Расчёт фундамента

ВВЕДЕНИЕ

Прочность и устойчивость любого сооружения прежде всего зависят от надежности основания и фундамента.

Основанием считают слои грунта, залегающие ниже подошвы фундамента и в стороны от него, воспринимающие нагрузку от сооружения и влияющие на устойчивость фундамента и его перемещения. Проектирование оснований зданий и сооружений зависит от большого количества факторов, основными из которых являются: геологическое и гидрогеологическое строение грунта; климатические условия района строительства; конструкция сооружаемого здания и фундамента; характер нагрузок, действующих на грунт основания, и т. д.

Основания под фундаменты зданий и сооружений бывают естественными и искусственными.

Естественными основаниями называют грунты, которые в условиях природного залегания обладают достаточной несущей способностью, чтобы выдержать нагрузку от возводимого здания или сооружения. Естественные основания не требуют дополнительных инженерных мероприятий по упрочнению грунта; их устройство заключается в разработке котлована на расчетную глубину заложения фундамента здания или сооружения. К грунтам, пригодным для устройства естественных оснований, относятся скальные и нескальные.

Скальные грунты представляют собой залежи изверженных, осадочных и метаморфических горных пород (граниты, известняки, кварциты и др.). Встречаются они в виде сплошного массива или отдельных трещиноватых пластов. Они обладают большой плотностью, а следовательно, и водоустойчивостью и являются прочным основанием для любого вида сооружений.

К нескальным грунтам относятся крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты. Крупнообломочные грунты (щебень, гравий, галька) представляют собой куски, образовавшиеся в результате разрушения скальных пород, с размерами частиц более 2 мм. Они уступают по прочности скальным грунтам. Если крупнообломочные грунты не подвержены воздействию грунтовых вод, они также являются надежным основанием.

Песчаные грунты представляют собой частицы горных пород крупностью 0,1 … 2 мм. Пески крупностью 0,25 … 2 мм обладают значительной водонепроницаемостью и поэтому при замерзании не вспучиваются. Прочность и надежность песчаных оснований зависят от плотности и мощности залегающего слоя песка: чем больше мощность залегания и равномерней плотность слоя песка, тем прочнее основание. При регулярном воздействии воды прочность песчаного основания резко снижается.

Глинистые грунты представляют собой тонкодисперсные частицы чешуйчатой формы размером менее 0,005 мм. Сухое глинистое основание может выдерживать большие нагрузки от массы зданий и сооружений. С увеличением влажности глины резко падает ее несущая способность. Влияние положительных и отрицательных температур вызывает во влажной глине усадку при высыхании и вспучивание при замерзании воды в порах глинистого грунта. Разновидностью глинистых грунтов являются супеси, суглинки и лёссы.

Супесчаные грунты представляют собой смесь песка и глинистых частиц в количестве 3 … 10%. Суглинистые грунты состоят из песка и содержат 10 … 30% глинистых частиц. Эти виды грунтов могут использоваться в качестве естественных оснований (если они не подвержены увлажнению). По своей прочности и несущей способности они уступают песчаным и сухим глинистым грунтам. Отдельные виды супесей, подверженных регулярному воздействию грунтовых, становятся подвижными. Поэтому они получили название плывунов. Этот вид грунтов непригоден в качестве естественного основания.

Лессовые грунты — то частицы пылеватых суглинков со сравнительно постоянным гранулометрическим составом. Лёссовые грунты в сухом состоянии могут служить надежным основанием. При увлажнении и воздействии нагрузок лёссовые грунты сильно уплотняются, в результате чего образуются значительные просадки. Поэтому они называются просадочными.

Наименование грунтов, а также критерии выделения грунтов со специфическими свойствами и их характеристики приведены в СНиП Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования.

Искусственными основаниями называют грунты, которые по механическим свойствам в своем природном состоянии не могут выдерживать нагрузки от зданий и сооружений. Поэтому для упрочнения слабых грунтов необходимо выполнять различные инженерные мероприятия. К слабым относятся грунты с органическими примесями и насыпные грунты.

Грунты с органическими примесями включают: растительный грунт, ил, торф, болотный грунт. Насыпные грунты образуются искусственно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки. Перечисленные грунты неоднородны по своему составу, рыхлые, обладают значительной и неравномерной сжимаемостью. Поэтому в качестве оснований их используют только после укрепления уплотнением, цементацией, силикатизацией, битумизацией или термическим способом.

В зависимости от ФОРМЫ и СПОСОБА ОПИРАНИЯ НА ГРУНТ фундаменты бывают

1. Столбчатыми

2. Ленточными

3. Плитными.

Столбчатые фундаменты Наиболее распространенными и дешевыми являются столбчатые фундаменты. Особенно эффективны столбчатые фундаменты в пучинистых грунтах при их глубоком промерзании. Вместе с тем у столбчатых фундаментов есть особенности, мешающие в ряде случаев их успешному применению. Так, в горизонтально подвижных грунтах недостаточна их устойчивость к опрокидыванию и для погашения бокового сдвига требуется устройство жесткого железобетонного ростверка. Ограничено их применение на слабонесущих грунтах при строительстве домов с тяжелыми стенами. Кроме того, при столбчатых фундаментах возникают сложности с устройством цоколя: если при ленточных фундаментах цоколь образуется как бы сам собой, являясь их продолжением, то при столбчатых заполнение пространства между столбами, стеной и землей (забирка) — сложное и трудоемкое дело.

Столбчатые фундаменты подводят под дома с легкими стенами (деревянные рубленые, каркасные, щитовые). Этот тип фундаментов по расходу материалов и трудозатратам в 1,5−2 раза экономичнее ленточных. Столбы возводятся во всех углах, местах пересечения стен, под простенками, под опорами тяжело нагруженных прогонов и других точках сосредоточения нагрузок. Расстояние между столбами принимается 1,2−2,5 м. По верху столбов должны быть уложены обвязочные балки для создания условий совместной их работы. При расстояниях между столбчатыми (отдельно стоящими) фундаментами больше 2,5−3 м по верху укладываются более мощные рандбалки (железобетонные, металлические).

Минимальное сечение фундаментных столбов принимается в зависимости от того, из какого материала они изготовлены (бетон — 400 мм; бутобетон — 400 мм; кладка из естественного камня — 600 мм, из бута-плитняка — 400 мм, из кирпича выше уровня земли — 380 мм, а при перевязке с забиркой — 250 мм).

ДОСТОИНСТВА

— экономичны;

— не трудоемки.

НЕДОСТАТКИ

— недостаточная устойчивость в горизонтально подвижных грунтах;

— ограниченное применение на слабонесущих грунтах при строительстве зданий с тыжелыми стенами;

— сложность с устройством цоколя.

Ленточные фундаменты фундаменты, возводимые непосредственно под стены дома или под ряд отдельных опор. В первом случае они имеют форму непрерывных подземных стен, во втором v состоят из железобетонных перекрестных балок Ленточные фундаменты подводят под дома с тяжелыми стенами (бетонными, каменными, кирпичными и т. п.) или с тяжелыми перекрытиями. Их закладывают под все наружные и внутренние капитальные стены. Наличие под домом подвалов, теплых подполий, гаража или цокольного этажа делают просто необходимым выбор именно этого типа фундамента.

Для этого типа фундамента характерны большие объемы земляных работ и используемых материалов, значительный вес и трудоемкость возведения. Несмотря на это, ленточные фундаменты получили довольно широкое распространение, в основном благодаря простой технологии.

Ленточные фундаменты бывают МОНОЛИТНЫМИ и СБОРНЫМИ.

Для сооружения ленточных монолитных фундаментов на дне котлована выставляется опалубка (деревянная), арматура, листы теплоизоляции и между стенками опалубки заливается бетон. Для снижения потери при обогреве дома в такие фундаменты закладывается утеплитель (керамзит, минераволатные плиты, пенопласт).

Сборные ленточные фундаменты состоят из крупных фундаментных бетонных или железобетонных блоков.

ДОСТОИНСТВА ленточных монолитных:

— прочность;

— надежность;

— могут быть использованы для зданий любой формы;

ДОСТОИНСТВА ленточных из железобетонных блоков:

— значительное сокращение сроков возведения;

— простота сооружения.

НЕДОСТАТКИ всех ленточных:

— увеличение срока строительства за счет производства земляных работ, заполнения бетоном опалубки;

— массивны;

— не экономичны;

— трудоемки;

НЕДОСТАТКИ ленточных из железобетонных блоков:

— менее практичны (пропускают воду в местах своего соединения);

— пригодны для зданий простых форм (при сложных архитектурных формах блоки, выпускаемые стандартных размеров, приходится обрезать).

Плитные фундаменты фундаменты, сооружаемые под всей площадью здания. Представляют собой сплошную или решетчатую плиту, выполненную из монолитного железобетона либо из сборных перекрестных железобетонных балок с жесткой заделкой стыковых соединений.

Фундаменты плитные и из перекрестных лент возводят из монолитного железобетона с целью придания фундаменту пространственной жесткости. Необходимость в этом возникает при строительстве на неравномерно и сильно сжимаемых грунтах, например, на насыпных (песчаных подушках, слежавшихся свалках, сильно пучинистых грунтах и т. п.). Иногда к таким фундаментам применяют термин «плавающий» .

Устройство плитного фундамента связано с довольно большим расходом материалов (бетона и металла) и может быть целесообразно при сооружении небольших и компактных в плане домов или других построек, когда не требуется устройство высокого цоколя, и сама плита используется в качестве пола (например, гаражи, бани и т. п.). Для домов более высокого класса чаще устраивают фундаменты в виде ребристых плит или армированных перекрестных лент Сооружают на тяжелых пучинистых и просадочных грунтах.

Плитный фундамент наиболее приемлем при слабых неоднородных грунтах с высоким уровнем грунтовых вод, а также в случаях, когда нагрузка, приходящаяся на фундамент, велика, а грунт основания недостаточно прочен.

Такие конструкции способны выравнивать вертикальные и горизонтальные перемещения грунта (плавающие фундаменты v их второе название).

Сооружение плитного фундамента оправдано в малоэтажном строительстве при небольшой и простой форме здания.

ДОСТОИНСТВА

— простота сооружения;

— возможность их выполнения в тяжелых пучинистых, подвижных и просадочных грунтах.

НЕДОСТАТКИ

— достаточно дороги (из-за большого расхода бетона и металла на арматуру).

Свайные фундаменты фундаменты, состоящие из отдельных свай, перекрытых сверху бетонной или железобетонной плитой или балкой (ростверком).

Свайные фундаменты являются очень дорогими и трудоемкими в выполнении, поэтому в индивидуальном строительстве встречаются крайне редко.

Свайный фундамент используется в случаях, когда на слабый грунт необходимо передать большие нагрузки. При этом нагрузка от здания передается на более плотные грунты, залегающие на глубине.

По типу материала сваи могут быть деревянными, бетонными, железобетонными, стальными и комбинированными.

По методу изготовления и погружения в грунт сваи подразделяются на забивные (опускаемые в грунт в готовом виде) и набивные (изготовляемые непосредственно в грунте, в пробуренных каналах).

По типу поведения в грунте выделяют сваи-стойки, имеющие под собой прочный грунт и передающие на него давление, и висячие сваи, используемые в случаях, когда глубина залегания прочного грунта достаточно велика (несущая способность таких свай определяется суммой сопротивления сил трения по боковой поверхности и грунта под острием сваи).

Деревянные сваи наиболее экономичны, но если они находятся во влажном грунте, они быстро гниют.

Сваи из железобетона стоят дороже, но они более долговечны и способны выдерживать большие нагрузки.

ДОСТОИНСТВА

— дают меньшую усадку;

— экономичны (снижают расход материалов, например, бетона v на 40%25);

— менее трудоемки (при их сооружении значительно уменьшается объем земляных работ);

— возможность сооружения на грунтах, обладающих низкой несущей способностью.

НЕДОСТАТКИ

— необходимость использования специальной техники.

Фундаменты на песчаных подушках.

Фундаменты на песчаных подушках могут быть самых разных типов. Чаще всего они применяются для экономии строительных материалов, для полной или частичной замены непригодных грунтов в основании, для подъема отметки пола над уровнем грунтовых вод и т. п. При их устройстве в котлованы засыпают среднеили крупнозернистые пески слоями 150−200 мм, тщательно трамбуя их и проливая водой. В обводненных грунтах, особенно пучиноопасных при промерзании, устройство песчаных подушек не рекомендуется без устройства дренажа. В противном случае возможно заиливание подушек и, как следствие, потеря ими первоначальных свойств.

Важное значение имеет предполагаемое время, на которое возводится строение. Например, срок службы различных фундаментов составляет:

— ленточных бетонных и бутовых на цементном растворе — 150 лет;

— бутовых или бетонных столбов — 30−50 лет;

— деревянных стульев — 10 лет.

В зависимости от ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ фундаменты бывают:

бутовые, бутобетонные, бетонные и кирпичные.

Бутовые фундаменты кладут из крупного бутового камня, подобранного по форме и размерам, при этом желательно выбирать «постелистые» камни с плоскими гранями. Кладку ведут на цементном растворе, плотно укладывая камни между собой, для чего самые «неудобные» из них иногда приходится раскалывать. Толщину кладки бутового фундамента принимают из конструктивных соображений независимо от расчета, в пределах 50−70 см. Это самые массивные и трудоемкие из всех видов фундаментов. Поэтому их применение в строительстве жилых домов и тем более садовых домиков не оправдано. В виде исключения эти фундаменты можно рекомендовать лишь в тех местностях, где бутовый камень имеется в достаточном количестве, что называется «под ногами», т. е. является местным материалом. Положительные качества бутового фундамента — максимально возможная долговечность и прочность; кроме того, он устойчив к промерзанию и воздействию агрессивных грунтовых вод. Массив бутобетонного фундамента состоит из раствора и наполнителя, в качестве которого используют средние и мелкие бутовые камни, крупный щебень или гравий. Подойдет также бой кирпича и пережженный кирпич — железняк.

Бетонный фундамент называют иногда «заливным». Он состоит из чистого бетона без крупных камней, с наполнителем из мелкого и среднего гравия или щебня. Его заливают в опалубку с легким трамбованием, хорошо, если при это используют вибраторы — качество бетона заметно улучшается. Вследствие однородности состава толщина бетонного фундамента может быть приня1 меньше, чем у двух предыдущих типов, — как правило, она находится в пределах 20−40 см. Прочность и долговечность примерно такие же, как бутобетонного фундамента. Недостаток бетонных фундаментов — повышенный расход цемента и следовательно, значительная стоимость.

Кирпичный фундамент представляет собой кирпичную кладку из обыкновенного (полнотелого), хорошо обожженного кирпича на цементном или цементно-известковом растворе. Толщину фундамента принимают кратной размерам кирпича, т. е. 38, 51 и 64 см. Устройство кирпичного фундамента в обычных условиях строительства следует признать нецелесообразным, поскольку он довольно дорог и самое главное недолговечен вследствие плохой водостойкости. Поэтому eго можно рекомендовать практически в одном, достаточно редком случае: для возведения только сухих грунтах и при наличии дешевого кирпича необходимом количестве.

здание фундамент промерзание грунт

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ По проекту предусмотрено строительство трёх-пяти этажного дома. Район строительства: Олонец. В результате инженерно — геологического исследования выяснено, что строение будет располагаться на грунтах второй категории — суглинки, уровень грунтовых вод равен 1,2 м. Сумма нагрузок на фундамент равна 33 т. Температурный режим подвала 8 градусов по Цельсию, а его глубина заложения равна 2 м. Согласно проекту выбран ленточный тип фундамента.

Согласно климатическим условиям нормативная глубина промерзания для данного района равна 1,43 м. для суглинков.

Основные характеристики грунта — суглинок: Ro = 0.22Мпа, YL = 0.5.

1.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТА Различают нормативную и расчётную глубину промерзания грунтов. Нормативную глубину берём по таблице 4.2 на стр. 73 учебника «Основания и фундаменты». Нормативная (dfn) глубина промерзания Олонецкого района для глин и суглинков равна 1,43 м.

Расчётная глубина промерзания определяется по следующей формуле:

Df=Kh*yc*dfn

Где, Kh — коэффициент, учитывающий тепловой режим здания, yc — коэффициент, учитывающий возможное промерзание грунтов в холодные зимы.

Исходя из того, что здание имеет подвал и его температурный режим 8 градусов, согласно СНиП 2.02.01−83 Kh = 0.65. А yc для Карелии рекомендуется брать 1.1.

Согласно расчёту глубина промерзания грунта равна 1,0225 м.

1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЁТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА Основным инженерным расчётом оснований сооружений является расчёт по II ГПС. Такой расчёт ведут исходя из линейно-деформируемой среды, применение которой допустимо, когда зоны пластичных деформаций в основании или полностью отсутствуют или имеют незначительное развитие. Именно по этой причине среднее давление по подошве фундаментов ограничивают величиной расчётного сопротивления R.

Расчетное сопротивление грунтов основания согласно СНиП 2.02.01 — 83* определяется по формуле Н. П. Пузыревского Где M?, Mq, Mc — коэффициенты принимаемые по табл.4 СНиП 2.02.01−83 в зависимости от угла внутреннего трения грунта, соответственно = 0,36; 2,43; 4,99;

b — ширина подошвы фундамента, м; рассчитывается исходя из формулы определения площади ф-та: b =A; A=NII/(R-?mII*d) = 33/(22 2*2)=1,8 м², b =1.35м;

db — глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала = 2 м

d| - глубина заложения фундамента бесподвальных помещений

KZ — коэффициент зависящий от прочностных характеристик грунта (принимаем KZ=1);

?||'- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, 2т/м3;

?|| - то же для грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, 2т/м3;

c|| - расчетное значение удельного сцепления грунта = 60, залегающего под подошвой фундамента, кПа.

По исходным данным Yc1 и Yс2 = 1,1т/м3и 1.2т/м3 соответственно.

K — коэффициент надёжности = 1.1

По расчёту R = 378,97кПа

1.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПО ПОДОШВЕ ФУНДАМЕНТА Для жестких фундаментов мелкого заложения принимается, что давление по подошве для внецентренно нагруженного фундамента распределено по линейному закону:

PmaxII, min II = (NII/bl)*(1±6*e/l)

PmaxII, min II = (33/1,35*1,35)*(1±6*0,44/1,35) = 5,39; 1,74

1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА Предварительную площадь подошвы центрально нагруженного фундамента можно определить по формуле:

A=NII/(R-?mII*d) = 33/(22−2*2)=1,8 м.

Для центрально нагруженных отдельно стоящих фундаментов обычно принимают квадратную форму подошвы. Требуемая ширина подошвы фундамента в этом случае:

b =A = 1,35 м

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе решения данного мне задания в расчётной работе я освоил основы проектирования фундаментов, опираясь на СНиПы, районы строительства и климатические условия. При расчёте фундаментов важно учитывать следующие, особо важные показатели: глубину промерзания и расчётную нагрузку.

СПИСОК ИПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Симагин В, Г. «Основания и фундаменты» (учебник для ВУЗов) Изд. Петрозаводского государственного университета.

2. СНиП 2.02.01−83

3. СНиП 50.101−2004