Нагрузки и воздействия при расчете оснований и фундаментов
Основные положения и правила по определению и учету всех видов нагрузок и воздействий, а также их сочетаний определяются по СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».
При проектировании оснований зданий и сооружений необходимо учитывать нагрузки, которые возникают при их строительстве и эксплуатации, а также при изготовлении, хранении и перевозке строительных конструкций.
Основными характеристиками нагрузок являются их нормативные значения, устанавливаемые СНиПом по нагрузкам и воздействиям. Расчетные величины действующих нагрузок определяются как произведение нормативных значений на коэффициенты надежности по нагрузке γf, которые должны соответствовать рассматриваемому предельному состоянию и учитывать возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную сторону от нормативных значений.
При расчете оснований зданий и сооружений по первой группе предельных состояний коэффициент надежности принимается:
1. Для веса строительных конструкций — по табл. 1.1.
Таблица 1.1. Значения коэффициентов надежности для всех строительных конструкций
| Конструкции сооружений и вид грунтов | Коэффициент надежности по нагрузке γf |
| Конструкции | |
| Металлические | 1,05 |
| Бетонные (со средней плотностью свыше 1600 т/м 3 ) | 1,10 |
| Железобетонные, каменные, армокаменные, деревянные, бетонные (со средней плотностью 1600 кг/м 3 и менее), изоляционные, выравнивающие и отделочные слои (плиты, материалы в рулонах, засыпки. стяжки и т.д.), выполняемые: | |
| — в заводских условиях | 1,2 |
| — на строительной площадке | 1,3 |
| Грунты | |
| — природные | 1,1 |
| — насыпные | 1,15 |
1. При проверке конструкций на устойчивость положения против опрокидывания, а также в других случаях, когда уменьшение веса конструкций и грунтов может ухудшить условия работы конструкций, следует произвести расчет, принимая для всех конструкций или ее части коэффициент надежности по нагрузке γf=0,9.
2. При определении нагрузок от грунта следует учитывать нагрузки от складируемых материалов, оборудования и транспортных средств, передаваемые на грунт.
3. Для металлических конструкций, в которых усилия от собственного веса превышают 50 % общих усилий, следует принимать γf=11.
2. Коэффициенты надежности по нагрузке γf для веса оборудования принимают по табл. 1.2.
Таблица 1.2. Значения коэффициентов надежности
| Наименование | Коэффициент надежности по нагрузке γf |
| Стационарное оборудование | 1,05 |
| Изоляция стационарного оборудования | 1,20 |
| Заполнители оборудования (в том числе резервуары и трубопроводы): | |
| — жидкости | 1,0 |
| — суспензии, шлаки, сыпучие тела | 1,1 |
| — погрузчики и электрокары (с грузом) | 1,2 |
3. Для равномерно распределенных нагрузок величина γf принимается: 1,3 — при полном нормативном значении до 2,0 кПа (200 кгс/м 2 ); 1,2 — при полном нормативном значении 2,0 кПа (200 кгс/м 2 ) и более.
4. В случае передачи крановых нагрузок γf=1,1.
5. Для снеговой нагрузки γf=1,4; если отношение нормативной величины равномерно распределенной нагрузки от веса покрытия к нормативной величине снегового покрова менее 0,8, значение коэффициента надежности следует принимать равным 1,6.
6. Для ветровой нагрузки γf=1,4.
7. Для температурных климатических воздействий γf=1,1.
При расчете оснований зданий и сооружений по второй группе предельных состояний (по деформациям) коэффициент надежности принимается равным единице.
Все нагрузки в зависимости от продолжительности их действия подразделяют на постоянные и временные.
К постоянным относятся нагрузки, которые при строительстве и в процессе эксплуатации зданий и сооружений действуют и проявляются постоянно. К ним относятся: вес частей зданий и сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих конструкций; вес и давление грунтов; горное давление и др.
Временные нагрузки подразделяют на:
длительные — вес временных перегородок, стационарного оборудования (станков, аппаратов, моторов, емкостей, трубопроводов с арматурой, опорными частями и др.), давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, нагрузки на перекрытия от складируемых материалов, нагрузки от людей, животных на перекрытия, вертикальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов и др.;
кратковременные — нагрузки от оборудования в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, веса людей и ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования, нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования, снеговые нагрузки с полным нормативным значением, ветровые, гололедные нагрузки и др.;
особые — статические, взрывные воздействия, нагрузки, вызванные резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования, воздействия, вызванные деформациями основания с коренным изменением структуры грунта (при замачивании лессовых просадочных грунтов) или оседанием его в карстовых районах или районах горных выработок.
Расчет оснований зданий и сооружений по предельным состояниям первой и второй групп должен выполняться с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок.
В зависимости от учитываемого состава нагрузок различают следующие сочетания:
- основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных;
- особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок.
Если учитываются сочетания, включающие постоянные и не менее двух кратковременных нагрузок, расчетные значения временных нагрузок необходимо умножать на коэффициенты сочетаний: а) в основных сочетаниях для длительных нагрузок ψ1=0,95, для кратковременных ψ2=0,9; б) в особых сочетаниях для длительных нагрузок ψ1=0,95, для кратковременных ψ2=0,8.
Основания зданий и сооружений рассчитывают по деформациям на основное сочетание нагрузок, по несущей способности — на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок — на основное и особое сочетание.
Нагрузки на перекрытия и снеговые нагрузки могут относиться как к длительным (при расчете по деформациям), так и к кратковременным (при расчете оснований по несущей способности).
Нормативные значения равномерно распределенных временных нагрузок на плиты перекрытий, лестницы и полы на грунтах приведены в СНиПе по нагрузкам и воздействиям.
При определении продольных усилий для расчета фундаментов, которые воспринимают нагрузки от двух перекрытий и более, полные значения нормативных нагрузок следует снижать умножением на коэффициент сочетания ψn:
1. Для квартир жилых зданий, общежитий и гостиниц, палат больниц и санаториев, служебных помещений, бытовых помещений промышленных предприятий:
2. Для читальных, обеденных, торговых залов, участков обслуживания и ремонта оборудования в производственных помещениях:
Рис. 1.4. Схема к сбору нагрузок на фундаменты
где А — грузовая площадь рассчитываемого элемента; А>А1=9 м 2 к формуле (1.6):
А>А2=36 м 2 к формуле (1.7);
п — общее число перекрытий, от которых рассчитываются нагрузки фундамента.
Пример 1.1. Определить нагрузку на фундаменты наружных стен здания с подвалом (рис. 1.4). Стены здания кирпичные, толщина наружных стен первого этажа 64 см, внутренних — 51 см; толщина стен остальных этажей: наружных — 51 см, внутренних — 38 см. Высота этажа 3,0 м. Междуэтажные и чердачные перекрытия из крупноразмерного железобетонного настила, кровля — плоская из железобетонных плит по строительным балкам с техническим чердаком.
Сбор нагрузок производят в такой последовательности. Определяют постоянные нормативные нагрузки от: веса покрытия (гидроизоляционный ковер, кровельный настил и балки) — 1,50 кПа; веса чердачного перекрытия с утеплителем — 3,8 кПа; веса междуэтажного перекрытия— 3,6 кПа; веса перегородок — 1,0 кПа; веса карниза — 2,0 кН; веса 1 м3 кирпичной кладки — 18 кН (1800 кг).
СНиПу устанавливают временные нормативные нагрузки: снеговая на 1 м 2 горизонтальной проекции — 1,5 кПа; временная на чердачное перекрытие — 0,7 кПа; временная на междуэтажное перекрытие — 2,0 кПа (200 кгс/м 2 ).
С учетом постоянных и временных нагрузок определяют нагрузки на фундамент наружной стены на уровне планировочной отметки грунта.
Предварительно выделяется грузовая площадь, которая в данном случае определяется следующими контурами; расстоянием между осями оконных проемов вдоль здания и половине расстояния в чистоте между стенами — поперек здания:
Эту грузовую площадь принимаем постоянной, пренебрегая ее уменьшением на первом этаже за счет увеличения ширины наружной и внутренних стен.
1. Вес покрытия 1,5*7=10,5 кН.
2. Вес чердачного перекрытия 3,8*7=26,6 кН.
3. Вес шести междуэтажных перекрытий 3,6*7*6=151,5 кН.
4. Все перегородок на шести этажах 1,0*7*6=41 кН.
5. Вес карниза и стены выше чердачного перекрытия (2,0+6,0*0,51*1,8)*2,53=19,8 кН.
6. Вес цоколя и стены первого этажа за вычетом веса оконных проемов на длине 2,53 м:
7. Вес стены со второго этажа и выше за вычетом веса оконных проемов на длине 2,53 м:
Итого постоянная нагрузка составила 596,4 кН.
1. Снеговая 1,5*7=10,5 кН.
2. На чердачное перекрытие 0,7*7=4,9 кН.
3. На шесть междуэтажных перекрытий с учетом снижающего коэффициента 0,7:
При этом коэффициент сочетания ψn1=0,7 определялся по формуле (1.6).
Итого временная нагрузка на 2,53 м длины стены составила 74,2 кН. Тогда нормативная нагрузка на 1 м наружной стены будет равна
Аналогично можно определить нагрузку на фундамент на уровне планировки земли под внутреннюю стену здания.
Источник
Нагрузки, учитываемые при расчете оснований и фундаментов
Нагрузки от сооружения фундаментов передаются на основание. Однако они не в одинаковой степени воздействуют на различные грунты, поэтому важно возможное основное сочетание нагрузок, под действием которых развивается рассматриваемый вид перемещений основания, приводящий к деформации элементов конструкции.
При определении нагрузок на фундаменты и основания руководствуются СНиП 2.01.07–85 по нагрузкам и воздействиям (их рекомендации кратко излагаются ниже).
Постоянные нагрузки и воздействия прикладываются во время строительства и проявляются в течение всего периода эксплуатации (собственный вес конструкций, давление грунта и т.п.).
Временные нагрузки и воздействия прикладываются или возникают в отдельные периоды строительства или эксплуатации, они могут уменьшаться или полностью исчезать. Различают длительные, кратковременные и особые нагрузки и воздействия.
Длительными называют нагрузки, действующие продолжительное время (вес оборудования, нагрузка от складируемых материалов).
К кратковременным относятся нагрузки, действующие непродолжительное время (от транспорта, включая краны, веса людей, снега, ветра и т.п.).
Особые нагрузки возникают в исключительных случаях (сейсмические, аварийные, от просадки основания при его замачивании и т.п.).
Различают следующие сочетания нагрузок:
Основные, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок или воздействий; из кратковременных учитывают те, которые способны вызвать рассматриваемый вид деформации (при учете двух и более кратковременных нагрузок их принимают с коэффициентом надежности по нагрузке 
).
Особые, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок и воздействий.
Различают нагрузки нормативные (максимальные типичные) и расчетные, получаемые путем умножения значения нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке 
, учитывающий возможное отклонение нагрузки от типичного значения.
Расчеты основания по деформациям ведут на основные сочетания расчетных нагрузок 
. Расчетную нагрузку от веса фундамента и грунта над его уступами вычисляют по их размерам. Сумму временных нагрузок, передаваемых перекрытиями многоэтажных, жилых и некоторых общественных зданий, принимают по СНиП 2.01.97- 85 с понижающим коэффициентом
,
где m – количество этажей.
Рис. 2.1. Расчетная схема к определению нагрузок
на фундаменты: а) – план; б) – разрез здания
Пример 2. Определить нагрузку (при расчете по деформации) на фундамент четырехэтажного административного здания (рис. 2.1), если перекрытия разрезной конструкции; известны постоянные нагрузки g1 = 4кН/м 2 , g2 = 5 кН/м 2 ; стены из бетонных блоков толщиной 0,4 м, 
кН/м 3 , проемность – 25% (коэффициент проемности К = 0,75); колонна железобетонная 0,4 ´ 0,4 м; временная нагрузка на междуэтажные перекрытия g1вр 2,5 кН/м 3 и на покрытие g2вр = 1 кН/м 2 .
Постоянные нормативные нагрузки, кН/м 2 :
Временные нормативные нагрузки, кН/м 2 :
Источник