di - условная длина зоны бокового обжатая грунта
Di= hi tg(45?? +??????) /40/
hi - заглубление фундамента со стороны надвигающегося грунта;
хi - расстояние от середины здания (отсека) до боковой по верхности i-го фундамента, примыкающего к расчетному;
?? - коэффициент релаксации напряжений при сжатии грунта; определяется испытанием грунта по методике, изложенной в приложении 2, для песчаных и глинистых грунтов допускается принимать ?? = 0,02, 1/сутки;
е-??t- функция основания натурального логарифма;
??пр - предельное напряжение сжатия на боковой поверхности фундамента от пассивного давления грунта
??пр = ??i [0,5 hi ?? tg2(45?? +??????)+ 2С tg(45?? +??????)], /41/
??i - понижающий коэффициент, равный отношению расстояния в свету между фундаментами Li со стороны подвигающегося грунта к длине призмы выпирания,
; /42/
при ??i > 1 принимается ??i = 1. Остальные обозначения те же, что и в п. 8.20.
8.24 Шов скольжения в фундаментно-подвальной части здания устраивается при условии
N > Nп, /43/
где N - наибольшая нагрузка, действующая на фундаменты, оп ределяемая по формуле /11/;
Nп - суммарная продольная нагрузка от сил трения по шву скольжения фундамента с наибольшим значением N
, /44/
- нагрузка от сил трения по шву скольжения при сдвиге фундаментов вдоль пояса рассчитываемой стены;
- нагрузка от сил трения при сдвиге фундаментов по шву
скольжения под примыкающими стенами и передающая ся на железобетонный пояс под рассчитываемой стеной.
Нагрузка в любом сечении х железобетонного пояса, расположенного над швом скольжения рассчитываемой стены, определяется по формуле
, /45/
m1 - коэффициент условий работы, учитывающий неполной развитие силы трения по шву скольжения, принимается по графику рис.5 в зависимости от длины отсека;
р0 - вертикальная нормативная нагрузка в уровне шва скольжения продольного фундамента;
f - коэффициент трения по шву скольжения, принимаемый по табл. 5.
Рис. 5. График коэффициента условий работы m1, учитывающего неполное развитие сил трения по шву скольжения
Нагрузка в любом сечении х рассматриваемого пояса от сдвига фундаментов под примыкающими стенами, определяется по формуле
, /46/
где - коэффициент условий работы, учитывающий неполное
развитие силы трения по шву скольжения, принимается по таблице 11;
Таблица 11
Количество фундаментов на участке от 0,5L до х |
Коэффициент условий работы |
Количество фундаментов на участке от 0,5L до х |
Коэффициент условий работы, |
1 |
1 |
4 |
0,6 |
2 |
0,85 |
5 |
0,5 |
3 |
0,70 |
6 |
0,4 |
lп- длина стены, примыкающей к рассчитываемой;
- максимальная сила трения по шву скольжения под i-ой примыкающей стеной, приложенная перпендикулярно поясу и определяемая по формуле
/47/
n - число примыкающих стен на участке (l - х); Ро - вертикальная нормативная нагрузка в уровне шва скольжения под i-ой примыкающей стеной; f- коэффициент трения по шву скольжения, принимаемый по табл. 5.
Пример расчета бескаркасного здания на ленточных фундаментах
Исходные данные
Здание пятиэтажное прямоугольной формы, кирпичное, длиной L = 72 м, шириной В = 18 м, высотой Н = 15 м с подвалом; фундаменты ленточные из сборных железобетонных блоков с шириной подошвы по осям 1??7 в = 1,0 м, по осям А??В b = 0,8 м; погонная нагрузка по подошве фундаментов составляет по осям А, Б, В 200 кН; 1,7-230 кН; 2??6 - 260 кН (рис.6).
Рис. 6. План исечение ленточных фундаментов бескаркасного здания
Грунты в основании - суглинки, характеризующиеся следующими физико-механическими свойствами:
плотность грунта - ?? = 95 т/м3;
удельное сцепление грунта - С = 39 кПа;
угол внутреннего трения - ?? = 24°;
модуль деформации грунта - Ео = 25 МПа;
коэффициент Пуассона ?? = 0,35;
коэффициент релаксации касательных напряжений в грунте ?? = 0,01,1/сутки;
коэффициент релаксации напряжений сжатия грунта ?? = 0,02, 1/сутки.
Ожидаемые величины деформаций земной поверхности:
наклон земной поверхности - i = 7,9•10-3;
радиус кривизны выпуклости земной поверхности - R = 4,5 км;
относительные горизонтальные деформации растяжения земной поверхности - ?? = 2,6•10-3 мм/м;
скорость изменения относительной горизонтальной деформации земной поверхности - = 0,0033•10-3,1/сутки;
время от начала до конца подработки здания t = 10 лет (3600 суток);
направление сдвижения земной поверхности - вдоль здания.
Определение длины отсека здания
В соответствии с п. 8.15 по формуле /8/ проверяем условие, при котором применение конструктивных мер защиты бескаркасного здания от вертикальных деформаций грунта основания не требуется
fп ?? fпр
Относительная разность осадок основания фундаментов, вызванная подработкой, определяется по формуле /9/
Предельное значение относительной разности осадок фундаментов бескаркасного кирпичного здания принимаем по табл.6, fпp = 0,002.
fn = 0,0028 > fпp.=0,002
Условие /8/ не выполняется, поэтому требуются конструктивные меры зашиты здания от воздействия вертикальных деформаций грунта основания.
В качестве конструктивной меры принимаем разрезку здания деформационными швами на два отсека кратных длине секции 36 метров.
Повторно проверяем условие /8/ при длине деформационного отсека L = 36 м
fn = 0,0014 < fпp = 0,002
условие /8/ выполнено.
Определяет ширину зазоров деформационного шва между отсеками здания:
на уровне подошвы фундамента по формуле /5/
= 1,2 ?? 0,7 ?? 2,6 ?? 10-3 ?? 36 ?? 103 = 78,6 мм;
на уровне карниза по формулам /6/ и / 7/
расстояние от подошвы фундамента до карниза здания
Н= 15+2,5= 17,5м,
ав ?? 78,6 + 0,0056 • 17,5 • 103 = 177 мм.
Для принятой длины отсека здания определяем необходимость применения конструктивных мер защиты фундаментно-подвальной части здания от воздействия горизонтальных деформаций грунта основания. Ожидаемые горизонтальные деформации грунта основания ?? = 2,6•10-3 > 1•10-3, поэтому в соответствии с п. 8.18 требуется расчет ленточных фундаментов на воздействие горизонтальных перемещений грунта основания.
Определение нагрузок на ленточные фундаменты
Вначале выполняем расчет нагрузок на ленточный фундамент по оси А.
Определяем нагрузку от трения грунта в продольном направлении по подошве фундамента.
По формуле /16/ определяем значение предельного сопротивления грунта сдвигу по подошве фундамента
??пр = Ptg ?? + С = 250 tg 24° + 39 = 150 кН/м2.
Вычисляем значение коэффициента жесткости основания при сдвиге грунта под подошвой фундамента по формуле /20/
площадь подошвы фундамента под продольной стеной по оси А
F = а х b = (36 + 1)/2 • 0,8 = 14,8 м2, т.к. значение F >10 м2, принимаем в расчет F= 10 м2.
Из таблицы 7 при а/в = 18,5 / 0,8 = 23 > 5 находим ??z = 1,22,
??y = 0,53; по таблице 8 принимаем ?? = 0,35.
kH/м3
По формуле /17/ определяем значение
при t=10 лет (3600 суток) и ??=0,01 1/сутки = 0
В соответствии с п.8.20 при Хпр = 77 > l = 0,5•37 = 18,5 м нагрузку от сил трения по подошве фундамента определяем по формуле /12/
;
касательные напряжения по подошве фундамента на расстоянии х и / от середины отсека здания определяем по формулам /19/ и /18/
=1,95 l=1,95•18,5 =36,1 кН/м2.
Определяем нагрузку в сечениях ленточного фундамента от трения грунта в продольном направлении подошвы фундамента А:
для сечения 1-1 при х = 12 м
=1,95•12=23,4кН/м2,
для сечения 2-2 при х = 6 м
=1,95??6=11,7кН/м2,
для сечения 3-3 при х = 0
Определяем нагрузку на ленточный фундамент по оси А от трения грунта по подошве примыкающих фундаментов.
По формуле /19/ рассчитываем касательные напряжения под подошвами фундаментов примыкающих стен
??т.п.i=1,95х;
для фундаментов, примыкающих по осям 1 и 7 при х = 18 м
??т.п.1 = ??т.п.7 = 1,95 • 18 = 35,2 кН/м2;
для фундаментов, примыкающих по осям 2 и 6 при х = 12 м
??т.п.2 = ??т.п.6 = 1,95 • 12 = 23,5 кН/М2;
для фундаментов, примыкающих по осям 3 и 5 при х = 6 м
??т.п.3 =??т.п.5 =1,95 • 6=11,8кН/м2;
Определяем предельное сопротивление сдвигу грунта под подошвой фундаментов примыкающих стен по формуле /16/:
для фундаментов, расположенных по осям 1, 7
??п.пр = Р tg ?? + С = 230 tg 24° + 39 = 141 кН/м2.
для фундаментов, расположенных по осям 2-6
??п.пр = 260 tg 24° + 39 = 155 кН/м2.
Сравнение касательных напряжений с их предельными значениями показывает, что условие /23/ удовлетворяется
??т.п.i < ??п.пр
Вычисляем площадь подошвы фундаментов примыкающих стен Fпi=(9-0,8)•1,0=8,2м2
Определяем нагрузку от фундамента i-ой примыкающий стены по формуле /22/:
для фундаментов, примыкающих по осям 1 и 7
Nт.п.1 = Nт.п.7 = 0,5 Fп1,7 ??т.п.1,7 = 0,5 ?? 8,2 ?? 352 = 145 кН;
для фундаментов, примыкающих по осям 2 и 6
Nт.п.2= Nт.п.6= 0,5 ?? 8,2 ?? 23,5 = 96 кН;
для фундаментов, примыкающих по осям 3 и 5.
Nт.п.3= Nт.п.5 = 0,5 ?? 8,2 ?? 11,8 = 43 кН.
Определяем нагрузку от трения грунта по подошве фундаментов примыкающих стен в сечениях ленточного фундамента по формуле/21 /
;
в сечения 1-1 Nт.п = Nт.п1 = 145 кН;
в сечении 2-2 Nт.п = Nт.п1 + Nт.п2 = 145 + 96 = 241 кН;
в сечении 3-3 Nт.п = Nт.п1 + Nт.п2 + Nт.п3 = 145 + 96 + 48 = 289 кН. Определяем нагрузку от трения грунта по боковым поверхностям ленточного фундамента.
Заглубление фундамента в грунт с наружной стороны знания h1 = 2,4 м, со стороны подвала h2 = 0,55 м.
В соответствии с п. 8.22 расчет производим для каждой из сторон фундамента с последующим суммированием усилий.
Грунт обратной засыпки при плотности 1850 кг/м3, влажности 20%, времени эксплуатации до подработки 10 лет характеризуется следующими данными (табл. 9): tg ??3 = 0,508; ??3 = 27°; Сз = 36 кПа. Для мягкопластичного суглинка засыпки по табл. 8 принимаем ?? = 0,3.
Предельное сопротивление сдвигу грунта засыпки по боковой поверхности фундамента определяем по формуле /29/:
при h1 = 2,4 м
при h2 = 0,55
Коэффициент жесткости грунта засыпки при сдвиге по боковой поверхности фундамента определяем по формуле /30/
Модуль боковой деформации грунта обратной засыпки определяем по формуле /31/
,
значения коэффициента m определяем по граф. рис. 4 для
hg1 = 2/3 • h1 = 2/3 ?? 2,4 = 1,6 м и hg2 = 2/3 • h2 = 2/3 • 0,55 = 0,37 м, соответственно m1 = 1,0, m2 = 0,25; модуль вертикальной деформации грунта обратной засыпки принимаем по табл. 10 для грунта плотностью 1,85 т/м3 с влажностью 20% и продолжительности эксплуатации здания до подработки 10 лет, = 10 МПа:
при h1= 2,4м Ез1= 1,0??10 МПа =10 МПа;
при h2 = 0,55 м Ез2 = 0,25 • 10 МПа = 2,5 МПа;
площадь контакта грунта засыпки с боковой поверхностью фундамента
при h1 = 2,4 м F1 = (36 + 1)/2 • 2,4 = 44,4 > 10 м2,
в расчет принимаем F1= 10 м2;
при h2 = 0,55 м F 2= (36 - 1,0 • 6 )/2 • 0,55 = 8,25 < 10 м2
в расчет принимаем F2 = 8,25 м2;
значения коэффициентов ??zб и ??хв определяем по табл. 7 по соотношению длины фундамента а к заглублению h,
при h1 = 2,4 м
??zб =1,22, ??хв = 0,53
при h2 = 0,55 м
??zб =1,22, ??хв = 0,53
при h1 = 2,4 м
при h2 = 0,55 м
По формуле /28/определяем
при t= 10 лет =0;
при h1 = 2,4 м
при h2 = 0,55 м
Значение xб.пр больше половины длины отсека здания l = 0,5 • 37 = 18,5 м, поэтому в соответствии с п. 8.22 расчет усилий от трения по боковой поверхности фундамента производим по формуле /24/
Касательные напряжения по боковой поверхности фундамента, расположенной на расстоянии х от середины отсека здания и в крайней по длине фундамента точке, определяем по формулам /33/ и /32/:
при h1 = 2,4 м
при t= 10 лет= 0,
х = l, ??б.l1 = 0,78 • l = 0,78 • 18,5 = 14,4 кН/м2;
при h2 = 0,55 м
x = l, ??б.l2 = 0,2 • l = 0,2 • 18,5 = 3,7 кН/м2;
Нагрузка от трения грунта по боковой поверхности фундамента
по оси А:
в сечении 1-1 при х=12м
h1=2,4м, ??б.x1 =0,78 ??12= 9,4 кН/м2;
h2=0,55 м, ??б.x2 = 0,2 ?? 12 = 2,4 кН/м2;
= + = 177 + 8,4 = 185 кН;
в сечении 2-2 при х = 6 м
h1=2,4м, ??б.x1 =0,78 ??6= 4,7 кН/м2;
= + = 279 + 13,5 = 293 кН;
в сечении 3-3 при х = 0
h1=2,4м, ??б.x1 =0,78 ??0= 0 кН/м2;
h2=0,55 м, ??б.x2 = 0,2 ?? 0 = 0 кН/м2;
;
= + = 314 +15,3 = 329 кН.
Определяем нагрузку от давления сдвигающегося грунта на фундаменты, примыкающие к расчетному.
Находим площадь контакта с грунтом боковой поверхности фундамента при деформациях растяжения земной поверхности
Fgi = 0,55 (9 - 0,8) = 4,51 м2.
По формуле /39/ определяем модуль боковой деформации грунта
Еб = n??m??E0
коэффициент n = 0,75; значение коэффициента m определяем по граф. рис. 4 при h = 2/3 • 0,55 = 0,37 м, m = 0,25.
Е = 0,75 • 0,25 • 25 = 4,69 МПа.
Модуль боковой деформации обратной засыпки определялся по формуле /31/ для h = 0,55 м при определении сил трения по боковой поверхности фундамента
Ез = m = 0,25 • 10 = 2,5 МПа.
Определяем условную длину зоны бокового обжатия грунта по формуле /40/
Средняя ширина пазухи между фундаментом и стенкой котлована
dз = 0,2 м.
Приведенный модуль боковой деформации грунта определяем по формуле /38/
Коэффициент жесткости сжатия грунта определяем по формуле /37/
кН/м3
Нормальное давление грунта на боковую поверхность i-го фундамента, примыкающего к расчетному, определяем по формуле /36/
;
при t= 10 лет = 0,
Давление на фундаменты, примыкающие по осям 1-7:
при х = 17,5 м ??g1,7 = 0,51 ?? 17,5 = 8,9 кН/м2;
при х= 11,5м ??g2,6 =0,51 ?? 11,5=5,9 кН/м2;
при х = 5,5 м ??g3,5 = 0,51 ?? 5,5 = 2,8 кН/м2 .
Предельное напряжение сжатия на боковой поверхности фундамента oт пассивного давления грунта определяем по формуле /41 /
??пр = ??i [0,5 hi ?? tg2(45?? +??????)+ 2С tg(45?? +??????)],
значение коэффициента ??i определяем по формуле /42/
принимаем ??i = 1,
??пр = ??i [0,5 ??1,95??0,55 tg2(45?? +24??????)+ 2??39 tg(45?? +24??????)] = 133 кН/м2.