Материал: Промышленного здания

м.5.2. Определение размеров подошвы внецентренно нагруженного фундамента мелкого заложения под колонну промышленного здания.Определение оптимальных размеров подошвы отдельных внецентренно нагруженных фундаментов под колонны производится методом последовательных приближений (приложение 1, блок-схема) или с использование программы расчета на ЭВМ в следующем порядке:а) определяется требуемая площадь подошвы фундамента как центрально нагруженного. ,где N^P- расчетное значение вертикального усилия на обрез фундамента, которое определяется при коэффициенте надежности по нагрузке _f , принимаемым в расчете оснований по деформациям равным γ_f =1, N^P =2354x1 =2354 кН; R₀ - ориентировочное значение расчетного сопротивления грунта основания в уровне подошвы фундамента, определяемое, например, по эпюре R₀ геологического разреза, R₀=190кПа; d₁ - глубина заложения подошвы фундамента, d₁=2,2 м; _ml - осредненное значение удельного веса фундамента и грунта на его ступенях, _ml = 20 кН/м³; ;б) определяются размеры подошвы фундамента в плане, как имеющего квадратную форму ,размеры подошвы плитной части фундаментов обычно принимаются кратными 0,1 м (0,3 м, если предполагается использование унифицированной щитовой опалубки);в) уточняется величина расчетного сопротивления грунта основания для квадратного фундамента с шириной подошвы b=4,0 м по формуле 5.7/6/ ,где γ_c1 , _с2 - коэффициенты условий работы принимаемые по табл. 5.4 /6/,γ_c1 =1,1 для супеси пластичной с I_L=0,8, _с2 =1,0для здания с гибкой конструктивной схемой;k - коэффициент надежности, k =1,0 т.к. прочностные характеристики грунта определялись по данным испытаний;

М_, М_q, М_c- коэффициенты, принимаемые по табл. 5.5 /6/ в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения основания фундамента, для супеси пластичной при φ_II = 18⁰ , М_=0,43; М_q =2,73; М_c=5 ,31;К_z - коэффициент, принимаемый равным: при b<10м- К_z=1, приb≥10м - К_z= + 0,2м (здесь z₀=8м);γ₁₁ - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, γ₁₁=20 кН/м³ , при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды;- то же, залегающих выше подошвы фундамента до отметки планировки, в примере с₁₁ - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего нижеподошвы фундамента, с₁₁=5 кПа;d_b - глубина подвала, в курсовом проекте для бесподвального здания d_b=0b - ширина подошвы фундамента, b =4,0 м.кПа.Если подсчитанные по формуле 5.7 /6/ значение R существенно отличается от R₀(более 10%), производится перерасчет размеров подошвы квадратного фундамента путем подстановки в выражение для определения требуемой площади подошвы вместо R₀ полученного значения R;г) вычисляется эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента как е_х=М_х/N,где М_х - расчетное значение суммарного изгибающего момента, передаваемое фундаментом на основание в уровне подошвы, кНм;N - расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес конструкций фундамента, грунта на его ступенях и т.п. кН.М_х=М^р + Q^Р.d₁,где М^P, ^P - соответственно расчетные значения изгибающего момента и поперечного усилия в основном сочетании при γ_f=1,М^P =1792 = 792 кНм, Q^Р = 1132 = 132 кН; d₁ = 2,2

м. Тогда М_х= 792 + 1322,2 = 1082,4 кНм.N = N^P + G,где N^P =2354кН;G - расчетное значение вертикального усилия от веса фундамента и грунта на его ступенях, ориентировочно, при γ_f = 1 ,кН.ОкончательноN= 2354 + 704 = 3058 кН.Тогда эксцентриситет приложения вертикальной нагрузки .Поскольку e_x=0,35 м >0,033l=0,0334,0=0,132 м, но меньшеl/6=4:6=0,64м, принимается прямоугольная в плане подошва фундамента и увеличивается ее размер в направлении действия изгибающего момент. Для этого вычисляется коэффициент увеличения К₀ по формуле , .Значения К₀, как правило, принимаются в пределах от 1,1 до 1,5 /7/.С учетом вычисленного значения К₀ длина подошвы внецентренно нагруженного фундамента под колонну определяется как l = К₀  b = 1,2  4,0 = 4,8 м.Если е_хменьше 0,033b, допускается квадратная в плане подошва фундамента и краевые давления можно не определять;Рис. 3. Монолитный фундамент под колонну.д) проверяются краевые напряжения под подошвой фундамента исходя из трапециевидной эпюры давлений ,где N - расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес фундамента и грунта на его ступенях, кН,N=N^P+G=12354+1·44,8202,2=3198,8 кН;А - площадь подошвы фундамента, м²,А = b·l=44,8=19,2м²;M_х- расчетное значение изгибающего момента относительно центра подошвы фундамента кН м ,М_х=М^P+Q^Рd₁ =1792 + 1·1322,2= 1082,4кHм;, что меньше l/6=4,8:6=0,8 м;l - размер подошвы фундамента в направлении действия изгибающего момента, l =4,8 м .Тогда кПа.При правильном, экономичном подборе размеров подошвы фундамента должны выполняться условия:

1. p_max≤1,2R, т.е. максимальное давление под краями подошвы внецентренно нагруженного фундамента p_шах, должно быть меньше или равно 1,2R (до 5% для монолитных фундаментов),238,2 кПа < 1,2∙182 = 218,4 кПа - не выполняется.2. p_min> 0, для минимального давления ограничение не введено, но оно должно быть больше 0, т.е. не должно быть отрыва подошвы фундамента в резуль­тате появления в грунте растягивающих напряжений, когда р_minсо знаком «минус»,95 кПа > 0 - выполняется.3. p₀ < R, т.е. среднее давление под подошвой фундамента должно быть меньше рас- четного сопротивления грунта основания,166,6 кПа < 182 кПа - выполняется.Условие (1) не выполняется, поэтому увеличивается размер подошвы фундамента в направлении действия момента, что соответствует рекомендациям /7/. Принимается l=5,2 м, b=4,0 м, К₀=1,3 (значении R=182 кПа при той же величине b=4,0 м не изменилось)и производится перерасчет. В ряде случаев целесообразно увеличить значение b,определить l = К₀ ∙ bипересчитать R).ТогдаN = 1·2354 + 1∙4∙5,2∙2,2∙20 = 2354 + 915,2 = 3269,2 кН;, что меньше l/6 = 5,2:6 = 0,86 м: р_max = 217кПа, р_тin = 97,5кПа, p₀ = 157,З кПа. Проверяется выполнение условийp_max=217кПа< 1,2R=218,4 кПа;p_min=97,5 кПа>0;р₀= 157,3 кПа < R = 182 кПа.Условия выполняются, а недонапряжение по максимальному краевому давлению составляет , что меньше 5%. Следовательно, фундамент запроектирован экономично.Окончательно принимается фундамент с габаритами подошвы l= 5,2 м, b = 4,0 м, d₁ =2,2 м. Таким образом, принятые размеры фундамента удовлетворяют условиям, ограничивающим краевые давления и их соотношения.Если на глубине z от подошвы фундамента в пределах сжимаемой толщи залегает менее прочный слой грунта, то в нем под действием сжимающих напряжений могут развиваться пластические деформации, приводящие к нелинейной зависимости между нагрузкой на основание и осадкой фундамента. В этом случае необходимо проверить выполнение следующего условия 5.9 /6/ (при глубине котлована менее 5 м)

где σ_zp- вертикальное напряжение от внешней нагрузки на кровлю подстилающего слоя, кПа;σ_zg - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на кровлю подстилающего слоя, считая от отметки природного рельефа, кПа;R_z - расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z, вычисляемое по формуле 5.7/6/ для условного фундамента, шириной b_z, кПа.В свою очередь , A_z=N/σ_zp, a=(l-b)/2,2-2Рис.4. Монолитный фундамент под колонну.где N - расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес конструкции фундамента и грунта на его ступенях, кH;l, b - соответственно длинна и ширина проектируемого фундамента, м. Если условие не выполняется, необходимо принять большие размеры подошвы фундамента.В данном случае несущим слоем является супесь пластичная с условным расчетным сопротивлением R₀ = 190 кПа, которая подстилается суглинком полутвердым с R₀ = 230 кПа, т.е. более прочным грунтом. Поэтому проверка подстилающего слоя не выполняется.5.3. Основные указания к конструированиюПри известной высоте фундамента, размерах подошвы определяются параметры его подколонной и плитной части с учетом следующих указаний /4, 7/.1. При назначении размеров подколонной части учитывается, что толщина стенок неармированного стакана поверху принимается не менее 200 мм, толщина армированного стакана назначается расчетом, но не менее 150 мм /2, 7/. Размеры стакана принимаются больше размера колонны в плане понизу на 100 мм, поверху на 150 мм. Толщина дна стакана назначается по расчету, но не менее 200 мм.2. Высота ступеней принимается по табл. 4.22/7/в зависимости от высоты плитной части фундамента (табл. 3).Таблица 3 Высота ступеней фундаментов

Высота плитной части фундамента, мм	h1, мм	h2, мм	H3, мм
300 450 600 750 900 1050 1200 1500	300 450 300 300 300 300 300 450	- - 300 450 300 300 300 450	- - - - 300 450 600 600