Расчет оснований и фундаментов по первой группе предельных состояний

Предельные состояния оснований фундаментов, принципы их проектирования

Основания рассчитываются по двум группам предельных состояний: первая – по несущей способности, вторая – по деформациям.

К первой группе предельных состояний оснований относятся деформации неустановившейся ползучести, чрезмерные пластические деформации, резонансные колебания, потеря устойчивости формы и положения, вязкое или хрупкое разрушение.

Ко второй группе предельных состояний относятся такие состояния оснований, при которых затрудняется нормальная эксплуатация здания или сооружения или снижается его долговечность в результате недопустимых осадок, прогибов углов поворота, а также колебаний, трещин и т. д.

Следует иметь в виду, что потеря несущей способности основания приводит чаще всего конструкции здания или сооружения в предельное состояние первой группы. В этом случае предельные состояния основания и конструкций здания или сооружения совпадают. Что касается деформаций основания, то они могут привести конструкции здания или сооружения в предельные состояния как второй, так и первой групп. В связи с этим предельные деформации основания могут ограничиваться прочностью, устойчивостью и трещиностойкостью, а также требованиями архитектурного, эксплуатационно-бытового и технологического характера.

Расчет основания по деформациям производится с соблюдением следующих условий (исходя из совместной работы основания и сооружения):

где S – абсолютные значения осадки отдельных фундаментов, определяемые расчетом, исходя из наиболее неблагоприятных грунтовых условий; Ṡ – средняя осадка фундаментов, рассчитываемая как среднее значение абсолютных осадок отдельных фундаментов:

где s₁, s₂, . , s_n – абсолютные осадки отдельных фундаментов или лент; A₁, A₂ . A_n – суммарные площади подошвы фундаментов с одинаковыми размерами, аналогичными грунтовыми условиями оснований и близкими по влиянию загружения соседними фундаментами; S_u и Ṡ_u – предельные значения соответственно абсолютных и средних осадок, устанавливаемых СНиП 2.02.01-83.

Расчет оснований только по условию (1.1) является недостаточным. Основным расчетом оснований зданий и сооружений по деформациям является проверка по относительной неравномерности осадки:

где (Δs/L) и i – соответственно относительная неравномерность осадок и крен, определяемые расчетом; (Δs/L)_u и i_u – предельные (соответственно) относительная неравномерность осадок и крен, рекомендуемые СНиП 2.02.01-83.

По второй группе предельных состояний (по деформациям) основания рассчитываются во всех случаях, по первой группе – в следующих случаях:

1. основание подвержено действию значительных горизонтальных нагрузок (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т. д.) с учетом сейсмических;
2. здание или сооружение расположено на откосе или в непосредственной близости от него;
3. основание сложено скальными грунтами.

Если основание сложено медленно уплотняющимися пылевато-глинистыми грунтами со степенью влажности Sг≥0,85 и коэффициентом консолидации сν≤107 см2/год, силу предельного сопротивления основания следует определять с учетом возможного нестабилизированного состояния основания в результате избыточного порового давления в грунте и. В этом случае соотношение нормальных и касательных напряжений определяется следующей зависимостью:

где ϕ₁ и c₁ – угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта в стабилизированном состоянии.

Избыточное поровое давление можно определять методами фильтрационной консолидации грунтов, при этом обязательно учитывается скорость приложения нагрузки на основание. В случае возведения зданий и сооружений высокими темпами, отсутствия в основании дренирующих слоев грунта или дренирующих устройств и т. д., при соответствующем обосновании допускается в запас надежности принимать избыточное поровое давление, равное нормальному напряжению по площадкам скольжения (u=σ), или использовать в расчетах угол внутреннего трения ϕ₁ и удельное сцепление c₁ для нестабилизированного состояния грунтов основания. Для водонасыщенных глинистых грунтов с показателем текучести J_L≤0,5 можно не учитывать возможности возникновения нестабилизированного состояния грунта и не определять коэффициент консолидации.

При проектировании оснований и фундаментов необходимо учитывать взаимодействие здания или сооружения со сжимаемым основанием. Состояние основания можно считать предельным в том случае, если оно приводит к одному из предельных состояний здания или сооружения.

Расчет деформации основания производится с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства с ограничением глубины активной (сжимаемой) зоны или линейно деформируемого слоя. Анизотропию прочностных и деформационных характеристик, а также развитие деформаций во времени рекомендуется учитывать при расчете оснований из водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов и илов.

При расчете конструкций зданий и сооружений на сжимаемом основании могут применяться также расчетные схемы с использованием коэффициентов постели или коэффициентов жесткости, представляющих собой отношение удельного давления на грунт основания к его расчетной осадке. Такие расчетные схемы приемлемы в случае необходимости учета неоднородности грунтов, слагающих основание, а также при расчете зданий и сооружений на подрабатываемых территориях и т.д.

Нелинейность деформирования грунтов рекомендуется учитывать при расчете пространственно-жестких зданий и сооружений во взаимодействии со сжимаемым основанием, допуская при этом использование упрощенных методов с заменой фундаментов нелинейно деформируемыми опорами.

Проектирование оснований осуи1,ествляется по следующим основным принципам:

1. Проектирование оснований зданий и сооружений по предельным состояниям независимо от типа фундамента.
2. Учет совместной работы системы – основание, фундамент и надземные несущие конструкции здания или сооружения.
3. Комплексный подход при выборе типа фундамента и оценке работы грунтов основания на основе совместного рассмотрения: инженерно-геологических условий территорий строительной площадки; чувствительности несущих конструкций здания или сооружения к неравномерным деформациям основания; методов производства строительно-монтажных работ по устройству оснований фундаментов и особенностей эксплуатации зданий и сооружений.

Перечисленные факторы свидетельствуют о сложности выполнения задачи по проектированию оснований и фундаментов. Поэтому зачастую невозможно определить рациональные типы оснований и фундаментов, не рассмотрев предварительно несколько возможных, конкурирующих вариантов. Окончательное решение следует принимать на основе технико-экономического сравнения рассматриваемых вариантов оснований и фундаментов. При этом необходимо учитывать стоимость конструкции фундамента, ее долговечность, индустриальность изготовления, трудоемкость, возможность выполнения строительно-монтажных работ в зимнее время. Особое внимание обращается на сохранение естественной структуры грунтов основания во время производства земляных работ.

Вариантное проектирование оснований и фундаментов рекомендуется выполнять в такой последовательности:

1. Наметить возможные, конкурирующие варианты оснований и фундаментов с учетом инженерно-геологических условий строительной площадки, конструктивных особенностей здания или сооружения и действующих нагрузок.
2. Рассчитать выбранные варианты оснований и фундаментов в стадии технического проекта, отобрав наиболее нагруженные фундаменты.
3. Произвести технико-экономическое сравнение вариантов и выбрать из них наиболее рациональный.

>> Modules Anywhere >>> –>

Глава 5. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

5.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Проектирование оснований является неотъемлемой составной частью проектирования сооружений в целом. Статическая схема сооружения, его конструктивное и объемно-планировочное решение, плановая и высотная привязка должны приниматься с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства и технически возможных решений фундаментов.

Проектирование оснований включает обоснованный расчетом выбор типа оснований (естественное или искусственное), а также конструкции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточные, плитные, столбчатые; железобетонные, бетонные, бутобетонные и др.) с применением в случае необходимости строительных или конструктивных мероприятий для уменьшения влияния деформаций оснований на эксплуатационную пригодность сооружений [4].

Основания рассчитывают по двум группам предельных состояний:

• – по первой группе — по несущей способности;
• – по второй группе — по деформациям (по осадкам, прогибам, подъемам и пр.).

В расчетах оснований следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние на физико-механические свойства грунтов атмосферных или подземных вод, тепловых источников различного вида, климатических воздействий и т.п.). Необходимо иметь в виду, что к изменению влажности особенно чувствительны просадочные, набухающие и засоленные грунты, к изменению температурного режима — набухающие и пучинистые грунты.

Расчет оснований по деформациям должен выполняться всегда, расчет по несущей способности выполняется в следующих случаях:

а) на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т.п.), в том числе сейсмические;

б) фундамент или сооружение расположены на откосе или вблизи откоса;

в) основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами (заторфованными, торфами и сапропелями), а также илами при степени их влажности S_r ≥ 0,85 и коэффициенте консолидации с_v ≤ 107 см 2 /год;

г) основание сложено скальными грунтами.

Расчет оснований по несущей способности в случаях «а» и «б» можно не производить, если приняты конструктивные мероприятия, исключающие возможность смещения рассматриваемого фундамента.

Если проектом предусматривается возведение сооружения непосредственно после устройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлованов, необходимо проверить несущую способность основания с учетом нагрузок, действующих в процессе строительства.

Расчет по первому предельному состоянию производится для обеспечения несущей способности (прочности и устойчивости) и ограничения развития чрезмерных пластических деформаций грунта основания с учетом возможных неблагоприятных воздействий и условий их работы в период строительства и эксплуатации сооружений; по второму предельному состоянию — для ограничения абсолютных или относительных перемещений (в том числе колебаний) конструкций и оснований такими пределами, при которых обеспечивается нормальная эксплуатация сооружения.

Сооружение и его основание должны рассматриваться как единое целое. О предельном состоянии основания можно говорить лишь в том случае, если все сооружение или отдельные его элементы находятся в предельном состоянии.

При проектировании необходимо учитывать, что потеря несущей способности основания, как правило, приводит конструкции сооружения в предельное состояние первой группы. При этом предельные состояния основания и конструкций сооружения совпадают, Деформации же основания могут привести конструкции сооружения в предельное состояние как второй, так и первой группы, поэтому деформации основания лимитируются как прочностью, устойчивостью и трещиностойкостью конструкций, так и архитектурными и технологическими требованиями, предъявляемыми к сооружению или размещенному в нем оборудованию.

Расчетная схема системы «сооружение-основание» или «фундамент-основание», представляющая собой совокупность упрощающих предположений относительно геометрической схемы конструкции, свойств материалов и грунтов, характера взаимодействия конструкции с основанием (включая схематизацию возможных предельных состояний), должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, характера напластований и свойств грунтов основания, особенностей возведения сооружения и т.д.). В необходимых случаях должны учитываться пространственная работа конструкций, геометрическая и физическая нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов, а также возможность их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

Для расчета деформаций основания чаще всего используются расчетные схемы основания в виде линейно-деформируемого полупространства или линейно-деформируемого слоя.

При использовании схемы полупространства для расчета осадок глубина сжимаемой толщи основания H_с ограничивается значениями, зависящими от соотношения дополнительных вертикальных нормальных напряжений от внешней нагрузки σ_zp и от собственного веса грунта σ_zg .

Расчетная схема основания в виде линейно-деформируемого слоя применяется в следующих случаях [4]:

– ширина (диаметр) фундамента b ≥ 10 м и модуль деформации грунтов основания Е ≥ 10 МПа;

– в пределах сжимаемой толщи основания H_c , определенной как для линейно-деформируемого полупространства, залегает слой грунта с модулем деформации E₁ ≥ 100 МПа и толщиной h₁ удовлетворяющей условию

где Е₂ — модуль деформации грунта, подстилающего слой грунта с модулем деформации E₁ .

Толщина линейно-деформируемого слоя Н в первом случае вычисляется по формуле (5.62) , во втором случае принимается до кровли малосжимаемого грунта.

Схему в виде линейно-деформируемого слоя допускается также применять для фундаментов шириной b ≥ 10 м при наличии в пределах сжимаемой толщи слоев грунта с модулем деформации E Н .

При расчете деформаций основания с использованием расчетных схем основания в виде линейно-деформируемой среды давление под подошвой фундамента ограничивается в соответствии с указаниями п. 5.5.2.

Для расчета конструкций на сжимаемом основании могут применяться схемы, характеризуемые коэффициентом постели или коэффициентом жесткости. Под коэффициентом жесткости понимается отношение нагрузки, действующей на основание, к его расчетной осадке. Такая характеристика сжимаемости основания целесообразна при необходимости учета неоднородности грунтов основания (в том числе вызванной неравномерным замачиванием просадочных грунтов), при расчете конструкций на подрабатываемых территориях и т.д.

В расчетах конструкций пространственно жестких сооружений во взаимодействии со сжимаемым основанием, особенно при значительных ожидаемых неравномерных деформациях основания, рекомендуется учитывать нелинейность деформирования грунтов. При этом допускается использовать упрощенные методы, в которых, в частности, фундаменты сооружения рассматриваются как отдельные нелинейно-деформирующиеся опоры. Зависимость осадки основания таких опор от давления p рекомендуется принимать в виде [2]

где s_R — расчетная осадка основания при давлении p₁ , равном расчетному сопротивлению грунта основания; p_u — давление на основание, соответствующее исчерпанию его несущей способности.

Расчет сооружений во взаимодействии с нелинейно-деформирующимся основанием выполняется с применением ЭВМ.

Развитие деформаций грунтов основания во времени (консолидационное уплотнение, ползучесть), а также анизотропию прочностных и деформационных характеристик грунтов следует учитывать, как правило, при расчете оснований, сложенных водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами, а также илами. Для одного и того же сооружения расчетная схема может меняться в зависимости от вида предельного состояния, цели расчета, вида учитываемых воздействий, разработанности методов расчета и т.д.

Пример 5.1. Каркасно-панельное здание повышенной этажности, проектируемое на площадке, где в верхней зоне основания залегают пылеватые пески и суглинки с модулем деформации E = 15—20 МПа, подстилаемые известняками с модулем деформации E = 120 МПа, имеет фундамент в виде коробчатой железобетонной плиты (рис. 5.1, а).

При расчете несущих конструкций здания на ветровые нагрузки в качестве расчетной схемы в данном случае принимается многоэтажная рама с жесткой заделкой стоек в уровне верха фундаментной плиты. Для определения усилий в конструкции фундаментной плиты расчетная схема принимается в виде плиты конечной жесткости на линейно-деформируемом слое. При вычислении крена здания жесткость плиты можно принять бесконечно большой. При определении средней осадки основания, а также при расчете его несущей способности допускается пренебречь жесткостью плиты и считать давление на основание распределенное по линейному закону.

Для расчета конструкций протяженного крупнопанельного жилого дома, имеющего в основании напластование грунтов с ярко выраженной неравномерной сжимаемостью (рис. 5.1, б), целесообразно принять расчетную схему в виде равномерно загруженной балки конечной жесткости на основании с переменным коэффициентом жесткости.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ.

Общие сведения. Основания и фундаменты надлежит проектировать так, чтобы была надежно обеспечена возможность нормальной эксплуатации сооружений. Для этого они должны быть прочными и устойчивыми, т. е. обладать достаточной несущей способностью. Если это условие не выполнено, то несущая способность основания и фундамента может оказаться исчерпанной, в результате чего расположенное на них сооружение будет разрушено или деформировано в такой степени, что нормальная эксплуатация сооружения будет невозможна или значительно затруднена. Различают пять форм исчерпания несущей способности оснований и фундаментов:
1) исчерпание прочности фундамента (прочности материала фундамента), приводящее к его разрушению;
2) исчерпание устойчивости фундамента, приводящее к его опрокидыванию;
3) исчерпание устойчивости фундамента, вызывающее его сдвиг;
4) исчерпание прочности основания, приводящее к большим просадкам;
5) исчерпание устойчивости основания, сопровождающееся сдвигом массы грунта совместно с фундаментом по некоторой поверхности скольжения — глубокий сдвиг.
Наиболее характерные схемы потери устойчивости фундаментов: опрокидывание с поворотом; плоский сдвиг; глубокий сдвиг.

Расчеты оснований и фундаментов на прочность, устойчивость по деформациям и на трещиностойкость, как и других строительных конструкций, выполняют по методу предельных состояний. Под предельным состоянием подразумевается такое напряженное состояние конструкций или оснований, когда при самом незначительном увеличении нагрузок они перестают удовлетворять предъявляемым к ним требованиям: наступает их разрушение, возникают недопустимые деформации, происходит потеря устойчивости и т. п.
Основания и фундаменты мостов и труб под насыпями рассчитывают по двум группам предельных состояний:
по первой группе — по несущей способности оснований, устойчивости фундаментов против опрокидывания и сдвига, устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения грунтов, прочности и устойчивости конструкций фундаментов;
по второй группе — по деформациям оснований и фундаментов (осадкам, кренам, горизонтальным перемещениям), трещиностойкости железобетонных конструкций фундаментов.
Расчет по первой группе предельных состояний выполняют с целью не допустить исчерпания несущей способности и устойчивости оснований и фундаментов. Расчет производят исходя из условия
F≤Fu, (6.1)
где F — силовое воздействие (нагрузка) на основание или на фундамент; Fu — несущая способность (сила предельного сопротивления) основания или фундамента.
Цель расчета по второй группе предельных состояний — исключить возможность возникновения недопустимых по условиям нормальной эксплуатации сооружения деформаций (осадок, кренов, сдвигов) оснований и фундаментов. Расчет производят, исходя из соблюдения условия s

Расчет по второй группе предельных состояний проводят с целью ограничения перемещений оснований, фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантирована невозможность достижения состояния, затрудняющего нормальную эксплуатацию сооружений в целом или отдельных элементов, либо снижающего их долговечность.
Различают следующие деформации (перемещения) основания:
осадки — деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;
просадки — деформации, происходящие в результате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительно с ними действующих факторов, например, замачивания просадочного грунта, оттаивания ледовых прослоек в замерзшем грунте и т. п.;
подъемы и усадки — деформации, связанные с изменением объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта);
оседания — деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий, понижением уровня подземных вод, карстово-суффозионными процессами и т. п.;
горизонтальные перемещения — деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных систем, подпорные стены и т. д.) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от действия собственного веса и т. п.
Деформации основания в зависимости от причин возникновения подразделяют на два вида:
1) деформации от внешней нагрузки на основание (осадки, просадки, горизонтальные перемещения);
2) деформации, не связанные с внешней нагрузкой на основание и проявляющиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещений поверхности основания (оседания, просадки грунтов от действия собственного веса, подъемы и т. п.).
Совместная деформация основания и сооружения может характеризоваться абсолютной осадкой основания отдельного фундамента s; средней осадкой основания сооружения sm; относительной неравномерностью осадок двух фундаментов As/L сооружения длиной L; креном фундамента или сооружения в целом i; горизонтальным перемещением фундамента или сооружения в целом u.

Дата добавления: 2016-05-11 ; просмотров: 1090 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Предельные состояния оснований и фундаментов

Основания и фундаменты рассчитываются по двум группам предельных состояний: по несущей способности и по деформациям.

К первой группе предельных состояний относятся следующие состояния.

– Потеря устойчивости основания (выпор грунта из-под подошвы фундамента, сползания грунта в откосах, большие горизонтальные перемещения);

– Деформация прогрессирующей ползучести грунтов;

– Резонансные колебания грунтов;

– Вязкое или хрупкое разрушение грунтов;

– Разрушение фундамента, как железобетонной конструкции.

СНиП [5], (п. 2.3.) требует производить расчет по первой группе предельных состояний в следующих случаях:

– на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т.д.), в том числе сейсмические;

– сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;

– основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами;

– основание сложено скальными грунтами.

Ко второй группе предельных состояний относятся такие состояния оснований, при которых затруднена нормальная эксплуатация сооружений вследствие больших деформаций. Расчет по деформациям производится во всех случаях. При этом производится проверка следующих условий.

1) Осадка отдельных фундаментов не превышает предельные значения

, (7.1)

где – осадка, определяемая расчетом; предельная осадка фундамента, установленная СНиП [5].

2) Средняя осадка группы фундаментов не превышает предельные значения

,

где – средняя осадка фундамента; – абсолютные осадки отдельных фундаментов; – соответствующие площади подошв фундаментов; – предельная средняя осадка, установленная СНиП [5].

3) Крен фундамента не превышает предельное значение (рис. 7.2-б)

Креном называется разность осадок двух крайних точек жесткого фундамента или сооружения, отнесенная к расстоянию между ними.

· Крены могут произойти по следующим причинам:

· внецентренное приложение нагрузки;

· несогласное залегание пластов грунта;

· влияние рядом расположенных фундаментов или различных пригрузок.

Крены жестких фундаментов на основании с согласным залеганием грунтов от действия внецентренной нагрузки, приложенной в пределах ядра сечения (7.2,а), определяют по формуле:

, (7.2)

где: – модуль деформации и коэффициент Пуассона (при слоистых основаниях их принимают средними в пределах сжимаемой толщи); – коэффициент, принимаемый по таблице СНиП [5]; – вертикальная составляющая равнодействующих всех нагрузок, передаваемых на основание, при расчете по второй группе предельных состояний; – эксцентриситет; – сторона прямоугольного или диаметр круглого фундамента в направлении эксцентриситета; – коэффициент, учитываемый при расчете осадок методом линейно деформируемого слоя, при принимаемый по СНиП [5]:

Средние значения модуля деформации и коэффициента Пуассона грунтов основания в пределах сжимаемой толщи определяются по формулам:

, (7.3)

где – число слоев, отличающихся значениями и ; – среднее напряжение в слое; – толщина – го слоя.

Рис. 7.2. Крены фундаментов

а) крен жесткого фундамента; б) крен жесткого сооружения

Определение крена жесткого сооружения, опирающегося на плиту или систему фундаментов (рис. 7.2-б), производят по формуле:

.(7.4)

где – предельный крен, установленный СНиП [5].

Основным расчетом является проверка условия (7.1).

Дата добавления: 2014-01-20 ; Просмотров: 1727 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет