Расчет оснований и фундаментов: правила вычислений

Геология    Порядок работ    Библиотека    Цены    Контакты

Главная> Библиотека> Фундаменты> Расчет оснований фундаментов

Расчет оснований фундаментов

Расчет оснований производят по второй группе предельных состояний (по деформациям) — для всех зданий и сооружений, если основание сложено нескальными грунтами; по первой группе (по несущей способности) — если необходимо обеспечить прочность и устойчивость основания, не допустить сдвиг или опрокидывание, если на основание передаются регулярно действующие горизонтальные нагрузки (подпорные стенки и др.), если основания ограничены откосами или сложены скальными грунтами. Для оснований из нескальных пород рассчитывают осадки фундаментов и учитывают их неравномерность. Задачей расчета оснований по деформациям является ограничение деформаций надфундаментных конструкций пределами, гарантирующими от появления недопустимых для нормальной эксплуатации конструкций трещин и повреждений, а также изменений проектных уровней и положений.

Нормы разрешают для отдельных видов зданий и грунтовых напластований не рассчитывать осадки и их неравномерность при одновременном выполнении следующих условий:

грунтовые условия площадки строительства соответствуют одному из указанных далее видов;инженерно-геологические условияплощадки строительства соответствуют области применения типового проекта по п. 5.5.49 СП 50-101-2004;среднее давление по подошве фундаментов не превышает расчетного сопротивления грунта;степень изменчивости сжимаемости основания (отношение наибольшего значения приведенного по глубине модуля деформации грунтов основания в пределах плана сооружения к наименьшему значению) меньше предельной по п. 5.5.49 в СП 50-101-2004;площади отдельных фундаментов под несущими конструкциями отличаются не более чем в 2 раза.

Здания и грунты, для которых не обязателен расчет осадок фундаментов(исключая производственные здания с нагрузками на полы более 20 кПа (2 тс/м2)):

1) промышленные здания: одноэтажные с несущими конструкциями, малочувствительными к неравномерным осадкам (например, стальной или железобетонный каркас на отдельно стоящих фундаментах с шарнирно опертыми фермами, ригелями), или, с мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т включительно; многоэтажные высотой до шести этажей включительно с сеткой  колонн не более 6×9 м;

2) жилые и общественные здания: многоэтажные прямоугольной формы в плане без перепадов по высоте с полным каркасом и бескаркасные с несущими крупноблочными, кирпичными или другими видами каменных стен, а также со стенами из крупных панелей (протяженные многосекционные высотой до девяти этажей включительно; несблокированные башенного типа высотой до 14 этажей включительно).

Виды грунтов основания:

крупнообломочные грунты при содержании заполнителяменее 40%;пески любой крупности, кроме пылеватых, плотные и средней плотности;пески любой крупности, только плотные;пески любой крупности, только средней плотности при коэффициенте пористости е < 0,65;супеси при е < 0,65, суглинки при е < 0,85 и глины при е < < 0,95, если диапазон изменения коэффициента пористости этих грунтов на площадке не превышает 0,2 и Д < 0,5;пески (кроме пылеватых) при е < 0,7 в сочетании с глинистыми грунтами при е < 0,5 и 11 < 0,5 независимо от порядка их залегания.

При расчете оснований фундаментовзданий и сооружений необходимо учитывать разность осадок близко расположенных сооружений с различающимися между собой нагрузками на грунт, загрузку территории вблизи от существующих фундаментов насыпями и т. д.

В этом случае надо определить величину дополнительных осадок и кренов (при односторонней пригрузке) существующих фундаментов. При этом упругие осадки, вызываемые действием кратковременных нагрузок, могут не учитываться. Если рассчитанные осадки фундаментов, их разность, крены, а также вызванные ими относительный прогиб и уклоны превышают предельные значения, то нужно увеличить глубину заложения, размеры подошвы фундамента, предусмотреть упрочнение грунта, принять конструктивные мероприятия, повышающие общую жесткость здания и его элементов, или, наоборот, придать зданию большую гибкость (нечувствительность к неравномерным осадкам).

Деформации основания в зависимости от причин их возникновения подразделяются на деформации от внешней нагрузки (осадки, просадки, горизонтальные перемещения) и деформации, не связанные с действием внешней нагрузки (оседания, просадки от собственного веса, подъемы и др.)

Существуют следующие виды деформаций оснований фундаментов от внешней нагрузки:

абсолютные осадки;средние осадки;относительная неравномерность осадок;крен;относительный прогиб или выгиб;кривизна участка здания;относительный угол закручивания сооружения;горизонтальное перемещение фундамента.

Наиболее важны для нормальной эксплуатации здания прогиб, выгиб, перекос, крен фундамента или сооружения, скручивание, горизонтальные перемещения фундаментов или сооружения в целом.

Перемещения фундаментов, а также сооружений характеризуются абсолютными смещениями (осадками и др.), средними значениями и неравномерностью осадок (смещений). Абсолютные осадки рассматриваются для отдельных фундаментов. Максимальную величину абсолютной осадки находят для самых неблагоприятных грунтовых условий для данного фундамента.

Величина средней осадки I определяется как средневзвешенное значение абсолютных осадок отдельных фундаментов, имеющих общую надземную конструкцию. Предельная величина деформаций оснований определяется достижением предела эксплуатационной пригодности надфундаментной конструкции.

Эта величина деформации основания устанавливается с учетом влияния осадок, горизонтальных смещений, поворотов и деформаций тела фундаментов на напряженное состояние конструкций и на условия эксплуатации зданий и сооружений и связанных с ними устройств. Деформации оснований учитываются в необходимых случаях раздельно во время строительства и в период эксплуатации зданий и сооружений. Предельные величины деформаций оснований зтих фундаментов зданий и сооружений, специально не приспособленных к неравномерным осадкам, за время строительства в эксплуатации не должны превышать предельных значений.

Если основание сложено по всей площади здания или сооружения из грунтов однородного горизонтального напластования, сжимаемость которых с глубиной не увеличивается, то расчет оснований по деформациям разрешается проводить по величинам средних осадок оснований.

В ряде случаев учитывают развитие деформации оснований во времени, в том числе раздельно для периодов строительства и эксплуатации.

Кроме загрузки основания давлением, передаваемым рассчитываемым фундаментом, учитывается влияние загружения соседних фундаментов и поверхности грунта около фундаментов. Если сооружение возводится до затухания деформаций грунтов под действием веса насыпи при подсыпке территории, то эти деформации также учитываются при расчете. Если в ходе строительства фундаменты загружаются не одновременно, то необходимо оценивать неравномерность деформаций соседних фундаментов при строительстве.

Основным методом определения конечной осадки, рекомендуемым СП 50-101-2004 и СНиП 2.02.01-83, является метод послойного суммирования, базирующийся на определении вертикальных нормальных напряжений а:р в основании по теории линейно-деформируемого полупространства. При этом допускается: распределение напряжений в толще неоднородных оснований принимать, как для однородной изотропной среды; осадки отдельных слоев определять по модулям деформации, установленным для каждого слоя.

Осадка определяется по величине напряжений, влияние остальных компонентов напряжений не учитывается. Для нахождения осадок необходимо знать напряжения в грунте, возникающие от собственного веса грунта, характер распределения напряжений по подошве фундамента, распределение напряжений в основании, от давления, передаваемого фундаментом. Напряжения в массиве грунта определяют исходя из решений математической теории упругости.

При наличии в пределах сжимаемой толщи слоя грунта, более слабого по несущей способности, чем вышележащие слои, необходимо выяснить влияние этого слабого слоя не деформацию основания здания или сооружения.

Расчет деформации такого слоя слабого грунта возможен лишь в том случае, если полное давление от нормативных нагрузок на кровле этого слоя не превышает нормативного давления для условного фундамента, опирающегося на этот слой. В случае нескольких слоев напряжения от каждого слоя грунта суммируются. Если часть грунта находится на водоупоре, то ниже уровня грунтовых вод удельный вес грунта принимается с учетом взвешивающего действия воды, а напряжение на верхней границе водоупора увеличивается на величину давления воды.

Сбор нагрузок, действующих на основание в плоскости подошвы фундамента, производится в соответствии со статической схемой сооружения (расположение несущих стен и колонн, балок и плит перекрытий и др.). При расчете оснований неразрезных и рамных конструкций сбор нагрузок можно производить без учета перемещений опор, вызываемых осадками основания, и без учета неразрезности конструкций. Современные компьютерные программы расчета позволяют учитывать совместное деформирование здания и грунта, что повышает точность расчета.

Значения нормативных нагрузок определяют согласно указаниям СНиП 2.01.07-85.

Для упрощения расчета по деформациям разрешается определять суммарную нормативную нагрузку на основание по усилиям от расчетных нагрузок путем их деления на осредненный коэффициент надежности по нагрузке. Нормативные давления на грунты основания под существующими фундаментами принимаются (при надстройке или реконструкции зданий, изменении нагрузок на перекрытие, повышении грузоподъемности кранов и т. д.) в соответствии с состоянием плотности и влажности грунтов под фундаментами, которые выявляют при их дополнительном исследовании, проводимом в связи с изменением нагрузок на фундаменты.

Нормативное давление на основание зависит не только от характеристик грунта, но и от глубины заложения и ширины фундамента. Вследствие этого определение размеров подошвы фундамента производится путем последовательного подбора.

Нормативные и расчетные характеристики грунтов определяют с учетом природного напряженного состояния грунта, а также возможного его изменения в процессе строительства и эксплуатации, по данным исследований грунтов. За нормативную характеристику данного грунта принимается среднее значение характеристики, полученное по данным испытаний на образцах в количестве, достаточном для статистического обобщения. Расчетные характеристики грунта определяют как произведение его нормативной характеристики на коэффициент надежности по нагрузке, а в необходимых случаях — на коэффициент условий работы.

Характеристики грунтов в расчетах оснований должны определяться, как правило, по результатам исследований. Для предварительных расчетов, а также для назначения характеристик грунтов, входящих в расчеты оснований фундаментов зданий и сооружений II …IV классов, можно принимать значения удельного сцепления с, угла внутреннего трения Ф и модуля деформации Е по таблицам. Имеются таблицы нормативных значений удельного сцепления с, угла внутреннего трения ф, модуля общей деформации Е песчаных грунтов четвертичных отложений.

Определение величины осадки отдельных фундаментов или фундамента с учетом влияния давлений в основании, вызванном нагрузкой от соседних фундаментов, проводят в следующем порядке:

контуры фундамента наносят на геологический разрезоснования;основание фундаментов разделяют на горизонтальные слои, однородные по сжимаемости, толщина которых не должна превышать 0,4 минимальной ширины рассчитываемых фундаментов;вычисляют нормальные давления, возникающие в точках пересечения вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, с границами выделенных слоев основания (как от рассматриваемого фундамента, так и от соседних в случае учета влияния последних);устанавливают величину сжимаемой зоны, принимая суммарное давление в случае учета влияния соседних фундаментов;осадку отдельного фундамента, определяют по формуле.

Крены фундаментов, получаемые в результате их взаимного влияния, определяют путем расчета осадок их краев. Для этого вертикальные нормальные давления вычисляются для точек основания, лежащих на пересечении горизонтальных границ выделенных слоев основания с вертикалями, проходящими через края рассчитываемых фундаментов.

Геологические изыскания под частный домСтоимость геологических изысканийКак происходит работа: Договор > Бурение > Технический отчетСодержание технического отчетаСделать  заказ на геологические изыскания

Дата: 24-08-2014Просмотров: 1266Рейтинг: 16

Перед началом строительства дома по характеристикам грунтавыполняют необходимый расчет оснований фундаментов.

Для определения прочности самого фундамента необходимо также выполнить соответствующие вычисления.

Ленточный фундамент виды и формы.

Поскольку имеется несколько типов несущего основания и достаточно много видов естественных грунтов, то приведенные примеры расчета оснований и фундаментов не охватывают всего этого многообразия. Если не требуется дополнительных инженерных работ по укреплению почвы, сооружают фундаменты на естественном основании, для которых существуют специальные методы вычисления.

Характеристика естественных оснований

Схема ленточного фундамента.

В распоряжение строителя природа предоставляет грунт как естественное основание. Тип фундамента определяет дополнительно ряд факторов: геологическое строение, глубина залегания подземных вод, глубина промерзания и др.Характер нагрузок также оказывает влияние, но для частного домовладения надо ориентироваться на постоянную нагрузку. В то же время нельзя исключить вероятность того, что сосед начнет рядом строить дом на забивных сваях.

Естественным фундаментом являются скальные грунты (гранит, известняк, кварциты и др.), которые являются водонепроницаемыми и надежными для любых сооружений. Аналогичные характеристики присущи и крупноблочным грунтам, которые образовались из скальных пород в результате их разрушения.

Это щебень, гравий, галька. Они состоят из частиц, размеры которых превышают 2 мм. Их надежность существенно зависит от присутствия подземных вод.

Горные породы, измельченные до размеров 0,1-2 мм, называют песками. Пески с размером частиц 0,25-2 мм практически не вспучиваются в зимних условиях и поэтому не воздействуют на фундамент. Надежность песчаного основания зависит от мощности слоя песка и от воздействия на него грунтовых вод.

Схема заливки ленточного фундамента.

В глинистых грунтах содержатся частицы, размеры которых не превышают 0,005 мм. По содержанию глины их делят на:

супесь: содержание глины от 3 до 10%;суглинок: содержание глины от 10 до 30%;лессы: являются пылеватым суглинком.

Наиболее прочным основанием является глина. На таком основании, если глина сухая, можно сооружать массивные здания.

Несущая способность всех перечисленных видов естественных оснований сильно зависит от влажности. А влажные лессовые грунты еще и уплотняются под воздействием веса сооружения, сильно проседая.

В качестве оснований непригодны некоторые супеси, способные от избытка влаги превратиться в плывуны, а также растительный грунт, торф, ил и насыпные грунты. На таких почвах строительство возможно после их предварительного уплотнения.

Вернуться к оглавлению

Изображение 1. Механика грунтов.Под несущей способностью грунтаследует понимать предельную нагрузку, которую он может выдержать без разрушения. На Изображении 1 показаны случаи, требующие выполнения расчета основания по несущей способности, которая обеспечит их собственную устойчивость и не допустит смещения фундамента основания по его подошве.Необходимо перечислить случаи, показанные на Изображении 1, и определиться с теми, которые могут относиться к частному домостроению.

а) На сооружение действует горизонтальная сила. Такой расчет может потребоваться, если на подворье будут устанавливать вышку для генератора, работающего под действием силы ветра. б) Предполагает расчет фундаментапри наличии подпорной стены, на которую могут действовать горизонтальные силы, возникающие от собственного веса грунта.

в), г) Сооружение находится на откосе или близко к его краю. д) Основанием является глинистый грунт, степень влажности которого Sτ= 0,5. На него действует вес дома.

Это реально возможные ситуации. е) Рассчитывают несущую способность для определения, насколько устойчив естественный склон.Ленточный монолитный фундамент.Кроме указанных случаев такой расчет фундаментов необходим, если дом построен на скальных грунтах или на фундамент могут действовать выталкивающие силы.Далее обозначения в формулах такие, как и в нормативной строительной документации.Чтобы несущая способность грунта обеспечивала надежность построенного на нем сооружения, необходимо проверить условие (1):F≤γc·Fu/γn, (1)где F — нагрузка от всего сооружения с учетом всех систем жизнеобеспечения, передаваемая на основание фундаментом, кг;Fu— противодействующая сила основания, кг;γc— коэффициент, зависящий от типа грунта (см. таблицу №1);γn— коэффициент надежности, устанавливается в зависимости от класса сооружения: γn=1,2; 1,15; 1,1 для сооружений I, II, и III классов, соответственно.Таблица № 1.ВидγcНесущая способность [σ], кг/см²плотныйсредней плотностиПесок крупный1,065Песок среднего размера54Супесь (сухая)0,8532,5Супесь, влажная (пластичная)2,52Суглинок (сухой)32Суглинок, влажный (пластичный)31Глина (сухая)0,962.5Глина, влажная (пластичная)41Вернуться к оглавлениюСхема основных видов фундамента.В качестве примера можно рассмотреть случай под буквой «д»: фундамент, основание которого опирается на глинистый грунт.Для определения его противодействия, Fu, необходимо знать несущую способность грунтов (см.

Таблицу 1) и площадь Sф, на которую опирается фундамент сооружения. К примеру, его ширина d = 0,5 м, а здание имеет размеры 8×10 м.Внутри здания, посредине, имеется одна несущая стена.Обычно фундамент на естественном основании имеет прямоугольное сечение. Определение площади подошвы необходимо выполнять исходя из положения, что его размеры в сечении должны быть одинаковыми.

Тогда значение площади будет равно:Sф= (10×2+7×3)×0,5=20,5 м² =20,5·104см².Несущая способность сухой глины средней плотности составляет 2,5 кг/см² (см. Таблицу 1). По величине подошвы фундаментаи несущей способности грунта можно определить противодействующую силу.Fu=[σ]·Sф= 2,5·20,5·104=51,25·104кг=512,5 т.Следует определить вес здания III класса (γn=1,1) для глины (γc=0,9):F≤γc·Fu/γn= 0,9·512,5 /1,1=419 т.Следовательно, если вес сооружения F будет меньше 419 т, то несущая способность грунта обеспечит его надежность.

Иначе придется прибегнуть к увеличению площади подошвы фундамента, сделав его сечение не прямоугольным, а трапецеидальным. Увеличение одной только площади подошвы существенно сокращает количество материала.Расчет по несущей способности для сооружений, расположенных на откосе или недалеко от него, намного сложнее.Вернуться к оглавлениюСтроения в процессе эксплуатации деформируются, и причиной этому могут быть вертикальные деформации оснований, на которых они построены. Такие деформации разделяют на осадки и просадки.Схема внецентренно нагруженного свайного фундамента.Коренное изменение сложившегося строения грунта называют просадкой.

Причиной просадки может быть уплотнение почвы при замачивании. Рыхлый грунт может уплотниться при сотрясении.Иногда он начинает выпирать из-под подошвы фундамента. Таких изменений фундаментов по деформациям допускать нельзя.

Вероятность их появления необходимо установить до начала строительства.Если происходит уплотнение прочных грунтов из-за веса строения, в результате чего происходит осадка фундамента, такую деформацию оснований называют осадкой. Как правило, в результате осадки в элементах здания трещины не появляются. Если грунт оседает по-разному под каждой из частей здания, это и может явиться причиной появления трещин в отдельных элементах его конструкции.Причиной неравномерности осадки грунта могут быть:разница плотностей и как следствие, неодинаковая их сжимаемость;разное расширение его слоев в результате сезонных промерзаний и оттаиваний;неодинаковая мощность пластов;различные нагрузки на грунт со стороны строения, что приводит его к разным напряженным состояниям.Существуют две причины, из-за которых необходимо выполнять расчет оснований по деформациям.

Одной из них являются близко стоящие от строительства сооружения, существенно отличающиеся по весу.Схема не симметричного свайного фундамента с определением смещенного центра тяжести.Второй причиной осадки фундаментов могут быть слабые грунты. Это насыпные почвы, рыхлые пески в глинистых типах, находящихся в текучем состоянии, грунты с большим содержанием органических остатков. В таких видах возможна деформация фундамента.Расчет оснований состоит в проверке выполнения неравенства:S ≤ f, (2)где S — расчетная абсолютная величина осадки;f — предельно допустимая осадка.Предельные осадки, при которых не выполняется условие (2) могут быть причиной для формирования искусственного основания.Значение S определяют путем проведения по установленной методике испытаний на сжимаемость в различных местах строительной площадки.

В результате находят максимальное Еmaxи минимальное Еminзначение модуля сжимаемости.Основание считается таким, что его осадка мало зависит от сжимаемости, если Еmin= 200 кг/см², иначе необходимо проверить выполнение еще двух условий:1,8≤ Еmax/Еmin≤ 2,5 (при 200> Еmin≥ 150 кг/см²);1,3≤ Еmax/Еmin≤ 1,5 (при 150> Еmin≥ 75 кг/см²);Существуют специальные таблицы, по которым определяют абсолютные значения деформации f. Не приводя таблицы, следует указать, что в зависимости от типа стен и отношения длины ленточного фундамента к высоте стены, максимальная осадка f изменяется от 8 до 15 см.При отношении Еmax/Еmin<1,3 основание считают однородным и расчет фундамента на осадки не проводят.Для строительства дома такие сложные расчеты выполнять самостоятельно нецелесообразно. Допущенная по неопытности ошибка может обернуться существенными материальными затратами.

Источники:

• www.buroviki.ru
• moifundament.ru