Метод послойного суммирования при расчетах осадки фундаментов зданий
Расчетная схема примера определения осадки фундамента методом послойного суммирования
На данный момент существует большое количество различных расчетов нагрузок на фундаменты, на основании которых затем подбирается тип строительных материалов, размеры подошвы основания и прочие данные.
Метод послойного суммирования используется в тех случаях, когда нужно рассчитать осадку отдельно стоячего фундамента с учетом влияния внешних факторов и дополнительных грунтовых влияний.
Применение метода
Методом послойного суммирования рекомендуется пользоваться, если нужно определить не только основные факторы осадок, но и вторичные или дополнительные, возникающие только в конкретных ситуациях.
- Определить осадку отдельно стоячего фундамента или комплекта оснований, расположенных недалеко друг от друга или с ними состыкованных.
- Используется при расчетах оснований, сделанных из неоднородных материалов. Такие параметры отображаются в изменениях модуля деформации с возрастанием глубины залегания.
- Как правило, метод дает возможность рассчитать осадку сразу по нескольким вертикалям, причем тут можно опускать параметры угловых переменных, а использовать центральные или периферийные параметры. Но это возможно сделать только при условии, если фундамент имеет слои по всему своему периметру, их толщина и структура одинаковые.
Такие осадки часто возникают от соседних фундаментов, ведь с ростом нагрузки на площадку неизбежно возникают просадки почвы, особенно при использовании мощных тяжелых конструкций. Но тут часто проектировщики сталкиваются с проблемой именно создания этюдов осадок, ведь нужно четко определить по оси вертикали именно те силы, которые возникли от воздействия соседних оснований.
Порой сделать это очень сложно и приходится использовать эмпирические формулы. Тогда точки напряжения часто находят по методу угловых точек, и полученные результаты в некоторых случаях принимаются как оптимальные для данного слоистого фундамента.
Почему так важно рассчитывать осадку фундамента?
Наглядный пример осадки дома методом послойного суммирования под влиянием давления в фундаменте
Некоторые фундаменты отличаются слабой прочностью на изгиб и деформацию за счет больших линейных размеров и небольшой продольной толщины. Как правило, метод послойного суммирования часто используют для расчетов ленточных фундаментов, ведь они не могут обеспечить максимально высокую нагрузку на единицу площади грунта, поэтому и осадка может возникать практически в любом месте вполне спонтанно.
Все расчеты, формулы и рекомендации подробно указаны в СНиП 2.02.01-83. Чтобы более подробно разобраться в методе, нужно попробовать рассчитать осадку ленточного фундамента на реальном примере.
Расчет осадки ленточного фундамента
Расчетная схема методом послойного суммирования осадки ленточного фундамента
Для примера можно взять ленточный фундамент, который имеет ширину 120 см (b ) и глубину залегания 180 см (d). Он устроен на трех слоях грунта. Общее давление под подошвой на почву составляет 285 кПа.
Каждый слой грунта имеет следующие показатели:
- Маловлажный грунт средней плотности и пористости, основной компонент – мелкозернистый песок, пористость е1= 0,65, плотность γ1 = 18,7 кН/м³, степень деформации Е1= 14,4 МПа.
- Второй слой более тонкий, состоит из крупнозернистого, насыщенного влагой песка. Его показатели, соответственно, составляют: е2 = 0,60, γ2 = 19,2 кН/м³ и Е2 = 18,6 МПа.
- Следующий слой – суглинок, параметры JL= 0,18, γ3 = 18,5 кН/м³ и Е3= 15,3 МПа.
По данным геодезической службы и топографической разведки, грунтовые воды в расчетном регионе расположены на глубине 3,8 метра, поэтому их влияние на основание можно считать практически нулевым.
Итак, учитывая, что метод послойного суммирования – это создание нескольких графических этюдов вертикального напряжения в грунтах, тогда пора их создать для расчета допустимой нагрузки на почву.
На поверхности земли σzg = 0, а вот на глубине 1,8 метра (уровень подошвы), σzg 0 = γ1d = 18,7Κ·1,8 = 33,66 кПа.
Теперь нужно рассчитать ординаты эпюры вертикального напряжения на стыках нескольких грунтовых слоев:
Также стоит учесть, что второй слой грунта насыщен водой, поэтому тут не обойтись без расчета допустимого давления столба воды:
Ysb2 = (Ys2-Yw)/(1 + e2) = (26.6 -10.0)/(+0.60 1) = 10, 38kPa
Теперь внимание. В примере четко указано, что третий слой грунта принимает на себя не только давление двух верхних слоев, но и столба воды, поэтому этими параметрами пренебрегать нельзя. Таким образом, напряжение по подошве фундамента будет рассчитано по формуле:
Дополнительное давление под подошвой:
Далее все параметры этюдов напряжения нужно выбирать с расчетных таблиц СНиПа. В итоге получается, что осадка S1 первого слоя песка будет составлять:
Осадка более крупного песка:
S3 = 0,8/ 15300(50 х 37,5+30 х 33,0) = 0,15 см
Полная осадка фундамента, посчитанная методом послойного суммирования, будет составлять:
S = S1 + S2 + S3 = 1,16 + 1,38 + 0,15 = 2,69 см
По параметрам, указанным в СНиП 2.02.01—83* для сооружений, возведенных на ленточных фундаментах с учетом указанных типов грунтов, параметр усадки соответствует норме.
Преимущества метода послойного суммирования
Необходимость расчета осадки фундамента методом послойного суммирования
- Благодаря методу, можно посчитать усадку практически любого типа основания, независимо от структуры и размеров.
- Можно использовать параметры множества слоев грунта, а также учесть уровень расположения грунтовых вод.
- Подходит для расчета линейных и монолитных оснований.
- Также можно использовать несущие параметры напряжения скальных пород, на которых установлена подошва основания.
- Можно использовать не только метод угловых точек. Расчет допустим при использовании любых вертикальных разрезов.
Среди недостатков стоит отметить сложность в расчетах, сделать их может только профессиональный строитель. Также этот метод сложен по времени, поэтому его используют при расчетах оснований для больших массивных зданий с глубоким залеганием подошвы. Для небольших частных домов метод не практикуется.
Проведение и преимущества расчета осадки фундамента методом послойного суммирования на примере ленточной конструкции. Подбор строительных материалов и размера подошвы.
Источник: fundamentclub.ru
[content-egg module=GdeSlon template=compare]
Расчет осадки методом послойного суммирования
Метод послойного суммирования
Расчет осадки слоистых оснований выполняется методом послойного суммирования, в основу которого положена выше разобранная задача (основная задача). Сущность метода заключается в определении осадок элементарных слоев основания в пределах сжимаемой толщи от дополнительных вертикальных напряжений σZP, возникающих от нагрузок, передаваемых сооружениям.
Так как в основу этого метода положена расчетная модель основания в виде линейно-деформируемой сплошной среды, то необходимо ограничить среднее давление на основание таким пределом, при котором области возникающих пластических деформаций лишь незначительно нарушают линейную деформируемость основания
Для определения глубины сжимаемой толщи Нс вычисляют напряжения от собственного веса σZq и дополнительные от внешней нагрузки σZP.
Нижняя граница сжимаемой толщи ВС основания принимается на глубине z = Нс от подошвы фундамента
При наличии нижеуказанной глубины грунтов с модулем деформации Е≤5 МПа должно соблюдаться условие
(7.13)
Для оснований гидротехнических сооружений по СНиП 2.02.02—85 «Основания гидротехнических сооружений» нижняя граница активной зоны находится из условия
(7.14)
Расчет осадки удобно вести с использованием графических построений в следующей последовательности (рис. 7.11):
- строят геологический разрез строительной площадки на месте рассчитываемого фундамента;
- наносятся размеры фундамента;
- строятся эпюры напряжений от собственного веса грунта σZg и дополнительного σZP от внешней нагрузки;
- определяется сжимаемая толща Нс;
- разбивается Нс на слои толщиной hi≤0,4b;
Тогда полную осадку можно найти простым суммированием осадок всех элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи из выражения
(7.16)
где β— безразмерный коэффициент, зависящий от коэффициента относительных поперечных деформаций, принимаемый равным 0,8; hi — высота i-го слоя; Ei — модуль деформации i-го слоя грунта;
— среднее напряжение i-го элементарного слоя.
Метод послойного суммирования позволяет определять осадку не только ценфальной точки подошвы фундамента. С его помощью можно вычислить осадку любой точки в пределах или вне пределов фундамента. Для этого пользуются методом угловых точек и строится эпюра напряжений вертикальной, проходящей через точку, для которой требуется расчет осадки.
Рис. 7.11. Расчетная схема для определения осадки методом послойного суммирования: DL — отметка планировки; NL — отметка поверхности природного рельефа; FL — отметка подошвы фундамента; ВС — нижняя граница сжимаемой толщи; Нс — сжимаемая толща
Таким образом, метод послойного суммирования в основном используется при расчете небольших по размерам фундаментов зданий и сооружений и при отсутствии в основании пластов очень плотных малосжимаемых грунтов.
Расчет осадки методом послойного суммирования
Источник: www.drillings.su
[content-egg module=GdeSlon template=compare]
5.5.4. Расчет деформаций основания (ч. 1)
А. ОСАДКИ ФУНДАМЕНТОВ
Определение осадки методом послойного суммирования. В методе послойного суммирования приняты следующие допущения:
- – осадка основания вызывается дополнительным давлением р , равным полному давлению под подошвой фундамента р за вычетом вертикального нормального напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента: р = р – σzg,0 (при планировке срезкой принимается σzg,0 = γ´d , при отсутствии планировки и планировке подсыпкой σzg,0 = γ´dn , где γ´ — удельный вес грунта, расположенного выше подошвы; d и dn — глубина заложения фундамента от уровня планировки и природного рельефа);
- – распределение по глубине дополнительных вертикальных нормальных напряжений σzp от внешнего давления р принимается по теории линейно-деформируемой среды как в однородном основании (см. п. 5.2);
- – при подсчете осадок основание делится на «элементарные» слои, сжатие которых определяется от дополнительного вертикального нормального напряжения σzp , действующего по оси фундамента в середине рассматриваемого слоя;
- – сжимаемая толща основания ограничивается глубиной z = Нс , где выполняется условие
Если найденная по условию (5.59) нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е < 5 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = Hc , нижняя граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия σzp = 0,1σzg .
Осадка основания s методом послойного суммирования определяется по формуле
где β — безразмерный коэффициент, равный 0,8; σzp,i — среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i -м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; hi и Еi — соответственно толщина и модуль деформации i -го слоя грунта; n — число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.
При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимается в соответствии со схемой, приведенной на рис. 5.26.
Дополнительные вертикальные нормальные напряжения по вертикали, проходящей через центр рассматриваемого фундамента, на глубине z от его подошвы определяются:
σzp — от дополнительного давления р под подошвой рассчитываемого фундамента [см. формулу (5.12)]; σzp,A — от дополнительного давления рj под подошвой j -го влияющего фундамента методом угловых точек по формуле (5.18).
Суммарное дополнительное напряжение по оси рассчитываемого фундамента с учетом влияния нагрузок от соседних фундаментов определяется по формуле (5.19).
Пример 5.12. Рассчитать осадку фундамента Ф-1 здания с гибкой конструктивной схемой с учетом влияния нагрузки на фундамент Ф-2 по условиям примера 5.2 (см. рис. 5.11) при следующих данных. С поверхности до глубины h + h1 = 6 м залегает песок пылеватый со следующими характеристиками, принятыми по справочным таблицам (см. гл. 1): γs = 26,6 кН/м 3 ; γ = 17,8 кН/м 3 ; ω = 0,14; е = 0,67; сII = 4 кПа; φII = 30°; E = 18 000 кПа. Ниже залегает песок мелкий с характеристиками: γs = 26,6 кН/м 3 ; γ = 19,9 кН/м 3 ; ω = 0,21; е = 0,62; сII = 2 кПа; φII = 32°; E = 28 000 кПа. Уровень подземных вод находится на глубине 6,8 м от поверхности. Суммарная нагрузка на основание от каждого фундамента (с учетом его веса) N = 5,4 МН.
Решение. По формуле (5.21) удельный вес песка мелкого с учетом взвешивающего действия воды
По формуле (5.29) получаем:
кПа.
Среднее давление под подошвой
р = 5400/4 2 = 338 кПа < R = 341 кПа;
дополнительное давление на основание
Дополнительные вертикальные нормальные напряжения в основании фундаментов Ф-1 и Ф-2 подсчитаны в примере 5.2, приведены в табл. 5.6 и показаны на рис. 5.11. Дополняем табл. 5.6 подсчетом напряжений от собственного веса грунтов σzg для определения нижней границы сжимаемой толщи (табл. 5.16).
Из табл. 5.16 видно, что нижняя граница сжимаемой толщи под фундаментом Ф-1 находится на глубине z1 = 8,0 м (при учете нагрузки только на этот фундамент) и на глубине z2 = 8,8 м (при учете влияния фундамента Ф-2).
Примечание. Значения напряжений и модуля даны в кПа.
Определяем осадку фундамента Ф-1 по формуле (5.60):
без учета влияния Ф-2
0,033 м = 3,3 см.
с учетом влияния Ф-2
0,035 м = 3,5 см.
Определение осадки основания с использованием схемы линейно-деформируемого слоя.
Средняя осадка фундамента на слое конечной толщины (рис. 5.27) определяется по формуле [4]
где р — среднее давление под подошвой фундамента; b — ширина прямоугольного или диаметр круглого фундамента; kc и km — коэффициенты, принимаемые по табл. 5.17 и 5.18; n — число слоев, различающихся по сжимаемости в пределах расчетной толщины слоя H ; ki и ki-1 — коэффициенты, определяемые по табл. 5.19 в зависимости от формы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, на которой расположены подошвы и кровля i -го слоя (соответственно ζi = 2zi/b и ζi-1 = 2zi-1/b) ; Ei — модуль деформации i -го слоя грунта.
Формула (5.61) служит для определения средней осадки основания, загруженного равномерно распределенной по ограниченной площади нагрузкой. Эту формулу допускается применять для определения осадки жестких фундаментов.
Расчетная толщина линейно-деформируемого слоя H (см. рис. 6.27) принимается до кровли малосжимаемого грунта (см. п. 5.1), а при ширине (диаметре) фундамента b > 10 м и среднем значении модуля деформации грунтов основания E > 10 МПа вычисляется по формуле
где H и ψ — принимаются соответственно равными для оснований, сложенных пылевато-глинистыми грунтами 9 м и 0,15, а сложенных песчаными грунтами 6 м и 0,1; kp — коэффициент, принимаемый; kp = 0,8 при среднем давлении под подошвой фундамента p = 100 кПа; kp = 1,2 при р = 500 кПа; при промежуточных значениях — по интерполяции.
Если основание сложено и пылевато-глинистыми, и песчаными грунтами, значение Н определяется по формуле
где Нs — толщина слоя, вычисленная по формуле (5.62) в предположении, что основание сложено только песчаными грунтами; hci — суммарная толщина слоев пылевато-глинистых грунтов в пределах от подошвы фундамента до глубины Hci равной значению Н , вычисленному по формуле (5.62) в предположении, что основание сложено только пылевато-глинистыми грунтами.
Примечание. При промежуточных значениях ζ и η коэффициент k определяется по интерполяции.
Значение Н , найденное по формулам (5.62) и (5.63), должно быть увеличено на толщину слоя грунта с модулем деформации E < 10 МПа, если этот слой расположен ниже H и толщина его не превышает 0,2 H . При большей толщине слоя такого грунта, а также если лежащие выше слои имеют модуль деформации E < 10 МПа, расчет деформаций основания выполняется по расчетной схеме линейно-деформируемого полупространства.
Пример 5.13. Определить среднюю осадку фундаментной плиты размером 20×100 м при среднем давлении по подошве р = 0,3 МПа, если плита опирается на слой песка толщиной 5 м с модулем деформации E = 30 МПа, который подстилается моренным суглинком, имеющим Е = 40 МПа.
Решение. Расчетную толщину слои определяем но формуле (5.62) для двух случаев: основание сложено только песчаными и только пылевато-глинистыми грунтами (при р = 0,3 МПа коэффициент kр = 1):
Тогда по формуле (5.63)
Определяем коэффициенты ki по табл. 5.19, учитывая, что η = 100/20 = 5:
Тогда по формуле (5.61)
м = 4 см.
Осадки центра, середин сторон и угловых точек прямоугольной площади размером b×l при действии на нее равномерного давления р определяются по формуле [2]:
где E — модуль деформации грунта основания, принимаемый средним в пределах сжимаемой толщи; k´ = k коэффициент, принимаемый по табл. 5.20 для центра прямоугольника; k´ = k1 — то же, для середины большей стороны; k´ = k2 — то же, для середины меньшей стороны; k´ = k3 — то же, для угловой точки.
Осадки поверхности основания при действии на него равномерного давления р по круглой площадке радиусом r на расстоянии R от центра этой площадки также можно определить по формуле (5.64), в которой коэффициент k´ = kr принимается по табл. 5.21 [2]. Указанным способом допускается определять осадки поверхности основания за пределами жесткого круглого фундамента.
Влияние на осадку рассчитываемого фундамента других фундаментов, нагрузок на полы и т.п. может быть оценено по формуле (5.64) с использованием схемы фиктивных фундаментов аналогично определению напряжений в основании методом угловых точек либо с помощью ЭВМ по стандартной программе. Дополнительную осадку рассчитываемого фундамента от влияния других фундаментов допускается принимать равной дополнительной осадке его центра.
Определение осадки путем непосредственного применения теории линейно-деформируемой среды. Для предварительной оценки осадок фундаментов допускается пользоваться формулой
где ω — коэффициент, принимаемый по табл. 5.22; v — коэффициент Пуассона.
Во всех случаях формула (5.65) приводит к преувеличению расчетных осадок (по сравнению с методами, рекомендуемыми нормами). Достаточно удовлетворительные результаты эта формула дает при ширине фундамента b < 2 м и соотношении сторон η = l/b < 10.
5.5.4. Расчет деформаций основания (ч. 1) А. ОСАДКИ ФУНДАМЕНТОВ Определение осадки методом послойного суммирования. В методе послойного суммирования приняты следующие допущения:
Источник: xn--h2aleim.xn--p1ai
[content-egg module=GdeSlon template=compare]
Порядок расчета осадки фундаментов
Любое строение со временем подвержено проседанию. Фундамент здания должен осесть в расчётных пределах. Если основание дома опустилось равномерно по всей площади опирания, то расчёт осадки фундамента произведён правильно. В противном случае неравномерное проседание фундамента или свайного поля может привести к деформации несущих конструкций сооружения, что приведёт к повреждению строения. Особенно велик риск неравномерного проседания оснований большой площади опирания, поэтому необходимо точно рассчитать допустимую осадку основания здания.
Осадка фундамента
Неравномерное проседание опорных конструкций зданий и сооружений является следствием допущенных дефектов в строении фундаментов различных видов. Осадка фундамента происходит в течение некоторого времени после окончания строительства объекта. Важно, чтобы осадка основания здания была равномерной и в пределах допустимой нормы.
Существует многочисленные причины, вызывающие неравномерное опускание фундамента вследствие сжатия грунтового основания под подошвой здания. Таковыми являются:
- несанкционированная экономия материалов на возведении основания здания;
- использование низкоквалифицированного труда;
- в результате произведённого самостоятельного расчёта неверно определены глубина заложения фундамента, уровень грунтовых вод толщина промерзания почвы;
- отсутствие дренажной системы;
- неправильное определение сопротивления грунтового основания приведёт к чрезмерному проседанию основания здания.
На строительстве любого крупного объекта необходимо правильно рассчитать осадку фундамента.
Осадка фундамента
На протяжении глубины грунтового основания почва может быть неоднородна. Слои грунта могут оказаться с различными геологическими характеристиками. Для определения полной и конечной осадки строения применяют метод послойного суммирования.
Суть данного метода заключается в том, что определяют величину деформации слоёв почвы, находящихся в активной зоне воздействия нагрузки от здания. Важно, чтобы полученные данные проседания здания не превышали критических нормативных показателей.
Предельно допустимые нормы осадки фундаментов
Первоначальная просадка нового построенного сооружения (1-я категория технического состояния) на однородном грунтовом основании допустима в пределах 10 – 12 см.
При неоднородном составе грунте допустимое проседание зданий 1 категории без последствий составляет 5 см. Для домов 2 и 3 категории (строения с большим сроком эксплуатации) допустимо проседание не более 2 – 3 см.
Разрушение фундамента вследствие чрезмерной осадки дома
Любое дополнительное опускание здание чревато появлением трещин в основании и в стенах строения. Достаточно опуститься сооружению ещё на 2 см и это сразу отразится на состоянии несущих конструкций.
Расчёт осадки ленточного фундамента
Кроме метода послойного суммирования существуют различные методики определения величины проседания здания. При условиях отдельно стоящего строения с учётом сопротивления грунтового основания и других сил, только использование метода послойного суммирования будет наиболее верным расчётом.
Способ основан на создании эпюр напряжений в многослойной почве по каждой вертикальной оси.
Схемы расчётов по методу сложения усадки слоёв почвы
Определение осадки ленточного фундамента производится с целью, чтобы:
- определить величину просадку монолитной ленты с присоединёнными другими основаниями;
- выполнить точный расчёт осадки основания здания, возведённого из разных материалов;
- определить осадочный характер и физические свойства основания здания, которые связаны с изменением показателя деформации по мере увеличения глубины заложения фундамента.
Данная методика расчета определяет показатели основания по каждому сочетанию вертикальных осей, без учёта угловых переменных, используя периферийные значения и центральный показатель. Сделать это возможно при залегании по периметру основания строения равномерных структурных слоёв почвы.
Схема построения графика напряжений по группам вертикальных осей
Обозначения по СНиП 2.02.01-83:
- S — показатель осадки;
- zn – средняя величина напряжения вдоль вертикальной оси в слое «n»;
- hn, En – толщина сжатия и индекс деформации слоя «n»;
- n – удельная масса почвы в «n»;
- hn — высота слоя «n»;
- b = 0,8 – постоянный коэффициент.
Ширина ленточного монолитного фундамента – 1200 мм (b), глубина заложения составит 1800 мм (d).
Пример определения величины осадки ленточного фундамента
Общая нагрузка от веса здания на почву составит 285000 кг•м −1 •с −2 . По каждому слою отмечают такие значения:
- Верхний слой — сухая почва (песок мелкой фракции, с показателями пористости e 1 = 0,65; плотностью y 1 = 18,70 кН/м³, индексом сжатия Е 1 = 14400000 кг•м −1 с −2) .
- Средний слой – мокрый крупный песок с соответствующими показателями: e2= 0,60, γ2 = 19,20 кН/м³; Е2 = 18600000 кг•м −1 с −2 .
- Нижний слой грунта – суглинок с соответствующими значениями: e3 = 0,180; y3 = 18,50 кН/м³; Е 3 = 15300000 кг•м −1 с −2 .
Слои залегания грунта с различными показателями усадки
Результаты исследований грунта взяты в местном геолого-геодезическом управлении. Грунтовые воды на территории застройки находятся на расстоянии от поверхности земли 3800 мм. глубина залегания грунтовых вод такой величины не имеет значения даже для заглубленного фундамента здания. В этом случае воздействие грунтовых вод на осадку здания считают мизерным, то есть практически никаким.
Метод послойного суммирования базируется на исследовании всех эпюр напряжений в грунтовом массиве вдоль вертикальных осей.
Для нанесения графика эпюр и расчета критических нагрузок на грунт производят действия согласно СНиП 2.02.01-83.
В результате получают следующие показатели по каждому слою почвы: S1 = 11,5 мм; S2 = 13,7мм; S3 = 1,6 мм.
Сравнивая полученные результаты с определёнными нормативами СНиП, делают вывод, что величина осадки не превышает предельных норм.
Расчёт осадки свайного основания
Определяют осадки свайного фундамента методом послойного суммирования.
Вид свайного основания здания
Полный расчёт осадки свайного основания выполняется проектной организацией на протяжении от нескольких дней до 2-х недель. Проектировщики пользуются специальными компьютерными программами. Человеку, не имеющему специального образования, сделать это самостоятельно практически невозможно.
Произвести расчёт осадки свайного основания небольшого частного дома можно упрощённым способом, что под силу каждому застройщику.
Используя схемы расположения различных видов свай и расчётных формул, указанных в СП 24.13330.2011, можно определить как величину осадки одиночной сваи, так и степень проседания всего свайного поля.
Применяют различные методики определения величин осадки разных типов фундаментов, в основном, для крупных объектов промышленного и гражданского назначения.
Любое строение со временем подвержено проседанию. Если основание опустилось по всей площади опирания, то расчёт осадки фундамента произведён правильно.
Источник: kakfundament.ru
[content-egg module=GdeSlon template=compare]
РАСЧЕТ ОСАДОК ОТДЕЛЬНО СТОЯЩЕГО ФУНДАМЕНТА МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО СУММИРОВАНИЯ
Расчет деформаций основания большей частью сводятся к определение осадки в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений. Методика расчета представляет следующее.
7.I. Осадка основания s с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле
где β – безразмерный коэффициент, равный 0,8;
σzpi – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i -ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;
hi и Ei – соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;
n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.
При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимается в соответствии со схемой, приведенной на рис.7.1.
Рис.7.1. Схема распределения вертикальных, напряжений в линейно-деформируемом полупространстве.
DL- отметка планировки; NL – отметка поверхности природного рельефа; FL – отметка подошвы фундамента; WL – уровень подземных вод; В.С- нижняя граница сжимаемой толщи; d и dn – глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; b – ширина фундамента; р – среднее давление под подошвой фундамента; р – дополнительное давление на основание; (σzg и σzg – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине Z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; σzр и σzрдополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине Z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; Hс – глубина сжимаемой толщи
Примечание. При значительной глубине заложения фундаментов расчет осадки рекомендуется производить с использованием расчетных схем, учитывающих разуплотнение грунта вследствие разработки котлована.
7.2. Дополнительные вертикальные напряжения на глубине Z от подошвы фундамента: σzр – по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, σzр.c – вертикали, проходящей через угловую точку прямоугольного фундамента, определяются по формулам
α – коэффициент, принимаемый по табл.1.16 (Приложение 1) в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной: ξ = 2z/b – при определении σzр и ξ = z/b– при определении σzр.с;
ρ – среднее давление под подошвой фундамента;
ρzg вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (при планировке срезкой принимается ρzg=γ’d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой ρzg=γ’dn , где γ’ – удельный вес грунта, расположенного выше подошвы, d и dn – обозначены на рис.1.
7.3. Дополнительные вертикальные напряжения σzpa глубине Z по вертикали, проходящей через произвольную точку А (в пределах или за пределами рассматриваемого фундамента с дополнительным давлением по подошве, равным р) определяются алгебраическим суммированием напряжений σzp.cj ; в угловых точках четырех фиктивных фундаментов (рис.7.2) по формуле
(7.2)
Рис.7.2. Схема к определению дополнительных вертикальных напряжений σzp.a основания рассчитываемого фундамента с учетом влияния соседнего фундамента методом угловых точек
а – схема расположения рассчитываемого 1 и влияющего фундамента 2; б – схема расположения фиктивных фундаментов с указанием знака напряжений σzp.nf в формуле (7.2) под углом J -го фундамента
7.4. Дополнительные вертикальные напряжения σzp.nf на глубине Z по вертикали, проходящей через центр рассчитываемого фундамента, с учетом влияния соседних фундаментов или нагрузок на прилегающие площади определяются по формуле
(7.3)
где k – число влияющих фундаментов.
7.5. Вертикальное напряжение от собственного веса грунта σzg на границе слоя, расположенного на глубине Z от подошвы фундамента, определяется по формуле
(7.4)
где γ’ – удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;
Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды.
При определении σzg в водоупорном слое следует учитывать давление столба воды, расположенного выше рассматриваемой глубины.
7.6. Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине z = Нс , где выполняется условие σzp=0,2σzg (здесь σzp – дополнительное вертикальное напряжение на глубине z = Нс по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; σzg – вертикальное напряжениеот собственного веса грунта.
Если найденная по указанному выше условию нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е < 5 МПа (50 кгс/см ) или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = Нс, нижняя граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия σzp=0,1σzg .
7.7. Осадка основания с использованием схемы линейно-деформируемого слоя определяется по формуле
, (7.5)
где р – среднее давление под подошвой фундамента (для фундаментов шириной b < 10 м принимается р = р);
b – ширина прямоугольного или диаметр круглого фундамента;
п – число слоев, .различающихся по сжимаемости в пределах расчетной толщины слоя Н;
ki и ki-1 – коэффициенты, определяемые в зависимости от формы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, на которой расположены подошва и кровля i -го слоя (соответственно и );
Е; – модуль деформации i-го слоя грунта.
Примечание. Формула (7.5) служит для определения средней осадки основания, загруженного равномерно распределенной по ограниченной площади нагрузкой. Эту формулу допускается применять для определения осадки жестких фундаментов.
Примеры расчетов осадок отдельно стоящих фундаментов см. в Приложении IV, V.
- НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО СУММИРОВАНИЯ
Свайные фундаменты и сваи, рассчитываемые по предельным состояниям второй группы (по деформациям), должны удовлетворять условию:
где s – деформация, полученная в результате расчета оснований методами механики грунтов за определенный промежуток времени; su – предельно допустимая деформация, определяемая условиями нормальной эксплуатации данного здания и сооружения, устанавливаемая строительными нормами.
Несущую способность сваи-стойки по грунту определяют по формуле
где γс— коэффициент условий работы, принимаемый равным 1; A — площадь опирания сваи на грунт; R — расчетное сопротивление сжатию грунта или скальной породы под нижним концом сваи, назначаемое для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные породы, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем и глинистые грунты твердой консистенции, равным 20 МПа; для свай-оболочек, заполненных бетоном, и для свай-столбов, заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 0,5 м, определяемое по формуле
(8.3)
здесь Rпсж — нормативное временное сопротивление скального грунта сжатию в водонасыщенном состоянии; γg— коэффициент надежности по грунту, равный 1,4; h3—расчетная глубина заделки свай в грунт; d3— наружный диаметр сваи, заделанной в грунт.
Несущая способность висячих свай по грунту определяется двумя составляющими: первая зависит от сопротивления грунта под нижним концом сваи, а вторая—от сопротивления грунта по ее боковой поверхности:
(8.4)
где γc — коэффициент условий работы сваи в грунте, равный 1; γcR и γcfi — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом сваи и по ее боковой поверхности; R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи; А—площадь опирания сваи на грунт, принимаемая по площади поперечного сечения сваи; и — наружный периметр поперечного сечения сваи; fi — расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи; li — толщина i-го слоя грунта, прорезываемого сваей.
Расчетную нагрузку, допускаемую на железобетонную сваю по материалу, определяют по формуле
где γc — коэффициент условий работы, принимаемый для свай, изготовляемых в грунте, равным 0,6; для остальных—1; γcb— коэффициент условий работы бетона; Rb — расчетное сопротивление бетона сжатию; Аb — площадь поперечного сечения бетонной сваи; Rsc — расчетное сопротивление арматуры сжатию; As — площадь арматуры.
Вычисленная по формулам несущая способность сваи в некоторых случаях может существенно отличаться от их несущей способности в реальных условиях строительной площадки, поэтому непосредственно на строительной площадке несущую способность свай проверяют по данным испытаний динамической нагрузкой, статическим зондированием или статической нагрузкой.
При проектировании свайного фундамента из висячих свай его условно заменяют массивным жестким фундаментом, контур которого АБВГ ограничен размерами ростверка, свай и некоторым объемом окружающего грунта (рис.8.1). При расчете предполагают, что нагрузка передается на грунт, залегающий непосредственно под плоскостью, проходящей через нижние концы свай.
Рис.8.1. К расчету свайного фундамента
При расчете свайных фундаментов из висячих свай должны выполняться требования расчета по второй группе предельных состояний, т. е. среднее давление под подошвой условного фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта R, а осадки не должны превышать допустимых. При центрально приложенной нагрузке среднее давление под подошвой условного фундамента определяется из выражения
(8.6)
где п — коэффициент надежности, принимаемый равным 1; N — нагрузка от сооружения на уровне спланированной отметки земли; G1 — вес свай; G2 — вес грунта в объеме АБВГ; G3 —вес ростверка; Аусл— площадь условного фундамента, определяемая с помощью осредненного угла внутреннего трения (φII cp) грунтов, прорезываемых сваей:
(8.7)
здесь φIIn — угол внутреннего трения n-го слоя грунта; ln — мощность n-го слоя грунта.
При проектировании свайных фундаментов необходимо соблюдать следующие конструктивные требования: расстояние между осями висячих свай должно быть в пределах 3÷6 b (b — ширина квадратной сваи или диаметр круглой); расстояние в свету между стволами свай-оболочек должно быть не менее 1 м; минимальное расстояние между осями свай-стоек— 1,5 b; расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи при свободном ее закреплении в ростверк принимается при размещении свай: однорядном — не менее 0,2 b + 5 см; двух- и трехрядном—0,3 b + 5 см и при большем числе рядов — 0,4 b + 5 см.
Ростверки выполняют из монолитного или сборного железобетона. Высота ростверка назначается согласно расчету на продавливание в соответствии с требованиями норм проектирования железобетонных конструкций по формуле
(8.8)
где b — ширина или диаметр сваи; N — усилие, приходящееся на одну сваю; k — коэффициент, принимаемый равным 1; Rbt — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.
Примеры расчетов несущей способности и осадки свайного фундамента даны в Приложении VI, VII.
Фундаменты сооружения получают крен вследствие внецентренного нагружения основания; несимметричной загрузки, окружающей фундамент поверхности грунта, неоднородного напластования грунтов основания.
При внецентренном нагружении фундамента рассматривают раздельно деформации основания от центрально приложенной нагрузки, приводящей к равномерной осадке фундамента, и его поворота от действия момента. Различают два основных случая расчета крена фундаментов или сооружений.
Первый случай – сооружение (несущая конструкция) опирается на отдельный жесткий фундамент. При этом фундамент совместно с сооружением (дымовой трубой, телебашней, водонапорной башней и пр.) поворачивается на определенный угол, тангенс которого называют креном.
Второй случай – жесткое сооружение опирается на несколько фундаментов (бункерные корпуса, здания элеваторов и т.п.). При этом крен сооружения возникает из-за неравномерных осадок отдельных фундаментов. .
А. Первый случай крена фундамента совместно с сооружением (или отдельной его конструкцией).Крен отдельного фундамента i СНиП рекомендует определять по формуле:
, (9.1)
где Е и ν – соответственно модуль деформации, кПа, и коэффициент Пуассона грунта основания (при неоднородном напластовании грунтов значения Е и ν усредняются в пределах сжимаемой толщи Нс согласно п. 11 прил. 2 СНиП); ke – коэффициент, принимаемый по табл. 6.14; NII – вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент в уровне его подошвы; е – эксцентриситет; а – диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент; km – коэффициент, учитываемый при расчете крена фундамента по схеме линейно деформируемого полупространства (при использовании расчетной схемы линейно деформируемого полупространства km = 1).
Коэффициент Пуассона ν в указанном расчете СНиП рекомендует принимать равным длягрунтов: крупнообломочных – 0,27; песков и супесей – 0,30; суглинков – 0,35; глин – 0,42.
Для круглых фундаментов крен:
, (9.2)
где r – радиус фундамента, м; остальные обозначения те же, что в формуле (9.1).
Если крен фундамента обусловлен неравномерным напластованием грунтов или неравномерной загрузкой прилежащих к фундаменту площадей, то его находят по формуле:
, (9.3)
где s1 и s2 – осадки, подсчитанные около противоположных краев фундамента; L – расстояние между точками, в которых определялись осадки.
РАСЧЕТ ОСАДОК ОТДЕЛЬНО СТОЯЩЕГО ФУНДАМЕНТА МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО СУММИРОВАНИЯ Расчет деформаций основания большей частью сводятся к определение осадки в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83
Источник: studopedia.ru
[content-egg module=GdeSlon template=compare]
Станьте первым!