Определение размеров подошвы фундаментов

Расчет по несущей способности производят исходя из теории линейной деформируемой среды, где среднее давление под подошвой фундамента ограничивается развитием зон пластических деформаций под краями фундамента на глубину d, не превышающую 0,25 ширины подошвы фундамента. Такое давление называется расчетным сопротивлением грунта основания R.

. (3)

В Нормах (СП 22.13330.2011) при проектировании фундаментов в открытых котлованах требуется обеспечить условие:

p_II ≤ R, (4)

где p_II – среднее давление по подошве фундамента, кПа;

R- расчетное сопротивление основания, кПа.

Для внецентренно-нагруженных фундаментов проверяются условия:

Р_max≤1,2R, (5)

Р_min>0 , (6)

где Р_max,Р_min, – краевые давления подошвы внецентренно нагруженного фундамента.

Условие (10) обеспечивает исключение отрыва подошвы фундамента от грунта.

Применительно к прямоугольной площади подошвы фундамента краевые давления можно определить по формулам:

(7)

Эксцентриситеты и . (8)

В случае, когда момент действует только относительно одной главной оси инерции, что бывает достаточно часто, формулы (11) примут вид:

(9)

где – эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести площади подошвы фундамента, м.

Исходя из условия равновесия площадь подошвы центрально-нагруженного фундамента:

, (10)

где – расчетная нагрузка по второй группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента (в уровне планировочной отметки), кН;

- осредненное расчетное значение удельного веса грунта и материала фундамента.

Принимается =17 кН/м³ для подвальных зданий,

=20 кН/м³ для бесподвальных зданий;

d – глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки или пола здания по грунту, м;

R₀- условное расчетное сопротивление грунта основания, кПа.

После нахождения площади подошвы устанавливаются размеры фундамента:

1) , м – в случае квадратной подошвы; (11)

2) в случае прямоугольной подошвы:

, (12)

где - коэффициент отношения размеров большей стороны к меньшей (ширине) b.

Для ленточного (непрерывного) фундамента м, т.е. ширина численно равна площади подошвы, так как используемая расчетная нагрузка обычно приходится на м длины фундамента.

Найденные размеры подошвы фундамента округляются с учетом принятой модульности и унификации элементов конструкций (табл.10, 11, 12), конструируют и рассчитывают фундамент на прочность.

По принятым размерам фундамента определяют его объем и вес

, (13)

где - удельный вес материала, кН/м³, из которого будет изготовлен фундамент:

– особо тяжелый бетон, применяемый для специальных защитных конструкций, изготавливается на особо тяжелых заполнителях (барит, магнетит, чугунный скрап) ;

– тяжелый бетон, применяемый во всех несущих конструкциях, изготавливается на песке, гравии, щебне из тяжелых горных пород;

– облегченный, применяют преимущественно в несущих конструкциях.

Расчетный вес грунта над уступами фундамента находят из выражения:

, (14)

где – удельный вес грунта обратной засыпки, кН/м³. Принимается равным , где коэффициент 0,95 выражает соотношение между удельными весами грунтов нарушенной и ненарушенной структуры.

Размеры подошвы фундамента должны быть проверены исходя из условия

(15)

где – среднее давление по подошве фундамента, кПа;

– расчетная нагрузка от веса фундамента, кН;

– расчетная нагрузка от веса грунта и пола подвала, лежащих на уступах фундамента, кН;

и – длина и ширина фундамента, соответственно, м;

– расчетное сопротивление грунта основания, кПа.

Расчетное сопротивление грунта основания согласно СП 22.13330.2011определяется по формуле:

, (16)

где и - коэффициенты условий работы, принимаются по табл.6;

k - коэффициент, k=1, если характеристики свойств грунтов определены опытным путем; k=1,1, если характеристики приняты по справочным таблицам (табл.1.3 22.13330.2011);

- коэффициенты, принимаемые по табл.7 в зависимости от угла внутреннего трения слоя грунта, залегающего под подошвой фундамента;

k_z - коэффициент при b<10м k_z=1, при м (здесь м);

- ширина подошвы фундамента, м;

- расчетное значение удельного веса слоя грунта, залегающего под подошвой фундамента, кН/м³;

- расчетное значение удельного веса слоя грунта, залегающего выше подошвы фундамента, кН/м³;

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

d₁ - глубина заложения фундаментов бесподвальных зданий от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:

, (18)

где h_s - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf - толщина конструкции пола подвала, м;

- расчетное значение удельного веса материала пола подвала, кН/м³;

d_b - глубина подвала, принимается при ширине сооружения

В< 20м d_b = 2м,

В≥20м d_b = 0.

Таблица 6

Значения коэффициентов и

Грунты	Коэффициент	Коэффициент для сооружений с жесткой конструктивной схемой при соотношении L/H
4 и более	1,5 и менее
Крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме мелких и пылеватых	1,4	1,2	1,4
Пески мелкие	1,3	1,1	1,3
Пески пылеватые, маловлажные и влажные	1,25	1,0	1,2
Пески, насыщенные водой	1,1	1,0	1,2
Пылевато-глинистые (супеси, суглинки и глины с показателем текучести грунта IL ≤ 0,25)	1,25	1,0	1,1
То же при 0,25 < IL ≤ 0,5	1,2	1,0	1,1
То же при IL > 0,5	1,1	1,0	1,0

Конструирование фундамента

После проверки условия р_II≤R и Р_max≤1,2R производятся конструирование фундамента, определение формы, размеров его элементов по высоте.

Для колонн принимается квадратный в плане фундамент, а для стен конструирование ведется на 1 м.п. фундамента l=1м.

По высоте фундаменту придают ступенчатую форму, под колонну - форму стаканного типа, для стен возможна трапециевидная форма.

Предельный угол распределения давления в плане принимается для бетонных фундаментов α=35⁰, а для железобетонных – α=45⁰.

В зависимости от общей высоты фундамента может быть одна, две или несколько ступеней. Высота ступеней не должна превышать 0,9м и быть кратной 0,15м, минимальная высота ступени - 0,3м, а ширина ступеней должна быть кратной 0,1м.

Окончательные размеры фундамента принимаются после расчета деформаций оснований.

Таблица 7

Значения коэффициентов

Угол внутрен-него трения φII,град	Коэффициенты	Угол внутрен-него трения φII,град.	Коэффициенты
Mγ	Mq	Mc	Mγ	Mq	Mc
	0,00	1,00	3,14		0,69	3,65	6,24
	0,01	1,06	3,23		0,72	3,87	6,45
	0,03	1,12	3,32		0,78	4,11	6,67
	0,04	1,18	3,41		0,84	4,37	6,90
	0,06	1,25	3,51		0,91	4,64	7,14
	0,08	1,32	3,61		0,98	4,93	7,40
	0,10	1,39	3,71		1,06	5,25	7,67
	0,12	1,47	3,82		1,15	5,59	7,95
	0,14	1,55	3,93		1,24	5,95	8,24
	0,16	1,64	4,05		1,34	6,35	8,55
	0,18	1,73	4,17		1,44	6,76	8,88
	0,21	1,83	4,29		1,55	7,21	9,21
	0,23	1,94	4,42		1,68	7,71	9,58
	0,26	2,05	4,55		1,81	8,25	9,98
	0,29	2,17	4,69		1,95	8,81	10,37
	0,32	2,30	4,84		2,11	9,44	10,80
	0,36	2,43	5,00		2,28	10,11	11,25
	0,39	2,57	5,15		2,46	10,84	11,73
	0,43	2,72	5,31		2,66	11,64	12,24
	0,47	2,89	5,48		2,87	12,50	12,77
	0,51	3,06	5,66		3,12	13,46	13,37
	0,56	3,24	5,84		3,37	14,48	13,96
	0,61	3,44	6,04		3,66	15,64	14,64