5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 2)

А. ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Проектирование фундаментов из сборных плит. Для устройства фундаментов применяются плиты, прямоугольные в плане, и с угловыми вырезами (см. гл. 4). Фундаменты из этих плит проектируются ленточными или прерывистыми, последние с превышением или без превышения расчетного сопротивления основания.

При ленточных фундаментах, когда ширина плит совпадает с расчетной шириной, допускается замена прямоугольных плит плитами с угловыми вырезами. При прерывистых фундаментах расчетное сопротивление грунтов основания R определяется как для ленточных фундаментов с повышением значения R коэффициентом k_d, принимаемым по табл. 5.14.

Прерывистые фундаменты из плит прямоугольной формы и с угловыми вырезами не рекомендуется применять:

• – в грунтовых условиях II типа по просадочности;
• – при залегании под подошвой фундамента рыхлых песков;
• – при сейсмичности района 7 баллов или более; в этом случае нужно применять плиты с угловыми вырезами, укладывая их в виде непрерывной ленты;
• – при залегании ниже подошвы фундамента пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести I_L > 0,5.

Прерывистые фундаменты с превышением расчетного сопротивления основания не рекомендуется устраивать:

• – в грунтовых условиях I типа по просадочности при отсутствии поверхностного уплотнения грунта в пределах деформируемой зоны;
• – при неравномерном напластовании грунтов или при значительном изменении сжимаемости грунта в пределах здания или сооружения;
• – при сейсмичности 6 баллов.

При совпадении расчетной ширины фундамента с шириной плит последние укладываются в виде непрерывной ленты. Это требование относится как к плитам прямоугольной формы, так и к плитам с угловыми вырезами. В этом случае расчетное сопротивление грунта основания R, вычисленное по формуле (5.29), может быть повышено в 1,2 раза, если расчетные деформации основания (при давлении, равном R) не превосходят 40 % их предельного значения. При этом повышенное давление не должно вызывать деформации основания более 50 % предельных и, кроме того, не превышать значение давления из условия расчета оснований по несущей способности.

При несовпадении расчетной ширины с шириной плиты проектируются прерывистые фундаменты. Для прерывистых фундаментов, проектируемых с превышением расчетного сопротивления основания, коэффициент k_d не должен превышать величин, приведенных в табл. 5.14, а для прямоугольной формы, кроме того, коэффициент k´_d не должен быть больше значений, приведенных в табл. 5.15.

ТАБЛИЦА 5.15. ЗНАЧЕНИЕ k´_d ДЛЯ ПРЕРЫВИСТОГО ФУНДАМЕНТА

В случае применения плит с угловыми вырезами в ленточных фундаментах и в прерывистых без превышения расчетного сопротивления основания допускается, чтобы фактическое давление на грунт превышало расчетное сопротивление основания на 15 %, т.е. k_d = 1,15.

Осадка ленточных и прерывистых фундаментов рассчитывается как для сплошного ленточного фундамента на среднее давление, отнесенное к общей площади фундамента, включая промежутки между плитами и угловые вырезы.

Пример 5.10. Рассчитать фундамент под стену производственного здания без подвала.

1. Исходные данные: длина стены по оси А равна 40 м; толщина фундаментной стены 30 см; глубина заложения фундамента 2 м; площадка сложена глинистым грунтом, имеющим характеристики: I_L = 0,3, е = 0,8, γ_II = 18 кН/м³, c_II = 35 кПа, R₀ = 317 кПа, φ_II = 16°; нагрузка на уровне верха фундамента N = 856 кН/м.

Решение. Предварительный размер подошвы фундамента b = N/R₀ = 856/317 = 2,7 м. Расчетное сопротивление грунта основания определяем по формуле (5.29):

 кПа.

Ширина фундамента b_c = (N + N₁)/R = (856 + 114)/349 = 2,78 (здесь N₁ = 114 кН/м — вес фундамента и грунта на его обрезах). Расчетная ширина фундамента практически совпадает с шириной блока, равной 2,8 м, поэтому применяем ленточный фундамент из плит с вырезами марки ФК 28-35В*. Число плит n = Lb_c/A_s = 40 · 2,78/(2,8 · 1,18) = 25 шт. В этом случае расход бетона составляет 31,75 м³, а металла – 1,041 т.

При применении типовых плит по серии 1.112-5 принимаем марку ФЛ 28.12-3. В этом случае расход бетона составляет 34,22 м³, а металла — 1,347 т (т.е. больше соответственно в 1,08 и 1,29 раза).

2. Исходные данные: длина стены того же здания, что и в п. 1, по оси Б равна 40 м, нагрузка на уровне верха фундамента N = 410 кН/м, расчетное сопротивление грунта основания R = 222 кПа, расчетная ширина фундамента b_c = (410 + 90)/222 = 2,25 м (здесь N₁ = 90 кН/м), среднее давление p = 222 кПа.

Решение. Принимаем прерывистый фундамент из плит прямоугольной формы шириной 2,4 м. Коэффициент превышения расчетного сопротивления в этом случае k´_d = 1,13 (см. табл. 5.15), а коэффициент k_d = 1,3 (см. табл. 5.14). Число плит прямоугольной формы определяем по наименьшему из этих коэффициентов. Площадь ленточного фундамента A = 2,25 · 40 = 90 м². Суммарная площадь прямоугольник плит в прерывистом фундаменте A_b = 90/1,13 = 80 м². Число плит в прерывистом фундаменте

(5.46)

Отсюда n = 80/2,83 = 28 шт. (площадь плиты A_s = 2,4 · 1,18 = 2,83 м²).

Расстояние между плитами

(5.47)

где l — длина плиты.

Тогда l = (40 – 28 · 1,18)/(28 – 1) = 0,25 м.

Средное давление по подошве плит p_s = 500 · 40/(28 · 2,83) = 253 кПа. Фактический коэффициент превышения расчетного сопротивления k_df = 253/222 = 1,139. По этому давлению подбираем марку плиты по прочности. Принимаем марку ФЛ 24.12-2. Расход бетона составляет 31,80 м³, а металла — 0,72 т.

Заменяем плиты прямоугольные плитами с угловыми вырезами марки ФК 24.12. Площадь плит с вырезами составляет 2,496 м².

Фактическое среднее давление по подошве прерывистого фундамента из плит с вырезами р´_b = 500 · 40/(28 · 2,496) = 286 кПа. Фактический коэффициент превышения расчетного сопротивления k_df = 286/222 = 1,29 < k_d = 1,3 (если k_df < k_d уменьшаем расстояние между плитами до расстояния, при котором выполняется условие k_df = k_d).

Для прерывистого фундамента применяем плиты с угловыми вырезами марки ФК 24.12-25В, рассчитанные на среднее давление по подошве p = 250 кПа (несущая способность указанных плит отвечает среднему давлению, отнесенному к площади плиты, вычисленной по внешним размерам с учетом площади вырезов). Расход бетона в этом случае составляет 29,7 м³, а металла — 0,63 т. Таким образом, при устройстве прерывистых фундаментов из сплошных плит расход бетона больше в 1,07, а металла — в 1,14 раза.

3. Исходные данные: те же, что и в п. 2, но в основании грунты залегают неравномерно, с перепадом толщины слоя в пределах здания и 2 раза.

Решение. Применяем прерывистые фундаменты без превышения расчетного сопротивления основания. Расчетная ширина фундамента b_c = 2,25 м. Плиты сплошные, прямоугольной формы, шириной b_t = 2,4 м. Расстояние между плитами определяем по формуле

(5.48)

Тогда

l_b = (2,4/2,25 – 1)1,18 = 0,08 м.

Число плит в прерывистом фундаменте находим по формуле

(5.49)

и получаем:

n = (40 + 0,08)/(1,18 + 0,08) =32 шт.

Площадь прерывистого фундамента A_b = 32 · 2,4 · 1,18 = 90,6 м². Среднее давление но подошве плит p = 500 · 40/90,6 = 221 кПа. Принимаем прямоугольные плиты марки ФЛ 21.12-2. Расход бетона на фундамент составляет 36,4 м³, а металла — 0,83 т.

Вместо сплошных плит нужно применить плиты с вырезами марки ФК 24.12-25В*. В этом случае расход бетона составит 34 м³ и металла — 0,73 т, что меньше, чем при сплошных плитах, соответственно на 7 и 12%.

При проектировании фундаментов необходимо учитывать следующее:

• – промежутки между плитами прерывистого фундамента должны быть заполнены песком или местным грунтом с трамбованием;
• – краевые давления при внецентренной нагрузке не должны превышать 1,2 среднего давления по подошве;
• – при расчете осадок прерывистый фундамент из любых плит следует рассматривать как непрерывный ленточный фундамент шириной, равной ширине прерывистого фундамента;
• – давление по подошве плит, пересчитанное на нагрузки, принимаемые для расчетов по прочности, не должно превышать давления, на которое запроектирована конструкция плит.