Влияние от нагрузок фундамента

Нагрузки и воздействия на фундаменты требования к ним.

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). Нагрузки и воздействия делятся на постоянные и временные. 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. Ниппельными называют нагрузки, действующие продолжительное время (вес оборудования, нагрузка от складируемых материалов и т.п.). 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 крагковременных нагрузок их принимают с коэффициентом надежности по нагрузке у = 0,9). Особые, состояшие 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 yf, учитывающий возможное отклонение нагрузки от типичного значения. Расчеты основания по деформациям ведут на основные сочетания расчетных нагрузок yf = I. Когда рассчитывают осадки основания, сложенного медленно деформирующимися пылевато-гли-нистыми грунтами, целесообразно учитывать постоянные и длительные нагрузки и периодически действующие кратковременные нагрузки. Если же определяется неравномерность осадок, то при расчете важно получить наибольшую осадку одного фундамента и наименьшую — другого. При определении наименьшей осадки учитывают все постоянные нагрузки и только те временные, которые обязательно должны действовать в условиях нормальной эксплуатации сооружения. Расчеты основания по их несущей способности, по устойчивости фундаментов на сдвиг и выдергивание выполняют на основные и при необходимости особые сочетания расчетных нагрузок, определяемых по нормативным значениям путем умножения их на коэффициент надежности по нагрузке уГ как правило, более I. а на удерживающие нагрузки вводится коэффициент надежности по нагрузке менее 1. Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами сооружений или их отдельными элементами, правильнее устанавливать расчетом, исходя из рассмотрения совместной работы несущих конструкций сооружения и основания. Однако, вследствие сложности правильного определения жесткости сооружения или его частей, во многих случаях нагрузки на основание определяют без Учета их перераспределения над фундаментной конструкцией и принимают в соответствии со статической схемой сооружения.

Источник

Фундамент

Не нужно быть строителем в третьем поколении, чтобы оценить важность темы которая будет раскрыта далее, ведь речь пойдет о фундаментах. Для понимания вопроса не требуется серьезных знаний в строительстве, достаточно познакомиться с ключевыми моментами.

Цель статьи — ликвидировать заблуждения и донести простую истину: конструкцию фундамента рекомендуется подбирать исходя из механических свойств грунта на основании результатов геологических изысканий, рельефа участка, веса здания и эксплуатационных нагрузок .

Не существует готового «рецепта» конструкции фундамента, который можно применять повсеместно — это всегда баланс между затратами, прочностью и условиями в которых предстоит строить.

Если в результате строительства ваш дом всё же стоит, а вы не делали геологию и понадеялись на типовой проект или совет знакомого «строителя» то, скорее всего:

• в фундамент заложены бо́льшие чем необходимо риски и/или значительная переплата за работу и метериалы
• возможно, как вариант, «час икс» еще просто не наступил

Второй вариант исхода — это неизбежность. Любой фундамент рано или поздно разрушается, но нам бы с вами хотелось, чтобы он служил как можно дольше, в пределах гарантированного эксплуатационного срока службы здания — 50 — 100 лет. Поэтому переплата в сторону запаса прочности в 10 -15% вполне нормальная практика.

Сразу оговорюсь, что мы не будем рассматривать экзотические виды фундаментов, типа: свай из лиственницы, бутовые фундаменты и прочую экзотику; не будем рассматривать строительство на скальных склонах и в вечной мерзлоте, также не будем рассматривать бетон без армирования, хотя в некоторых случаях это вполне годный вариант. Нас интересуют окрестности Тюмени, с суглинистыми, торфяными, песчаными почвами с разной степенью водонасыщенности.

Матчасть

Фундамент — строительная несущая конструкция, часть здания или сооружения, принимающая на себя нагрузки от вышестоящих конструкций и распределяющая их по основанию. Иными словами фундамент распределяет и передаёт нагрузки от всего здания на грунт.

Если окончательно утрировать — дом стоит на грунте, а не на фундаменте

В зависимости от материалов дома и грунтов к фундаменту предъявляются разнообразные требования прочности и жесткости, но чтобы начать разговаривать предметно, нам нужно иметь представление о сборных нагрузках и воздействиях:

• нагрузка от конструкций дома
• эксплуатационные нагрузки
• геология грунтов
• снеговая нагрузка на кровлю
• прочие воздействия

Что подразумевается под нагрузками от конструкций. Суммарный вес всех материалов и конструкций, используемых в строительстве дома, включая собственный вес фундамента.

Эксплуатационные нагрузки — вес мебели и элементов интерьера, людей и животных. Как правило берут некое среднее значение 200 — 400 килограмм на один квадратный метр площади. Поэтому эксплуатационная нагрузка складывается из общей площади каждого жилого этажа (без учета площади стен) помноженная на 400 кг.

Снеговая нагрузка, относится к временным нагрузкам, но пренебрегать ей чревато, поэтому настоятельно рекомендую ее учитывать. Эту нагрузку считают исходя из типа и угла наклона кровли, величины снежного покрова, который, в свою очередь можно получить из СНиП . Для юга Тюменской области 126 -180 килограмм на 1 квадратный метр.

Подробнее о том какие еще нагрузки могут возникать в здании можно почитать в СНиП –85* Нагрузки и воздействия.

Грунты

Опуская целый раздел инженерной геологии, мы с вами должны понять следующее: любая горная порода, почва, осадок и техногенные минеральные образования, рассматриваются как многокомпонентные динамичные системы и часть геологической среды. Грунты используют в качестве оснований зданий и сооружений, а следовательно, должна быть величина которая отвечает за неизменную структуру грунта при различных внешних воздействиях.

Несущая способность грунта — это важнейшая характеристика, от которой вы будете отталкиваться при принятии решения в выборе конструкции фундамента. Получить значение этой величины можно только лабораторным путём в результате бурения скважин на участке. Всё остальное — это компромис.

Таблица № 1. Средние расчетные сопротивления грунтов

Грунт	кг·с/см 2	т·с/м 2
Щебень, гравий	5	50
Пески крупные	4	40
Пески средней крупности	3	30
Пески мелкие и пылеватые	1,5	15
Супеси твердые и пластичные	2,5	25
Суглинки твёрдые и пластичные	1,5	15
Глины твёрдые	4	40
Глины пластичные	1,5	15

Как читать эту таблицу? Всё предельно просто, считаете общую площадь опирания фундамента в квадратных метрах или сантиметрах и перемножаете на соответствующий столбец.

Например, площадь опирания фундамента 40 м², а почва суглинок: 40 * 15 = 600 тонн .

Вывод: дом должен весить не более 600 тонн и на каждый квадратный метр опоры фундамента здания не должно приходиться больше 15 тонн. Всё что меньше этой величины, создает вам гарантированный запас прочности.

Это очень примитивный пример с идеальными условиями, ваш случай может сильно отличаться.

Опирание на грунт

Чуть ранее упоминалась основная функция фундамента — перенос нагрузок на грунт. На рисунке ниже показаны различные виды фундаментов и схемы их опирания в порядке увеличения площади.

Как мы видим из картинок, плита имеет наибольшую площадь опирания и, как следствие, наименьший распределенный вес на единицу площади. Но является ли при этом плита наиболее универсальным и надёжным типом фундамента? — Нет, не является.

На водонасыщенных грунтах без проведения работ по понижению уровня грунтовых вод или «слабых» грунтах без проведения выемки и замены несущего слоя, плита, как и другие виды фундамента может давать трещины. Также плита может давать трещины при неравномерном подтоплении и промораживании одного из углов или в случае, когда фундамент попадает своими сторонами на границы разных пластов грунта с разной несущей способностью. Что возвращает нас к необходимости проведения геологических изысканий.

на рисунке схема утепленной шведской плиты

Стоит также развеять миф относительно опирания столбчатого, а в простонародии , фундамента. Он передает нагрузку на грунт только сваями, отсюда очень маленькая площадь. Если такой фундамент опирается, помимо свай, еще и ростверком, то он превращается в обычный ленточный мелкозаглубленный фундамент, а сваи — в бесполезно закопанный материал.

Также важно отметить тотальную ошибку, допускаемую неквалифицированными работниками при строительстве столбчатого фундамента. Она описана в пункте 8 методического пособия «Проектирование оснований и фундаментов на пучинистых грунтах»:

При устройстве столбчатых фундаментов на пучинистых грунтах необходимо предусматривать зазор между нижней гранью фундаментных балок и планировочной поверхностью грунта, величина которого должна быть не менее расчетной деформации пучения (подъема) ненагруженного основания.

Иными словами, между ростверком и грунтом должно быть расcтояние, которое компенсирует деформации грунта при морозном пучении. Величину этих деформаций, а также на сколько грунт пучинистый и/или водонасыщенный, может определить геология.

Морозное пучение

Все что нужно знать о силе морозного пучения, что противостоять ей бесполезно и нужно учиться с ней сосуществовать. Если вы любите цифры, их есть немного:

Один кубический дециметр воды при замерзании расширяется и создает усилие 40 тонн

Для сравнения: один прут арматуры ∅ 10 мм в зависимости от марки стали выдерживает 1,6 -2,8 тонн до момента разрушения.

Возвращаясь к столбчатому фундаменту с ростверком. Если под домом водонасыщенный грунт, для того чтобы оторвать сваю от ростверка, нужны крепкий мороз и порядка 10 тонн усилий. Сваи либо подымутся вместе с ростверком и будут в подвешенном положении до весны, либо оторвутся и будут работать отдельно.

На сколько это чревато? — Покажет весна. При достаточном армировании и высоте ростверка более 400 мм с определенной долей вероятности можно говорить что ничего не произойдет.

Чтобы избежать проблемы водонасыщения грунта как от осадков, так и от грунтовых вод нужно сделать:

• подушку из непучинистых грунтов
• дренирование и отвод дождевой воды
• утепленную отмостку

Все эти решения требуют отдельного рассмотрения, поэтому о них в следующей статье.

Заключение

Если заказываете разработку проекта, а в нем не указаны: несущая способность грунта, вес здания, эксплуатационные и снеговая нагрузки — не принимайте такой проект. Если покупаете проект, его однозначно нужно адаптировать под текущие условия. Если строите самостоятельно, изучите вопрос досконально, все необходимые нормативные документы приведены в статье.

Всё описанное выше не является частной рекомендацией к строительству или проектированию. Не руководствуйтесь форумами или роликами в социальных сетях, а уж тем более рекомендациями соседей. Пользуйтесь только достоверными строительными документами, например: Основания зданий и сооружений или воспользуйтесь услугами профессиональных проектировщиков.

Источник

Глава 17 фундаменты при динамических воздействиях

Особенности динамических воздействий на сооружении и грунты основании

Динамические нагрузки. Динамические воздействия на сооруже­ния и грунты основания могут быть вызваны различными причи­нами: технологией ведения строительных работ (уплотнение грун­та трамбовками, вибраторами; забивка свай и шпунта и т. п.); технологическими или эксплуатационными условиями (движе­ние неуравновешенных масс стационарно установленных машин и оборудования; движение наземного и подземного транспорта и т. д.); локальными природными или инженерно-геологическими процессами, включая последствия хозяйственной деятельности че­ловека (порывы ветра; удары волн; карстовые провалы; обвалы; откачка больших масс воды или нагнетание иод большим давлени­ем масс воды в глубокие скважины; создание крупных водохрани­лищ в горно-сейсмических районах, мощные взрывы и т. д. и т. п.); современными тектоническими д вижениями, происходящими в верх­ней части земной коры н проявляющимися на ее поверхности (зем­летрясения).

Эти воздействия проявляются в виде динамических нагрузок, быстро изменяющихся во времени но величине, направлению, а иногда и по положению. Следствием динамических нагрузок являются волновые колебания, возникающие в сооружении и грун­тах основания. При этом сооружение может быть как источником колебаний (например, фундаменты машин и оборудования с дина­мическими нагрузками), так и воспринимать колебания, переда­ющиеся от других источников. Общая картина распространения колебаний может быть крайне сложной (рас. 17.1).

Различаются вибрационные нагрузки, при которых силы, их вызывающие, изменяются по гармоническому закону (например, вращение частей машин с неуравновешенными массами); ударные (импульсные) нагрузки, характеризуемые однократными и много­кратными кратковременными импульсами (взрывы, кузнечные мо­лоты, забивка свай и др.); сейсмические нагрузки, возникающие при землетрясении. При работе некоторых машин возникает сочета- 496

ние вибрационных и удар- ных нагрузок. Локальные инженерно-геологические процессы вызывают на- грузки, которые часто на- зывают микросейсми- ческими.

Динамические нагрузки могут различаться по инте- нсивности (слабые, силь- ные и сверхсильные) и по времени действия (кратко- временные и длительные).

Они по-разному будут воз- действовать на сооружение и грунты основания.

Виды и характеристики колебаний. Если к сооруже-

нию приложить кратковременную нагрузку, вызывающую его ко- лебания, то колебательные движения сооружения будут продо- лжаться и после ее устранения. Такие колебания называют сво- бодными или собственными. Характеристики собственных ко- лебаний определяются параметрами сооружения (массой и же- сткостью конструкции, видом фундамента). С течением времени из-за вязкого сопротивления воздуха и особенно грунтов основания произойдет рассеивание (диссипация) энергии первоначального импульса, поэтому свободные колебания будут затухающими.

Если же сооружение или основание в процессе колебания будет все время находиться под действием возмущающих сил, то такие колебания называют вынужденными. Они не затухают в течение всего времени действия сил. Характеристики вынужденных колеба­ний зависят как от параметров колеблющейся системы, так и от закона изменения возмущающих сил.

Поскольку в расчетах фундаментов на динамические воздей­ствия большое значение имеют характеристики колебаний, при­ведем основные понятия, подробно рассматриваемые в курсе фи­зики. Периодическими называют незатухающие колебания, опи­сываемые функцией Z(t)=Z(t+KT) (рис. 17.2, а, б). Если пери­одические колебания могут быть записаны по закону синуса или косинуса, например Z(f) = asin(wf+y), то их называют гармони­ческими (рис. 17.2, а). Периодом колебания Т называют интервал времения, за который система совершает один цикл колебаний, возвращаясь в исходное состояние; частотой колебаний /— коли­чество циклов колебаний за единицу времени. За единицу частоты гармонических колебаний принимается герц (Гц), равный одному циклу колебаний в секунду. Величину отклонения колеблющейся

Рис. 17.1. Динамическое воздействие источ­ников колебаний на сооружение:

1 — транспортный тоннель; 2 — наземный транс­порт; 3 — забивка свай; 4 — сооружение; 5 — установка с динамической нагрузкой; б — напла­стование грунтов

точки от ее положения равно- весия называют амплитудой колебания а, а ее удвоенную ве- личину (2а) — размахом коле- баний.

Непериодические затуха- ющие колебания (рис. 172, в) характеризуются логарифми- ческим декрементом затухания 8=In (Z„/Z_n+О или коэффициен- том затухания е=8/Т. Чем бо- льше коэффициент затухания б, тем быстрее затухают колеба- ния.

Важно отметить, что очень сложные графики колебаний, регистрируемые при наблюде- нии за реальными процессами, могут быть представлены как сочетания нескольких графиков простых колебаний.

Если собственная частота колебаний системы совпадает с частотой вынужденных коле- баний, наступает явление ре- зонанса, сопроводающееся воз- растанием амплитуды колеба-

ний точек системы. Известный из курса физики случай разрушения моста, по которому строевым шагом проходил полк солдат, связан именно с возникновением резонанса.

Явления, происходящие в грунтах при динамических воздействиях. Влияние динамических воздействий на изменение свойств грунтов зависит как от интенсивности нагрузок, частоты и продолжитель­ности их действия, так и от вида грунта, его состояния по плотности и влажности.

Исследованиям этих сложных проблем посвящены работы Д. Д. Баркана, О. А. Савинова, Н. Н. Маслова, П. JI. Иванова, Н. Д. Красникова и др.

В практике строительства известны случаи, когда длительная работа машин или оборудования с динамическими нагрузками вы­зывала значительные осадки расположенных на некотором удале­нии конструкций, приводящие к их авариям и даже разрушению. Известны также случаи возникновения в настоящее время допол­нительных осадок старинных зданий, построенных на слабых грун­тах, из-за динамического влияния городского транспорта при воз- 498

Рис. 17.2. Графики колебаний;

а—гармонические незатухающие; б—иери- одическае с несимметричным циклом; в — гармонические затухающие

росшей интенсивности его движения. Эти процессы связаны с явле­нием виброкомпрессии — дополнительным уплотнением рых­лых несвязных грунтов даже при слабых и умеренных вибрацион­ных или часто повторяющихся ударных нагрузках.

Механизм виброкомпрессии заключается в том, что динамичес­кое воздействие на грунт приводит к разрушению структуры и воз­никновению вследствие этого взаимного перемещения частиц. При увеличении частоты вибрации перемещение частиц приобретает ха­рактер длительного накопления деформаций во времени, назван­ного П. JI. Ивановым виброползучестью. Он приводит следу­ющий характерный пример виброползучести. В Нижнем Новгороде было построено на песчаном основании здание кузнечного цеха. Известно, что стабилизация осадок песчаных оснований при дейст­вии статических нагрузок происходит очень быстро, а величина их относительно невелика. В рассмотренном же случае осадки, достиг­шие 30 см, развивались в течение семи лет без существенного затухания деформаций. Такой характер деформаций можно объяс­нить только длительным развитием процесса ползучести песков при действии повторяющихся динамических нагрузок.

Длительные вибрационные и ударные нагрузки могут приводить к снижению сопротивления сдвигу как песчаных, так и глинистых грунтов, особенно в водонасыщенном состоянии. Это вызывает уменьшение несущей способности оснований при динамической на­грузке на фундамент по сравнению с ее величиной при статической нагрузке. В глинистых грунтах, особенно пластичной и текучей консистенции, при динамических воздействиях отмечается разжи­жение (тиксотропия) грунта. Разжижение свойственно и водона­сыщенным песчаным грунтам различной крупности, особенно пыле­ватым и мелким. В зависимости от интенсивности и продолжитель­ности динамического воздействия разжижение может сопровож­даться последующим уплотнением песчаного грунта под действием массовых сил.

Влияние разжижения грунта может иметь как положительный характер (уменьшение сопротивления при забивке свай с последу­ющим его восстановлением), так и отрицательный. Б. И. Далматов приводит пример, когда в долине р. Ганг во время землетрясения в грунте «тонули» одноэтажные здания, получавшие осадку 1. 2 м. Осадка сопровождалась фонтанированием разжиженного песка в местах разрыва поверхностного слоя грунта.

Описанные явления свидетельствуют о том, что проектирование фундаментов сооружений при действии динамических нагрузок всегда должно проводиться с учетом возможного уменьшения несущей способности грунтов основания. Для ответственных со­оружений, чувствительных к неравномерным деформациям, осо­бенно располагаемых на водонасыщенных мелких и пылеватых песках и глинах, необходимо учитывать дополнительные осадки,

Источник