Расчёт нагрузок на фундаменты и основания.

Таблица 2

№ п/п Алгоритм Пояснения
Общие данные Оценка нагрузок для расчётов по требованиям I-ой и II-ой групп предельных состояний выполняется в соответствии с СП “Нагрузки и воздействия”. По заданию (по проекту) известно: конструктивное решение несущей системы и ограждающих систем, сведения о применяемых материалах; эксплуатационных воздействиях и климатических условиях в районе строительства. Для расчётов по условиям II группы предельных состояний принимается нормативная величина нагрузки Fn. Для расчётов по I группе предельных состояний (I ГПС) принимается расчётная величина нагрузки: , где - коэффициент надёжности по нагрузке, зависящий от вида и величины нагрузок. Величина Fn от веса конструкций определяется в зависимости от средней арифметической величины нагрузок Fср: - коэффициент вариации нагрузки, определяется: ; - коэффициент для учёта точности оценки среднего значения нагрузки, зависит от числа определений (n-1) и односторонней доверительной вероятности , которая для II ГПС принимается 0,85. Значения коэффициентов Таблица 3.1
n
1,34 1,25 1,19 1,16 1,13 1,10 1,07 1,06 1,05

Значения коэффициентов Таблица 3.2

Вид нагрузки Коэффициент
1 Конструкции: - Металлические - Бетонные при , железобетонные, каменные, деревянные - Бетонные при , изоляционные, выравнивающие, отделочные, выполняемые: в заводских условиях на строительной площадке 2 Грунты: - В природном залегании - На строительной площадке 3 Эксплуатационные нагрузки: - Равномерно распределённые при нормативном значении <2кПа - Равномерно распределённые при нормативном значении   1,05   1,10   1,20 1,30   1,10 1,15     1,30   1,20

 
Нагрузка от собственного веса стен Конструкция стены известна по заданию (по проекту). Нагрузка определяется для 1м вдоль стены. Нагрузка от каждого составляющего слоя определяется по среднему значению удельного веса материала ( ), проектному значению толщины слоя (bi) и высоте рассматриваемого участка стены с неизменной конструкцией Hj: , кН/м. При наличии на рассматриваемом участке стены высотой Нi и Li , проёмов с характерным расположением, размерами hi и li , нагрузка от собственного веса стены снижается: ; . Размеры участков Li по длине стены определяются относительно одинаковым ослаблением проёмами оконными и дверными, при одинаковой конструкции по толщине стены. Конструкция стен здания в подземной части здания отличается от конструкции стен в надземной части. В этой связи нагрузка от них определяется отдельно. Высота фундаментных стен принимается от низа надфундаментных стен до обреза фундамента. Расчётная нагрузка на фундамент от веса стен на фундаменты каркасных зданий определяются шагом колонн (l) Схема к определению нагрузок от веса стен приведена на рис. 3.1

Рис.3.1 Схема к определению нагрузок на фундаменты от веса стен

а) Для надфундаментной части здания выделяются участки с относительно одинаковым расположением оконных проёмов. Коэффициент ослабления массива стены оконными проёмами для выделенных участков:

б) Конструкция наружных стен в надфундаментной части здания может состоять из нескольких слоёв отличающихся по толщине (bi) и по удельному весу материала (γi).

в) Для подземной части здания конструкция стены под рассматриваемой надфундаментной стеной выполняется из одного материала (γф), неизменной толщины (bф), высота стены (Нф) будет зависеть от высоты помещений подвала (Hп) и глубины заложения фундаментов (d).
Нагрузка от веса конструкций на перекрытиях Конструкция перекрытия, конструкция пола, конструкции и положение перегородок, вид и величина полезных нагрузок известны по заданию (по проекту). Для перечисленных нагрузок определяется эквивалентная величина приведённая к площади 1м2 на рассматриваемом участке перекрытия. В проектируемом здании на перекрытии может быть выделено несколько участков отличающихся величиной нагрузки или расчётной схемой, расчёт нагрузок выполняется для каждого такого участка. В курсовой работе рассматриваются здания с несущими стенами и с несущим каркасом, величины нагрузок будут отличаться из-за влияния грузовой площади. Для системы с несущими стенами определяется полная нагрузка на 1м, для системы с несущим каркасом определяется сосредоточенная нагрузка от одной колонны. Для упрощения расчётов по нагрузкам в курсовой работе принимается расчётная схема перекрытий как однопролётных шарнирно опёртых балок, устойчивость несущей системы обеспечивается вертикальными и горизонтальными диафрагмами. Нагрузка на от собственного веса перекрытия определяется по среднему значению удельного веса и проектной толщине каждого составляющего слоя: . По среднему значению будет определено нормативное и расчетное значения нагрузки, в зависимости от коэффициента надежности по нагрузки для каждого слоя. Нагрузка на от собственного веса полов определяется аналогично, в зависимости от конструкции пола, среднего значения удельных весов материалов и коэффициентов надежности для каждого составляющего слоя . При различающихся конструкциях пола в разных помещениях, вычисления проводятся для каждого варианта . На плане здания выделяются характерные участки, различающихся по положению несущих и ограждающих конструкций, что обеспечивает значительную разницу в нагрузках, передаваемых перекрытием. На выделенных участках с размерами определяется средневзвешенные величины нагрузок от пола: , - нагрузка на от веса пола i-ой конструкции в помещении площадью , входящего в состав j-го участка перекрытия. Нагрузка на перекрытия от веса перегородок определяется как приведенная величина для рассматриваемого j-го участка в плане здания, отличающегося конструкцией, длиной и положением перегородок: , где - нагрузка от одного погонного метра перегородки; - длина перегородки в пределах рассматриваемого участка перекрытия размерами . Вычисляются величины и для каждого выделенного участка. Нагрузка от одного погонного метра перегородки вычисляется как для стены (см. П.2). При известных нагрузках на перекрытия в каждом выделенном участке производится вычисление нагрузок на фундаменты в пределах этих участков от перекрытия. Для этого выделяется грузовая зона шириной с направлением вдоль пролета. Ширина при несущих стенах принимается 1м, при несущем каркасе принимается равной шагу колонн. Перекрытие на выделенной полосе принимается с расчетной схемой в виде однопролетных балок с шарнирными опорами, загруженных на разных участках по длине равномерно распределенной нагрузкой разной интенсивности. Нагрузка на фундамент от каждой условной балки определяется как реакция опоры. Если здание многоэтажное, то определяется суммарная нагрузка от всех перекрытий. Схема к определению нагрузок от перекрытий для курсового проекта приведена на рис 3.2.
 
а) б) в) Рис.3.2 Определение вертикальных составляющих нагрузок на фундаменты от перекрытий а) Схема к определению нагрузок от перекрытия на фундаменты под несущими стенами L1, L2 – размеры характерных участков по длине здания с разной интенсивностью нагрузок на перекрытие; lп1; lп2 – пролёты перекрытий в свету; l1; l2 l3; l4 – размеры характерных участков перекрытий по ширине здания; Аf1; Af2; Af3 – грузовые площади для несущих стен; bf - ширина грузовой полосы. б) Схема к определению нагрузок от перекрытия на фундаменты колонн каркаса L1, L2 – размеры участков по длине здания отличающихся по конструкции пола в помещениях и по положению перегородок; l1; l2 l3; l4 – размеры участков по ширине здания отличающихся по положению перегородок; bf1; bf2 – ширина грузовых полос; lп1; lп2 – пролёты ригелей каркаса; hк – размер сечения колонн. в) Схема к определению нагрузок от перекрытия на несущие стены и колонны каркаса qi – суммарная расчётная или нормативная нагрузка на 1м2 перекрытия; RA; RБ; RВ – расчётная нагрузка на фундамент от одного перекрытия.  

 
Полезная нагрузка на перекрытии Полезная нагрузка на перекрытии отличается величиной в зданиях различного назначения и в помещениях одного здания различного назначения, принимается равномерно распределенной и назначается по проекту или по СП «Нагрузки и воздействия» нормативная величина. Величина полезной нагрузки может быть снижена в зависимости от площади помещений расположенных на расчетном участке перекрытия. Для помещений жилых домов, офисов, бытовых и административных помещений промышленных предприятий и общественных зданий коэффициент снижения нагрузки при площади помещений составит: где А – площадь помещения в . Для залов различного назначения, участков обслуживания оборудования в производственных помещениях, вестибюлях, фойе, коридоров и лестниц, в помещениях с большим скоплением людей при площади помещений : . При числе этажей с одинаковой полезной нагрузкой более n>2; коэффициент снижения нагрузки на фундамент можно принять: . Суммарная величина полезной нагрузки на фундамент определится, как для нагрузки от перекрытий с учетом ширины грузовой полосы и характера изменения нагрузки в пролете. Величина нормативной нагрузки на перекрытия определяется с учетом коэффициента снижения: где - нормативная величина полезной нагрузки на по СП «Нагрузки и воздействия», при при .
Нагрузка от покрытия   Конструкция покрытия может быть плоской совмещенной (проветриваемой) или чердачной. Нагрузка от собственного веса конструкции покрытия определяется аналогично, как от перекрытия, с учетом фактической расчетной схемы, для каждого составляющего элемента. Кроме того на покрытии накапливается снеговая нагрузка, величина которой зависит от климатического района и особенностей очертания покрытии на разных участках. Расчетная величина снеговой нагрузки на поверхности земли , коэффициент влияния климатических факторов и формы покрытия определяются по СП «Нагрузки и воздействия»: . Нормативная величина снеговой нагрузки определяется умножением расчетной на коэффициент 0,7.  
Ветровая нагрузка Нормативное значение ветровой нагрузки на поверхности фасада и конструкций определяется как сумма средней и пульсационной составляющих: . Нормативное значений средней составляющей ветровой нагрузки определяется в соответствии с СП «Нагрузки и воздействия» в зависимости от климатического района, формы и размеров здания: где - нормативное ветровое давление на высоте 10м от поверхности земли в заданном районе; - коэффициент, учитывающий влияние высоты положения рассматриваемой зоны здания; - аэродинамический коэффициент. Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки зависит от частоты собственных колебаний здания. Для принятых в курсовом проекте конструктивных схем зданий с несущими системами в виде вертикальных и горизонтальных диафрагм, собственная частота колебаний будет определяться, как для консолей, защемленных в фундаменте. При отсутствии в задании к курсовому проекту данных к определению изгибной жесткости диафрагм, допускается пульсирующую составляющую ветровой нагрузки определять упрощенно: где - коэффициент пульсации давления ветра, принимается для эквивалентной высоты ; - коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра. Коэффициенты принимаются по СП «Нагрузки и воздействия». Расчетное значение ветрового воздействия определяется: . Ветровая нагрузка передается на вертикальных диафрагмы, совместная работа которых обеспечивается работой горизонтальных дисков - перекрытий. Величина горизонтальных нагрузок зависит от размеров грузовой площади. Схемы передачи горизонтальных нагрузок на вертикальные диафрагмы приведены на рис. 3,3; 3,4.
   
Рис. 3.3. Схема к определению нагрузок на фундаменты вертикальных диафрагм от ветровых воздействий для здания с несущими стенами. - расчетное давление ветра на поверхности стен. На участках расположенных, на разных уровнях по высоте здания, принимается изменяющимися ступенчато. - горизонтальная составляющая нагрузок; - изгибающее усилие; - высота участка с постоянной величиной ветрового давления; - расстояние от обреза фундамента до середины участка .  

Продольные стены - диафрагмы могут быть в разной степени ослаблены проемами, что обеспечивает неравномерное распределении горизонтальных нагрузок на разных участках по длине стен и между стенами. Здесь возможно предусматривать участки стен не ослабленные проемами и считать их работу по восприятию суммы всех составляющих горизонтальных нагрузок. Диафрагмы по длине и ширине здания должны располагаться симметрично относительно центра тяжести горизонтальных дисков. Наборные горизонтальные диски должны устраиваться с нормальными и тангенциальными связями между плитами и с вертикальными диафрагмами.

 

Рис 3.4. Схема к определению нагрузок на фундаменты вертикальных диафрагм от ветровых воздействий для здания с полным каркасом. - расчетное давление ветра на поверхности стен на участках, расположенных на разных уровнях по высоте здания. - поперечная сила на 1 фундамент; - изгибающее усилие на фундаменты диафрагмы, работающие совместно; - высота участка с постоянной величиной ветрового давления; - высота положения центра каждого участка от обреза фундаментов;  

- Диафрагма Д принята из железобетонных панелей, закрепленных к ригелям и колоннам на сварке по закладным деталям.

- Продольные диафрагмы выполнены аналогично.

- Горизонтальные нагрузки на вертикальные диафрагмы передаются дисками перекрытий, которые соединены с помощью нормальных и тангенциальных связей.
Нагрузка на фундаменты от давления грунта на стены подвала Обратная засыпка пазух фундаментов, как правило, выполняется непучинистым грунтом, песком средней крупности и крупным с уплотнением до . Удельный вес грунта при этом составляет . Характеристики предельного сопротивления сдвигу для насыпного грунта: . Нагрузка на поверхности грунта у здания задается проектом или принимается не менее . Активное давление грунта стены подвала определяется без учета сил трения по боковой поверхности. где - глубина рассматриваемого сечения от поверхности; и принимаются в зависимости от группы предельных состояний; - равномерно распределенная нагрузка на поверхности грунта. Расчетная ширина полосы нагружения для ленточного фундамента принимается , для столбчатого фундамента равной шагу колонн (см. рис. 3.5.). Расчетная схема фундаментной стенки принимается в виде однопролетной балки с защемлением на обрезе фундамента и шарнирным опиранием в уровне низа перекрытия.
Суммарная нагрузка на фундамент Суммарная нагрузка на обрез фундамента состоит из вертикальной, горизонтальной и моментной составляющих. При этом каждая из составляющих определяется для сочетания всех возможных воздействий при условии достижения:

Индекс Э означает соответствующее значение.

Нагрузки на уровне подошвы определяются с учетом собственного веса фундамента и грунта на его уступах: где - вес массива фундамента с грунтов; - высота тела фундамента.

Нагрузки определяется для условий II и I групп предельных состояний.

- принимается . учитывает влияние подвала .

 
Рисунок 3.5. Схема к определению горизонтальных нагрузок на фундаменты от активных давлений грунта обратной засыпки. - активное давление грунта. - при положении перекрытии подвала выше уровня грунта.
    б) грузовая зона для ленточного фундамента в) грузовая зона для столбчатого фундамента

 

 

4. Выбор вариантов возможных конструкций оснований и фундаментов. Определение величины заглубления фундаментов в грунт

Выбор вариантов оснований и конструкций фундаментов производится на заданные нагрузки, для фундаментов, удельный вес которых в общем объеме фундаментов проектируемого здания составляет ≥ 70%.

При выборе технически возможных вариантов фундаментов и оснований можно изменять глубину заложения подошвы фундамента, принимать в качестве опорного слоя различные грунты, рассматривать естественные и искусственно улучшенные основания, принимать различные виды фундаментов (неглубокого, свайные, фундаменты глубокого заложения).

Выбор наиболее эффективного решения оснований и фундаментов производится на основании технико-экономического сравнения нескольких вариантов (2-3). Технико-экономическое обоснование решается сопоставлением приведенных затрат, для предварительного сравнения можно пользоваться данными прил. 2.

Принимаемый к детальной разработке вариант фундамента должен отличаться не только экономичностью, но и обладать техническими достоинствами: индустриальностью, механизацией основных процессов, возможностью устройства в заданных районах, лучшими условиями труда, надежностью работы с основанием при изменении обстановки в результате изменения внешних воздействий или ослабления грунтов в основании. Все эти технико-экономические показатели должны быть продуманы и отражены в записке.

Для наглядности рекомендуется проводить сопоставление сравниваемых вариантов в табличной форме:

Таблица 4.1

№ п/п Наименование показателей Величина показателя по варианту
         

Результаты проведенного сравнения отражаются в выводе о принимаемом решении.