Мелкозаглубленный ленточный фундамент.
Желание сэкономить на строительстве собственного дома присуще большинству застройщиков. А если такая экономия не связана с риском, то это вдвойне приятно. Именно по этой причине многие делают ставку на мелкозаглубленный ленточный фундамент – основание для дома, которое позволяет существенно (по сравнению с заглубленным до глубины промерзания грунта фундаментом) сократить затраты на возведение дома.
В соответствии с нормами по проектированию оснований зданий и сооружений глубина заложения фундаментов в пучинистых грунтах должна приниматься не менее расчетной глубины промерзания. В этом случае подошва фундамента освобождается от воздействия нормальных сил пучения. Однако глубоко заложенные фундаменты имеют развитую боковую поверхность, по которой действуют касательные силы пучения. Эти силы превосходят нагрузки, передаваемые легкими зданиями на фундаменты, в результате чего фундаменты выпучиваются.
Таким образом,материалоемкие и дорогостоящие фундаменты, заложенные ниже глубины промерзания грунта, не обеспечивают надежную эксплуатацию малоэтажных зданий, построенных на пучинистых грунтах.
Одним из путей решения проблемы строительства на пучинистых грунтах малоэтажных зданий является использование мелкозаглубленных фундаментов. Такие фундаменты закладываются на глубине 0,2-0,5 м от поверхности грунта или непосредственно на поверхности(незаглубленные фундаменты). Таким образом, на мелкозаглубленные фундаменты действует незначительные касательные силы пучения, а при незаглубленных фундаментах они равны нулю.
Как правило, под фундаментами устраиваются подушки из непучинистых материалов(песок гравелистый, крупный или средней крупности, мелкий щебень и др.). Применением подушки достигается не только частичная замена пучинистого грунта на непучинистый, но и уменьшение неравномерных деформаций основания. Толщина подушек и глубина заложения фундаментов определяется расчетом.
Основной принцип конструирования мелкозаглубленных фундаментов зданий с несущими стенами на пучинистых грунтах заключается в том, что ленточные фундаменты всех стен здания объединяются в единую систему и образуют достаточно жесткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания.
В настоящее время во многих областях Европейской части РФ и бывшей РСФСР, в районах с глубиной промерзания до 1,7 м, на мелкозаглубленных и незаглубленных фундаментах построено свыше 1500 одно- и двухэтажных зданий из разных материалов - кирпича, блоков, панелей, деревянных щитов. Систематические инструментальные наблюдения за зданиям в течение многих лет свидетельствуют о надежной работе мелкозаглубленных фундаментов. Применение таких фундаментов вместо традиционных, закладываемых ниже глубины промерзания грунтов позволило сократить: расход бетона на 50-80 %, трудозатраты - на 40-70%.
Пример расчёта МЗЛФ (мелкозаглубленного ленточного фундамента)
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
1. Одноэтажное здание из газобетонных блоков D 500 с полами по грунту, в г.Санкт-Петербург.
Материалом стенявляется автоклавный газобетон плотностью D 500, марки В 2, имеющий модуль упругости Eгазобет = 0,17 * 10⁶ тс/м2.
Длина наружных стен дома L1 = 8 м, L2 = 6 м; высота стен 2,6 м, наибольшая высота проемов h1 = 2,2 м, толщина стен bs = 0,25 м.
Расчетная температура воздуха внутри помещения +20 °C.
2.Инженерно-геологические условия строительства.
Грунты площадки представлены покровными супесями
Уровень подземных вод залегает на глубине dw=1,6 м. Нормативная глубина промерзания dfn = 1,2 м.
dw - dfn = 0,4 м, при 0< dw - dfn <0,5 м, супесь является сильнопучинистым грунтом - 0,07 < fi<0,12
Принимаем fi= 0,1
3. КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ
Принимаем монолитный фундамент из железобетона, с песчаной подушкой .
Ширина фундамента b1 =0,22 м; высота h = 0,45 м; бетон В20 с модулем упругости Ef = 2,7 * 10⁶ тс/м2.
Толщина песчаной подушки hп = 0,6 м. Глубина заложения фундамента 0,2 м от планировочной отметки. Предельные деформации пучения равны: Su = 3,5 см,
4. РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА
1.Расчет по сопротивлению грунта
S > Yn F/ Ro , где
S - площадь подошвы фундамента (см2);
F - расчетная нагрузка на основание (общий вес дома, в том числе фундамент, полезная нагрузка, снеговой покров...) (кг);
Yn = 1,2 - коэффициент надежности;
R0 - условное расчетное сопротивление грунта основания
S = L*b1 = (800*3+(600-22*3)*3)22 = (800*3+534*3)22 = (2400+1602)*22 = 4002*22 = 88044 см² ( 8,8 м²)
Масса фундамента - 10 тн
Масса всех стен – 17 тн
Масса армопояса – 1,65 тн
Масса всех перекрытий – 4,1 тн
Масса кровли и мансарды (чердака) - 4,7тн
Снеговая нагрузка - 6,1 тн
Эксплуатационная нагрузка - 5 тн
Общая нагрузка на основание N, 48,55тн
Погонная нагрузка qi , 1,73тн/м
Давление по подошве фундамента
от внешней нагрузки - рi , 5,52 тн/м2
R0 = 3 кг/см² для песч подушки
88044 см² > 48550/3 ; 88044 см² > 16183 см²
2. Расчет основания по деформациям пучения.
Деформация пучения ненагруженной поверхности грунта
hf = fi , где fi = 0,1 - интенсивность пучения для сильнопучинистого песчаного грунта;
3. Определим величину пучения hfi ненагруженного основания под фундаментом
hfi = hf-1((d+hn)/dfn
где рi - давление по подошве фундамента от внешней нагрузки, тс/м2;
pr - давление на подошву фундамента (тс/м2) от нормальных сил пучения
b - коэффициент, учитывающий влияние подушки на работу фундамента; принимается по табл. 5.
hfi = 0,1(1-(0,2+0,6)/1,2) = 0,033 м (3,3см)
4. Определим величину пучения под подошвой фундамента с учетом давления по подошве фундамента от внешней нагрузки.
Давление пучения на подошву фундамента от нормальных сил пучения определим по формуле :
Pr = 2Ka*dz*Ss/bl
dz = df- d - hп = 1,2-0,2-0,6 = 0,4 м
dz = 0,4 м - мощность слоя пучащегося грунта, вызывающего ниже подошвы фундамента деформацию hfi
ka = 0,4 - коэффициент условий работы промерзающего грунта основания под фундаментом, определяемый из графиков в зависимости от величины dz и площади подошвы фундамента Аf
при Аf> 1 м2; коэффициент условий работы принимается равным ka при Аf = 1 м2;
фундамента Аf при Аf> 1 м2; коэффициент условий работы принимается равным ka при Аf = 1 м2; vk.com/postroim_svoi_dom
для ленточного фундамента Af принимается на единицу его длины;
b1 = 0,22- ширина ленточного фундамента;
Ss - сопротивление смещению мерзлого грунта относительно фундамента, тс/м2;определяется в соответстви с таблицей ВСН 29-85.
Скорость пучения грунта Ut, м/сутки, определяется из выражения
Ut = hfi/30td
где hfi - деформация пучения ненагруженного основания,
td - продолжительность периода,в месяцах, промерзания грунта под фундаментом
td = to*(1-((d+hn)/df)²)
t0 = 4,6 мес (139 дней) - продолжительность периода с отрицательными температурами воздуха, в месяцах, определяемая в соответствии с главой СНиП 2.01.01-82
td = 4,6(1-(0,8/1,2)²) = 4,6*0,5556 = 2,56 мес
Ut = 0,033/30*2,56 = 0,00043 м/сут; Ut*10² м/сутки = 0,043
Расчетная температура грунта под фундаментом определяется по формуле
Td = To*(1-(d+hn)/hf)
где Tо = -7,5 ⁰С - средняя температура воздуха наиболее холодного месяца зимнего периода, °C,определяемая в соответствии с главой СНиП 2.01.01-82.
Td = -7,5 ( 1-0,8/1,2) = -2,5⁰С
Ss = 2,95 тс/м²
Pr = 2*0,4*(0,4м/0,22м)* 2,95 тс/м² = 4,29 тс/м²
Деформацию пучения грунта основания с учетом давления под подошвой фундамента определим по формуле
hfp = hfi *(1-β*(pi/pr))
рi - давление по подошве фундамента от внешней нагрузки, тс/м2;
pr - давление пучения на подошву фундамента от нормальных сил пучения
β = 0,64 - коэффициент, учитывающий влияние подушки на работу фундамента; принимается по табл
hfp = 0,033*(1-0,64*(2,74/4,29)) = 0,033*0,59 = 0,0195 м (1,95 см) 1,95 см<3,5 см
Относительная деформация пучения грунта основания с учетом жесткости надфундаментных конструкций здания определяется по формуле
Efn = Yп* w* Δhfp/L
где Yп - коэффициент надежности,принимаемый равным 1,1;
w - коэффициент, зависящий отпоказателя гибкости конструкций здания λ , определяется из графика;
Δhfp = 0,0195 м - разность деформаций пучения (h1fp - h2fp), м,
определяемая при экстремальных значениях расчетной предзимней влажности грунта на площадке строительства;
L -длина стены здания (отсека), м.
Значение коэффициента w в зависимости от показателя гибкости конструкции здания λ
Показатель гибкости конструкций здания λ определяется по формуле
λ = (L/2)*⁴√(C/4EJ)
где EJ - приведенная жесткость на изгиб поперечного сечения конструкций здания
в системе фундамент-цоколь-пояс усиления - стена, тс.м2
С - коэффициент жесткости основания при пучении грунта для оснований ленточных фундаментов;
L -длина стены здания (отсека), м;
C = Pr*bl/hfi
Приведенная жесткость на изгиб поперечного сечения конструкций здания в системе
фундамент-цоколь-пояс усиления-стена, тс/м2, определяется по формуле
EJ = EJf + EJz + EJp + EJs,
где EJf,EJz, EJp,EJs - соответственно жесткостьна изгиб фундамента, цоколя, пояса усиления, стены здания.
С = 4,29(тс/м²)*0,22(м)/0,033(м) = 28,6 тс/м²
Расчет гибкости конструкции с учетом жесткости фундамента ( без стены и армопояса)
EJf = gfEfJf
Jф = bl *(hl)³/12
bl - ширина фундамента
hl - высота фундамента
Jф = 0,22*(0,45)³/12 = 0,00167 м⁴
Еф = Еf = 2,7*10⁶ тс/м²
gf = 0,25 ; коэффициент условий работы фундамента
EJf =0,25* 0,00167*2,7*10⁶ = 1127,25 тс*м²
λ = (8/2)*⁴√(28,6/4*1127,25) = 1,12
λ = 1,12
W = 0,12
Efn = Yп* w* Δhfp/L = 0,0003218 < 0,0006
Таким образом, расчетом установлено, что эксплуатационная надежность здания на морозоопасном основании обеспечивается.
