Общее положения расчета

Кубанский государственный технологический университет

Кафедра «Строительные конструкции и

гидротехнические сооружения»

РАСЧЕТ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТА

Методические указания по курсовому и дипломному

проектированию по курсу «Основания и

фундаменты» для студентов всех форм обучения

специальностей: 290300 – «Промышленное и

гражданское строительство», 290400 – «Гидротехническое

строительство», 290500 – «Городское строительство

и хозяйство» направления 653500 «Строительство»

Краснодар

Составитель: канд. техн. наук, доц. С.И.Дизенко

УДК 624.15.04 (075.8)

Расчет осадки фундамента. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию по курсу «Основания и фундаменты» для студентов всех форм обучения специальностей: 290300 – «Промышленное и гражданское строительство», 290400 – «Гидротехническое строи-тельство», 290500 – «Городское строительство и хозяйство» направления 653500 «Строительство» »/Сост.: С.И. Дизенко; Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. «Строительные конструкции и гидротехнические сооружения». – Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2003.-32с.

Изложена методика расчета осадок основания фундаментов промышленных и гражданских зданий. Рассмотрен вопрос определения времени затухания осадки. Даны примеры расчетов, приведены необходимые табличные данные.

Ил. 6. Табл. 7. Библиогр. 6 назв.

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Кубанского государственного технологического университета.

Рецензенты:

заведующий кафедрой «Оснований и фундаментов» Кубанского госагроуниверситета д-р геол.-мин.наук, проф. К.Ш. Шадунц;

доц. кафедры «Строительные конструкции и гидротехни-
ческие сооружения», канд. техн. наук В.А. Гуминский

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшая задача современности - дальнейшее ускорение научно-технического прогресса во всех отраслях промышленности, что тесно связано со строительством новых и реконструкцией существующих сооружений. Совершенствование фундаментостроения обеспечит дальнейшее повышение качества возведения жилых и промышленных зданий.

Уменьшение стоимости и обеспечение необходимой надежности сооружений зависят от правильной оценки грунтового основания, рационально запроектированных и качественно возведенных фундаментов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЕЧНЫХ ОСАДОК ОСНОВАНИЯ

МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО СУММИРОВАНИЯ

Общее положения расчета

Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

(1.1)

где β - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σ_zpi - среднее значение дополнительных вертикальных нормальных напряжений в i - м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений

на верхней и нижней

z_i - границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

h_i, E_i - соответственно толщина и модуль деформации i - го слоя грунта;

n - число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Сжинаемую толщу грунта под подошвой фундамента делят на элементарные слои, толщиной не более 0,4 ширины подошвы фундамента. При слоистом основании каждый элементарный слой должен включать однородный грунт и не должен быть более двух метров. Схема распределения вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимается согласно /I/, см рис.1.1.

Для вертикали, проходящей через середину подошвы фундамента, определяют напряжения от собственного веса грунта σ_zq и дополнительные напряжения σ_zp.

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине Z от подошвы фундамента, определяются по формуле

(1.2)

где - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

d_n - глубина заложения фундамента;

_i, h_i - соответственно удельный вес и толщина i -го го слоя грунта.

ниже уровня подземных вод (УПВ) в песках к глинистых грунтах с JL > 0,5 учитывают взвешивавшее действие воды

(1.3)

где s - удельный вес грунта;

w- удельный вес воды;

e - коэффициент пористости грунта.

Глинистые грунты с JL <0,5 считаются водоупорами.

Давление от собственного веса грунта на кровлю водоупора вычисляют

с учетом давления воды

(1.4)

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; Нc - глубина сжинаемой толщи

Рисунок 1 Схема для расчета осадок методом послойного суммировния

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине Z от подошвы фундамента, действующие по оси, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле

(1.5)

где α - коэффициент затухания дополнительных давлений по глубине,

принимаемый по табл.1.1 /I/

P_o = P - σ_zq,о - дополнительное вертикальное давление на основание в уровне подошвы фундамента;

Р - среднее давление под подошвой фундамента;

σ_zq,о - напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

Нижняя граница сжимаемой, толщи основания принимается на глубине, где выполняется условие

В случае, когда нижняя граница сжимаемой толщи заканчивается в грунтах с модулем деформации МПа, то эти грунт включается в сжимаемую толщу, а её нижнее границу переносят на глубину, где выполняется условие

Расчет основания по деформациям завершается сравнением полученной конечной осадки S с предельно допустимым значением осадки Su для данного типа здания, принимаемым согласно /I/. см табл. 1.2.

Таблица 1.1 Коэффициент затухания

	Коэффициент для фундаментов
круглых	прямоугольных с соотношением сторон равным	ленточных
1,0	1,4	1,8	2,4	3,2	1,5
	1,000	1,000	1,000	1.000	1,000	1,000	1,000	1,000
0,4	0,949	0,960	0,972	0,975	0,976	0,977	0,977	0,977
0,8	0,756	0,800	0,848	0,866	0,876	0,879	0,881	0.881
1.2	0,547	0,606	0,682	0,717	0,739	0,749	0,754	0,755
1.6 2,0	0,390 0,285	0,449 0,336	0,532 0,414	0,578 0,463	0,612 0,505	0,629 0,530	0,639 0,545	0.642 0,550
2,4 2,8	0,214 0,165	0,257 0,201	0,325 0,260	0,374 0,304	0,419 0,349	0,449 0,383	0,470 0,410	0,477 0,420
3.2	0,130	0,160	0,210	0,251	0,294	0,329	0,360	0,374
3,6 4,0	0,106 0,0877	0,131 0,108	0,173 0,145	0,209 0,176	0,250 0,214	0,285 0,248	0,319 0,285	0,337 0,306
4,4 4,8 5,2 5,6	0,073 0,062 0,053 0,046	0,091 0,077 0,067 0,058	0,123 0,105 0,091 0,079	0,150 0,130 0,113 0,099	0,185 0,161 0.141 0.124	0,218 0,192 0,170 0,152	0,255 0,230 0,208 0,189	0,280 0,258 0,239 0,223
6,0	0,040	0,051	0,070	0,087	0,110	0,136	0,173	0,208
6,4	0,036	0,045	0,062	0,077	0,099	0,122	0,158	0,196
6,8	0,031	0,040	0,055	0,064	0,088	0,110	0,145	0,185
7,2	0,028	0,036	0,049	0,062	0,080	0,100	0,133	0,175
7,6	0,024	0,032	0,044	0,056	0,072	0,091	0,123	0,166
8,0	0,022	0,029	0,040	0,051	0,066	0,084	0,113	0,158
8,4	0,021	0,026	0,037	0,046	0,060	0,077	0,105	0,150
8,8	0,019	0,024	0,033	0,042	0,055	0,071	0,098	0,143
9,2	0,017	0,022	0,031	0.039	0,051	0,065	0,091	0,137
9,6	0,016	0,020	0,028	0,036	0,047	0,060	0,085	0,132
10.0	0,015	0,019	0,026	0,033	0.043	0,056	0,079	0,126
10,4	0,014	0,017	0,024	0,031	0,040	0,052	0,074	0,122
10,8	0,013	0,016	0,022	0,029	0,037	0,049	0,069	0,117
11,2	0,012	0,015	0,021	0,027	0,035	0,045	0,065	0,113
11,6	0,011	0,014	0,020	0,025	0,033	0,042	0,061	0,109
12,0	0,010	0,013	0,018	0,023	0,031	0,040	0,058	0,106

Таблица 1.2 Предельные деформации основания (СНиП 2.02.01-83*. приложение 4)

Сооружения	Предельные деформации основания
относительная раз­ность осадок	крен   iu	средняя. (Su в скобках максимальная Smax,u) осадка, см
1. Производственные и гражданские одноэтажные и много­ этажные здания с полным каркасом: железобетонным стальным 2. Здания и сооружения, в конструкциях которых не возникает усилия от неравномерна осадок 3. Многоэтажные бескар- касные здания с несущая стенами из: крупных панелей крупных блоков или кирпичной кладки без армированием то же, с армированием, в том числе с устройством железобе­тонных поясов 4. Сооружения элеваторов из железо­ бетонных конст- рукций; рабочее здание и силос- ный корпус монолитной конструкции на одной фундаментной плите то же, сборной конструкции отдельно стоящий силос- ный корпус монолитной конструкции	0,002 0,004 0,006     0,0016 0,0020     0,0024   -   - -	- - -     0,005 0,005     0,005   0,003   0,003 0,004	(8) (12) (15)

Окончание таблицы 1.2

Сооружения	Предельные деформации основания
относительная раз­ность осадок	крен   iu	средняя. (Su в скобках максимальная Smax,u) осадка, см
то же сборной конструкции отдельно стоящее рабочее здание 5. Дымовые трубы высотой Н, м: Н < 100 100 < Н < 200 200 < Н < 300 Н > 300 6. Жесткие сооружения вы- сотой до 100 м, кроме ука- занных в поз. 4 и 5 7. Антенные сооружения связи: стволы мачт заземленные то же, электрически изолированные башни радио башни коротковолновых радиостанций башни (отдельные блоки) 8. Опоры воздушных линий электропередачи: промежуточные прямые анкерные ж анкерно-угло- вые, промежуточные угло- вые, концевые, порталы открытых распределитель- ных устройств специальные переходные -	- -     - - - - -   - -   0,002 0,0025   0,001     0,003 0,0025     0,002	0,004 0,004     0,005 1/(2Н) 1/(2Н) 1/(2Н) 0,004   0,002 0,001   - -   -     0,003 0,0025     0,002	- -   -     - -     -

1.2 Пример расчета

Определение конечной осадки ленточного фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования

Ширина подошвы ленточного фундамента B= 2,4 м, грунтовые условия см. рисунок 1.2. Среднее давление под подошвой фундамента

Р = 293 кПа.

Удобна такая последовательность расчета:

Вычерчиваем в масштабе геологический разрез строительной

площадки. На этот разрез наносим контуры фундамента, строго

выдерживая глубину заложения. Разбиваем толщу грунта ниже

подошвы фундамента на элементарные слон высотой hi = 0,4B.

м.

Для вертикали , проходящей через середину подошвы фундамента, находим напряжения от собственного веса грунта σ_zq и дополнительные давления σ_zp:

В уровне подошвы фундамента (точка 0):

кПа;
в точке I: σzq1= 43,4 + 19,7 . 0,96 = 62,3 кПа.

Ниже УПВ в песках учитываем взвешивающее действие воды

kH/м3

в точке I: σ_zq3= 62.3+9.55 . 1.24 = 74.2 кПа.

Глинистые грунты с JL < 0,5 считаются водоупорами. Суглинок бурый имеет JL = 0,4. Следовательно, на кровле суглинка эпюра σ_zq имеет скачок

кПа

Рисунок 1.2 Схема к расчету осадок ленточного фундамента

Для остальных точек значения σ_zq приведены в таблице 1.3.

Дополнительные (уплотняющие) давления вычисляем по формуле

где α - коэффициент затухания принять по таблице 1.1.

В точке 0, т.е. на отметке - 2,9 м:

Р = 293 кПа, σ_zq,o = 43,4 КПа.

,

кПа

В точке I

Z = 0.96 м

кПа

В точке 2

Z = 1.92

кПа

Для остальных точек величины σ_zp приведены в таблице 1. 3.

Таблица 1.3 Результаты расчета

Грунт	номер точек	Z, м			,кПа	,кПа	E ,кПа
Песок пылеватый					249,6	43,4
I	0,96	0,8	0,881		62,3
	1,92	1.6	0.642
	2,20	1,83	0,582		74,2
	2,20				86,6
Суглинок бурый		2,88	2,4	0,477
	3,84	3,2	0,374	93,2
	4,80	4,0	0,306	76,2

Окончание таблицы 1.3

Грунт	номер точек	Z, м			,кПа	,кПа	E ,кПа
Песок пылеватый		5,76	4,8	0,258	64,4
	6,72	5,6	0,223	55,5
	7,68	6,4	0,196
	8,64	7,2	0,176	43,6
	9,6	8,0	0,158	39,4
	10,56	8,8	0,144	35,9	254,1

Осадка фундамента

.

Сравним полученную конечную осадку основания S = 0,045м с предельно допустимой /I, приложение 4/:

S = 0,045 м < S_u = 0,1 м

Следовательно, ожидаемая осадка основания фундамента находится в пределах допустимой.

1.3 Пример расчета

Определение конечной осадки свайного фундамента

методом послойного суммирования

Размеры подошвы условного грунтосвайного массива ι_y=3,72 м;

b_y = 2,82 м. Среднее давление под подошвой условного грунтосвайного массива Р = 364,0 кПа. Природное давление в уровне конца свай

σ_zq,o = 185 кПа. Грунтовые условия см. рисунок 1.3.

Осадка свайного фундамента определяется как для условного грунтосвайного массива аналогично расчету осадок фундамента мелкого заложения. Деформация слоев грунта начинается от подошвы условного фундамента, т.е. от уровня конца свай.

Дополнительное давление на уровне подошвы условного фундамента

(364.0 - 185,0) = 179,0 кПа;

h_i = 0,4 b_y = 0,4 * 2,82 = 1,13 м.

Расчет осадки фундамента ведется в табличной форме (таблице 1.4).

Таблица 1.4 Расчет осадки фундамента

Грунт	номер точек	Z, м			,кПа	,кПа	E ,кПа
Глина светло бурая				1,000
	1,13	0,8	0,839
	2,26	1,6	0,515
	3,39	2,4	0,311	55,6
в.с.	3,75	2,66	0,270	48,3
	4,52	3,2	0,200	35,8

Рисунок 1.3 Схема к расчету осадок свайного фундамента

Определяем расчетную осадку в пределах сжимаемой толщи мощность 3,75 м по формуле (1.1):

+

= 2,22 cм.

Предельно допустимая осадка для данного типа здания согласно /I/ равна

S_u = 10 см ;

S = 2,22 см < S_u = 10 см.

что удовлетворяет требованиям СНиП /I/.

2. РАСЧЕТ ОСАДКИ МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО СУММИРОВАНИЯ НА ЭВМ

Алгоритм решения

Вычислительный процесс определения конечной осадки и мощности сжимаемой толщи основания организован следующим образом:

1. Производится перебор геологических слоев грунта,

число и характеристика которых даны в исходных данных.

2. Для каждого слоя грунта происходит разбиение на

элементарные слои. Высота элементарного слоя назначается менее

0,3 B, где B - меньшая сторона фундамента. Минимальное число

элементарных слоев равно 1.

3. Вычисляются для середины каждого элементарного слоя

бытовые и дополнительные напряжения.

4. Происходит сравнение бытовых и дополнительных напряжений в

каждом уровне, где вычисляются эти напряжения.

5. Определятся осадки для каждого элементарного слоя и происходит их

накопление.

6. Вычислим общая осадка и мощность сжимаемой толщи при которой

значение дополнительного напряжения достигает 20 % от природного

или же 10 % от природного в случае, если граница сжимаемой толщи

приходятся на слой с модулем деформации Е < 5000 кПа.

7. Выдаются на печать природные и дополнительные напряжения, глу-

бина от подошвы фундамента в уровне каждого элементарного слоя,

полная осадка фундамента и мощность сжимаемой толщи.

Блок-схема программы “OSADKA” приведена на рисунке 2.1.

Блок Схема

Рисунoк 2.1 - Блок-схема программы “OSADKA”