Порядок расчета характеристик внецентренно нагруженного фундамента

Вопросы к экзамену ОИФ

Назначение фундаментов, основные понятия и определения.

Фундаментпредставляет собой подземную часть здания, воспринимающую все нагрузки, как постоянные, так и временные, возникающие в надземных частях, и передающая давление от этих нагрузок на основание.

Основаниемсооружений называют толщину природных напластований горных пород, которая воспринимает нагрузку от вышележащих конструкций и взаимодействует с ними.

Естественные основаниясложены природными грунтами или скальными породами в условиях естественного залегания.

Искусственно улучшенные основания– это основания предварительно уплотненные или закрепленные с целью улучшения их прочностных и деформационных свойств.

В зависимости от работы фундаментовпод нагрузкой различают фундаменты жесткие и гибкие. Жесткиеработают преимущественно на сжатие (например бетонные), гибкие – на растягивающие и скалывающие усилия (к ним относятся фундаменты с железобетонным подушками).

Фундаменты по конструктивному типу и форме:

– столбчатые; – ленточные; – плитные; – свайные.

По способу возведения:

– сборные; – монолитные; – мелко-загубленные;

-глубокого заложения.

По характеру нагруженияразличают центрально нагруженные и внецентренно нагруженныефундаменты.

По способу опирания на грунтразличают фундаменты: непосредственно опирающиеся на грунт(на естественном основании); фундаменты трения– висячие сваи (на искусственном основании).

2. Классификация фундаментов по характеру работы в грунте.

3. Выбор типа фундаментов в зависимости от инженерно-геологических условий строительной площадки.

Инженерно-геологические изыскания необходимы для изучения геологического строения участка, физико-механических характеристик грунтов, их несущей способности, коррозионной активности, гидрогеологических условий и прогноза их изменений в процессе строительства и эксплуатации проектируемого здания или сооружения, обеспечения мероприятий по защите конструкций от неблагоприятных влияний геологической среды, физико-геологических процессов и явлений. На основании полученных данных определяются оптимальные, наиболее целесообразные с экономической точки зрения тип, конструкция и глубина заложения фундамента с учетом всех неблагоприятных факторов влияющих на строительство и эксплуатацию зданий и сооружений. Проектирование и строительство без достаточного изучения и оценки геологических условий может привести к неравномерным осадкам конструкций, порывам инженерных сетей и к необратимым деформациям или их разрушению.

Грунты основания должны обеспечивать надежную работу конструкций при минимальных объемах работ по устройству фундаментов и сроках их выполнения. Не рекомендуется использовать в качестве основания илы, торфы, рыхлые песчаные и текучепластичные пылевато-глинистые грунты.

При свайных фундаментах грунты основания должны позволять максимально использовать прочность материалов свай при минимальном сечении, длине и заглублении подошвы ростверка.

Объем инженерно-геологических работ (кол-во и глубина скважин, необходимость выполнения тех или иных видов полевых испытаний грунтов, геофизических исследований и т.п.) определяется исходя из технических характеристик проектируемого сооружения (габариты в плане, этажность, глубина заложения и тип фундамента, нагрузки и др.), в соответствии с нормативными документами (СНиП 11-02-96, СП 11-105-97, СНиП 2.02.01-83, МГСН 2.07-01 и др.).

4. Фундаменты мелкого заложения, их классификация.

К ФМЗотносятся фундаменты, имеющие отношение высоты к ширине подошвы, не превышающее 4, и передающие нагрузку на грунты основания преимущественно через подошву.

Характерной особенностью фундаментов мелкого заложения является передача на основание вертикальных, горизонтальных и изгибающих (от моментов) нагрузок от надфундаментной части сооружения или опоры моста только через их подошву, Боковая поверхность фундаментов мелкого заложения в работе не участвует из-за практической невозможности, как правило, обеспечить засыпку пазух между их боковыми поверхностями и котлованами грунтом, с плотностью равной или выше природной.

Фундаменты мелкого заложения состоят из:

· Обреза – верхней части, которая принимает нагрузку.

· Подошвы – нижней части, которая передает нагрузку.

· Боковых сторон – вертикальных частей фундамента, образующих фундаментную стену.

Выделяют ленточные, столбчатые и плитные фундаменты мелкого заложения, которые в свою очередь разделяются технологией конструирования, и материалами, используемыми для строительства.

Классификация фундаментов мелкого заложения по технологии конструирования:

· Монолитные – арматура устанавливается только на плитной части фундамента.

· Возводимые или колонные.

· Сборные – с использованием железобетонных подушек и бетонных блоков.

· Комбинированные или сборно-монолитные.

Типы фундаментов мелкого заложения по материалам:

· Фундаменты сделанные из дерева.

· Каменные фундаменты.

· Бетонные фундаменты.

· Железобетонные фундаменты.

5. Центрально-нагруженные фундаменты мелкого заложения. Их расчет.

6. Фундаменты мелкого заложения с внецентренным загружением. Их расчет.

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.

, где

NII– суммарная вертикальная нагрузка, включая Gfи Gg;

e – эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы;

b – размер подошвы фундамента в плоскости действия момента.

Порядок расчета внецентренно нагруженного фундамента

1. Определяют размеры подошвы как для ценрально нагруженного фундамента.

;

2. Для принятых размеров подошвы определяют краевые напряжения при внецентренном приложении нагрузки

Содержание

3. Проверяется условие

4. Если равнодействующая сил смещена относительно обеих осей, тогда еще определяют краевые напряжения в угловых точках фундамента

5.

Проверяют условие7. Расчет осадок фундаментов мелкого заложения.8. Свайные фундаменты. Классификация свайных фундаментов и ростверков.По способу заглубления в грунт различают следующие виды свай:1.

забивные железобетонные,деревянные и стальные,погружаемые в грунт без его выемки с помощью молотов,вибропогружателей,вибровдавливающих и вдавливающих устройств,а также железобетонные сваи-оболочки,заглубляемые вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью;2. сваи-оболочки железобетонные,заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые частично или полностью бетонной смесью;3. набивные бетонные и железобетонные,устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины,образованные в результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта;4.

буровые железобетонные,устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов;5. винтовые.По условиям взаимодействия с грунтом сваи следует подразделять на сваи-стойки и висячие. К сваям-стойкам надлежит относить сваи всех видов,опирающиеся на скальные грунты,а забивные сваи,кроме того,на малосжимаемые грунты.Сваи-стойки.Такая свая переносит нагрузку от веса здания на грунт, в который упирается.

Сваю-стойку изготавливают по технологии, обеспечивающей прочное основание, ведь именно на него может приходиться до 85% веса постройки.Сваи стоечного типа – это классический и наиболее распространенный вариант. Опираясь на прочный грунт, они почти не дают осадки и могут выдерживать очень большие нагрузки.Висячие сваи.Сваи данной разновидности не упираются в грунт, а удерживаются в нем подобно тому, как держится вбитый в доску гвоздь, то есть за счет силы трения между боковой поверхностью и внешней средой. ростверки делятся на две группы:· ленточные: имеют вид балок, укладываемых по периметру здания и под несущими стенами;· плитные: представляют собой плиту и применяются в тех случаях, когда сваи расположены по всей площади постройки.Кроме того, различают следующие виды ростверков свайных фундаментов :Сборные.Представляют собой уложенные поверх свай балки из металлопрофиля (двутавр или швеллер), древесины или железобетона.Сборно-монолитные.Ростверк набирается из нескольких ж/б элементов, снабженных специальным замком.

После сборки конструкция замоноличивается. Для сооружения такого ростверка обязательной является высокая точность установки свай.Монолитный.Изготавливается непосредственно на стройплощадке путем заливки бетона в заранее подготовленную опалубку с установленным в нее арматурным каркасом.С точки зрения индивидуального строительства данный метод наиболее удобен, поскольку позволяет обойтись только подручными инструментами.9. Методы определения несущей способности висячих свай.10. Расчет осадок свайных фундаментов.Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 21; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУЗадача.Определитьразмеры подошвы и рассчитать кон­струкциюфундамента под колонну промышленногоздания разме­ром 40х80 см (рис.7 ) [17].

Восновании фундамента залегает песокпылеватый, плотный, насыщенный водой,имеющий удельный вес γII= 18,5 кН/м3.Угол внутреннего трения и удельноесцепление, определенные на основелабораторных испытаний образцов грунта,составляют соответственно φn=28°и cn=3,7 кПа.Глубина за­ложения фундаментаd=1,2 м. Впроектируемом здании подвал отсутствует.На уровне спланированной отметки землиприложенsвертикальная сила Nн=1,0МН и момент Mн=0,6МН·м (от нор­мативных нагрузок).Расчетные значения усилий составляют:N=1,1 МН, моментаM=0,7МН·м. Здание имеет длину L=84м и высоту H=20,5м.Решение.При действии внецентренно приложеннойнагрузки форму подошвы фундаментацелесообразно назначить в видепря­моугольника.

Зададимся соотношениемдлины подошвы фундамен­та к его ширинеl/b=1,5.а бРис.7Впервом приближении определим площадьподошвы фунда­мента в предположении,что на него действует только вертикаль­наяцентрально-приложенная сила. Условноерасчетное сопротивле­ние грунтаоснования составит R0=0,15МПа. Тогда ориентировоч­ная площадьфундаментаАф=1,0/(0,15-1,2·0,02) =7,81 м2.Учитывая,что фундамент является внецентреннонагруженным, увеличиваем размерыфундамента на 20%.

Тогда ориентировочнаяплощадь подошвы фундамента составитАф= 9,4 м2.Присоотношении l/b=1,5получимb= = 2,5м; l= 2,51,5=3,75 м.Назначимразмеры подошвы фундамента, выполненногоиз мо­нолитного железобетона, bх l= 2,5х4 м ивысоту h= 0,8 м. Най­дем эксцентриситет, создаваемыймоментом: е= 0,6/1,0 = 0,6 м.Вычислимзначение 0,03lк=0,024м. Значение е= 0,6 м > 0,03lк=0,024 м,поэтому данный фундамент необходиморассчитать, как внецентренно сжатый.Длясоотношения L/H=84/20,5=4,1по табл.1 приложения 1 найдем значениякоэффициентов условий работы γC1= l,lи γC2= 1,0.Коэффициент k= 1,0.Дляпрямоугольного фундамента ширинойb=2,5м найдем рас­четное сопротивлениегрунта основания, опреде­ливпредварительно значения безразмерныхкоэффициентов (табл.

2 приложения 1) Мγ= 0,98, Mq= 4,93 и Mc= 7,40:R= (0,98·1·2,5·0,0185 +4,93·1,2.0·0185 +7,40·0,0037) = 200 кПа.Всоответствии с требованиями СНиП [2],для вне­центренно нагруженныхфундаментов максимальное краевоедав­ление под подошвой фундамента недолжно превышать 1,2R.Найдем вес грунта,лежащего на обрезах фундамента,Gгp=0,0185 (2,5·4–1,6·1,2) 0,4 = 60 кН.Вес фундаментаGф= 0,024 (0,8·4·2,5+ 1,6·1,2·0,8) = 238 кН.Найдем максимальноеи минимальное краевые давления подподошвой фундамента при внецентренномнагружении:pmaxМПа,pminМПа,Проверим выполнениеусловий:pmax= 0,22 < 1,2R=0,24 МПа;pmin= 0,031 > 0;pср=(1+0,06+0,238)/2,5·4=0,13< R=0,2МПа.Условия выполняются,а недонапряжение по максимальномукраевому давлению составляет 8,3% < 10%.Следовательно, фунда­мент запроектированэкономично.Окончательнопринимаем в качестве фундаментнойподушки монолитную железобетоннуюплиту размером 2,5х4х0,8 м (рис.7).Рассчитаемконструкцию внецентренно нагруженногофундамента по первой и второй группампредельных состояний. В качествематериала фундамента берем бетон классаВ15. Под подошвой фундамента предусмотренапесчано-гравийная подготовка, поэтомувысоту защитного слоя бетона принимаема= 4см,тогда рабочая высота сечения h0= 0,8 – 0,04 =0,76м,h’0= 0,4 – 0,04 = 0,36 м.Определимрасчетные нагрузки от веса фундаментаи грунта на его обрезах:Gрф=1,1·0,238 = 0,262 МН;Gргр=1,2·0,06 = 0,072 МН.Максимальноедавление под подошвой фундамента отдействия расчетных нагрузок:pmaxМПа.Напряжения в грунтепод подошвой фундамента у грани баш­макаи у грани первого уступа следующие:pI= МПа;pII= МПа.Поперечная силау грани башмака и у грани первого уступа:QI= 2,5(0,5·4-0,8)MH;QII= 2,5(0,5·4-1,4)MH.Проверяемвыполнение условий на действие поперечнойсилы, предварительно опре­делив потабл.13 [5] Rbt= 0,75 МПа:0,65> 0,60,75(2,5–2·0,6)0,76= 0,445 МН;0,349< 0,60,752,50,36= 0,405 МН.Условияне выполняются, поэтому увеличим классбетона фундамента, приняв его равнымВ30 с Rbt= 1,2 МПа,и вновь проверим выполнение условий:0,65< 0,61,2(2,5-2·0,6)0,76= 0,71 МН;0,349< 0,61,22,50,36=0,648МН.Условиявыполняются, следовательно, при классебетона В30 применение поперечных стержнейне требуется.Найдемсреднее давление под подошвой фундаментаот действия расчетных нагрузок:ppcp= MПа.Проверимвыполнение условия, обеспечивающегопрочность по наклонному сечению нижнейступени фундамента из условия восприятияпоперечной силы, по среднему давлениюпод подошвой фундамента:Q= 0,143[0,5(4-0,8)-0,08] 2,5=0,543< 1,5·1,22,50,362/0,08=7,29МН.Условие выполняется.Находим среднийпериметр пирамиды продавливания ирасчетную продавливающую силу:um=0,5(1,2 +2,5) = 1,85 м;FI=0,5·2,5(4-1,6-2·0,76) = 0,121 МНи проверяемвыполнение условия:0,121 < 1·1,2·1,85·0,76= 1,68 МН.Условие выполняется.Проверим фундаментна продавливание у первой ступенифундамента.

Средний периметр пирамидыпро­давливания и расчетная продавливающаясила определяется соответственно какum=0,5(2,5 +1,3) = 1,9 м;FII =0,5·2,5(4-2,8-2·0,36)= 0,066 МН.Проверяем выполнениеусловия:0,066< 11,21,90,36= 0,82 МН.Следовательно,прочность фундамента на продав­ливаниеобеспечена.Рассчитаемпрочность нормальных сечений фундамента,определив предварительно изгибающиемоменты у грани башмака и у грани первогоуступа:МI= 2,5(0,5·4 -0,8)2= 0,409 МН·м;МII= 2,5(0,5·4 -1,4)2= 0,107 МН·м;Вкачестве рабочих стержней примемарматуру класса A-IIс расчетным сопротивлением Rs= 280 МПа(табл. 22 [5]).Определим требуемуюплощадь сечения арматуры:AsI=0,409/0,9·0,76·280 = 0,0021 м2= 21 см2;AsII=0,107/0,9·0,36·280 = 0,0012 м2= 12 см2.Принимаем13 стержней диаметром 16 мм из стали классаA-II (1316 A-II) с As= 26,14 см2.Шаг стержней u= 20 см.Внаправлении меньшей стороны фундаментаопределим пло­щадь сечения арматурыпо среднему напряжению в грунте.Изгибающий моментв сечениях у грани башмака и первогоус­тупа фундамента :МI=0,125·0,143(2,5-1,2)24 = 0,121 МН·м;МII=0,125·0,143(2,5·1,3)24 = 0,103 МН·м.Требуемая площадьсечения арматуры в продольном направле­нии:AsI=0,121/0,9·0,76·280 = 0,0006 м2= 6 см2;AsII=0,103/0,9·0,36·280 = 0,0011 м2= 11см2.Принимаем20 стержней диаметром 10мм из сталикласса A-II(2010 A-II)с As= 15,7 см2.Шаг стержней u= 20 см.Определяемнапряжения в грунте под подошвойфундамента у грани башмака и у гранипервого уступа от нормативных нагрузок:pI= МПа;pII= МПа.Изгибающиемоменты у грани башмака и у грани первогоусту­па от нормативных нагрузок:МI= 2,5(0,5·4-0,8)2= 0,364 МН·м;МII= 2,5(0,5·4-1,4)2= 0,095 МН·м.Потабл. 18 и 28 CНиП[5] найдем значения модулей упругостиарматуры и бетона: Es=210000МПа,Eb=32500МПа и определим их соотношение: n =210000/32500 = 6,5.Коэффициентыармирования у грани башмака и у гранипер­вого уступаμI= 0,0017= 0,17% > 0,05%;μII= 26,14/250·40 =0,0026 = 0,26% > 0,05%.Упругопластическиймомент сопротивления сечения фундаментау грани башмака и первого уступасоответственно определятся как:WplI= 2,5·0,82= 0,804 м3;WplII= (0,292+1,5·0,0026·6,5)2,5·0,42= 0,126 м3.Потабл.12 СНиП [5] находим расчетноесопротивление бетона растя­жению длявторой группы предельных состоянийRbtn= 1,80 МПа.Моменттрещинообразования у грани башмака играни первого уступаMcrcI=1,80·0,804 = 1,45 МН·м;McrcII=1,80·0,126 = 0,23 МН·м.Проверяем выполнениеусловий:0,364 < 1,45 МН·м;0,095 < 0,23 МН·м.Условиявыполняются, следовательно, трещи­ныв фундаменте не возникают.Определяют размеры подошвы как для ценрально нагруженного фундамента.; Для принятых размеров подошвы определяют краевые напряжения при внецентренном приложении нагрузкиПроверяется условие Если равнодействующая сил смещена относительно обеих осей, тогда еще определяют краевые напряжения в угловых точках фундамента

5.Проверяют условие

1.3.Д. Проверка давления на слабый подстилающий слой грунта (проверка подстилающего слоя).

При наличии всжимаемой толщи слабых грунтов необходимопроверить давление на них, чтобы убедитьсяв возможности применения при расчетеоснования (осадок) теории линейнойдеформативности грунтов.

Рис.

Необходимо, чтобыполное давление на кровлю подстилающегослоя не превышало его расчетногосопротивления, т.е.

,где

и- дополнительноеи природное вертикальные напряжения вгрунте на глубине z от подошвы фундамента;

Rz– расчетное сопротивление грунта наглубине кровли слабого слоя, определяютпо формуле СНиП, как для условногофундамента шириной bzи глубиной заложения dz.

Всекоэффициенты в формуле (γc1,γc2,k,Mq,Mgи т.д.) находят применительно к слоюслабого грунта.

;; ;

Рис.

10.15. Расчетнаясхема к проверке давления на подстилающийслой слабого грунта.Ширинуусловного фундамента bzназначают с учетом рассеивания напряженийв пределах слоя толщиной z. Если принять.Что давление действует поподошвеусловногофундамента АВ, то площадь его подошвыбудет составлять:,гдеNII– вертикальная нагрузка на уровнеобреза фундамента;-для ленточного фундамента-для квадратного фундамента-для условного прямоугольного фундамента,,гдеlи b– размеры подошвы проектируемогофундамента.Если проверкаподстилающего слоя не выполняется,необходимо увеличить размер подошвыфундамента.

1.3.Е. Расчет фундаментов на грунтовых (песчаных) подушках

Еслинесущий слой грунта оказывается слабым,и его использование в качествеестественного основания оказываетсяневозможным или нецелесообразным, топриводят замену слабого грунта другим,обладающим высоким сопротивлениемсдвигу и имеющим малую сжимаемость,который образует, так называемую,грунтовуюподушку.

Рис. 12.1. Устройствопесчаных подушек при малой (а) и большой(б) толще слабых грунтов:

1– фундамент; 2 – слабый грунт; 3 – песчанаяподушка; 4 – плотный подстилающий грунт.

    Крупнообломочные грунты (гравий, щебень);Пески крупные и средней крупности (удобнее и легче использовать);Шлак;В лессах – местный перемолотый грунт.
    Чаще всего грунтовые подушки имеют толщину 1…3 м (>3м не целесообразно).Используют подушки: (см. рис.)
    При малой толще слабых грунтов – обыкновенная песчаная подушка;При большой толще слабых грунтов – висячая песчаная подушка;
    Такая форма песчаной подушки объясняется тем, что в ее зоне необходимо уместить все виды напряжений.

Рис.

Пески: α=30º…35º;

Гравий: α=40º…45º.

Тогда

    Подушки отсыпаются слоями по 10…15 см, с уплотнением каждого слоя до γd= 16…16,5 кН/м3.

Источники:

  • studopedia.net
  • studfiles.net
  • studfiles.net

Поделиться:
Нет комментариев
Adblock detector