3.3.3. Внецентренно нагруженные фундаменты

Размеры внецентренно нагруженных фундаментов определяются исходя из условий:

;

;

;

где p (или σ) – среднее давление под подошвой фундамента от нагрузок;

(или ) – максимальное краевое давление под подошвой фундамента;

(или ) – то же, в угловой точке при действии моментов сил в двух направлениях;

R – расчетное сопротивление грунта основания.

Максимальное и минимальное давления под краем фундамента мелкого заложения при действии момента сил относительно одной из главных осей инерции площади подошвы определяются по формуле:

,

где – суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его обрезах (кН);

A – площадь подошвы фундамента (м²);

M_x – момент сил относительно центра подошвы фундамента (кН·м);

y – расстояние от главной оси инерции, перпендикулярной плоскости действия момента сил, до наиболее удаленных точек подошвы фундамента (м);

J_x – момент инерции площади подошвы фундамента относительно той же оси (м⁴).

Для прямоугольных фундаментов формула (3.6) приводится к виду:

,

где e – эксцентриситет:

.

При определении размеров фундамента рекомендуется ограничить относительный эксцентриситет ε следующими значениями:

ε_u – для фундаментов под колонны с мостовыми кранами грузоподъемностью 75 т и выше, открытых крановых эстакад с кранами грузоподъемностью 15 т, для высоких сооружений (трубы, здания башенного типа и т. п.) и в случаях, когда расчетное сопротивление грунта R меньше 150 кПа;

ε_u – для остальных производственных зданий с мостовыми кранами и открытых крановых эстакад;

ε_u – для бескрановых зданий, а также для производственных зданий с подвесным крановым оборудованием.

Определение размеров фундамента проводится в следующей последовательности:

1. Определяют нагрузку на фундамент.

2. Производят оценку инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства, определяют нормативные и расчетные значения характеристик грунтов.

3. Производят планировку площадки строительства, осуществляют привязку здания к местности и определяют глубину заложения фундамента.

4. Определяют размеры фундамента из выражений (3.4) и (3.5), уточняют полученные размеры фундамента по конструктивным соображениям.

5. Вычисляют собственный вес фундамента по формуле

.

6. Вычисляют среднее P и краевые P_max давления под подошвой фундамента.

7. Проверяют условие P≤R , , .

8. Проверяют соблюдение условий относительно эксцентриситета:

ε ; ε ; ε .

Если не соблюдаются условия пп. 7 и 8 необходимо сдвинуть плиту фундамента относительно стакана в сторону действия наибольшего по абсолютной величине момента из сочетаний «М+» и «М–» на

Если условия пп. 7 и 8 не выполняются и в этом случае, необходимо увеличить размеры подошвы фундамента.

Найденную величину смещения e_см следует округлить в меньшую сторону до удобного размера и принять за постоянную величину для данного фундамента. Эксцентриситет усилия N в уровне подошвы фундамента с учетом смещения e_см определяется по следующей формуле:

Здесь надо придерживаться следующих правил знаков: если моменты N и Q совпадают по направлению, то между ними ставится знак плюс; далее, если направление действия момента M совпадает с направлением смещения e_см, то смещение учитывается со знаком минус.

Пример:

Определить размеры фундамента для здания гибкой конструктивной схемы без подвала, если вертикальная нагрузка на верхний обрез фундамента N = 10 МН, момент M = 8 МН·м, глубина заложения d = 2 м. Грунт – песок средней крупности со следующими характеристиками полученными по испытаниям, e = 0,520; φ = 37°; с = 4кПа; ρ = 19,2 кН/м³.

Предельное значение относительного эксцентриситета

ε_u .

Решение:

По таблице СНиП 2.02.01-83

R₀ = 500 кПа.

Предварительные размеры подошвы фундамента определяем исходя из требуемой площади:

м².

Принимаем bl = 4,2·5,4 м (A = 22,68 м). Расчетное сопротивление грунта по вышеприведенной формуле; вычисляем: R = 752 кПа.

Максимальное давление под подошвой:

870 < 900.

Эксцентриситет вертикальной нагрузки

;

то есть

ε ε_u=0,16.

Таким образом, принятые размеры фундамента удовлетворяют условиям, ограничивающим краевое давление и относительный эксцентриситет нагрузки.

В качестве предельного давления на основание принимается расчетное сопротивление грунтов основания R.

При расчете деформаций основания среднее давление под подошвой фундамента (от нагрузок для расчета оснований по деформациям) не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания, кПа.