Этапы проектирования оснований фундаментов

Проектирование фундаментов — последовательность и этапы

Качество и долговечность любой постройки, гарантирует прочный фундамент, выполненный в строгом соответствии с нормативными требованиями.

Так как на прочность, надежность и стоимость фундамента влияют очень многие факторы, то и каждый объект, будь то многоэтажное здание, частный дом или промышленное сооружение, требует индивидуального подхода.

Современные компьютерные технологии позволяют проектировать фундаменты любой сложности. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений проводится с учетом типа постройки, ее размеров, используемого при строительстве материала. Также крайне важно провести правильную и грамотную характеристику грунта местности.

Сам фундамент состоит из трех частей:

• Нижняя – подошва, которая соприкасается с грунтом и служит базой для возведения фундамента.
• Основная часть – закладывается как опора для будущего здания.
• Верхняя — это видимая, наземная часть (цоколь).

При закладке фундамента, крайне важно, чтобы все три элемента были выполнены в виде цельной, единой конструкции.

Планируя закладку подошвы, нужно помнить о последующих нагрузках, глубине закладки, размере и сечении фундамента. Ошибки и просчеты при проектировании могут отрицательно сказаться уже на этапах строительства.

Работу и последовательность проектирования оснований и фундаментов можно разделить на два этапа:

Первый этап: определяют вид и размеры постройки, учитывают уровень предстоящих нагрузок и планируют тип подошвы фундамента.

Второй этап: проводят расчеты материалов и нормативов, выполняют конструирование.

Порядок выполнения работ по проектированию

1. Изучение геологических характеристик строительной площадки.

Для составления грамотной оценки грунта нужно знать:

• Глубину и концентрацию залегания почвенных вод.
• Возможную деформацию под влиянием геологических изменений (землетрясения, оползни, наводнения и др.).
• Трансформации грунта при смене сезонов.
• Химический состав почвы.

При закладке фундамента на участках с высоким уровнем грунтовых вод, необходимо планировать применение специальных гидроизоляционных материалов.

1. Изучение проекта будущего здания

Проектирование фундамента дома напрямую связано с формой и типом будущей постройки. Нужно знать размеры здания, его планировку и количество этажей, в том числе и подземных. На выбор определенного типа фундамента влияет используемый при строительстве материал, устойчивость конструкции и форму эксплуатации. Эти данные, а также все расчеты и схемы можно получить при ознакомлении с проектом здания.

Уровень и коэффициент нагрузки на фундамент рассчитывается отдельно по всем элементам конструкции, которые потом суммируются в общий показатель. Также степень нагрузки определяется по показателям статических расчетов.

1. Определение «черновых» габаритов фундамента

Рассчитываются промежуточные размеры основания и его технические характеристики. Данные для этого берутся на основании геологии грунта, методов будущего строительства и назначения постройки в процессе эксплуатации.

1. Оптимизация размеров фундамента по усадке

На этой стадии проводятся вычисления для конкретных параметров и габаритов постройки, учитываются действительные нагрузки. Теперь можно узнать предстоящую степень усадки основания. Полученные данные сопоставляются с допустимыми нормами возможной деформации будущей конструкции. В случае необходимости, вносятся изменения и корректировка в размерах или форме постройки.

1. Выполняются проверочные расчеты

Определяется прочность фундамента и устойчивость всего здания. Внесенные в конструкцию изменения следует обосновывать с точки зрения вероятных деформаций.

1. Проводятся заключительные расчеты по проектированию фундамента, разрабатываются чертежи и схемы с указанием всех необходимых данных

Далее мы рассмотрим процесс проектирования основания на примере основания свайного типа.

Что собой представляет проектирование свайных фундаментов?

Некоторые постройки требуют применение фундаментов на сваях, при этом часто используют в качестве основы винтовые сваи. Это специальные опоры в форме винта со стальными лопастями, которые методом завинчивания погружаются на определенную глубину.

Процесс проектирования подобных конструкций можно разбить на три этапа:

Сбор нагрузок, воздействующих на основание

На этом этапе проводят следующие расчеты:

• Вычисляется масса одного квадратного метра всех перекрытий, несущих стен и кровли здания и рассчитывается полезная нагрузка. Данные аккумулируются в таблице содержащей информацию по перекрытиям и покрытиям, а равно и по несущим элементам.
• В случае если проектируется основание для промышленного оборудования, то специализированные данные рассчитываются на основании технических требований и предпочтений заказчика.
• Все конечные вычисления и моделирование основных несущих конструкций здания проводят с использованием современных компьютерных программ. Для этой задачи подойдут «Tower 6», «Scad 11.0», «Lira 9.6», », «MicroFE» «Scad 11.0», «MicroFE» и другие.
• Показатели нагрузок – полезных и постоянных – также записываются в виде таблицы.

Моделирование «жизни» фундамента под нагрузками

На следующем этапе создание проекта фундамента перетекает в фазу моделирования. Причем главная задача заключается в моделировании поведения под нагрузкой и фундамента, и грунта. Каким методом можно это определить? Для большинства оснований плитного типа пользуются определением коэффициентами постели. А для фундаментов на сваях поведение грунта моделируют, используя виртуальные пружины, с условной степенью податливости или установленные жесткие закрепления (разумеется, виртуальные).

Кроме того, выстроить модель будущего здания и его фундамента, а равно и опорного грунта, можно с помощью модели «Кулона-Мора» — методики прогнозируемого взаимодействия частей строения, как объемных моделей. Эту задачу прорабатывают в компьютерных программах типа «Midas GTS», «Plaxis 3D Foundation», «Abaqus».

Прекрасные результаты можно получить, выполнив 3-D схему взаимодействие основания и почвы. Такое моделирование покажет полную картину изменений в конструкции, возможные перекосы или неровную усадку.

В финале этапа можно вычислить параметры усадки и спрогнозировать напряжения в конструкции фундамента. Исходя из полученных данных, определяется наиболее удачный тип армирования и разрабатывается узловая структура фундамента.

Оптимизация свайного поля основания

На следующей стадии проектирование свайного фундамента переходит в фазу оптимизации свайного поля, удерживающего ростверк.

Для этого следует испытать статическими и динамическими нагрузками, как минимум, две-три опоры. Результаты испытаний отображаются графически (в виде графика взаимосвязи нагрузки и уровня проседания опоры в грунт). Такой ход позволит определить несущую способность основания и грунта. После чего наступает стадия корректировки и оптимизации свайного поля. В конце, определяются габариты сечения свай, шаг размещения опор и их количество.

Подведем итоги

Как вы уже поняли – проектирование фундамента является достаточно трудоемким процессом. И даже простейшая свайная конструкция «рассчитывается» с помощью сложного программного обеспечения. А ведь в эти программы нужно еще ввести исходные данные, полученные в результате инженерно-геологических изысканий. Так что, оставьте процесс проектирования профессионалам.

Источник

1. Последовательность проектирования фундаментов на естественном основании

1. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства. Определение нормативных и расчетных характеристик грунтов основания.

2. Сбор нагрузок. Определение нормативных и расчетных усилий, действующих на фундаменты.

3. Выбор оптимальной глубины заложения подошвы фундаментов.

4. Определение размеров подошвы фундаментов по расчетному сопротивлению грунта основания.

5. Проверка прочности подстилающих слоев «слабых» грунтов /при необходимости).

6. Расчет осадки и крена (при необходимости) фундаментов. Проверка неравномерности осадок фундаментов по различным осям /при необходимости/.

7. Расчет оснований по первой группе предельных состояний (при необходимости).

8. Проверочные расчеты фундаментов, находящихся в особых грунтовых условиях (при необходимости).

9. Конструирование фундамента.

10. Проверка прочности фундамента на продавливание.

11. Расчет тела фундамента по первой группе предельных состояний (по прочности).

12. Расчет тела фундамента по второй группе предельных состояний (проверка трещиностойкости) — при необходимости.

2. Оценка инженерно — геологических условий площадки строительства

Инженерно-геологические условия площадки строительства характеризуются данными буровых скважин или шурфов. На плане площадки указываются места расположения скважин, абсолютные отметки их устьев, рельеф местности. По данным колонок скважин строятся инженерно-геологические профили (разрезы).

Для каждого слоя грунта на основании статистической обработки результатов лабораторных исследований свойств грунтов определяют нормативные и расчетные показатели физико-механических характеристик грунтов: плотность , кг/м 3 ; плотность твердых частиц грунта _s, кг/м 3 ; относительная влажность W; влажность на границе раскатывания W_P; влажность на границе текучести W_L; угол внутреннего трения грунта , град; удельное сцепление C, кПа; модуль деформации E₀, МПа; коэффициент фильтрации K_f, м/сут.

По классификационным признакам /8/ устанавливается наименование и состояние грунтов, необходимые для решения вопроса о выборе типа фундаментов, способе производства работ по устройству оснований и фундаментов.

Расчетные значения прочностных характеристик грунтов получают делением нормативных значений на коэффициенты надежности по грунту. Значения характеристик грунтов засыпки пазух котлованов устанавливаются по характеристикам тех же грунтов ненарушенного сложения, уменьшаемых на 5, 10 и 50% — соответственно, для удельного веса, для угла внутреннего трения и для удельного сцепления (при этом величина удельного сцепления не должна превышать 10 кПа).

Для каждого слоя грунта площадки строительства на основе вычислительных характеристик, характера залегания и мощности дается заключение о его пригодности в качестве естественного основания для фундаментов здания. Для слабых грунтов даются рекомендации по их искусственному улучшению (уплотнения или закрепления – см. /3/, /4/, /6/, /7/, /8/).

По полученным материалам изысканий и расчетам классификационных характеристик грунтов строится уточненные инженерно-геологические разрезы по скважинам или по разбивочным осям здания, составляется сводная таблица физико-механических свойств грунтов, в которой дополнительно к вышеперечисленным характеристикам указываются: полное строительное наименование грунта; средняя мощность слоя грунта (м); условное расчетное сопротивление слоя грунта R₀ (кПа); коэффициент пористости e; число пластичности I_P и показатель консистенции I_L; степень влажности грунта S_R; удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды _sb (кН/м 3 ).

Источник

Последовательность проектирования оснований и фундаментов

1. Оценка результатов инженерно-геологических, инженерно-гео­дезических и инженерно-гидрометеорологических изысканий для строительства.

2.Анализ проектируемого здания и сооружения. Определяются плановые и высотные размеры сооружения, устанавливаются его конструктивная и рас­четная схемы, материалы элементов конструкций, способы передачи нагрузок на основание. Исходя из конструктивных и эксплуатационно-технологических требований определяется чувствительность со­оружения или отдельных его частей к неравномерным осадкам назначаются предельные значения деформаций основания.

Определение нагрузок, действующих на сооружение (ветровых, снеговых, особых и т. п.), а также нагру­зок от несущих конструкций сооружения, перекрытий, различного рода оборудования и эксплуатационных условий, передающихся на фундаменты. Равнодействующие всех нагрузок в зависимости от расчетной схемы сооружения прикладываются в уровне верхнего обреза или подошвы фундамента.

3. Выбор типа основания и конструкций фундаментов. Имея
приведенные выше данные, осуществляют привязку проектируемо­го сооружения к строительной площадке, т. е. совмещение осей
сооружения с инженерно-геологическими разрезами и выбор глуби­ны заложения подошвы фундаментов.

Заканчивается этот этап выбором типа основания и нескольким (обычно не менее трех) конструктивных типов фундаментов проек­тируемого сооружения, намеченных для дальнейшего, более деталь­ного анализа. Поскольку в качестве проектного решения будет принят один из этих вариантов, значение рассматриваемого этапа в общей цепочке проектирования очень велико.

4. Расчеты оснований по предельным состояниям. Технико-экономический анализ вариантов и принятие окончательного решения для одного или нескольких сечений сооружения в зависимости от его конфигурации, нагрузок, сложности напластования грунтов. Проводятся расчеты выбранных вариантов фундаментов по предельным состояниям, определяются окончательные размеры фундаментов в плане.

Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах, усилия, пе­редаваемые сооружением на фундаменты, устанавливаются в соот­ветствии со СНиП 2.01.07 – 85 «Нагрузки и воздействия».

Нагрузки, устанавливаемые СНиПом, соответствуют нормативным их значениям. Расчеты оснований производятся по расчетным значениям нагрузок, которые определяются произведением нормативных нагрузок на коэффициент надежности по нагрузке , учитывающий возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную сторону от их нормативных значений. Значения коэффициентов , при расчетах оснований по несущей способности для различных случаев изменяются от 1 до 1,4. При расчетах оснований по деформациям значение этого коэффициента принима­лся равным единице (= 1).

В зависимости от продолжительности действия нагрузки подразделяются на постоянные (собственный вес несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунта и т. п.) и временные. Временными считаются нагрузки, которые в отдельные периоды стро­ительства и эксплуатации могут отсутствовать. К ним относятся:

— длительные (вес стационарного оборудования, нагрузки на пере­крытия в складских помещениях и т. п.);

— кратковременные (вес людей, материалов, продукции технологического назначения сооружения, снеговые, ветровые и т. д.);

— особые (сейсмические, аварийные и др.).

Различают следующие сочетания нагрузок: основные, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных, и особые, включа­ющие, кроме того, и одну из особых нагрузок. Расчеты по дефор­мациям производятся на основное сочетание нагрузок, по несущей способности – на основное и особое сочетание.

Виды деформаций оснований и сооружений. Деформации основа­ний могут вызываться различными причинами и подразделяются на следующие виды.

Рис. 1.2 Характерные формы совместных деформаций сооружения и основания: а – расчетная схема; б – схема неравномерных осадок фундаментов; в – схема крена жесткого сооружения; г – схема деформаций, приводящих к закручиванию сооружения; д – схема сдвига жесткого сооружения

Осадки – деформации, происходящие в результате уплотнения грунтов основания под воздействием внешних нагрузок, включая Действующие вблизи сооружения, и собственного веса грунтов основания. Осадки развиваются без коренного изменения структуры грунтов.

Просадки – деформации, происходящие в результате уплотнения и коренного изменения структуры грунтов основания под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунтов, так и проявления дополнительных факторов (замачивания просадочных грунтов, оттаивания ледовых прослоек в мерзлых грунтах и т. п.).

Подъем или усадка поверхности основания — деформации, связанные с изменением объема некоторых видов грунтов при физических и химических воздействиях (морозное пучение при промерзании, набухание при увеличении влажности и т. д., усадка при уменьшении влажности грунтов и т. п.).

Оседание – деформации земной поверхности, вызываемые подземными работами (разработка полезных ископаемых, некачественное возведение подземных сооружений и т. п.), а также резка_м изменением гидрогеологических условии территории (понижение уровня подземных вод, карстово-суффозионные процессы и т. п.)

Горизонтальные перемещения – деформации, вызываемые действием горизонтальных нагрузок и составляющих общей нагрузки, (подпорные стенки, фундаменты распорных систем и т. п.), а также связанные с большими вертикальными перемещениями поверхно­сти при оседаниях, просадках и т. п.

Из-за неоднородности грунтов в пределах пятна застройка и различных нагрузок на отдельные фундаменты сооружения обыч­но возникают неравномерные деформации основания, вызывающие также неравномерные деформации в конструкциях сооружения. Различают следующие характерные формы совместных деформаций сооружения и основания (рис. 1.2).

Абсолютная осадка основания отдельного фундамента S, опре­деляемая как среднее вертикальное перемещение подошвы фундаме­нта. Зная величины S для различных фундаментов, можно оценить неравномерность деформаций основания и конструкции сооруже­ния.

Средняя осадка основания сооружения:

где S_i – абсолютная осадка i-гo фундамента с площадью подошвы Ai. При известных значениях S_i, и S можно оценить необходимость и наметить мероприятия по уменьшению осадок основания или приспособлению конструкций фундамента к неравномерным осад­кам.

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

Источник