11. Центрально и внецентренно нагруженные фундаменты, характер распределения давлений под подошвой фундамента. Особенности их проектирования.

ВНЕЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖ.

Это такие фундаменты, у которых равнодействующая внешних нагрузок (сил) не проходит через центр тяжести его подошвы.

         Давление на грунт по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимается изменяющимся по линейному закону, а его краевые значения определяются по формулам внецентренного сжатия.

         

Учитывая, что   ,

Приходим к более удобному для расчета виду:

          , где

N_II – суммарная вертикальная нагрузка, включая G_f и G_g;

e – эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы;

b – размер подошвы фундамента в плоскости действия момента.

Рис. 10.13. Эпюры давлений под подошвой фундамента при действии внецентренной нагрузки.

         Двузначную эпюру стараются не допускать, т.к. в этом случае образуется отрыв фундамента от грунта.

         Поскольку в случае действия внецентренного нагружения максимальное давление на основание действует только под краем фундамента, при подборе размеров подошвы фундамента давление допускается принимать на 20% больше расчетного сопротивления грунта, т.е.

, но 

         В тех случаях, когда точка приложения равнодействующей внешних сил смещена относительно обеих осей фундамента (рис 10.14), давление под ее угловыми точками находят по формуле:

   

Рис. 10.14. внецентренное загружение фундамента относительно двух глвных осей инерции:

а – смещение равнодействующих внешних сил; б – устройство несимметричного фундамента.

         Поскольку в этом случае максимальное давление будет только в одной точке подошвы фундамента, допускается, чтобы его значение удовлетворяло условию:

          , но при этом проверяются условия:

          ;   - на наиболее нагруженной части.

ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖ

Расчёт центрально нагруженного фундамента

При центральном нагружении линия действия равнодействующих всех нагрузок проходит через центр тяжести подошвы фундамента. Рассмотрим в качестве примера расчёт центрально нагруженного отдельно стоящего фундамента (см. схему с основными принятыми обозначениями).

Расчётная схема для центрально нагруженного фундамента.

Составляем условие равновесия на вертикальную ось:

N₀ + N_ф+N_гр - P × A = 0

Отсюда: A = (N₀ + N_ф + N_гр) / P - площадь подошвы фундамента.

Принимаем:P_max = R

Для упрощения расчёта принимаем, что N_гр + N_ф = А ∙ d ∙ γ_ср,

γ_ср ≈ 20 кH/м³, тогда, подставляя в исходную формулу, получим:

A = N₀ / (R - d ∙ γ_ср),

где γ_ср ∙ d - средняя интенсивность давления от веса фундамента и грунта на его обрезах, R - γ_ср ∙ d - дополнительная величина давления, которую мы можем передать на грунт основания.

Из найденной площади подошвы фундамента определяются его линейные размеры А = b ∙ ℓ.

Следует подчеркнуть, что данный расчёт выполняется при известной величине R – которая сама зависит от А, R = f(A). Следовательно, данную задачу можно решить методом последовательных приближений с проверкой условия P ≤ R.

Принципиальная блок–схема расчёта центрально нагруженного фундамента.

1.  - вычисление расчётного сопротивления грунта основания при принятой в первом приближении величине b равной 1 м.

2.  - определение площади подошвы фундамента А и его ширины b (меньшая сторона площади).

3. N_гр + N_ф = А ∙ d ∙ γ_ср - определение веса фундамента и грунта на его ступенях (см. схему), по найденной площади.

4. Проверка выполнения условия: P = (N₀ + N_ф + N_гр) / A ≤ R_b.

В случае выполнения условия п. 4, расчёт считается законченным. В противном случае необходимо увеличение размера стороны подошвы, пересчёт R при новой ширине подошвы, определение новых величин веса фундамента и грунта на его ступенях (п. 3 алгоритма) и повторение проверки (п. 4 алгоритма).

Подобный цикл расчётов следует выполнять несколько раз, до тех пор, пока не выполниться условие п. 4.

После этого расчета производят конструирование фундамента (толщину подошвы фундамента и высоту ступеней – рассчитывают методом ж/б конструкций).