книги из ГПНТБ / Кальницкий, А. А. Расчет и конструирование железобетонных фундаментов гражданских и промышленных зданий и сооружений учебное пособие

А. А. Кальницкий, Л. М. Пешковский

РАСЧЕТ

ИКОНСТРУИРОВАНИЕ

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ

ФУНДАМЕНТОВ

ГРАЖДАНСКИХ

ИПРОМЫШЛЕННЫХ

ЗДАНИЙ

ИСООРУЖЕНИЙ

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР

высших учебных заведений, обучающихся по специальности

«Промышленное и гражданское строительство»

МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1974

6С4.03

К 17 УДК 624.15(075.8)

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

кафедра «Основания и фундаменты» Ленинградского инженерно-

строительного института; кафедры «Основания и фундаменты», «Железобетонные конст­

рукции» Московского инженерно-строительного института; докт. техи. наук, И. А. СИМВУЛИДИ.

i

9

4 I

У3 /

':! Ъ +

Кальницкий А. А., Пешковский Л. М.

К 17 Расчет и конструирование железобетонных фундаментов гражданских и промышленных зда­ ний и сооружений. Учеб, пособие для вузов.

М., «Высш. школа», 1975.

261с. с ил.

Вкниге излагаются вопросы расчета н конструирования железо­ бетонных фундаментов гражданских н промышленных зданий и соо­ ружений. Рассматриваются вопросы расчета по предельным состоя­ ниям грунтов оснований и конструкций фундаментов под различные сооружения, в том числе, сооружения с высокорасположеннымн цен­

трами тяжести (дымовые трубы, элеваторы, водонапорные башни н др.).

Предназначается для студентов инженерно-строительных вузов» а также может быть использована инженерами проектировщиками.

© Издательство «Высшая школа», 1974 г.

1

От авторов

В настоящее время фундаменты зданий и соору­ жений в основном выполняют из железобетона, однако в учебниках по основаниям и фунда­ ментам вопросы расчета и конструирования фундаментовиз железобетона почти не отра­ жены. В курсах железобетонных конструкций проектированию и расчету фундаментов отво­ дится мало места, причем специфические осо­ бенности учета взаимодействия конструкции фундамента и грунта основания, как правило, не рассматриваются вовсе.

Авторы настоящей книги ставили перед со­ бой задачу создать пособие, в котором комплекс­ но излагались бы основные методы расчета и проектирования железобетонных фундаментов совместно с расчетом их оснований и которое студенты строительных вузов и факультетов могли бы использовать при курсовом и дип­ ломном проектировании железобетонных фунда­ ментов гражданских и промышленных зданий, и таких сооружений как элеваторы, дымовые трубы, градирни и т. п. В настоящем пособии действующие главы строительных норм и пра­ вил и других нормативных Документов учтены со всеми изменениями и дополнениями, опубли­

3

Глава I

ОСНОВЫ РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ

§1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Внастоящее время расчет оснований и фундаментов, так же как и расчет всех строительных конструкций, производят по расчетным пре­ дельным состояниям. Под расчетным предельным состоянием понима­ ют такое, при котором конструкция теряет способность сопротивляться внешним воздействиям или перестает удовлетворять условиям ее даль­ нейшей нормальной и безопасной эксплуатации по одной из следую­ щих причин:

а. Первая группа предельных состояний — хрупкого, вязкого или усталостного разрушения; потери устойчивости формы конструкции; потери устойчивости положения конструкции.

б. Вторая группа предельных состояний — возникновения чрез­ мерных деформаций или чрезмерного раскрытия трещин.

Конструктивное назначение фундамента состоит в том, чтобы аккумулировать все нагрузки от здания или сооружения и передать их ла грунты основания. Отсюда следует, что при определении габа­ ритных параметров фундамента (глубины заложения, конструктивной высоты, размеров подошвы) должны учитываться физические и меха­ нические свойства грунтов основания.

При этом надо принимать во внимание, что расчетные характерис­ тики деформативных и прочностных свойств грунтов не являются пос­ тоянными величинами. Они зависят от величины и характера прило­ жения нагрузки, глубины заложения и размеров подошвы фундамен­ та и могут быть различными для разных фундаментов, в пределах од­ ного и того же здания, при одних и тех же грунтах основания.

Поэтому при проектировании фундаментов надо производить два вида расчетов: расчеты, в основу которых положены свойства грунтов основания, и расчеты, в основу которых положены свойства материала конструкции фундамента.

В результате расчетов, в основу которых положены свойства грунта основания, определяют теоретические габаритные параметры: форму и размеры подошвы фундамента и глубину его заложения. В результате расчетов, в основу которых положены свойства материала конструкции, определяют конструктивную высоту и количество арматуры.

Расчет фундаментов по свойствам грунта основания состоит из расчетов по первой группе предельных состояний по несущей способ-

5

ностн ii устойчивости и по второй группе предельных состояний (по деформациям или перемещениям) грунта основания.

Расчет тела фундамента состоит из расчетов по первой и второй группам предельных состояний конструкции фундаментов, как и любых других конструкций.

Таким образом, в общем случае при проектировании железобетон­

ности (прочности или устойчивости) грунтов основания. На основе опы­ та проектирования установлено, что этот расчет производят-только в тех случаях, когда в основном сочетании нагрузок на основание пере­ даются горизонтальные силы (подпорные стенки и т. п.); основания ограничены идущими вниз откосами; фундаменты работают на выдер­ гивание; основания сложены скальными грунтами. Во всех остальных случаях расчет оснований по первой группе предельных состояний,как правило, не производят.

б. По второй группе предельных состояний — деформациям (переме­ щениям, осадкам) грунта основания. Расчет по деформациям грунта основания обязателен, выполняется для всех видов оснований и фун­ даментов без исключения и определяет такие главные параметры фундамента, как размеры его подошвы и глубину заложения.

По первой группе предельных состояний материала конструкции производят расчет на прочность, а в необходимых случаях, при неодно­ кратно повторяющейся или пульсирующей нагрузке, — расчет на выносливость. Расчет по первой группе предельных состояний прочно­ сти (несущей способности) материала конструкции обязателен, произ­ водится для всех железобетонных фундаментов без исключения и явля­ ется определяющим конструктивную высоту фундамента, размеры от­ дельных конструктивных элементов, количество и расположение ар­ матуры и т. д.

Расчет по второй группе предельных состояний при проектировании тела фундаментов, как правило, ограничивается расчетом по образо­ ванию или раскрытию трещин.

В настоящей главе приводятся основные исходные данные и сведе­ ния, необходимые для расчета железобетонных фундаментов с учетом свойств грунтов оснований, бетона и арматуры, а также основные дан­ ные о расчете элементов железобетонных конструкций, применитель­ но только к конструкциям фундаментов.

§ 2. РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ

Определение глубины заложения и размеров подошвы фундамента про­ изводят, исходя из расчета по второй группе предельных состояний основания.

Деформации, а следовательно, и несущая способность грунта оп­ ределяются его сопротивлением внешним воздействиям. Принято счи­ тать, что под воздействием все возрастающей нагрузки грунт проходит

6

три стадии деформаций: уплотнения (стадию прямой пропорциональ­ ной зависимости между давлением и деформацией), сдвигов (стадию пластических деформаций или непропорциональной зависимости меж­ ду давлением и деформацией) и стадию разрушения структуры грунта (полной потери несущей способности) (рис. I. 1).

Нагрузки, соответствующие границам перехода от одного вида (стадии) деформации к другому, получили название критических наг­ рузок или критических давлений. При этом вторая критическая наг­ рузка, соответствующая границе перехода от стадии сдвигов к стадии разрушения, называется также предельным давлением, т. е. давлением, при котором грунт полностью теряет несущую способность..

Наличие стадии сдвигов (стадии пластических деформаций) объяс­ няется тем, что состояние предельного равновесия не возникает сразу

по всей загруженной площади. Если нагрузка передается через доста­ точно жесткую конструкцию, то постепенно образуется зона уплотнен­ ного грунта, по граням которой возникают зоны предельного равнове­ сия. Появление состояния предельного равновесия в точках под уг­ лами конструкции, передающей давление, соответствует началу стадии

как их обычно называют, зоны пластических деформаций, постепен­ но увеличиваются. Глубина зон пластических деформаций мЪжет быть выражена через ширину (меньший размер) загруженной пло­ щади.

Обозначим глубину зон предельного равновесия через ab. Тогда

7

величина критического давления, соответствующего глубине ab, может быть определена из равенства

нагрузки до поверхности грунта, см~, с — параметр линейности (удель­ ная сила сцепления) грунта основания, кГ/см2\ ср— угол внутреннего трения грунта основания.

На основе многочисленных экспериментов установлено, что в тех случаях, когда а <; 0,25, общая деформация всего напряженного мас­ сива грунта еще следует закону Гука, т. е. наблюдается прямая ч пропорциональная зависимость между напряжениями и деформаци­ ями.

Следовательно, при соблюдении условия а = 0 ,2 5 основание еще можно рассматривать как линейно-деформируемую систему. Такое состояние основания может рассматриваться как расчетное предельное состояние, а соответствующее ему давление в нормативных документах получило название нормативного давления на грунт (/?"), что соответ­

Для того чтобы избежать вычисления величин А, В и D, можно воспользоваться табл. I. 1, в которой эти величины вычислены в за­ висимости от угла внутреннего трения ср'1. Значения угла внутреннего трения ср" и параметра линейности с" определяют опытом, а для пред­ варительных расчетов могут быть приняты по табл. I. 2 и I. 3.

В тех случаях, когда определяют нормативное давление на грунт для фундаментов зданий, имеющих подвалы, в выражение!. 2 вместо фактической глубины заложения фундамента Н подставляют приве­ денное значение

где Cj — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м; с2 — толщина конструкции пола подвала, м\ у0 — объем-

8

9