Меню

Задача расчет осадки фундамента методом послойного суммирования



Порядок расчета осадки фундаментов

Осадка фундамента

Вы здесь: Реконструкция деревянного дома =>Основания и фундаменты =>Пример расчета основания =>Осадка фундамента

Пример расчета

Ниже, в качестве примера, приведен расчет осадки основания фундамента реконструируемого деревянного дома. (см. описание фундамента и грунтовые условия на площадке строительства см. столбчатый фундамент на песчаной подушке).

Решение

Осадку основания фундамента s, см, с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства (см. п. 5.6.31) определяют методом послойного суммирования по формуле (5.16 )

s = β∑ni=1 (σzp,I — σγ,i)hi / Ei + β∑ni=1 σzγ,Ihi / Eв,i (5.16)

  1. Определяем среднее давления под подошвой при основном сочетании нагрузок для расчета основания фундамента реконструируемого деревянного здания по деформациям р = 88,26 кН
  2. Принимаем при ширине фундамента при b = 0,2 м высоту элементарного слоя грунта hi = hi,min / 2 = 0,04 м., учитывая, что согласно величина h, входящая в форумулу (5.16) должна быть не более 0,4 ширины фундамент: hi,min ≤ 0,4b = 0,4 × 0,2 = 0,08 м.
  3. Определяем средневзвешенный удельный вес грунта γ’ слоев I и II, лежащих выше подошвы фудамента

γ’ =(γ’1h1 +γ’2h2)/(h1+h2) = (12,0×0,2 + 18,4×0,4) / (0,2×0,4) = 1,63 кН / м3

  • где γ’1 и h1 — соотвственно удельный вес и толщина слоя I; γ’1 и h1 — соотвственно удельный вес и толщина слоя II;
  • По формуле (5.18) находим природное напряжение на уровне подошвы фундамента:

    σzg,0 = γ’d = 18,4 кН/м3 × 0,6 м = 11,6 кПа.

  • Интерполируя, определяем коэффициенты αi для прямоугольных фундаментов с соотношением сторон η = l/b = 0,4/0.2 = 2, α- коэффициент, принимаемый по таблице 5.8 СП 22.13330.2011, в зависимости от относительной глубины ξ, равной 2z/b;
  • По формуле (5.8) определяем величены напряжений σzg,i в элементарных слоях от собсвенного веса вышележажих слоев грунта и от внешней нагрузки σzp,i на глубине z. Нижняя границы сжимаемой толщи основания Hс определяется графическим способом как ордината точка пересечения кривой σzp с прямой 0,5σzg. Для упрощения расчета пренебрегаем снижением напряжений от собсвенного веса вынутого в котловане грунта. Результаты расчета приведены в нижеледующей таблице.

    z, м ξ α(η=1,8) α(η=2,4) α(η=2,0) σzp,кПа σzp,ср,кПа σzg,кПа σzg,ср,кПа 0,5σzg,ср,кПа s, см
    1 1 1 100,30 99,06 9,76 9,95 4,97 0,02
    0,04 0,4 0,975 0,976 0,975 97,82 92,51 10,52 10,89 5,45 0,02
    0,08 0,8 0,866 0,876 0,869 87,19 79,92 12,03 12,60 6,30 0,02
    0,12 1,2 0,717 0,739 0,724 72,65 65,88 14,30 15,05 9,13 0,01
    0,16 1,6 0,578 0,612 0,589 59,11 53,47 17,18 17,57 8,69 0,01
    0,2 2 0,463 0,505 0,477 47,84 43,43 21,10 22,23 11,12 0,01
    0,24 2,4 0,374 0,419 0,389 39,01 35,50 25,64 26,96 13,48 0,01
    0,28 2,8 0,304 0,349 0,319 31,99 29,30 30,93 32,44 16,22 0,01
    0,32 3,2 0,251 0,294 0,265 26,61 24,47 36,98 38,68 19,34 0,00
    0,36 3,6 0,209 0,25 0,223 22,33 20,63 43,78 45,67 22,84 0,00
    Средняя осадка фундамента, см 0,10

    Нижняя граница сжимаемой толщи основания Hc = 0,35 м. Средняя осадка фундамента s = 0,10 см и относительная разность осадок Δs/Lu = 0,10/170 = 0,0006 не превышает предельных деформаций основания фундаментов здания с деревянными конструкциями на столбчатых фундаментах. Согласно п.6.8.10 при заложении фундаментов выше расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов (малозаглубленные фундаменты) необходимо производить расчет деформаций морозного пучения грунтов основания с учетом касательных и нормальных сил морозного пучения.

    Порядок расчета осадки фундаментов

    Разрушение стен дома от неравномерной осадки фундамента

    Любое строение со временем подвержено проседанию. Фундамент здания должен осесть в расчётных пределах. Если основание дома опустилось равномерно по всей площади опирания, то расчёт осадки фундамента произведён правильно.

    В противном случае неравномерное проседание фундамента или свайного поля может привести к деформации несущих конструкций сооружения, что приведёт к повреждению строения.

    Особенно велик риск неравномерного проседания оснований большой площади опирания, поэтому необходимо точно рассчитать допустимую осадку основания здания.

    Применение метода

    Методом послойного суммирования рекомендуется пользоваться, если нужно определить не только основные факторы осадок, но и вторичные или дополнительные, возникающие только в конкретных ситуациях.

    1. Определить осадку отдельно стоячего фундамента или комплекта оснований, расположенных недалеко друг от друга или с ними состыкованных.
    2. Используется при расчетах оснований, сделанных из неоднородных материалов. Такие параметры отображаются в изменениях модуля деформации с возрастанием глубины залегания.
    3. Как правило, метод дает возможность рассчитать осадку сразу по нескольким вертикалям, причем тут можно опускать параметры угловых переменных, а использовать центральные или периферийные параметры. Но это возможно сделать только при условии, если фундамент имеет слои по всему своему периметру, их толщина и структура одинаковые.

    Такие осадки часто возникают от соседних фундаментов, ведь с ростом нагрузки на площадку неизбежно возникают просадки почвы, особенно при использовании мощных тяжелых конструкций. Но тут часто проектировщики сталкиваются с проблемой именно создания этюдов осадок, ведь нужно четко определить по оси вертикали именно те силы, которые возникли от воздействия соседних оснований.

    Читайте также:  Фундамент для детского игрового домика

    Расчет осадки ленточного фундамента

    Расчетная схема методом послойного суммирования осадки ленточного фундамента

    Для примера можно взять ленточный фундамент, который имеет ширину 120 см (b ) и глубину залегания 180 см (d). Он устроен на трех слоях грунта. Общее давление под подошвой на почву составляет 285 кПа.

    Каждый слой грунта имеет следующие показатели:

    1. Маловлажный грунт средней плотности и пористости, основной компонент – мелкозернистый песок, пористость е1= 0,65, плотность γ1 = 18,7 кН/м³, степень деформации Е1 = 14,4 МПа.
    2. Второй слой более тонкий, состоит из крупнозернистого, насыщенного влагой песка. Его показатели, соответственно, составляют: е2 = 0,60, γ2 = 19,2 кН/м³ и Е2 = 18,6 МПа.
    3. Следующий слой – суглинок, параметры JL = 0,18, γ3 = 18,5 кН/м³ и Е3 = 15,3 МПа.

    По данным геодезической службы и топографической разведки, грунтовые воды в расчетном регионе расположены на глубине 3,8 метра, поэтому их влияние на основание можно считать практически нулевым.

    Итак, учитывая, что метод послойного суммирования – это создание нескольких графических этюдов вертикального напряжения в грунтах, тогда пора их создать для расчета допустимой нагрузки на почву.

    На поверхности земли σzg = 0, а вот на глубине 1,8 метра (уровень подошвы), σzg 0 = γ1d = 18,7Κ·1,8 = 33,66 кПа.

    Теперь нужно рассчитать ординаты эпюры вертикального напряжения на стыках нескольких грунтовых слоев:

    Также стоит учесть, что второй слой грунта насыщен водой, поэтому тут не обойтись без расчета допустимого давления столба воды:

    Ysb2 = (Ys2-Yw)/(1 + e2) = (26.6 -10.0)/(+0.60 1) = 10, 38kPa

    Теперь внимание. В примере четко указано, что третий слой грунта принимает на себя не только давление двух верхних слоев, но и столба воды, поэтому этими параметрами пренебрегать нельзя

    Таким образом, напряжение по подошве фундамента будет рассчитано по формуле:

    Дополнительное давление под подошвой:

    Далее все параметры этюдов напряжения нужно выбирать с расчетных таблиц СНиПа. В итоге получается, что осадка S1 первого слоя песка будет составлять:

    Осадка более крупного песка:

    Полная осадка фундамента, посчитанная методом послойного суммирования, будет составлять:

    По параметрам, указанным в СНиП 2.02.01—83* для сооружений, возведенных на ленточных фундаментах с учетом указанных типов грунтов, параметр усадки соответствует норме.

    Нюансы расчёта свайного фундамента

    Некоторые особенности влияния нагрузки существуют для свайного фундамента. Поэтому рассмотрим пример вычисления.

    Основные показатели, которые фигурируют в расчётах:

    1. Радиус свай.
    2. Длина.
    3. Количество.
    4. Расстояние, на котором размещаются соседние элементы.

    Данный пример предусматривает упрощённые вычисления.

    Начнём с вопроса, каким должен быть радиус винтовых свай:

    • радиус 28,5 мм подходят для обустройства ограждений;
    • сваи радиус 38 мм имеют несущую способность до 3 тонн. Применяются для закладки фундамента для лёгких построек;
    • 44,5 мм – сваи, которые используют для одноэтажных построек, каркасных домиков и прочее. Несущая способность до 5 тонн;
    • радиусом 54 мм можно использовать для закладки как одноэтажных, так и двухэтажных строений небольшого веса. Способны выдержать влияния нагрузки 7 тонн.

    Расстояние между сваями также зависит от предполагаемой нагрузки. Если для постройки здания применяется газобетон или шлакоблоки, то шаг составляет 2 м, для более лёгких каркасных строений, не более 3 м.

    Расчет осадки фундамента

    Рассчитать осадку фундамента можно несколькими способами. Основным и самым проверенным способом определения конечной, полной осадки является метод суммирования осадок отдельных слоев. Для каждого из слоев необходимо определить свое значение степени деформации. Слои следует рассматривать в пределах определенной толщи грунта — в активной зоне, а деформации, которые происходят ниже этого уровня грунта, можно исключить. Метод суммирования осадок отдельных слоев можно использовать для определения любых осадок.

    Также рассчитать осадку можно методом эквивалентного слоя, который позволяет определить осадку с учетом ограниченного бокового расширения. Эквивалентный слой — это такая толщина грунта, которая в условиях невозможности бокового расширения (при загруженности всей поверхности сплошной нагрузкой) дает осадку, которая равна по величине осадке фундамента, имеющего ограниченные размеры при нагрузке той же интенсивности. То есть, в этом случае пространственная задача расчета осадок может заменяться одномерной.

    Расчёт осадки ленточного фундамента

    Кроме метода послойного суммирования существуют различные методики определения величины проседания здания. При условиях отдельно стоящего строения с учётом сопротивления грунтового основания и других сил, только использование метода послойного суммирования будет наиболее верным расчётом.

    Способ основан на создании эпюр напряжений в многослойной почве по каждой вертикальной оси.

    Схемы расчётов по методу сложения усадки слоёв почвы

    Определение осадки ленточного фундамента производится с целью, чтобы:

    • определить величину просадку монолитной ленты с присоединёнными другими основаниями;
    • выполнить точный расчёт осадки основания здания, возведённого из разных материалов;
    • определить осадочный характер и физические свойства основания здания, которые связаны с изменением показателя деформации по мере увеличения глубины заложения фундамента.
    Читайте также:  Монолитный железобетонный фундамент под кирпич

    Данная методика расчета определяет показатели основания по каждому сочетанию вертикальных осей, без учёта угловых переменных, используя периферийные значения и центральный показатель. Сделать это возможно при залегании по периметру основания строения равномерных структурных слоёв почвы.

    Схема построения графика напряжений по группам вертикальных осей

    Обозначения по СНиП 2.02.01-83:

    • S — показатель осадки;
    • zn – средняя величина напряжения вдоль вертикальной оси в слое «n»;
    • hn, En – толщина сжатия и индекс деформации слоя «n»;
    • n – удельная масса почвы в «n»;
    • hn — высота слоя «n»;
    • b = 0,8 – постоянный коэффициент.

    Ширина ленточного монолитного фундамента – 1200 мм (b), глубина заложения составит 1800 мм (d).

    Видео «Расчёт сопротивления грунта»:

    Пример определения величины осадки ленточного фундамента

    Общая нагрузка от веса здания на почву составит 285000 кг•м−1•с−2. По каждому слою отмечают такие значения:

    1. Верхний слой — сухая почва (песок мелкой фракции, с показателями пористости e1 = 0,65; плотностью y1 = 18,70 кН/м³, индексом сжатия Е1 = 14400000 кг•м−1с−2).
    2. Средний слой – мокрый крупный песок с соответствующими показателями: e2= 0,60, γ2 = 19,20 кН/м³; Е2 = 18600000 кг•м−1с−2.
    3. Нижний слой грунта – суглинок с соответствующими значениями: e3 = 0,180; y3 = 18,50 кН/м³; Е3 = 15300000 кг•м−1с−2.

    Слои залегания грунта с различными показателями усадки

    Результаты исследований грунта взяты в местном геолого-геодезическом управлении. Грунтовые воды на территории застройки находятся на расстоянии от поверхности земли 3800 мм. глубина залегания грунтовых вод такой величины не имеет значения даже для заглубленного фундамента здания. В этом случае воздействие грунтовых вод на осадку здания считают мизерным, то есть практически никаким.

    Для нанесения графика эпюр и расчета критических нагрузок на грунт производят действия согласно СНиП 2.02.01-83.

    В результате получают следующие показатели по каждому слою почвы: S1 = 11,5 мм; S2 = 13,7мм; S3 = 1,6 мм.

    Суммарное проседание основания здания составит:

    Расчёт осадки свайного основания

    Определяют осадки свайного фундамента методом послойного суммирования.

    Вид свайного основания здания

    Полный расчёт осадки свайного основания выполняется проектной организацией на протяжении от нескольких дней до 2-х недель. Проектировщики пользуются специальными компьютерными программами. Человеку, не имеющему специального образования, сделать это самостоятельно практически невозможно.

    Произвести расчёт осадки свайного основания небольшого частного дома можно упрощённым способом, что под силу каждому застройщику.

    Используя схемы расположения различных видов свай и расчётных формул, указанных в СП 24.13330.2011, можно определить как величину осадки одиночной сваи, так и степень проседания всего свайного поля.

    Применяют различные методики определения величин осадки разных типов фундаментов, в основном, для крупных объектов промышленного и гражданского назначения.

    Особенности расчёта нагрузки от типа основания

    После того как определились с глубиной заложения фундамента необходимо рассчитать его ширину и другие параметры в зависимости от его вида. Перед тем, как рассчитать нагрузку на фундамент, определяемся с глубиной его заложения с учетом типа почвы. После этого стараемся определить остальные параметры. Для этого выполняем сбор нагрузок:

    • материалов, из которых будут возводиться стены;
    • деревянных конструкций, стропил, балок;
    • материалов используемых для кровли;
    • предполагаемый вес мебели и людей, которые будут проживать в доме.

    Определив все составляющие, необходимо высчитать количество материала и его вес. Полученные результаты умножают на показатель надежности статических нагрузок. Для каждого вида он различен:

    • металл – 1,05;
    • дерево – 1,1;
    • железобетон заводской – 1,2;
    • железобетон, приготовленный своими руками – 1,3;
    • полезные нагрузки – 1,2;
    • снеговая нагрузка – 1,4.

    Несколько советов по заложению фундамента

    Многие, особенно начинающие строители, стремясь повысить качество и надёжность основания, допускают некоторые ошибки. Попробуем указать на основные нюансы:

    Увеличивая высоту ленты основания можно добиться высокой степени жёсткости. Но данный показатель не всегда приводит к положительным результатам и уменьшает влияния на него нагрузок. Приходиться выполнять армирование фундаментов, которое повышает степень напряжения. Основанию необходимо придать гибкость, тем самым снизить коэффициент жёсткости.
    Сложно выполнить расчёты деформаций от нагрузки, которые оказывают такие факторы, как морозное пучение или влияния грунтовых вод. Они могут со временем меняться. Поэтому лучше всего обращаться к специалистам для определения типа грунта и влияния климатических условий

    Для предотвращения возникновения деформаций основания, следует обратить внимание на мероприятия по усилению, как самого фундамента, так и цоколя со стенами.
    Для снижения воздействия на основание морозов в зимнее время и демисезонной влаги рекомендуется провести ряд мероприятий по утеплению и гидроизоляции. В том случае, когда они запланированы, то данный фактор надо учесть при расчёте нагрузки.

    Читайте также:  Как проверить дренаж фундамента

    Если же к этой ответственной задаче приступили самостоятельно, то можно использовать специальные программы например Лира. Это компьютерная программа, которая позволяет выполнять строительные расчёты. Необходимо только правильно ввести все параметры, а техника посчитает и выдаст результат: расчёт фундамента при горизонтальной нагрузке, площадь подошвы и толщину подушки. К тому же, это отличная проверка самостоятельных расчётов. Не стоит забывать и об онлайн калькуляторах.

    Предельно допустимые осадки фундаментов

    На сегодняшний день отсутствуют убедительно обоснованная нормативная величина предельно допустимой дополнительной осадки зданий. Нормативные документы, как правило, не делают различия между первоначальной, полученной при строительстве, и дополнительной осадкой. Предельная средняя осадка кирпичного здания по документам составляет примерно 10-12 см.

    Стоит отметить, что первоначальные осадки фундамента на однородном грунтовом основании равномерны по пятну застройки, поэтому даже при большой допустимой средней осадки (10-12 см), также удовлетворяются и требования в отношении неравномерности осадок. А, как известно, результатом неравномерности являются перекосы здания и возникновение трещин.

    По стандартам, предельно допустимая осадка для зданий 1-ой категории технического состояния составляет 5 см, а для зданий 2-ой и 3-ей категории, уже имеющих деформации — 3 и 2 см.

    Как показывают наблюдения, кирпичные здания 1-й и 2-й категории состояния при локальной дополнительной осадке 5 см могут получить серьезные повреждения. В стенах будут образовываться сквозные трещины, а при возникновении вертикальной трещины ее раскрытие сопоставимо с величиной осадки. Сдвиг плит сборных перекрытия при этом по площадкам опирания очень близок к предельному. В этом случае ремонт здания потребует выселения жильцов, выборочного усиления конструкции и восстановление внутреннего и наружного декора. При осадках 3 и 2 см потребуется ремонт меньшего объема. Так можно ли считать допустимой осадку фундамента 2-5 см? Конечно, если за критерий допустимости принимать отсутствие обрушения конструкций, и нельзя, если за критерий допустимости принимать отсутствие повреждений, которые требуют ремонта.

    Исходные данные

    Справка и принятые обозначения (нажать, чтобы открыть/закрыть)

    В расчетах приняты следующие единицы измерений: тонны, метры.

    Согласно СП 22.13330.2011 коэффициент к природному давлению для определения глубины сжимающей толщи принимается равным 0.5. Поправка коэффициента до значения 0.2 производится автоматически в том случае, когда нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации E 2

    Если в пределах глубины сжимаемой толщи залегает слой грунта с модулем деформации Е > 10000 т/м2, то она принимается до кровли этого грунта

    При указании того, что слой обводнен, следующий слой без воды принимается водоупором с получением соответствующего скачка на эпюре природного давления. При этом обозначение слоя в виде водоупора в сводной таблице без подробной разбивки не выводится.

    Ei — модуль деформации составляющего слой грунта, т/м2

    kE,e,i — множитель к модулю деформации для перехода к модулю деформации по вторичной ветви (для сооружений нормального уровня ответственности допускается принимать равным 5.0)

    γi — удельный вес грунта, т/м3

    γs,i — удельный вес частиц грунта, т/м3

    hi — толщига слоя грута, м

    e — коэффициент пористости

    Данные по первому слою приведены в качестве примера.

    Расчетная нагрузка на основание Fz (т):

    Коэффициент к природному давлению для определения глубины сжимающей толщи (от 0.2 до 1.0, по СП рекомендуется принимать 0.5):

    Дополнительное давление к эпюре природного давления (т/м2):

    Глубина заложения фундамента (м):

    Ширина или диаметр фундамента (м):

    Длина фундамента (м, только для прямоугольного типа):

    Число слоев грунта (n ≤ 10):

    Причины появления осадки фундамента

    Состав грунта – это одна из самых главных причин, из-за которой возникает осадка основания дома. Почва делится на виды и каждый обладает своей прочностью. Самыми прочными видами почвенного покроя являются скальный грунт и дисперсная почва. По-другому эти почвы называют несвязными, так как они не сохранят в себе влагу.

    В основе первого вида почвы лежат монолиты, а второй вид состоит из минерального зерна различного размера. Но существуют связные виды почву, они поглощают и сохраняют в себе влагу, поэтому основной составляющей этих типов почвенного покроя является глина, из-за чего слой грунта приобретает свойство подвижности и деформации. В холодное время года, содержащаяся в таких типах почвы влага, замерзает и слой грунта расширяется. Первая причина – связный слой грунта почвы. Вторая причина – особенности конструкции основания дома. Третья причина – неправильно распределенное давление стен на фундамент. При строительстве дома следует учитывать все эти факторы, чтобы в будущем не столкнуться с данной проблемой.

    Данные по составу грунтового массива основания

    Наличие воды:Без водыВодонасыщенныйВодоупор

    Источник