эл. учебник. И фундаменты
 Скачать 1.24 Mb.
|
|
то где Non— нагрузка, передаваемая конструкциями на обрез фундамента. Зная А2, найдем ширину условного прямоугольного фундамента по формуле Ьг«= -vCVfli5" — a, где а={1 — Ь) /2 (здесь Iи Ь—размеры подошвы проектируемого фундамента). При ленточных фундаментах Ьг= Аг: 1. Найдя Ьгвычисляют по формуле (9.11) значение Rz—расчетное сопротивление грунта подстилающего слоя. Зная Rz, проверяют условие (9.12). При его удовлетворении зоны сдвигов не играют существенной роли в величине развивающейся осадки, поэтому применима линейная зависимость между напряжениями и деформациями, з противном случае необходимо принять большие размеры подошвы, при которых условие (9.12) будет удовлетворяться. 9.7. Проектирование оснований по первой группе предельных состояний (по несущей способности) Опыт строительства некоторых сооружений показывает, что иногда грунты в основании под действием нагрузки, передач ваемой фундаментом, теряют устойчивость и выдавливаются из-под него в стороны и вверх. Так, Трапсконский элеватор в Канаде дал одним краем осадку более 8 м с выпором грунта из-под фундаментной плиты вверх. Нарушение устойчивости (прочности) грунтов в основании возможно при передаче фундаментами горизонтальных и выдер* 8 Б, И, Далматов 225 гивающих сил, при возведении сооружений на нисходящих откосах и при относительно неглубоком заложении фундаментов, в частности при наличии подвалов, а также при возведении фундаментов на скальных породах. Для обеспечения прочности и устойчивости грунтов в основании его рассчитывают по несущей способности как на вертикальные нагрузки, так и на горизонтальные составляющие (на сдвиг по подошве или с основанием). Схема разрушения основания, принимаемая в расчете, в условиях предельного состояния должна быть статически и кинематически возможна для данного сочетания воздействий и конструкции фундамента и сооружения. Расчет основания по несущей способности производится по условию F<Ful4a,(9.13) где F— расчетная сила, передаваемая на основание от основного и особого сочетаний нагрузок; ус— коэффициент условий работы в зависимости от вида грунтов в основании (от 0,8 до 1); Fu— сила предельного сопротивления основания, определяемая из условия предельного равновесия грунтов в основании или прочности скальной породы по направлению, соответствующему направлению силы F; уп— коэффициент надежности в зависимости от класса сооружения (принимается 1,1 ... 1,2). При нескальиых грунтах силу Fuопределяют по формулам механики грунтов, полученным для отдельных случаев за гр ужения, исходя из условия предельного равновесия, обусловленного касательными напряжениями во всех точках поверхности скольжения, в соответствии с выражением (9.14) где с-1 и ф1 — расчетные значения соответственно удельного сцепления, кПа, и угла внутреннего трения с учетом коэффициента надежности по грунту; cTi — нормальное напряжение к поверхности скольжения в точке проверки условия предельного равновесия от действия внешней силы заданного на правления. ( В более общем случае вертикальную составляющую "предельной силы, действующей на основание, сложенное нескальными грунтами, в стабилизированном состоянии СНиП 2.02.01—>. 83 рекомендует определять по формуле N^b't^N^/^ + N^d + N^),(9.15) где Ь' и V — приведенные ширина и длина подошвы фундамента, вычисляемые по формулам (9.17); JVV, Nq, Nc— безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по таблице СНиП; Yi и у1— расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м3, находящиеся в возможной призме выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента, принимаемые с учетом взвешивающего действия воды на глубинах ниже поверхности подземных вод; d— наименьшая глубина заложения фундамента, считая от проектной отметки поверхности планировки или пола подвала, м; \у, tq, \с— коэффициенты, учитывающие форму подошвы фундамента: JY -1 - 0,26/n; i,-l + l,5/n; 1«-1 + 0,3/1], (9.16) 226 т) = ljb— отношение длины к ширине подошвы фундамента при наличии эксцентриситета Г| = l'jb'\ когда I'jb' < 1 в формулах (9.16) принимают 4=1. Значения Ъ' и Vопределяются по формулам b' = b — 2eb; V = l — 1ev(9.17) где bи / — ширина и длина подошвы фундамента, м; еьи ei— эксцентриситеты равнодействующей силы относительно продольной и поперечной осей подошвы, м. Пылевато-глинистые и другие водонасыщенные слабофильт-рующие грунты не могут в полной мере уплотняться в процессе приложения нагрузки, поэтому в грунте под фундаментом возникает избыточное давление в поровой воде. Это существенно снижает несущую способность грунтов основания. В таком случае предельное сопротивление грунта сдвигу в любой точке мо-< жет быть найдено из выражения т = cr + (ffj — ы) tg qpp (9.18) где и — давление в поровой воде, кПа, в точке определения напряжения оц остальные обозначения те же, что и в выражении (9.14). Пользоваться уравнением (9.15) СНиП 2.02.01—83 рекомендуют при наличии грунта в основании в стабилизированном состоянии и когда интенсивность большей пригрузки с одной стороны фундамента не превышает 0,5./? (где R— расчетное сопротивление основания). В более сложных случаях приходится использовать упрощенные способы расчета Потери устойчивости фундамента с массивом грунта по круглоцилиндрическим или ломаным поверхностям скольжения. В некоторых случаях целесообразно применение численных методов. При быстром приложении вертикальной нагрузки на основание, сложенное водонасыщенными глинами и суглинками, допускается принимать <р = 0. В этом случае при приложении наклонной равнодействующей вертикальную составляющую предельного сопротивления основания для ленточного фундамента находят по формуле na — b'[q + (1 +я — а + cos а) с}],(9.19) где q— пригрузка основания со стороны фундамента, в направлении которой действует горизонтальная составляющая нагрузки, кЫ/м2; я = 3,14; &— угол, рад: a = arcsln [/„/(b'cj)], (9.20) ^^горизонтальная доставляющая нагрузки на основание в пределах длины 1 м фундамента, кН/м. Формулой (9.19) можно пользоваться при t/b> 3 и b'ci^ ^fh- При действии только вертикальной нагрузки предельную интенсивность давления определяют по формулам (8.8)... (8.11). Когда фундамент опирается на скальный грунт, вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания 8* 227 Nu, кН, при любой глубине заложения фундамента вычисляется по формуле , Nu = jRcb't',(9.21) где Rc— расчетное значение предельной прочности скальной породы 'па одноосное сжатие, кПа. 10. ' ФУНДАМЕНТЫ, ВОЗВОДИМЫЕ В ОТКРЫТЫХ К0ТЛ03АНАХ WAКонструкции фундаментов 10.1.1. Общие положения Основным назначением любого фундамента является передача нагрузки от несущих конструкций сооружения на грунты основания. Поскольку напряжения в сечениях несущих конструкций (колонн, стен и др.), устанавливаемые исходя из прочности материалов этих конструкций, во много раз больше давления, которое могут воспринять грунты основания, фундаменты должны гак снижать давление по их подошвам, чтобы оно не приводило к недопустимым деформациям основания сооружения. При значительном развитии подошвы фундамента приходится делать большие выносы в стороны, которые работают на изгиб, при этом в фундаменте возникают растягивающие напряжения. Иногда перед фундаментами ставится еще одна задача — обеспечить уменьшение неравномерности осадки до допустимых значений для данного сооружения. С этой целью нагрузку от группы колонн или стен передают на один фундамент, делая его ленточным или в виде сплошной плиты. Такие фундаменты, работая на изгиб, частично выравнивают осадку. Таким образом, при проектировании после принятия глубины заложения фундаментов стремятся подобрать такие размеры подошвы и выбрать такую их конструкцию, которые обеспечивали бы допустимые деформации оснований сооружений. Если это невозможно, глубину заложения фундаментов увеличивают до слоя более плотного грунта. 10.1.2. Типы фундаментов Основными типами фундаментов в открытых котлованах являются: отдельные, ленточные под колонны, ленточные под стены, сплошные и массивные. Отдельные фундаменты (рис. 10.1, а) устраивают под колонны и стены в комбинации с фундаментными балками (рандбалками). Подошву таких фундаментов можно развивать 228  10.1. Основные типы фундаментов а — отдельный; б — ленточный под колонны; s — ленточный под стены; г — в виде сплошной плиты в длину и ширину. Отдельные фундаменты не увеличивают жесткости сооружения. Обычно их применяют в случаях, когда неравномерности осадки не превышают допустимых значений. Иногда удается выравнивать осадки путем уменьшения давления под подошвой фундаментов, которые по расчету должны получить большие осадки. Ленточные фундаменты под колонны (рис. 10.1,6) воспринимают нагрузку от ряда колонн. Иногда под сетку колонн делают ленточные фундаменты в двух направлениях (перекрестные ленты). Ленточные фундаменты устраивают для уменьшения неравиомерностей осадки отдельных колонн, а перекрестные ленты позволяют выравнивать осадки не только отдельных колонн в ряду, но и здания в целом. Ленточные фундаменты под стены (рис. 10.1,-в). иногда называют непрерывными. Такие фундаменты несущест-, венно изменяют жесткость сооружения. При большой жесткости стен ленточные фундаменты- почти не работают на изгиб в продольном направлении. Эти фундаменты в целях снижения давления по их подошве можно развивать только в поперечном направлении. Такие фундаменты иногда делают с целью устройства подвальных помещений и технических подполий. Сплошные фундаменты устраивают под всем соору-1 жением или под его частью в виде железобетонных плит под сетку колони и стен (рис. 10.1,г). Такие плиты работают на изгиб в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Иногда целесообразно делать сплошные фундаментные плиты коробча* той формы. В таком случае нижняя фундаментная плита и перекрытие под подвальными помещениями, объединенные вертикальными стенами подвала, совместно работают иа изгиб, При 229 устройстве коробчатых фундаментов в подвальных помещениях в стенах делают не двери, а лазы. Сплошные фундаменты способствуют уменьшению неравномерности осадки в двух направлениях, поэтому СНиП 2.02.01— 83 разрешает предельные значения средних осадок увеличивать в 1,5 раза. Очевидно это в равной степени относится и к максимальной величине осадки колонн каркасных зданий. Размеры подошв этих фундаментов, как правило, обусловлены размерами в плане сооружения или его части, опирающейся на фундамент. Сплошные фундаменты часто"деляют при необходимости ус тройства гидроизоляции подземной части сооружения. Для уп рощения устройства и надежности гидроизоляции не следует де лать выносы плиты за пределы контура стен. В случае отсутст вия гидроизоляции для уменьшения момента в пролетной части фундаментной плиты выполняют выносы плиты за контуры на ружных стен. - Массивные фундаменты устраивают в виде жесткого массива под всем небольшим в плане сооружением (дымовая труба, доменная печь, и т. п.). 10.1.3. Материалы для устройства фундаментов Фундаменты, кроме действия внешних нагрузок, испытывают влияние подземных и поверхностных вод, а также замерзание и оттаивание влаги в порах кладки. В связи с этим материалы для фундаментов должны обладать определенной прочностью, неразмокаемостью и морозостойкостью. Долговечность фундаментов обеспечивается устройством их из железобетона, бетона, бутобетона, бутовой кладки. Дерево применяется для временных, а металл для сборно-разборных сооружений. Для возведения фундаментов из бутовой кладки приходится использовать ручной труд, поэтому ее применяют редко. Бетон является более совершенным материалом для фундаментов. Применяют бетон класса В5...В15. С целью уменьшения расхода цемента используют бутобетон (в бетон втапливают бутовые камни). Монолитные бетонные фундаменты особенно целесообразны при бетонировании без опалубки в распор со стенками котлованов. Котлованы могут быть получены бурением скважин или вытрамбовыванием ложа. Из бетона и бутобетона делают блоки для сборных фундаментов, в частности сплошные или пустотелые фундаментные стеновые блоки. Наиболее широкое применение в качестве материала для фундаментов нашел железобетон. Этот материал незаменим для устройства ленточных фундаментов под колонны и сплошных 230 фундаментных плит, поскольку хорошо сопротивляется изгибу, морозостоек и при определенной плотности ему можно придавать свойство водонепроницаемости. Из железобетона делают самые разнообразные блоки для сборных фундаментов, а также панельные фундаменты. Это позволяет максимально механизировать работы по устройству фундаментов. 10.1.4, Конструкции сборных фундаментов Особенно целесообразно устройство сборных ленточных фундаментов под стены. В таком случае на дно котлована при пылевато-глинистых грунтах насыпают слой песка толщиной 6... 10 см, который выравнивают под правило. На песок укладывают фундаментные плиты (блоки-подушки), которые, распределяя нагрузку от стены на грунт основания, работают на изгиб (см. рис. 10.1,в).На плиты устанавливают фундаментные стеновые блоки. С целью экономии материально-технических средств и уменьшения числа типоразмеров фундаментных плит их укладывают с зазорами (рис. 10.2, а), т. е. устраивают ленточный фундамент с прерывистой подушкой. Зазоры позволяют подобрать необходимую площадь подошвы при одной ширине блоков фундаментных плит. Зазоры между плитами заполняют песком с уплотнением. За последнее время стали применять фундаментные плиты с угловыми вырезами, считая что в местах вырезов в грунте образуются сводики. Это, по мнению Е. А. Со-рочана *, дает возможность принимать повышенное значение расчетного сопротивления основания. Если с целью уменьшения чувствительности здания к неравномерным осадкам в кладке фундаментов и стен делают пояса, то по фундаментным плитам в уширенный шов кладки устанавливают непрерывную арматуру (см. рис. 10.1, в) вдоль всех стен. При фундаментах с прерывистой подушкой из фундаментных плит такое армирование выполняют по первому ряду фундаментных стеновых блоков (рис. 10.2, а). При возведении крупнопанельных зданий применяют фунда-ментные плиты в виде панелей и цокольные (стеновые) панели. Последние могут одновременно являться и цоколем с соответст-вующей облицовкой. Отдельные фундаменты под колонны иногда 'делают также сборными (рис. 10.2,6). Сборные фундаменты под колонны наиболее целесообразны, когда их можно сделать из одного блока небольшой массы. Сборка фундаментов из нескольких блоков приводит к дополнительному расходованию арматуры, располагающейся в нескольких уровнях. Применение отдельных фунда-  * Сорочан Е. А. Проектирование фундаментов из сборных железобетонных плит: (В развитие СИиП 2.02,01—83)//Основания, фундаменты и механика грунтов, 1984, № 4. 231  Рис. 10.2. Сборные фундаменты 1 — подколенник; 2 — плита; 3—подсыпка из песка ментов из двух и более блоков рационально лишь при необходимости их возведения в сжатые сроки (для исключения про^ мерзания грунтов, удешевления работ по осушению котлованов и т. п.). При устройстве фундаментов из пустотелых сборных блоков можно достигнуть уменьшения . расхода бетона, массы фундамента, сроков его возведения, трудовых затрат на строительство, однако при этом.обычно увеличивается расход стали, возрастают трудовые затраты на заводе. 10.1.5. Конструкции монолитных фундаментов Сплошные фундаменты, ленточные фундаменты под колонны, массивные фундаменты, имеющие небольшую площадь опалубки по сравнению с объемом бетона, отдельные фундаменты сложного очертания под колонны и оборудование, как правило, делают из монолитного железобетона. Монолитными часто делают и фундаменты простого очертания под колонны, когда их нельзя выполнить из одного блока. Недостатками монолитных фундаментов являются: меньшая оборачиваемость опалубки, чем на заводе; значительные трудовые затраты непосредственно на строительстве; сложность обеспечения схватывания и твердения бетона в зимних условиях;  большая продолжительность работ по их устройству по сравнению со сборными блочными фундаментами. Однако применение типовой инвентарной опалубки и способов ускорения схватывания и твердения бетона во многих случаях делает монолитные фундаменты более экономичными. Иногда в качестве ола-  Рис. 10.3. Разрез по трапециевидному лен> точному фундаменту под стену 232 Рис. 10.4. Монолитные же- а) лезобетоипые фундаменты т^'т ^ "^ I — колонна; 2 — фундамент; ____J "тТ,,.. .,„ I 3 —стакан для колонны; металлический подколоннпк; S— болты -стакан для колонны; 4-ТТГТГГгАЖТГПЯ'Jl.
| ||||||||||||