Фундамент- це конструкція будівлі нижче відмітки планування. Його призначення - передати навантаження від всієї споруди грунтовому підставі. Навантажений грунт може змінювати свою структуру, викликаючи в будівлях деформації, межа яких обмежений нормами. Правильно зроблений розрахунок фундаментів забезпечить довговічність і надійність будь-якої будівлі.
- Глибина закладення фундаменту
- Розрахунок стрічкових фундаментів за формулами
- Навантаження і впливи
- Визначення ширини підошви
- Розрахунок стрічкових фундаментів за графіком
Фундаменти за своїми можливостями чинити опір навантажень можна поділити на жорсткі і гнучкі. Конструкції з бутобетона і бетону відносяться до жорстких. Вони добре пручаються стиску і погано працюють при розтягуванні і вигині.
Фундаменти із залізобетону мають всередині конструкції арматуру. Вона сприймає розтягуючі і згинальні зусилля, тому залізобетон застосуємо для гнучких елементів.
Важливо! Обов'язкова умова розрахунку будь-яких фундаментів - це наявність результатів геологічних і топографічних вишукувань в місці будівництва.
Будівля і грунтову основу в розрахунку розглядаються як працюють спільно. Несприятливий вплив факторів навколишнього середовища теж може змінювати грунтову основу. Наприклад, температура впливає на властивості набухають і рухливих, а вода може змінювати структуру грунтах і засолених грунтів.
Рівень розташування води в грунті, його можливу зміну, хімічний склад води теж визначають вибір матеріалу, конструкції і способу будівництва фундаменту. Всі ці дані вказуються в звіті досліджень.
Глибина закладення фундаментуПри визначенні рівня розташування підошви фундаменту враховується наступне:
- конструкція будівлі і його призначення;
- наявність прилеглих споруд і відмітка низу їх фундаментів;
- властивості ґрунтів;
- грунтові води і зміна їх стану;
- глибина промерзання грунту;
- несприятливий вплив навколишнього середовища;
Відмітка низу фундаменту приймається незалежно від рівня промерзання грунту, якщо підставою є непучиністих грунт, і будівля опалюється в зимовий період. Також, якщо дослідження і розрахунки показують, що не відбувається деформацій, що порушують міцність всієї будівлі, при періодичному замерзанні і відтаванні грунту.
Фундамент опалювальних приміщень під зовнішні стіни закладається на глибину більше розрахункового значення глибини замерзання грунту, якщо підставою для них є пучиністий грунт.
Розрахункове значення цієї глибини знаходиться за формулою:
df = kh * dfn, де
- kh - коефіцієнт теплового режиму в приміщенні;
- dfn - нормативна глибина замерзання грунту.
Для будівель, що не опалюються в зимовий період kh = 1,1; для опалювальних kh приймається по таблиці.
Тип споруди Температура повітря в сусідньому приміщенні 0 5 10 15 20 і більше Підлоги по грунту 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 Підлоги по лагам 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 підлоги по утепленій перекриття 1,0 1,0 0,9 0,8 0,7 Будівля з підвалом 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4Нормативна величина dfn приймається як середня величина максимальних щорічних сезонних глибин промерзання за 10 років.
Цю величину можна розрахувати за формулою:
Mt- безрозмірне число, що дорівнює сумі абсолютних значень температур нижче нуля взимку в конкретному районі. Його знаходять в СП 131.13330.2012.
d0 приймається:
- 0,23 - глини і суглинки;
- 0,28 - пилуваті і дрібнозернисті піски;
- 0,3 - грубозернисті і середньозернисті піски;
- 0,34 - великоуламкові грунти.
До пучинистих відносяться грунти:
- гліносодержащіе;
- дрібнозернисті і пилуваті піски;
- великоуламкові з глинисто-пилуватими включеннями.
Розрахунок фундаментів будівель робиться по 2-х груп граничних станів:
- несучої способності- перша група;
- деформацій - друга група.
Перше граничний стан передбачає повну неможливість експлуатувати будівлю. Друге - це, коли нормальна експлуатація утруднена. Розрахунок виконується для визначення оптимальних розмірів конструкції фундаменту.
Навантаження і впливиНормативна навантаження, помножена на коефіцієнт надійності (перевантаження) - γf, дає значення розрахункової.
Конструкція Коефіцієнт надійності γf Металеві 1,05 Бетонні, щільність >1600 кг / м3 1,10 Залізобетонні, кам'яні, армокам'яні, дерев'яні, щільність <1600 кг / м3: заводського виготовлення - 1,2 на будмайданчику - 1,3 Грунти природні 1,1 насипні 1,15Для снігового і вітрового навантаження γf = 1,4, для температурного дії γf = 1,1.
За кількістю часу дії навантаження розділені на постійні і тимчасові. Під час будівництва, а також експлуатації постійні навантаження діють без перерв. До них відносяться вага всіх конструкцій будівлі і вага грунту. Тимчасові навантаження поділяються на:
- тривалої дії (тимчасово розташовується обладнання, складування матеріалів і деталей будь-якого виробництва, вага людей і тварин, підвісні і мостові крани);
- короткочасної дії (снігові, вітрові, гололёдние, пуско-налагоджувальне і ремонтне обладнання, люди і т. д.);
- особливого дії (від вибуху, надзвичайних подій, поломки обладнання, зміни структури підстави, і т. д.).
При розрахунку використовується поєднання навантажень:
Розраховуючи підстави за деформаціями, використовується основне сполучення навантажень. На міцність в розрахунку теж береться основне сполучення, але, якщо є особливі навантаження, розрахунок ведеться на особливе поєднання. Для певного виду сполучення навантажень в розрахунку враховуються понижуючі коефіцієнти сполучення - ψ.
В кінцевому підсумку вибирається більш небезпечне поєднання навантажень. Для житлових будинків з жорсткою схемою конструкції навантаження на фундамент складається з ваги:
- Постійні навантаження:
- Стіни, міжповерхові перекриття, підвальне перекриття (при наявності).
- Фундамент і вага на його уступах грунту.
- Тимчасові навантаження:
- Сніг.
Рівномірно розподілене нормативне навантаження для житлових будинків можна прийняти за СНиП - 1,5 кПа (коефіцієнт перевантаження - γf = 1,3).
Визначення ширини підошвиФундаменти житлових будинків сжёсткой схемою конструкції розраховуються як центрально стислі. Вони влаштовуються симетрично щодо стіни поверху або підвалу. Розрахунок робиться виходячи з умови граничної рівноваги всіх сил, що впливають на фундамент.
F - повне навантаження на фундамент, h - глибина фундаменту b - ширина підошви фундаменту
Щоб зробити попередній розрахунок, можна використовувати значення R0 по нижчеприведений таблицями.
Грунт Щільність грунту, кг / см2 Кут внутрішнього тертя φ Модуль деформації Е, кг / см2 Об'ємна вага γ, т / м3 щільні середньої щільності Піски крупні 4,5 3,5 36-41 2000-500 1,75-1,85 Піски середньої крупності 3,5 2,5 33-38 500-300 1,6-1,9 Піски дрібні: 30-36 400-250 - маловологі 3,0 2,0 1,6-1,9 - насичені водою 2, 5 1,5 1,8-1,9 Піски пилуваті: 28-34 250-125 1,8-2,0 - маловологі 2,5 2,0 - вологі 2,0 1,5 - водонасичені 1,5 1, 0Грунт Коефіцієнт пористості Консистенція ґрунту в кг / см2 Кут внутрішнього тертя φ Модуль деформації Е, кг / см2 Об'ємна вага γ, т / м3 щільний пластичний Супіски 0,5 3,0 3,0 18-28 200-125 1,7-1 , 95 0,7 2,5 2,0 1,5-1,85 Суглинки 0,5 3,0 2,5 12-25 250-80 1,8-1,95 0,7 2,5 1,8 1,75-1,9 1,0 2,0 1,0 1,7-1,8 Глини 0,5 6,0 4,0 30-36 400-250 1,9-2,0 0,6 5 , 0 3,0 1,9-2,0 0,8 3,0 2,0 1,8-1,9 1,1 2,5 1,0 1,7-1,8
Для суцільного стрічкового фундаменту ширина підошви визначається:
- F - навантаження, яке діє на верхню частину фундаменту;
- R0 - опір грунту, яке взято з таблиць;
- γmt- усереднений питома вага фундаменту і грунту на його обрізах;
- h - висота фундаменту.
Для прикладу визначимо ширину підошви суцільного стрічкового фундаменту з жорсткою схемою при наступних даних:
- F = 255 кН;
- R0 = 250 кПа - для суглинку з коефіцієнтом пористості 0,7;
- Глибина залягання - 1,8 м, висота h = 2,0 м. Матеріал фундаменту - бетон М 200, γmt = 2,0 кг / м3.
При глибині менше 1,5 м застосовується коефіцієнт m.
Глибина закладення h 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 Коефіцієнт m 0,97 0,93 0,90 0,87 0,83 0,80 0,77 0,73 0,70Необхідна ширина підошви виходить:
Далі уточнюємо R0 для глибини підошви фундаменту менше 2,0 м за формулою:
R = R0 * [1 + k1 (b - b0) / b0] * (d + d0) / 2d0;
- k1 - для глин, суглинків, супісків і пилуватих пісків - 0,05; для великих пісків і великоуламкових грунтів - 0,125.
- b і d - ширина і глибина закладення фундаменту
- b0 і d0 - значення ширини і глибини, прийняті в таблицях
R = 250 ∙ [1 + 0,05 (1,2 - 1) / 1] ∙ (1,8 + 2) / 2 ∙ 2 = 240 кПа
Уточнюємо ширину підошви фундаменту
Щоб отримати більш точні дані, обчислюється розрахункове значення опору ґрунту за даними досліджень.
Розрахунок стрічкових фундаментів за графікомГрафік розрахунку суцільних стрічкових фундаментів під зовнішні цегляні стіни
ω 0,0 5% 10% 15% 20% 25% 30% k2 1,07 1,04 1,02 1,00 0,98 0,96 0,93
Р 0,00 300 600 900 1200 1500 1800 2100 k3 0,76 0,81 0,86 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10
Графік розрахунку суцільних стрічкових фундаментів під внутрішні стіни
Р 0,00 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 k3 0,52 0,62 0,72 0,82 0,91 1,00 1,09 1,18
За графіком, створеному для будівель цивільного призначення з цегляними стінами, розрахунок проводиться у разі даним R і кількості поверхів. Знайдена ширина підошви множиться на поправочні коефіцієнти к1, к2, к3:
- к1 - враховує висоту поверху;
- к2 - відношення площі вікон до площі стіни в%;
- к3 - навантаження, яке передає перекриття одного поверху.
Визначити за допомогою графіка ширину підошви можна тільки, якщо товщина стіни, зазначена на графіку збігається з прийнятої товщиною цегельної кладки.
Для прикладу знайдемо ширину підошви фундаменту зовнішньої цегляної стіни товщиною 77 см будинку в три поверхи (з підвалом). При цьому R = 2,0 кг / см2; Н = 3,0 м; ɷ = 20%; Р = 1800 кг / пог. м. За графіком знаходимо, що ширина підошви становить b '= 110 см; b = 110 ∙ 0,98 ∙ 1,5 = 113 см.
Всі наведені таблиці та графіки мають орієнтовний характер. Більш точний розрахунок проводиться фахівцями на основі досліджень грунту (польових і лабораторних) на майданчику будівництва.
