По каким предельным состояниям рассчитываются основания фундаментов

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).

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

Источник

Основы расчета оснований и фундаментов по предельным состояниям.

Основные положения. В основе современного подхода к проектированию всех строительных конструкций лежит принцип расчетов по предельным состояниям. Согласно этому принципу, действующие на конструкцию усилия или возникающие в ней напряжения, перемещения и деформации не должны превышать соответствующих предельных величин.

Расчеты по предельным состояниям подразделяются на две группы.

Первая группа – расчеты по несущей способности, призванные не допустить потери устойчивости формы или положения конструкции; хрупкое, вязкое или иного характера ее разрушение.

Вторая группа – расчеты по деформациям, обеспечивающие установление таких величин перемещений или деформаций конструкций (осадок, прогибов, подъемов, кренов и т.п.), при которых еще не возникнут затруднения в нормальной эксплуатации сооружений и не произойдет снижение их долговечности.

Отсюда целью расчетов оснований по предельным состояниям является выбор такого технического решения фундаментов, которое должно исключить достижение сооружением предельного состояния.

Согласно СНиП 2.02.01-83* необходимость расчетов оснований по I группе ПС (по несущей способности) возникает в тех случаях, если:

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

б) сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;

в) основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными глинистыми или биогенными грунтами при степени влажности Sr≥0,85 и коэффициенте консолидации Cν ≤ 107 см2/год;

г) основание сложено скальными грунтами.

Расчеты по II группе ПС (по деформациям) производятся во всех случаях, если основание сложено нескальными грунтами.

Допустим, потеря основанием несущей способности произойдет при давлении под подошвой фундамента p=pu. Однако может оказаться, что уже при меньших давлениях осадка фундамента превысит предельно допустимую величину. В этом случае нормальная эксплуатация сооружения будет определяться условиями расчетов по II группе предельных состояний.

С другой стороны, представим себе то же сооружение, расположенное на откосе. Пусть фундаменты сооружения запроектированы исходя из условий расчетов по II группе предельных состояний, и полностью обеспечена его нормальная эксплуатация. Однако если дополнительная нагрузка на основание от построенного сооружения приведет к потере устойчивости откоса, то и само сооружение окажется непригодным к эксплуатации. Здесь уже потребуется оценка устойчивости откоса вместе с сооружением с помощью расчетов по I группе предельных состояний.

Расчеты оснований по деформациям производятся исходя из условия

где S – совместная деформация основания и сооружения, устанавливаемая расчетом (например, методом послойного суммирования).;Su – предельное значение деформации основания сооружения, устанавливаемое нормами или заданием на проектирование.

Важнейшей предпосылкой применения методов расчета осадок, основанных на использовании положений теории линейного деформирования грунта, является ограничение среднего давления под подошвой фундамента р условием p ≤ R, где R – расчетное сопротивление грунтов основания.

Источник

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 >>> —>

Источник