Вес грунта на обрезах ростверка

Обновлено: 09.01.2025

Сбор нагрузок на фундамент. Расчет конструкции по первой и второй группам предельных состояний , страница 2

γ_II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды), кН/м 3 (γ_II = 18,61 кН/м 3 );

γ ’ _II – то же, залегающих выше подошвы, кН/м 3 (γ ’ _II= 19,27 кН/м 3 );

b – ширина подошвы фундамента, м;

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

d – глубина заложения фундамента, м;

d_b– глубина подвала, м.

Краевые напряжения под подошвой фундамента вычисляются по формулам:

, где N₀₁ – сумма вертикальных нагрузок в уровне обреза здания, кН;

b– ширина подошвы фундамента, м;

γ_m – усредненное значение удельных весов материалов фундамента и грунта обратной засыпки котлована, кН/м 3 ;

d – глубина заложения фундамента, м.

Для центренно нагруженных фундаментов установлены следующие условия:

Вес 1 м стены фундамента G_Ф = 41,69 кН.

Вес грунта на обрезе фундамента:

, где G_гр – вес грунта на обрезе фундамента, кН;

V_гр – объем грунта, м 3 ;

γ ’ _I_I – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы, кН/м 3 .

Определим ширину подошвы фундамента bпо методу последовательных приближений.

Первое приближение: м;

Второе приближение: м;

Третье приближение: м;

Четвертое приближение: м;

Определим ширину подошвы фундамента графическим методом

Рисунок 3.1 – График зависимости Rи P от b

Принимаем в качестве подушки железобетонную плиту Ф 24 шириной b = 2,4 м.

Для плиты шириной b = 2,4 м вычисляем расчетное сопротивление грунта.

Зная размеры фундамента вычисляем его объем, а также вес грунта на его обрезах и проверяем давление по подошве

, где р– давление под подошвой фундамента, кПа;

N– вертикальная сила, кН;

А_ф – площадь подошвы фундамента, м 2 .

Проверяем выполнение условия:

Условие выполняются, недонапряжение составило %.

Окончательно принимаем в качестве подушки фундамента сборную плиту марки Ф 24.

Расчет конструкции по первой и второй группам предельных состояний

Рассчитаем конструкцию фундамента по первой и второй группам предельных состояний. В качестве материала фундамента берем бетон класса В 25. Под подошвой фундамента предусмотрена песчано-гравийная подготовка, поэтому высоту защитного слоя бетона примем равной а = 3,5 см.

Вычислим рабочую высоту сечения по формуле

, где h₀ – рабочая высота сечения, см;

h – высота фундаментной плиты, см;

а – толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры, см.

Определим расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта на его обрезах:

Вес 1 м стены фундамента = 53,5 кН.

Вес грунта на обрезе фундамента:

, где – расчетный вес грунта на обрезе фундамента, кН;

G_гр – вес грунта на обрезе фундамента, кН;

Найдем максимальное давление под подошвой фундамента от действия расчетных нагрузок по формулам:

, где р– давление под подошвой фундамента, кПа;

N– расчетная вертикальная сила, кН;

А_ф – площадь подошвы фундамента, м 2 .

Напряжение в грунте под подошвой фундамента у грани стены определим по формуле:

, где p_i – напряжения в любом расчетном сечении подошвы фундамента, кПа;

N– вертикальная сила, кН;

А – площадь подошвы фундамента, м 2 ;

l_i – расстояние от оси фундамента до рассматриваемого сечения, м;

b – ширина фундамента, м.

Поперечная сила у грани стены определим по формуле

, где Q_i – поперечная сила в сечении внецентренно нагруженного фундамента, кН;

Предварительное определение веса ростверка

Исходя из условия конструктивного размещения свай на расстоянии 3d друг от друга находится условное давление под подошвой ростверка:

(3.4)

d – размер поперечного сечения сваи: d = 0.35 м.

Условная площадь подошвы ростверка определяется по формуле:

(3.5)

N_о,_II – расчетная нагрузка по обрезу фундамента: N_о,_II = 1392.15 тс;

d_р – глубина заложения подошвы свайного ростверка: d_р = 2.5 м;

РАЗДЕЛ III: Расчет свайного фундамента

Свайный фундамент состоит из свай и ростверка. Применяют их при слабых грунтах или вследствие технико-экономических преимуществ.

Свая – стержень, погруженный в готовом виде в грунт или изготовленный непосредственно в скважине в грунтовом массиве.

Ростверком называется балка или плита, объединяющая группу свай в единый фундамент. Расчет свайных фундаментов производится по двум группам предельных состояний:

Тип свай, их длина, размер поперечного сечения назначаются исходя из конкретных инженерно-геологических условий строительной площадки.

При назначении глубины заложения подошвы свайного фундамента необходимо учитывать вид и состояние грунтов строительной площадки, положение уровня грунтовых вод, конструктивные особенности сооружения.

Глубина заложения свайного ростверка в непучинистых грунтах назначается независимо от глубины промерзания (не менее 0,5 м от поверхности планировки), в пучинистых грунтах – ниже расчетной глубины промерзания не менее чем на 0,25м.

В промышленных и гражданских зданиях обрез ростверка принимается на 15….20 см ниже уровня отметки пола. Толщина ростверка должна быть не менее 40 см. Окончательная его толщина определяется проверочным расчетом на изгиб или на продавливание головами свай. Величина заделки головы железобетонной сваи в ростверке составляет:

а) при отсутствии горизонтальных нагрузок на фундамент – не менее 5…10 см. При этом заделка выпусков арматуры в ростверк необязательна;

б) при наличии горизонтальных нагрузок на фундамент – не менее поперечного сечения сваи или на 5…10 см с обязательным выпуском в ростверк арматуры периодического профиля на длину 25 ее диаметров.

3.2. Определение расчетного сопротивления сваи, количества свай и расчет условия соответствия фактической нагрузки на сваю с расчетным сопротивлением сваи.

Расчетное сопротивление сваи (допустимая нагрузка на сваю) определяется по прочности материала и прочности грунта. Для дальнейших расчетов принимается меньшее полученное, как правило, значение. Расчета висячих свай по материалу не требуется, т.к. его результат обычно больше, чем по грунту. Расчетное сопротивление висячей сваи по грунту определяем по формуле:

где gс – коэффициент условий работы сваи, gс = 1;

gк – коэффициент надежности по грунту, gк = 1,4;

R= 1143,8 кПа – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи,(табл.6)

А= 0,09 м² – площадь поперечного сечения сваи;

U = 1,2 м – наружный периметр сваи;

h_i - толщина i-того слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, h_i = 2м (толщину грунта, прорезаемую сваей, разбиваем на слои толщиной по 2 м);

Определим среднюю глубину заложения слоя Zi :

Глубина погружения: 1,5 + 6 + 0,25 = 7,75м. Для такой глубины погружения, с помощью метода интерполяции, принимаем расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи равным R = 1143,8кПа (по табл. 6).

В качестве примера на рис.4 дана схема для определения расчетного сопротивления сваи.

Рис.4 Расчетная схема ( значения даны в сантиметрах).

Таблица 6. Расчетные сопротивления R

Примечания: 1. в случаях, когда значения R указаны дробью, числитель относится к пескам, знаменатель – к пылевато-глинистым грунтам.

2. Для плотных песков значения R увеличиваются на 60%, но не более, чем до R = 20 МПа.

Результаты интерполяции запишем в таблицу 6.1:

при I L = 0,5	I L = 0,6	Zо = 7,75
Zо = 7 R = 1400 Zо = 7,75 R = 1425 Zо = 10 R = 1500	Zо = 7 R = 850 Zо = 7,75 R = 862,5 Zо = 10 R = 900	I L = 0,5 R = 1425 I L = 0,55 R = 1143,8 I L = 0,6 R = 862,5

Расчет производим методом интерполяции и результаты запишем в таблицу 7.1

Полученные значения подставим в формулу и вычислим сопротивление сваи

F = 1 / 1,4 [1 х 1143,8 х 0,09 + 1,2 (1 х 18 х 2 + 1 х 21 х 2 + 1 х 22 х 1,45 + 1 х 22,4 х 0,8)] = 1/1,4 [102,9+1,2(36+42+31,9+17,9)]= 1/1,4 [102,9+1,2х127,8] = 183 кН

Определяем количество свай по формуле

- коэффициент надежности, равный 1,4;

- коэффициент надежности по нагрузке, равный 1;

- осредненное значение удельного веса грунта и ростверка, принимаемое ;

a - шаг свай; a =3d = 3 х 0,3 = 0,9;

- наименьшая несущая способность сваи.

n = (1,4 х 460) /(183 – 1 х 0,9² х 1,5 х 20)= 644 / 158,7 = 4 сваи

Рассчитаем фактическую нагрузку на сваю по формуле

Nф = Nn / n + Mn /W.

где n – количество свай в фундаменте;

W = ( b2² L) / 6 = 0,86

Nф = 460 / 4 + 28 / 0,86 = 115+32,6 = 147,6кН

147,6кН < 183кН. Условие выполняется. Расчетная вертикальная нагрузка, действующая на сваю, не превышает несущей способности сваи.

3.3. Расчет свайного фундамента как условно массивного

Производим размещение свай в ростверке. Cваи располагаем в два ряда (рис.5). При определении размеров ростверка расстояние от оси крайнего ряда до края плиты примем равным не менее :

0,7d = 0,7 х 0,3 = 0,21м + 0,055м = 0,265м.

Минимальные расстояния между осями свай должны быть не менее:

3d = 3 х 0,3 = 0,9м,

где d – поперечный размер сваи. Определяем размеры ростверка : 1,73м х 1,73м х 0,5 м .

Рис. 5. Расположение свай в ростверке (размеры в см)

При расчете осадок свайный фундамент принимаем условно как массивный с подошвой, расположенной на уровне концов свай. Перед определением осадки проверяем прочность основания фундамента в уровне острия сваи. Положение граней 1,2 и 3,4 условного массивного фундамента определяем, используя средневзвешенное значение расчетного угла внутреннего трения j ср.

где j1, j2, …..jn – расчетные значения углов внутреннего трения грунта в пределах соответствующих участков сваи h1, h2…… hn;

Ay – площадь подошвы условного массива,м; Ay = 2,82 х 2,82 = 7,95 м²

R – расчетное сопротивление грунта основания условного фундамента в уровне острия сваи, кПа при dl=zо; b=by;

где NoII - нормативная нагрузка = 460 кН;

NфII = Vр х g cp = 1,75 х 20 = 35 кН;

Vр=1,73 х 1,73 х 0,5 + 1 х 0,5 х 0,5=1,5 + 0,25=1,75м³

NyII – вес условного фундамента в объеме свайно-грунтового массива

NyII =g ср х Zо +Ау = 19,6 х 7,75 + 7,95 = 159,85кН

Среднее давление по подошве условного фундамента :

R = 1,1 х 1,0 х [ 0,51 x 1 х 2.82 х 19,6 + 3,06 х 1,5 х 19,6 + ( 3,06 – 1 ) х 19,6 + 5,66 х 28] = 1,1 х 1,0 х [28,2+90+40,4+158,5] = 317,1 кПа

РII = 82,37 <R = 317,1

Расчет осадки кустового свайного фундамента как условно массивного производится так же, как фундамента мелкого заложения.

Расчет осадки свайного фундамента методом послойного суммирования деформаций:

Где Q - вес фундамента и грунта на его уступах, кН,

Определяем вес фундамента и грунта на его уступах

Среднее давление под подошвой фундамента

Определяем значения величин в формуле (6.6)

к=1,1, т.к. характеристики грунта определены по таблицам.

k_z=1 при ширине подошвы фундамента b<10м. (d=1,4м<10м).

d₁ –глубина заложения фундамента для зданий без подвала, d₁= d=1,4м.

d_в – глубина подвала. Для зданий без подвала d_в=0. С_II=4кПа.

Определяем расчётное сопротивление грунта по формуле (2.6)

Проверяем условие (6.4)

Условие удовлетворяется, ширина подошвы фундамента принята достаточной.

Расчёт осадки основания по формуле

Этот расчёт можно не производить, т.к. коэффициент пористости е =0,55 < 0,6.

6.3 Конструирование фундамента

Подбираем стеновые блоки по приложению Г, таблица 4. При толщине стены 38 см принимаем стеновой блок марки ФБС 24.4.6 с размерами:

длина l =2380мм, ширина b =400мм, высота h =580мм.

Определяем ориентировочно количество стеновых блоков

где h_n – высота блок – подушки;

h_б - высота стенового блока.

Принимаем 2 стеновых блока по высоте фундамента.

Окончательное конструирование фундамента.

По обрезу фундамента проектируем гидроизоляцию из руберойда по слою цементной стяжки. Толщина горизонтального шва кладки блоков - 20мм. Конструирование фундамента см. рисунок 6.1

Рисунок 6.1– Конструкция фундамента

6.4 Расчёт тела фундамента на прочность

Сечение фундамента изображено на рисунке 6.2

Величина С=(1,4 – 0,4) /2=0,5м

Расчётная нагрузка на обрез фундамента

Рисунок 6.2 - Расчётная схема фундамента

Давление под подошвой фундамента

Поперечная сила в расчётном сечении

Рабочая высота фундамента

h ₀ = h – a = 0,3 – 0,035 = 0,265 м

где защитный слой а = 0,035м, т.к. грунт маловлажный (при влажных грунтах а=0,07м).

Минимальная рабочая высота фундамента

Полная высота фундаментной подушки

h = 0,2 + 0,035 = 0,235м.<0,3м, значит высота блок - подушки h=0,3м принята достаточной.

Расчётный изгибающий момент

Площадь рабочей арматуры

По сортаменту арматурной стали принимаем рабочую арматуру.

Принято 5Ø 12 A-300 A_s =5,65 см 2 . Эта арматура располагается на 1м длины блок-подушки, значит шаг стержней 1 / 5= 0,2м = 200мм.

расчёт и конструирование ленточного фундамента

1. перечислить виды нагрузок, которые передаются на фундамент.

2. С какой площади перекрытия (покрытия) передаётся нагрузка на фундамент?

3. На какую часть длины собирается нагрузка на фундамент?

4. От чего зависит ширина подошвы фундамента?

5. Расшифруйте марку блок - подушки ФЛ 12.24, стенового блока ФБС24.5.6.

6. На что работает блок - подушка?

7. Где располагается рабочая арматура в блок - подушке, на что она работает?

8. Какая нормативная литература использовалась при расчёте фундамента?

7 расчет свайного фундамента

7.1 исходные данные

7.2 Сбор нагрузок

7.2.1 Сбор нагрузок на 1м 2 перекрытия чердачного перекрытия и крыши выполнен в таблицах7.1,7.2,7.3.

Таблица 7. 1- Сбор нагрузок на 1 м 2 плиты перекрытия

Примечание – Конструкцию пола см. рисунок 7.1

Таблица 7.2- Сбор нагрузок на плиту перекрытия чердака

Примечание – Конструкцию перекрытия см. рисунок 7.2

Таблица 7.3- Сбор нагрузок на 1погонный метр чердачной крыши

Примечание – Конструкцию крыши см. рисунок 7.3

7.2.2 Расчёт полной нагрузки на свайный фундамент

Расчёт ведётся для фундамента под внутреную несущую стену.

1.Нагрузка от собственного веса стены

7.3 Определение несущей способности висячей забивной сваи, Fd, кН, погружаемой без выемки грунта, следует определять как сумму сил расчётных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на её боковой поверхности, по формуле (7.1)

где g_с – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемой =1

R – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимается по таблице 5 приложения Г;

А – площадь опирания на грунт сваи, м 2 принимая по площади поперечного сечения сваи брутто;

U – наружный периметр поперечного сечения, м.

f_i - расчётное сопротивление i – го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи кПа (тс/м 2 ), принимаемое по таблице 6 приложения Г;

n_i – толщина i – го слоя грунта соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

g_с_r g_с_f - Коэффициенты условий работы грунта соответствено под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления грунта и принимается по таблице 6 приложения Г.

Виды и толщина слоев грунта, соприкасающихся с боковой поверхностью сваи:

- глина, I_L =0.4, толщина слоя h₁ =2,4м;

- суглинок, I_L =0.4, толщина слоя h₂ =2,0м;

- песок пылеватый, толщина слоя h₃ =3,0м.- общая толщина, соприкасается со сваей - 2,6м.

Длина сваи принята 7м. Сечение сваи 300×300мм.

Определяем данные к расчету по формуле (7.1)

R=1400 кПа – при глубине погружения сваи 7м, грунт – песок пылеватый.

Несущая способность сваи по формуле (7.1)

Определяем шаг сваи, м

7.3 Расчёт прочности на усилия при монтаже и транспортировке

Принимаем продольную арматуру с Ø 16 А 300, из условия технологии сварки принимаем поперечную арматуру Ø 6 А 240 с шагом 100 и 200 мм.

При расчете на транспортные усилия должно выполняться следующее условие

М_сеч – несущая способность сечения колонны при работе на изгиб

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Пособие по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений составлено к СНиП 2.03.01-84 „Бетонные и железобетонные конструкции” и распространяется на проектирование монолитных ростверков квадратной и прямоугольной формы в плане, с кустами из двух, четырех и более свай, под сборные и монолитные железобетонные колонны и под стальные колонны.

Примечание. Свайные фундаменты с кустами из двух свай рекомендуется применять только в каркасных бескрановых зданиях при условии расположения свай в створе пролета здания и величине эксцентриситета приложения нагрузки в перпендикулярном направлении не превышающей 5 см.

При проектировании ростверков, предназначенных для эксплуатации в сейсмических районах, а также в агрессивных средах должны соблюдаться дополнительные требования, регламентированные соответствующими нормативными документами.

1.2. Ростверк является элементом свайного фундамента, опирающимся на куст свай (черт. 1.). Проектировать куст свай следует в соответствии со СНиП II-17-77 „Свайные фундаменты”.

Сопряжение ростверков со сборными железобетонными колоннами предусматривается стаканным (с подколонником или без него) с монолитными железобетонными колоннами - монолитным, со стальными колоннами - с помощью анкерных болтов.

Черт. 1. Схема образования пирамиды продавливания под сборной железобетонной колонной прямоугольного сечения

1.3. Расчет ростверков производится по предельным состояниям первой группы (по прочности) и по предельным состояниям второй группы (по раскрытию трещин).

Величины нагрузок и воздействий, значения коэффициентов надежности по нагрузке и коэффициентов сочетаний, а также подразделения нагрузок на постоянные и временные - длительные, кратковременные, особые - должны приниматься в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" и СНиП 2.03.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции", а значения коэффициентов надежности по назначению - согласно „Правилам учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкций”.

При определении нагрузок от колонн на ростверки следует учитывать увеличение моментов в месте заделки колонн от действия вертикальных нагрузок при прогибе колонн.

При расчете ростверков расчетные сопротивления бетона следует умножать на коэффициент условий работы бетона g _b2, принимаемый равным 1,1 или 0,9 в зависимости от длительности действия нагрузок. Коэффициент условий работы бетона g _b2 принимается равным 1.

1.4. Расчет ростверков на сваях сплошного круглого сечения производится так же, как и на сваях квадратного сечения. При этом в расчете ростверка сечения круглых свай условно приводятся к сваям квадратного сечения, эквивалентного круглым сваям по площади, т.е. с размером стороны сечения, равным 0,89 d_sv, где d_sv - диаметр свай.

2. РАСЧЕТ РОСТВЕРКОВ ПО ПРОЧНОСТИ

А. РАСЧЕТ ПО ПРОЧНОСТИ РОСТВЕРКОВ ПОД СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОЛОННЫ

2.1. Расчет по прочности плитной части ростверков под сборные железобетонные колонны производится: на продавливание колонной; продавливание угловой сваей; по прочности наклонных сечений на действие поперечной силы; на изгиб по нормальному и наклонному сечениям; на местное сжатие (смятие) под торцами колонн. Помимо этого проверяется прочность стакана ростверка.

Расчет ростверков на продавливание колонной

2.2. Расчет на продавливание колонной центрально-нагруженных ростверков свайных фундаментов с кустами из четырех и более свай производится по формуле (1) из условия, что продавливание происходит по боковой поверхности пирамиды, высота которой равна расстоянию по вертикали от рабочей арматуры плиты до низа колонны, меньшим основанием служит площадь сечения колонны, а боковые грани, проходящие от наружных граней колонны до внутренних граней свай, наклонены к горизонтали под углом не менее 45° и не более угла, соответствующего пирамиде с c=0,4h₀ (см. черт. 1):

где F_per - расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций всех свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания, определяемая из условия

При этом реакции свай подсчитываются только от продольной силы N, действующей в сечении колонны у верхней горизонтальной грани ростверка;

здесь n - число свай в ростверке;

n₁ - число свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания;

R_bt - расчетное сопротивление бетона растяжению для железобетонных конструкций с учетом коэффициента условий работы бетона;

h₀ - рабочая высота сечения ростверка на проверяемом участке, равная расстоянию от рабочей арматуры плиты до низа колонны, условно расположенного на 5 см выше дна стакана;

и_i - полусумма оснований i-й боковой грани фигуры продавливания с числом граней m;

с_i - расстояние от грани колонны до боковой грани сваи, расположенной за пределами фигуры продавливания;

a - коэффициент, учитывающий частичную передачу продольной силы на плитную часть через стенки стакана, определяемый по формуле

здесь A_f - площадь боковой поверхности колонны, заделанной в стакан фундамента, определяемая по формуле

здесь b_col, h_col - размеры сечения колонны;

h_апс - длина заделки колонны в стакан фундамента.

При расчете на продавливание центрально-нагруженных ростверков колонной прямоугольного сечения формула (1) приобретает следующий вид:

c₁ - расстояние от грани колонны с размером b_col до параллельной ей плоскости, проходящей по внутренней грани ближайшего ряда свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания;

c₂ - расстояние от грани колонны с размером h_col до параллельной ей плоскости, проходящей по внутренней грани ближайшего ряда свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания.

Отношение принимается не менее 1 и не более 2,5.

При с_i>h₀ c_i принимается равным h₀; при с_i<0,4h₀ с_i принимается равным 0,4h₀.

При расчете на продавливание колонной квадратного сечения центрально нагруженных ростверков при c₁=с₂=с формула (4) будет иметь следующий вид:

При установке в пределах пирамиды продавливания поперечной арматуры расчет должен производиться из условия

(6)

но не более 2F_b. Сила F_b принимается равной правой части условия (1).

Сила F_sw определяется как сумма всех поперечных усилий, воспринимаемых хомутами, пересекающими боковые грани пирамиды продавливания, по формуле

(7)

где R_sw - расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению при расчете наклонных сечений на действие поперечной силы;

A_sw - суммарная площадь сечения поперечной арматуры, пересекающей боковые грани пирамиды продавливания.

2.3. Расчет на продавливание колонной внецентренно нагруженных ростверков производится по тем же формулам, что и на продавливание центрально-нагруженных ростверков, но при этом расчетная величина продавливающей силы принимается равной где - сумма реакций всех свай, расположенных с одной стороны от оси колонны в наиболее нагруженной части ростверка за вычетом реакций свай, расположенных в зоне пирамиды продавливания с этой же стороны от оси колонны.

В этом случае реакции свай подсчитываются от продольной силы и момента, действующих в сечении колонны у верхней горизонтальной грани ростверка.

При моментах, действующих в поперечном и продольном направлениях, величина , определяется в каждом направлении отдельно; в расчет принимается большая из этих величин.

Примечание. При стаканном сопряжении колонны с ростверком и эксцентриситете продольной силы в колонне величину , допускается определять, принимая величину момента, передающегося на ростверк от колонны, равной Если при этом дно стакана располагается выше плитной части ростверка, должна быть дополнительно выполнена проверка ростверка на продавливание при полном моменте и соответствующей ему сумме реакций свай из условия, что меньшим основанием пирамиды продавливания служит площадь подколонника.

2.4. При сборных железобетонных двухветвевых колоннах, имеющих общий стакан, расчет ростверка на продавливание выполняется как при колонне со сплошным прямоугольным сечением, соответствующим внешним габаритам двухветвевой колонны (черт. 2).

Черт. 2. Схема образования пирамиды продавливания под сборной железобетонной двухветвевой колонной

2.5. При многорядном расположении свай (черт. 3) помимо расчета на продавливание колонной по пирамиде продавливания, боковые стороны которой проходят от наружной грани колонны до ближайших граней свай, должна быть проведена проверка на продавливание ростверка колонной в предположении, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, две или все четыре боковые стороны которой наклонены под углом 45°; при этом реакции свай, находящихся в пределах площади нижнего основания пирамиды продавливания, не учитываются.

Черт. 3. Схема образования пирамид продавливания под сборной железобетонной колонной при многорядном расположении свай за наружными гранями колонны

2.6. Расчет на продавливание колонной центрально-нагруженных ростверков свайных фундаментов с кустами из двух свай (черт. 4) производится из условия

где F_per - расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций обеих свай от продольной силы N, действующей в колонне;

R_bt, h₀; c₁; b_col, h_col, a - обозначения те же, что в формулах (1) и (3);

с₂ - расстояние от плоскости грани колонны с размером h_col до наружной грани штатной части ростверка.

Черт. 4. Схема образования пирамиды продавливания под сборной железобетонной колонной в двухсвайном фундаменте

2.7. Расчет на продавливание колонной внецентренно нагруженных ростверков свайных фундаментов с кустами из двух свай также производится по формуле (8), но при этом расчетная величина продавливающей силы принимается равной F_per=2F_i, где F_i - реакция наиболее нагруженной сваи от продольной силы N и момента М, действующих в колонне.

2.8. При стаканном сопряжении колонны с ростверком, когда стенки стакана подколонника имеют большую толщину (d_s>0,75h_p), или в штатных ростверках (черт. 5) при заглублении колонны в штатную часть ростверка не менее чем на 1/3 ее высоты, помимо расчета ростверка на продавливание в соответствии с пп. 2.2 - 2.7 следует производить расчет ростверка на раскалывание колонной от силы N по формуле

где N - продольная сила, действующая в сечении колонны у верхней горизонтальной грани ростверка;

m - коэффициент, вычисляемый по формуле

здесь s _sid - напряжение бокового обжатия, МПа, определяемое по формуле

(11)

здесь A_b - наименьшая площадь вертикального сечения ростверка по оси колонны за вычетом вертикальной площади сечения стакана и площади трапеции, расположенной под колонной, с наклоненными под углом 45° сторонами (на черт. 5 площадь трапеции показана пунктирными линиями);

R_bt, a - обозначения те же, что в формуле (1);

а - условное обозначение вводимой в расчет стороны сечения колонны (b_col или h_col);

Допускается принимать m =0,75.

Найденная по формуле (9) несущая способность ростверка по раскалыванию сравнивается с его несущей способностью на продавливание () и принимается большая из этих величин.

Черт. 5. Схема свайного фундамента с плитным ростверком

При этом несущая способность ростверка, определенная по формуле (9), должна приниматься не более его несущей способности на продавливание колонной от верха ростверка от продольной силы и момента, действующих в этом сечении. Расчет на продавливание от верха ростверка производится по пп. 2.2 - 2.7 с введением в правую часть формул (1); (4); (5); (8) коэффициента 0,75 и принимая h₀ равным расстоянию от рабочей арматуры плиты до верхней горизонтальной грани ростверка.

Расчет ростверков на продавливание угловой сваей

где F_ai - расчетная нагрузка на угловую сваю с учетом моментов в двух направлениях, включая влияние местной нагрузки (например, от стенового заполнения);

h₀₁ - рабочая высота сечения на проверяемом участке, равная расстоянию от верха свай до верхней горизонтальной грани плиты ростверка или его нижней ступени.

и_i - полусумма оснований i-й боковой грани фигуры продавливания высотой h₀₁, образующейся при продавливании плиты-ростверка угловой сваей;

b _i - коэффициент, определяемый по формуле

(13)

здесь k - коэффициент, учитывающий снижение несущей способности плиты ростверка в угловой зоне.

В преобразованном виде формула (12) будет иметь вид

где

b₀₁; b₀₂ - расстояния от внутренних граней угловых свай до наружных граней плиты ростверка (черт. 6);

c₀₁; c₀₂ - расстояния от внутренних граней угловых свай до ближайших граней подколонника ростверка или до ближайших граней ступени при ступенчатом ростверке;

b ₁ и b ₂ - значения этих коэффициентов принимаются по табл. 1.

Определение приближенного веса ростверка и числа свай

4. Определение приближенного веса ростверка и числа свай.

Число свай определяем по формуле 9,25[9]

где ==1,5 - коэффициент учитывающий действие момента;

Принимаем число свай 1шт.

5. Конструирование ростверка.

Габаритные размеры ростверка (подколонника) в плане равны 0,6х0,6м, по высоте – 1,3м.

;

6. Проверка усилий передаваемых на сваи.

При действии момента, наиболее нагруженными оказываются сваи, максимально удаленные от центра тяжести свайного поля (в рассматриваемом случае y_i=0). Вычисляем суммарную расчетную нагрузку на сваю в уровне подошвы ростверка и момент в уровне подошвы ростверка.

Расчетное усилие, передаваемое на сваю, определяем по формуле 9,29

Свая сжата, расчетное усилие на сваю не превышает силы расчетного сопротивления сваи.

7. Расчет осадок фундамента.

средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах глубины заложения условного фундамента d_c; с_II=2 кПа – параметр сцепления несущего слоя грунта,

Проверяем давление на грунт по подошве фундамента p_II=432,79кПа<R=1396,04кПа. Требование по п.2,41 СНиП 2.02.01-83 удовлетворено. Расчет осадки основания можно выполнять, используя решения теории упругости. Так как ширина подошвы фундамента меньше 10м, для расчета осадки фундамента используем метод послойного суммирования.

Природное давление на уровне подошвы условного фундамента

Дополнительное давление по подошве условного фундамента

Вычисление природных и дополнительных напряжений под подошвой условного фундамента колонны К₁.

Осадка фундамента 0,7см меньше предельно допустимой осадки фундаментов s_u=12см производственных зданий с металическим каркасом.

Рис. 8.21 Расчетная схема к определению осадки свайного фундамента под колонну К₁.

8.5.3 Проектирование фундамента под колонну К₂.

1. Исходные данные.

Наиболее невыгодное сочетание нагрузок на уровне обреза фундамента

N=696,83кН, М= 76,79кН*м, Q=20кН.

2. Выбор глубины заложения ростверка, несущего слоя грунта и конструкции сваи.

3. Определение несущей способности и силы сопротивления сваи по материалу и по грунту.

4. Определение приближенного веса ростверка и числа свай.

Число свай определяем по формуле 9,25[9]

где ==1,5 - коэффициент учитывающий действие момента;

Методика расчета свайного буронабивного фундамента с ростверком

Расчет свайного фундамента выполняется в зависимости от его типа. Важно понимать, что расчет буронабивных свай будет отличаться от вычислений для винтовых. Но во всех случаях требуется выполнить предварительную подготовку, которая включает в себя сбор нагрузок и геологические изыскания.

Изучение характеристик грунта

Несущая способность буронабивной сваи будет во многом зависеть от прочностных характеристик основания. В первую очередь стоит выяснить прочностные показатели грунтов на участке. Для этого пользуются двумя методами: ручным бурением или отрывкой шурфов. Грунт разрабатывается на глубину на 50 см больше, чем предполагаемая отметка фундамента.

Схема буронабивного фундамента

Перед тем, как рассчитать свайный фундамент рекомендуется ознакомиться с ГОСТ «Грунты. Классификация» приложение А. Там представлены основные определения, исходя из которых, тип грунта можно определить визуально.

Далее потребуется таблица с указанием прочности грунта в зависимости от его типа и консистенции. Все необходимые для расчета характеристики приведены на картинках ниже.

Глинистая почва в области подошвы сваи

Глинистая почва по длине сваи

Сбор нагрузок

Перед расчетом буронабивного фундамента также необходимо выполнить сбор нагрузок от всех вышележащих конструкций. Потребуется два отдельных вычисления:

нагрузка на сваю (с учетом ростверка);
нагрузка на ростверк.

Это необходимо потому, что отдельно будет выполнен расчет ростверка свайного фундамента и характеристик свай.

При сборе нагрузок необходимо уесть все элементы здания, а также временные нагрузки, к которым относится масса снегового покрова на крыше, а также полезная нагрузка на перекрытие от людей, мебели и оборудования.

Для расчета свайно-ростверкового фундамента составляется таблица, в которую вносится информация о массе конструкций. Чтобы рассчитать эту таблицу, можно пользоваться следующей информацией:

Собственный вес фундаментов и ростверка определяется в зависимости от геометрических размеров. Сначала требуется вычислить объем конструкции. Плотность железобетона при этом принимается равной 2500 кг/куб.м. Чтобы получить массу элемента, нужно объем умножить на плотность.

Каждую составляющую нагрузки нужно умножить на специальный коэффициент, который повышает надежность. Его подбирают в зависимости от материала и способа изготовления. Точное значение можно найти в таблице:

Расчет сваи

На этом этапе вычислений необходимо определиться со следующими характеристиками:

шаг свай;
длина сваи до края ростверка;
сечение.

Чаще всего размеры сечения определяют заранее, а остальные показатели подбирают исходя их имеющихся данных. Таким образом, результатом расчета должны стать расстояние между сваями и их длина.

Всю массу здания, полученную на предыдущем этапе, требуется разделить на общую длину ростверка. При этом учитываются как наружные, так и внутренние стены. Результатом деления станет нагрузка на каждый пог.м фундаментов.

Несущую способность одного элемента фундамента можно найти по формуле:
P = (0,7 • R • S) + (u • 0,8 • fin • li), где:

P — нагрузка, которую без разрушения выдерживает одна свая;
R — прочность почвы, которую можно найти по таблицам, представленным ниже после изучения состава грунта;
S — площадь сечения сваи в нижней части, для круглой сваи формула выглядит следующим образом: S = 3,14*r2/2 (здесь r — это радиус окружности);
u — периметр элемента фундамента, можно найти по формуле периметра окружности для круглого элемента;
fin — сопротивление почвы по боковым сторонам элемента фундамента, см. таблицу для глинистых грунтов выше;
li — толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (находят для каждого слоя почвы отдельно);
0,7 и 0,8 — это коэффициенты.

Шаг фундаментов рассчитывается по более простой формуле: l = P/Q, где Q—это масса дома на пог.м фундамента, найденная ранее. Чтобы найти расстояние между буронабивными сваями в свету, из найденной величины просто вычитают ширину одного элемента фундамента.

При выполнении расчетов рекомендуется рассмотреть несколько вариантов с разными длинами элементов. После этого будет легко подобрать наиболее экономичный.

Армирование буронабивных свай выполняется в соответствии с нормативными документами. Арматурные каркасы состоят из рабочей арматуры и хомутов. Первая берет на себя изгибающие воздействия, а вторые обеспечивают совместную работу отдельных стержней.

Каркасы для буронабивных свай подбираются в зависимости от нагрузки и размеров сечения. Рабочая арматура устанавливается в вертикальном положении, для нее используют стальные стержни D от 10 до 16 мм. При этом выбирают материал класса А400 (с периодическим профилем). Для изготовления поперечных хомутов потребуется закупить гладкую арматуру класса А240. D = минимум 6-8 мм.

Сортамент стальной арматуры

Каркасы буронабивных свай устанавливаются так, чтобы металл не доходил за край бетона на 2-3 см. Это нужно для обеспечения защитного слоя, который предотвратить появление коррозии (ржавчины на арматуре).

Размеры ростверка и его армирование

Элемент проектируется так же, как и ленточный фундамент. Высота ростверка зависит от того, насколько нужно поднять здание, а также от его массы. Самостоятельно можно выполнить расчет элемента, который опирается вровень с землей, или немного заглублен в нее. Основа расчетов висячего варианта слишком сложна для неспециалиста, поэтому такую работу стоит доверить профессионалам.

Пример правильной вязки арматурного каркаса

Размеры ростверка вычисляются так: В = М / (L • R), где:

B — это минимальное расстояние для опирания ленты (ширина обвязки);
М — масса здания без учета веса свай;
L — длина обвязки;
R — прочность почвы у поверхности земли.

Арматурные каркасы обвязки подбираются так же, как и для здания на ленточном фундаменте. В ростверке требуется установить рабочее армирование (вдоль ленты), горизонтальное поперечное, вертикальное поперечное.

Общую площадь сечения рабочего армирования подбирают так, чтобы она была не меньше 0,1% от сечения ленты. Чтобы подобрать сечение каждого стержня и их количество (четное), пользуются сортаментом арматуры. Также необходимо учитывать указания СП по наименьшим размерам.

Читайте также: