1.2. Розрахункова схема будівлі та навантаження на фундамент
Для подальших розрахунків фундаментів креслять план та поперечний розріз будівлі, параметри якої наведені в завданні.
В курсовому проекті розрахункові навантаження на фундаменти будівлі приймаються за основним сполученням навантажень згідно завдання.
В курсовому проекті розрахункові навантаження і впливи на основи, що передаються фундаментами будівель та споруд, повинні встановлюватися розрахунком, як правило, з урахуванням спільної роботи будівель з основою для різних розрахункових ситуацій. Види навантажень і впливів визначають згідно з ДБН В.1.2-2-2006, а розрахункові ситуації – згідно з ДБН В.2.1-10-2018. Для попередніх розрахунків навантаження допускається обраховувати за правилом вантажних площ.
Навантаження на основу допускається визначати без урахування їх перерозподілу надфундаментною конструкцією для об'єктів класу СС3 та СС2 – при попередніх розрахунках, визначенні середніх величин деформації основи або загальної стійкості ґрунтів основи разом з будівлею. Розрахунок фундаментів за деформаціями основ повинен виконуватись на основне сполучення, за несучою здатністю – на основне сполучення, а за наявності особливих навантажень і впливів – на основне і особливе сполучення. При цьому навантаження на перекриття і снігові навантаження, що згідно з нормами [3] можуть відноситись як до змінних тривалих, так і до короткочасних, при розрахунку основ за несучою здатністю враховують їх як короткочасні, а при розрахунку за деформаціями як довготривалі. Навантаження від рухомого підйомно-транспортного обладнання в обох випадках враховують як короткочасні.
2. РОЗРАХУНОК І КОНСТРУЮВАННЯ ОКРЕМО РОЗТАШОВАНОГО СТОВПЧАСТОГО ФУНДАМЕНТУ МІЛКОГО ЗАКЛАДАННЯ НА ПРИРОДНІЙ ОСНОВІ
2.1. Визначення глибини закладання фундаменту
Глибина закладання підошви фундаментів мілкого закладання на природній основі приймається на одній позначці для всієї будівлі, вона залежить від позначки закладання найбільш завантаженого фундаменту.
Глибина закладання підошви найбільш завантаженого фундаменту назначається після планування майданчика зрізкою за такими факторами:
1. За інженерно-геологічними умовами будівельного майданчика із розрахунку, що фундаментом прорізаються ненадійні покривні ґрунти (рослинний шар, мул, насипний шар і тому подібне) так, щоб підошва фундаменту була заглиблена в несучий шар ґрунту не менше ніж на 0,5 м.
Таким чином, глибина закладання фундаменту від рівня планування зрізкою d1 визначається за формулою:
(2.1)де h1 – потужність покривного шару після планування ґрунту, м;
а – глибина прорізання фундаментом несучого, що йде за покривним, шару ґрунту, а ≥ 0,5 м (за умови, що під фундаментом його товщина більша 1 м).
2. За районом будівництва з урахуванням глибини промерзання ґрунту за умови, що підошва фундаменту завжди перебуватиме в незамерзаючому ґрунті. Нормативна глибина промерзання ґрунту dfn обраховується за формулою:
(2.2)де dо– величина, що дорівнює для: суглинків і глин dо = 0,23 м;
Mt – безрозмірний коефіцієнт, що чисельно дорівнює сумі абсолютних значень середньомісячних негативних температур за зиму в районі будівництва, встановлюється згідно з таблицею 2 ДСТУ-Н Б В.1.1-27:2010.
Розрахункову глибину сезонного промерзання ґрунту df = d2 визначають за формулою:
(2.3)де kh – коефіцієнт, що враховує вплив теплового режиму споруди, приймають: для зовнішніх фундаментів опалюваних будівель згідно з таблицею Г.1 [1], для зовнішніх і внутрішніх фундаментів неопалюваних будівель, а також при зведенні будівлі в зимовий період з негативними температурами – kh = 0,6. В курсовому проекті kh визначається за умови, що розрахункова середньодобова температура повітря в приміщенні, яке примикає до зовнішніх фундаментів, t = 15°С, а підлога будівлі влаштовується по ґрунту.
3. За глибиною закладання фундаментів будівель, які розташовані поруч, з урахуванням, що глибина закладання фундаменту d3 буде рівній глибині закладання суміжних фундаментів або глибині прокладання інженерних комунікацій d', тобто:
(2.4)
4. За призначенням і конструктивними особливостями будівлі, що проектується, або величиною навантаження на фундамент глибина закладання його підошви приймається рівній глибині d4:
3000 кН < N ≤4000 кН – d4 = 2,5-3,0 м
N=3600 kH
D4=3.0
5. За технологічними особливостями будівлі (наявність підвалів, підземних каналів, інженерних комунікацій в межах будівлі, що проектується) глибина закладання підошви фундаменту приймається рівній глибині d5:
(2.5)де hп – глибина від рівня планування до поверхні підлоги підвалу, підземних каналів, інженерних комунікацій, м.
За остаточну глибину закладання підошви фундаменту приймають найбільшу з величин, отриманих при аналізі вище зазначених факторів впливу. Отже, розрахункова глибина закладання фундаменту від рівня планування ґрунту d, м, відповідає рівнянню:
(2.6)
де dmax – найбільша з обрахованих глибин закладання підошви фундаменту.
Розрахункова глибина закладання фундаменту від поверхні природного рельєфу dn, м, визначається залежністю:
(2.7)де dn – глибина планування поверхні майданчика зрізкою, м.
2.2.Визначення розмірів підошви фундаменту
Згідно з ДБН В.2.1-10-2018 фундаменти споруд слід проектувати виходячи з розрахункових схем, що передбачають сумісне деформування об'єктів з основами, з урахуванням типу основ (природні чи штучні), характеру чи способу передачі навантажень від будівель та споруд на основи; схеми можливого розвитку деформацій основи в залежності від глибини закладання фундаментів (малозаглиблені, мілкого закладання, заглиблені та глибокого закладання); типу власної конструкції фундаментів.
Фундаменти малозаглиблені та мілкого закладання передають навантаження на основу по підошві тиском. Фундаменти заглиблені і глибокого закладання по підошві – тиском, а по бічній поверхні фундаменту – тертям.
До малозаглиблених слід відносити фундаменти, підошва яких розташовується в межах глибини промерзання ґрунтів, до мілкого закладання – фундаменти будівель із підпіллям чи підвальним поверхом.
1. Попередньо площу підошви фундаменту А, м2, і його розміри в плані b та l, м, визначають із припущенням, що фундамент має ширину b=1 м. Також приймається, що глибина фази зсуву ґрунту під підошвою не перевищує 0,25 b, тоді розрахунковий опір ґрунту R, кПа, що перебуває під підошвою фундаменту, розраховують за формулою:
(2.8)де: γс1, γс2 – коефіцієнти умов роботи, приймаються за таблицею Е.7 в залежності від виду ґрунту основи і конструктивних особливостей споруд із жорсткою конструктивною схемою при відношенні довжини споруди до її висоти L/H. Для будівель із гнучкою конструктивною схемою γс2 = 1, γс1=1,25;
k – коефіцієнт, що приймається k=1, якщо характеристики міцності ґрунту визначені безпосередньо при випробуванні ґрунту;
Мγ, Мg,– коефіцієнти, які визначаються за таблицею в залежності від кута внутрішнього тертя φII ґрунту, що служить основою фундаменту. Значення φII, γII знаходять для шару завтовшки z=0,5b нижче підошви фундаменту (рис. 2.4).
γII – усереднене розрахункове значення питомої ваги ґрунтів, що залягають нижче підошви фундаменту, кН/м3, γII=16,3
kz – коефіцієнт, що приймається: при b ≤ 10,0 м – kz=1;
d – глибина залягання фундаментів безпідвальних будівель чи споруд від рівня планування, d=3,65м.
Рис. 2.4. Схеми для визначення:
а) – усереднених фізико-механічних характеристик ґрунтів γII, γ'II, сII, φII;
2. Використовуючи розрахунковий опір ґрунту R = R' в першому наближенні розраховують площу підошви фундаменту А', м2, за формулою:
(2.9)де N – вертикальне навантаження на фундамент, кН;
γср– усереднене розрахункове значення питомої ваги фундаменту з ґрунтом на його виступах, γср = 20 кН/м3.
3. За визначеною площею підошви фундаменту А' в першому наближенні розраховують розміри фундаменту в плані b' та l', м, за формулою:
(2.10)де n – відношення сторін фундаменту;
Якщо на фундамент діють зусилля N, Mx і My, то відношення сторін вибирають в межах n = 1,2...1,65, якщо ж на фундамент діє лише вертикальна сила N, то n = 1.
4. Перевіряється збіжність розмірів підошви фундаменту в першому і
другому наближенні за формулою:
(2.11)
Якщо умова (2.11) не виконується, то необхідно повторити коло розрахунків: R'''→A'''→b'''→l''' і перевірити збіжність розмірів підошви фундаменту в другому та третьому наближенні
і т.д., до випадку коли 
.5. Визначається розрахунковий опір ґрунту основи R'' із урахуванням уточненої ширини підошви фундаменту
:
(2.12)
6. За визначеним значенням розрахункового опору ґрунту основи R'' розраховують площу підошви фундаменту в другому наближенні:
(2.13)
7. За визначеною площею підошви фундаменту А' в першому наближенні розраховують розміри фундаменту в плані b' та l', м, за формулою:
(2.14)
8. Перевіряється збіжність розмірів підошви фундаменту в першому і
другому наближенні за формулою:
9. Перевірка контактних краєвих напружень:
(2.15)
У зв’язку з тим, що умова не виконується збільшуємо розміри фундаменту з 3,85 на 4,5 = А=20,25м2.
10. За розрахунковими розмірами підошви фундаменту перевіряється крайові тиски під підошвою фундаменту σmaxта σmin, кПа. Максимальний крайовий тиск σmaxпри дії згинального моменту уздовж кожної осі фундаменту не повинен перевищувати 1,2 Rі в кутовій точці 1,5 R(тут R– розрахунковий опір ґрунту основи), а мінімальне значення крайового тиску відповідати вимозі σmin≥ 0, тобто щоб не було відриву краю підошви фундаменту від основи. σmaxта σminобраховують за формулами:
(2.16)
де: N – вертикальне навантаження на фундамент, кН;
А – площа підошви фундаменту з розрахунковими розмірами, м2;
Мх, Му– згинальні моменти, що передаються на фундамент уздовж їх осей х та у, кНм;
Для прямокутного в плані фундаменту моменти опору його підошви визначають за формулами:
; 
(2.17)
Wх, Wу– моменти опору підошви фундаменту навколо осей х та у, м3, (рис. 2.3).
(2.18) 
2.3 Конструювання фундаменту під колонну та вибір типу фундаменту
В курсовому проекті розглядаються фундаменти під колони із збірного залізобетону (в завданні позначення зЗБК), із монолітного залізобетону (мЗБК) або із металу (МК). За конструкцією це окремо розташовані стовпчасті фундаменти, що зводяться у котлованах з вийманням ґрунту. З метою економії бетону такі фундаменти рекомендується проектувати з плитною частиною ступінчастого типу.
Фундаменти виготовляють із монолітного залізобетону. Для виготовлення монолітного фундаменту застосовують важкий бетон класу С12/15, С16/20 і С20/25 (марка бетону згідно ДСТУ Б В.2.7-215:2009), гладку арматуру класу А240С (марка сталі згідно ДСТУ 3760-2006) або арматуру періодичного профілю класу А400С (марка сталі згідно ДСТУ 3760-2006). Бетонну підготовку під фундамент влаштовують з бетону класу С8/10 товщиною 100 мм.
Верхній обріз окремо розташованих стовпчастих фундаментів під збірні і монолітні залізобетонні колони будівель (рис. 2.5 і 2.6а) приймається на позначці – 0.150 м, тобто на 150 мм (товщина покриття підлоги) нижче рівня підлоги першого поверху (позначка 0,000 м).
Верхній обріз окремо розташованих стовпчастих фундаментів під металеві колони (рис 2.6б) будівель призначається на позначці – 0,600 м (N ≤ 3500 кН), – 0,900 м (N ≤ 5000 кН), або – 1,200 м (N > 5000 кН), тобто з урахуванням висоти бази колони, що перебуває в межах 600…1200 мм нижче рівня підлоги першого поверху (позначка 0,000 м).
Рис. 2.5. Монолітні окремо розташовані стовпчасті фундаменти під збірні залізобетонні колони: а) – без підколонника
За наявністю підколонника окремо розташовані стовпчасті фундаменти розділяють:
Розміри поперечного перетину підколонника в плані кратні 300 мм (інколи 100 мм) і назначаються конструктивно згідно з умовою:
- під збірну залізобетонну колону:
; 
; (2.19)де:
,
– ширина і довжина поперечного перетину підколонника, мм;
Рис. 2.6. Монолітні окремо розташовані стовпчасті фундаменти під збірні залізобетонні колони: а) – без підколонника; б) – з підколонником
1 2 3