Определение глубины заложения фундаментов

где N_II - суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фунда­мента и грунта на его уступах; А - площадь подошвы фундамента; е - эксцентриситет равнодействующей относительно центра тя­жести подошвы; b- размер подошвы фунда­мента в плоскости действия момента.

Эпюра давления грунта, рассчитанная по формуле (2.5), может быть однозначной и двузначной, как это показано на рис. 2.6. Как правило, размеры подошвы фундамента ста­раются подобрать таким образом, чтобы эпю­ра была однозначной, т.е. чтобы не было отрыва подошвы фундамента от основания. В противном случае в зазор между подошвой и грунтом может проникнуть вода, что нежела­тельно, поскольку это может привести к ухудшению свойств грунтов основания. Ис­ключение допускается для фундаментов в стесненных условиях, когда отсутствует возможность развить их в нужном направлении, и для фундаментов, нагруженных знакопеременными момен­тами, когда нельзя подобрать размеры и форму подошвы, по которой дейст­вовали бы только сжимающие напряжения. Поскольку при внецентренном нагружении относительно одной из центральных осей максимальное давле­ние на основание действует только под краем фундамента, то при подборе размеров подошвы фундамента его допускается принимать на 20 % больше расчетного сопротивления грунта, т.е.

Р_max 1,2R. (2.6)

Одновременно среднее давление по подошве фундамента, определяе­мое р_II=N_II/A, должно удовлетворять условию (2.2).

Рис. 2.6. Схема к расчету внецентренно нагруженного фундамента

На практике задачу подбора размеров подошвы внецентренно на­груженного фундамента решают следующим образом. Сначала принимают, что действующая нагрузка приложена центрально, подбирают соответст­вующие размеры подошвы из условия (2.2), а затем уточняют их расчетом на внецентренную нагрузку, соблюдая изложенные выше требования и добива­ясь удовлетворения условия (2.6). При этом иногда смещают подошву фун­дамента в сторону эксцентриситета так, чтобы точка приложения равнодей­ствующей всех сил совпадала с центром тяжести подошвы фундамента.

Проверка давления на подстилающий слои слабого грунта. При нали­чии в пределах сжимаемой толщи основания слабых грунтов или грунтов с расчетным сопротивлением меньшим, чем давление на несущий слой, необ­ходимо проверить давление на них, чтобы уточнить возможность примене­ния при расчете основания теории линейной деформируемости грунтов. По­следнее требует, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т.е.

_гр + _zg < R_z, (2.7)

где _гр и _zg - вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента (соответственно дополнительное от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта); R_z - расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого слоя.

Величину R_z определяют по формуле (2.3) как для условного фунда­мента шириной b и глубиной заложения d_z. Коэффициенты условий работы _c1 и _c2 надежности k, а также коэффициенты М М_d и М_с находят примени­тельно к слою слабого грунта.

Ширину условного фундамента b_z назначают с учетом рассеивания напряжений в пределах слоя толщиной z. Если принять, что давление _zp, дей­ствует по подошве условного фундамента АВ, то площадь его подошвы должна составлять

A_z= N_0II/ _zp,

где N_0II - вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента.

Зная А_z найдем ширину условного прямоугольного фундамента по формуле

b_z= ,

где а= (l-b)/2 (l и b - длина и ширина подошвы проектируемого фундамента). Для ленточных фундаментов b_z = А_z/l.

Если условие (2.7) при этом не удовлетворяется, то необходимо при­нять большие размеры подошвы, при которых оно будет удовлетворяться.

Как уже говорилось, размеры подошвы фундамента по приведенным выше методикам являются предварительными, окончательные размеры могут быть назначены после расчета оснований фундаментов по деформациям.

Целью расчетов оснований по деформациям является ограничение аб­солютных или относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность вследствие по­явления недопустимых осадок, подъемов, кренов, изменения проектных уровней и положений конструкций, расстройства их соединений и т.п. При этом имеется в виду, что прочность и трещиностойкость фундаментов и надфундаментных конструкций проверены расчетом, учитывающим усилия, ко­торые возникают при взаимодействии сооружения и основания.

Расчеты оснований по деформациям производят исходя из условия

S S_u, (2.8)

где S - совместная деформация основания и сооружения, различные формы которой были показаны ранее, S_u - предельное значение совместной дефор­мации основания и сооружения, устанавливаемое нормами или заданием на проектирование.

Деформации оснований могут вызываться различными причинами и подразделяются на следующие виды.

Осадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунтов основания под воздействием внешних нагрузок, включая действующие вбли­зи сооружения, и собственного веса грунтов основания. Осадки развиваются без коренного изменения структуры грунтов.

Просадки - деформации, происходящие в результате уплотнения и ко­ренного изменения структуры грунтов основания под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунтов, так и проявления дополни­тельных факторов (замачивания посадочных грунтов, оттаивания ледовых прослоек в мерзлых грунтах и т. п.).

Подъем или усадка поверхности основания - деформации, связанные с изменением объема некоторых видов грунтов при физических и химических воздействиях (морозное пучение при промерзании, набухание при увеличе­нии влажности и т. д., усадка при уменьшении влажности грунтов и т.п.).

Оседание - деформации земной поверхности, вызываемые подземны­ми работами (разработка полезных ископаемых, некачественное возведение подземных сооружений и т.п.), а также резким изменением гидрогеологиче­ских условий территории (понижение уровня подземных вод, карстово-суффозионные процессы и т. п.).

Горизонтальные перемещения - деформации, вызываемые действием горизонтальных нагрузок и составляющих общей нагрузки (подпорные стен­ки, фундаменты распорных систем и т. п.), а также связанные с большими вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках и т.п.

Из-за неоднородности грунтов в пределах пятна застройки и различ­ных нагрузок на отдельные фундаменты сооружения обычно возникают не­равномерные деформации основания, вызывающие также неравномерные деформации в конструкциях сооружения. На рис. 2.7 представлены характер­ные формы совместных деформаций сооружения и основания.

Абсолютная осадка основания отдельного фундамента S определяется как среднее вертикальное перемещение подошвы фундамента. Зная величи­ны S для различных фундаментов, можно оценить неравномерность дефор­мации основания и конструкции сооружения.

Средняя осадка основания сооружения S= S_iA_i/ A_i ,

где S_i - абсолютная осадка i-го фундамента с площадью подошвы А_i.

При известных значениях S_i и S можно оценить необходимость и на­метить мероприятия по уменьшению осадок основания или приспособлению конструкций фундамента к неравномерным осадкам.

Относительная неравномерность осадок двух фундаментов S/L, где S = S_i,+S_i+1 - разность абсолютных осадок, соседних фундаментов, L - рас­стояние между осями этих фундаментов, которое является важнейшей харак­теристикой для оценки дополнительных усилий, возникающих в конструкци­ях при неравномерной деформации оснований.

Крен фундамента (сооружения) i определяется как отношение разно­сти осадок крайних точек подошвы фундамента к расстоянию между ними. Кроме учета дополнительных усилий в конструкциях при возникновении крена отдельных фундаментов, знание этой величины важно для оценки воз­можного нарушения технологического процесса в проектируемом сооруже­нии (рис. 2.7, а).

Относительный прогиб или выгиб сооружения (рис. 2.7, б) - это отно­шение стрелы прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого участка сооружения. Зная относительный прогиб (выгиб) сооружения или отдельных его участков, можно определить кривизну изгибаемого участка — величину, обратную радиусу искривления. Этот показатель используется при разработ­ке типовых проектов зданий и сооружений и позволяет устанавливать для них значения предельных деформаций оснований по условиям прочности и трещиностойкости конструкций.

Относительный угол закручивания сооружения характеризует про­странственную работу сооружения и позволяет установить дополнительные усилия не только в несущих конструкциях, но и в перекрытиях. Закручивание сооружения возникает при неравномерных осадках по его торцам, имеющих разное направление (рис. 2.7, г).

Горизонтальное перемещение фундамента или сооружения в целом определяется в соответствии со схемой рис. 2.7, д при действии горизонталь­ных составляющих нагрузок. Часто массивные сооружения при этом испы­тывают и деформации крена.

Характерные формы совместной деформации основания и сооружения (в соответствии с показанными на рис. 2.7) легко могут быть определены при известных значениях абсолютных осадок фундаментов. В свою очередь, ве­личины абсолютных осадок фундаментов устанавливаются расчетом с ис­пользованием нескольких методов. Таким образом, левая часть выражения (2.8) всегда может быть определена. При этом необходимо иметь в виду, что максимальное значение абсолютной осадки фундамента всегда будет соот­ветствовать стабилизированному состоянию основания. Однако в определен­ных инженерно-геологических условиях максимальная неравномерность оса­док фундаментов может возникнуть не только после завершения процесса консолидации основания, но и в период развития осадок. Поэтому в необходимых случаях расчеты следует производить с уче­том длительности процесса и прогноза времени консолидации основания.

Рис. 2.7. Характерные формы совместных деформаций сооружения и основания: а - рас­четная схема; б - схема неравномерных осадок фундаментов; в - схема крена жесткого со­оружения; г - схема деформаций, приводящих к закручиванию сооружения; д - схема сдвига жесткого сооружения неравномерности осадок

Предельные значения совместной деформации основания и сооруже­ния (правая часть выражения (2.8)) устанавливаются исходя из необходимо­сти соблюдения:

а) архитектурных требований (недопустимость неприятных впечатле­ний от деформации сооружения в целом, ограничение взаимных смещений отдельных элементов конструкций и архитектурных деталей, обеспечение нормальных эксплуатационно-бытовых условий: ограничение уклонов полов, перекосов стен, дверных и оконных проемов и т. п.);

б) технологических требований (условия эксплуатации лифтов, подъ­емников и кранового оборудования, вводов и выпусков инженерных комму­никаций и т. д.);

в) требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конст­рукций сооружения, включая его общую устойчивость.

Значения предельных деформаций устанавливаются соответствую­щими нормами проектирования, правилами эксплуатации оборудования или заданием на проектирование сооружения. В качестве примера в табл. 2.5 приведены рекомендуемые значения предельных деформаций основания некоторых типов сооружений. Более полные данные содержатся в СЫиП 2.02.01.83.

При расчетах оснований по деформациям, исходя из условия (2.8), не­обходимо учитывать возможность изменения как расчетных з, так и предель­ных [б] значений деформаций основания за счет применения строительных мероприятий по уменьшению сжимаемости и неоднородности грунтов осно­вания, а также конструктивных мероприятий, направленных на снижение чувствительности сооружений к деформациям оснований.

Для расчета конечных (стабилизированных) осадок фундаментов мел­кого заложения наибольшее распространение получили метод послойного суммирования и метод эквивалентного слоя.

Таблица 2.5

Предельные деформации основания

Метод послойного суммирования. В наиболее простой постановке осадка находится только от одних вертикальных напряжений, действующих в основании по оси, проходящей через середину фундамента.

После определения размеров подошвы фундамента и проверки усло­вия (2.2) ось фундамента совмещают с литологической колонкой грунта и строят эпюру природного давления _zg. Эпюра строится по оси фундамента, начиная от поверхности природного рельефа.

Затем, зная природное давление на уровне подошвы фундамента _zg0, определяют дополнительное вертикальное давление (сверх природного) на грунт р , которое иногда называют осадочным давлением, подразумевая, что существенная осадка грунта произойдет только от действия дополнительного давления:

Р₀=Р_II- _zg0, (2.9)

где Р_II - полное давление по подошве фундамента.

Установив величину р₀, строят эпюру дополнительных вертикальных напряжений в грунте _zр. Эпюру строят по точкам, для чего толщину грунта ниже подошвы фундамента делят на элементарные слои. Напряжение на гра­нице каждого слоя определяют по формуле

_zg= p₀,

где - коэффициент, определяемый в зависимости от соотношений n=l/b/ - длина, b - ширина подошвы фундамента) и т=2z/b (z - расстояние от по­дошвы фундамента до точки на оси z, в которой определяется напряжение

_zg).

По нормам толщина элементарных слоев не должна превышать 0,4 ширины или диаметра подошвы фундамента, что, с одной стороны, повыша­ет точность построения эпюры _zp, а с другой - позволяет рассматривать эпюру распределения напряжений в пределах каждого слоя как прямоуголь­ную и производить расчет его осадки по формуле одноосного сжатия:

Si= _zgh_iE_i.

Ограничив сжимаемую толщу глубиной, ниже которой сжатием грун­та можно пренебречь (глубина, где дополнительное давление составляет 0,2 природного давления или 0,1 в случае слабых грунтов), полную осадку осно­вания определяют как сумму осадок элементарных слоев в пределах сжимае­мой толщи по формуле

S= S_i. (2.10)

Метод эквивалентного слоя. В этом методе пространственная задача расчета осадок сводится к эквивалентной одномерной. Осадка определяется с учетом жесткости и формы подошвы фундамента и трех составляющих нор­мальных напряжений ( _{z у х}) в предположении, что основание является линейно деформируемым телом.

Максимальную и среднюю осадки гибкого и осадку жесткого фунда­мента определяют по формуле

S=р₀h_эт . (2.11)

Мощность эквивалентного слоя h_э, входящую в формулу (2.11), рассчитывают по формуле;

h_э = А_w b,

где А_w - коэффициент эквивалентного слоя, определяемый по таблице СНиП в зависимости от коэффициента Пуассона для разных грунтов, жесткости и соотношения сторон загруженной площади п = l/b; здесь b - ширина фунда­мента, м.

Осадку слоистого основания методом эквивалентного слоя вычисляют приближенно, вводя в расчет средневзвешенное значение относительного ко­эффициента сжимаемости грунта т», в пределах сжимаемой толщи.

Метод эквивалентного слоя существенно упрощает расчет осадок фундаментов. Практика показала, что наиболее целесообразно его применять в расчетах фундаментов площадью до 20...30 м² при однородных или слои­стых напластованиях, в которых сжимаемость отдельных слоев мало отлича­ется друг от друга, а также в случае слабых грунтов.

2.4. Расчет конструкций железобетонных фундаментов

Размеры подошвы и глубина заложения фундаментов определяются расчетом основания, который приведен выше. Расчет конструкции фунда­мента (плитной части и подколонника) производится по прочности и раскры­тию трещин и включает: проверку на продавливание и раскалывание, опре­деление сечений арматуры и ширины раскрытия трещин, а также расчет прочности поперечного сечения подколонника.

Исходными данными для расчета являются: размеры подошвы плит­ной части; глубина заложения и высота фундамента; площадь сечения под­колонника или ширина фундаментной стены; сочетания расчетных и норма­тивных нагрузок от колонны на уровне обреза фундамента.

Расчет фундаментов по прочности и раскрытию трещин производится на основное и особое сочетания нагрузок. При расчете фундамента по проч­ности расчетные усилия и моменты принимаются с коэффициентом надеж­ности по нагрузке по указаниям действующих СНиП, а при расчете по раскрытию трещин - с коэффициентом надежности по нагрузке, равным едини­це.

При проверке прочности плитной части фундамента на обратный мо­мент необходимо учитывать нагрузки от складируемого на полу материала и оборудования.

При расчете фундаментов по прочности и по раскрытию трещин воз­никающие в них усилия от температурных и им подобных деформаций при­нимаются изменяющимися по вертикали от полного их значения на уровне обреза фундамента до половинного значения на уровне подошвы фундамен­та.

2.4.1. Расчет фундаментов на продавливание

Расчет на продавливание производится из условия, чтобы действую­щие усилия были восприняты бетонным сечением фундамента без установки поперечной арматуры. При расчете фундамента на продавливание определя­ется минимальная высота плитной части Н и назначаются число и размеры ее ступеней или проверяется несущая способность плитной части при заданной ее конфигурации.

При расчете на продавливание от верха плитной части предполагает­ся, что продавливание происходит по граням, которые наклонены под углом 45° к горизонтали и ограничены сверху гранями жестких элементов, снизу -подошвой фундамента (рис. 2.8). Следует отметить, что продавливания плит­ной части не происходит, если в любом сечении фундамента плоскости, про­веденные от границ изменения жесткости плитной части под углом 45° к го­ризонтали, не пересекают подошву; такие фундаменты называют жесткими (рис. 2.8). На рис. 2.9 приведены наиболее типичные схемы разрушения при продавливании.

Рис. 2.8. Схема жесткого фундамента

Рис. 2.9. Схемы разрушения плитной части фундаментов от продавливания: а - центрально нагруженного квадратного фундамента; б - внецентренно нагруженного квадратного фундамента; в - центрально и внецентренно нагруженного прямоугольного фундамента, г - центрально и внецентренно нагруженного ленточного фундамента

Условие продавливания может быть получено при рассмотрении рав­новесия внешних (р - реактивное давление грунта) и внутренних сил ( _b -сопротивление бетона), действующих на заштрихованные участки (рис.2.9), при достижении внутренними силами критического значения _b =R_ы. Таким образом, из сказанного следует, что равнодействующая вешних сил недолж­на превышать проекции равнодействующей внутренних сил на вертикальнуюось. Отсюда для расчетных схем, представленных на рис. 2.9, получены сле­дующие выражения:

а) для центрально нагруженного квадратного фундамента

А₀р R_ыb_ah₀, (2.12)

где А₀р -равнодействующая внешних сил; R_ыb_ah₀ - проекция внутренних сил на вертикальную ось; А₀=A-A_p - площадь заштрихованного участка; здесь

А - площадь подошвы фундамента; А_р =(b_К +2h₀)² - площадь нижнего осно­вания пирамиды продавливания; R_ы - расчетное сопротивление бетона на растяжение; h₀ - расстояние от верха Плитной части до средины арматуры; b₀=4(b_k+h₀) среднеарифметическое значение верхнего и нижнего осно­ваний пирамиды продавливания;

б) для внецентренно нагруженного квадратного фундамента

А₀р_max R_ыb_ah₀, (2.13)

где А₀р_max - равнодействующая внешних сил; R_ыb_ah₀ - проекция внутренних сил на вертикальную ось; А₀ =(b+b_К+2h₀)c/2=(b²-(b_к+2h_а)²)/4 - пло­щадь заштрихованного участка; R_ы - расчетное сопротивление бетона на рас­тяжение; h₀ - расстояние от верха плитной части до средины арматуры; b_а=b_К+h₀- среднеарифметическое длин верхнего и нижнего оснований грани, по которой происходит продавливание;

в) для центрально и внецентренно нагруженного прямоугольного фун­дамента

А₀р_n R_ыb_ah₀, (2.14)

где А₀р_n - равнодействующая внешних сил; р_n=р при центральном нагруже­нии, р_n=р_тах при внецентренном; R_ыb_ah₀ - проекция внутренних сил на вер­тикальную ось; А_а = 0,5b(l - l_к – 2h₀) - 0,25(b - b_К – 2h₀) - площадь заштри­хованного участка; R_ы- расчетное сопротивление бетона на растяжение; h₀ расстояние от верха плитной части до средины арматуры; b₀=b_к+h₀ -среднеарифметическое длин верхнего и нижнего оснований грани, по кото­рой происходит продавливание;

г) для центрально и внецентренно нагруженного ленточного фунда­мента

А₀р_n R_ыh₀, (2-15)

где А₀р_n - равнодействующая внешних сил; р_n=р при центральном нагруже­нии, р_n=р_тах при внецентренном; R_ыh₀ - проекция внутренних сил на верти­кальную ось; А₀ = с = 0,5(b-b_k–2h₀) - площадь заштрихованного участка; R_ы - расчетное сопротивление бетона на растяжение; h₀ - расстояние от верха плитной части до средины арматуры.

С помощью выражений (2.12)-(2.15) можно определить полную тре­буемую высоту плитной части Н,которая окончательно принимается кратной 150 мм, но не менее 300 мм. При значительной требуемой высоте Н плитную часть следует выполнять двух- или трехступенчатой с высотами h_i, равными 300, 450, 600мм.

Число и высота ступеней назначаются в зависимости от полной высо­ты плитной части Нв соответствии с учетом модульных размеров. Вначале определяется вынос и высота нижней ступени фундамента и проверяется ус­ловие на продавливание ее верхними ступенями по одной из формул (2.12)-(2.15).

Минимальные размеры остальных ступеней фундамента в плане оп­ределяются после установления выноса нижней ступени с₁ пересечениями линии АВ с линиями, ограничивающими высоты ступеней (рис. 2.10). Для двухступенчатых и трехступенчатых фундаментов эти размеры должны быть не менее:

l₁ l-2c₁;

b₁ ml₁;

l₂ (l-2c₁-l_k)h₃/(h₂+h₃)+l_c;

b₂ ml₂+l_k,

здесь т - отношение меньшей стороны фундамента к большей, принимаемое равным 0,6 - 0,85.

Рис. 2.10. К определению высоты ступеней

Окончательные размеры ступеней назначаются с учетом унификации размеров фундаментов. При этом необходимо учитывать, что вынос ступе­ней, особенно нижней, определяет количество арматуры. В этой связи назна­ченные по приведенной выше методике размеры ступеней могут быть скор­ректированы из условия экономичности армирования.

2.4.2. Расчет фундаментов по прочности на раскалывание

По прочности на раскалывание эти фундаменты проверяются от действия нормальной силы N в сечении колонны у обреза фундамента по формулам:

N (1+b_с/l_с) ^, _с А_tR_bt; (2.16)

N (1+b_с/b_с) ^, _с А_bR_bt; (2.16)

где ^, - коэффициент трения бетона по бетону, равный 0,7; _с- коэффициент условий работы фундамента в грунте, равный 1,3; Аь Аь– площади вертикальных сечений фундамента в плоскостях, проходящих по осям колонны параллельно сторонам l и b подошвы фундамента, за вычетом площади се­чения стакана.

При b_c/l_c< А_ь,/А_t расчет ведется по формуле (2.16), при b_c/l_c< А_ь,/А_t - по формуле (2.17). При определении N по формуле (2.16) отношение b_c/l_c долж­но приниматься более 0,4, а по формуле (2.17) - не менее 2,5.

После проведения расчетов на продавливание и раскалывание прини­мается большее значение несущей способности фундамента.

2.4.3. Определение площади сечений арматуры плитной части

Площадь сечений рабочей арматуры А_s в обоих направлениях опреде­ляется из расчета на изгиб консольного выступа плитной части фундамента в сечениях на грани колонны (подколонника) и по граням ступеней от дейст­вия давления грунта, согласно расчетной схемы приведенной на рис. 2.11.

Площадь сечения арматуры на всю ширину фундамента определяется по формуле

А_s=М₁/(0,9h_tR_s),

где М₁ -изгибающий момент в рассматриваемом сечении консольного вы­ступа (по грани колонны или по граням ступеней); h_t - рабочая высота рас­сматриваемого сечения от верха ступени до центра арматуры; R_s - расчетное сопротивление арматуры.

Изгибающие моменты М₁ в расчетных сечениях определяются по дав­лению грунта р, вычисленному от расчетных значений нормальной силы N₁ приложенной по обрезу фундамента, и изгибающего момента М на уровне подошвы, действующего в плоскости определяемого момента М_i.

Изгибающий момент М_i в сечении i, определяемый в направлении l (большего размера подошвы),

M_xi= (2Р_max + p_i)

и в направлении b (меньшего размера подошвы)

M_yi= (2Р_max + p_i)

где с_i - длина консоли от края фундамента до расчетного сечения (рис. 2.11); Р_max-максимальное краевое давление на грунт, определяемое по формуле (2.5); р_i- давление на грунт в расчетном сечении,

р_i =N/A+ к'_tМ/W,

здесь к'_t=1-2с₁/ l.

Рис. 2.11. К определению площади сечения арматуры

2.4.4. Расчет прочности поперечных сечений подколенника

Расчет продольной арматуры железобетонного подколонника произ­водится на внецентренное сжатие в двух сечениях по высоте (рис. 2.12): пря­моугольном на уровне плитной части (сечение 1-1) и коробчатом стаканной части на уровне заделанного торца колонны (сечение П-1Г).

При расчете прямоугольных сечений 1-1 принимаются расчетные уси­лия: нормальная сила Nпо обрезу фундамента и изгибающие моменты М_хи М_уна уровне рассматриваемого сечения.

Рис. 2.12. Расчетные сечения подколенника

Для коробчатого сечения III-III или стаканной части подко­лoнника площадь сечения поперечной арматуры (рис. 2.13) допускается оп­ределять от действия условных изгибающих моментов и М_kx относитель­но оси, проходящей через точку к ( ) без учета нормальной силы:

- в плоскости х(вдоль стороны l)

при е_0х 1_с/2

М_kx=0,8(М_х+Q_xh_Q-Ni_c/2),

При l_с/2>е_0х> l_с/6

М_kx =М_х+Q_xh_Q-0,7N е_0х);

-в плоскости у (вдоль стороны b)

при е_0у >b_С/2

М_kу=0,8(М_у+Q_уh_Q-Nbк_c/2),

при b_с/2>е_0у>b_с/6

М_kу=М_у+Q_уh_Q-0,7N е_0у),

где N, М_х, .М_x, <Q_x, <Q_у - нормальная сила, изгибающие моменты и горизонталь­ные силы на уровне обреза фундамента.

Стенки стакана армируют горизонтальными сварными сетками, пло­щадь поперечной арматуры которых в сечении III-III или (рис. 2.13) определяется из уравнений:

=M_k; =M ;

где А_i, - площадь всех стержней одного направления в сетке; Z_i - расстояние от плоскости сетки до низа колонны; R_s - расчетное сопротивление арматуры.

При одинаковых диаметрах поперечной арматуры и одинаковой марке стали площадь сечения поперечной рабочей арматуры каждой сварной сетки

при e₀ 1_с/2

A_s=M_k/ (2.17)

при l_с/2>е₀> l_с/6

A_s=M / (2.18)

Поперечное армирование подколонника при действии нормальной си­лы в пределах ядра сечения (e₀<hc/6) назначается конструктивно. Если это необходимо по расчету, то допускается увеличивать диаметр стержней двух верхних сеток по сравнению с диаметром стержней остальных сеток, кото­рый назначается в соответствии с расчетом.

При заглублении стакана в плитную часть фундамента площадь сече­ния поперечной рабочей арматуры сеток также определяется по формулам (2.17), (2.18), а сетки поперечного армирования устанавливаются в пределах подколонника.

Стенки стакана допускается не армировать в следующих случаях: при их толщине поверху более 200 мм и более 0,75 высоты верхней ступени (при глубине стакана большей, чем высота подколонника); при их толщине повер­ху более 200 мм и более 0,75 глубины стакана (при глубине стакана меньшей, чем высота подколонника). Проверка прочности дна стакана подколонника производится расчетом на местное смятие от торца колонны.

2.4.5. Расчет фундамента по второй группе предельных состояний (на раскрытие трещин)

Для внецентренно сжатых подколонников и изгибаемой плитной час­ти ширина раскрытия трещин рассчитывается следующим образом:

- если М_t/М_s>2/3,то проверяется длительное раскрытие трещин от дей­ствия момента М_t,

- если М_t/М_s>1/3,то проверяется кратковременное раскрытие трещин от

действия момента М_s (где М_t — момент от постоянных и длительных нагру­зок; M_s - суммарный момент, включающий и кратковременные нагрузки).

Проверка ширины раскрытия трещин при однорядном армировании не производится в следующих случаях:

-если коэффициент армирования превышает 0,02 для арматуры клас­сов А-П и А-Ш;

-если при любом диаметр арматуры не превышает 22 мм для класса А-П и 8 мм для класса А-Ш.

Упругопластический момент сопротивления фундамента в растянутой

зоне

W_pII={0,295+0,75[ +2 ]}bh²,

где = - коэффициент, учитываемый в случае таврового сечения с

полкой в растянутой зоне, для прямоугольного сечения =0; = Е_s1Е_ь -соотношение между модулями упругости арматуры и бетона.

Момент трещинообразования определяется по формуле

M_crc=R_btserW_pl

где R_btser- расчетное сопротивление бетона растяжению по второй группе предельных состояний,

M< M_crc, (2.20)

здесь М - момент в поперечном сечении фундамента от нормативных нагру­зок.

Если условие (2.20)не выполняется, то проверяют ширину раскрытия трещин по формуле

A_crc= ,

где - коэффициент, принимаемый равным 1; - коэффициент при длитель­ном действии постоянных и временных нагрузок, принимаемый 1,6-15 ; -коэффициент при использовании стержневой арматуры периодического про­филя, принимаемый равным 1; ц-А₅1ЬИ^- коэффициент армирования, при­нимаемый не более 0,02; =М I А_$2 - напряжение в растянутой арматуре в сечении с трещиной, здесь 2 = /2) - плечо внутренней пары сил (здесь

| = 1/1,8 + (1 + 5Ь^0^а, Ь=М/К_Ь„ЬИ₀, а = Е, !Е_Ъ); 4 - диаметр стержневой арматуры, мм).

Ширина раскрытия трещин сравнивается с максимально допустимой по условию

®сгс — **сгс,и з

где а_сгси- предельно допустимая ширина раскрытия трещин в фундаменте,

^асгс,и~0,2лш - для фундаментов, находящихся ниже уровня грунтовых вод;

а_сгси - 0,3лш - для фундаментов, находящихся выше уровня грунтовых вод.

При невыполнении этого условия необходимо либо изменить конст­рукцию фундамента, либо увеличить проектный класс бетона и усилить ар­мирование фундамента с последующей корректировкой всех расчетов.

3.СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

3.1. Общие сведения о свайных фундаментах

Сваями называют погружаемые или сформированные в грунте в вер­тикальном или наклонном положении относительно длинные элементы, пе­редающие нагрузки на нижележащие слои грунта основания.

Фундаменты из свай часто применяют при наличии в верхней зоне грунтов основания слабых грунтов, когда возникает необходимость передачи нагрузки от сооружения на более плотные грунты, залегающие в данном слу­чае на некоторой, иногда значительной глубине.

В условиях современного строительства свайные фундаменты исполь­зуют очень широко. Большинство жилых и общественных зданий с количе­ством этажей более девяти возводят на свайных фундаментах. Это объясня­ется повышенной несущей способностью свайных фундаментов по сравне­ниюс фундаментами, возводимыми в открытых котлованах, а также сравни­тельно меньшей трудоемкостью земляных работ.

Свайным фундаментом считают группу свай, объединенных сверху специальной конструкцией в виде плит или балок, называемых ростверками, которые предназначены для передачи и равномерного распределения на­грузки на сваи. Ростверки, являясь несущими конструкциями, служат для опирания надземных конструкций зданий на сваи.

Рис. 3.1. Схемы свайных ростверков: а - низкий ростверк; б - промежуточный ростверк;

в - высокий ростверк

Различают свайные фундаменты с низким ростверком, промежуточ­ным и высоким.