp = Ро,

где a — коэффициент в зависимости от соотношений п= l/b ( l— длина, b — ширина подошвы фундамента) .

По нормам толщина элементарных слоев не более 0,4 ширины или диаметра подошвы фундамента, что обеспечивает точность построения эпюры _zр, и позволяет рассматривать эпюру распределения напряжений в пре­делах каждого слоя как прямоугольную.

Ограничив сжимаемую толщу, ниже которой сжати­ем грунта можно пренебречь, (где дав­ление составляет 0,2 природного давления), полную осадку основания определяют, как сумму осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи.

Осадку прерывистого фундамента, определяют как осадку условного сплошного ленточного фундамента (без вычета площади пустот), ширина кото­рого равна ширине укладываемой плиты.

Тема 3. «Фундаменты»

Вопрос: 3.13 Метод эквивалентного слоя. Учет влияния соседних фундаментов.

Ответ:

В этом методе пространствен­ная задача расчета осадок сводится к эквивалентной одномерной. Осадка определяется с учетом жесткости и формы подошвы фун­дамента и трех составляющих нормальных напряжений ( _{z, у}, _х) в предположении, что основание является линейно деформируемым телом.

Максимальную и среднюю осадки гибкого и осадку жесткого фундамента определяют по формуле:

Мощность эквивалентного слоя hэ рассчитывают по формуле:

где Aw — коэффициент эквивалентного слоя, определяемый по табл. в зависимости от коэффициента Пуассона для разных грунтов, жесткости и соотношения сторон загруженной площади n = l/b; b — ширина фундамента.

Осадку слоистого основания методом эквивалентного слоя вы­числяют приближенно, вводя в расчет средневзвешенное значение относительного коэффициента сжимаемости грунта тv, в пределах сжимаемой толщи.

Метод эквивалентного слоя существенно упрощает расчет оса­док фундаментов. целесообразно применять в расчетах фундаментов площадью до 20. 30 м 2 при однородных или слоистых напластованиях, в которых сжимаемость слоев мало отличается друг от друга, а также в случае слабых грунтов.

Учет влияния соседних фундаментов.

Если вблизи от рассчитываемого фундамента располагается еще один или несколько фундаментов, то загружение соседних фундаментов приведет к увеличению осадки рассчитываемого фундамента.

Учет влияния соседних фун­даментов наиболее просто решить, если применить метод эквивалентного слоя. Расчет в этом случае аналогичен опре­делению напряжений методом угловых точек.

Для определения осадки какой-либо точки М площадь нагружения разбива­ется на прямоугольники, чтобы эта точка для каж­дого прямоугольника с равномерно распределенной нагрузкой была угловой.

На практике чаще рассматрива­ется схема, где точка М лежит вне контура загруженной площади.Тогда осадка точки М определится по формуле

s=(hIэс+ hIIэс – hIIIэс — hIVэс) m v po,

где hIIэс — мощности эквивалентного слоя точки М для прямоуголь­ников, нагруженных действительной и фиктивной нагрузками.

Тема 3. «Фундаменты»

Вопрос: 3.14 Определение кренов фундаментов. Проверка устойчивости фундаментов мелкого заложения. Проверка на опрокидывание.

Ответ:

Крен фундамента может быть вызван внецентренным приложением равнодействующей внешних сил, влиянием соседних фундаментов или неоднородностью грунтов основания.

Если причиной возникновения крена является нагружение соседнего фундамента то его определяют по формуле:

где S1 и s₂ — осадки противоположных сторон фундамента; L — расстояние между рассматриваемыми точками .

По этой же формуле определяют крен, вызванный неоднород­ностью грунтов основания.

Дата добавления: 2018-04-05 ; просмотров: 1919 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Расчет внецентренно нагруженного ленточного фундамента под наружную стену в доме без подвала

В данной статье будет рассмотрен расчет внецентренно нагруженного ленточного фундамента. Такая ситуация встречается особенно часто при устройстве фундаментов под наружные стены – стена может быть сбита относительно оси ленточного фундамента. В итоге вертикальная нагрузка передается не центрально, а с эксцентриситетом, возникает дополнительный изгибающий момент, увеличивается краевое давление под фундаментом и, как следствие, значительно возрастает ширина ленты. Поэтому если ваша стена сбита относительно оси ленточного фундамента хотя бы на 50 мм, ни в коем случае не игнорируйте это, а учтите в расчете.

Пример расчета центрально нагруженного фундамента можно посмотреть здесь. Для наглядности в данном расчете все исходные данные совпадают с тем расчетом – чтобы можно было провести анализ и сделать для себя соответствующие выводы. По причине одинаковых исходных данных многие этапы расчетов будут схожи. Я постараюсь не дублировать пояснения к расчету, а давать только комментарии к отличительным особенностям расчета внецентренно нагруженного ленточного фундамента. Поэтому рекомендую изучить оба расчета – уверена, это будет полезной работой.

Чтобы сравнить, на сколько может увеличиться ширина подошвы ленточного фундамента и убедиться, насколько важен следующий расчет, загляните в таблицу ниже.

Эксцентриситет приложения нагрузки на фундамент

Ширина подошвы по результатам расчета

Ссылка на статью расчета

Как видно из таблицы, при всех остальных одинаковых вводных данных одна лишь величина эксцентриситета сыграла значительную роль в размерах итоговой ширины подошвы ленты.

Скачать файл с расчетом без пояснений в формате pdf можно здесь.

Исходные данные для расчета ленточного фундамента

На рисунке показана геометрия ленточного фундамента. Уровень природного рельефа взят из инженерно-геологического отчета (как и данные по всем грунтам). При строительстве дома рельеф будет понижен до уровня планировки срезкой, а пол первого этажа будет несколько выше уровня земли на улице.

Очень важным фактором является то, что подземная часть конструкции стены расположена симметрично относительно оси фундаментной ленты. А вот нагрузка от вышележащих конструкций Nc расположена с эксцентриситетом относительно этой оси. Этот эксцентриситет может быть вызван различными ситуациями (см. рисунок ниже), и важно определить не только его величину, но и в какую сторону сбита нагрузка по отношению к оси.

Исходные данные в нашем расчете описывают геометрию стены. Обратите внимание, что расчет можно построить так, чтобы вводить нужно было только значения, помеченные желтым маркером – остальные будут вычисляться автоматически.

Значение А3 должно быть не меньше глубины промерзания грунта в вашем районе. Пол дома нужно делать выше уровня земли.

Для упрощения расчета мы берем не всю длину ленты, какой бы она ни была, а только один ее погонный метр – так и с нагрузками проще будет оперировать, и с площадями.

Характеристики грунта в данном расчете взяты из инженерно-геологического отчета – и взяты именно расчетные значения характеристик для расчета оснований по деформациям.

Как видно из рисунка, фундамент залегает во втором слое грунта ИГЭ-2, а в третьем присутствуют грунтовые воды.

Номер слоя грунтов

Показатели грунтов

Удельный вес, т/м 3

Модуль деформации, т/м 2

Сцепле- ние, т/м 2

Угол внутр. трения

Коэфф. Пористо- сти

Ограничение давления, т/м 2

Природное состояние

Водонасыщен- ное состояние

Природное состояние

Водонасыщен- ное состояние

Для данного расчета нам не понадобятся коэффициент пористости и модуль деформации, но они будут нужны при расчете осадок фундамента.

В нашем случае ИГЭ-2 – просадочный суглинок с начальным просадочным давлением 16,5 т/м 2 , т.е. при таком давлении под подошвой грунт резко начинает деформироваться, чего мы допустить не должны. Поэтому мы задаем начальное просадочное давление для этого слоя несколько меньшим, чем 16,5 т/м 2 , чтобы иметь запас. Слой ИГЭ-2 является основанием для фундамента, но если бы он был где-то глубже, то согласно п. 2.177 пособия, расчетное сопротивление следует определять по наиболее слабому грунту – об этом забывать не следует.

Итак, исходные данные по грунтам сведены ниже в расчетную таблицу. Обратите внимание, что слоев грунта уже четыре, а не три. Для удобства третий слой разделен на два – сухой и водонасыщенный.

Завершающая часть исходных данных – обратная засыпка и нагрузки.

Нагрузка на стену в нашем случае взята из примера сбора нагрузок «Собираем нагрузки на ленточный фундамент дома» для фундамента по оси «1», т.е. для фундамента под крайнюю стену, и равна она сумме постоянных и временных нагрузок из шестой таблицы примера 7391 кг/м + 724 кг/м = 8115 кг/м = 8,115 т/м (так как расчет у нас ведется на 1 погонный метр фундамента, то нагрузка Nс берется уже не в тоннах на метр, а в тоннах).

Эксцентриситет приложения нагрузки в нашем примере равен 0,1 м, сбита нагрузка в сторону дома.

Расчет ленточного фундамента выполняется методом последовательных приближений. Чтобы от чего-то оттолкнуться, мы задаемся расчетным сопротивлением грунта (оно приближенное и выбирается из таблиц пособия для подходящего грунта). Далее мы находим предварительную ширину подошвы, по значениям которой будем уже более точно определять расчетное сопротивление грунта.

Определение расчетного сопротивления грунта основания и ширины подошвы фундамента (расчет основания по деформациям – по 2 предельному состоянию).

Прежде всего, необходимо определить, какой слой грунта является основанием для нашего фундамента и выбрать для него угол внутреннего трения и удельное сцепление из исходных данных.

Удельный вес грунта берется в осредненном расчетном значении с учетом удельного веса всех слоев грунта и их толщин. Расчет этого осредненного удельного веса ведется по формуле , где Х_i – это удельное сцепление i-го слоя грунта, а h_i – толщина этого слоя. Посчитав осредненное значение для четырех слоев, мы получаем значение 1,873 т/м 3 .

Обратите внимание, что удельный вес грунта нужно брать с учетом водонасыщенного состояния. В нашем случае водонасыщен 4 слой (т.к. он находится ниже уровня грунтовых вод).

Если в инженерно-геологическом отчете вы не найдете значения удельного веса грунта в водонасыщенном состоянии, можно воспользоваться формулой (36) пособия.

Далее приступаем к определению расчетного сопротивления грунта.

Значения коэффициентов выбираем из таблицы 43 пособия, при этом нужно учитывать данные пункта 2.178 о том, какие здания относятся к жесткой конструктивной схеме.

В шаге 6.2 мы определим все действующие нагрузки и приблизимся к окончательному определению ширины подошвы фундамента.

Сначала мы просто делим нагрузку на расчетное сопротивление и получаем ширину подошвы даже меньшую, чем ширина стены. Округляем до ширины стены 0,4 м.

Но нам также необходимо узнать нагрузку от собственного веса стены, от грунта на срезах фундамента и от временных нагрузок на грунте и на полу – все они влияют на ширину подошвы фундамента. Т.к. срезов фундамента у нас пока нет, то N₁ и N_вр на данном этапе получились равны нулю, а вот собственный вес уже составил 1,5 тонны.

Уточняем ширину фундамента с новой нагрузкой и получаем уже 0,5 м. Конечно, так можно вылизывать до бесконечности, но мы пока проигнорируем N₁ и N_вр и найдем среднее давление под подошвой для ширины 0,5 м.

Среднее давление для такой ширины ленты получилось больше, чем мы можем себе позволить при ограничении давления на грунт 15 т/м2. Поэтому мы пересчитываем ширину подошвы до такого размера, чтобы среднее давление было меньше 15 т/м2 – получаем ширину ленты 0,7 м.

Далее мы снова уточняем все нагрузки для ширины ленты 0,7 м. И в п. 6.3 снова определяем среднее давление под подошвой фундамента для уточненных значений – оно оказывается больше нашего ограничения. Тогда в п. 6.3а мы увеличиваем ширину фундамента на столько, чтобы среднее давление под подошвой стало меньше ограничения давления. Когда это произошло, мы снова находим значения всех нагрузок для ширины подошвы 0,8 м, а также уточняем значение расчетного сопротивления грунта. После этого можно определить момент, действующий относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы. Обратите внимание, что N_c*e при нахождении момента берется с минусом в случае, если сбивка нагрузки в сторону дома; если же в сторону улицы, то нужно в формуле ставить знак плюс.

Знак момента дает нам понять о том, с какой стороны будет максимальное давление под подошвой ленточного фундамента.

Следующим шагом мы определяем эксцентриситет и проверяем несколько важных условий (смысл их описан в статье «Расчет ленточного фундамента под наружную стену в доме без подвала»)

Дальнейший расчет может пойти двумя путями. Если эпюра давления под подошвой фундамента имеет форму трапеции (при небольшом эксцентриситете), то считать нужно по формуле (50) пособия – у нас так и получилось, и мы будем вести дальнейший расчет по пункту 6.7. Если бы эксцентриситет оказался большим, и эпюра оказалась бы треугольной (это значит, что в фундаменте может даже получиться отрыв от подошвы), то считать нужно было бы уже по формуле (51), а в нашем расчете она прописана в п. 6.8. Я приведу оба пункта в этом примере – вдруг кому-то пригодится алгоритм. Но для этого конкретного случая п. 6.7 является завершающим для расчета.

Сначала мы находим p_max по стандартной формуле, в которой есть только одна особенность: если сила N_c сбита в сторону дома, то в расчете принимает участие q_эт (т.е. нагрузка со стороны дома), а если бы сила N_c была сбита в сторону улицы, то вместо q_эт у нас бы уже была q_гр (нагрузка на грунте со стороны улицы).

После определения p_max прежде всего нужно сравнить его с расчетным сопротивлением грунта. И если бы у нас не было ограничения давления на грунт, то расчет на этом можно было бы закончить. Но p_max превышает заданное ограничение, поэтому мы снова вынуждены увеличивать подошву и пересчитывать все значения (какие-то из них пригодятся нам при расчете осадок фундамента).

И как итог, у нас получается ширина подошвы фундамента 1,2 м.

И напоследок добавлю пункт 6.8, в котором показан алгоритм расчета максимального давления под подошвой в случае с треугольной эпюрой давления.

После того, как расчет выполнен, нужно определить осадку фундамента, но это уже тема отдельной статьи.

Источник