3. Расчёт фундамента мелкого заложения

3.1 Определение глубины заложения фундамента

Рисунок 1 – К определению глубины заложения фундамента

Здание имеет подвал глубиной 3 м, следовательно, в любом случае подошва фундамента будет ниже глубины промерзания. Определим минимальную глубину заложения исходя из нормативной глубины промерзания по формуле:

d_f=k_h∙d_fn (8)

где k_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундаментов наружных стен, определяем по таблице 13 [1];

d_fn – нормативная глубина промерзания, определяемая по карте нормативных глубин промерзания, для города Быхова d_fn= 1,05м

d_f=0,6∙1,05=0,63м

Назначаем глубину заложения фундамента в зависимости от п.1 и п.5 гл.4[17]. Отметка чистого пола, согласно заданию, при DL=-0,30 м будет равна 62,80 м, отметка пола подвала будет в этом случае равна 62,8-3=59,8 м.

Отметка низа перекрытия над подвалом 62,50 м. Принимаем конструкцию фундамента из пяти блоков высотой 0,6м и подушки высотой 0,3 м. Таким образом, отметка подошвы фундамента составит 59,02 м.

Для того, чтобы посчитать глубину заложения фундамента нужно от отметки уровня земли отнять отметку низа подошвы фундамента:

d=62,5-59,2=3,3м

3.2 Устройство песчаной подушки

Так как суглинок мягкопластичный не может являться естественным основанием, то ставим фундаментную плиту на песчаную подушку мощностью 1м.

Зададимся характеристиками, которыми должен обладать грунт песчаной подушки: ρ_ds=1,62 г/см³— требуемая плотность; W_oпт=12%— оптимальная влажность для песка средней крупности. Определим физические характеристики грунта подушки.

Коэффициент пористости по формуле (3):

где ρ_s – плотность твердых частиц грунта, т/м³, для песчаной подушки принимаем ρ_s=2,67 т/м³

Степень влажности грунта подушки:

Таким образом, исходя из полученных физических характеристик, делаем вывод, что материалом песчаной подушки является песок средней крупности средней плотности, маловлажный.

Определим механические характеристики данного грунта по таблицам 4, 5 [1]: R₀=500 кПа, C_n=1 кПа, φ_n=35⁰, Е_n=30 МПа

3.3 Определение размеров подошвы ленточного фундамента

Размеры подошвы фундамента в основном зависят от механических свойств грунтов оснований и характера нагрузок, передающихся фундаменту, от особенностей несущих конструкций, передающих нагрузку на фундамент. Размеры фундамента необходимо подобрать таким образом, чтобы выполнялось условие:

S≤S_u , (9)

т.е. расчетные осадки не должны превышать допустимые.

Согласно [1,2] выполнение этого условия реализуется при соблюдении следующего условия:

P_CP≤R , P_max≤1,2R , P_min≥0 (10)

Размеры подошвы фундамента под кирпичную стену определим на 1 погонный метр его длины методом последовательного приближения.

Расчетное значение нагрузки F_v=120кН.

Рисунок 2 – Расчетная схема ленточного фундамента

Определим площадь подошвы ленточного фундамента по формуле:

(11)

Для ленточного фундамента ширина подушки определяется по формуле:

b=A/1м.п. (12)

b₁=0,28м²/1м.п.=0,28м

Уточняем расчетное сопротивление по формуле:

R=[Мγ∙k_z∙b₁∙γ_II+М_q∙d₁∙γ_II+(M_q-1)∙d_b∙γ_II+M_c∙C_II] (13)

где g_С1 и g_С2 – коэффициенты условий работы, учитывающие особенности работы разных грунтов в основании фундаментов и принимаемые по таблице 16, [1].

k – коэффициент, принимаемый: k=1,1 – т.к. прочностные характеристики грунта приняты по нормативным таблицам;

k_Z – коэффициент принимаемый k_Z=1 при b<10 м; b – ширина подошвы фундамента, м;

g_II и γ^I_II - усредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) и выше подошвы, кН/м³;

Удельный вес грунта подушки определим без учетом взвешивающего действия воды, т.е.

g_II =17,78 (14)

Так как толща грунтов, расположенных выше подошвы фундамента, однородна, то g^I_II определяется как:

g^I_II = (15)

С_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d_b – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м;

М_g, М_q, М_с – безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 17;[1]

d₁ – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала:

d₁=h_S+h_cfg_сf/, м (16)

d₁=0,3+0,3∙22/16,19=0,69м

h_cf – толщина конструкции пола подвала, м;

g_cf – расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м³.

Уточняем значение b₂ при R₁=509,65кПа

b₂=0,27м²/1м.п.=0,27м

Принимаем фундаментную плиту шириной b=0,8м.

Определяем расчетное сопротивление грунта R₂ с учетом принятой ширины фундамента:

Фактическое давление под подошвой фундамента:

(17)

где N=F_v+G_гр+G_ф.

Определим вес фундамента: G_ф=V_ф∙γ_б=(0,8∙0,3∙1+5∙0,6∙0,6∙1)∙24=48,96кН/м³

Вес грунта обратной засыпки G_гр=ΣV_гр∙γ_гр=1∙0,1∙3∙16,9∙0,95=4,82кН/м³

Нагрузка от перекрытия P1 =30кН

Принимаем интенсивность временной равномерно распределенной нагрузки на поверхности грунта q=10кН/м². Эту распределенную нагрузку заменим фиктивным слоемгрунта:

м

Активное давление грунта на стену подвала находим по формуле

(18)

характеристики грунта засыпки за пазухи фундамента примем:

кН/м²,

кН/м.

Вычислим плечо равнодействующей активного давления относительно подошвы фундамента

(19)

Плечо силы грунта

кН·м (20)

Найдем экцентрилитет при b=0,8:

(21)

Так как ,то размеры подошвы фундамента можно определять как для внецентренно–сжатых фундаментов.

Момент сопротивления подошвы фундамента

(22)

Краевые давления будут равны

(23)

, ,<0

Условие не выполняется,следовательно будем увеличивать ширину подошвы фундамента до выполнения этих условий.

Последовательно принимая ширину фундамента 1,0м 1,2м 1,4м 1,6м –условия соблюдаться не будут.

Примем b=1,8 :

Расчетное сопротивление грунта R₃:

Вес фундамента: G_ф=V_ф∙γ_б=(1,8∙0,3∙1+5∙0,6∙0,6∙1)∙24=56,16кН/м³

Вес грунта обратной засыпки G_гр=ΣV_гр∙γ_гр=0,6∙1∙3∙16,06=28,91кН/м³

Принимаем интенсивность временной равномерно распределенной нагрузки на поверхности грунта q=10кН/м². Эту распределенную нагрузку заменим фиктивным слоемгрунта:

м

Активное давление грунта на стену подвала находим по формуле

характеристики грунта засыпки за пазухи фундамента примем:

кН/м²,

кН/м.

Вычислим плечо равнодействующей активного давления относительно подошвы фундамента

Плечо силы грунта

кН·м

Момент сопротивления подошвы фундамента

, ,>0

Следовательно,размеры подошвы фундамента подобраны правильно.