 |
Эпюры давлений на грунт при центральном и внецентренном нагружениях и их анализ
|
|
|
|
Грунты основания испытывают два вида давления:
бытовое s б, возникающее в грунтах под влиянием веса вышележащих слоев;
дополнительное s, возникающее под влиянием нагрузок от фундаментов.
Бытовое давление увеличивается с увеличением глубины залегания и определяется по формуле:
| (5) |
где z - глубина точки в которой определяется бытовое давление.
Дополнительное же давление, как показали исследования, уменьшается по мере удаления от подошвы фундаментов вглубь грунтов. Схема распределения давления в толще грунтов (по оси фундамента) показана на рис. 2.
Рис. 2. Бытовое s б и дополнительное s давления в грунте в в пределах сжимаемой толщи.
Ординаты эпюр давления на любой глубине hi от подошвы отложены от вертикальной оси фундамента. Слева от оси показана эпюра давления s б, справа от оси — эпюра давления s. Глубину h, где давление s h составляет 20 % от бытового s б, принято считать нижней границей сжимаемой толщи грунтов основания (глубиной активного слоя основания).
Давление от фундаментов s непосредственно под подошвой передается неравномерно (рис. 3). Однако при большой жесткости фундамента когда его собственные деформации несоизмеримо малы по сравнению с осадкой основания можно не учитывать криволинейного характера эпюры реактивных давлений, так как это оказывает малое влияние на размеры фундамента, но очень усложняет расчет. Поэтому в строительной практике принято для упрощения пренебрегать упругостью основания и считать, что давления от фундаментов на грунты основания распределяются по линейному закону. При этом условно принимают, что эпюра давления непосредственно под подошвой фундамента в зависимости от величины эксцентриситета е имеет при центральном сжатии форму прямоугольника (рис. 3, а и б), при внецентренном — форму трапеции (рис. 3, в) или треугольника (рис. 3, г и д).
|
|
|
Рис. 3. Эпюры давления грунтов под подошвой:
а –при глинистых грунтах; б –при песчаных грунтах; в –при внецентренной нагрузке, когда е < b/ 6; г –при внецентренной нагрузке, когда е = b/ 6; д –при внецентренной нагрузке, когда е > b/ 6.
Для принятой глубины заложения фундаментов, назначают форму подошвы фундаментов и расчетом определяют размеры и площадь подошвы в плане. Форму подошвы фундамента обычно выбирают в зависимости от конфигурации в плане надфундаментной конструкции. Она может быть квадратной, прямоугольной, круглой, кольцевой, многоугольной и более сложных очертаний.
Поскольку неравномерные осадки фундаментов могут вызвать появление в сооружении недопустимых деформаций, приводящих к разрушению конструкций или нарушению нормальных условий эксплуатации, то приходится ограничивать неравномерность осадок. Однако для расчета осадок фундаментов надо знать размеры подошвы и давление, передаваемое на грунты основания, т. е. выполнить расчет по второй группе предельных состояний (по деформациям).
Нагрузки, учитываемые при расчете оснований по деформациям. Нагрузки, передаваемые на фундаменты, могут быть постоянными и временными. К постоянным нагрузкам относятся вес сооружения, включая собственный вес фундамента; к временным — все полезные нагрузки, давление ветра, снега и т. п. Постоянные и временные нагрузки определяют и учитывают в соответствии с указаниями СНиП П-6-74 «Нагрузки и воздействия».
Нагрузки определяют основным, дополнительным и особым сочетанием нагрузок, действующих на фундамент, и его собственного веса. Для зданий и сооружений расчетные сочетания нагрузок также нормируются СНиП П-6-74.
Основным сочетанием нагрузок являются нагрузки от собственного веса конструкций, полезные, снеговые, от рабочих кранов. Дополнительным сочетанием нагрузок являются нагрузки, входящие в основные сочетания, а также нагрузки от ветра, монтажных кранов или воздействия температуры. Особые сочетания нагрузок складываются из особого воздействия (например, сейсмическая нагрузка), собственного веса конструкций, полезных нагрузок и ветра. Основные характеристики нагрузок и их нормативные значения установлены действующими нормами. Расчетная нагрузка равна произведению нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке.
|
|
|
Естественно, что такой расчет весьма затруднителен. Поэтому для большей определенности и уменьшения вычислительной работы размеры подошвы фундамента предварительно назначают из условия равенства среднего давления на основание под фундаментом рср условному значению расчетного давления R0, принимаемому в зависимости от вида и состояния грунта основания по таблицам СНиП П-15-74. В них величины R0 даны для условных фундаментов шириной b=1 и глубиной заложения h=2 м.
Площадь и размеры подошвы фундамента определяют по известным формулам теории сооружений для центрального сжатия от действия расчетных нагрузок. При этом распределение контактных напряжений по подошве фундамента принимается по линейному закону. Необходимо стремиться к тому, чтобы эти напряжения равномерно распределялись по всей площади подошвы фундамента. С этой целью определение размеров подошвы фундамента начинают с выбора положения центра подошвы относительно оси надфундаментной конструкции сооружения (опоры, колонны и т. д.). Если равнодействующая вертикальных нагрузок проходит через центр тяжести подошвы фундамента, то такой фундамент будет работать как центрально нагруженный. Нормальные напряжения под его подошвой распределяются равномерно, и крен такой фундамент испытывать не будет. В этом случае площадь подошвы будет наименьшей, так как прочность грунта используется максимально по всей площади опирания.
Определение размеров подошвы внецентренно нагруженных фундаментов. Внецентренно нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы. Обычно такое нагружение фундамента является результатом передачи на него надземными конструкциями момента и горизонтальной составляющей или результатом одностороннего давления грунта на его боковую поверхность.
|
|
|
Размеры внецентренно нагруженных фундаментов определяют из условия: максимальное осевое давление на грунт у края подошвы, вычисленное в предположении его линейного распределения под подошвой фундамента, не должно превышать 1,2R, а в угловой точке — 1,5R.
Рассмотрим общий вид ленточного фундамента под стену. Пусть на обрез фундамента действуют три составляющие нагрузки: NoII, MoII и ToII. Кроме того, на фундамент действуют его собственный вес НфII и вес обратной засыпки с одной стороны фундамента NгрII, создающий активное давление Ea на него как на подпорную стену. Зная внешние силы, можно найти составляющие усилий, передаваемых через подошву на основание: N = NoII + НфII + NгрII Т=ТoII + Еа.
Некоторые слагаемые могут равняться нулю или иметь отрицательный знак.
При проектировании, исходя из расчетного давления на грунт основания R, условно принимают, что реактивное давление распределяется по подошве жестких фундаментов по линейному закону.
Выравнивания давлений можно достигнуть, размещая центр тяжести площади подошвы как можно ближе к точкам приложения равнодействующих от различных сочетаний нагрузок.
В общем случае на внецентренно нагруженный фундамент действуют следующие нагрузки: в уровне спланированной отметки земли, полученные в результате сбора нагрузок, действующих на надземную часть здания. Кроме того, необходимо учесть вес самого фундамента Ищ, а также момент от обратной засыпки пазух и активного давления грунта на фундамент, как на подпорную стенку.
Рис. 5.15. Эпюры контактных напряжений при внецентренном нагружении
Рис. 5.16. Расчетная схема внецентренно нагруженного фундамента
Рис. 5.17. Расчетная схема к определению горизонтального давления на стену подвала
|
|
|
