Проектирование фундаментов по предельным

Проектирование
фундаментов по
предельным
состояниям
https://212.119.190.251
https://learn.pgups.edu.mps

До
1962
г фундаменты проектировали по допускаемым нагрузкам,
а затем перешли к
проектированию по предельным состояниям
Сейчас в расчете оснований рассматриваются их предельные состояния
по несущей
способности
(первое предельное состояние, согласно СНиП
2.02.0183*)
и по деформациям (второе предельное состояние)
Оба вида указанных состояний между собой, как правило, не совпадают
Часто оказывается, что несущая способность грунтов по устойчивости еще далеко не исчерпана, а в осадках фундаментов уже достигнуто предельное состояние их развития
Поэтому расчет
оснований по деформациям обычно считается
основным, а расчету устойчивости грунтов чаще придают проверочный характер

Такие осадки не допустимы
Рпр – очень большое значение и не удовлетворяет величине предельно допустимых осадок
S ≤ S
U
S
– ожидаемая совместная осадка сооружения и основания по расчету
;
S
U
– предельно допустимая осадка основания и сооружения
Величина
S
U
= f (
чувствительности здания, технологических,
архитектурных требований).
Пример технологических требований фундамент турбогенератора
L= 40
–
50
м
; S
u
– имеет min значение, т к
даже при толщине плиты h =1
м и
L = 50
м конструкция все равно будет гибкой, испытывая прогиб или выгиб
И такие деформации приводят к выводу машины из строя

На величину
S
– влияет жесткость сооружения
,
уменьшая неравномерные осадки, однако до настоящего времени жесткость сооружения в расчет обычно не учитывается – что идет в запас расчета
Под
S
– может быть: абсолютная осадка;
средняя осадка; (
S
ср) разность осадок; (Δ
S)
крен;
прогиб выгиб; кривизна; угол закручивания;
горизонтальные смещения.
S
ср
= (a
1
F
1
S
1
+ a
2
F
2
S
2
+...+ a
n
F
n
S
n
)/( a
1
F
1
+ a
2
F
2
+...+ a
n
F
n
)
где a
1
, a
2
, a n
количество одинаковых фундаментов, имеющих площади
F
1
, F
2
, F
n соответственно
S
1
, S
2
, S
n
– подсчитанные осадки

Опыт строительства показывает, что легкие здания в однородных грунтах при согласованном залегании слоев, сжимаемость которых с глубиной уменьшается, получают осадки в
2-3
раза меньше предельных, и тогда нет необходимости рассчитывать осадку mv1 > mv2 >mv3 > mv4 mv1
mv2
mv3
mv4
Необходимым и достаточным условием здесь будет выполнение неравенства:
P ≤ R
где Р – фактическое среднее давление грунта под фундаментом
;
R
– расчетное сопротивление грунта основания
R = (
γ
c1
γ
c2
/ k) [M
γ
k
z
bγ
II
+ M
q
d
1
γ

II
+ (M
q
–
1)d
b
γ

II
+M
c
c
II
]
(1)

где,
γ
c1
– коэффициент работы грунтового основания
(1,1
–
1,4)
γ
c2
-
коэффициент работы здания или сооружения во взаимодействии с основанием
(1,1
…
1,4
для здания с жесткой конструктивной схемой
; 1
– для здания с гибкой конструктивной схемой)
k
– коэффициент надежности
(1,1
– при определение характеристик грунтов по косвенным данным)
; (1
– при определение характеристик грунтов по непосредственным данным)
Mγ
; Mq; Mc эмпирические коэффициенты, зависящие от
φ
II
(расчетное значение угла внутреннего трения)
b
– меньшая сторона подошвы фундамента (м)
;
γ

II
-
осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунта, залегающего выше отметки подошвы фундамента
;
γ
II
– то же, но залегающего ниже подошвы фундамента
;
c
II
– расчетное значение удельного сцепления
;
d
b
– глубина до пола подвала (м)
;
d
1
–
глубина заложения фундаментов без подвальных сооружений
;
приведенная глубина заложения для зданий с подвалом
.

h
d
b
h2
h1
d
1
=h
1
+h
2
γ
n
/γ

II
R
– расчетное сопротивление грунта основания, это такое давление,
при котором глубина зон пластических деформаций
(

)
равна
1/4b.
b
d

1/4b
b
Ν
0
Использование формулы
(1):
1.
Конструктивно задаемся шириной фундамента
b
2.
По характеристикам грунта определяем
R
3.
Сравниваем
R
и Р
P=(N
0
+N
ф
+N
гр
)/A

ср
ср
гр
ф
d
А
d
l
b
N
N










Тогда
ср
d
A
N
P




0
γ
ср
– средний удельный вес фундамента и грунта на его уступах
γ
ср
= 20
…
22
(кН/м
3
) для зданий без подвала
; 16
…
19
(кН/м
3
)
для здания с подвалом
Для зданий
III
и
IV
класса можно не вычислять
R,
а принимать это значение по таблице СНиП
2.02.01-83.
Там собраны и обобщены опытные данные, начиная с времен Российской империи
В таблицах СНиП
R
0
– называется условным расчетным сопротивлением (обычно используется для зданий с b = 0,6
…
1,5
м и
d = 1
…
2,5
м для грунтов, у которых сжимаемость с глубиной не увеличивается и пласты залегают горизонтально)
(
Программа
GRUNT)

Проектирование по предельному
состоянию по устойчивости, несущей
способности
(I предельное состояние)
Условия расчета
:
1.
Наличие постоянно действующей горизонтальной составляющей

2. Основание ограничено нисходящими откосами
3.
При проектировании анкерных фундаментов ванта
4.
При наличии в основании скальных пород

Расчет оснований по несущей способности
F ≤ γ
с
F
u
/γ
q
F
– расчетная нагрузка на основание при наиболее невыгодной комбинации нагружения
; Fu
– несущая способность основания (сила предельного сопротивления основания)
;
γ
с
–коэффициент условия работы основания
;
γ
q
– коэффициент надежности (≥
1,2
– в зависимости от ответственности здания и сооружения)
Для скальных грунтов
/
/
l
b
R
N
c
u


Rc
– расчетное значение временного сопротивления образца скального грунта сжатию в водонасыщенном состоянии
Nu
вертикальная составляющая силы предельного сопротивления
b
/
l
/
приведенные ширина и длина фундамента

e
b
, e
l
эксцентриситеты приложения всех нагрузок по осям фундамента
b
/
= b
–
2e
b
l
/
= l
–
2e
l
Для однородных нескальных грунтов несущую способность находят аналитически
N
u
= b
/
l
/
(N
γ
b
/
γ
I
ξ
γ
+ N
q
dγ
I
ξ
q
+ N
c
c
I
ξ
c
)
f
φ
– по таблице СНиП 2.02.01 83
N
γ
=
λ
γ
i
γ
n
γ
λ
γ
N
q
=
λ
q
i
q
n
q
λ
q
N
c
= λ
c
i
c
n
c
λ
c
i
γ
, i
q
, i
c
– коэффициенты влияния угла наклона нагрузки
n
γ
, n
q
, n
c
коэффициенты влияния соотношения сторон прямоугольного фундамента

Графоаналитический метод определения
Nu
с построением кругло цилиндрических поверхностей скольжения – применяется если
:
основание сложено неоднородными грунтами
;
величины пригрузок с разных сторон фундамента отличаются,
>
чем на
25%.
Недостатки проектирования фундаментов по
R:
Выравнивание давления приводит к разной ширине подошвы фундамента и разной величине активной сжимаемой толще, значит и к разным (неравномерным) осадкам.
Правильнее проектирование вести по заданной
(одинаковой) величине осадки с проверкой расчета
по первому предельному состоянию, или расчет
одновременно по двум предельным состояниям.

II предельное
состояние
I предельное
состояние
1. Экономичные
фундаменты
2. Одинаковая
осадка всех
фундаментов
Расчет фундаментов
одновременно по 2
м
предельным
состояниям
S ≤ S
U
i
пр
c
q
P
P




пр
i
P
P
R


b

P
пр
0
S

q
Область определяющего расчета по деформациям
Область
расчета
по 2
м
предельн
ым
состояни
ям
P
i
(

q
=1,2)
Граница расчета по I предельному состоянию
R
P
Характер зависимости осадки
S
и коэффициента
надежности

q
от нагрузки
P
при расчете
фундаментов по 2
м
предельным состояниям