Механика грунтов является одной из основных инженерных дисциплин для студентов всех строительных специальностей. Ее значение можно сравнить со значением курса
|
Скачать 1.38 Mb.
|
|
ГЛАВА V. Расчет фундаментов на прочность 5.1. Классификация фундаментов и их конструирование В современном строительстве значительное число фундаментов устраивают в открытых котлованах, они классифицируются по следующим признакам: по материалу, из которого их изготавливают, — бетонные, бутобетонные, из каменной кладки и железобетонные; по условиям изготовления — монолитные и сборные; сборные фундаменты получили широкое распространение как наиболее экономичные; по условиям работы — жесткие, гибкие; жесткие воспринимают в основном сжимающие напряжения, а при работе гибких фундаментов образуются деформации изгиба; по жесткой схеме, как правило, проектируют фундаменты из каменной кладки, так как они плохо работают на растяжение, гибкие фундаменты изготавливают из железобетона; по форме — ленточные, которые выполняют из одиночных или перекрестных лент под стены и колонны; отдельные, которые, как правило, устраивают под колонны и столбы каркасных зданий, иногда отдельные фундаменты при небольших нагрузках используют и под стены бескаркасных зданий в виде столбчатых фундаментов; сплошные, выполняемые под всем зданием в виде сплошных железобетонных плит, как правило, в монолитном варианте; по характеру нагружения — центрально и внецентренно нагруженные. Конструкции фундаментов. Они зависят от типа возводимых зданий и сооружений, их следует конструировать обязательно с учетом совместной работы сооружения и грунтов основания. Наибольшее распространение получили сборные фундаменты. Под стены бескаркасных зданий применяют ленточные фундаменты, состоящие из типовых блоков-подушек, укладываемых на песчаную подготовку, на которые устанавливают типовые стеновые фундаментные блоки. В некоторых случаях при относительно небольших нагрузках устраивают прерывистые ленточные фундаменты. Под колонны каркасных зданий устраивают отдельные сборные фундаменты, представляющие собой цельные блоки, устанавливаемые в котлованах на песчано-гравийную подготовку толщиной не менее 10 см. Применение монолитных фундаментов в строительстве ограничивается следующими факторами: значительные трудовые затраты при возведении, незначительная оборачиваемость опалубки, трудность обеспечения твердения бетона в зимний период, а также более длительный срок строительства по сравнению с монтажом сборных фундаментов. Тем не менее, фундаменты сложного очертания, как правило, возводят в монолитном варианте. Использование типовых инвентарных и пневматических опалубок позволяет получать конструкции фундаментов любой конфигурации и обеспечивает повышение оборачиваемости опалубок, а применение способов, ускоряющих твердение бетона в зимний период, сокращает сроки строительства. В качестве материала фундаментов применяются бетон, железобетон, бут, кирпич. Основными материалами для фундаментов являются железобетон и бетон, которые применяются при устройстве всех видов фундаментов в различных инженерно-геологических условиях. Железобетонные фундаменты выполняются из бетона марки не ниже В15 с армированием горячекатаной арматурой из стали класса А-III. Каменная кладка фундаментов из кирпича, бута и пустотелых блоков предусматривается в конструкциях, работающих на сжатие, в основном для ленточных фундаментов и стен подвалов. Бутобетон и бетон применяются наиболее часто при устройстве фундаментов в траншеях при их бетонировании в распор со стенками. В строительстве применяются бутовые, бутобетонные (в бетон втапливают бутовые камни в количестве 25-30 % объема кладки) и бетонные фундаменты с уступами или наклонными гранями (рис. 20). Высота уступа hу для бетона принимается обычно не менее 30 см, для бутобетона и бутовой кладки 40 см.
Положение боковой грани фундамента определяется углом жесткости α , при котором в теле фундамента не возникают растягивающие напряжения. Угол жесткости, определяющий отношение между высотой h и шириной b уступов, или наклон боковых граней (угол α ), зависит от марки бетона, бута, кирпича и изменяется от 30 до 40градусов . Бетонные, бутобетонные и каменные фундаменты устраивают, как правило, в монолитном варианте и проектируют жесткими, поскольку грунты не воспринимают растягивающих напряжений. Различают следующие основные типы фундаментов мелкого заложения (рис.21): 1. Ленточные фундаменты под стены и колонны. 2. Ленточные прерывистые фундаменты под стены. 3. Столбчатые фундаменты под стены.
4. Отдельно стоящие фундаменты под колонны. 5. Щелевые фундаменты. 6. Фундаменты в вытрамбованных котлованах. 7. Сплошные фундаменты в виде железобетонных плит. 8. Коробчатые фундаменты. Фундаменты в виде сплошных железобетонных плит (рис.21,н,о,п) устраиваются под всем зданием или сооружением и представляют собой плоскую, ребристую или коробчатую плиты (рис.22). В плане эти фундаменты имеют прямоугольное, круглое или кольцевое очертания.
В отличие от рассмотренных ранее, сплошные фундаменты обладают способностью изгибаться под действием внешних нагрузок. Поэтому сплошные фундаменты армируются как в нижней, так и в верхней зонах сечения (рис. 22). Армирование выполняется плоскими сварными сетками или отдельными стержнями, которые укладываются на поддерживающие каркасы. Данный тип фундаментов имеет наибольшее преимущество при слабых грунтах, так как эти фундаменты нечувствительны к неравномерным осадкам. 5.2.Расчет железобетонных фундаментов Ленточные и отдельные железобетонные фундаменты под колонны и столбы зданий следует рассчитывать, как гибкие конструкции на упругом основании. При этом допускают, что давление по подошве фундамента распределяется по линейному закону, хотя такое предположение не совсем точно соответствует работе гибких фундаментов, однако для ленточных и отдельных фундаментов оно не вносит существенных погрешностей, позволяя использовать простые расчетные зависимости. Допущение о линейном распределении давления по подошве фундамента позволяет определять его основные размеры по методике, изложенной в предыдущем параграфе. После подбора размеров подошвы фундамента по II группе предельных состояний приступают к расчету самого фундамента по I и II группам предельных состояний. Цель расчета состоит в назначении требуемого количества арматуры и выполнении условий прочности и трещиностойкости в расчетных сечениях для выбранного класса бетона. В основу расчета положена предпосылка о том, что внешние части (выносы) фундаментов работают под действием давления грунта, как консоли, заделанные в массив фундамента. Расчетными считаются сечения 1-1 по грани стены или колонны 2-2 — по грани верхней ступени. В соответствии с положением СНиП [9] расчет фундаментов на прочность выполняется по расчетным усилиям с коэффициентом надежности по загрузке γf > 1. При этом предусматривается проведение расчета на прочность от действия поперечной силы и определения сечения арматуры. Расчет начинают с определения напряжений под подошвой фундамента от расчетных нагрузок: Рсрр = (Nр + Gгрр + Gфр ) / Аф, (29) где Nр – расчетная нагрузка на уровне спланированной отметки земли; Gгрр и Gфр – расчетные нагрузки от веса соответственно грунта на обрезах фундамента и самого фундамента. В основу расчета фундамента положена предпосылка, что внешние части фундамента под действием реактивного давления грунта работают подобно консолям, заделанным в массиве фундамента, и их рассчитывают по этой схеме в сечениях: I-I – по грани колонны (в случае ленточного фундамента по грани стены); II-II – по грани верхней ступени (рис. 23). Поперечная сила в сечениях I-I и II-II определяется по формулам: QI = Рсрр ·b·(l - lк )/ 2; (30) QII = Рсрр ·b·(l – l1 )/ 2; (31) Рис. 23. Схема к расчету конструкции центрально нагруженного фундамента а — вид сбоку; б — план; 1— пирамида продавливания; 2 — основание пирамиды продавливания Расчет на действие поперечной силы не производят, если выполняются условия: QI ≤ φb3 ·Rbt ·b·ho; (32) QII ≤ φb3 ·Rbt ·b·ho1, (33) где φb3 – коэффициент, принимаемый для тяжелого и ячеистого бетонов, равным 0,6; Rbt – расчетное сопротивление бетона растяжению; ho = h – а – рабочая высота фундамента; а – высота защитного слоя бетона. Если условия (32, 33) не выполняются, необходимо установить поперечную арматуру, либо увеличить высоту уступов, либо повысить класс бетона. В практике проектирования обычно прибегают к двум последним способам. Кроме условий (32, 33), должно выполняться условие, обеспечивающее прочность по наклонному сечению нижней ступени фундамента из условия восприятия поперечной силы Q бетоном: Q = Рсрр ·[0,5 (l - lк ) - с]·b≤ 1,5 ·Rbt ·b·ho2 / с, (34) где правую часть неравенства принимают равной не менее 0,6·Rbt ·b·ho и не более 2,5·Rbt ·b·ho; с = 0,5·(l - lк - 2ho) – длина проекции рассматриваемого наклонного сечения (рис. 23 а). Расчет на продавливание выполняют по условию: F ≤ φb· Rbt ·um·ho, (35) где F – расчетная продавливающая сила; φb – коэффициент, принимаемый равным 1 для тяжелых бетонов; Rbt – расчетное сопротивление бетона растяжению; um– среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания в пределах полезной высоты фундамента ho. Для фундаментов с квадратной подошвой: um = 2 (bк + lк + 2ho); (36) F =N – Рсрр ·А, (37) Где А = (lк + 2ho) (bк + 2ho) – площадь пирамиды продавливания; Для фундаментов с прямоугольной подошвой: um = 0,5 (bк + bн); (38) F = Рсрр ·А, (39) где А = 0,5·b·(l - lк - 2ho) – площадь заштрихованной части подошвы (рис. 23 б). Армирование фундамента осуществляют по результатам расчета нормальных сечений на действие изгибающих моментов в сечениях I-I и II-II определяемых по следующим формулам: МI = 0,125 Рсрр · (l - lк )2 ·b; (40) МII = 0,125 Рсрр · (l – l1 )2 ·b. (41) Сечение рабочей арматуры на всю ширину фундамента вычисляют по формулам: Аs1 = МI / 0,9 ho·Rs; (42) АsII = МII / 0,9 ho'·Rs, (43) где Rs – расчетное сопротивление арматуры растяжению. Процент армирования в расчетном сечении фундамента должен быть не ниже минимально допустимого процента армирования в изгибаемых элементах: μ = (Аs /bh)·100% ≥ 0,5 %. (44) Шаг рабочей арматуры принимают равным 100— 200 мм. Нерабочие (конструктивные) стержни поперечной арматуры берут сечением не менее 10 % сечения рабочей арматуры и устанавливают их с шагом 250— 300 мм, но не более 350 мм. Высоту защитного слоя бетона устанавливают: для монолитных фундаментов не менее 35 мм при наличии песчано-гравийной подготовки и не менее 70 мм без нее; для сборных фундаментов — не менее 30 мм. При расчете ленточного фундамента необходимо в формулах (29 — 35) и (39) принять b = b1 = bн = 1 м. 5.3. Пример 9. Расчет центрально нагруженного фундамента на прочность Определить основные размеры и рассчитать конструкцию ленточного сборного фундамента под наружную стену крупнопанельного жилого дома. Здание имеет подвал на отметке - 2,3 м. Вертикальная нагрузка на уровне спланированной отметки земли: нормативная N = 310 кН/м, расчетная Np = 352 кН. Пол бетонный с цементной стяжкой, удельный вес конструкции пола γcf = 0,022 МН/м3, толщина конструкции пола 0,1 м. Высота здания H=40 м, длина L=30 м. В основании фундамента до глубины h1 = l,7 м залегает слой песка естественной плотности p1= 1980 кг/м3, а ниже этой отметки — слой глины с показателем текучести Jl=0,6, естественной плотностью р2=1850 кг/м3 и коэффициентом пористости е = 0,75. Мощность слоя 3,5 м. Уровень грунтовых вод находится на глубине 6,5 м. Рис.24. Конструкция фундамента Решение. Конструкция фундамента показана на рис. 24. Глубина заложения подошвы фундамента: d = 2,3+0,l+0,1+0,3 = 2,8 м. Несущим слоем является глина, для которой по табл. ? находим расчетные характеристики: φn=14° и сn=0,041 МПа, а по табл. ? — коэффициенты Мγ=0,29, Мq=2,17 и Мс=4,69. Соотношение L/H = 30/40=0,75. По табл. 1.4 находим коэффициенты γс1 = 1,1; γс2 = 1,0.Коэффициент k = 1,1, так как φII и сII определены по табличным данным. Удельный вес грунта первого и второго слоев равен соответственно: γ1 = 10·1980 = 0,0198 МН/м3 γ2 = 10·1850 = 0,0185 МН/м3 Осредненный удельный вес грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, определяем по формуле: γII' = (0,0198·1,7 + 0,0185 ·1,1) /(1,7 + 1,1) = 0,0192 МН/м3 Приведенная глубина заложения подошвы фундамента от уровня пола в подвале по формуле: d1 = 0,4 + 0,1 (0,022/ 0,0192) = 0,515 м. Глубина подвала db=2,8—0,5=2,3 м. Размеры подошвы фундамента определим графически. Первый график R=f(b) строим с помощью формулы (21) по двум точкам: при b=0 R1 = 1,1·1,0/1,1 ·[2,17·0,515·0,0192 + (2,17 — 1)·2,0· 0,0192 + + 4,69·0,041] = 0,262 МПа; при b = 2м R2 = 1,1·1,0/1,1 · [0,29·1·2·0,0185 + 2,17·0,515·0,0192 + (2,17— 1) ·2,3·0,0192 + 4,69·0,041] = 0,276 МПа. Затем в формулу: рср = N/Аф + β·γф ·d подставим несколько последовательно увеличивающихся значений b и постоянное значение βγфd= 0,02·2,8=0,056 МПа. В результате получим точки, по которым построим график второй функции p=f(b): при b = 1 р = 0,310/1·1+0,056 = 0,366 МПа; при b = 1,5 р = 0,310/1,5·1 +0,056 = 0,263 МПа; при b = 2,0 р = 0,310/2·1 + 0,056 = 0,211 МПа; при b = 2,5 р = 0,310/2,5·1 + 0,056 = 0,18 МПа. Полученные данные наносим на график, показанный на рис. 25. Точка пересечения двух линий дает искомое значение b = 1,45 м. Примем ближайшую ширину b =1,4 м, которая соответствует ширине железобетонной плиты марки Ф14. Рис. 25. График к примеру 9 Расчетное сопротивление грунта основания для принятой ширины подошвы фундамента: R = 1,1· 1,0/1,1 [0,29·1·1,4·0,0185 + 2,17·0,515·0,0192 + + (2,17 - 1) ·2,0·0,0192 + 4,69·0,041] = 0,273 МПа. Вес 1 м фундаментной плиты: Gф= 10·2180 /2,38 =0,0092 МН. Вес стены подвала, состоящей из четырех блоков ФС6 и одного блока ФСН6: Gс= 4·10·1960 /2,38 + 10·490/1,18 = 0,037 МН. Р — вес грунта на обрезе фундамента (рис. 22.): Р = 0,0198·1,7·0,4+ 0,0185·0,8·0,4=0,0194 МН. Среднее давление под подошвой фундамента: Р ср = (0,310 + 0,0092 + 0,037 + 0,0194) /1,4· 1= 0,268 МПа. Условие Р ср < R выполняется, так как 0,268 < 0,273, при этом недонапряжение основания составляет 1,7% < 10%. Следовательно, размеры фундамента подобраны верно. Рассчитаем конструкцию фундамента по первой и второй группам предельных состояний. В качестве материала фундамента выберем бетон класса В15. Под подошвой фундамента предусмотрена песчано-гравийная подготовка, поэтому высоту защитного слоя бетона примем равной а=3,5 см, тогда рабочая высота сечения h0 = 0,3- 0,035 = 0,265 м. Найдем расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта на его обрезах, принимая коэффициенты надежности по нагрузке в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85*: Gфр = 1,1 (0,0092 + 0,037) = 0,0508 МН; Gгрр = 1,2·0,0194 = 0,0233 МН. Давление под подошвой фундамента от действия расчетных нагрузок по формуле (29): Рсрр=(0,352+0,0508+0,0233)/1,4·1=0,304МПа Поперечная сила в сечении фундамента у грани стены по формулам (30,31): Q = 0,304·1 (1,4 – 0,6) /2 = 0,12 МН. Проверяем выполнение условий (32, 33), предварительно определив по таблице … [СНиП] Rbt = 0,75 МПа: 0,12=0,6.0,75-1-0,265=0,12 МН. Условие выполняется, следовательно, установка поперечной арматуры и ее расчет не требуются. Проверяем выполнение условия (34): Q = 0,304 [0,5 (1,4 — 0,6)— 0,135] 1 = 0,081 < 1,5·0,75·1·0,2652/0,135 = 0,585 МН. Условие выполняется. Определяем расчетную продавливающую силу по формулам (38,39): F = 0,304 (1,4 – 0,6 – 2 ·0,265) /2 = 0,082MH. Из этих же формул um=0,5 (1 + 1) = 1 м. Проверяем прочность фундамента на продавливание по условию (35): 0,082 < 1·0,75·1·0,265 = 0,198 МН. Следовательно, прочность на продавливание обеспечена. Изгибающий момент в сечении у грани стены по формулам (40,41): М = 0,125·0,304 ·(1,4 — 0,6)2·1 = 0,0243 МН·м. В качестве рабочих стержней примем арматуру класса А-II с расчетным сопротивлением Rs = 280 МПа (табл. V.4). Определим требуемую площадь сечения арматуры на 1 м длины плиты по формулам (42, 43): Аs = 0,0243/0,9.0,265·280 = 0,00036 м2 = 3,6 см2. По табл. V.5 принимаем пять стержней диаметром 10 мм из стали класса А-II (5 Ø 10 А-II) с Аs = 3,93 см2. Шаг стержней и = 20 см (рис.24). Площадь распределительной арматуры Asp = 0,1 · 3,93 = 0,393 см2. В ленточном фундаменте на изгиб совместно работают две консоли, поэтому увеличим вдвое площадь распределительной арматуры| ASp=0,786 см2, принимаем пять стержней диаметром 6 мм из стали класса A-I (5 Ø 6 A-I) с Asp = l,42 см2. Шаг распределительных стержней u = 30 см. .. Изгибающий момент от нормативной нагрузки у грани стены по формулам (40,41): М= 0,125·0,268(1,4 —0,6)2·1=0,021 МН-м. По табл. V.3 и V.4 находим значения модулей упругости арматуры и бетона: Еs=210000 МПа и Еb = 20500 МПа и определяем соотношение n=210000/20500 =10,2. Коэффициент армирования сечения: μ1 = 3,93/30·100 = 0,0013 = 0,13% > 0,05%. |
Похожие:
 |
1. матрицы и действия над ними Методические указания предназначены для студентов I курса всех специальностей и всех форм обучения и для преподавателей кафедры высшей... |
|
Специальная психология Программа курса предназначена для студентов психологических специальностей. Изучение дисциплины позволит студентам взглянуть на развитие... |
|
Республики Беларусь Учреждение образования «белорусский государственный... Конспект лекций по курсу «Основы алгоритмизации и программирования» для студентов всех специальностей и всех форм обучения. Мн.:... |
|
Методические указания к проведению практических занятий для студентов... Методические указания содержат контрольные вопросы и практические задания по основным темам курса «Бухгалтерский учет, анализ и аудит»... |
|
Клиническая психотерапия Книга предназначена для психотерапевтов, психиатров, врачей всех лечебных специальностей (включая врачей общей практики), медицинских... |
|
Курс «Основы кибернетики» для студентов специализации 01. 02. 09.... Курс является обязательным для всех студентов, обучающихся по специальности 01. 02 – прикладная математика и информатика, а также... |
|
Методические рекомендации по выполнению курсовой работы (для студентов всех форм обучения) Студентами техникума очного и заочного отделений всех специальностей выполняются курсовые работы по нескольким дисциплинам. Это вызывает... |
|
Целями освоения модуля «История образования и педагогической мысли» являются История образования и педагогической мысли завершает цикл педагогических дисциплин теоретического цикла в профессиональном образовании... |
|
Язык вместе со знанием явление общественное, социальное и к его изучению... Определяющее значение для курса имеют труды Виноградова, который в ирля включает историю употребления разноуровневых языковых единиц... |
|
Учебное пособие по спецкурсу для студентов неэкономических специальностей Часть 1 Найденов Н. Д. Экономика и предпринимательство: Учебное пособие по спецкурсу для студентов неэкономических специальностей. Часть... |