2 Підготовка даних для проектування основ та фундаментів

2.6  Збирання  навантажень

2.6.1 Навантаження і впливи, що враховуються при розрахунках

Навантаження і впливи на основи, які передаються фундаментами споруд, повинні визначатись розрахунком, як правило, з урахуванням спільної роботи споруди і основи.

Величини навантажень і впливів на споруду або її окремі елементи, коефіцієнти надійності за навантаженнями, а також можливі поєднання навантажень приймають згідно з вимогами [8].

Навантаження на основу допускається визначати без урахування їх перерозподілу надфундаментною конструкцією при розрахунках:

а) основ будівель і споруд третього класу;

б) загальної стійкості масиву ґрунту основи спільно зі спорудою;

в) середніх значень деформацій основи;

г) деформацій основи у стадії прив'язки типового проекту до місцевих ґрунтових умов.

Розрахунок основ за деформаціями повинен виконуватись на основне поєднання навантажень (включаючи постійні, тривалі та короткочасні навантаження), а розрахунок за несучою спроможністю - на основне, а при наявності особливих навантажень - на основне і особливе поєднання.

При цьому навантаження на перекриття і снігові навантаження, які відповідно до [8] можуть відноситись як до тривалих (при урахуванні зниженого нормативного значення), так і до короткочасних (при урахуванні повного нормативного значення), при розрахунках основ за несучою спроможністю враховуються як короткочасні, а при розрахунках за деформаціями - як тривалі. Навантаження від рухомого підйомно-транспортного обладнання в обох випадках враховуються як короткочасні.

В розрахунках основ необхідно враховувати навантаження від матеріалів і обладнання, які розміщуються безпосередньо на ґрунті поблизу фундаментів.

Зусилля у конструкціях, які спричиняються кліматичними температурними впливами, при розрахунках основ за деформаціями не враховуються, якщо відстань між температурно-осадовими швами не перевищує значень, які вказані у нормах з проектування відповідних конструкцій.

Розрахункове значення навантаження потрібно визначати як добуток його нормативного значення на коефіцієнт надійності за навантаженнями, що приймається при розрахунках на міцність і стійкість у відповідності з [8], а при розрахунках за деформаціями - дорівнює одиниці.

В будівлях зі статично визначеною розрахунковою схемою на фундаменти передається навантаження, яке збирається на колону або стіну з вантажних площ перекриттів. Для будівель зі статично невизначеною розрахунковою схемою навантаження на фундамент визначають з урахуванням:

а) перерозподілу їх за рахунок жорсткості верхньої будови;

б) перерозподілу їх за рахунок піддатливості основи, тобто з урахуванням спільної роботи основи і надземних конструкцій.

Методи урахування спільної роботи системи  основа - фундамент -надфундаментна будова  можна поділити на 3 групи [9].

1. Комплексний спільний розрахунок надземної будови, фундаменту і ґрунтової основи.

2. Розрахунок основ і фундаментів з урахуванням попередньо визначеної жорсткості будівлі або споруди.

3. Використання при проектуванні основ і фундаментів корегуючих коефіцієнтів та рекомендацій, які враховують особливості жорсткості споруди.

Перша група методів розглядає споруду, фундамент і основу як неподільне ціле, яке деформується сумісно. При цьому можуть використовуватись різні розрахункові схеми. Наприклад, система основа - фундамент - наземна будова замінюється еквівалентною стержньовою системою або системою скінчених елементів при використанні методу скінчених елементів. Реалізація таких розрахункових схем потребує ЕОМ великої потужності. Тому використовують також спосіб послідовних наближень, який заснований на роздільних розрахунках надземної будови і фундаменту на піддатливій основі з подальшим уточненням зусиль і переміщень на контакті.

Друга група методів передбачає інтегральне оцінювання жорсткості надфундаментної конструкції і використовується при розрахунках конструкцій на пружній основі. Наприклад, розрахунок крупнопанельних будівель на нерівномірні осідання основи ведуть, замінюючи коробку будівлі або несучу стіну балочною системою на пружній основі. Успішне застосування цих методів в значній мірі залежить від вірної оцінки жорсткості конструкції.

Третя група методів об'єднує засоби оцінювання спільної роботи основи і верхньої будови, в яких жорсткість надфундаментних конструкцій враховується приблизно за допомогою корегувальних коефіцієнтів та класифікацій споруд за жорсткістю. Діючі норми [6] за міру жорсткості будівель і споруд приймають відношення довжини будівлі (або її відсіку) L до її висоти Н: L/Н.

Будівлі з жорсткою конструктивною схемою, маючи високу міцність і загальну просторову стійкість, забезпечують рівномірну деформацію системи основа - верхня будова і допускають збільшення граничних осідань споруд. Тому розрахунковий опір грунту основи під жорсткою будівлею може бути підвищений введенням коефіцієнта умов роботи g_с2 [6]. Для будівель з гнучкою конструктивною схемою g_с2 = 1.

Крім того, норми [6] при призначенні граничних значень деформацій основ ураховують чутливість будівель і споруд до нерівномірних осідань.

При курсовому проектуванні навантаження приймають без урахування їх перерозподілу за рахунок піддатливості основи і жорсткості верхньої будови. При цьому збирання навантажень на фундамент робиться з вантажних площ у припущенні статичної визначеності надземних конструкцій.

При дипломному проектуванні навантаження на обрізі фундаменту можуть бути підраховані на основі статичного розрахунку каркасу будівлі або якогось іншого з названих вище методів.

При використанні алгоритмів, наведених в розділах 3 і 4, для розрахунку фундаментів всі вертикальні навантаження потрібно збирати на рівні обрізу (власна вага фундаменту враховується у процесі розрахунку основи), а моментні - на рівні підошви фундаменту.

Нижче наведені алгоритми збирання навантажень без урахування їх перерозподілу за рахунок піддатливості основи і жорсткості верхньої будови для будівель з такими конструктивними схемами: багатоповерхова безкаркасна, одноповерхова каркасна з крановим навантаженням, багатоповерхова каркасна. Такі схеми найчастіше зустрічаються на практиці.

2.6.2 Поєднання навантажень

Розрахунок конструкцій та основ за граничними станами першої і другої груп слід виконувати з врахуванням найбільш несприятливих поєднань навантажень чи відповідних їм зусиль. Ці поєднання встановлюються виходячи з аналізу реальних варіантів одночасної дії різних навантажень для розглянутої стадії роботи конструкції чи основи з врахуванням можливості появи різних схем прикладання тимчасових навантажень чи при відсутності деяких із навантажень.

При врахуванні поєднань, що включають постійні і не менше двох тимчасових навантажень, розрахункові значення тимчасових навантажень або відповідних їм зусиль слід помножити на коефіцієнти поєднань, які дорівнюють: для тривалих навантажень Y₁ = 0,95; для короткочасних Y₂ = 0,9 (в основних комбінаціях).

При врахуванні основних поєднань, які включають постійне навантаження і одне тимчасове, коефіцієнт поєднань не враховується.

При виконанні курсового проекту допускається не складати всі можливі варіанти поєднань навантажень, а порівняти 2-3 наперед відомі найбільш несприятливі для фундаментів поєднання.

2.6.3 Збір навантажень на фундаменти безкаркасної багатоповерхової споруди

Несучими елементами безкаркасної будівлі є стіни. Навантаження від стіни на фундамент збирається з одного погонного метра. Якщо стіна є зовнішньою і має віконні прорізи, то для уточнення ваги стіни, яка приходиться на 1 п.м. фундаменту, навантаження збирається на ділянку стіни між осями віконних прорізів, а потім ділиться на відстань між ними. Несучі стіни сприймають навантаження від перекриттів, а самонесучі - тільки від власної ваги і вітру (якщо стіна зовнішня). На рис. 2.1 показані вантажні площі перекриттів для будівлі з поздовжніми несучими стінами. Поперечні несучі стіни у даному випадку вантажних площ не мають.

Будемо розглядати навантаження на фундаменти від несучих стін: зовнішньої і внутрішньої (навантаження на інші фундаменти будівлі можна зібрати аналогічно, але воно буде мати менше складових).

Збирання навантажень починаємо з постійних.

Вертикальні постійні навантаження

а) вага покриття:

N_{покр. зовн.} = q_покр. × А_зовн., кН;                                  (2.24)

N_{покр. вн.} = q_покр. × А_вн., кН,                                       (2.25)

де q_покр. - вага квадратного метра покриття, кН/м²;

А_зовн., А_вн. - вантажні площі, відповідно, для зовнішньої і внутрішньої несучих стін, м² (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 – Схематичний план будівлі та вантажні площі для розрахункових фундаментів

б) Вага перекриттів:

N_{пер. зовн.} = q_пер. × А_зовн. × n, кН;                               (2.26)

N_пер.вн. = q_пер. × А_вн. × n, кН,                                     (2.27)

де q_пер. - вага квадратного метра перекриття, кН/м²;

А_зовн., А_вн. - теж, що в формулах (2.24, 2.25);

n - кількість перекриттів, які передають навантаження на дану стіну;

в) вага зовнішньої стіни визначається безпосередньо як сума ваги елементів стіни, що входять в її ділянку довжиною b (рис.2.1) і висотою Н_зов. (висота зовнішньої стіни від карнизу до обрізу фундаменту, рис. 2.2). Для цегляної стіни її можна визначити за формулою:

N_{ст. зов.} = d_зов. × (Н_зов. × b – S_прор.) × g_ст., кН            (2.28)

де d_зов. - товщина зовнішньої стіни, м;

S_прор. - площа віконних прорізів на ділянці стіни довжиною b і висотою H_зов.;

g_ст. - питома вага матеріалу стіни, кН/м³.

Для приблизних розрахунків (у навчальних проектах) навантаження на зовнішню несучу стіну можна збирати одразу на 1 п.м., а наявність віконних прорізів враховувати шляхом введення знижувального коефіцієнта, який залежить від кількості і площі вікон. Але у цьому випадку вантажна площа для зовнішньої стіни, так само як і для внутрішньої, буде мати ширину 1 м. Наприклад, вага зовнішньої стіни з площею вікон 40% від площі стіни:

N_{ст. зовн.} = d_зов. × Н_зов. × g_ст. × 0,6, кН,                      (2.29)

г) вага віконного скла;

N_{скл. зов.} = g_скл. × S_прор., кН                                       (2.30)

де g_скл. - вага квадратного метра віконного скла, кН/м²,

д) вага внутрішньої стіни:

N_{ст. вн.} = d_вн. × Н_вн. × g_ст., кН,                                    (2.31)

де d_вн. - товщина внутрішньої стіни, м;

Н_вн. - висота внутрішньої стіни, м, (див. рис.2.2).

Горизонтальні постійні навантаження

а) тиск ґрунту на стіну підвалу (рис. 2.2):

- рівнодіюча активного тиску засипання ґрунту (Е_A) згідно з відомою формулою Кулона:

,                                     (2.32)

де g - середня питома вага ґрунту засипання, кН/м³;

d_b - глибина підвалу від рівня планування, м ;

j - розрахункове значення кута внутрішнього тертя ґрунту засипання, град.

Через те, що Е_A прикладена вище підошви фундаменту, вона буде спричинювати на рівні підошви фундаменту згинаючий момент:

М_грунту = Е_А × h_A,                                                      (2.33)

де h_A - плече рівнодіючої тиску грунту, яке дорівнює    (d₁ - глибина закладання фундаменту нижче підлоги підвалу), м.

Рисунок 2.2 – Схема до визначення навантажень на фундаменти

Вертикальні тимчасові навантаження

а) вага перегородок:

N_{n-k, зов.} = q_n-k A_зов.n, кН;                                          (2.34)

N_{n-k, вн.} = q_n-k A_вн.n, кН,                                            (2.35)

де q_n-k - вага перегородок, приведена до одного квадратного метра площі, яку згідно з [8] необхідно приймати не менше 0,5 кН/м²;

б) снігове навантаження:

N_{сн. зов.} = SА_зов., кН;                                                 (2.36)

N_{сн. вн.} = SА_вн., кН;                                                    (2.37)

де S - нормативне значення снігового навантаження на 1 м² вантажної площі, яке визначається за формулою

S = S₀m, кН/м²,                                                          (2.38)

де S₀ - вага снігового покриву на 1 м² горизонтальної поверхні землі, яка приймається згідно з вказівками п. 5.2 [8] кН/м²;

m - коефіцієнт переходу від ваги снігового покриву землі до снігового навантаження на покриття, який приймається згідно з вказівками п.п. 5.3-5.6 [8];

в) тимчасове навантаження на перекриття горища:

N_{горищ. зов.} = q_горищ. А_зов., кН;                                   (2.39)

N_{горищ. вн.} = q_горищ. А_вн., кн.,                                      (2.40)

де q_горищ. - навантаження на 1 м² перекриття горища, кН/м², яке при відсутності спеціальних даних може прийматись за табл. 2.13;

г) тимчасове корисне навантаження на перекриття:

                                    (2.41)

                                         (2.42)

де q - нормативне рівномірно розподілене навантаження на перекриття, кН/м², яке приймається згідно з завданням або за таблицею 2.13;

Y_n - коефіцієнт зниження навантаження, який знаходиться згідно  з п.п. 3.8, 3.9 [8].

Горизонтальні тимчасові навантаження

а) навантаження від вітру:

На рис. 2.2 показана схема дії вітрового навантаження на вертикальну стіну. Згідно з [8], воно зростає з висотою ділянками. У межах кожної ділянки вважаємо вітрове навантаження рівномірно розподіленим по площі. Результуюча зосереджена сила для кожної ділянки:

Q_в1 = w₀k₁cA_в1, кН;                                                   (2.43)

Q_в2 = w₀k₂cA_в2, кН;                                                   (2.44)

Q_в3 = w₀k₃cA_в3, кН;                                                   (2.45)

Q_в4 = w₀k₄cA_в4, кН;                                                  (2.46)

де w₀ - нормативне значення тиску вітру, яке приймається для заданого району відповідно до вказівок п. 6.4 [8];

k₁, k₂, k₃, k₄ - коефіцієнти, які враховують зміну тиску вітру в залежності від висоти над поверхнею землі і типу місцевості, п. 6.5 [8];

с - аеродинамічний коефіцієнт, який приймається відповідно до вказівок п. 6.6 [8];

A_в1, A_в2, A_в3, A_в4 - вертикальні вантажні площі, м²:

A_в1 = b5, м²;

A_в2 = b5, м²;

A_в3 = b10, м²;

A_в4 = b(h₃ – 20), м²; (див. рис. 2.2).

Таблиця 2.13 - Нормативні рівномірно-розподілені навантаження на перекриття та сходи [табл.3, 8]

Горизонтальне вітрове навантаження перерозподіляється за рахунок жорсткості верхньої будови та піддатливості основ і передається на фундаменти у вигляді згинальних моментів, поперечних і поздовжніх сил.

В курсовому і дипломному проектуванні допускається приблизна методика визначення впливу вітрових навантажень на фундаменти зовнішніх стін, яка полягає в тому, що:

- визначають моменти від кожної складової навантаження відносно центра ваги підошви фундаменту (у припущенні, що стіна - консольна балка, яка жорстко защемлена у ґрунті):

M_в1 = Q_в1h₁, кН×м;                                                     (2.47)

M_в2 = Q_в2h₂, кН×м;                                                     (2.48)

M_в3 = Q_в3h₃, кН×м;                                                     (2.49)

M_в4 = Q_в4h₄, кН×м,                                                     (2.50)

де h₁, h₂, h₃, h₄ - плечі сил Q_в1, Q_в2, Q_в3, Q_в4 відносно підошви фундаменту (рис. 2.2);

- визначають сумарний момент від вітрового навантаження:

М_в = М_в1 + М_в2 + М_в3 + М_в4;                                    (2.51)

- вважаючи, що сумарний момент привантажує зовнішню стіну, що знаходиться з підвітряного боку будинку, визначають вертикальне навантаження на її фундамент:

N_в = М_в/(2×L), кН,                                                     (2.52)

де L - прогін будівлі (див. рис. 2.2).

Зібрані навантаження для зручності складення поєднань доцільно звести в таблицю, прикладом якої є таблиця  2.14.

Слід пам'ятати, що для зовнішньої стіни, вантажна площа якої прийнята в осях віконних прорізів (рис. 2.1), при підсумовуванні поздовжніх сил треба перейти до погонного навантаження на фундамент:

                                               (2.53)

Таблиця 2.14 - Навантаження на фундаменти під зовнішню та внутрішню стіни

Через те, що усі тимчасові навантаження дають на фундаменти вертикальні зусилля, то найбільш несприятливим поєднанням навантажень при такій схемі будівлі (рис. 2.1, 2.2) буде їх сума. В зв'язку з цим інші можливі поєднання не складаємо.

Кількість тимчасових навантажень більше двох, тому додавання їх ведемо з урахуванням коефіцієнтів поєднань (вважаючи будинок житловим). Використовуючи табл. 2.14, маємо:

 ;    (2.54)

М_зов. = М_грунту;                                                                         (2.55)

 ;        (2.56)

М_вн. = 0.                                                                                    (2.57)

2.6.4 Збирання навантажень на фундаменти одноповерхової промислової будівлі з кранами

Одноповерхова промислова будівля має частіше за все каркасну схему, в якій несучими елементами, що передають навантаження на фундаменти, є колони (залізобетонні або металеві). Схематичний план такої будівлі з прольотами l₁ і кроком колон l₂ показаний на рис. 2.3.

Покажемо порядок збирання навантажень на окремі фундаменти під середню і крайню рядові колони. Колони і фундаменти навантажуються від вантажної площі покриття, яка показана на рис. 2.3 для зазначених колон.

Рисунок 2.3 – Схематичний план будівлі та вантажні площі для розрахункових фундаментів

Вертикальні постійні навантаження

а) вага покриття:

N_{покр.,кр.} = q_покр.А_кр., кН;                                          (2.58)

N_{покр.,сер.} = q_покр.А_сер., кН,                                        (2.59)

де q_покр. - вага 1 м² покриття, кН/м²;

А_кр., А_сер. - вантажні площі відповідно для крайньої і середньої колон, м² (рис.2.3);

б) вага кроквяної ферми (балки):

N_ф.кр. = N_ф/2, кН;                                                     (2.60)

N_ф.сер. = N_ф, кН,                                                       (2.61)

де N_ф - вага ферми (балки) за каталогом, кН (при необхідності треба враховувати і власну вагу підкроквяних конструкцій);

в) вага колони для наскрізних залізобетонних, а також металевих колон знаходиться за каталогом, а для суцільних залізобетонних колон може бути знайдена приблизно:

N_кол.кр. = А_кол.кр.Н_{кол.,кр.}g_зб., кН;                               (2.62)

N_{кол.сер.} = А_{кол.сер.}Н_{кол.,сер.}g_зб., кН,                               (2.63)

де А_кол.кр., А_{кол.сер.} - площі поперечного перерізу, відповідно, крайньої та середньої колон, м²;

Н_{кол.,кр.}, Н_{кол.,сер.} - висота колон, м;

g_зб. = 25 кН/м³ – питома вага залізобетону (для несучих елементів);

г) вага підкранової балки та підкранової колії:

N_n.б.,кр. = N_n.б., кН;                                                    (2.64)

N_{n.б.,сер.} = 2N_n.б., кН,                                                 (2.65)

де N_n.б. - вага підкранової балки і підкранової колії, яка знаходиться за каталогом;

д) вага фундаментної балки:

N_ф.б.,кр. = N_ф.б., кН,                                                    (2.66)

де N_ф.б. - вага фундаментної балки, яка знаходиться за каталогом;

е) вага стіни може визначатись:

- при панельних стінах - як сума ваги окремих панелей (визначених за каталогом), які розташовані у межах площі l₂ × H_ст., де Н_ст. - висота стіни;

- при цегляних стінах - за формулою (2.28), підставляючи замість "b" крок колон l₂.

При приблизних розрахунках вагу стіни можна визначити з урахуванням, як у формулі (2.29), коефіцієнта, що залежить від долі площі віконних прорізів.

Так, при 40% засклення:

N_ст.,кр. = q_ст.l₂Н_ст.0,6, кН,                                            (2.67)

де q_ст. - вага 1 м² стіни, кН/м²;

ж) вага засклення визначається за формулою (2.30).

Горизонтально діючих постійних навантажень в одноповерхових промислових будівлях, як правило, не буває, але вертикальні сили від ваги стіни, засклення, фундаментної і підкранової балок прикладені з ексцентриситетом відносно центра ваги фундаменту, який у більшості випадків збігається з центром ваги колони (рис. 2.4 і 2.7). Це приводить до виникнення згинальних моментів, діючих на фундамент. В дипломних проектах для визначення цих моментів слід провести статичний розрахунок поперечної рами будівлі. В курсових проектах допускається приблизне визначення указаних моментів без урахування перерозподілу за рахунок жорсткості каркасу.

Рисунок 2.4 – Схема до розрахунку моменту від ваги стіни, ваги скла та фундаментної балки

Наприклад,  для крайньої колони:

М_ст. = (N_ст.,кр. + N_{скл.,кр.} + N_ф.б.,кр.)×(d_ст.+d_к.)/2 – N_п.б.кр.(0,75 – d_к/2), кН×м, (2.68)

де d_ст. - товщина стіни, м;

d_к. - поперечний розмір колони, м (рис. 2.4 і 2.7).

Для середньої колони при приблизних розрахунках і рівності ваги підкранових балок у сусідніх прольотах можна вважати, що згинальних моментів від постійних навантажень не виникає.

Вертикальні тимчасові навантаження

а) снігове навантаження підраховується за формулами (2.36), (2.37) з урахуванням вантажних площ для крайньої і середньої колон;

б) при наявності в будівлі робочих площадок, що передають навантаження на розрахунковий фундамент, ураховується корисне навантаження на них за аналогією за формулами (2.41), (2.42);

в) кранове навантаження (від мостових кранів).

Вертикально діючим крановим навантаженням буде тиск колеса крана, який стоїть безпосередньо над розрахунковою колоною (фундаментом). Якщо кількість кранів в прольоті два і більше, то підраховують тиск від коліс двох спарованих кранів на кожній колії, які впливають на зусилля, що передається на зазначену колону (рис. 2.6):

                                            (2.69)

де F_nmax - найбільше нормативне вертикальне зусилля від колеса крана на рейку, яке приймається за стандартами на крани (табл.2.15);

Sу - сума ординат ліній впливу (рис. 2.6);

Y - коефіцієнт поєднання, який приймається при врахуванні навантажень від двох кранів дуже важкого та важкого режимів роботи 0,95, середнього та легкого режимів роботи - 0,85, а при врахуванні навантажень від чотирьох кранів - відповідно 0,8 та 0,7.

При врахуванні суміщення в одному створі кранів різних прольотів (наприклад, для середньої колони) приймають не більше чотирьох несприятливих за впливом кранів.

Якщо в будівлі є підвісні крани, то навантаження від них підраховується згідно з п. 4.12 [8].

Через те, що тиск коліс крана прикладений з ексцентриситетом відносно центра ваги фундаменту, то треба підрахувати згинальний момент, який буде діяти на фундамент. Він визначається або за допомогою статичного розрахунку рами будівлі, або за приблизною формулою:

М_к.,кр. = D_max.кр.(0,75 - d_к/2), кН×м;                              (2.70)

М_к.,сер. = D_max.сер.× 0,75, кН×м (рис. 2.7)                      (2.71)

Горизонтальні тимчасові навантаження

а) навантаження від вітру.

При розрахунках поперечної рами будівлі необхідно визначати вітрове навантаження як з повітряної, так і з підвітряної сторін будівлі. На стояки рами (колони) тиск вітру може передаватись як у вигляді рівномірно розподіленого, так і зосередженого навантаження (рис. 2.5).

По висоті стояка рами рівномірно розподілене вітрове навантаження приймається прикладеним до рівня нижнього пояса ригеля, розташоване вище навантаження замінюється зосередженою силою, прикладеною на рівні нижнього пояса ригеля. Величина зосередженої сили визначається за формулами:

W = w h_шl₂, кН;                                                         (2.72)

W’ = w h_шl₂, кН,                                                        (2.73)

де h_ш - висота від нижнього поясу ригеля до верхньої лінії будівлі.

Навантаження на фундаменти від вітру визначається шляхом статичного розрахунку рами будівлі.

При курсовому проектуванні допускається визначати вітрове навантаження приблизно в припущенні, що колона - стержень, жорстко защемлений у фундаменті з вільним верхнім кінцем (рис.2.5).

       Рисунок 2.5 – Передавання тиску вітру на стояки рами

У межах кожної ділянки навантаження по висоті за формулами (2.43) - (2.45) знаходять результуючу зосереджену силу, відповідно, Q_в1, Q_в2, Q_в3, Q_в4. При цьому вантажні площі для кожної з ділянок:

А_в1 = l₂ × 5, м²;                                                         (2.74)

А_в2 = l₂ × 5, м²;                                                         (2.75)

А_в3 = l₂ × (Н – 10), м².                                              (2.76)

Згинальні моменти від кожної складової навантаження відносно центра ваги підошви фундаменту знаходять за формулами (2.47) - (2.49), а сумарний момент - за формулою (2.51);

б) кранові навантаження

Колеса мостових кранів створють не тільки вертикальний тиск на підкранові рейки, але і горизонтальний тиск, спричинений гальмуванням візка крана (поперек прогону) і гальмуванням моста крана (вздовж прогону).

Горизонтальний тиск від одного колеса крана при гальмуванні візка:

- для кранів з гнучким підвісом ваги:

Т_к = 0,05(Q + G_ct)/n₀, кН;                                          (2.77)

для кранів з жорстким підвісом ваги:

Т_к = 0,1(Q+G_ct)/n₀, кН,                                             (2.78)

де Q - вантажопідйомність крана;

G_ct - вага візка;

n₀ - кількість коліс з однієї сторони крана.

Рисунок 2.6 – Розрахункова схема до визначення кранового навантаження

Горизонтальна сила, яка передається на колону від сил Т_к (рис.2.6):

                                                     (2.79)

де Sу, Y - те ж, що і в формулі (2.69).

Горизонтальна сила, яка діє вздовж прольоту (від гальмування моста крана):

T_кп = 0,1 × 0,05 × F_nmaxn₀, кН,                                    (2.80)

де n₀ – те ж, що і в формулах (2.77), (2.78).

Рисунок 2.7 – Схема прикладення кранового навантаження

При приблизних розрахунках згинальні моменти від сил T, Т_кп на рівні підошви фундаменту можна визначати за формулами:

М_Т = Т × h_T, кН×м, (рис. 2.5);                                  (2.81)

М_Тп = Т_кпh_T/n_п, кН×м, (рис. 2.5);                               (2.82)

де n_п - кількість колон вздовж прольоту.

Так само, як і у п.2.6.3, всі навантаження на означені фундаменти зручно звести в таблицю 2.16. У таблицю не ввійшли величини поперечних сил, які діють на фундаменти, тому що в спорудах даного типу горизонтальні навантаження на фундаменти не перевищують 1/10 вертикального навантаження, тому їх можна не враховувати.

Таблиця 2.16 - Зведена таблиця навантажень на фундаменти під крайню та середню колони

При виборі найбільш несприятливого поєднання навантажень для фундаментів одноповерхової промислової будівлі повинні розглядатися два основних типи поєднань:

1) максимальне значення поздовжньої сили і відповідне значення згинального моменту (за абсолютною величиною, незалежно від напрямку, в якому він діє);

2) максимальне значення згинального моменту (за абсолютною величиною) і відповідне значення поздовжньої сили.

В дипломному проектуванні фундаменти повинні перевірятись на дію обох цих поєднань.

В курсовому проектуванні допускається приймати як найбільш несприятливе одне поєднання, в якому діє найбільша поздовжня сила. Для вибору такого поєднання рекомендується накреслити схему дії можливих згинальних моментів (рис.2.8).

Рисунок 2.8 -  Схема дії згинальних моментів на фундаменти крайньої (а) та середньої (б) колон

Перелік навантажень, які діють на крайню та середню колони, приведений в табл. 2.16.

Складемо поєднання зусиль для фундаменту крайньої колони. Найбільша поздовжня сила буде сумою усіх поздовжніх сил, які діють на фундамент від окремих видів навантаження, з урахуванням коефіцієнтів поєднань.

            (2.83)

Для того, щоб знайти відповідне максимальне значення згинального моменту складемо комбінацію навантажень, які дають максимальне додатне і від'ємне значення М.

Поєднання 1: сила гальмування візка направлена вправо (в середину прогону), вітер дує зліва (рис. 2.8,а). Вважаючи додатним напрямок згинального моменту за годинниковою стрілкою, одержимо:

М_кр.х = - М_ст. + 0,9 (М_в.кр. + М_к.кр. + М_{т., кр.}), кН×м;    (2.84)

М_кр.,у. = М_тп.кр., кН×м.                                                (2.85)

Поєднання 2: Сила гальмування візка крана направлена вліво (з прогону), вітер справа:

М_кр.х = - М_ст. + 0,9 (-М_в.кр. + М_к.кр. – М_т.,кр.), кН×м;     (2.86)

М_кр.,у. = М_тп.кр., кН×м.                                                (2.87)

До розрахунку приймається те поєднання, де абсолютне значення згинального моменту буде найбільшим.

Для фундаменту середньої колони найбільша поздовжня сила буде діяти у тому випадку, коли є всі (табл. 2.16) види навантажень і мостові крани знаходяться в обох суміжних прольотах:

          (2.88)

Відповідне значення згинального моменту одержимо, коли сила гальмування візка крана і вітрове навантаження діють у сторону того прогону, де знаходяться мостові крани з більшою вантажопідйомністю:

М_сер.,к = 0,9 (М_в.сер. + М_к.сер1. – М_к.сер2 + М_т,сер1), кН×м; (2.89)

М_сер.у. = М_{тп.сер1.}, кН×м,                                              (2.90)

де М_к.сер.1, М_т.сер.1, М_{тп.,сер.1} - моменти від тиску колеса, гальмування візка і гальмування моста крана в прольоті, де знаходяться крани більшої вантажопідйомності;

М_к,сер. -  момент від тиску колеса крана в протилежному прольоті.

2.6.5 Збір навантажень на фундаменти багатоповерхової каркасної споруди

Покажемо порядок збору навантажень на окремі фундаменти під середню і крайню колони. Вантажні площі перекриттів і покриття для таких будівель визначаються так само, як і для одноповерхової каркасної будівлі (рис. 2.3).

Вертикальні постійні навантаження

а) вага покриття визначається за формулами (2.58), (2,59);

б) вага перекриттів визначається за формулами (2.26), (2.27);

в) вага зовнішньої стіни визначається згідно з рекомендаціями п.2.6.3 за формулою (2.28) із заміною величини "b" на крок колон "l₂" або за приблизною формулою з урахуванням певного процента засклення. Припустимо, при площі вікон 40% від площі стіни:

N_ст.кр. = d_зов.g_ст.l₂H_зов.0,6, кН;                                      (2.91)

г) вага віконного скла визначається за формулою (2.30);

д) вага внутрішньої стіни:

N_{ст.,сер.} = d_вн.g_ст.l₂Н_вн., кН,                                           (2.92)

де d_вн., g_ст., Н_вн. - те ж, що і в формулі (2.32);

е) вага фундаментної балки визначається за формулою (2.66);

ж) вага ригелів

N_р.,кр. = n x N_р/2, кН (при розкладанні ригелів поперек прольоту l₁);  (2.93)

N_р.,сер. = nN_р, кН,                                                      (2.94)

де N_p - вага ригеля, кН, яка знаходиться за каталогом;

з) Вага колони знаходиться за каталогом або за приблизними формулами (2.62), (2.63).

Через те, що вага зовнішньої стіни, фундаментної балки, а також вага ригелів і плит перекриттів (рис. 2.4) передається на крайню колону з ексцентриситетом, вони будуть викликати наявність згинальних моментів на опорах. При приблизних розрахунках (без урахування перерозподілу зусиль за рахунок жорсткості каркаса) указані моменти можна визначати за формулами:

- момент від ваги зовнішньої стіни, засклення і фундаментної балки (рис.2.4):

М_ст.кр. = (N_ст.кр. + N_скл.кр. + N_ф.б.кр.) × (d_ст. + d_к)/2, кН×м;                  (2.95)

- моменти сил, які діють на консолі колони (див. рис. 2.9):

М_к.кр. = (N_пер.кр. + N_р.кр.) × (h_к + l_конс.)/2, кН×м.           (2.96)

Рисунок 2.9  - Конструкції консолей

Горизонтальні постійні навантаження

а) тиск ґрунту на стіну підвалу знаходиться за формулами (2.32) і (2.33) з заміною відстані між осями вікон "b" на крок колон "l₂".

Вертикальні тимчасові навантаження

а) вага перегородок знаходиться за формулами (2.34) - (2.35);

б) снігове навантаження - за формулами (2.36) - (2.38);

в) тимчасове корисне навантаження на перекриття поверхів і горища знаходиться за формулами (2.39) - (2.42).

Від тимчасових навантажень на перекриття по аналогії з їх власною вагою на фундаменти буде передаватись згинальний момент (при консольному з'єднанні ригеля з колоною):

           (2.97)

Горизонтальні тимчасові навантаження

а) навантаження від вітру знаходять згідно з рис. 2.10 і формулами (2.43) - (2.51).

Сумарний момент від вітрового навантаження М_в при приблизних розрахунках розподіляють між колонами поперечника умовно, пропорційно висоті перерізу колон (h_k). При рівній висоті перерізу колон

М_в.кр. = М_в.сер. = М_в./n_кол., кН×м,                                 (2.98)

де n_кол. -  кількість колон в поперечнику.

Зібрані навантаження зводяться у таблицю 2.17.

Найбільш несприятливим поєднанням навантажень для фундаментів багатоповерхової каркасної будівлі буде поєднання з максимальним значенням поздовжньої сили, яке включає усі можливі види навантажень:

N_кр. = S           (2.99)

N_сер. = S.       (2.100)

Рисунок 2.10 – Схема до визначення  вітрового навантаження

Таблиця 2.17 - Зведена таблиця навантажень на фундаменти під крайню та середню колони

Для визначення відповідного максимального значення згинального моменту накреслимо схему дії згинальних моментів для фундаментів крайньої і середньої колон (рис. 2.11).

Для середньої колони, якщо моменти сил, які діють на консолі колон справа і зліва рівні, то сумарний згинальний момент дорівнює моменту від вітру (за абсолютною величиною)

М_сер.,х = М_в.

Для крайньої колони треба визначити максимальне за абсолютною величиною значення згинального моменту з двох можливих комбінацій зусиль:

Рисунок 2.11 – Схема дії вигинальних моментів на фундаменти крайньої та середньої колон

1) вітер зліва (рис. 2.11):

     (2.101)

2) вітер справа

.     (2.102)