Сбор нагрузок на ленточный фундамент под несущую продольную стену и отдельный фундамент под колонну

Все нагрузки подразделяются на постоянные и временные.

Постоянные: собственный вес ограждающих и несущих конструкций перекрытия и покрытия, ригелей, колонн, стен, пола и покрытия, давление грунта обратной засыпки.

Временные: длительные - вес стационарного оборудования, вес складируемых материалов; кратковременные - вес людей, снеговая нагрузка.

V_n = 5,5 кН/м², кПа

В величине V_n подавляющее значение имеет вес оборудования и вес складских материалов (95%), поэтому всю V_n будем считать длительной временной нагрузкой.

Снеговая нагрузка – при использовании ее полного значения считается кратковременной, а при использовании ее пониженного значения - длительной.

Такую нагрузку используют при расчете оснований и фундаментов по несущей способности.

При расчете осадок фундаментов и соответствующей проверке давления на грунтовое основание используют пониженное значение снеговой нагрузки и ее в этом случае считают длительнодействующей

Нормативное значение снеговой нагрузки на 1м² горизонтальной проекции покрытия здания определяют по формуле:

S₀= 0,7C_e∙C_t∙μ∙S_g, кПа ( кН/м²)

S_g – вес снегового покрытия на 1м² горизонтальной поверхности земли, принимаемый в зависимости от снегового района РФ. Астрахань находится в I снеговом районе РФ, значение S_g=0,8 кПа. (СП [1] табл. 10), (значение снегового района определяется по карте 1 приложения Ж СП [1] );

μ – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузки на покрытие. При малоуклонных кровлях (α=20º) μ=1 (СП [1] прил.Г, табл. Г.1);

C_e– коэф. учитывающий снос снега с покрытия зданий под действием ветра. При защите зданий от прямого воздействия ветра соседними более высокими зданиями удаленными от него менее чем на 10h₁, где h₁- разность высот соседнего и проектируемого здания C_e=1;

C_t– термический коэф. применяемый для покрытий с высоким коэф. теплоотдачи в следствии таяния снега, вызванного потерей тепла. Используется при отсутствии утеплителя в покрытии и при уклоне i> 3% C_t=0,8. В остальных случаях C_t=1.

0,7- коэф. перехода от снеговой расчетной нагрузки к снеговой нормативной нагрузке

С учетом всех коэффициентов получается:

S₀= 0,7∙1∙1∙1∙0,8=0,56 кПа ( кН/м²)

Расчетная снеговая нагрузка на покрытие S (кПа) равна

S=S₀∙γ_f ,кПа

γ_f– коэф. надежности по снеговой нагрузке. γ_f = 1,4

S=0,56∙1,4=0,8 кПа

Расчет конструкций фундаментов и оснований по предельным состояниям 1-й и 2-й групп выполняют с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок или соответствующим им усилий. Эти сочетания устанавливаются из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок для рассматриваемой стадии работы конструкций и основания.

Основные сочетания нагрузок состоят из постоянных с коэффициентами сочетания (ψ_d=1), временных длительныхcсоответствующими коэффициентами (зависящими от степени влияния)и кратковременных с соответствующими коэффициентами ( по степени влияния).

- временно длительные: основная – ψ_L1=1, остальные ψ_L2=ψ_L3=0,95;

- кратковременные: первая ψ_t=1, вторая ψ_t2=0,9, остальные ψ_t3=0,7.

Для заданных условий проектирования многоэтажного здания, где присутствуют одна длительная и одна временная нагрузки, имеем:

ψ_d=1, ψ_L1=1, ψ_t1=1.

Таблица сбора постоянных нагрузок от покрытия и перекрытия

На фундамент под колонну передается нагрузка от колонны первого этажа, которая, в свою очередь, воспринимает нагрузку от собственного веса G_к1 и вес вышерасположенных колонн со второго по пятый этажей G_к , соответствующих перекрытий N_пер и покрытия N_пок. Все эти нагрузки передаются через консоли колонн и их стыки. Нагрузка на колонну собирается с грузовой площади l₁×l₂= 9*6=54м².

Вес колонны типового этажа находится:

G_к= b_к∙h_к∙Н_э∙ρ_жб+ 2∙ ∙0,3∙b_к∙ρ_жб, кПа

G_к= 0,4∙0,4∙3,6∙25+ 2∙ ∙0,3∙ 0,4∙25=17,1 кПа

Вес колонны первого этажа:

G_к1= b_к∙h_к∙(Н_э+0,15)∙ρ_жб+ 2∙ ∙0,3∙b_к∙ρ_жб, кПа

G_к1= 0,4∙0,4∙(3.6+0,15)∙25+ 2∙ ∙0,3∙ 0,4∙25=17,7 кПа

Нормальная сила в уровне обреза фундамента на колонну от расчетных нагрузок равна:

N=[N_пок+(n_э-1)N_пер+(n_э-1) G_к∙γ_f∙γ_n+G_к1∙γ_f∙γ_n] ψ_d+V_n γ_f∙γ_n(n_э-1)] l₁∙l₂ ψ_L1+S∙l₁∙l₂ ψ_t1 γ_n, кН

V_n=5,5кПа,

γ_f =1,2 для временной нагрузки

γ_n- коэф. надежности по ответственности здания. Производственные здания относятся ко II уровню ответственности (нормальный) γ_n= 1

N_пок= g_пок∙l₁∙l₂∙ γ_n, кН N_пок= 5,633∙ 9∙6∙1=304,18 кПа

N_пер= g_пер∙l₁∙l₂∙ γ_n, кН N_пер= 4,7∙ 9∙6∙ 1=253,8 кПа

N=[304,18 +(5-1) 253,8 +(5-1) 17,1 ∙1,2∙1+17,7 ∙1,2∙1] ∙1 +5,5∙1,2 ∙ 1(5-1) ∙9∙6∙1 +0,8∙ 9∙6∙1∙1=2890,64кН

Нормальная сила в уровне обреза фундамента под колонну от нормативных нагрузок:

N_n=[N_n,_пок+(n_э-1)N_n,_пер+(n_э-1) G_к∙γ_n+G_к1∙γ_n] ψ_d+[V_n∙γ_n(n_э-1)] l₁∙l₂ ψ_L1+S₀∙l₁∙l₂ ψ_t1 γ_n]_, кН

N_n,_пок = g_n,пок ∙l₁∙l₂∙ γ_n N_n,_пок= 5,04∙ 9∙ 6∙ 1=272,16 кПа

N_n,_пер = g_n,пер ∙l₁∙l₂∙ γ_n N_n,_пер= 4,2∙ 9∙ 6∙ 1=226,8 кПа

N_n=[272,16+(5-1) 226,8+(5-1)∙17,1 +17,7∙1] ∙1 +[5,5∙ (5-1)] 54∙1 +

+0,56∙ 54∙1=2483,7кН

Значение N необходимо для расчета фундамента и основания по несущей способности( по 1-й группе предельных состояний). Значение N_nнеобходимо для расчета фундамента на трещиностойкость (по 2-й группе предельных состояний).

При расчете основания по деформациям (осадкам) снеговая нагрузка считается длительно действующей, в этом случае ее вычисляют путем умножения нормативного значения S₀ на коэффициент равный 0,7 и нормативную силу в уровне обреза фундамента от нормативных нагрузок определяют следующим образом:

N^*_n=[N_n,_пок+(n_э-1)N_n,_пер+(n_э-1) G_к∙ γ_n+G_к1∙γ_n] ψ_d+[V_n ∙γ_n(n_э-1)] l₁∙l₂ ψ_L1+0,7S₀∙ l₁∙l₂ ψ_L2 γ_n, кН

N^*_n=[272,16+(5-1) 226,8+(5-1)∙17,1∙1 +17,7∙1] +[5,5∙ (5-1)] 54∙1 +0,7∙0,56∙ 54∙0,95∙1=2473,57 кН

Это значение необходимо для расчета основания по деформациям и проверки среднего давления на грунт.

На фундамент под несущую стену передается нагрузка от веса кирпичной стены со штукатуркой ( N_пар, N_пр,N_ст), покрытия (N’_пок) и перекрытий (N’_пер). Последние две нагрузки передаются через площадку опирания ригелей на стену. Длина площадки опирания ригеля на стену 300 мм. Эпюра давления на стену распределена по треугольнику, центр передачи нагрузки принимается в его центре тяжести, но не более 7 см от внутренней грани стены. Таким образом эти нагрузки действуют с эксцентриситетом е = – 0,07 относительно оси стены.

С=7см; е= 25,5-7=18,5см

В результате простенки стены являются внецентренно сжаты: М=N’_пок∙ е (N’_пер∙ е).

Расчетная схема стены предполагает, что эти моменты возникают в уровне низа ригеля и покрытия (перекрытия) и убывают по линейному закону до нуля в уровне низа ригеля ниже расположенного этажа(поверхности пола первого этажа) т.е. влияние момента постепенно уменьшается, нагрузка стеной перераспределяется и начинает действовать уже по оси стены, т.е. в стене возникает центральное сжатие. Это важно для расчета простенков.

Для расчета ленточного фундамента считается, что вся нагрузка в уровне верха фундаментных блоков действует по оси стены.

Грузовая площадь для сбора нагрузок на ленточный фундамент( в том числе и на простенок) составляет ∙l₁∙l₂= ∙ 9∙6 = 27 м²

Над оконными проемами расположены железобетонные перемычки, воспринимающие нагрузки от надоконных участков стены и передающие их на простенок.

Нормальная сила в уровне обреза ленточного фундамента под несущую стену от расчетных нагрузок определяется так:

N’=[N’_пок+(n_э-1) N’_пер+ N_пар+ n_эN_пр+(n_э-1) N_ст+ N_ст1] ψ_d+[V_n γ_f∙γ_n(n_э-1)] 1/2∙l₁∙l₂ ψ_L1+ S∙1/2∙l₁∙l₂ ψ_t1 γ_n, кН

N’_пок=g_пок∙1/2∙l₁∙l₂∙ γ_n, кН N’_пок= 5,633∙ 27=152,09кН

N’_пер=g_пер∙1/2∙l₁∙l₂∙ γ_n, кН N’_пер= 4,7∙ 27=126,9 кН

N_пар=h_пар∙l₂ (δ_ст∙ρ∙ γ_f+ δ_шт∙ρ_щт∙ γ_f) γ_n, кН

N_пар=1,8∙6 (0,51∙18∙ 1,1+ 0,02∙20∙ 1,1)∙1 =113,8 кН

N_пр=h_ок∙l_пр (δ_ст∙ρ∙ γ_f+ δ_шт∙ρ_щт∙ γ_f) γ_n, кН

N_пр=1,5∙2,4 (0,51∙18∙ 1,1+ 0,02∙20∙ 1,1)∙1 =42,7 кН

l_пр=l₂-l_ок, м l_пр=6-3,6=2,4 м

N_ст=h_ст∙l₂ (δ_ст∙ρ∙ γ_f+ δ_шт∙ρ_щт∙ γ_f) γ_n, кН

N_ст =2,1∙6 (0,51∙18∙ 1,1+ 0,02∙20∙ 1,1) ∙ 1=132,78 кН

N_ст1=h_ст1∙l₂ (δ_ст∙ρ∙ γ_f+ δ_шт∙ρ_щт∙ γ_f) γ_n, кН

N_ст1 =(0,8+0,15)∙6 (0,51∙18∙ 1,1+ 0,02∙20∙ 1,1) ∙ 1=60,07 кН

h_пар=Δ+h_p+h_пл+0,5 м h_пар=0,2+0,8+0,3+0,5=1,8м

Δ=H_э- (h_p+h_пл) – 0,8-h_ок, м Δ=3,6- (0,8+0,3) – 0,8- 1,5=0,2м

h_ст= H_э - h_пок h_ст= 3,6-1,5=2,1 м

N’=[152,09+(5-1) 126,9+ 113,8+ 5∙42,7+(5-1) 132,78+ 60,07] +[5,5∙1,2∙1 (5-1)] 27∙1 +0,8∙27∙1∙1 =2312,15кН

Нормальная сила в уровне обреза ленточного фундамента под несущую стену от нормативных нагрузок:

N’_n=[N’_n,пок+(n_э-1) N’_n,пер+ N_n,пар+ n_эN_n,пр+(n_э-1) N_n,ст+ N_n,ст1] ψ_d+[V_n γ_n(n_э-1)] 1/2∙l₁∙l₂ ψ_L1+ S₀∙1/2∙l₁∙l₂ ψ_t1 γ_n, кН

N’_n,пок =g_n,пок∙1/2∙l₁∙l₂∙ γ_n, кН N’_n,пок= 5,04 ∙ 27 =136,08кН

N’_n,пер=g_n,пер ∙1/2∙l₁∙l₂∙ γ_n, кН N’_n,пер= 4,2∙ 27 =113,4 кН

N_n,пар =h_пар∙l₂ (δ_ст∙ρ+ δ_шт∙ρ_щт) γ_n, кН N_n,пар=1,8∙6 (0,51∙18+ 0,02∙20) =103,46 кН

N_n,пр =h_ок∙l_пр (δ_ст∙ρ+ δ_шт∙ρ_щт) γ_n, кН N_n,пр =1,5∙2,4 (0,51∙18+ 0,02∙20) =34,5кН

l_пр=l₂-l_ок, м l_пр=6-3,6=2,4 м

N_n,ст=h_ст∙l₂ (δ_ст∙ρ + δ_шт∙ρ_щт) γ_n, кН N_n,ст=2,1∙6 (0,51∙18+ 0,02∙20) =120,7кН

N_n,ст1=(0,8+0,15)∙l₂ (δ_ст∙ρ + δ_шт∙ρ_щт) γ_n, кН

N_n,ст1=(0,8+0,15)∙6 (0,51∙18+ 0,02∙20) =54,61кН

h_пар=Δ+h_p+h_пл+0,5 м h_пар=0,2+0,8+0,3+0,5=1,8м

Δ=H_э- (h_p+h_пл) – 0,8-h_ок, м Δ=3,6- (0,8+0,3) – 0,8- 1,5=0,2 м

h_ст=Δ+h_p+h_пл+0,8 h_ст= 0,2+ 0,8+0,3+0,8=2,1м

N’_n=[136,08+(5-1)113,4+ 103,46+ 5∙34,5+(5-1)120,7+ 54,61] +[5,5∙1∙(5-1)]27 +0,56∙27∙1∙1 =2012,17кН

Эта сила необходима для расчета фундамента на трещиностойкость.

При расчете основания по деформациям и проверки среднего давления на грунт нормальную силу в уровне обреза фундамента под несущую стену от нормативных нагрузок определяют следующим образом:

N’^*_n=[N’_n,пок+(n_э-1) N’_n,пер+ N_n,пар+ n_эN_n,пр+(n_э-1) N_n,ст+ N_n,ст1] ψ_d+[V_n γ_n(n_э-1)] 1/2∙l₁∙l₂ ψ_L1+ 0,7∙S₀∙1/2∙l₁∙l₂ ψ_l2 γ_n, кН

N’^*_n=[136,08+(5-1)113,4+103,46+5∙34,5+(5-1)120,7+ 54,61] ∙1+[5,5∙1∙(5-1)] ∙∙27+0,7∙0,56∙27∙0,95=2007,1кН

При расчете ленточного фундамента под несущие стены используют значения нормальной силы в уровне обреза на один погонный метр длины фундамента. В результате соответствующие значения нормальной силы могут быть определены следующим образом:

N’,_л=(N’/l₂)*l_f=2312,15/6*1=385,36 кН (от расчетных нагрузок)

N’_n,л=(N’_n/l₂)*l_f =2012,17/6*1=335,36 кН (от нормативных нагрузок)

N’^*_n,л=(N’^*_n/l₂)*l_f=2007,1/6*1=334,52кН (от нормативных длительно действующих и постоянных нагрузок)