Розрахунок позацентрово навантаженого стрічкового фундаменту під зовнішню стіну в будинку без підвалу
У цій статті буде розглянуто розрахунок позацентрово навантаженого стрічкового фундаменту. Така ситуація зустрічається особливо часто при влаштуванні фундаментів під зовнішні стіни – стіна може бути збита щодо осі стрічкового фундаменту. У результаті вертикальне навантаження передається не центрально, а з ексцентриситетом, виникає додатковий згинальний момент, збільшується крайовий тиск під фундаментом і, як наслідок, значно зростає ширина стрічки. Тому якщо ваша стіна збита щодо осі стрічкового фундаменту хоча б на 50 мм, у жодному разі не ігноруйте це, а врахуйте у розрахунку.
Щоб порівняти, наскільки може збільшитися ширина підошви стрічкового фундаменту та переконатися, наскільки важливим є наступний розрахунок, загляньте в таблицю нижче.
Ексцентриситет застосування навантаження на фундамент
Ширина підошви за результатами розрахунку
Посилання на статтю розрахунку
0,05 м
Як видно з таблиці, при решті однакових вступних даних одна лише величина ексцентриситету зіграла значну роль у розмірах підсумкової ширини підошви стрічки.
Завантажити файл з розрахунком без пояснень у форматі PDF можна тут.
Вихідні дані для розрахунку стрічкового фундаменту
На малюнку показано геометрію стрічкового фундаменту. Рівень природного рельєфу взято з інженерно-геологічного звіту (як і дані з усіх ґрунтів). При будівництві будинку рельєф буде знижений до рівня планування зрізанням, а пів першого поверху буде дещо вищим за рівень землі на вулиці.
Дуже важливим фактором є те, що підземна частина конструкції стіни розташована симетрично щодо осі фундаментної стрічки. А ось навантаження від вищележачих конструкцій Nc розташоване зексцентриситетом щодо цієї осі. Цей ексцентриситет може бути викликаний різними ситуаціями (див. малюнок нижче), і важливо визначити не тільки його величину, а й у який бік збито навантаження по відношенню до осі.
Вихідні дані у нашому розрахунку описують геометрію стіни. Зверніть увагу, що розрахунок можна побудувати так, щоб вводити потрібно було лише значення, позначені жовтим маркером – решта обчислюватиметься автоматично.
Значення А3 має бути не менше глибини промерзання ґрунту у вашому районі. Підлогу будинку потрібно робити вище за рівень землі.
Для спрощення розрахунку ми беремо не всю довжину стрічки, хоч би якою вона була, а лише один її погонний метр – так і з навантаженнями простіше буде оперувати, і з площами.
Характеристики ґрунту в даному розрахунку взяті з інженерно-геологічного звіту – і взято саме розрахункові значення характеристик для розрахунку підстав щодо деформацій.
Як видно з малюнка, фундамент залягає у другому шарі ґрунту ІГЕ-2, а в третьому присутні ґрунтові води.
Номер шару ґрунтів
Показники ґрунтів
Питома вага, т/м 3
Модуль деформації, т/м2
Зчеплення, т/м 2
Кут внутр. тертя
Коеф. Пористості
Обмеження тиску, т/м 2
Природний стан
Водонасичений стан
Природний стан
Водонасичений стан
Для цього нам не знадобляться коефіцієнт пористості і модуль деформації, але вони будуть потрібні при розрахунку осад фундаменту.
У нашому випадку ІГЕ-2 - просадний суглинок з початковим тиском просадки 16,5 т/м 2 , тобто. при такому тиску під підошвою ґрунт різко починає деформуватися,чого ми допустити не повинні. Тому ми задаємо початковий тиск просадки для цього шару трохи меншим, ніж 16,5 т/м 2 , щоб мати запас. Шар ІГЕ-2 є підставою для фундаменту, але якби він був десь глибшим, то згідно з п. 2.177 посібника, розрахунковий опір слід визначати за найслабшим грунтом – про це не слід забувати.
Отже, вихідні дані по ґрунтах зведені нижче до розрахункової таблиці. Зверніть увагу, що шарів ґрунту вже чотири, а не три. Для зручності третій шар розділений на два – сухий та водонасичений.
Завершальна частина вихідних даних – зворотне засипання та навантаження.
Навантаження на стіну в нашому випадку взято з прикладу збору навантажень "Збираємо навантаження на фундамент фундаменту будинку" для фундаменту по осі «1», тобто. для фундаменту під крайню стіну, і вона дорівнює сумі постійних і тимчасових навантажень з шостої таблиці прикладу 7391 кг/м + 724 кг/м = 8115 кг/м = 8,115 т/м (оскільки розрахунок у нас ведеться на 1 погонний метр фундаменту, то навантаження Nс береться не в тоннах на метр, а тоннах).
Ексцентриситет застосування навантаження в нашому прикладі дорівнює 0,1 м, збите навантаження у бік будинку.
Розрахунок стрічкового фундаменту виконується шляхом послідовних наближень. Щоб від чогось відштовхнутися, ми задаємося розрахунковим опором ґрунту (воно наближене і вибирається з таблиць посібника для ґрунту). Далі ми знаходимо попередню ширину підошви, за значеннями якої вже точніше визначатимемо розрахунковий опір грунту.
Визначення розрахункового опору ґрунту основи та ширини підошви фундаменту (розрахунок основи за деформаціями – за 2 граничними станами).
Насамперед, необхідно визначити, який шарґрунту є основою для нашого фундаменту та вибрати для нього кут внутрішнього тертя та питоме зчеплення з вихідних даних.
Питома вага ґрунту береться в середньому розрахунковому значенні з урахуванням питомої ваги всіх шарів ґрунту та їх товщин. Розрахунок цієї посередньої питомої ваги ведеться за формулою , де Хi – це питоме зчеплення i-го шару ґрунту, а hi – товщина цього шару. Порахувавши середнє значення чотирьох шарів, ми отримуємо значення 1,873 т/м 3 .
Зверніть увагу, що питому вагу ґрунту потрібно брати з урахуванням водонасиченого стану. У нашому випадку водонасичений 4 шар (бо він знаходиться нижче рівня грунтових вод).
Якщо в інженерно-геологічному звіті ви не знайдете значення питомої ваги ґрунту у водонасиченому стані, можна скористатися формулою (36) посібника.
Далі приступаємо до визначення розрахункового опору ґрунту.
Значення коефіцієнтів вибираємо з таблиці 43 посібника, у своїй треба враховувати дані пункту 2.178 у тому, які будівлі ставляться до жорсткої конструктивної схеми.
У кроці 6.2 ми визначимо всі навантаження, що діють, і наблизимось до остаточного визначення ширини підошви фундаменту.
Спочатку ми просто ділимо навантаження на розрахунковий опір і отримуємо ширину підошви навіть меншу, ніж ширина стіни. Округлюємо до ширини стіни 0,4м.
Але нам також необхідно дізнатися навантаження від власної ваги стіни, від ґрунту на зрізах фундаменту та від тимчасових навантажень на ґрунті та на підлозі – всі вони впливають на ширину підошви фундаменту. Т.к. зрізів фундаменту у нас поки немає, то N1 і Nвр на даному етапі вийшли рівні нулю, а ось власна вага вже склала 1,5 тонни.
Уточнюємо ширину фундаменту з новим навантаженням та отримуємо вже 0,5 м.Звичайно, так можна вилизувати до нескінченності, але ми поки що проігноруємо N1 і Nвр і знайдемо середній тиск під підошвою для ширини 0,5 м.
Середній тиск для такої ширини стрічки вийшов більшим, ніж ми можемо собі дозволити при обмеженні тиску на ґрунт 15 т/м2. Тому ми перераховуємо ширину підошви до такого розміру, щоб середній тиск був меншим за 15 т/м2 – отримуємо ширину стрічки 0,7 м.
Далі ми знову уточнюємо всі навантаження для ширини стрічки 0,7 м. І в п. 6.3 знову визначаємо середній тиск під підошвою фундаменту для уточнених значень – він виявляється більшим за наше обмеження. Тоді в п. 6.3а ми збільшуємо ширину фундаменту на стільки, щоб середній тиск під підошвою поменшав обмеження тиску. Коли це сталося, ми знову знаходимо значення всіх навантажень ширини підошви 0,8 м, а також уточнюємо значення розрахункового опору грунту. Після цього можна визначити момент, що діє щодо осі, що проходить через центр ваги підошви. Зверніть увагу, що Nc*e при знаходженні моменту береться з мінусом у разі, якщо збивання навантаження у бік будинку; якщо ж у бік вулиці, то потрібно у формулі ставити знак плюс.
Знак моменту дає нам зрозуміти, з якого боку буде максимальний тиск під підошвою стрічкового фундаменту.
Наступним кроком ми визначаємо ексцентриситет і перевіряємо кілька важливих умов (зміст їх описаний у статті "Розрахунок стрічкового фундаменту під зовнішню стіну в будинку без підвалу")
Подальший розрахунок може йти двома шляхами. Якщо епюра тиску під підошвою фундаменту має форму трапеції (при невеликому ексцентриситеті), то вважати треба за формулою (50) допомоги – у нас так і вийшло, і ми будемо вести подальший розрахунок за пунктом 6.7. Якбиексцентриситет виявився більшим, і епюра виявилася б трикутною (це означає, що в фундаменті може навіть вийти відрив від підошви), то вважати треба було б уже за формулою (51), а в нашому розрахунку вона прописана у п. 6.8. Я наведу обидва пункти в цьому прикладі – раптом комусь знадобиться алгоритм. Але для цього конкретного випадку п. 6.7 є завершальним до розрахунку.
Спочатку ми знаходимо pmax за стандартною формулою, в якій є тільки одна особливість: якщо сила Nc збита у бік будинку, то в розрахунку бере участь qет (тобто навантаження з боку будинку), а якби сила Nc була збита у бік вулиці , то замість qет у нас би вже була qгр (навантаження на ґрунті з боку вулиці).
Після визначення pmax насамперед потрібно порівняти його з розрахунковим опором ґрунту. І якби ми не мали обмеження тиску на грунт, то розрахунок на цьому можна було б закінчити. Але pmax перевищує задане обмеження, тому ми знову змушені збільшувати підошву і перераховувати всі значення (які з них стануть у нагоді нам при розрахунку осад фундаменту).
І як наслідок, у нас виходить ширина підошви фундаменту 1,2 м.
І насамкінець додам пункт 6.8, в якому показаний алгоритм розрахунку максимального тиску під підошвою у випадку з трикутною епюрою тиску.
Після того, як розрахунок виконаний, потрібно визначити осад фундаменту, але це вже тема окремої статті.