Проектирование фундаментов по второй группе предельных состояний

Строй-справка.ру

Отопление, водоснабжение, канализация

Основной целью расчета оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) является ограничение перемещений фундаментов такими предельными значениями, которые гарантируют нормальную эксплуатацию и требуемую долговечность зданий и сооружений, исключая возможность проявления значительных неравномерности осадок, связанных с появлением кренов, изменения проектных отметок и положений конструкций и их соединений.
Расчет оснований по деформациям предполагает, что прочность и трещиностойкость самих фундаментов и фундаментных конструкций должны быть проверены по результатам дополнительных расчетов.

Так как проектирование оснований начинают с назначения глубины заложения фундамента, то ограничение осадки последнего производят назначением определенных размеров подошвы, а ограничения возможных неравномерностей осадок часто добиваются за счет варьирования размерами подошвы, тем самым уменьшая или увеличивая давление в грунте основания, что позволяет регулировать осадки отдельных фундаментов.

Расчет осадок оснований под фундаментами зданий и сооружений выполняют методами, изложенными в курсе механики грунтов, учитывающими совместную работу основания с сооружением [левая часть формулы (4.6)]. Предельно допустимые деформации (правая часть) определяются в основном эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к сооружению. Учет совместной работы основания и сооружения выполняют, как правило, с помощью ЭВМ.

Расчет основания по условию (4.6) является основным, причем чем ближе по значению друг к другу будут левая и правая части, тем экономичнее запроектировано основание. Для нахождения возможной неравномерности осадок в общем случае требуется определение осадки каждого фундамента здания или сооружения с учетом специфики грунтовых условий строительной площадки и совместной работы здания с его основанием.

В настоящее время при определении деформаций оснований используют расчетные методы, основанные на линейных зависимостях между деформациями и напряжениями.

Сооружениями с жесткой конструктивной схемой считают сооружения, имеюпще несущие и ограждающие конструкции, которые приспособлены для воспринятая дополнительных усилий от деформаций основания.

Приведенные в табл. 4.5 значения коэффициентов My, Mq и Ме соответствуют развитию зон пластических деформаций под краями фундамента на глубину 0,25£. При значениях коэффициентов условий работы (табл. 4.4) больше единицы происходит некоторое увеличение развития этих зон, однако, как показал опыт эксплуатации фундаментов зданий и сооружений, это не нарушает линейной зависимости между напряжениями и деформациями.

Расчет деформаций оснований разрешается не производить, ограничиваясь вьшолнением условия (4.9), которое требует, чтобы давление по подошве фундамента не превышало расчетного сопротивления грунта основания, только при выполнении одного из следующих трех условий:
1. Степень изменчивости сжимаемости оснований меньше предельной. Степень изменчивости аЕ определяют отношением наибольшего значения приведенного по глубине модуля деформации в пределах плана сооружения к его наименьшему значению, причем значение модуля получают как средневзвешенное (осредненное) с учетом изменения сжимаемости грунтов по глубине ив плане сооружения. В некоторых случаях предельное значение степени изменчивости определяют по средним осадкам.

2. Инженерно-геологические условия района с
троительства отвечают требованиям типового проекта.

3. Грунтовые условия района строительства здания или сооружения относятся к одному из шести вариантов, указанных в табл. 4.6.

Данными табл. 4.6 разрешается пользоваться для зданий, в которых площадь отдельных фундаментов под несущие конструкции отличается не более чем в 2 раза, а также и для других сооружений при аналогичных Конструкциях и нагрузках.

Рис. 4.8. Расчетная схема для проверки прочности слабого подстилающего слоя грунта

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

Проектирование основания фундамента по второй группе предельных состояний

Существуют две группы предельных состояний: первая  по несущей способности и общей устойчивости и вторая  по деформациям. При расчетах по первой группе ограничиваются величины усилий, при расчетах по второй группе основным ограничением служат предельные деформации.

Что должна обеспечивать оценка по второму предельному состоянию?

Выполнение основного условия второго предельного состояния s £ s_u, где s  совместная деформация основания и сооружения, в том числе осадка (или относительная разность осадок), а s_u  предельно разрешаемая деформация (или относительная разность осадки, или крен), должно обеспечить возможность нормальной эксплуатации здания или сооружения в течение всего назначенного срока. Условие s £ su, является основным для второго предельного состояния, а s и s_u, имеют обобщенные значения (средняя или максимальная осадка, горизонтальные перемещения, относительная разность осадок, крен и т.д.).

Величины s_u, получены в результате обобщения строительного опыта, наблюдения за действующими однотипными сооружениями, за авариями. Для принципиально новых конструкций зданий или сооружений величины s_u, должны быть назначены проектировщиками.

Всегда ли следует производить проверку деформации основания совместно с сооружением, то есть проверку по второму предельному состоянию?

Проверка по второму предельному состоянию и оценка согласно его критериям является обязательной во всех случаях, кроме указанных ниже. Под величиной s подразумевается конечная, стабилизировавшаяся со временем деформация. Однако расчет деформаций допускается не выполнять, если давление под подошвой фундамента не превышает расчетного сопротивления, а сжимаемость грунтов в пределах контура здания или сооружения изменяется в ограниченных пределах. Кроме того, расчет деформаций разрешается не проводить, если инженерно-геологические условия площадки соответствуют области применения типового проекта. Эти условия, позволяющие не производить расчет по деформациям, перечислены в СНиП.

В чем заключается сущность расчета по деформациям?

Целью расчета оснований по деформациям является ограничение абсолютных и относительных перемещений фундаментов, а также надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, прогибов.

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия

где s  совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;  предельное значение совместной деформации основания и сооружения

расчет оснований по деформациям производится из условия совместной работы сооружения и основания. При этом совместная деформация оценивается следующими расчетными показателями, величины которых не должны превышать их нормируемых значений (см. Ф.5.6, Ф.5.7):

 абсолютной осадкой основания отдельного фундамента s;

 средней осадкой основания сооружения ;

 относительной неравномерностью осадок двух фундаментов _D s/L;

 креном фундамента или сооружения в целом i;

 относительными прогибом или выгибом f / L  отношением стрелы прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого участка сооружения;

 кривизной изгибаемого участка сооружения 1/R;

 относительным углом закручивания сооружения ;

 горизонтальным перемещением фундамента u.

Средняя осадка определяется по формуле

где si  абсолютная осадка i-го фундамента с площадью подошвы Ai.

Расчет деформации основания может быть выполнен с использованием как аналитических, так и численных методов расчета. К аналитическим методам относятся:

 метод элементарного послойного суммирования.;

 метод эквивалентного слоя грунта

 метод линейно-деформируемого слоя.

Численные методы расчета основаны на использовании линейных или нелинейных решений теории упругости и теории пластичности

Источник