Почему сетка с 4 подошвы центрально нагруженного фундамента располагается внизу

Методика проектирования центрально и внецентренно загруженных фундаментов мелкого заложения

Расчет фундамента мелкого заложения начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров, к которым относятся глубина заложения фундамента, размеры и форма подошвы. Затем для принятых размеров фундамента производят расчеты основания по предельным состояниям.

Определение глубины заложения фундамента. Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше объем затрачиваемого материала и ниже стоимость его возведения, поэтому естественно стремление принять глубину заложения как можно меньшей.

Рис. Схемы напластований грунтов с вариантами устройства фундаментов: 1- прочный грунт; 2-более прочный грунт; 3-слабый грунт; 4-песчанная подушка; 5-зона закрепления

— минимальная глубина заложения фундаментов принимается не менее 0,5 м от спланированной поверхности территории; глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна быть не менее 10. 15 см.

Глубина сезонного промерзания грунтов. d_f=k_hd_fn, где k_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, d_fn — нормативная глубина сезонного промерзания грунтов, м.

Определение формы и размеров подошвы фундаментов. Форма подошвы фундамента во многом определяется конфигурацией. При расчетах фундаментов мелкого заложения по второму предельному состоянию (по деформациям) площадь подошвы предварительно может быть определена из условия p_П≤R, где p_П – среднее давление по подошве фундамента, R – расчетное сопротивление грунта основания.

Центрально нагруженный фундамент. Центрально нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок проходит через центр площади его подошвы. Реактивное давление грунта по подошве жесткого центрально нагруженного фундамента принимается равномерно распределенным p_II=(N_oII+G_fII+G_gII)/A, где N_oII — расчетная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента; G_fIIи G_gII — расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах; А — площадь подошвы фундамента. В предварительных расчетах вес грунта и фундамента в объеме параллелепипеда АВСD, в основании которого лежит неизвестная площадь подошвы А, определяется приближенно из выражения G_fII+G_gII=γ_mAd где γ_m _— среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его уступах, d – глубина заложения фундамента, м.

А=N_oII/(R-γ_md). Рассчитав площадь подошвы фундамента, находят его ширину b. Ширину ленточного фундамента, для которого нагрузки определяют на 1 м длины. После вычисления значения b принимают размеры фундамента с учетом модульности и унификации конструкций и проверяют давление. Найденная величина р_II должна быть по возможности близка к значению расчетного R.

Внецентренно нагруженный фундамент. Внецентренно нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы. При расчете давление по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимают изменяющимся по линейному закону, а его краевые значения при действии момента сил относительно одной из главных осей. р_max=(N_II/A)(1±6e/b), где N_II — 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.

Поскольку при внецентренном нагружении относительно одной из центральных осей максимальное давление на основание действует только под краем фундамента, при подборе размеров подошвы; фундамента его допускается принимать на 20% больше расчетного и сопротивления грунта, т.е. р_max≤1,2R Одновременно среднее давление по подошве фундамента, определяемое как р_II=N_II/A должна удовлетворять условию p_II≤R.

В тех случаях, когда точка приложения равнодействующей внешних сил смещена относительно обеих осей инерции прямоугольной подошвы фундамента, давление под ее угловыми точками находят по формуле. р с _max=(N_II/A)(1±6e_x/l±6e_y/b).

Поскольку в этом случае максимальное давление действует только в одной точке подошвы фундамента, допускается, чтобы его значение, удовлетворяло условию р с _max≤1,5R.

Проверка давления на подстилающий слой слабого грунта. При наличии и в пределах сжимаемой толщи основания слабых грунтов •или грунтов с расчетным сопротивлением меньшим, чем давление на несущий слой, необходимо проверить давление на них, чтобы уточнить возможность применения при расчете основания теории линейной деформируемости грунтов. Последнее требует, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т.е. σ_zp+ σ_zg≤R_z

Где σ_zp и σ_zg — вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента (соответственно дополнительное от нагрузки фундамент и от собственного веса грунта); R_z — расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого слоя, величину R_z определяют как для условного фундамента шириной b_z, и глубиной заложения d_z. Коэффициенты условий работы γ_С1, γ_С2 и надежности k, а также коэффициенты М_q, M_c находят применительно к слою слабого грунта. Ширину условного фундамента назначают с учетом рассеивания напряжений в пределах слоя толщиной z. Если принять, что давление действует по подошве условного фундамента АВ, то площадь его подошвы должна составлять A_z=N_oII/σ_zp, Зная А_z найдем ширину условного прямоугольного фундамента b_z=(√A_z+a 2 )-a, где а=(1-b)/2 (1 и b длина на и ширина подошвы проектируемого фундамента. Для ленточных фундаментов b_z=А_z/1.

Источник

3.5.2. Расчеты фундаментов при центральном

и внецентренном приложении нагрузки

Размеры подошвы фундамента зависят от величины действующей на него нагрузки и физико-механических характеристик грунтов основания.

Форма подошвы фундамента определяется размерами в плане надземной конструкции и условиями наиболее равномерного распределения нагрузки.

Размеры подошвы фундамента предварительно определяются по формулам сопротивления материалов для центрального и внецентренного сжатия от действия расчетных нагрузок с коэффициентом надежности _f = 1. Затем вычисленные размеры подошвы фундамента уточняются расчетами по деформациям, а при необходимости — расчетами по устойчивости.

Центрально-нагруженные фундаменты (рис.2,а)

Размеры подошвы центрально-нагруженного фундамента определяются из условия

Выражение (3) можно представить в следующем виде:

, (4)

где P — среднее давление под подошвой фундамента; N₀_II — осевая расчетная нагрузка в сечении на отметке поверхности грунта при расчете по второй группе предельных состояний; G_II — расчетный вес фундамента; N_гр — расчетный вес грунта на обрезах фундамента; A — площадь подошвы (A=bl, b — ширина фундамента; l — длина подошвы фундамента или его участка, в пределах которого действует нагрузка); R — расчетное сопротивление грунта основания.

Формулу (4) можно записать так:

, (5)

где _mt — средний удельный вес фундамента и грунта на его обрезах, принимаемый 20 кН/м 3 ; d — глубина заложения фундамента. Если принять P=R, то получим формулу необходимой площади подошвы фундамента при центральной нагрузке:

. (6)

Расчетное сопротивление грунта основания R, согласно п.2.41 СНиП 2.02.01-83* [2] определяется по формуле:

, (7)

где _c₁, _c₂ — коэффициенты условий работы (табл.3 приложения 1); K — коэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта  и C определены непосредственно испытаниями, и K = 1,1, если приняты по табл. СНиП /2/; M_, M_q, M_C — коэффициенты, являющиеся функцией расчетного значения угла внутреннего трения _II (табл.2 приложения 1); K_z — коэффициент при b10 м, K=1; при b10 м (здесьz₀=8 м); b — ширина подошвы фундамента; d_b — глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала (для сооружений с подвалом шириной B20 м и глубиной свыше 2 м принимается d_b=2 м, при ширине подвала B>20 м d_b=0); _II — средневзвешенный удельный вес грунта под фундаментом в пределах слоя толщиной 0,5b; — то же в пределах глубины d; C_II — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента; d₁— глубина заложения фундамента бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

, (8)

где h_s — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала; h_cf — толщина конструкции пола подвала; _cf — расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала.

Предварительные размеры фундаментов назначают по конструктивным соображениям или по условию равенства среднего давления под подошвой фундамента Р табличному расчетному сопротивлению грунта основания R, которое приводится в СНиП /2/ и табл. 7, 8, 9, 10, 11 приложения 1.

Для ленточных фундаментов нагрузка определяется на 1 м длины, отсюда ширина их будет . У фундаментов с прямоугольной подошвой вначале задаются отношением сторон, тогда ширина подошвы , для фундаментов с квадратной подошвой .

Принимая во внимание выражение (6), ширину ленточного фундамента определим по формуле

. (9)

Размер подошвы квадратного фундамента

. (10)

Для определения ширины подошвы центрально и внецентренно нагруженных фундаментов применяют метод последовательного приближения или графоаналитический. Эти методы подробно изложены в учебной литературе, например [14, 15, 16, 17]. Там же даны примеры расчетов.

Внецентренно нагруженные фундаменты (рис.2,б).

Когда равнодействующая внешних сил не проходит через центр тяжести площади подошвы фундамента, размеры подошвы фундамента определяют, как у внецентренно нагруженного элемента.

При определении размеров фундамента должны быть удовлетворены следующие условия:

P_II R, (11)

где P_II — среднее давление под подошвой фундамента; P_maxII — максимальное краевое давление под подошвой фундамента; P_minII — минимальное краевое давление под подошвой фундамента; P c _minII — максимальное краевое давление в угловой точке при действии моментов сил в двух направлениях.

Для фундаментов зданий и сооружений с мостовыми кранами рекомендуется применять трапециевидную эпюру давлений на грунт с соотношением краевых давлений, удовлетворяющих условию

0,25. (15)

Значения среднего, максимального, минимального давления и расчетное сопротивление грунта определяются с точностью до 1 кПа.

Краевое давление под подошвой фундамента определяется по формуле

. (16)

В случае прямоугольного фундамента

P_max = , (17)

где N=N₀_II+N_fII+N_qII; M_x=N e_x ; M_y=N e_y; e_x, e_y — эксцентриситеты приложения нагрузки соответственно осей x и y; ; — моменты сопротивления подошвы фундамента относительно осей x и y .

Когда момент действует только относительно одной главной оси инерции, формула (17) принимает вид

, (18)

где l — размер подошвы фундамента (обычно больший) в плоскости действия момента; e — эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести площади подошвы фундамента,

. (19)

Проверку давления под краем или углом фундамента обычно производят для двух комбинаций возможного загружения: для максимальной нормальной силы N_maxII с соответствующим ей M_II и максимального абсолютного значения момента M_maxII с соответствующей силой N_II. В обоих случаях расхождение между фактическим давлением под подошвой фундамента P и расчетным сопротивлением грунта основания R не должно превышать 5%.

Определение оптимальных размеров подошвы фундамента можно производить либо методом последовательного приближения, либо графоаналитическим методом [14].

Источник