3.2 Определение размеров площади подошвы фундамента и разработка фундаментной конструкции.
Определение размеров площади подошвы фундамента наружной колонныздания.
Подвальные керамзитобетонные панели имеют толщину 340 мм, γ=13 кН/м3.
Предварительные размеры определяю графическим методом.
Задаюсь тремя значениями площади подошвы фундамента А:
А1=2,00 м2, А2=4,00 м2, А3=9,00 м2.
Расчетная нагрузка на колонну в уровне низа перекрытия над подвалом
NIIA= 1250 кН.
Среднее давление pII под подошвой фундамента при принятом размере площади A:
pII=( NIIA+ NIФII,i)/Ai, где
NIФII,i – расчетная нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах,
определяемая по приближенной формуле:
NIФII,i=Аi*d*γср, где
γср – средний удельный вес материала фундамента и грунта на его обрезах,
γср=20 кН/м3.
pII1=(NIIA+ NIФII,1)/A1=( 1250+ 2,00*3,00*20)/2,00=684.5 кПа.
pII2=( NIIA+ NIФII,2)/A2=( 1250+ 4,00*3,00*20)/4,00=372.25 кПа.
pII3=( NIIA+ NIФII,3)/A3=( 1250+ 9,00*3,00*20)/9,00=198.78 кПа.
3.3 Определение расчетного сопротивления грунта основания по прочностным характеристикам грунта основания
Расчетное сопротивление грунта рабочего слоя основания R:
R=(γc1*γc2/k)*(Mγ*kz*b*γII+Mq*d1* γ’II+(Mq-1)*db* γ’II+Мс*сII), где
коэффициент условий работы для песка средней крупности
γc1=1,40;
коэффициент условий работы для здания с гибкой конструктивной схемой
γc2=1,00;
k - коэффициент, принимаемый k = 1,00, так как прочностные
характеристики грунта (j и с) определены непосредственными
испытаниями;
угол внутреннего трения φII=300 для песка средней крупности;
Mγ=1,15; Mq=5,59; Мс=7,95.
kz - коэффициент, принимаемый равным при b<10 м - kz = 1.
сII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего
непосредственно под подошвой фундамента, для песка средней крупности не определен, а нормативное значение сII=2,00 … 1,00 кПа
(для φII=380…350 соответственно, но φII=300), поэтому пренебрегаю ввиду малости значения и принимаю сII=0,00 кПа.
γ’II - осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунтов,
залегающих выше отметки заложения подошвы фундамента:
γ’II=(γII1*h1+ γII2*h2+ γII3*h3)/(h1+h2+h3)=(18*1.22+ 21*1.1+ 18.9*1.2)/(1.22+1.1+1.2)=19,64 кН/м3.
d1 - приведенная глубина заложения наружных фундаментов со стороны подвала:
d1=hs+hcf*γcf/ γ’II, где
γcf - расчетное значение удельного веса материала конструкции пола
подвала γcf =22,00 кН/м3.
d1=0,90+0,20*22,00/19,64=1,12 м.
b – сторона подошвы фундамента, м.
db - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B£20 м и глубиной свыше 2,00 м принимается db = 2,00 м, при ширине подвала B>20 м - db = 0),
db = 2,00 м.
При b=0,00 м
Rb=0,00=(1,40*1,00/1,00)*(1,15*1,00*0*18.9+5,59*1,12*19,64+(5,59-1)*2,00* 19,64+7,95*0,00)=424,56 кПа.
При b=3,00 м
Rb=3,00=(1,40*1,00/1,00)*(1,15*1,00*3,00*20,20+5,59*1,12*19,64+
+(5,59-1)*2,00* 19,64+7,95*0,00)=522,13 кПа.
Рисунок 3.2.1 – Графическое определение площади подошвы отдельного фундамента под колонну наружной стены.
Точка пересечения двух графиков R=f(Аф) и PII=f(Аф) определяет требуемое значение площади подошвы отдельного фундамента под наружную колонну.
Ат=3,70 м2 и b=(Ат)0,5=(3,70)0,5=1,92 м.
Рис 1. Фундамент под наружную стену
В соответствии с таблицей 2.1 пособия [2] принимаю железобетонный сборный фундамент марки 2Ф21.9-3 с площадью А=2,1*2,1=4,41 м2.
Определяю значение R при ширине фундамента b=2,10 м.
Rb=2,10=(1,40*1,00/1,00)*(1,15*1,00*2,10*20,20+5,59*1,12*19,64+
+(5,59-1)*2,00* 19,64+7,95*0,00)=492,86 кПа.
Проверка фактического среднего давления PII под подошвой фундамента 2Ф21.9-3 и конструирование фундамента наружной стены.
PII=(NII+Qf+Qk+Qp+Qп+G1+G2+G3)/А ≤ R, где
Qf – вес фундамента, Qf=53 кН;
Qk – вес колонны с учетом ее заделки в фундамент на 0,60 м,
Qk=0,402*24*(2,70+0,20+0,60-0,22)=12,59 кН;
Qp – вес ригеля, Qр=0,402*5,60*24=21,50 кН;
Qп – вес ограждающей панели подвала при шаге колонн 6,00 м,
Qп=0,34*2,4*6*13=79,56 кН;
G1 – пригрузка фундамента грунтом ниже пола подвала,
G1=(V0-Vф)*γ =(2,102*0,90-53/24)*20,50=36,09 кН;
G2 – пригрузка фундамента грунтом с внешней стороны панели подвала (рассчитываю по осредненному по слоям значению удельного веса грунтов, залегающих выше отметки заложения подошвы фундамента γ’II),
G2=2,1*(3,00-0,90)*0,51*19,64=44,17 кН;
G3 – пригрузка от пола подвала, G3=(2,10*1,25-0,402)*0,20*22=10,85 кПа.
PII=(1473,00+53,00+12,59+21,50+79,56+36,09+44,17+10,85)/4,41=392,46 кПа, что меньше R=492,86 кПа.
Δ=(492,86 – 392,46)*100%/392,46=25 %.
Разница значений R и PII для фундамента 2Ф21.9-3 составляет 25%, но
замена 2Ф21.9-3 на 2Ф18.9-3 приведет к нарушению условия PII ≤ R, так как
PII =522 кН >R=483 кПа (расчет не приводится).
Окончательно под колонны 2Б принимаю 2Ф21.9-3.
Определение размеров площади подошвы фундамента
Ориентировочные размеры квадратного фундамента под одну колонну исходя из табличного значения расчетного сопротивления несущего слоя грунтового основания – суглинка R0=197,4 кПа.
Сторона квадратного фундамента b:
b=(NIIБ/(R0 – d*γср))0,5, где
γср – средний удельный вес материала фундамента и грунта на его обрезах,
γср=20 кН/м3;
d – глубина заложения фундамента. Для фундамента, находящегося внутри подвала d=d1;
d1 - приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов со стороны подвала:
d1=hs+hcf*γcf/ γ’II,
d1=0,90+0,20*22,00/19,64=1,12 м.
Сторона квадратного фундамента b:
b=(950/(400 – 1,12*20))0,5=2,4 м.