1.Показатель гибкости конструкций здания ?? определяется по формуле

,(1)

где[EI] - приведенная жесткость на изгиб поперечного сечения конструкций здания в системе фундамент-цоколь-пояс усиления - стена, тс.м2, определяемая по формуле (4);

С - коэффициент жесткости основания при пучении грунта для оснований ленточных фундаментов;

L - длина стены здания (отсека), м;

,(2)

для оснований столбчатых фундаментов

,(3)

Здесь pr, hfi, b1 - те же обозначения, что в пп. 4.4-4.5;

Af - площадь подошвы столбчатого фундамента, м2;

ni - число столбчатых фундаментов в пределах длины стены здания (отсека).

2. Приведенная жесткость на изгиб поперечного сечения конструкций здания в системе фундамент-цоколь-пояс усиления-стена, тс/м2, определяется по формуле

[EI] = [EI]f + [EI]z + [EI]p + [EI]s,(4)

где [EI]f, [EI]z, [EI]p, [EI]s - соответственно жесткость на изгиб фундамента, цоколя, пояса усиления, стены здания.

3. Жесткость на изгиб, тс/м2, фундамента, цоколя и пояса усиления определяется по формулам

[EI]f = ??fEf(If + A0y02);(5)

[EI]z = ??zEz(Iz + Azyz2);(6)

[EI]p = ??pEp(Ip + Apyp2);(7)

где Ef, Ez, Ep - соответственно модули деформации тс/м2, материала фундамента, цоколя и пояса;

If, Iz, Ip - соответственно моменты инерции, м4, поперечного сечения фундамента, цоколя и пояса усиления относительно собственной главной центральной оси;

A0, Az, Ap - площади поперечного сечения, м2, фундамента, цоколя и пояса усиления;

y0, yz, yp - соответственно расстояния, м, от главной центральной оси поперечного сечения фундамента, цоколя и пояса усиления до условной центральной оси сечения всей системы;

??f, ??z, ??p - соответственно коэффициенты условий работы фундамента, цоколя и пояса усиления, принимаемые равными 0,25.

Жесткость на изгиб фундамента, состоящего из блоков, нå сâÿçàííûõ между собой, принимается равной нулю. Если цоколь является продолжением фундамента или обеспечена их совместная работа, цоколь и фундамент следует рассматривать как единый конструктивный элемент. При отсутствии поясов усиления [EI]p = 0. При наличии нескольких поясов усиления жесткость на изгиб каждого из них определяется по формуле (7).

4. Жесткость на изгиб, тс/м2, стен из кирпича, блоков, монолитного бетона (железобетона) определяется по формуле

[EI]s = ??sEs(Is + Asys2),(8)

где Es - модуль деформации материала стены, тс/м2;

??s - коэффициент условий работы стены, принимаемый равным: 0,15 - для стен из кирпича, 0,2 - для стен из блоков, 0,25 - для стен из монолитного бетона;

Is - момент инерции поперечного сечения стены, м4, определяется по формуле (9);

Аs - площадь поперечного сечения стены, м2;

уs - расстояние, м, от главной центральной оси поперечного сечения стены до условной нейтральной оси сечения всей системы.

Момент инерции поперечного сечения стены определяется по формуле

,(9)

где I1 и I2 - соответственно момент инерции сечения стены по проемам и по простенкам, м4.

Площадь поперечного сечения стены определяется по формуле

,(10)

где bs - толщина стены, м.

Расстояние от центра тяжести приведенного поперечного сечения стены до ее нижней грани определяется по формуле

,(11)

5. Состояние от главной центральной оси поперечного сечения фундамента до условной нейтральной оси системы фундамент-цоколь-пояс усиления - стена определяется по формуле

,(12)

где Ei, Ai - соответственно модуль деформации и площадь поперечного сечения i-го конструктивного элемента (цоколя, стены, пояса);

??i - коэффициент условий работы i-го конструктивного элемента;

yi - расстояние от главной центральной оси поперечного сечения i-го конструктивного элемента до главной центральной оси поперечного сечения фундамента.

6. Жесткость на изгиб, тс.м2, стен из панелей определяется по формуле

,(13)

где Ej, Aj - соответственно модуль деформации, тс/м2, и площадь поперечного сечения, м2, j-той связи;

m - число связей между панелями;

di - расстояние от j-той связи до главной центральной оси поперечного сечения фундамента, ì;

y0 - расстояние от главной центральной оси поперечного сечения фундамента до условной нейтральной оси системы фундамент-стена здания, определяемое по формуле

,(14)

в которой n - число конструктивных элементов в системе фундамент-стена.

Приложение 5

ПРИМЕР РАСЧЕТА МЕЛКОЗАГЛУБЛЕННОГО ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Требуется запроектировать мелкозаглубленный фундамент одноэтажного здания с полами по цокольному перекрытию, возводимому вблизи г. Вологды.

Материалом стен является легкий бетон М75, имеющий модуль упругости Es = 6??106 КПа (0,6х106 тс/м2). Длина наружных стен дома L1 = 12,6 м, L2 = 6,3 м; высота стен 3,38 м, наибольшая высота проемов h1 = 2,2 м, толщина стен bs = 0,4 м. Расчетная температура воздуха внутри помещения +5 ??C.

2. Инженерно-геологические условия строительства.

Грунты площадки представлены покровными суглинками, которые в пределах нормативной глубины промерзания имеют следующие характеристики:

плотность сухого грунта ??d = 1,64 т/м3;

плотность твердых частиц ??s = 2,79 т/м3;

природная влажность грунта Wп1 = 0,295, Wп2 = 0,26 (неравномерное распределение по площадке изысканий);

влажность на границе текучести WL = 0,32;

влажность на границе раскатывания Wp = 0,208;

число пластичности Ip = 0,112;

полная влагоемкость грунта Wsat = 0,251;

коэффициент фильтрации K = 3х10-2 м/сут.

Уровень подземных вод залегает на глубине 3,0 м. Нормативная глубина промерзания dfn = 1.5 м.

2. ОЦЕНКА ПУЧИНИСТОСТИ ГРУНТОВ

Определим параметр Rf по формуле (2.1) настоящих норм:

,

где W - расчетная предзимняя влажность грунта в слое сезонного промерзания, определяется по формуле (1) приложения 1;

Wп - среднее значение природной влажности по глубине dfn в период изысканий в конце июля, равно Wп1 = 0,295, Wп2= 0,26;

??e, ??0 - ðàñ÷åòíîå êîëè÷åñòâî îñàäêîâ, âûïàâøèõ çà ïåðèîä te, ïðåäøåñòâóþùèé ìîìåíòó ïðîâåäåíèÿ èçûñêàíèé, è çà òîò æå ïåðèîä te äî óñòàíîâëåíèÿ ñðåäíåìåñÿ÷íîé îòðèöàòåëüíîé òåìïåðàòóðû âîçäóõà, ñîîòâåòñòâåííî.

Согласно данным "Справочника по климату", вып.1 (Л.,Гидроме-теоиздат, 1968) среднемесячное количество осадков, выпадающих в летне-осенний период в районе г. Вологды (табл. la, станции 320, 321), составляет:

Месяц VIVIIVIIIIXХ

количество

осадков, мм 74 76 75 72 58

Расчетное количества осадков за период 1,7 месяца до начала промерзания грунта равно:

Расчетные экстремальные значения влажности при Wп1 и Wп2 равны:

Wcr = 0,21 (рис.1 BCH)

(СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика).

с учетом исходной плотности сухого грунта ??d = 1,64 т/м3;

Согласно табл.1 настоящих норм площадка сложена среднепучинистыми грунтами. На основе полученного результата по п.3.5 настоящих норм производится выбор конструктивного решения фундамента.

3. КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ

Принимаем сборно-монолитный фундамент из армированных блоков, уложенных на песчаную подушку.

Ширина блоков b1 = 0,4 м; высота h = 0,53 м; бетон тяжелый М100 с модулем упругости Ef = 17x106 кН/м2 (1,7х106 тс/м2). Погонная нагрузка на фундамент составляет qi = 28,4 кН/м (2,84 тс/м). Высота песчаной подушки 0,2 м. Глубина заложения фундамента 0,2 м от планировочной отметки. В соответствии с табл. 2 настоящих норм предельные деформации пучения равны: Su = 3,5 см,

4. РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА

1. Проверка устойчивости здания на действие касательных сил морозного пучения.

Приняв в соответствии с указаниями п. 4.22 значение нормативных касательных сил пучения 9 тс/м2 (90 кН/м2), произведем расчет устойчивости сооружения по СНиП II-18-76, приложение 5, учитывая действие касательных сил пучения на 1 м наружной стороны фундамента:

??thAfh ?? N

N = 28,4х0,9 =25,6 кН/м

??thAfh = 90х0,2х1,0 = 18 кН/м

18 < 25,6

Таким образом, условие устойчивости выполняется.

2. Расчет основания по деформациям пучения.

Определим величину пучения ненагруженной поверхности грунта ht (приложение 2) при глубине промерзания 1,5 м.

Определим параметры Tup, ??, Kw(Tup), Wpr, Kb, ??, It.

Согласно табл. 3 приложения 2:

Tup, = -2 ??C;

??, = 4,25;

Kw(Tup) = 0,6.

Определим по формуле (3) приложения 2 Wpr:

По графику рис. 1 приложения 2 параметр ?? при влажности W1 и W2: ??1 = 1,05, ??2 = 1,41.

По формуле (5) приложения 2 определим параметр It:

принимаем It1 = 1.

При W1 < Wpr (0,25 > 0,241) величину hf1 определим по формуле (1) приложения 2:

При W2 < Wpr ( 0,22 < 0,241) величину hf2 определим по формуле (2) приложения 2;

3. Определим величину пучения hfi ненагруженного основания под фундаментом (табл.3)

При dw<dfn +z (3,0 < 1,5 +1,8) ( z - определяется по таблице 4 ВСН) и при W > Wcr +0,3Ip (0,25 > 0,21 + 0,033), расчет производим по второй расчетной схеме:

4. Определим величину пучения под подошвой фундамента с учетом давления по подошве фундамента от внешней нагрузки.

Давление пучения на подошву фундамента от нормальных сил пучения определим по формуле (4.6):

dz = df - d - hп = 1,5 - 0,2 - 0,2 = 1,1м

Кa= 0,26 (рис.3), Аf =l1b1 = Iх0,4 = 0,4м2.

??s находим по приложению 3 настоящих норм. Для этого определяем продолжительность периода промерзания td и скорость пучения Vf по формулам (1) и (2) приложения 3:

Значения температуры у поверхности грунта Tп и под подошвой фундамента Td определим по формулам (3) и (4) приложения 3:

Так как |Tп| > |0,5Tmin|, примем Тп = Тmin = -5,9 ??C

При Vf = 0,033 см/сут и Td = -4,3 ??C по табл. приложения 3 определим ??s = 63 КПа (6,3 тс/м2).

Деформацию пучения грунта основания с учетом давления под подошвой фундамента определим по формуле

В рассматриваемом случае давление под подошвой фундамента равно:

Величину ?? определяем по табл. 5 ВСН 29-85:

?? = 0,965.

Тогда

5. Относительную неравномерность деформаций основания без учета жесткости конструкций здания для ленточного фундамента продольной стены длиной L1 = 12,6 м определим по формуле (4.9).

Из расчетов следует, что удовлетворяется только условие (4.1) настоящих норм.

6. Произведем расчет с учетом влияния жесткости фундамента и надземных конструкций на выравнивание неравномерных деформаций основания. Определим жесткость на изгиб системы фундамент - стена здания.

Момент инерции сечения участка стены над проемом относительно собственной главной центральной оси составит:

Расстояние между главной центральной осью сечения участка стены над проемом и главной центральной осью стены равно:

Момент инерции сечения участка стены над проемом относительно главной центральной оси всей стены составит:

I1 = I'1 +a2As1 = 0,055 +1,12 x 0,4 x 1,18 = 0,626 м4.

Момент инерции участка стены по простенку относительно главной центральной оси стены составит:

Приведенный момент инерции сечения стены равен (формула (9) приложения 4 ВСН):

Приведенную площадь поперечного сечения стены рассчитаем по формуле (10) приложения 4.

Расстояние от главной центральной оси поперечного сечения фундамента до условной нейтральной оси системы фундамент - стена определим по формуле (12) приложения 4.

Жесткость на изгиб поперечного сечения фундамента и стены в соответствии с формулами (5), (8) приложения 4 составит:

[EI]f = ??fEf(If + A0y02) =

=

[EI]s = ??sEs(Is + Asys2) =(0,84 +1,18x 0,722) =

= 1742050 КН м2 (174205 тсм2),

где

ys = y's - y0 = y + 0,5yf - y0 = 1,47 + 0,29 - 1,04 = 0,72 м.

Приведенная жесткость на изгиб системы фундамент - стена равна (формула (4) приложения 4):

[EI] = [EI]f + [EI]s = 1094100 + 1742050 = 284х104 кНм2 =

= (28,4х104 тсм2).

По формуле (1) приложения 4 определим показатель гибкости конструкций здания ??, предварительно вычислив по формуле (2) коэффициент жесткости при пучении:

При ??1 = 0,58 коэффициент ??1, найденный по графику рис. 4, равен 0,034.

По формуле (4.8) настоящих норм определим ??fp:

Полученное значение (0,33х10-4 < 0,6x10-3).

Таким образом, расчетом установлено, что эксплуатационная надежность здания на морозоопасном основании обеспечивается.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Общие положения

2. ОЦЕНКА ПУЧИНИСТОСТИ ГРУНТОВ

3. КОНСТРУКЦИИ МЕЛКОЗАГЛУБЛЕННЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ

4. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЯ МЕЛКОЗАГЛУБЛЕННЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ ПУЧЕНИЯ ГРУНТА

5. РАСЧЕТ ВНУТРЕННИХ УСИЛИЙ В КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЙ

6.УСТРОЙСТВО МЕЛКОЗАГЛУБЛЕННЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ

Приложение 1. Определение расчетной предзимней влажности грунта

Приложение 2. Расчет деформации пучения ненагруженной поверхности грунта

Приложение 3. Определение сопротивления смещению мерзлого грунта относительно фундамента

Приложение 4. Расчет показателя гибкости конструкций здания

Приложение 5. Пример расчета мелкозаглубленного ленточного фундамента