Механика грунтов является одной из основных инженерных дисциплин для студентов всех строительных специальностей
3. 2. 2. Определение грузовой площади и нагрузок на фундаменты
Грузовая площадь определяется различно для жилых, общественных и производственных зданий.
На рисунке 11 показаны две грузовые площади для сбора нагрузок на ленточные фундаменты внутренней (Б) и внешней (А) стен жилого дома.
Для внутренней несущей стены ширина грузовой площади принимается равной 100 см, а длина определяется половиной расстояния в чистоте между стенами в направлении длинной стороны плиты перекрытия. Из-за наличия оконных проемов в наружных стенах ширина грузовой площади принимается равной расстоянию между осями оконных проемов вдоль здания, а длина половине расстояния в чистоте между стенами поперек здания.
В отличие от жилых зданий с несущими наружными и внутренними стенами в промышленных зданиях несущий каркас выполняется из колонн, ригелей и плит перекрытия. Поэтому при сборе нагрузок на отдельно стоящие фундаменты под колонны ширина и длина грузовой площади определяются половиной расстояния между соседними осями здания.
Рис. 11. Схема сбора нагрузок на фундаменты:
а) схема для подсчета нагрузок от конструкций;
б) схема для подсчета нагрузок на фундаменты: 1 — для внутренней стены; 2 — для наружной стены
Пример выполнения сбора нагрузок на фундамент крайней стены
Сбор нагрузок на фундамент предлагается оформить в виде таблиц по нижеприведенным формам.
Постоянные нормативные нагрузки
От веса покрытия
От веса чердачного перекрытия с утеплителем
От веса междуэтажного перекрытия
От веса перегородки
От веса карниза
От веса 1 м 2 кирпичной кладки (или от веса стены из др.материала)
Временные нормативные нагрузки
Величина нагрузки кН/м 2
Снеговая на 1 м 2 горизонтальной проекции кровли ( IV снеговой район)
На 1 м 2 проекции чердачного перекрытия
На 1 м 2 проекции междуэтажного перекрытия
Определяем грузовую площадь (см. рис.11 б):
А = 2,8 ·2,53 = 7,1 м 2 ,
где: 2,53 — расстояние между осями,
2,8 — половина расстояния в чистоте между стенами.
Нормативные нагрузки на 2,53 м длины фундамента на уровне спланированной отметки земли (кН):
Величина нагрузки кН
Вес чердачного покрытия с утеплителем
Вес n междуэтажных перекрытий
Вес перегородок на n этажах
Вес карниза и стены выше чердачного перекрытия
(Нормативная нагрузка на карниз + толщина стены *высота * нормативная нагрузка кирпичной кладки) * расстояние между осями оконных проемов
Вес цоколя и стены первого этажа за вычетом веса оконных проемов на длине, равной расстоянию между осями оконных проемов
Толщина стены первого этажа *(высота цоколя и первого этажа * расстояние между осями оконных проемов – высота оконного проема * длина оконного проема) * нормативная нагрузка кирпичной кладки
0,64* [(2,5+2,5)*2,53 — 1,51*2,1]*18
Вес стены со второго этажа и выше за вычетом веса оконных проемов
Толщина стены * (высота этажа * расстояние между осями оконных проемов — высота оконного проема * длина оконного проема) * количество этажей * нормативная нагрузка кладки
Итого постоянная нагрузка
Величина нагрузки кН
На чердачное перекрытие
На n междуэтажных перекрытий с учетом коэффициента
j n1 = 0,3+0,6/Ön, где:
n — число перекрытий, от которых нагрузка передается на основание
Итого временная нагрузка
Нормативное усилие на обрезе фундамента от вышележащих конструкций N о II определяется как сумма постоянной и временной нагрузок.
Фундамент передает усилия от веса вышележащих конструкций и воспринимаемых ими нагрузок на основание. Прочность конструкций наземной части зданий обеспечивается прочностью и долговечностью фундамента, его устойчивостью, наличием конструктивных мероприятий, ограничивающих осадки основания в пределах, допустимых СНиП 2.02.01-83, экономичной и целесообразной формой и конструкцией фундаментов.
Проектирование фундамента заключается в выборе его типа, размеров и способов устройства. Для этого необходимо определить: материал и конструкцию фундамента; глубину его заложения; давление под подошвой фундамента; осадки фундамента и способ выполнения работ по подземной части зданий. Кроме того, следует проверить устойчивость фундамента.
3.2.3. Определение глубины заложения подошвы фундамента
Глубина заложения фундаментов является одним из основных факторов, обеспечивающих необходимую несущую способность и деформации основания, не превышающие предельных по условиям нормальной эксплуатации.
Глубина заложения фундаментов определяется:
а) конструктивными особенностями зданий или сооружений (например, жилое здание с подвалом или без него), нагрузок и воздействий на их фундаменты;
б) глубиной заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубиной прокладки инженерных коммуникаций;
в) инженерно-геологическими условиями площадки строительства (физико-механические свойства грунтов, характер напластования и пр.);
г) гидрогеологическими условиями площадки и возможными их изменениями в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений;
д) глубиной сезонного промерзания грунтов.
Глубина заложения фундаментов исчисляется от поверхности планировки (рис.12,а) или пола подвала до подошвы фундамента (рис.12,б), а при наличии бетонной подготовки — до ее низа.
При выборе глубины заложения фундаментов рекомендуется [1]:
а) предусматривать заглубление фундаментов в несущий слой грунта не менее чем на 10-15 см;
б) избегать наличия под подошвой фундамента слоя грунта, если его прочностные и деформационные свойства значительно хуже свойств подстилающего слоя грунта;
в) стремиться, если это возможно, закладывать фундаменты выше уровня грунтовых вод для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ.
Рисунок 12. Схемы к определению глубины заложения фундаментов d :
а — фундамент внешней оси здания; б — фундамент внутри здания
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта d fn принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) под открытой, оголенной от снега поверхностью горизонтальной площадки при уровне грунтовых вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.
При отсутствии данных многолетних наблюдений нормативную глубину сезонного промерзания грунтов определяют на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение определяется по формуле:
где d 0 — глубина промерзания при М t = 1ºС, м, принимаемая: для суглинков и глин — 0,23; супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28; песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30; крупнообломочных грунтов — 0,34;
M t — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, ° C, принимаемых по СНиП [8] или по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях.
За неимением этих данных нормативную глубину сезонного промерзания можно определить по схематической карте (рис.13), где даны изолинии нормативных глубин промерзания для суглинков, т.е. при d 0 = 0,23 м. При наличии в зоне промерзания других грунтов значение d fn , найденное по карте, умножается на отношение d 0 /0,23 (где d 0 соответствует грунтам рассматриваемой строительной площадки).
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:
где k h — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения и принимаемый для отапливаемых зданий в зависимости от конструкции полов и температуры внутри помещений, а для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых зданий k h = 1,1 (кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой).
Рисунок 13. Карта нормативных значений глубины промерзания d 0 , см
Особенности сооружения
Коэффициент к h при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, Сº
Источник
Сбор нагрузок на фундамент
Представьте себе ситуацию, которая иногда встречается в наше время. Приходит человек в строительную компанию и говорит: «Я хочу заказать у вас строительство кирпичного двухэтажного дома с гаражом. Только у меня одно условие. Так как я располагаю небольшим бюджетом, не могли бы вы построить дом без фундамента, его все равно ведь не видно?» Как вы думаете, что ему могут ответить? С вероятностью в 99% ответ будет звучать так: «Извините, но это не возможно, ведь фундамент — это основа любого дома, без которой он просто развалится».
Действительно, фундаменты являются главными конструкциями практически для любого сооружения. И поэтому к ним должны предъявляться особые требования. В частности их подбор нужно производить исключительно по расчету, в котором учитывается будущий вес конструкций, опирающиеся на фундамент. Другими словами, необходимо произвести сбор нагрузок на фундамент.
Данная процедура выполняется согласно СНиП 2.01.07-85* (СП 20.13330.2011) «Актуализированная редакция» [1].
Общая нагрузка на фундамент складывается из следующих нагрузок:
1. Крыша и кровля.
Сюда входят вес конструкций крыши (стропила, обрешетка, железобетонная плита покрытия и т.д.), вес кровельного «пирога» (утеплитель, профнастил, металлочерепица, ондулин и т.д.), а также снеговая и ветровая нагрузки.
О том, как собирается нагрузка на кровлю, вы также можете найти на данном сайте.
Иногда к этим нагрузкам добавляется временная — вес человека в процессе обслуживания кровли, равная 100 кг/м 2 .
2. Межэтажные перекрытия.
Данный раздел включает вес несущих элементов перекрытия (железобетонные плиты перекрытия, деревянные и металлические балки), вес элементов покрытия пола и отделки (доски, ламинат, линолеум, штукатурка потолка и т.д). Кроме этого, здесь необходимо учитывать временные нагрузки от перегородок, людей, мебели и т.д.
О том, как это делается, вы можете узнать из специальной статьи, где рассмотрены примеры сбора нагрузок на перекрытие.
3. Покрытие.
В том случае, если, например, ваш дом имеет холодный чердак, т.е. комнат для проживания там не предусматривается и утеплитель располагается не в крыше, а над последним этажом, то это нужно учесть в отдельной категории.
Обычно здесь учитывается вес несущих элементов перекрытия и теплоизоляционного материала (минплита, пенополистирол, керамзит и т.д.). Редко к ним прибавляется цементно-песчаная стяжка.
Временная нагрузка для чердачного помещения — 70 кг/м 2 .
4. Подвальное перекрытие.
Если пол первого этажа опирается на стены, то его необходимо учитывать при сборе нагрузок на фундамент. В том случае, если пол устроен по грунту, то он передает нагрузку непосредственно на грунт, а не на фундамент. И, следовательно, его учитывать не нужно.
Данная нагрузка получается суммированием следующих масс: конструкции перекрытия (ж/б плита, балки и т.д.), «пирог» пола (ламинат, паркет, Ц/П стяжка, гидроизоляционные и теплоизоляционные материалы), временные нагрузки (перегородки, люди, мебель и т.д.).
Примечание: для того, чтобы перенести перечисленные выше нагрузки на фундамент необходимо знать грузовую площадь. Грузовая площадь — это нагрузка, которая воспринимается несущими конструкциями. Например, для здания с двумя несущими стенами, расположенными на расстоянии 5 метров друг от друга и, на которые опирается перекрытие, грузовая площадь для каждой стены будет равна 2,5м · 1м = 2,5м 2 . Потом эта цифра умножается на нагрузку, выраженную в кг/м 2 для того, чтобы получить кг или, другими словами, получить тот вес, который должен восприниматься фундаментом. Если же вы хотите получить равномерно распределенную нагрузку (кг/м), то просто разделите эту величину на 1м.
В том же случае, если у вас 4 несущих стены при тех же условиях, то грузовая площадь на стены собирается следующим образом.
Ну, а если дом снабжен внутренними несущими стенами, то необходимо сложить 2 грузовых площади с каждого полупролета. Но об этом в примере ниже.
5. Вертикальные конструкции.
К таким конструкциям относятся несущие стены и колонны, а также, собственно, фундамент.
Далее рассмотрим пример сбора нагрузок на ленточный фундамент.
Пример сбора нагрузок на фундамент
Исходные данные:
Предполагается строительство жилого 2-х этажного дома с холодным чердаком и двухскатной крышей. Опирание крыши производится на две крайних стены и одну стену под коньком. Подвал не предусмотрен.
Место строительства — г. Нижегородская область.
Тип местности — поселок городского типа.
Размеры дома — 9,5х10 м по наружным граням фундамента.
Угол наклона крыши — 35°.
Высота здания — 9,93 м.
Фундамент — железобетонная монолитная лента шириной 500 и 400 мм и высотой 1 900 мм.
Цоколь — керамический кирпич, толщиной 500 и 400 мм и высотой 730 мм.
Наружные стены — газосиликат плотностью 500 кг/м 3 , толщина стеной 500 мм и высотой 6 850 мм.
Внутренние несущие стены — газосиликат плотностью 500 кг/м 3 , толщиной стены 400 м и высота 6 850 мм.
Перекрытия и крыша — деревянные.
Конструкции, которые могли бы задержать снег на крыше, не предусмотрены.
План фундамента.
Разрез дома, с действующими нагрузками.
Требуется:
Собрать нагрузки на центральную ленту фундамента, расположенную под внутренней несущей стеной, если грузовая площадь от перекрытия 4,05 м 2 , а от крыши — 5,9 м 2 .
Сбор нагрузок на внутреннюю несущую стену.
Определяем нагрузки, действующие на 1 м 2 грузовой площади (кг/м 2 ) всех конструкций, нагрузка которых передается на фундамент.
| Вид нагрузки | Норм. | Коэф. | Расч. |
| Нагрузка от пола 1-го этажа (q1) | |||