Кубанский государственный технологический университет
Кафедра «Строительные конструкции и
гидротехнические сооружения»
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ
И СТЕН ПОДВАЛЬНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Методические указания по курсовому и дипломному
проектированию по курсу «Основания и
фундаменты» для студентов всех форм обучения
специальностей: 290300 – «Промышленное и
гражданское строительство», 290400 – «Гидротехническое
строительство», 290500 – «Городское строительство
и хозяйство» направления 653500 «Строительство»
Краснодар
Составители: Б.Ф.Турукалов, П.А.Ляшенко
УДК 624.15.04
Проектирование оснований фундаментов и стен подвальных помещений: Методические указания по курсовому и дипломному проектированию по курсу «Основания и фундаменты» для студентов всех форм обучения специальностей: 290300 – «Промышленное и гражданское строительство», 290400 – «Гидротехническое строительство», 290500 – «Городское строительство и хозяйство» направления 653500 «Строительство»/Сост.: Б.Ф.Турукалов, П.А.Ляшенко; Кубан. гос. технол. ун-т. Кафедра «Строительные конструкции и гидротехнические сооружения». – Краснодар: Изд-во КубГТУ 2003. – 25с.
Изложены методика расчета основания фундамента и стен подвального помещения. Приведены примеры расчета.
Табл. 2. Ил. 4. Библиогр. 7 назв.
Печатаются по решению Редакционно-издательского совета Кубанского государственного технологического университета.
Рецензенты:
заведующий кафедрой «Оснований и фундаментов» Кубанского госагроуниверситета д-р геол.-мин.наук, проф. К.Ш. Шадунц;
доцент кафедры «Строительные конструкции и гидротехнические сооружения», канд. техн. наук С.И.Дизенко
|
|
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1. Конструкция фундаментов и стен подвалов 5
2. Расчет оснований фундаментов подвальных помещений 6
3. Пример 1. Расчет основания фундамента стены подвала 10
4. Расчет прочности стены подвального помещения 14
5. Пример 2. Расчет прочности стены подвала
кирпичного здания 17
Литература 22
ВВЕДЕНИЕ
В курсовом проекте по дисциплине “ Основания и фундаменты” студенты проектируют фундаменты гражданских и промышленных зданий. Проектирование ленточных фундаментов заключается в подборе фундаментной подушки, вычислении напряжений под подошвой фундамента и сравнении их с предельно допустимыми значениями, расчете осадок и сравнении их с величинами, нормируемыми СНиП.
В учебной литературе проектирование оснований ленточных фундаментов в зданиях с подвалом рассматривают приближенно, без учета новейших достижений в области фундаментостроения. Нормативные документы, выпущенные в последние годы, содержат более сложные расчетные модели работы фундаментов. Таким образом, первая задача данных указаний состоит в ознакомлении студентов с методикой расчета оснований фундаментов зданий с подвалом, принятой в нормативных документах.
Вторая задача методических указаний заключается в изложении методики расчета стен подвальных помещений по прочности. Традиционно этот раздел проектирования строительных конструкций студенты изучают в курсе “ Железобетонные и каменные конструкции ”. Таким образом получается, что единый комплекс- проектирование фундаментов зданий - разорван, и у студентов нет целостного понимания процесса проектирования фундаментов. Показать весь комплекс проектирования фундаментов зданий с подвалом полностью, обратить внимание студентов на особенности проектирования на отдельных этапах и является целью данных методических указаний.
|
|
КОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ И СТЕН ПОДВАЛОВ
При строительстве подвалов гражданских зданий наиболее часто используют ленточные фундаменты. Ленточные фундаменты состоят из бетонных блоков стен подвалов и железобетонных фундаментных плит. Минимальный класс тяжелого бетона блоков для сооружений II класса принимается равным В5 для маловлажных и влажных грунтов (песчаные грунты маловлажные и влажные, супеси твердые и пластичные, суглинки и глины твердые, туго- и мягкопластичные) и В7,5 для насыщенных водой (песчаные грунты насыщенные водой, суглинки и глины текучепластичные и текучие). Фундаментные плиты проектируют из тяжелого бетона класса В12,5 – В20. Формы, размеры и марки сборных фундаментных плит и блоков приведены в /1,2,3/. Номенклатура типовых сборных плит предусматривает четыре группы, каждая из которых характеризуется наибольшим значением среднего давления, передающегося на основание, при соответствующем вылете консоли. Плиты первой группы соответствуют среднему расчетному сопротивлению основания (при коэффициенте надежности по нагрузке, равном 1,0) 0,15 МПа, второй- 0,25 МПа, третьей- 0,35 МПа и четвертой- 0,45 МПа. Марки плит обозначаются буквами ФЛ и числами, характеризующими ширину и длину плиты. Цифра, отделенная дефисом, указывает группу по несущей способности при толщине опирающейся стены 160 мм. При увеличении толщины нагружающей стены, например до 300,400 мм и более, расчетные размеры консолей уменьшаются и по условиям прочности плиты могут соответствовать большим значениям средних давлений на основание. Расчетный момент для плит определен по грани нагружающей стены, которая принята толщиной 160 мм.
|
|
Под фундаментами устраивают подготовку: под монолитными – бетонную, толщиной 100 мм из бетона класса В3,5; а под сборными – из песка средней крупности слоем 100 мм.
Все элементы сборных фундаментов укладываются на цементном растворе марки не менее М50 с толщиной швов 20 мм. Жесткость здания обеспечивается перевязкой и местах примыкания продольных и поперечных стен из арматуры диаметром 8-10 мм (4-5 стержней класса А-I, А-II). Кроме того, в уровне низа перекрытия над подвалом в слое цементного раствора толщиной 30 мм укладывают плоский арматурный каркас непрерывно во всем наружным и внутренним стенам. Продольная арматура пояса- 4-6 стержней диаметром 10 мм класса А-II, поперечная – диаметром 3-4 мм класса Вр-I с шагом 500 мм.
Расстояние между вертикальными швами расположенных друг над другом блоков должно быть не менее 0,4 высоты блока в малосжимаемых грунтах (Е > 10 МПа) и не менее высоты блока в сильносжимаемых.
Для устройства ввода в здания коммуникаций в стенах фундаментов оставляют проемы длиной не более 0,6 м, которые при необходимости заполняют кирпичом или бетоном. Проемы в углах здания не допускаются.
Переход одного участка фундамента к другому осуществляется уступами. Для связных грунтов отношение высоты уступа к его длине принимается не менее 1:2, для песчаных грунтов 1:3.
Для обеспечения защиты подвальных помещений от сырости наружные поверхности стен, соприкасающиеся с грунтом, обмазывают горячим битумом за один- два раза, внутренние оштукатуривают цементным раствором. На высоте 15-20 см от верха отмостки или в уровне низа надподвального перекрытия, а также в уровне пола подвала выполняют горизонтальную изоляцию из одного- двух слоев рубероида на битумной мастике или жирного цементного раствора. Вдоль наружных стен здания устраивают отмостку из водонепроницаемых материалов (бетона, асфальтобетона).
Полы подвалов обычно выполняют бетонными толщиной 5-10 см, при этом глубина заложения фундамента от пола подвала до подошвы фундаментной плиты должна быть не менее 0,5 м.
2. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ ПОДВАЛЬНЫХ. ПОМЕЩЕНИЙ
При проектировании фундаментов подвальных помещений необходимо руководствоваться требованиями СНиП 2.02.01-83* /4/ и пособия /5/.
Выбор глубины заложения подошвы ленточного фундамента производят с учетом инженерно-геологических и климатических условий строительной площадки, конструктивных особенностей здания, наличия фундаментов, расположенных рядом зданий и сооружений
Проектирование оснований фундаментов мелкого заложения по II группе предельных состояний заключается в подборе площади фундамента, вычислении абсолютных и относительных деформаций и сравнении их с предельно допустимыми по /4/. При этом среднее и максимальное давление под подошвой фундамента не должно превышать предельных значений, рассчитанных по формулам СНиП 2.02.01-83*. В данном разделе методических указаний частично изложена методика расчета средних и максимальных напряжений под подошвой фундамента, расположенного в подвальной части здания. Полное изложение методики и расчет оснований фундаментов подвальных помещений по I группе предельных состояний приведены в пособии /5/.
Расчетные усилия в стенах подвала (рис.2.1) определяют в зависимости от величины реакции R A в верхней опоре, которая вычисляется с учетом возможного перераспределения усилий от поворота фундамента и смещения стены при загружении подвала односторонней временной нагрузкой. Рассмотрим наиболее распространенный случай, когда грунт лежит ниже надподвального перекрытия.
При проектировании оснований фундаментов по деформациям используют следующие характеристики грунта ненарушенного сложения: расчетное значение удельного веса грунта (gоII), расчетное значение угла внутреннего трения грунта (φII), удельное сцепление грунта (С II).
Значение характеристик грунта засыпки, уплотненной согласно нормативным документам с коэффициентом уплотнения не менее 0,95 от их плотности в природном сложении, допускается устанавливать по характеристикам того же грунта в природном залегании. Соотношения между характеристиками грунта засыпки и грунта природного сложения принимаются следующими:
g ' II = 0,95 g II; φ ' II = 0,9 φII; с 'I I = 0, 5сII;
но не более 10 кПа.
Коэффициент надежности по нагрузке g f при расчете по второй группе предельных состояний равен 1,0.
Интенсивность горизонтального активного давления грунта от собственной массы грунта на глубине y определится по формуле:
P γ = (g ' II ▪ g f ▪h▪ λ - с ' II ▪ Κ I) ▪ y / h, (2.1)
где h - расстояние от уровня планировки грунта до подошвы фундамента.
При горизонтальной поверхности засыпки, вертикальной стене и отсутствии трения и сцепления со стеной коэффициент бокового давления грунта λ, коэффициент интенсивности сил сцепления К 1 и угол наклона плоскости скольжения θ 0 определяются по формулам:
(2.2)
Рисунок 2.1 Определение усилий по подошве фундамента
Интенсивность горизонтального давления грунта от равномерно распределенной нагрузки q, расположенной на поверхности призмы обрушения, следует определять по формуле:
P q =q▪ g f▪ λ, (2.3)
При отсутствии специальных требований нормативную нагрузку на поверхности земли следует принимать равной 9,81 кПа (1тс/м 2).
Опорная реакция в уровне низа надподвального перекрытия определяется по формуле:
Ra = (h1 + h 2) ▪ { Pq ▪[ 4 n13 - n14 + 4 K (n1 + n) 2 / m1 ] / 8 +
+Р γ2 ▪[ 15 n13 – З n14 + 20 K ( n1 +n ) 3 /m1 ▪ n1 ] / 120 } / ( 1 + K ) +
+ (Mc ▪ ( 1,5 m1 + K) – (G1 + G2) ▪ eK) / H ▪( 1+ K ), (2.4)
где m 1, n, n 1 - дополнительные параметры, вычисляемые по формулам:
m1 = H / (h1 + h2 )
n = h3 / (h 1 + h2 ), (2.5)
n1 = h2 / (h 1 + h2 )
здесь Н, h1, h 2, h3 - геометрические размеры стены подвала (см. рис.2. 1).
В формуле (2.4) К - коэффициент, учитывающий изменение реакции за счет поворота фундамента
K = ω ▪ Eb ▪ Ib ▪ m1 2/ E ▪ b2 ▪ (h1 + h2), (2.6)
где ω -коэффициент, равный 3;
Eb -модуль упругости бетона блоков, принимаемый по СНиП
2.02.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции";
Е - модуль деформации грунта основания;
Ib - момент инерции 1 м сечения стены;
b -ширина подошвы фундамента.
В формуле (2.4) имеются также следующие параметры:
Мс - изгибающий момент в уровне перекрытия. Принимается со знаком "плюс" при действии момента по часовой стрелке;
G1, G2 - нагрузка от собственной массы грунта и временная нагрузка над левой частью фундамента;
e - эксцентриситет приложения силы G1 относительно центра тяжести подошвы фундамента.
Момент в уровне подошвы фундамента вычислим по формуле
Mo = - Ra ▪ H + P q▪ h 2 / 2 + P g3 ▪ h 2 / 6 – (G 1+ G 2 ) ▪ e + Mc, (2.7)
Суммарная вертикальная сила в уровне подошвы фундамента определится из формулы:
Fv =G +G1 +G2 +G3 +Nc, (2. 8)
где G -нагрузка от массы фундаментной плиты;
G 3 - нагрузка от массы стены подвала;
N c -вертикальная сила в уровне низа плит надподвального перекрытия.
Проверка средних и максимальных напряжений над подошвой фундамента производится из условий:
 |
Pcp = F v /А ≤ R
, (2.9)
Pmax = Fv / А + Mo / W ≤ 1,2R
где А -площадь подошвы фундамента;
W -момент сопротивления подошвы фундамента;
R -расчетное сопротивление грунта основания, вычисляемое по формуле (7) СНиП 2.02.01-83* /4/
R = g с1 ▪ g с2 / k ▪[ M g▪ k z ▪ b ▪ g II + M q▪ d 1▪ g ¢II + (M q – 1) ▪ d b ▪ g ¢II + M c▪ cII ],.. (2.10)
где g с1, g с2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 3 /4/;
k -коэффициент, зависящий от способа получения прочностных характеристик грунта;
k z -коэффициент, зависящий от ширины подошвы фундамента;
M g, Мq, Мс -коэффициенты, принимаемые по табл.4 /4/ в зависимости от угла внутреннего трения грунта;
d 1 -глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки до пола подвала или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, м;
db -глубина подвала- расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной менее 20м и глубиной свыше 2,0 м принимается d b=2,0 м, при ширине подвала более 20м - d b=0).
При проверке напряжений под подошвой фундамента значение минимального давления должно быть положительным.
После подбора размеров фундамента, удовлетворения условий (2.9) необходимо переходить к расчету деформаций основания по методике СНиП 2.02.01-83* /4/.