Определение нагрузок на фундаменты.

Перед началом проектирования необходимо изучить конструктивное решение здания: габариты, его назначение, характер передачи нагрузки (несущие стены или каркас), материал стен и перекрытий, их размеры, количество этажей, назначение первого этажа, наличие подвала.

Расчет оснований и фундаментов производится по расчетным нагрузкам. При расчете по деформациям (II предельное состояние) коэффициент перегрузки равен 1.

Определение нагрузок действующих на фундамент производится до уровня планировочной отметки. Перед сбором нагрузок, необходимо установить какие, элементы конструкций являются несущими и какие самонесущими, как проходит передача нагрузок от перекрытий.

Сбор нагрузок от веса конструкций и временной нагрузки производится на грузовую площадь, которая принимается в соответствии со статической схемой сооружения. Для ленточных фундаментов под нагруженные несущие стены длина грузовой площадки принимается между осями оконных проемов, ширина – до середины пролета между наружной и внутренней стеной, под внутренние стены длина грузовой площади принимается равной 1 пог.м, а ширина – равной расстоянию между серединами пролетов. Для колонн длина и ширина грузовой площади принимается равной расстоянию между серединами пролетов.

К постоянным нагрузкам относится вес конструкций (стен, перекрытия, кровли и др.), к временным – полезная нагрузка на перекрытия, снеговая и ветровая нагрузка. Нормативные нагрузки от веса конструкций определяются по проектным размерам и удельным весам материалов, коэффициенты перегрузки принимаются по СНиПу 2.01.07-85 (п.3.1-3.4). Величины нормативных временных нагрузок определяются по СНиПу 2.01.07-85 (п. 3.5-3.9).

При расчете нагрузки от одного перекрытия полное значение нормативных временных нагрузок, указанных в СНиПе, следует снижать в зависимости от грузовой площади А рассчитываемого элемента умножением на коэффициент сочетания ψ_А, равный для квартир, общежитий, служебных и бытовых помещений при А > А₁ = 9 м²

. (1.1)

При наличии двух перекрытий и более

, (1.2)

где n – число загруженных временной нагрузкой перекрытий.

Для читальных залов, торговых залов, участков обслуживания и ремонта оборудования

; м². (1.3)

При наличии двух и более перекрытий

. (1.4)

Нормативные атмосферные нагрузки, определенные по неблагоприятным значениям в течение определенного периода времени, и соответствующие коэффициенты приведены в СНиП 2.01.07-85.

Возможность одновременного проявления нескольких нагрузок регламентируется нормативными документами. СНиП 2.01.07-85 выделяет основное и особое сочетание нагрузок. Основное сочетание включает постоянные, временные, длительные и кратковременные нагрузки. Особое сочетание нагрузок, помимо постоянных и временных нагрузок включает особую нагрузку.

Расчет оснований по деформациям и по несущей способности приводится на основное сочетание нагрузок. Нагрузки на основание от наземных частей сооружения в зависимости от их схемы определяются на уровне спланированной отметки земли, верхнего обреза или подошвы фундамента отдельно от вертикальных и горизонтальных сил.

В каркасных зданиях с полным каркасом вся нагрузка от перекрытий воспринимается только каркасом. Здание имеет как внутренние, так и наружные (пристенные) колонны. Наружные стены выполняются самонесущими или как дополнение каркаса с передачей на него веса стены. В зданиях с неполным каркасом нагрузки от перекрытий передаются на наружные стены и внутренний каркас. В бескаркасных зданиях вся нагрузка от чердачного, междуэтажного перекрытия и покрытия передается на наружные и внутренние продольные стены или на наружные торцевые и внутренние поперечные стены. Так как стены здания передают нагрузку на фундамент по простенкам, нагрузка суммируется по длине, равной расстоянию между осями оконных проемов.

Пример 1.1. Требуется определить нагрузки пятиэтажного административно-бытового комбината шахты, если здание с неполным поперечным каркасом (рис. 1.5). Стены выполнены из кирпичной кладки удельным весом γ = 18 кН/м³, толщина наружных стен 64 см. Внутренний поперечный каркас из сборных железобетонных колонн сечением 40×40 см и ригелей сечением 54×30 см. Междуэтажные перекрытия из крупноразмерного железобетонного настила, кровля – из железобетонных плит по строительным балкам с техническим чердаком. Район строительства г. Тула.

Рис. 1.5. Расчетная схема к примеру 1.1

Сбор нагрузок производить в такой последовательности. Определяют постоянные нормативные нагрузки: от веса покрытия (гидроизоляционный ковер, кровельный настил и балки) – 1,5 кПа, от веса чердачного перекрытия с утеплителем – 3,8 кПа; от веса междуэтажного перекрытия – 3,6 кПа; от веса перегородок – 1,0 кПа; от веса карниза – 2 кН/м.

По СНиПу устанавливают временные нагрузки: снеговая на 1м² горизонтальной проекции – 1,8 кПа, временная на чердачное перекрытие – 0,7 кПа, временная на междуэтажное перекрытие – 2,0 кПа.

Решение. Определяем нагрузку на наружную стену в осях Б – 2.

Грузовая площадь А = 3,3 × 2,8 = 9,24 м², где 3,3 м – расстояние между осями оконных проемов, а 2,8 м – половина расстояния в чистоте между стеной и колонной. Возможность неодновременного загружения всех пяти этажей временной нагрузкой учитываем, вводя понижающий коэффициент по формуле (1.1) при средней площади помещений 18м²:

;

.

Постоянные нагрузки от конструкции, кН:

вес покрытия 1,5×9,24 = 13,86;

вес чердачного перекрытия 3,8×9,24 = 35,11;

вес пяти междуэтажных перекрытий 3,6×9,24×5 = 116,3;

от сборного ригеля перекрытий 0,54×0,3×2,8×25×6 = 68,0;

вес перегородок на пяти этажах 1×9,24×5 = 46,2

вес кирпичной кладки выше чердачного перекрытия 1,5×0,51×3,3×18 = 45,0;

вес стены за вычетом веса оконных проемов на длине 3,3м

0,64×(3,6×3,2 – 2,32×1,79)×5×18 = 445,42.

Итоговая постоянная нагрузка 769,4 кН.

Временные нагрузки, кН

на кровлю 1,8 × 9,24 = 16,63;

на чердачное перекрытие 0,7 × 9,24 = 6,46;

на пять междуэтажных перекрытий с коэффициентом ψ_n1 = 0,66

2×0,66×5×9,24 = 60,98.

Итоговая временная нагрузка 84,07 кН.

Нормативная нагрузка на 1м наружной стены

(769,4 + 84,07)/3,3 = 258,6 кН.

Нагрузка на колонну. кН;

Постоянные нагрузки:

грузовая площадь 5,6×5,6 = 31,36 м²

вес покрытия 1,5×31,36 = 47;

вес чердачного перекрытия 3,8×31,36 = 119,1;

вес плит междуэтажных перекрытий 3,6×5×31,36 = 564,48;

вес перегородок на пяти этажах 1×5×31,96 = 156,8,

вес сборного ригеля перекрытий 0,54×0,3×2,8×25×2×6 = 136,0;

вес железобетонных колонн 0,4×0,4×3,6×25×5 = 72.

Итоговая постоянная нагрузка 1095,38 кН.

Временные нагрузки:

на кровлю 1,8×31,36 = 56,44;

чердачное перекрытие 0,7×31,36 = 21,95;

вес пяти междуэтажных перекрытий с коэффициентом ψ_n1 = 0,66

2×31,36×0,66×5 = 206,9.

Итоговая временная нагрузка 275,28 кН.

Нормативная нагрузка на колонну 1095,38 + 275,28 = 1370,66 кН.

3.Определение размеров в плане фундаментов мелкого заложения на естественном основании

Выбор глубины заложения фундаментов производится в соответствии со СНиП 2.02.01.83 [3, с. 100-108]; [9, с. 37-40].

Размеры в плане фундаментов мелкого заложения на естественном основании определяются:

– для ленточного фундамента по формуле

(1)

где b – ширина подошвы фундамента, м;

N – расчетная нагрузка от веса сооружения, кН;

– среднее значение объемного веса материала фундамента и грунта на его обрезах, кН/м ; = 20 кH/м

– условное расчетное давление грунта под подошвой фундамента, определяемое по СНиП 2.02.01.838*,кПа; d – глубина заложения подошвы фундамента, м;

– для отдельно стоящего (столбчатого) квадратного фундамента

по формуле:

(2)

где d – высоты фундамента, квадратного в плане, м.

Если основанием фундамента служит слабый грунт, для которого не дано расчетное давление в СНиП 2.02.01.83*, то размеры фундамента в плане определяются подбором.

После определения размера фундамента в плане производится его конструирование, т.е. принимается вид фундамента (сборный или монолитный). Для сборного фундамента по каталогам подбираются типовые блоки. При этом не допускается вылет консоли подушки больше того, что указан в таблице для соответствующего напряжения под подошвой фундамента. После уточнения в плане размеров фундамента, которые могут измениться в большую сторону, производится проверка несущего слоя грунта по формуле

(3)

где N_р – расчетная нагрузка на уровне верхнего обреза, кН;

G – вес фундамента (вес стеновых и фундаментных блоков) для отдельных фундаментов, кН;

для ленточных фундаментов, кН/м²;

G_гр – вес грунта на его обрезах, кН.

А – площадь подошвы фундамента, м²

R_p – расчетное сопротивление грунта, определяемое по формуле (7) СНиПа 2.09.01-83*.

1) разница между составляет меньше 10% от R. В этом случае размеры блока оставляют без изменения;

2) разница между более 10%. Это значит, что фундамент запроектирован не экономично. Размер фундамента в плане следует уменьшить;

3) может вызвать увеличение осадки грунта основания за счет распространения пластических деформаций на большую глубину. В этом случае необходимо увеличить подошвы фундамента;

4) для внецентренно загруженных фундаментов допускается увеличивать расчетное сопротивление на 20%;

М – момент от равнодействующей всех нагрузок, действующих по

подошве фундамента;

W – момент сопротивления площади подошвы фундамента. При наличии в пределах сжимающей толщи подстилающего слоя

меньшей прочности, чем прочность вышележащих слоев, необходимо сделать проверку влияния этого слоя на развитие пластических деформаций. Проверку подстилающего слоя производят в соответствии с П2.48 (СНиП 2.02.01-83*). Если проверка подстилающего слоя не удовлетворяет требованиям П. 2.48, то необходимо увеличить размер подошвы фундамента и провести повторную проверку прочности слоя ([2], с.51).

Ленточные сборные фундаменты под стены, как правило, целесообразно устаивать прерывистыми, так как получается более экономичное решение, за счет учета влияния распределительной способности грунтов и арочного эффекта, возникающего между блоками ([3], с. 139).

Конструирование фундаментов производится в соответствии с П. 2.42 – 2.47 (7) и изложенного материала в работе ([3] с.131).