Порядок расчета характеристик внецентренно нагруженного фундамента. Расчет основания фундамента

Несущая способность оснований фундаментов: расчет

Последствия неправильного расчета несущей способности фундамента

Сразу же после сдачи любого сооружения в эксплуатацию, происходит процесс медленного опускания фундамента за счет прикладываемых нагрузок. Фундамент всегда опускается на расчетную глубину, это значение всегда учитывается и закладывается при проведении расчетов.

Большие, неравномерные осадки оснований влекут за собой деформацию конструкций с дальнейшим разрушением здания. Как правило причина кроется в неправильном расчете несущей способности фундаментов, а также из-за ошибок в расчетах допустимых нагрузок на грунты.

Необходимость геологических исследований

Для определения типа фундаментов, а также в расчете ориентировочной просадки грунтов зоны строительства, в обязательном порядке проводятся геологические исследования. С их помощью определяется тип почвы, глубина промерзания, уровень залегания грунтовых вод, структура грунта и прочие параметры. Поэтому несущая площадь фундамента должна быть такой, чтобы ее масса вместе с будущим зданием не превышала расчетное сопротивление грунта на строительной площадке.

Только тогда получится качественный, надежный фундамент, способный выдерживать горизонтальные и вертикальные нагрузки. При этом строить дополнительные этажи без укрепления существующего фундамента запрещено, так как в таком случае резко увеличивается масса объекта в целом.

Что подразумевают под расчетной способностью грунтов?

Данные о несущей способности различных типов грунта для расчета фундамента

Несущую способность грунтов оценивают в комплексном порядке при расчете фундаментов и сооружений. Главная цель такого расчета – это обеспечить прочность, устойчивость грунтов под подошвой фундамента, не допустить сдвиг здания по подошве в любую сторону.

Нарушение правильного состояния здания может привести не только к накоплению осадок, но впоследствии к нарушению конструкции самого основания. На фундамент также влияют вертикальные, горизонтальные нагрузки со стороны почвы и самого здания, поэтому грунт может просто не справиться с такой массой. Именно по этой причине особое внимание уделяют расчетам несущей способности оснований фундаментов, чтобы максимально определить допустимую зону нагрузки и защитить грунт от полного разрушения.

Какие факторы влияют на состояние грунта и основания?

Таблица с указанием допустимой нагрузки на грунт для расчета несущей способности основания

На несущую способность влияет огромное количество различных факторов, среди которых стоит отметить:

вид и характер нагрузок − вертикальная, наклонная, горизонтальная или, непосредственно, нагрузка под подошвой;
распределение центра тяжести площади фундамента относительно эксцентричной нагрузки;
размеры, характеристики, габариты и материал выполнения подошвы;
структура грунта;
форма подошвы;
глубина погружения основания в грунт, а также наличие под подошвой мягких осадочных пород с малой сопротивляемостью;
насколько ровно расположена подошва относительно горизонтали;
степень однородности почвы;
наличие внешних факторов, которые могут нанести вред подошве, такие как вибрация, сейсмические сдвиги, сезонный подъем грунтовых вод.

Все расчеты несущей способности оснований нужно делать по СНиП 2.02.01-83. Поэтому, обеспеченная несущая способность вычисляется по формуле: F ≤ YcFu/Yn, где:

F – это равнодействующая сила, она должна быть разнонаправлена к основной нагрузке;

γс – коэффициент условий работы;
Fu— это максимальное сопротивление основания всем нагрузкам;
γn— коэффициент надежности по назначению сооружения, принимается равным 1,2; 1,15; 1,10 для сооружений I, II и III классов соответственно.

Когда нужно делать расчет оснований на несущую способность

Чертеж расчета фундамента по несущей способности

Если на существующее или новое основание воздействуют значительные горизонтальные нагрузки, особенно от строящихся по соседству домов или регулярные вибрации от автомагистралей, промышленных предприятий.
Сооружение было построено на уклоне или откос образовался со временем, обнажив внешнюю часть основания.
Если подошва фундамента установлена на влагонасыщенных почвах.

Когда на основание может воздействовать выталкивающая сила различного происхождения.
Если нужно проверить устойчивость естественных и искусственных склонов.

Если на строительной площадке или в фундаменте существующего здания уже появились видимые деформации конструкций, всегда сначала обращают внимание на состояние почвы под подошвой и определяют их состояние. Поэтому, по нормативам существует сразу несколько различных видов деформаций почвы, которые зависят от внутренних и внешних факторов.

Этапы деформаций грунтов в классическом виде

Схема развития деформаций и возможных перемещений грунта при неправильном расчете несущей способности

В современной литературе принято различать три основных фазы деформирования грунтов:

Начальная. Это этап уплотнения почвы под влиянием внешних факторов, происходит из-за уменьшения пор между частицами почвы под подошвой. Фаза отличается тем, что сейчас не происходит сдвига фундамента, ведь все касательные нагрузки равноценные и компенсируются нагрузкой. Но нагрузка всегда возникает спонтанно, она распределяется неравномерно. В результате, в одной точке деформация может быть незначительной, а в другой – сильной. Как итог — происходят сдвиги основания.

Вторая стадия – фаза сдвига подошвы основания. По мере увеличения нагрузок грунт сжимается все сильнее, захватывает новые районы, происходит значительный сдвиг подошвы в сторону большей нагрузки. Нарушается стандартное равновесие, под подошвой образуется плотный шар почвы, а по сторонам – пустое пространство. Материал фундамента стремится занять освободившееся место за счет естественных сил тяготения, поэтому возникают трещины и разрывы в основании, а затем в несущих стенах дома.
Третья фаза – это разрушение подошвы. Тут уже материал подошвы выпирает плотный шар грунта и сразу деформируется.

Такая ситуация возникает с теми фундаментами, которые заложены выше граничной глубины промерзания почвы или сверху над горизонтами грунтовых вод. Немного иная картина происходит с глубоко заложенными основаниями. В таких случаях под подошвой также образуется плотный слой грунта, но его не выпирает на поверхность из-за большой площади перекрытия подошвы. Поэтому такой фундамент обладает лучшими несущими способностями, чем мелкозаглубленный.

Если начинается процесс деформации грунтов, то его порой остановить уже нет возможности. Единственный выход, это устраивать специальные защитные конструкции, способные нивелировать нагрузки или по максимуму снизить их воздействие.

Влияние размеров фундамента на несущую способность основания

Графическое изображение зависимости осадки основания фундамента от несущей нагрузки

Некоторые строители вынуждены для одного сооружения использовать сразу несколько различных видов фундаментов. Причем расчеты нужно делать для каждой подошвы индивидуально. Также возможно применение оснований с длиной, значительно превышающих их ширину.

Графики указывают, что с увеличением ширины фундамента увеличивается объем грунта, способного привести к разрушению подошвы. Поэтому при абсолютно одинаковых условиях и составу грунта, узкие фундаменты менее склонны к деформации, чем широкие.

Также несущая способность оснований зависит от их формы и используемых строительных материалов. Если два фундамента имеют абсолютно одинаковые размеры, одинаково заглублены в грунт, но один имеет длину и ширину практически одинаковую, а другой – более длинный, тогда первая конструкция будет создавать большую нагрузку на грунт, чем другая.

Причина кроется в особенностях подошвы. Для деформации и сдвига квадратного или круглого фундамента нужно затратить больше энергии, чем для ленточного длинного. Также необходимо учесть, что на песчаное основание размеры и форма фундамента влияет больше, чем на глинистые грунты.

Как влияет глубина заложения фундамента на несущую способность оснований

Эскиз неравномерного поднятия дна котлована из-за неправильного расчета несущей способности основания

Почему глубоко погруженные основания менее склонны к разрушениям, чем мелкозаглубленные? Ведь мелкие основания нужно обязательно укреплять, подбирать оптимальную конструкцию свай и делать сложные расчеты. Причина здесь кроется в характере поведения грунтов на различных глубинах.

Так для песчаных оснований увеличение глубины погружения фундамента ведет за собой снижение осадки, а вот несущая способность резко увеличивается. Аналогичная ситуация наблюдается с любыми иными почвами, в составе которых есть песок в больших количествах.

Поэтому в зависимости от глубины заложения, различают мелкие и глубокие основания. Понятно, что для каждого типа приходится использовать свои строительные материалы и технику, но при этом надежность конструкций отличается в несколько раз.

Как происходит деформация песчаных грунтов под подошвой фундаментов мелкого заглубления? Сначала происходит укрупнение почвы под подошвой, затем она клиньями поднимается по разные стороны конструкции и формирует свободную полость под подошвой. Поэтому даже незначительные сдвиги и подвижки почвы, повлекут за собой частичное разрушение несущих конструкций. Часто наблюдаются сдвиги и провалы.

А вот фундаменты глубокого заложения разрушить значительно сложнее. Смещение почвы будет практически полностью нейтрализовано вертикальным перемещением почвы по сторонам поверхности основания, и в данном случае могут быть только локальные уплотнения почвы. Разрушение фундамента в третьей фазе деформации почвы имеет спокойный характер. Зависимость глубины фундамента от осадки на глинистых почвах практически не проявляется.

Таким образом, несущая способность оснований – это важный показатель состояния грунтов и пренебрегать им нельзя. Если правильно сделать расчет и учесть все факторы, то уже по готовому результату можно подобрать не только оптимальные размеры и форму будущего фундамента, но и обнаружить скрытые проблемы в уже существующем. И в дальнейшем оперативно принять меры по срочному ремонту или усилению конструкций, чтобы они не деформировались от внешнего воздействия.

fundamentclub.ru

Как рассчитать фундамент своими руками: делаем правильный расчет ширины

Перед тем как приступить к строительству несущей конструкции будущего здания или сооружения, необходимо подготовить проектную документацию и рассчитать перечень показателей, которые предупредят ошибки и возможные недочеты, способные повлечь за собой различные негативные последствия.

Что нужно определить? Как произвести расчет фундамента своими руками правильно? На какие важные моменты обратить внимание, чтобы в будущем предотвратить разрушения и максимально продлить срок службы строения? Об этом поговорим более подробно.

Показатели, которые необходимо обработать

При расчете фундамента, в том числе и своими руками, важны следующие показатели:

Общий вес здания. Показатель, определяемый суммой конструктивных элементов. Другими словами, это общий вес всех материалов, используемых при строительстве. Это необходимо для расчета нагрузки конструктивных элементов (стен, перекрытий и кровли) на 1 м2 фундамента.

Снеговая нагрузка. Показатель, определяемый с учетом запаса прочности и действующих СНиП. Она зависит от климатических условий региона, в котором будут вестись строительные работы. Пренебрегать расчетом показателя снеговой нагрузки не следует, в ином случае это может привести к разрушению не только кровли, но и всего здания.

Снеговая нагрузка

Полезная нагрузка. Это суммарный вес всех элементов и людей, которые будут находиться в будущей постройке.

Ветровая нагрузка – фиксированный показатель, установленный для каждого региона в отдельном порядке.

Ветровая нагрузка

Несущая способность грунта. Величина, определяемая с учетом вида грунта, уровня залегания подземных вод, влажности почвы, глубины заложения брусьев. Величина нагрузки должна превышать величину несущей способности грунта как минимум на 30%.

Сопротивление грунта

Сопротивление грунта. Показатель, определяемый путем проведения геологических исследований. Он предотвратит в будущем образование трещин и разломов на несущей конструкции.

Текучесть грунта. Определяется путем проведения своими руками следующего несложного исследования: в землю загоняется лопата. Если к ней прилипает почва, значит, грунт на участке текучий.

Пористость грунта. Показатель, определяемый следующим способом: вырезается кубик земли размером 10 на 10 см, взвешивается, размельчается и помещается в мерный стакан, таким образом, определяется объем без пор.

Используя полученные данные, пористость определяется по формуле:

P = 1 – M1/M

M1 = G/V0

M = G/V1

где M, M1 — Объемный вес почвы;
V0, V1 — Объем почвы;
G – вес единицы объема почвы.

Сухость грунта. Камень сухой супеси должен быть пластичным, при нажатии и от удара легко крошиться.

Длина основания. Показатель, измеряемый при планировании будущего строения. Ширина несущей конструкции – показатель, определяемый по формуле:

1.3*(М+П+С+В) / Длина ленты / Сопротивление грунта

где С – снеговая нагрузка;
М – общий вес строения;
П – полезная нагрузка;
В – ветровая нагрузка.

Глубина заложения конструкции зависит от геологических особенностей грунта и будущей постройки.Все вышеперечисленные показатели должны быть определены правильно и предельно точно, неточности и ошибки, допущенные на этапе расчета фундамента, могут в последствие обусловить короткий срок службы возведенного строения.

к оглавлению ↑

Чего можно избежать при правильном проектировании?

Пучение грунта. Природное явление, в результате которого строение приходит в аварийное состояние. Во время промерзания слоя почвы несущая конструкция вместе со зданием поднимается, при оттаивании происходит ее опускание.

Разрушение здания

Если произвести расчет фундамента правильно, в том числе и своими руками, подобных негативных явлений можно избежать, поскольку у основания будет оптимальная несущая способность грунта.

Трещины и разломы стен. Разрушения, поражающие внешние слои фундамента и обуславливающие его разрушение. Образуются в результате пучения, деформации и осадки грунта под строением, ухудшают в несколько раз несущую способность конструкции и негативно сказываются на сроке службы постройки.

Деформация фундамента

Частые ремонты. Если расчет ширины и показатель несущей способности грунта произведен не правильно, оно будет разрушаться и регулярно требовать реконструкции, что в свою очередь обусловит лишние расходы.

Деформация подушки. Явление, обуславливающее частичное или полное разрушение конструкции или ее составляющих частей, характерное для тех случаев, когда произведен не правильно расчет на несущей способности конструкции.

Чтобы избежать перечисленных негативных явлений, необходимо не только точно рассчитывать ширину, несущую способность, несущую способность грунта, другие важные показатели, но и тщательно производить геологические исследования, а также использовать при строительстве качественные материалы.

к оглавлению ↑

Проектирование ленточного основания

Как рассчитать фундамент своими руками? Данная задача сводится к решению следующих вопросов:

Первый: подготовка траншеи. Ее глубину определяет состояние грунта, но при этом должны быть соблюдены величины:

гравелистый или песчаный грунт – 1 м;
супесь – 1.25 м;
суглинок, глина – 1.5 м.

Если строение будет оборудовано подвалом, то несущая конструкция под ним должна быть не менее 40 см.

Второй: учет максимальной нагрузки на грунт.

Тип грунта Максимальная нагрузка (кг/см2)

Мелкий влажный песок	2-3
Крупный гравелистый песок	3,5 -4,5
Твердая глина	3 -6
Щебень, гравий	5 — 6

Третий: учет необходимой марки бетона. Рекомендуется покупать для выполнения строительных работ бетон более высокой марки. Его фактическое количество должно превышать плановый показатель на 15%.

к оглавлению ↑

Проектирование свайного фундамента

При расчете свайного основания, в том числе и своими руками, определяется точное расположение свай относительно несущей конструкции.

Свайное основание

Здесь важным является не только показатель несущей способности грунтов, но и следующие факторы:

Конфигурация столбов. Она может быть квадратной, прямоугольной и круглой.
Диаметр ям. Зависит от типа используемой техники.
Глубина закладки. Определяется в зависимости от климатических особенностей местности, должна быть не менее двух метров.

Удельное давление на сваи достаточно большое, поэтому они должны опираться на опорный элемент с большой несущей способностью.

к оглавлению ↑

Методика проектирования несущей способности грунта

Расчет по несущей способности своими руками производится в зависимости от типа грунта по следующей формуле:

R = R0 * [1 + k1*(b — 100)/100] * (d +200)/2*200

При условии, что глубина заложения несущей конструкции составляет до двух метров.

R = R0 * [1 + k1 *(b — 100)/100] + k2*g*(d – 200)

При условии, что глубина заложения основания составляет более двух метров.

К1 – фиксируемый коэффициент, определяемый при расчете несущей способности по специально разработанной таблице;
К2 – коэффициент, используемый для определения несущей способности песчаных и крупнообломочных грунтов;
g – коэффициент, используемый при определении удельного веса грунта, который находится выше и ниже подошвы основания;
b – ширина фундамента. Определяется согласно формуле, приведенной в статье выше;
d – глубина несущей конструкции. Зависит от вида основания, условий проведения строительных работ, несущей нагрузки и многого другого.

Расчет несущей способности грунта желательно производить, опираясь на точные расчетные и фактические показатели. Допускается погрешность — 10%. В противном случае возвести надежное и безопасное строение не получится.

Таким образом, расчет фундамента, его ширины и несущей способности грунта произвести самостоятельно несложно, важно принимать во внимание технические нюансы, а также серьезно подходить к геологическим исследованиям, которые позволят максимально точно определить необходимые величины, что, в свою очередь, предотвратит возможные негативные последствия, приводящие к полному или частичному разрушению конструкции.

Смотрите видео по теме:

proffu.ru

Расчет внецентренно нагруженного фундамента: основные этапы

Внецентренно нагруженный фундамент и его основные характеристики

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

Внецентренно нагруженный фундамент требует усиления края несущей конструкции, так как основная нагрузка в подобном строении приходится именно на край.

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.

Вернуться к оглавлению

Отличие внецентренно нагруженного фундамента от других типов

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.

Вернуться к оглавлению

Расчет внецентренно нагруженного фундамента: начало работ

Схема внецентренно нагруженного свайного фундамента.

В целом порядок осуществления таких расчетов можно описать в виде алгоритма, состоящего из нескольких ключевых шагов. При этом проектирование должно вестись с учетом, что проектировщику необходимо тщательно следить не только за тем, чтобы все перечисленные этапы были произведены в ходе расчетов, но и за соблюдением их последовательности, поскольку нарушение одного из этих условий может привести к существенным ошибкам в проектировании. Такие ошибки, в свою очередь, повлекут за собой несоответствие фактических параметров спроектированного здания запланированным. Это потребует использования дополнительных дорогостоящих технологий, включая например, армирование.

Расчет внецентренно нагруженного фундамента должен начинаться с определения сил, действующих по периметру фундамента. Для удобства осуществления таких расчетов их обыкновенно приводят к конечному числу результирующих, которые отражают характер и интенсивность внешнего воздействия нагрузок на фундамент. При этом необходимо найти точки приложения результирующих сил к плоскости подошвы несущей строительной конструкции.

Вернуться к оглавлению

Определение характеристик фундамента

Второй этап представляет собой расчет характеристик самого фундамента. В частности, расчет площади несущей конструкции должен стать первым шагом в рамках алгоритма, аналогичного расчету площади центрального нагруженного фундамента, которая впоследствии будет скорректирована с учетом фактического характера нагрузок на конструкцию.

Схема не симметричного свайного фундамента с определением смещенного центра тяжести.

На этом этапе потребуется расчет эпюры давления грунта, которая представляют собой количественные характеристики степени интенсивности воздействия, оказываемого грунтом на фундаментальную конструкцию. На практике эпюра давления грунта может оказаться как однозначной, так и двузначной. Однако следует иметь в виду, что специалисты рекомендуют стремиться к тому, чтобы эпюра была однозначной, поскольку в этом случае вероятность отрыва подошвы несущей строительной конструкции от грунта оказывается более низкой.

Необходимо осуществить расчет характеристик давления на подошву рассчитываемого фундамента на предмет соотношения между максимальной и минимальной нагрузкой, предусмотренной в отношении указанной несущей строительной конструкции разработанным проектом. Так, одним из соотношений, которые надлежит принять во внимание, является частное от деления минимального и максимального значения напряжения, фиксируемого под подошвой внецентренно нагруженной фундаментальной конструкции.

Согласно действующим нормам, соотношение между указанными показателями зависит не только от характеристик здания, которое планируется к возведению на рассматриваемой строительной площадке, и воздействия природных факторов на рассчитываемую конструкцию, но и от наличия строительной техники на площадке.

Эпюры давлений под подошвой фундамента при действии внецентренной нагрузки.

Так, если в процессе строительства планируется организация крановой нагрузки на внецентренно нагруженную фундаментальную конструкцию, частное от деления минимального и максимального значения напряжения, фиксируемого под ее подошвой, должно быть не менее 0,25. Допускается также расчет значения, равного указанной величине. Если же воздействия строительной техники на рассматриваемый фундамент в процессе строительства не предусмотрено, достаточно того, чтобы указанное соотношение было больше 0. По аналогии с предыдущей рассмотренной ситуацией, допускается расчет значения, равного указанной величине.

Отрыв подошвы фундамента от грунта, в котором она устроена, чреват самыми неблагоприятными последствиями. При этом их перечень не исчерпывается снижением устойчивости здания, связанного непосредственно с самим фактом отсутствия полного прилегания 2-х рассматриваемых плоскостей. Дело в том, что наличие зазора между поверхностью несущей строительной конструкции и прилегающим грунтом обеспечивает возможность попадания воды в имеющуюся полость, что, в свою очередь, может повлечь за собой общее нарушение первоначальных свойств фундамента.

Вернуться к оглавлению

Определение соотношения между характеристиками фундамента и интенсивностью воздействия внешних факторов

Наконец, третьим этапом проектных работ, в ходе которых осуществляется расчет внецентренно нагруженного фундамента, является сопоставление характеристик разработанной несущей строительной конструкции с интенсивностью воздействия внешних сил на нее в процессе функционирования. Речь идет о том, чтобы осуществить расчет сопротивления грунта и сопоставить его с допустимым давлением на поверхность подошвы фундамента. Необходимо принимать во внимание следующие основные виды соотношений:

Схема центрально нагруженного фундамента.

расчет соотношения между максимальным значением напряжения, фиксируемого под подошвой несущей строительной конструкции, и расчетным значением сопротивления грунта на строительной площадке, где планируется возведение здания. Поскольку при использовании внецентренно нагруженного фундамента максимальное напряжение фиксируется лишь на отдельных участках поверхности конструкции, наибольшее допустимое сопротивление грунта принимается в пределах, на 20% превышающих стандартные расчетные показатели. Таким образом, необходимо следить за тем, чтобы максимальное значение напряжения, фиксируемого под подошвой несущей строительной конструкции, составляло не более 1,2 расчетного сопротивления грунта. Кроме того, допускается наличие значения, равного указанной величине;
расчет соотношения между средним значением напряжения, фиксируемого под подошвой внецентренно нагруженного фундамента, и расчетным значением сопротивления грунта, воздействующего на указанную несущую строительную конструкцию. Поскольку речь идет о среднем значении напряжения, которое испытывает строительная конструкция, то в ходе осуществления проектных работ необходимо обеспечить достаточную степень устойчивости фундамента по отношению к нагрузкам. По этой причине проектирование должно осуществляться с учетом того, чтобы среднее значение напряжения под подошвой рассматриваемой несущей строительной конструкции не превышало расчетного значения сопротивления грунта. При этом допускается наличие значения, равного указанной величине.

Строение с внецентренно нагруженным фундаментом

Фундаменты зданий внецентренно нагруженные необходимо дополнительно армировать не только в том месте где будет основная нагрузка, но и рядом.

Таковы основные этапы проектных работ, которые должны быть реализованы в ходе расчета основных характеристик фундамента. Важно иметь в виду, что все перечисленные соотношения и ограничения должны быть тщательно проверены проектировщиком на предмет их соблюдения, поскольку нарушение этих норм может привести к самым неблагоприятным последствиям, включая полное или частичное разрушение здания. В этом случае потребуются дополнительные меры по усилению конструкции, например армирование. Кроме того, необходимо максимально тщательным образом учесть весь спектр факторов, которые будут оказывать влияние на рассматриваемую несущую строительную конструкцию как в процессе ее возведения, так и в ходе дальнейшей эксплуатации.

Лишь максимально полный учет всех факторов, оказывающих влияние на формирование и использование фундаментальной конструкции, позволит обеспечить ей нужный запас прочности, гарантирующий длительный срок службы возведенного строения, основанного на внецентренно нагруженном фундаменте. При этом в современных условиях высокой конкуренции на рынке недвижимости требование максимальной протяженности срока службы жилья или коммерческого здания является одним из основных при осуществлении строительных работ.

Вернуться к оглавлению

Формулы, используемые при расчете

Расчет внецентренно нагруженного фундамента требует использования нескольких ключевых формул, которые демонстрируют соотношение между показателями, использующимися для расчета этой несущей строительной конструкции. Так, одной из основных формул, используемых для того, чтобы осуществить расчет площади поверхности фундамента, является следующая: Аф=N/(R-Byd), где N — это внешняя нагрузка на площадь поверхности, соответствующая величине коэффициента надежности по нагрузке при y=1, R — расчетное значение сопротивления грунта основания конструкции, В — коэффициент, который учитывает меньшую величину удельного веса почвы, лежащей на обрезах конструкции, по сравнению с удельным весом строительного материала у, использованного при закладке фундамента, d — глубина заложения фундамента. На практике при осуществлении расчетов в рамках проведения проектных работ Ву обыкновенно принимают равным 20 кН/м³.

Формула для расчета площади фундамента.

Вторая формула служит для того, чтобы осуществить расчет величины расчетного сопротивления грунта R, которое определяется следующим образом: R=(y1*y2/k)*(M°kªby+M¹d‚y´+(M¹-1)d„y´+M²c). В указанной формуле y1 и y2 представляют собой коэффициенты условий взаимодействия грунтового основания и самого строения с фундаментом, k — коэффициент, показывающий, каким образом получены параметры, характеризующие образцы грунта. Если эти параметры были получены по данным испытаний, коэффициент k принимается равным 1; если же они были получены по косвенным данным — 1,1.

M°, M¹, M² — коэффициенты, не имеющие определенной размерности, которые зависят от угла внутреннего трения. kª — коэффициент, зависящий от значения параметра b, характеризующего меньшую сторону фундамента. Если значение b составляет менее 10 м, коэффициент kª принимает значение 1, если b больше или равно 10 м, kª будет рассчитываться как a/b+0,2. y представляет собой среднее значение расчетного веса грунта, который залегает ниже подошвы фундамента, y´ — среднее значение расчетного веса грунта, который залегает выше фундаментальной конструкци.

Схема бурения скважины под фундамент.

Параметр d‚ отражает глубину заложения фундамента в случае, если рассматриваемое здание не имеет подвала, а d„ — глубину подвала в случае его наличия. Наконец, показатель с представляет собой один из параметров, характеризующих грунт: в частности, он отражает расчетное удельное сцепление грунта, который залегает непосредственно под подошвой фундамента.

Третья важная формула определяет величину давления под подошвой внецентренно нагруженного фундамента: pmax=N/Aф+M/W, pmin=N/Aф-M/W. В указанной формуле параметр N отражает вертикальную силу, воздействующую на фундамент, Aф представляет собой площадь поверхности указанной несущей строительной конструкции, М — момент, присутствующий на поверхности конструкции, а W — момент, отражающий величину сопротивления на поверхности фундамента.

Наконец, проектирование внецентренно нагруженного фундамента требует учитывать, что необходимо не просто осуществить расчет необходимых показателей, но и соблюсти требуемое соотношение между ними. В частности, такие соотношения устанавливаются формулами pmax<1,2R, pmin>0. Кроме того, допускается наличие соотношения, при котором pmax=1,2R.

Вернуться к оглавлению

Пример расчета

Приведем пример расчета внецентренно нагруженного фундамента с использованием указанных формул. Так, предположим, что речь идет о необходимости проектирования фундамента для здания высотой 20,5 и длиной 80 м. Вертикальная сила, воздействующая на несущую строительную конструкцию, составляет 2,0 НМ, условное расчетное сопротивление грунта — 0,25 МПа, глубина заложения несущей конструкции — 1,5 м. При этом, в соответствии с принятой практикой, значение коэффициента Ву примем равным 20 кН/м³.

Схема сплошного плитного фундамента.

В результате получим следующее расчетное значение площади фундаментальной конструкции: Аф=2,0/(0,25-0,02*1,5)=9,09 м². Поскольку мы рассматриваем внецентренно нагруженный фундамент, следует увеличить его площадь примерно на 20% для придания дополнительной способности сопротивления нагрузкам. Таким образом, итоговая площадь фундамента составит 9,09*1,2=10,91 м².

Теперь необходимо определить соотношение сторон фундамента. Специалисты обыкновенно рекомендуют придавать внецентренно нагруженной несущей строительной конструкци прямоугольную форму, поэтому допустимое соотношение сторон этой фигуры может быть установлено на уровне 1:1,5. В этом случае длина короткой стороны может быть рассчитана как квадратный корень из частного 10,91/1,5, что составит 2,70 м. Соответственно, длинная сторона основания будет равна 2,7*1,5=4,05 м.

Затем следует определить сопротивление грунта, применимое по отношению к рассматриваемой фундаментальной конструкции, воспользовавшись приведенной выше формулой R=(y1*y2/k)*(M°kªby+M¹d‚y´+(M¹-1)d„y´+M²c). Значения коэффициентов M°, M¹, M² можно найти в специальных таблицах: они составят соответственно 0,98, 4,93 и 7,40. Коэффициенты y1 и y2 определяются на основании соотношения между высотой и длиной здания: по данным специальных таблиц, они составляют соответственно 1,1 и 1,0.

Схема свайного монолитного фундамента.

Допустим, что характеристики почвы были установлены в ходе проведенных испытаний, поэтому коэффициент k равен 1. Поскольку значение b, равное 2,7, не превышает 10 м, коэффициент kª будет равен 1. Среднее значение удельного веса грунта, залегающего ниже фундамента, установлено на отметке 0,0185 МН/м³. Удельное сцепление грунта под подошвой несущей строительной конструкции составляет 0,0037 МПа.

Таким образом, мы можем вычислить расчетное значение сопротивления грунта R=(1,1*1,0/1,0)*(0,98*1*2,7*0,0185+4,93*1,5*0,0185+7,40*0,0037)=0,2М Па. Теперь необходимо выяснить, соблюдается ли требуемое соотношение между давлением непосредственно под подошвой внецентренно нагруженного фундамента и сопротивлением грунта.

Максимальное значение давления под подошвой рассчитаем по формуле pmax=N/Aф+M/W. Пусть момент, присутствующий на поверхности конструкции, равен 2,2 НМ, а момент, отражающий величину сопротивления на поверхности фундамента, — 50 НМ. Таким образом, значение максимального давления pmax=2,0/10,91+2,2/50=0,23 МПа. Минимальное давление под подошвой фундамента будет рассчитано следующим образом: pmin=2,0/10,91-2,2/50=0,14 МПа.

Осталось проверить соотношение между полученными показателями и расчетным давлением грунта. Так, pmax=0,23 МПа, R=0,2 МПа. Таким образом, pmax<1,2R, то есть условие соблюдается. pmin=0,14 МПа, то есть pmin>0, что свидетельствует о соблюдении второго необходимого условия.

moifundament.ru