В.М.Антонов
ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
(Примеры расчета и конструирования)
Учебное пособие предназначено для бакалавров направления 08.03.01 «Строительство» профилей «Промышленное и гражданское строительство» и «Городское строительство и хозяйство» и специалистов по направлению подготовки 08.05.02 «Строительство, эксплуатация, восстановление и техническое прикрытие автомобильных дорог, мостов и тоннелей», обучающихся по очной и заочной форме обучения и изучающих дисциплину «Основания и фундаменты». Приведены методы расчета и проектирования столбчатых и ленточных фундаментов мелкого заложения в соответствии с современными нормами
Утверждено Редакционно-издательским советом ТГТУ
Тамбов
РИС ТГТУ
2017
УДК 624.13:625(076)
ББК 
С –
Составители: к.т.н.,доцент Антонов В.М.
Рецензенты: д.т. н., проф. А.Ф.Зубков (ТГТУ)
к.т.н., проф. Котов А.А. (МГТУ)
Фундаменты мелкого заложения. (Примеры расчета и конструирования).Уч. пособие / Сост.: Антонов В.М.., Тамбов: ТГТУ, 2017 – с.
Учебное пособие предназначено для бакалавров направления 08.03.01 «Строительство» профилей «Промышленное и гражданское строительство» и «Городское строительство и хозяйство» и специалистов по направлению подготовки 08.05.02 «Строительство, эксплуатация, восстановление и техническое прикрытие автомобильных дорог, мостов и тоннелей», обучающихся по очной и заочной форме обучения и изучающих дисциплину «Основания и фундаменты».
Утверждено редакционно-издательским советом Тамбовского государственного технического университета
© ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»
СОДЕРЖАНИЕ стр.
1. РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ 4
1.1. Определение глубины заложения подошвы фундамента 4
Пример 1. Определение глубины заложения фундамента
бескаркасного здания 7
Пример 2. Определение глубины заложения подошвы фундамента
каркасного здания 9
1.2. Определение размеров подошвы фундамента и проверка
давления под подошвой 11
Пример 3. Определение размеров подошвы отдельно стоящего 15
фундамента
Пример 4. Определение размеров подошвы ленточного 18
фундамента
1.3. Расчет ленточного прерывистого фундамента 20
Пример 5. Расчет ленточного фундамента на прерывистость 21
1.4. Расчет осадки фундамента 22
Пример 6. Расчет осадки отдельно стоящего фундамента 26
1.5. Расчет крена 29
Пример 7. Расчет крена отдельно стоящего фундамента 30
1.6. Проверка прочности слабого подстилающего слоя 30
Пример 8. Проверка прочности слабого подстилающего слоя
1.7. Расчет по 1 группе предельных состояний 33
Пример 9. Расчет на глубинный сдвиг 35
2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО
ЗАЛОЖЕНИЯ.
2.1. Конструирование ленточных фундаментов 36
2.2. Конструирование столбчатых фундаментов 41
2.3. Армирование фундаментов 43
Рекомендованная литература 31
РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
Пример 1. Определение глубины заложения фундамента бескаркасного здания
Задание:
Определить глубину заложения подошвы фундамента под наружную кирпичную стену жилого дома с теплым подвалом.
Исходные данные:
Район строительства – г. Тамбов. Грунты основания: супесь твердая, мощностью 1 м, глина тугопластичная, мощностью 2,5м, песок средней крупности, с отм. 4.5 насыщенный водой. УГВ на отм. –4,5 м. от уровня планировки. Высота подвала – 2,4 м. Температура воздуха в помещении +18 
. Подвал отапливаемый
Решение:
Находится сумма среднемесячных отрицательных температур за зиму[1]:
В пределах нормативной глубины промерзания:
Нормативная глубина промерзания:
Расчетная глубина промерзания:
Глубина заложения не зависит от глубины промерзания т. к. во-первых здание отапливаемое с теплым подвалом, а во-вторых исходя из конструктивных соображений - глубина подвала больше, чем глубина промерзания.
Исходя из глубины подвала, предусматриваем 4 блока ФБС 24.4.6 (высота каждого блока 0,6м), и подушку ФЛ 24.12 (высотой 0,5м). Полная высота фундамента 2,9м. Верхняя часть блока должна выступать над уровнем планировки не менее чем на 0,3м и в данном случае выступающая часть блока составит 0,4м (рис.1).
Разница между уровнем планировки и полом первого этажа 
= 0,7м (пустотная плита 0,22 и пол по лагам 0,08м).
Глубина заложения
Где 
- толщина конструкции пола подвала-0,1м;
- высота подвала – 2,4м; 
- зазор между полом подвала и фундаментной плитой; 
- высота плиты – 0,5м.
Рис. 1. К определению глубины заложения подошвы фундамента под наружную стену
Пример 2. Определение глубины заложения подошвы фундамента каркасного здания
Задание: Определить глубину заложения подошвы фундамента под наружную и внутреннюю колонну каркасного неотапливаемого здания (подвальное помещение размещается только в средней части здания).
Исходные данные:
1. Расстояние от уровня планировки до уровня грунтовых вод – 
= 5,0 м.
2. Грунты основания– песок пылеватый, плотный, маловлажный:мощность слоя -2,3м и супесь пластичная ( 
).
3. Конструктивные особенности здания (рис. 2,3):
– высота типового монолитного железобетонного фундамента – 
;
– толщина бетонной подготовки – 
;
– толщина пола помещения (подвала) – 
;
– высота подвального помещения – 
.
Решение .
Определяется нормативная глубина промерзания:
где 
– безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемый по [1, прил. 3]; 
– для супесей, пылеватых и мелких песков.
Расчетная глубина промерзания определяется по формуле:
где 
– коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений – 
.
Глубина заложения подошвы наружного фундамента (без подвала)
Расстояние от зоны промерзания до грунтовых вод (в зоне промерзания находится песок пылеватый)
следовательно, глубина заложения фундамента 
не зависит от глубины промерзания 
. Определяем глубину заложения исходя из конструктивных особенностей здания (рис. 2):
Рис. 2. К определению глубины заложения подошвы для фундаментов колонн крайнего ряда.
Рис. 3. К определению глубины заложения подошвы для фундаментов колонн среднего ряда
Пример 3. Определение размеров подошвы отдельно стоящего фундамента
Задание:
Определить размеры подошвы отдельно стоящего фундамента каркасного здания (пример 2).
Исходные данные:
1. Грунт основания под подошвой наружного фундамента (без подвала) – песок пылеватый, плотный, маловлажный, имеет характеристики: 
; 
; 
; 
; 
; 
.
2. Нагрузки на фундамент колонны крайнего ряда: 
, 
.
3. Грунт основания под подошвой внутреннего фундамента (с подвалом) – супесь пластичная, имеет характеристики: 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
.
4. Нагрузки на фундамент колонны среднего ряда: 
, 
.
Решение .
Определяем размеры подошвы фундамента под колонны крайних рядов
Так как фундамент внецентренно загружен:
где 
– глубина заложения фундамента от уровня планировки; 
– усредненный удельный вес фундамента и грунта на его уступах; – расчетное сопротивление грунта; 
– соотношение размеров подошвы отдельно стоящего фундамента.
Расчетное сопротивление грунта:
где , т. к. слой грунта толщиной 
, залегающий непосредственно под подошвой однороден; 
, т.к. нет подвала; 
и 
– коэффициенты, принимаемые по табл. 4 приложения; 
, т.к. прочностные характеристики грунтов взяты по табл.6,7 приложения; 
; 
; 
; 
– коэффициенты, принимаемые по табл.5 приложения в зависимости от угла внутреннего трения грунта ( ).
Необходимо уточнить размеры подошвы:
Проверяем условие:
Условие выполняется.
Принимаем типовой монолитный фундамент с размерами подошвы 1,5×1,5 м, (таблица 27), высотой 1,5 м (высота подошвы 0,3 м) под колонны сечением 0,4×0,4 м (минимальный размер фундамента под колонны данного типа).
Уточняем значение 
:
Производим проверку давления под подошвой фундамента крайних колонн.
Определяем среднее давление:
Условие выполняется.
Проверку краевого давления производим по формуле:
где 
– момент сопротивления подошвы прямоугольного фундамента относительно оси.
Условие выполняется, размеры фундамента 1,5×1,5 м подобраны верно.
Определяем размеры подошвы фундамента под колонны средних рядов
Так как фундамент внецентренно загружен:
где 
– глубина заложения от уровня планировки; – осредненный удельный вес фундамента и грунта на его уступах; – расчетное сопротивление грунта; – соотношение размеров подошвы отдельно стоящего фундамента.
Расчетное сопротивление грунта:
где 
, т. к. слой грунта толщиной 
, залегающий непосредственно под подошвой однороден; 
– расстояние от уровня планировки до пола подвала;
, здесь 
– толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м; 
– толщина пола подвала, м;
и – коэффициенты, принимаемые по табл. 4 приложения; , т.к. прочностные характеристики грунтов взяты по табл.6,7 приложения; ; 
; 
; 
; – коэффициенты, принимаемые по табл. 5 приложения в зависимости от угла внутреннего трения ( ).
Необходимо уточнить размеры подошвы:
Проверяем условие:
Условие выполняется.
Принимаем типовой монолитный фундамент с размерами подошвы 1,5×2,1 м (таблица 27 приложения), одноступенчатый, высотой 1,5 м (высота подошвы 0,45 м) под колонны сечением 0,5×0,4 м.
Уточняем значение :
Определяем среднее давление:
Условие выполняется.
Проверку краевого давления производим по формуле:
.
Условие выполняется, размеры фундамента 1,5×2,1 м подобраны верно.
Пример 4. Определение размеров подошвы ленточного фундамента
Задание: Подобрать размер подошвы фундамента под наружную стену (пример 1).
Исходные данные:
Грунты основания: супесь пластичная, мощностью 1 м ( 
; 
, глина тугопластичная, мощностью 2,5м ( 
; 
, песок 
; 
УГВ на отм. –4,5 м. от уровня планировки. Высота подвала – 2,4 м.
Нагрузки на фундамент
300 кН/м , 
кН м
Решение
,
Где 
для тугопластичной глины ( при 
)
Уточняем расчетное сопротивление
+ 
(0,47*1,0*19,3*1,36+2,89*0,82*17,1+(2,89-1)17,1*1,7+5,48*50)=416,51 кПа
где g с1 =1.2 и g с2 =1.0- коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 4 приложения,
k– коэффициент k =1,1, т.к. прочностные характеристики приняты по таблицам приложения 6,7;
, 
2,89, 
5,48- коэффициенты, принимаемые по 
таблице 5 приложения ;
kz- коэффициент, принимаемый равным единице при b <10 м;
b- ширина подошвы фундамента, м , в первом приближении
II=19,3 
осредненное(в зону осреднения 0,5*1,36=0,68м попадает только глина тугопластичная ) расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы, кН/м3;
g 'II =0,95*18=17,1кН/ 
- то же, для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (супесь твердая), кН/м3;
d1- приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала
=0.7+ 
=0.82
Где hs– толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала-0,7м,; hcf=0,1 – толщина конструкции пола подвала, м; g cf=20 – расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м3.
db– глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м
Делаем второе приближение
,
Проверяем расхождение
1
Условие не выполняется. Уточняем расчетное сопротивление
(0,47*1,0*19,3*0,82+2,89*0,82*17,1+(2,89-1)17,1*1,7+5,48*50)=411,16 кПа
Делаем третье приближение
,
Проверяем расхождение
Условие выполнено.
По ГОСТ 13580-85 (табл.18) принимаем ФЛ10.24-3
Окончательное значение расчетного сопротивления определяем, изменив глубину заложения (фундаментная подушка ФЛ10.24-3 имеет толщину 0,3м) на 2,3м
=0.5+ =0.62
(0,47*1,0*19,3*1,0+2,89*0,62*17,1+(2,89-1)17,1*1,7+5,48*50)=402,17 кПа
Проверка среднего давления:
=300/1*1+20*2,3=346≤402,17 кПа
условие выполняется.
Проверка краевого давления
=300/1*1+20*2,3+22/0.17=475.4≤ 
Па
где 
условие выполняется.
Пример 5. Расчет ленточного фундамента на прерывистость
Задание: Проверить возможность применения и рассчитать разрыв между фундаментными плитами, подобранными в примере 4.
Исходные данные:
Длина стены под которую рассчитывается ленточный фундамент 60м.
Решение
Физико-механические характеристики грунтов позволяют применить прерывистый фундамент: в основании нет просадочных грунтов, рыхлых песков и глинистых грунтов с 
.
Разница между типовым и расчетным размером составляет 
м
Определяем площадь типовой фундаментной плиты
Площадь непрерывного фундамента под стену, при ее длине 60м
Коэффициент превышения
Максимальное значение 
для глины при 
(таблица 11 приложения)
Площадь прерывистого фундамента
Требуемое количество плит
Принимаем 19 плит и рассчитываем разрыв
Максимальное рекомендованное значение разрыва -0,9м, превышает найденное.
При этом разрыве среднее давление по длине стены
=300*60/19*2,4+20*2,3=440,7≥402,17 кПа
условие не выполняется.
Увеличиваем количество плит и проверяем давление
=300*60/20*2,4+20*2,3=421≥402,17 кПа
условие не выполняется.
Увеличиваем количество плит и проверяем давление
=300*60/21*2,4+20*2,3=403,1≥402,17 кПа
условие не выполняется.
Увеличиваем количество плит и проверяем давление
=300*60/22*2,4+20*2,3=386,9≤402,17 кПа
Условие выполняется. Пересчитываем разрыв
Принимаем разрыв между плитами 30 см.
Расчет осадки фундамента
Расчет деформаций основания фундамента при среднем давлении под подошвой фундамента 
, не превышающем расчетное сопротивление грунта 
, следует выполнять, применяя расчетную схему в виде линейно деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи 
.
Для предварительных расчетов деформаций основания фундаментов сооружений II и III уровней ответственности при среднем давлении под подошвой фундамента , не превышающем расчетное сопротивление грунта допускается применять расчетную схему в виде линейно деформируемого слоя, при соблюдении следующих условий:
ширина (диаметр) фундамента 
³10 м;
среднее давление под подошвой фундамента изменяется в пределах от 150 до 500 кПа;
глубина заложения фундамента от уровня планировки 
£ 5 м;
в основании фундамента залегают грунты с модулем деформации 
³10 MПa.
Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают на глубине 
, где выполняется условие 
. При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше 
, равной 
при 
10 м, ( 
) при 10 
60 м и 10м при 
60м.
Если в пределах глубины , найденной по указанным выше условиям, залегает слой грунта с модулем деформации 
МПа, сжимаемую толщу допускается принимать до кровли этого грунта.
Если найденная по указанным выше условиям нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации 
7 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины , то этот слой включают в сжимаемую толщу, а за принимают минимальное из значений, соответствующих подошве слоя или глубине, где выполняется условие 
.
Вертикальное эффективное напряжение от собственного веса грунта, 
, кПа, на границе слоя, расположенного на глубине 
от подошвы фундамента, определяется по формуле:
(20)
где 
– средний удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента; 
– глубина заложения подошвы, м; 
и 
соответственно удельный вес, кН/м3, и толщина -го слоя грунта, залегающего выше границы слоя на глубине 
от подошвы фундамента, м; 
– поровое давление на рассматриваемой границе слоя, кН/м2.
Для неводонасыщенных грунтов поровое давление принимается равным нулю.
Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды при коэффициенте фильтрации слоя грунта больше 1х 
м/сут и 
0,25 (для глинистых грунтов).
При расположении ниже уровня грунтовых вод слоя грунта с коэффициентом фильтрации менее 1х м/сут и 
0,25 (для глинистых грунтов) его удельный вес принимается без учета взвешивающего действия воды, для определения в этом слое и ниже его следует учитывать давление столба воды, расположенного выше этого слоя.
Осадку основания фундамента 
, см, с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства определяют методом послойного суммирования по формуле
(21)
где 
– безразмерный коэффициент, равный 0,8;
– среднее значение вертикального нормального напряжения от внешней нагрузки в -м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, кПа;
– толщина i-го слоя грунта, см, принимаемая не более 0,4 ширины фундамента;
– модуль деформации 
-го слоя грунта по ветви первичного нагружения, кПа;
– модуль деформации -го слоя грунта по ветви вторичного нагружения, кПа;
– число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.
– среднее значение вертикального напряжения в -м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта, кПа;
(22)
– вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента, кПа (при планировке срезкой 
, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой 
, где – удельный вес грунта, кН/м3, расположенного выше подошвы; 
и 
, – глубина заложения, м, от уровня планировки и от естественного уровня соответственно.
При расчете осадки фундаментов, возводимых в котлованах глубиной менее 5 м, допускается в формуле (21) не учитывать второе слагаемое.
При этом распределение вертикальных напряжений по глубине основания принимают в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 4 .
Средние значения напряжений , и 
в 
-м слое грунта допускается вычислять как полусумму соответствующих напряжений на верхней 
и нижней 
границах слоя.
При возведении сооружения в отрываемом котловане глубиной более 5м следует различать три следующих значения вертикальных напряжений:
– от собственного веса грунта до начала строительства; 
– после отрывки котлована; 
– после возведения сооружения.
Если среднее давление под подошвой фундамента 
£ 
, осадку основания фундамента определяют по формуле:
(23)
Вертикальные напряжения от внешней нагрузки 
зависят от размеров, формы и глубины заложения фундамента, распределения давления на грунт по его подошве и свойств грунтов основания. Для прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов значения ,кПа, на глубине от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы, определяют по формуле:
(24)
где 
– коэффициент рассеивания напряжений, зависящий от соотношений 
, учитывающий уменьшение дополнительных вертикальных напряжений по глубине, определяется по табл. 13 приложения;
– среднее давление под подошвой фундамента, кПа.
Расчет осадки ленточных с угловыми вырезами и прерывистых фундаментов производят как расчет сплошного ленточного фундамента на среднее давление, отнесенное к общей площади фундамента, включая промежутки между плитами и угловые вырезы.
Вертикальные напряжения 
, кПа, на глубине 
от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр рассчитываемого фундамента, с учетом влияния соседних фундаментов или нагрузок на прилегающие площади (включая вес обратной засыпки) определяют по формуле
(25)
где 
- то же, что и в формуле (24), кПа;
- вертикальные напряжения от соседнего фундамента или нагрузок; 
- число влияющих фундаментов или нагрузок.
При сплошной равномерно распределенной нагрузке на поверхности земли интенсивностью 
, кПа (например, от веса планировочной насыпи), значение по формуле (25) для любой глубины определяют по формуле
(26)
Пример расчета осадки с учетом влияния соседнего фундамента приведен в [2].
Рис. 4. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве
DL– отметка планировки; NL– отметка поверхности природного рельефа; FL– отметка подошвы фундамента; WL– уровень подземных вод; ВС– нижняя граница сжимаемой толщи; 
и – глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; 
– ширина фундамента; – среднее давление под подошвой фундамента; 
и – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине от подошвы фундамента и на уровне подошвы; и 
– вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине 
от подошвы фундамента и на уровне подошвы; – вертикальное напряжение от собственного веса вынутого в котловане грунта в середине -го слоя на глубине от подошвы фундамента; – глубина сжимаемой толщи.
Пример 6. Расчет осадки отдельно стоящего фундамента
Задание:
Определить осадку отдельно стоящего фундамента. Инженерно-геологические условия и размеры подошвы принять по примеру 3.
Исходные данные:
1. Грунты основания:
– песок пылеватый, плотный, маловлажный, имеет характеристики 
= 300 кПа; 
= 18,3 кН/м3; 
= 26,6 кН/м3; = 23 МПа; мощность слоя – 
= 2,3 м;
– супесь пластичная, имеет характеристики: 
= 239 кПа; = 19,0 кН/м3; = 26,8 кН/м3; 
= 0,75; = 16,1 МПа; мощность слоя – 
= 2,6 м;
– песок мелкий, средней плотности, насыщенный водой, имеет характеристики: = 200 кПа; 
= 20,0 кН/м3; = 26,6 кН/м3; = 28 МПа; мощность слоя – 
= 2,2 м;
– глина полутвердая, имеет характеристики: = 361 кПа; = 20,0 кН/м3; = 27,4 кН/м3; = 0,22; = 21,3 МПа; мощность слоя – 
=4,1 м.
2. Уровень грунтовых вод на отметке (– 5,00) м от уровня планировки.
3. Глубина заложения подошвы фундамента – = 2,8 м.
4. Ширина подошвы фундамента – = 1,5 м.
5. Нагрузки на фундамент: 
кН; 
= 47,86 кН·м.
6. Среднее давление под подошвой фундамента – P = 241,75 кПа (пример 3).
Решение:
Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента находим по формуле:
,
где 
– осредненное значение удельного веса грунта обратной засыпки от уровня планировки до подошвы фундамента, равное:
Разбиваем основание под подошвой на слои толщиной Δ ≤ 
. От второго слоя ниже подошвы осталось 2,1м – разбиваем – первый слой 0,6м и 3 элементарных слоя по 0,5м. Третий слой – до грунтовых вод -0,1м, 3 слоя по 0,5м и 2 слоя по 0,6м.
Для нахождения глубины сжимаемой зоны определим значения 
и 
по оси фундамента. Расчет сводим в таблицу 1.
К расчету осадки
| ,
м
|  ,
м
| , кН/м3
| , кПа
|
|  ,
кПа
| , кПа
| 
кПа
| E, мПа | S, мм
| |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 6 | 7 | 9 | 10 | 11 | ||
| 0 | 2,8 | 17,5 | 49 | 1 | 49 | 241,75 | - | - | - |
|
| 0,6 | 0,6 | 19,0 | 68,6 | 0,848 | 41,55 | 205 | 178,1 | 16,1 | 5,3 | |
| 1,1 | 0,5 | 19,0 | 78,1 | 0,581 | 28,47 | 140,46 | 137,72 | 16,1 | 3,4 | |
| 1,6 | 0,5 | 19,0 | 87,6 | 0,385 | 18,87 | 93,07 | 93,10 | 16,1 | 2,3 | |
| 2,1 | 0,5 | 19,0 | 97,1 | 0,260 | 12,74 | 62,86 | 62,16 | 16,1 | 1,5 | |
| 2,2 | 0,1 | 20,0 | 99,1 | 0,244 | 11,96 | 58,99 | 48,58 | 28 | 0,2 | |
| 2,7 | 0,5 | 10,1 | 104,15 | 0,173 | 8,48 | 41.82 | 40,19 | 28 | 0.1 | |
| 3,2 | 0,5 | 10,1 | 109,2 | 0,130 | 6,37 | 25,01 | - | |||
| 3,7 | 0,5 | 10,1 | 114,25 | 0,1 | 4,9 | 19,23 | - | |||
| 4,3 | 0,6 | 10,1 | 120,31 | 0,076 | 3,72 | 14,65 | - | |||
| 4,3 | водоупор | 141,31 | - | |||||||
| 4,9 | 0,6 | 20,0 | 153,31 | 0,059 | 2,89 | 11,37 | ∑s= 12,8 | |||
Примечание : 
средние значения напряжений в пределах слоя
Скачок на уровне водоупора (глина полутвердая) за счет гидростатического давления определяем по формуле:
кПа
Где 
- расстояние от планировки до водоупора, -расстояние от планировки до грунтовых вод.
Граница сжимаемой зоны находится на отметке 2,7 м от подошвы фундамента:
Вычисляем полную осадку суммированием осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи:
=1,28 см
где 
– осредненные дополнительные напряжения и напряжения от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта в пределах каждого слоя, кПа (рис.5);
Сравниваем полную осадку фундамента с предельно допустимой осадкой для зданий с железобетонным каркасом (табл.17 приложения):
– условие выполняется.
Эпюры напряжений (слева) и (справа) приведены на рисунке 5.
Рис 5. Распределение напряжений в основании фундамента
Расчет крена
Крен отдельных фундаментов или сооружений в целом должен вычисляться с учетом момента в уровне подошвы фундамента, влияния соседних фундаментов, нагрузок на прилегающие площади и неравномерности сжимаемости основания. При определении кренов фундаментов, кроме того, необходимо, как правило, учитывать заглубление фундамента, жесткость надфундаментной конструкции, а также возможность увеличения эксцентриситета нагрузки из-за наклона фундамента (сооружения).
Крен фундамента при действии внецентренной нагрузки определяют по формуле
(27)
Где
(28)
- коэффициент, принимаемый по таблице 14 приложения; и ν - соответственно модуль деформации, кПа, и коэффициент поперечной деформации грунта основания (значение ν принимают по таблице 15 приложения); в случае неоднородного основания значение 
принимают средним в пределах сжимаемой толщи; 
- вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент в уровне его подошвы, кН; 
- эксцентриситет, м ; 
- диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, м, в направлении которой действует момент; для фундамента с подошвой в форме правильного многоугольника площадью 
принимают 
.
Пример 7. Расчет крена отдельно стоящего фундамента
Задание:
Определить крен отдельно стоящего фундамента. Инженерно-геологические условия и размеры подошвы принять по примеру 3.
Решение
Крен фундамента при внецентренной нагрузки определяем по формуле:
Где ν– осредненное значение коэффициента Пуассона в пределах сжимаемой толщи, для песков и супесей ν = 0,3;
кН*м
=18,74 МПа– осредненное значение модуля деформации в пределах сжимаемой толщи (табл. 1); ke = 0,65 – коэффициент, зависящий от соотношения 
, принимаемый по табл.14 приложения; 
м–большая сторона прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент.
Крен для данного типа зданий не ограничивается.
Пример 8 . Проверка прочности слабого подстилающего слоя
Задание
Провести проверку прочности подстилающего слоя для фундамента, осадка и глубина сжимаемой зоны которого определены в примере 6
Исходные данные:
Поскольку в пределах сжимаемой зоны (пример 6) ниже пластичной супеси с расчетным сопротивлением Rок = 274,91 кПа, на которую опирается подошва фундамента (пример 3), залегает менее прочный слой – песок мелкий, средней плотности, насыщенный водой, с расчетным сопротивлением R0 = 200 кПа, необходима проверка подстилающего слоя.
Решение:
Напряжения от собственного веса грунта и дополнительные напряжения на кровле проверяемого слоя, напряжения от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта (табл.1, пример 6 ):
= 97,1 кПа
кПа
кПа 
Площадь подошвы условного фундамента:
Ширина подошвы условного фундамента:
- 
м
где 
Определяем осредненное значение удельного веса грунта от уровня планировки до слабого слоя:
кН/ ,
Или послойно
кН/
Определяем осредненное значение удельного веса грунта толщиной 
м ниже подошвы условного фундамента:
кН/
Определяем расчетное сопротивление грунта с подстановкой размеров условного фундамента:
кПа
где 
= 1,05 м – расстояние от уровня планировки до пола подвала;
= 
м,
здесь – толщина слоя грунта выше слабого слоя со стороны подвала, м; 
– толщина пола подвала, м;
= 1,3 и 
= 1,1 – коэффициенты, принимаемые по табл.4 приложения ; k = 1,1, т.к. прочностные характеристики грунтов взяты по табл.5,6 приложения ; kz = 1, т.к. b< 10 м;
Mγ = 1,34; Mg = 6,34; Mc = 8,55 – коэффициенты, принимаемые по табл.5 приложения в зависимости от угла внутреннего трения грунта слабого слоя ( 
= 32о).
Проверяем условие:
кПа
Условие выполняется. Принятые размеры подошвы могут быть оставлены без изменений.
Пример 9. Расчет на глубинный сдвиг.
Задание:
Провести расчет на глубинный сдвиг отдельно стоящего фундамента. Инженерно-геологические условия и размеры подошвы принять по примеру 3.
Расчет.
Определяем вид сдвига – глубинный или плоский. Выполняем проверку условия: 
; где 
; 
, здесь 
– угол внутреннего трения грунта, залегающего ниже подошвы на глубине до половины размера фундамента, град.
Условие выполняется, значит, необходим расчет на глубинный сдвиг.
Расчет основания по несущей способности производится исходя из условия (35)
Где 
коэффициент для условий работы, для пылевато-глинистых грунтов – 
=0.9; 
– коэффициент надежности по назначению сооружения, для зданий и сооружений II класса – =1,15; 
– несущая способность основания, кН.
Коэффициенты формы фундамента определяем по формулам:
Где 
= 
здесь 
м – приведенная сторона подошвы фундамента, в направлении которой действует изгибающий момент, где 
Находим несущую способность основания по формуле:
Н
где 
, 
, 
=15,2 – безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта 
и угла наклона 
к вертикали равнодействующей внешней нагрузки на основание в уровне подошвы фундамента по табл. 16 приложения;
=1,6+ 
м
– глубина заложения фундамента со стороны меньшей пригрузки, м, здесь – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м; – толщина пола подвала, м; 
-сцепление грунта под подошвой фундамента, кПа.
кН
Условие выполнено, следовательно сдвига не произойдет.
ЗАЛОЖЕНИЯ.
Рис.6. Пример развертки фундаментных блоков
Условные обозначения блоков:1-ФБС-24-6-6; 2-ФБС-12-6-6; 3-ФБС-9-6-6;
2.2. Конструирование столбчатых (отдельно стоящих фундаментов)
Для монолитных железобетонных фундаментов следует применять тяжелый бетон классов по прочности В12,5 и В15 на сжатие, при соответствующем обосновании допускается применение бетона класса В20. Для замоноличивания колонн в стакане применяется бетон класса не ниже В12,5. Бетон подготовки под подошвой фундамента принимается класса не ниже В3,5.
Для армирования фундаментов рекомендуется применять горячекатаную арматуру периодического профиля класса А-ΙΙΙ (А-400). Для слабонагруженных сечений, где прочность арматуры используется не полностью (конструктивные сетки армирования подколонника, сетки косвенного армирования дна стакана и т.п.), а также в тех случаях, когда прочность арматуры класса А-ΙΙΙ(А- 400) не используется полностью из-за ограничения по раскрытию трещин, допускается применять арматуру классов А- ΙΙ (A-300) и Вр-I ( Вр500).
Монолитные фундаменты рекомендуется проектировать ступенчатого типа, плитная часть которых имеет от одной до трех ступеней. Все размеры фундамента следует принимать кратными 300 мм из условия их изготовления с применением инвентарной щитовой опалубки.
При соответствующем обосновании в случае массового применения или для отдельных индивидуальных фундаментов разрешается принимать размеры, кратные 100 мм.
При центральной нагрузке подошву фундамента следует принимать квадратной. При внецентренной нагрузке, соответствующей основному варианту нагружения, подошву рекомендуется принимать прямоугольной с соотношением сторон не менее 0,6. При этом большая сторона всегда располагается в направлении большего момента.
Высота фундамента назначается с учетом глубины заложения подошвы и уровня обреза фундамента. Высоту фундамента под колонны рекомендуется назначать кратной 300 мм.
Обрез фундамента железобетонных колонн зданий следует принимать, как правило, на отметке 0,15 для обеспечения условий выполнения работ нулевого цикла.
Рекомендуемые размеры сечений подколонников, высот фундаментов и плитной части, а также подошвы приведены в табл.24,29 приложения. Размеры подколонника и стакана принимаются в зависимости от размеров колонны и приведены в табл.25 приложения.
Сопряжение фундамента с колонной выполняется стаканным для сборных или монолитных фундаментов под сборные колонны (рис.7,а) монолитным для фундаментов под монолитные колонны (рис.,7,б) и с помощью анкерных болтов для металлических колонн (рис.,7, в).
Зазоры между колонной и стенками стакана принимают равными 75 мм по верху и 50 мм по низу стакана с каждой стороны колонны. Эти зазоры заполняются бетоном класса не ниже В 12,5.
Глубину стакана принимают на 50 мм больше глубины заделки колонны 
. Значение . должно быть не менее большего размера сечения колонны 
, а также не менее значений указанных в табл.27,28 приложения.
Толщину стенок армированного стакана принимают по расчету, но не менее 150 мм и не менее значений, указанных в таблице 26 приложения. Толщина дна стакана назначается по расчету, но не менее 200 мм.
Стенки стакана допускается не армировать при их толщине по верху более 200 мм и более 0,75 высоты верхней ступени (при глубине стакана большей, чем высота подколонника), и более 0,75 глубины стакана (при глубине стакана меньшей, чем высота подколонника).
Стакан под двухветвевые колонны с расстоянием между наружными гранями ветвей не более 2400 мм выполняется общим под обе ветви, с расстоянием более 2400 мм - раздельно под каждую ветвь. Под колонны в температурных швах также рекомендуется выполнять раздельные стаканы.
Для связи с монолитной колонной из фундамента (подколонника) выпускают арматуру с площадью сечения, необходимой для восприятия расчетных усилий колонны у обреза фундамента. В пределах фундамента эту арматуру объединяют хомутами в каркас и запускают в колонну на длину не менее длины анкеровки.
Стыки выпусков с арматурой колонны можно выполнять внахлестку без сварки в соответствии с указаниями СП 52-101-2003.
Для опирания фундаментных балок на фундаментах следует предусматривать столбчатые набетонки, которые выполняются на готовом фундаменте. Крепление набетонок к фундаменту рекомендуется осуществлять за счет сцепления бетона с предварительно подготовленной поверхностью бетона фундамента (насечки) или приваркой анкеров к закладным изделиям, или с помощью выпусков арматуры, предусмотренных в теле фундамента (при отношении высоты набетонки к ее меньшему размеру в плане ³ 15).
Верх фундаментной балки в типовых конструкциях должен находиться на отметке -0,03 (-0,150), считая отметку пола первого этажа ±0,00).
Разработаны типовые решения сборных железобетонных фундаментных балок гражданских и промышленных зданий при шаге отдельных фундаментов 6 и 12 м (табл. 21-23 приложения)
Балки номинальной длины 6 м предназначены для панельных стен толщиной 200 … 400 мм и для кирпичных стен толщиной 250 … 510 мм. Предварительно напряженные балки номинальной длиной 12 м разработаны только для панельных стен. Для кирпичных стен при шаге фундаментов 12 м необходимо возводить промежуточные фундаменты для опирания 6-метровых фундаментных балок. Маркировка фундаментных балок состоит из буквенных индексов «ФБ» (фундаментная балка) и цифр, обозначающих номинальную длину балки и номер типоразмера.
Рис. 7. Монолитные железобетонные фундаменты под сборные железобетонные колонны (а); под монолитные колонны (б); под стальные колонны (в)
Армирование фундаментов
Плиты армируют одиночными сетками или плоскими арматурными блоками, собираемыми из двух сеток: верхней, имеющей маркировочный индекс К, и нижней — С. Сетки в каждой из плоскостей укладываются без нахлестки с расстоянием между крайними стержнями не более 200 мм. Рабочая арматура — стержневая горячекатаная периодического профиля, из стали класса А-III(А-400) и проволока периодического профиля из стали класса Вр-I (Вр-500). Распределительная арматура — гладкая арматурная проволока из стали класса B-I (В-500).
Армирование подошвы отдельно стоящих, монолитных фундаментов следует производить сварными сетками по серии 1.410-3 и ГОСТ 23279-84.
В случае, когда большая из сторон подошвы в фундаменте имеет размер b£ 3 м, следует применять сетки с рабочей арматурой с минимальным диаметром равным 10 мм в двух направлениях (рис.7). При b> 3 м применяются отдельные сетки с рабочей арматурой минимального диаметра 12 мм.
Для передачи усилия от стальной колонны на фундамент в фундаменте устраивают анкерные болты, к которым крепится башмак (закладные детали) колонны. Диаметр анкерных болтов определяется расчетом . Расстояние от нижнего конца анкерного болта до подошвы фундамента под стальную колонну принимается не менее 100 мм.
Основные размеры плитной части фундамента и подколонника (по прочности и раскрытию трещин) определяются так же, как и для фундаментов под железобетонные колонны.
Отметка верха подколонника фундамента под стальную колонну и размеры его в плане определяются в зависимости от размеров и способа опирания башмака и метода монтажа колонн на 200, 600, 900 и 1200 мм ниже отметки чистого пола здания.
Железобетонные подколонники рекомендуется армировать вертикальными сварными плоскими сетками, объединяемыми в пространственный каркас. Сетки рекомендуется устанавливать по четырем сторонам сечения подколонника (рис.9). Минимальный процент содержания арматуры s и s' во внецентренно сжатом железобетонном подколоннике должен составлять не менее 0,04 % площади его поперечного сечения.
В подколонниках с продольной арматурой, расположенной равномерно по периметру сечения, минимальная площадь сечения всей продольной арматуры должна приниматься не менее 0,08 %.
Армирование стенок стакана проводится поперечной и продольной арматурой. Диаметр поперечных стержней не менее 8 мм и не менее 1/4 диаметра продольных стержней. Расстояние между сетками не более 1/4 глубины стакана и не более 200 мм.
Горизонтальное армирование стаканной части подколонника осуществляется сварными плоскими сетками с расположением стержней у наружных и внутренних поверхностей стенок стакана. Продольная вертикальная арматура должна размещаться внутри горизонтальных сеток. Расположение горизонтальных сеток следует принимать по рис.9.
Рис.8. Армирование фундаментных плит ФЛ.
Условные обозначения: 1 - сетка марки С; 2 - арматурный блок марки АБ; 3 - нижняя сетка марки Н; 4 - верхняя сетка марки В; 5 - рабочая арматура
Рис. 9. Схема расположения горизонтальных сеток армирования подколонника:
а - при e0>lc/2; б - при lc/6 <e0£lc/2
Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры подколонника должна быть не менее 30 мм, а для подошвы фундамента при условии устройства под ним бетонной подготовки принимается равной 35 мм.
При необходимости косвенного армирования дна стакана устанавливают сварные сетки (от двух до четырех).
План столбчатых фундаментов, как правило, оформляют в виде схемы расположения. Пример графического оформления – см. рис.10 .
.На схемах расположения элементов фундаментов условно предполагают грунт прозрачным, горизонтальную плоскость изображения располагают на уровне фундаментных балок.
Показывают привязку точек пересечения крайних координационных осей здания в двух диагонально противоположных углах к строительной координатной сетке генерального плана; размеры фундаментов, подбетонок и привязку их к координационным осям ; на листе схем расположения приводят сведения о грунтах, уровне и характере грунтовых вод (геологический разрез), глубине промерзания, указания по устройству подготовки под фундаменты и особых условиях производства работ.
Спецификация к схемам расположения элементов фундаментов заполняют по группам одноименных конструкций.
.В необходимых случаях к схемам расположения элементов сборных фундаментов вычерчивают узлы конструкций в виде выносных элементов. На чертежах узлов дополнительно показывают: уступы фундаментов; стаканы под ж/б колонны; анкерные болты для стальных колонн; приливы, бетонные столбики, подбетонки для опирания фундаментных балок и других конструкций.
Рис. 10. Пример графического оформления схемы расположения элементов фундаментов.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Марка плиты
Основные размеры плиты,
мм
500
Плиты с угловыми вырезами
|
Эскиз |
Марка плиты | Размеры, мм | ||
|
|
|
| ||
|
| Ф20.24-25в | 2380 | 2000 | 500 |
| Ф20.24-35в | ||||
| Ф20.24-45в | ||||
| Ф24.24-25в | 2380 | 2400 | 500 | |
| Ф24.24-35в | ||||
| Ф24.24-45в | ||||
| Ф28.24-25В | 2380 | 2800 | 500 | |
| Ф28.24-35в | ||||
| Ф28.24-45в | ||||
| Ф32.24-25в | 2380 | 3200 | 500 | |
| Ф32.24-35в | ||||
Размеры подколонника
| Размеры колонны, см | Размеры подколонника, см | Размеры стакана, см | ||||
| 4 | bk | lg | bg | lc | ьс | hc |
| 40 | 40 | 90 | 90 | 55 | 55 | 80 |
| 50 | 50 | 120 | 120 | 65 | 65 | 90 |
| 60 | 40 | 75 | 55 | 90 | ||
| 60 | 50 | 75 | 65 | 80 | ||
| 80 | 40 | 95 | 55 | 90 | ||
| 80 | 50 | 150 | 120 | 95 | 65 | 90 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.СП 131.13330.2012 Строительная климатология.( Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*) , Москва, 2012
2. СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия (Актуализированная редакция
СНиП 2.01.07-85*) , Москва, 2011
3. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений (Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*), Москва, 2011
4. СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений, Москва , 2004
5. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. (Актуализированная редакция 52-01-2003) , Москва, 2012
6. ГОСТ 13580-85 «Плиты железобетонные ленточных фундаментов. Технические условия», Москва, 1985
7. ГОСТ 13579-78* «Блоки бетонные для стен подвалов. Технические условия» , Москва, 1980
8.Серия 1.415.1-2 «Балки фундаментные железобетонные для наружных и внутренних стен производственных зданий промышленных предприятий», Москва, 1995
9. Серия 1.115.1-1 «Балки фундаментные железобетонные для жилых зданий». Москва, 1993
10. Серия 1.015.1-1.95 «Выпуск 2. Балки сборные. Указания по применению». Москва, 1995
11. ГОСТ 24476-80 «Фундаменты железобетонные сборные под колонны каркаса межвидового применения для многоэтажных зданий». Москва, 1980
12. Серия 1.412.1-6 «Фундаменты монолитные железобетонные на естественном основании под типовые железобетонные колонны одноэтажных и многоэтажных производственных зданий». Москва, 1989
13. Механика грунтов в примерах. Учебное электр.издание ./Сост. Антонов В.М., Тамбов. Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2016
14. Малышев М.В., Болдырев Г.Г. Механика грунтов, основания и фундаменты. АСВ М., 2009
15. Механика грунтов, основания и фундаменты: учебное пособие для вузов / С.Б.Ухов, (и др.). - 4-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2007.
В.М.Антонов
ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
(Примеры расчета и конструирования)
Учебное пособие предназначено для бакалавров направления 08.03.01 «Строительство» профилей «Промышленное и гражданское строительство» и «Городское строительство и хозяйство» и специалистов по направлению подготовки 08.05.02 «Строительство, эксплуатация, восстановление и техническое прикрытие автомобильных дорог, мостов и тоннелей», обучающихся по очной и заочной форме обучения и изучающих дисциплину «Основания и фундаменты». Приведены методы расчета и проектирования столбчатых и ленточных фундаментов мелкого заложения в соответствии с современными нормами
Утверждено Редакционно-издательским советом ТГТУ
Тамбов
РИС ТГТУ
2017
УДК 624.13:625(076)
ББК
С –
Составители: к.т.н.,доцент Антонов В.М.
Рецензенты: д.т. н., проф. А.Ф.Зубков (ТГТУ)
к.т.н., проф. Котов А.А. (МГТУ)
Фундаменты мелкого заложения. (Примеры расчета и конструирования).Уч. пособие / Сост.: Антонов В.М.., Тамбов: ТГТУ, 2017 – с.
Учебное пособие предназначено для бакалавров направления 08.03.01 «Строительство» профилей «Промышленное и гражданское строительство» и «Городское строительство и хозяйство» и специалистов по направлению подготовки 08.05.02 «Строительство, эксплуатация, восстановление и техническое прикрытие автомобильных дорог, мостов и тоннелей», обучающихся по очной и заочной форме обучения и изучающих дисциплину «Основания и фундаменты».
Утверждено редакционно-издательским советом Тамбовского государственного технического университета
© ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»
СОДЕРЖАНИЕ стр.
1. РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ 4
1.1. Определение глубины заложения подошвы фундамента 4
Пример 1. Определение глубины заложения фундамента
бескаркасного здания 7
Пример 2. Определение глубины заложения подошвы фундамента
каркасного здания 9
1.2. Определение размеров подошвы фундамента и проверка
давления под подошвой 11
Пример 3. Определение размеров подошвы отдельно стоящего 15
фундамента
Пример 4. Определение размеров подошвы ленточного 18
фундамента
1.3. Расчет ленточного прерывистого фундамента 20
Пример 5. Расчет ленточного фундамента на прерывистость 21
1.4. Расчет осадки фундамента 22
Пример 6. Расчет осадки отдельно стоящего фундамента 26
1.5. Расчет крена 29
Пример 7. Расчет крена отдельно стоящего фундамента 30
1.6. Проверка прочности слабого подстилающего слоя 30
Пример 8. Проверка прочности слабого подстилающего слоя
1.7. Расчет по 1 группе предельных состояний 33
Пример 9. Расчет на глубинный сдвиг 35
2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО
ЗАЛОЖЕНИЯ.
2.1. Конструирование ленточных фундаментов 36
2.2. Конструирование столбчатых фундаментов 41
2.3. Армирование фундаментов 43
Рекомендованная литература 31
Дата: 2019-02-25, просмотров: 603.
