Расчет центрально и внецентренно нагруженного свайного фундамента.

Расчет свайного фундамента по первой группе предельных состояний (по несущей способности) производится из условия

где - расчетная внешняя нагрузка, передаваемая на отдельную сваю при наиболее невыгодных сочетаниях усилий, с учетом собственного веса ростверка и свай; - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый при расчете по несущей способности равным 0,87; у_k - коэффициент надежности метода испытаний, принимаемый по таблице.

Количество свай в отдельно стоящем свайном фундаменте (под колонну) может быть определено следующим образом;

а) определим ориентировочные размеры ростверка. Для этого определим среднее давление под подошвой ростверка по выражению

где Р - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, кН; - размер поперечно­го сечения сваи, м.

Площадь подошвы ростверка в первом приближении может быть опре­делена по формуле

где - расчетная нагрузка по первой группе предельных состояний в плоскости обреза фундамента, кН; - осредненное значение удельного веса материала ростверка и грунта на его уступах, принимаемое равным 20 кН/м³; d_р — глубина заложения подошвы ростверка, м.

Вес ростверка с грунтом на его уступах можно определить по формуле

где - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый = 1,1. Тогда количество свай

где ⁼ 1...1,6 - коэффициент, учитывающий действие момента. Для цен­трально нагруженных фундаментов = 1.

После определения количества свай в кусте или шага в ленточном рост­верке и порядка их размещения уточняют размеры ростверка и рассчитыва­ют его фактический вес с грунтом на уступах. Размеры ростверка уточняют­ся из следующих соображений:

- расстояние между осями наиболее близко расположенных свай, защем­ленных в грунте, не менее 3d;

- расстояние от грани свай крайнего ряда до края ростверка не менее 0,05 м;

-расстояние между сваями-стойками не регламентируется и зависит от возможности их погружения в грунт и от нагрузок;

- расстояние в свету между буровыми, набивными сваями и сваями-оболочками принимается не менее 1 м.

Конструирование ростверка завершается определением веса ростверка и грунта на его уступах. Вес ростверка

 

где ус = 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке; V_р - объем ростверка, удельный вес железобетона.

-удельный вес ж/б.

Вес грунта на уступах ростверка

где V_g - объем фунта на уступах ростверка, м³; - средневзвешенное зна­чение удельного веса грунта, кН/м³, расположенного выше ростверка.

После этого выполняют проверку фактической нагрузки, передаваемой на сваю, по формулам:

а) для центрально нагруженного фундамента -

N = N_l /n<P, (2.5)

где - расчетное сжимающее усилие, передаваемое на сваи, включая нагрузку по обрезу фундамента , вес ростверка и грунта на его уступах ; п - число свай в фундаменте; Р - несущая способность одной сваи, кН, с учетом коэффициента надежности метода испытаний;

б) для внецентренно нагруженного фундамента

где М_х, М_у - расчетные изгибающие моменты, кНм, относительно главных центральных осей свайного поля в плоскости подошвы ростверка; х, у — рас­стояние от главных осей до оси сваи, в которой определяется усилие, м; - расстояния от главных (центральных) осей свайного поля до оси каждой сваи.

Для определения максимального усилия выбирают крайнюю сваю в ро­стверке, для которой и При суммировании слагаемых полу­чается Nmax, которое не должно превышать величину несущей способности сваи(N<Р).

При вычитании получают значение минимального усилия в свае . Ес­ли окажется, что < 0, то необходимо проверить сваю на выдергивание.

87. Определение размеров подошвы фундаментов мелкого заложения на естественном основании.

Размеры подошвы фундамента зависят от ряда связанных между собой параметров. Окончательные размеры подошвы фундамента устанавливаются путем последовательного приближения, при которых должны быть удовлет­ворены условия ;

где р - среднее давление под подошвой фундамента; р mах - максимальное краевое давление под подошвой внецентренно нагруженного фундамента;R - расчетное сопротивление грунта основания

где γ_с1, γ_с2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице B.1;

k — коэффициент, принимаемый равным: k = 1, если прочностные характеристики грунта (φ и с) определены непосредственными испытаниями и k =1,1, если они приняты на основе статистических данных;

М_y, М_q,М_c — коэффициенты, принимаемые по таблице В.2;

k_z — коэффициент, принимаемый равным: k_z = 1 при b < 10 м и k_z = Z₀/b + 0,2 (здесь Z₀ = 8м) при b ³ 10 м;

b — ширина подошвы фундамента, м;

g_H — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фун­дамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия во­ды), кН/м³;

g’_H — то же, залегающих выше подошвы фундамента;

d_I — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или при­веденная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, м;

d_b — глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала, м, (для сооружений с подва­лом шириной В £ 20 м и глубиной h_p >2,0 м принимается d_b = 2,0 м, при ширине подвала В >20 м значение (d_b) принимается равным нулю;

С_II — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подош­вой фундамента, кПа;

Значение (d_I) определяется по формуле

(В.2)

где h_s — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf — толщина конструкции пола подвала, м;

γ_cf — расчетное значение удельного веса материала пола подвала, кН/м³.

В порядке первого приближения плошадь подошвы фундамента определя­ется по формуле

(1)

где N_oII - расчетная вертикальная нагрузка, кН (без веса фундамента и грунта на уступах), приложенная к обрезу фундамента, для расчета оснований по деформациям; R_o - расчетное сопротивление грунта основания.; γ_m - осредненное значение удельного веса тела фундамента и грунта на его обрезах и уступах, при­нимается равным 20 кН/м³; d - глубина заложения фундамента. В зданиях каркасной конструктивной схемы с подвалами d=d_I.

Формула (1) получена из условия равновесия действующей нагрузки в плоскости обреза центрально нагруженного фундамента и реактивного уси­лия грунта основания по его подошве (рис.1).

Из условия равновесия внешней нагрузки и реактивного давления грун­та

имеем

(2)

где G_f - вес фундамента с грунтом на уступах; А - площадь подошвы фун­дамента

Подставив выражение для Gf в равенство (2) и решив, получим формулу (1). Для ленточного фундамента с расчетной длиной 1м по формуле (1) непосредственно определяется ширина подошвы фундамента.

Ширину подошвы фундамента прямоугольного очертания находят из выражения

где k_n=L / b - коэффициент отношения длины фундамента к ширине, принима­ется равным в пределах 1,2-1,6.

Рис.1 Схема к приближенному определению размеров подошвы фундамента

Размеры подошвы внецентренно нагруженного фундамент предварительно определяют так же, как и центрально нагруженного фундамента, приняв нагрузку как центрально приложенную. Определив в первом приближении размеры подошвы фундамента и зная глубину залегания, составляют чертеж фундамента, уточняют нагрузки и воздействия, передаваемые на основание, и проверяют выполнение условий(1.6) выражаемых формулами:

а) для центрально нагруженных фундаментов

(3)

б) для внецентренно нагруженных фундаментов, кроме того

(4)

расчетная нагрузка для расчета основания по деформациям;

G _fII - нагрузка от веса фундамента; G_грII - вес грунта на его обрезах;

М_хII и M_yII и - моменты относительно главных осей подош­вы фундамента от расчетных нагрузок; M_xII=N_IIe_y и М_уII=N_IIe_x; W_x и W_y -моменты сопротивления подошвы фундамента относительно главных осей.

Если условия (3) и (4) не выполняются (с точностью в пределах 5% в запас - надежности), то возникает необходимость изменить то ли раз­меры подошвы, то ли глубину заложения фундамента и расчеты повторить.