Порядок розрахунку показників внецентренно навантаженого фундаменту

Позацентрово навантажений фундамент і його основні характеристики

Типи фундаментів, що використовуються в будівництві, розрізняються залежно від характеру конструкцій, які планується організовувати на їх підставі.

Так, внецентренно навантажений фундамент являє собою несучу будівельну конструкцію, яка характеризується розбіжністю центру ваги площі її підошви і рівнодіюча зовнішніх навантажень.

Така ситуація тягне за собою певну ступінь нестійкості конструкції, яка повинна бути врахована і скоригована в ході здійснення проектних робіт: наприклад, за допомогою використання такої технології, як армування.

Відмінність внецентренно навантаженого фундаменту від інших типів

Основна відмінність центрально навантаженого фундаменту від позацентрово навантаженого в різних варіантах, включаючи використання такої технології, як армування, полягає в тому, що в останньому випадку максимальне навантаження припадає на край несучої конструкції, що обумовлює додаткові вимоги до її несучої здатності. У деяких випадках таку здатність необхідно посилювати для додання конструкції достатньої стійкості, що забезпечує можливість зведення на цій підставі запланованого до будівництва будівлі.

Наприклад, здійснити це посилення можна, вдавшись до армуванню підошви фундаменту або встановивши колону. Однак потрібно розуміти, що конструкції армуються в разі, якщо цього вимагає ситуація. Таким же чином складається ситуація, якщо вирішено встановити колону: конкретний спосіб посилення несучої здатності позацентрово навантаженого фундаменту і необхідність його використання повинна бути здійснена безпосередньо в ході проектних робіт після того, як проведений необхідний розрахунок.

Розрахунок позацентрово навантаженого фундаменту: початок робіт

В цілому порядок здійснення таких розрахунків можна описати у вигляді алгоритму, що складається з декількох ключових кроків. При цьому проектування повинне вестися з урахуванням, що проектувальнику необхідно ретельно стежити не тільки за тим, щоб всі перераховані етапи були зроблені в ході розрахунків, а й за дотриманням їх послідовності, оскільки порушення одного з цих умов може призвести до суттєвих помилок в проектуванні. Такі помилки, в свою чергу, спричинять за собою невідповідність фактичних параметрів спроектованого будівлі запланованим. Це зажадає використання додаткових дорогих технологій, включаючи наприклад, армування.

Розрахунок позацентрово навантаженого фундаменту повинен починатися з визначення сил, діючих по периметру фундаменту. Для зручності здійснення таких розрахунків їх зазвичай призводять до кінцевого числа результирующих, які відображають характер і інтенсивність зовнішнього впливу навантажень на фундамент. При цьому необхідно знайти точки прикладання результуючих сил до площини підошви несучої будівельної конструкції.

Визначення характеристик фундаменту

Другий етап являє собою розрахунок характеристик самого фундаменту. Зокрема, розрахунок площі несучої конструкції повинен стати першим кроком у рамках алгоритму, аналогічного розрахунку площі центрального навантаженого фундаменту, яка згодом буде скоригована з урахуванням фактичного характеру навантажень на конструкцію.

На цьому етапі буде потрібно розрахунок епюри тиску грунту, яка є кількісні характеристики ступеня інтенсивності впливу, що чиниться грунтом на фундаментальну конструкцію. На практиці епюра тиску грунту може виявитися як однозначної, так і двозначною. Однак слід мати на увазі, що фахівці рекомендують прагнути до того, щоб епюра була однозначною, оскільки в цьому випадку ймовірність відриву підошви несучої будівельної конструкції від грунту виявляється нижчою.

Необхідно здійснити розрахунок характеристик тиску на підошву розраховується фундаменту на предмет співвідношення між максимальною і мінімальною навантаженням, передбаченої в рамках такої несучої будівельної конструкції розробленим проектом. Так, одним з співвідношень, які слід взяти до уваги, є частка від ділення мінімального і максимального значення напруги, що фіксується під підошвою внецентренно навантаженої фундаментальної конструкції.

Згідно з діючими нормами, співвідношення між зазначеними показниками залежить не тільки від характеристик будівлі, яке планується до зведення на даній будівельному майданчику, і впливу природних факторів на розраховується конструкцію, але і від наявності будівельної техніки на майданчику.

Так, якщо в процесі будівництва планується організація кранового навантаження на внецентренно навантажену фундаментальну конструкцію, частка від ділення мінімального і максимального значення напруги, що фіксується під її підошвою, має бути не менше 0,25. Допускається також розрахунок значення, рівного зазначеної величині. Якщо ж впливу будівельної техніки на даний фундамент в процесі будівництва не передбачено, досить того, щоб зазначене співвідношення було більше 0. За аналогією з попередньою розглянутої ситуацією, допускається розрахунок значення, рівного зазначеної величині.

Відрив підошви фундаменту від грунту, в якому вона влаштована, загрожує самими несприятливими наслідками. При цьому їх перелік не вичерпується зниженням стійкості будівлі, повязаного безпосередньо з самим фактом відсутності повного прилягання 2-х розглянутих площин. Справа в тому, що наявність зазору між поверхнею несучої будівельної конструкції і прилеглим грунтом забезпечує можливість потрапляння води в наявну порожнину, що, в свою чергу, може спричинити за собою загальне порушення первинних властивостей фундаменту.

Визначення співвідношення між характеристиками фундаменту і інтенсивністю впливу зовнішніх факторів

Нарешті, третім етапом проектних робіт, в ході яких здійснюється розрахунок позацентрово навантаженого фундаменту, є зіставлення характеристик розробленої несучої будівельної конструкції з інтенсивністю впливу зовнішніх сил на неї в процесі функціонування. Йдеться про те, щоб здійснити розрахунок опору грунту і зіставити його з допустимим тиском на поверхню підошви фундаменту. Необхідно брати до уваги такі основні види співвідношень:

• розрахунок співвідношення між максимальним значенням напруги, що фіксується під підошвою несучої будівельної конструкції, і розрахунковим значенням опору грунту на будівельному майданчику, де планується зведення будівлі. Оскільки при використанні внецентренно навантаженого фундаменту максимальна напруга фіксується лише на окремих ділянках поверхні конструкції, найбільше допустиме опір грунту приймається в межах, на 20% перевищують стандартні розрахункові показники. Таким чином, необхідно стежити за тим, щоб максимальне значення напруги, що фіксується під підошвою несучої будівельної конструкції, становила трохи більше 1,2 розрахункового опору грунту. Крім того, допускається наявність значення, рівного зазначеної величині;
• розрахунок співвідношення між середнім значенням напруги, що фіксується під підошвою внецентренно навантаженого фундаменту, і розрахунковим значенням опору грунту, впливає на зазначену несучу будівельну конструкцію. Оскільки мова йде про середнє значення напруги, яке відчуває будівельна конструкція, то в ході здійснення проектних робіт необхідно забезпечити достатній ступінь стійкості фундаменту по відношенню до навантажень. З цієї причини проектування повинно здійснюватися з урахуванням того, щоб середнє значення напруги під підошвою розглянутої несучої будівельної конструкції не перевищувало розрахункового значення опору ґрунту. При цьому допускається наявність значення, рівного зазначеної величині.

Такі основні етапи проектних робіт, які повинні бути реалізовані в ході розрахунку основних характеристик фундаменту. Важливо мати на увазі, що всі перераховані співвідношення і обмеження повинні бути ретельно перевірені проектувальником на предмет їх дотримання, оскільки порушення цих норм може призвести до найнесприятливіших наслідків, включаючи повне або часткове руйнування будівлі. В цьому випадку будуть потрібні додаткові заходи щодо посилення конструкції, наприклад армування. Крім того, необхідно максимально ретельно врахувати весь спектр чинників, які впливатимуть на розглянуту несучу будівельну конструкцію як в процесі її зведення, так і в ході подальшої експлуатації.

Лише максимально повний облік всіх факторів, що впливають на формування і використання фундаментальної конструкції, дозволить забезпечити їй потрібний запас міцності, який гарантує тривалий термін служби зведеної будови, заснованого на внецентренно навантаженому фундаменті. При цьому в сучасних умовах високої конкуренції на ринку нерухомості вимога максимальної протяжності терміну служби житла або комерційної будівлі є одним з основних при здійсненні будівельних робіт.

Формули, що використовуються при розрахунку

Розрахунок позацентрово навантаженого фундаменту вимагає використання декількох ключових формул, які демонструють співвідношення між показниками, що використовуються для розрахунку цієї несучої будівельної конструкції. Так, однією з основних формул, які використовуються для того, щоб здійснити розрахунок площі поверхні фундаменту, є наступна: Аф = N / (R-Byd), де N - це зовнішнє навантаження на площу поверхні, що відповідає величині коефіцієнта надійності за навантаженням при y = 1, R - розрахункове значення опору грунту основи конструкції, В - коефіцієнт, який враховує меншу величину питомої ваги грунту, що лежить на обрізах конструкції, в порівнянні з питомою вагою будівельного матеріалу у, використаного при закладці фундаменту, d - глибина закладання фундаменту. На практиці при здійсненні розрахунків в рамках проведення проектних робіт Ву звичайно приймають рівним 20 кН / м .

Друга формула служить для того, щоб здійснити розрахунок величини розрахункового опору грунту R, яке визначається наступним чином: R = (y1 * y2 / k) * (M ° k by + M d,y + (M -1) d "y+ M c). У вказаній формулі y1 і y2 є коефіцієнти умов взаємодії ґрунтової основи і самої будови з фундаментом, k - коефіцієнт, що показує, яким чином отримані параметри, що характеризують зразки грунту. Якщо ці параметри були отримані за даними випробувань, коефіцієнт k приймається рівним 1 якщо ж вони були отримані за непрямими даними - 1,1.

M °, M , M - коефіцієнти, які не мають певної розмірності, які залежать від кута внутрішнього тертя. k - коефіцієнт, що залежить від значення параметра b, що характеризує меншу сторону фундаменту. Якщо значення b становить менше 10 м, коефіцієнт k приймає значення 1, якщо b більше або дорівнює 10 м, k буде розраховуватися як a / b + 0,2. y є середнє значення розрахункового ваги грунту, який залягає нижче підошви фундаменту, y- середнє значення розрахункового ваги грунту, який залягає вище фундаментальної конструкцiї.

Параметр d, відображає глибину закладення фундаменту в разі, якщо розглядається будівля не має підвалу, а d "- глибину підвалу в разі його наявності. Нарешті, показник з являє собою один з параметрів, що характеризують грунт: зокрема, він відображає розрахункове питоме зчеплення грунту, який залягає безпосередньо під підошвою фундаменту.

Третя важлива формула визначає величину тиску під підошвою внецентренно навантаженого фундаменту: pmax = N / AФ + M / W, pmin = N / AФ-M / W. У вказаній формулі параметр N відображає вертикальну силу, що впливає на фундамент, AФ є площа поверхні зазначеної несучої будівельної конструкції, М - момент, присутній на поверхні конструкції, а W - момент, що відображає величину опору на поверхні фундаменту.

Нарешті, проектування позацентрово навантаженого фундаменту вимагає враховувати, що необхідно не просто здійснити розрахунок необхідних показників, але і дотримати необхідне співвідношення між ними. Зокрема, такі співвідношення встановлюються формулами pmaxlt; 1,2R, pmin> 0. Крім того, допускається наявність співвідношення, при якому pmax = 1,2R.

приклад розрахунку

Наведемо приклад розрахунку позацентрово навантаженого фундаменту з використанням зазначених формул. Так, припустимо, що мова йде про необхідність проектування фундаменту для будівлі висотою 20,5 і довжиною 80 м. Вертикальна сила, що впливає на несучу будівельну конструкцію, становить 2,0 НМ, умовне розрахункове опір грунту - 0,25 МПа, глибина закладення несучої конструкції - 1,5 м. При цьому, в відповідно до прийнятої практики, значення коефіцієнта Ву приймемо рівним 20 кН / м .

В результаті отримаємо наступне розрахункове значення площі фундаментальної конструкції: Аф = 2,0 / (0,25-0,02 * 1,5) = 9,09 м . Оскільки ми розглядаємо внецентренно навантажений фундамент, слід збільшити його площу приблизно на 20% для додання додаткової здатності опору навантаженням. Таким чином, підсумкова площа фундаменту складе 9,09 * 1,2 = 10,91 м .

Тепер необхідно визначити співвідношення сторін фундаменту. Фахівці зазвичай рекомендують надавати внецентренно навантаженої несучої будівельної конструкци прямокутну форму, тому допустиме співвідношення сторін цієї фігури може бути встановлено на рівні 1: 1,5. У цьому випадку довжина короткої сторони може бути розрахована як квадратний корінь з приватного 10,91 / 1,5, що складе 2,70 м. Відповідно, довга сторона підстави буде дорівнює 2,7 * 1,5 = 4,05 м.

Потім слід визначити опір грунту, яке застосовується по відношенню до даної фундаментальної конструкції, скориставшись наведеною вище формулою R = (y1 * y2 / k) * (M ° k by + M d,y + (M -1) d "y+ M c) . Значення коефіцієнтів M °, M , M можна знайти в спеціальних таблицях: вони складуть відповідно 0,98, 4,93 і 7,40. Коефіцієнти y1 і y2 визначаються на підставі співвідношення між висотою і довжиною будівлі: за даними спеціальних таблиць, вони становлять відповідно 1,1 і 1,0.

Припустимо, що характеристики грунту були встановлені в ході проведених випробувань, тому коефіцієнт k дорівнює 1. Оскільки значення b, що дорівнює 2,7, не перевищує 10 м, коефіцієнт k буде дорівнює 1. Середнє значення питомої ваги грунту, що залягає нижче фундаменту, встановлено на позначці 0,0185 МН / м . Питоме зчеплення грунту під підошвою несучої будівельної конструкції становить 0,0037 МПа.

Таким чином, ми можемо обчислити розрахункове значення опору грунту R = (1,1 * 1,0 / 1,0) * (0,98 * 1 * 2,7 * 0,0185 + 4,93 * 1,5 * 0 , 0185 + 7,40 * 0,0037) = 0,2 М Па. Тепер необхідно зясувати, чи дотримується необхідне співвідношення між тиском безпосередньо під підошвою внецентренно навантаженого фундаменту і опором грунту.

Максимальне значення тиску під підошвою розрахуємо за формулою pmax = N / AФ + M / W. Нехай момент, присутній на поверхні конструкції, дорівнює 2,2 НМ, а момент, що відображає величину опору на поверхні фундаменту, - 50 НМ. Таким чином, значення максимального тиску pmax = 2,0 / 10,91 + 2,2 / 50 = 0,23 МПа. Мінімальний тиск під підошвою фундаменту буде розраховано наступним чином: pmin = 2,0 / 10,91-2,2 / 50 = 0,14 МПа.

Залишилося перевірити співвідношення між отриманими показниками і розрахунковим тиском грунту. Так, pmax = 0,23 МПа, R = 0,2 МПа. Таким чином, pmaxlt; 1,2R, тобто умова дотримується. pmin = 0,14 МПа, тобто pmin> 0, що свідчить про дотримання другої необхідної умови.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!