ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3. Расчет внецентренно- нагруженных фундаментов. Фундамент внецентренно нагруженный

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3. Расчет внецентренно- нагруженных фундаментов.

ТОП 10:

1.Теоретическая часть.

При внецентренной нагрузке (рисунок 3.1) расчетные усилия в сечении на единицу длины фундамента определяют по формулам:

; (3.1)

, (3.2)

где и - давления от расчетных нагрузок, кПа, передаваемые на грунт под краем фундамента и в расчетном сечении;

- изгибающий момент, кН·м/м;

- поперечная сила, кН/м.

Рисунок 3.1 - К расчету ленточного фундамента

Расчет прочности столбчатых фундаментов включает определение размеров плитной части, определение размеров ступеней, определение сечения арматуры плитной части. Расчет по второй группе предельных состояний включает расчет по образованию и раскрытию трещин.

Краевые давления , кПа, определяют по формулам:

при относительном эксцентриситете

; (3.3)

при относительном эксцентриситете

, (3.4)

где - сумма вертикальных нагрузок, действующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его обрезах, и определяемых для случая расчета основания по деформациям, кН;

- площадь подошвы фундамента, м ;

- средневзвешенное значение удельных весов тела фундамента, грунта и пола, расположенных над подошвой фундамента; принимают равным 20 кН/м ;

- глубина заложения фундамента, м;

- момент от равнодействующей всех нагрузок, действующих по подошве фундамента, найденных с учетом заглубления фундамента в грунте и перераспределяющего влияния верхних конструкций или без этого учета, кН·м;

- момент сопротивления площади подошвы фундамента, м ;

- расстояние от точки приложения равнодействующей до края фундамента по его оси, м, определяемое по формуле

; (3.5)

- эксцентриситет нагрузки по подошве фундамента, м, определяемый по формуле

. (3.6)

При наличии моментов и , действующих в двух направлениях, параллельных осям х и у прямоугольного фундамента, наибольшее давление в угловой точке , кПа, определяют по формуле

, (3.7)

где , , , - то же, что и в формуле (3.3).

При наличии на полах сплошной равномерно распределенной нагрузки интенсивностью

краевые и средние эпюры давления по подошве следует увеличивать на нагрузку

. Нагрузку на полы промышленных зданий

допускается принимать равной 20 кПа, если в технологическом задании на проектирование не указывается большее значение этой нагрузки.

Рисунок 3.2 - Эпюра давления на грунт внецентренно нагруженного фундамента

при действии моментов относительно двух осей

2. Задания.

3.1. Подобрать размеры внецентренно нагруженного фундамента для бесподвальной части здания, имеющего жесткую конструктивную схему, если в уровне спланированной поверхности приложены внешние нагрузки. Характеристики здания, нагрузок и грунтовых условий приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Вариант	Глубина заложения фундамента, м.	Уровень подземных вод	L/H	Характеристики грунта	Расчетная нагрузка
NO11, кН/м	MoII, кН/м
	1,1	4,8	4,5	IL=0,3, е=0,5, γII=0,02МН/м3, φ=320, с11=0,0084МПа,
	1,2	4,9	3,3	IL=0,4, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=300, с11=0,0086МПа,
	1,25	3,9	3,0	IL=0,35, е=0,55, γII=0,02МН/м3, φ=310, с11=0,0088МПа,
	1.3	2,8	3,8	IL=0,25, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=330, с11=0,0089МПа,
	1.35	4,0	2,0	IL=0,3, е=0,5, γII=0,02МН/м3, φ=320, с11=0,0084МПа,
	1.4	6,1	1,5	IL=0,4, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=300, с11=0,0086МПа,
	1.45	4,8	5,0	IL=0,35, е=0,55, γII=0,02МН/м3, φ=310, с11=0,0088МПа,
	1.5	4,9	4,5	IL=0,25, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=330, с11=0,0089МПа,
	1,1	3,9	3,3	IL=0,3, е=0,5, γII=0,02МН/м3, φ=320, с11=0,0084МПа,
	1,2	2,8	3,0	IL=0,4, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=300, с11=0,0086МПа,
	1,25	4,0	3,8	IL=0,35, е=0,55, γII=0,02МН/м3, φ=310, с11=0,0088МПа,
	1.3	6,1	2,0	IL=0,25, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=330, с11=0,0089МПа,
	1.35	4,8	1,5	IL=0,3, е=0,5, γII=0,02МН/м3, φ=320, с11=0,0084МПа,
	1.4	4,9	5,0	IL=0,4, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=300, с11=0,0086МПа,
	1.45	3,9	4,5	IL=0,35, е=0,55, γII=0,02МН/м3, φ=310, с11=0,0088МПа,
	1.5	2,8	3,3	IL=0,25, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=330, с11=0,0089МПа,
	1,1	4,0	3,0	IL=0,3, е=0,5, γII=0,02МН/м3, φ=320, с11=0,0084МПа,
	1,2	6,1	3,8	IL=0,4, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=300, с11=0,0086МПа,
	1,25	4,8	2,0	IL=0,35, е=0,55, γII=0,02МН/м3, φ=310, с11=0,0088МПа,
	1.3	4,9	1,5	IL=0,25, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=330, с11=0,0089МПа,
	1.35	3,9	5,0	IL=0,3, е=0,5, γII=0,02МН/м3, φ=320, с11=0,0084МПа,
	1.4	2,8	4,5	IL=0,4, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=300, с11=0,0086МПа,
	1.45	4,0	3,3	IL=0,35, е=0,55, γII=0,02МН/м3, φ=310, с11=0,0088МПа,
	1.5	6,1	3,0	IL=0,25, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=330, с11=0,0089МПа,
	1,1	4,8	3,8	IL=0,3, е=0,5, γII=0,02МН/м3, φ=320, с11=0,0084МПа,
	1,2	4,9	2,0	IL=0,4, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=300, с11=0,0086МПа,
	1,25	3,9	1,5	IL=0,35, е=0,55, γII=0,02МН/м3, φ=310, с11=0,0088МПа,
	1.3	2,8	5,0	IL=0,25, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=330, с11=0,0089МПа,
	1.35	4,0	4,5	IL=0,3, е=0,5, γII=0,02МН/м3, φ=320, с11=0,0084МПа,
	1.4	6,1	3,3	IL=0,4, е=0,6, γII=0,021МН/м3, φ=300, с11=0,0086МПа,

3. Пример решения.

Пример 3.1.Подобрать размеры внецентренно нагруженного фундамента для бесподвальной части здания, если в уровне спланированной поверхности приложены внешние нагрузки NoII=1,25MH, MoII=0,32MHм, глубина заложения фундамента d=1,1м. Характеристики грунта: суглинок IL=0,3, е=0,5, γII=0,02МН/м3, φ=320, с11=0,0084МПа, грунт обратной засыпки γ1II=0,018МН/м3. Здание имеет жесткую конструктивную схему, отношение высоты здания к его длине L/H=4,2.

Решение:

1. По таблице СП 50-101-2004 определяем условное расчетное сопротивления грунта R0=0,28МПа.

2. По формуле 1.3 определяем ориентировочную площадь подошвы фундамента:

=1,25/(0,28-0,02*1,1)=4,84м2

3. Поскольку рассчитываем внецентренно нагруженный фундамент, увеличим площадь опоры на 20%. Зададимся отношением длины фундамента к его ширине η=1,5; развивая подошву фундамента в направлении действия изгибающего момента, получим l=1,5b. Принимаем l=2,7м, b=1,8м, тогда А=4,86м2.

4. По соотношению L/H=4,2, заданных грунтовых условий и конструктивной схеме здания по таблице СП определяем значение коэффициентов условий работы γс1=1,2 и γс2=1,0.

5. По углу внутреннего трения φ=320 определяем коэффициенты Мγ=1,34, Мq=5,59, Mc=7,95.

6. Для фундамента в бесподвальной части здания d1=1,1м, при db=0 определяем расчетное сопротивление грунта основания по формуле 2.3:

=1,2*1,0(1,34*1*1,8*0,02+

+5,59*1,1*0,018+7,95*0,0084)=0,271MПа.

7.Принимаем следующую конструкцию фундамента (рис.3.3)

Рисунок 3.3

8. Определяем эксцентриситет нагрузки по подошве фундамента, м, определяемый по формуле 3.6:

=0,32/(1,25+0,02*2,7*1,8*1,1)=0,236

9. Определяем относительный эксцентриситет e/l = 0,236/2,7=0,087<1/6

10.Определяем по формуле 3.3 максимальное и минимальное краевые давления по граням фундамента:

pmax=N/A+γmt d+ M/W=1,25/(2,7*1,8)+0,02*1,1+0,32*6/(1,8*2,72)=0,426МПа

pmin=N/A+γmt d-M/W=1,25/(2,7*1,8)+0,02*1,1-0,32*6/(1,8*2,72)=0,133МПа

11. Проверяем выполнение условий: pmax<1,2R , pmin>0

pmax=0,427>1,2R= 1,2*0,271=0,325МПа

pmin=0,135>0

Условие второй группы предельных состояний по максимальному краевому давлению не выполняется. Для выполнения условий необходимо понизить напряжение в грунте основания за счет увеличения размера подошвы фундамента в плоскости действия момента. Примем длину подошвы фундамента 3,0м, а ширину 2,1м.

12.Определяем по формуле 3.2 максимальное и минимальное краевые давления по граням фундамента:

pmax=N/A+γmt d+ M/W=1,25/(3,0*2,1)+0,02*1,1+0,32*6/(2,1*3,0 2)=0,322МПа

pmin=N/A+γmt d-M/W=1,25/(3,0*2,1)+0,02*1,1-0,32*6/(2,1*3,0 2)=0,119МПа

18. Так как изменилась ширина фундамента определяем расчетное сопротивление грунта основания по формуле 2.3:

=1,2*1,0(0,84*1*2,1*0,02+

+4,37*1,1*0,018+6,9*0,0084)=0,281MПа.

19. Проверяем выполнение условий: pmax<1,2R , pmin>0

pmax=0,322<1,2R= 1,2*0,281=0,325МПа

pmin=0,121>0

20.Проверим соблюдения условия p<R:

р=1,25/(2,1*3,0)+ 0,02*1,1=0,220<R=0,281МПа

Все условия второй группы предельных состояний выполняются, а недонапряжение в грунте основания по максимальному давлению составляет менее1%; следовательно размеры фундамента подобраны удовлетворительно.

4.Вопросы.

1.Какое условие должно обеспечиваться при назначении размеров фундамента?

2.Какую форму могут принимать эпюры давлений при расчете внецентренно нагруженных фундаментов?

3.Как определить краевые давления , кПа?

infopedia.su

Внецентренно нагруженный свайный фундамент

Типы фундаментов, используемые в строительстве, различаются в зависимости от характера конструкций, которые планируется организовывать на их основании.

Так, внецентренно нагруженный фундамент представляет собой несущую строительную конструкцию, которая характеризуется несовпадением центра тяжести площади ее подошвы и равнодействующей внешних нагрузок.

Такая ситуация влечет за собой определенную степень неустойчивости конструкции, которая должна быть учтена и скорректирована в ходе осуществления проектных работ: например, посредством использования такой технологии, как армирование.

Основное отличие центрально нагруженного фундамента от внецентренно нагруженного в различных вариантах, включая использование такой технологии, как армирование, заключается в том, что в последнем случае максимальная нагрузка приходится на край несущей конструкции, что обусловливает дополнительные требования к ее несущей способности. В некоторых случаях такую способность необходимо усиливать для придания конструкции достаточной устойчивости, обеспечивающей возможность возведения на этом основании планирующегося к строительству здания.

Например, осуществить это усиление можно, прибегнув к армированию подошвы фундамента или установив колонну. Однако нужно понимать, что конструкции армируются в случае, если этого требует ситуация. Таким же образом складывается ситуация, если решено установить колонну: конкретный способ усиления несущей способности внецентренно нагруженного фундамента и необходимость его использования должна быть осуществлена непосредственно в ходе проектных работ после того, как произведен необходимый расчет.

№ 15 ЕМТИХАН БИЛЕТІ/ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ

1. Расчет и проектирование свайных фундаментов: основные положения, выбор конструкции

Согласно рекомендациям сельскохозяйственные здания в зависимости от характера технологического процесса и вида возможного увлажнения грунтов подразделяются на следующие группы: животноводческие здания с мокрым технологическим процессом и оборудованные водосодержащими лотками навозоудаления, вследствие чего возможно интенсивное замачивание грунта, приводящее к его частичной просадке или (реже) всей просадочной толщи; здания, не имеющие мокрого технологического процесса, оснащенные сетями и устройствами производственного бытового назначения, с удельным расходом воды не более площади здания в сутки. А также здания с одиночными с перечными каналами для гидросплава навоза: здания, не оснащенные сетями и устройствами, с расположением несущих сетей от здания на расстояниях, превышающих полуторную глубину просадочной толщи, вследствие чего возможно только медленное повышение влажности грунтов.

Такая классификация сельскохозяйственных зданий позволяет более дифференцированно назначать несущую способность пирамидальной сваи с учетом возможного увлажнения грунтов основания, обеспечивая при этом нормальную эксплуатацию зданий.

При проектировании фундаментов на коротких пирамидальных сваях важным вопросом является правильный выбор их размеров и угла коничности свай.

Предварительный выбор размеров пирамидальных свай производится на основании следующего: при увеличении угла коничности свай одинакового объема от 5 до 13° увеличивается зона уплотнения в плане (в связном грунте) и удельная несущая способность единицы объема сваи возрастает до 30%, однако погружение свай с наибольшими углами коничности в плотные грунты затруднительно; в грунтовых условиях I типа по просадочности потери несущей способности сваи при замачивании тем меньше, чем больше угол коничности сваи; короткие пирамидальные сваи с углами коничности 5...9° целесообразно применять в грунтах плотных и средней плотности, сваи же с углом коничности 10... 13° - в грунтах рыхлых; при наличии верхнего более прочного слоя грунта длина свай в первую очередь определяется исходя из недопущения прорезки этого слоя и выхода зон уплотнения в массив слабого грунта.

Расчет фундаментов на коротких пирамидальных сваях и их оснований производится в соответствии со СНиП II-17-77 «Свайные фундаменты» по предельным состояниям двух групп: по несущей способности грунта основания свайных фундаментов и по прочности конструкций фундаментов; по осадкам, перемещению свай и по образованию или раскрытию трещин в железобетонных сваях.

В зависимости от конструктивной схемы сельскохозяйственного здания или сооружения сваи в плане могут устраиваться в виде: лент - для зданий с неполным несущим каркасом, в которых преобладают равномерно распределенные нагрузки.

Сваи в этом случае располагаются в один или в шахматном порядке в два и более рядов; одиночных свай - под отдельно стоящие опоры каркасных зданий; кустов из двух и более свай в случаях, если несущая способность одиночной пирамидальной сваи ниже требуемой; сваи располагают на участке треугольной, прямоугольной и квадратной формы в плане; сплошного свайного поля - для сооружений, в которых нагрузка распределена по всей площади, например резервуары, силосные сооружения и др.

2 Объемные и сдвиговые деформации в грунтах

Пластические деформации в грунтах можно разделить на объемные и сдвиговые. Объемные деформации приводят к изменению объема пор в грунте, т.е. к его уплотнению, сдвиговые – к изменению его первоначальной формы и могут вызвать разрушение грунта

В зависимости от граничных условий ползучесть может быть объемной и сдвиговой. Объемная ползучесть наблюдается при постоянном всестороннем сжатии, например при компрессии водонасыщенной высокопористой глины (консолидация), и всегда имеет затухающий характер. Сдвиговая ползучесть проявляется при постоянно действующих сдвигающих усилиях, например в основаниях и теле сооружений, в откосах, в основании плотин и т. п.

Обычно сдвиговую ползучесть изучают при постоянных уровнях напряжений. В начальный момент нагружения в теле возникают упругие деформации или (при достаточно больших напряжениях) упругопластические, а затем развиваются деформации ползучести. При этом кривая переходит от упругой или упругопластической ее части к вязкоупругой плавно, без излома. Со временем скорость ползучести уменьшается и через некоторый промежуток времени может стать нулевой или конечной величиной, но иногда после убывания она начинает возрастать.

Деформации грунтов возникают при динамических вибрационных и взрывных воздействиях. Динамические вибрационные нагрузки вызывают в грунте появление сил инерции. Колебания от таких нагрузок могут распространяться в грунте на значительные расстояния, усиливая развитие осадок сооружений и ослабляя грунты. При взрывах в грунтовом массиве образуются полости (воронки) и колебания различной интенсивности, уменьшающейся по мере удаления от места взрыва. Кроме того, взрывы приводят к деформации грунта в результате возникновения и движения взрывных волн и газов. Возникающее при взрыве давление достигает десятков гигапаскалей, оно распространяется в грунте с высокой скоростью, но действует в течение очень короткого промежутка времени (миллисекунды). На поверхности раздела заряд-грунт образуется ударная волна, вызывающая перемещение и измельчение грунта, находящегося в условиях всестороннего неравномерного сжатия. Возникающая при этом полость зависит от свойств грунта и массы заряда взрывчатого вещества. При взрыве внутри грунтового массива радиус, возникающей полости оценивается по эмпирической формуле, предложенной Г. И. Покровским.

infopedia.su

Определение размеров подошвы внецентренно нагруженных фундаментов мелкого заложения. Эпюры давлений под подошвой фундамента.

Внецентренно нагруженным считают фундамент, у которого равно действующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы.

При расчёте давление по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимают изменяющимся по линейному закону, а его краевые значения при действии момента сил относительно одной из главных осей определяют как для случая внецентренного сжатия по формуле(из сопромата для сжатия с изгибом):

(1)

Подстановкой значений А=l·b, W=b2l/6 и M=NII·e формула (1) приводится к виду (2)

(2)

где NII- суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его уступах;

A - площадь подошвы фундамента;

е - эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы;

b - размер подошвы фундамента в плоскости действия момента.

Эпюра давления грунта, рассчитанная по формуле (2), может быть однозначной и двузначной, как это показано на рис.1. Как правило, размер подошвы фундамента стараются подобрать таким образом, чтобы эпюра была однозначной, т.е. чтобы не было отрыва подошвы фундамента от основания. То есть есть должно выполняться условие

pmin>0 (3)

В противном случае в зазор между подошвой и грунтом может проникнуть вода, что нежелательно, поскольку это монет привести к ухудшению свойств грунтов основания.

Поскольку при внецентренном нагружении относительно одной из центральных осей максимальное давление на основание действует только под краем фундамента, при подборе размеров подошвы фундамента его допускается принимать на 20% больше расчётного сопротивления грунта R, т.е. pmax ≤ 1.2R (7)

Одновременно среднее давление по подошве фундамента, определяемое как для центрально нагруженного pII=NII/A, должно удовлетворять условию

pII ≤ R (4)

В тех случаях, когда точка приложения равнодействующих внешних сил смещена относительно обеих осей инерции прямоугольной подошвы фундамента, как это показано на рис. 2, давление под её угловыми точками находят по формуле:

(5)

Поскольку в этом случае максимальное давление действует только в одной точке подошвы фундамента, допускается, чтобы его значение, найденное по формуле (5), удовлетворяло условию pcmax ≤ 1.5R (6)

Одновременно проверяются условия (3) и (4).

На практике задачу подбора размеров подошвы внецентренно нагруженного фундамента решают следующим образом. Сначала принимают, что действующая нагрузка приложена центрально, и подбирают соответствующие размеры подошвы из условия (4), а затем уточняют их расчётом на внецентренную нагрузку, добиваясь удовлетворения условий (3),(6) или (7). При этом иногда смещают подошву фундамента в сторону эксцентриситета так, чтобы точка приложения равнодействующей всех сил совпадала с центром тяжести подошвы фундамента (см. рис.2,б).

Еще пример внецентренно нагруженного фундамента мелкого заложения: Жилой дом с подвалом(последний).

39. Возведение заглубленных и подземных сооружений методом «стена в грунте». Технология устройства. Монолитный и сборный варианты.

Конструкции, сооружаемые способом «стена в грунте»: а – котлованы в городских условиях; б – подпорные стенки; в – тоннели; г – противофильтрационные диафрагмы; д – подземные резервуары.

В грунте делаются выработки требуемой формы и конфигурации, заполняемой монолитным или сборным железобетоном.

Резко сокращаются объемы земляных работ, обеспечивается наилучшая сохранность окружающих зданий и сооружений, обеспечиваются наилучшие гидрогеологические условия внутри здания.

Способы устройства классифицируются:

1) по форме стены;

2) свайная или траншейная, сухая или мокрая;

3) по применяемым конструкциям: монолитная, сборная, сборно-монолитная.

Сухой способ применяется в связных грунтах при глубине стены в грунте не более 7м.

При устройстве свайного варианта с целью обеспечения прочности стены бурение осуществляют с применением специальных обсадных труб.

Армирование свай может осуществляться как каждой отдельно, так и одним каркасом на несколько слоев. Работу по устройству стены свайным методом осуществляют захватками, объем которых определяется интенсивностью бетонирования. Способы установки арматуры бетонирования ничем не отличаются от способов устройства набивных свай.

При устройстве стены в грунте траншейным методом применяются машины циклического и непрерывного действия: одноковшовые экскаваторы с удлиненной рукоятью или напорным грейфером, либо штанговые экскаваторы.

Объем принимается в зависимости от интенсивности бетонирования, как правило 50-60 кубов.

При бетонировании стены в грунте с целью экономии бетона, в нем могут устраивать сквозные или замкнутые проемы, заполненные после их образования глинисто-щебеночно-песчаной смесью.

В качестве сборных железобетонных элементов стены в грунте, применяются железобетонные панели на всю высоту стены, шириной от 0,5 до 5м и толщиной от 20 до 120см.

Технология монтажа сборных элементов стены в грунте следующая: по верху траншеи устанавливается воротник из монолитного железобетона. Устанавливается пространственный кондуктор в траншею, опирающийся на воротник. Если после установки панели, верх ее ниже проектной отметки, панель вынимается и вниз траншеи подсыпается щебень. Если верх панели выше проектной отметки, ее несколько раз приподнимают и резко опускают. Соединение панелей друг с другом осуществляется с применением специальных узловых соединений, в которые входят прокатные металлические элементы. После монтажа и соединения панели с последующей, осуществляют засыпку пазух компонажным материалом в виде глинисто-цементно-песчаного раствора, либо глинисто-цементно-щебеночного раствора. В тех случаях, когда с внутренней стороны стенки, будет разрабатываться грунт, пазухи заполняют песчано-гравийной смесью.

cyberpedia.su

Внецентренно нагруженный свайный фундамент

№ 15 ЕМТИХАН БИЛЕТІ/ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ

1. Расчет и проектирование свайных фундаментов: основные положения, выбор конструкции

Расчет фундаментов на коротких пирамидальных сваях и их оснований производится в соответствии со СНиП II-17-77 «Свайные фундаменты»по предельным состояниям двух групп: по несущей способности грунта основания свайных фундаментов и по прочности конструкций фундаментов; по осадкам, перемещению свай и по образованию или раскрытию трещин в железобетонных сваях.

2 Объемные и сдвиговые деформации в грунтах

studlib.info