Основные принципы расчета фундаментов по предельным состояниям основаны на учете надежности конструкций и их способности выдерживать различные нагрузки в течение всего срока службы. При этом рассматриваются как предельные состояния прочности, так и предельные состояния устойчивости. Важно обеспечить, чтобы конструкция не выходила за пределы допустимых деформаций и не подвергалась разрушению при воздействии внешних факторов, таких как сейсмические или ветровые нагрузки.
Система предельных состояний включает в себя анализ как Ultimate Limit State (ULS), так и Serviceability Limit State (SLS). ULS определяет максимальные нагрузки, которые могут быть приложены без разрушения конструкции, тогда как SLS сосредотачивается на функциональности и комфорте эксплуатации зданий, предотвращая чрезмерные деформации и вибрации. Это комплексный подход, обеспечивающий безопасность и долговечность фундаментов.
Расчет оснований фундамента по предельным состояниям
Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: по первой — по несущей способности и по второй — по деформациям.
Расчет строительных конструкций и оснований в нашей стране ведут методом предельных состояний.
Если нормальная эксплуатация сооружения невозможно при исчерпывании грунтом прочности, то достигается предельное состояние основания по несущей способности (первое предельное состояние). Если деформации основания оказываются чрезмерными для надземных конструкций (при напряжениях меньше предела прочности грунта), то достигается предельное состояние основания по деформациям (второе предельное состояние).
Целью расчета оснований по предельным состояниям является уточнение предварительно принятых размеров фундамента такими пределами, при которых гарантируется прочность, устойчивость и трещиностойкость конструкций, включая общую устойчивость сооружения, а также нормальная эксплуатация подземных конструкций при любых возможных нагрузках и воздействиях.
Основания рассчитываются по деформациям во всех случаях и по не сущей способности (в случаях, указанных в п. 2.3[1]).
Расчёт основания по деформациям (II группа предельных состояний)
Расчеты оснований по деформациям производят исходя из теории линейно-деформируемой среды (теории упругости).
Целью расчета оснований по II группе предельных состояний (по деформациям) является ограничение абсолютных перемещений фундаментов и подземных конструкций такими пределами, при которых гарантировалась бы нормальная эксплуатация сооружения и не снижалась бы его долговечность.
Расчет абсолютной осадки фундамента S:
Расчет сводится к удовлетворению основного условия ,
где S — совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;
SU — предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемого [2, прил. 4].
Расчёт осадки основания производим методом послойного суммирования, в соответствии с приложением 2[1], т.к. м и в основании нет грунтов с МПа.
Сущность метода состоит в следующем: основание разбивается на элементарные слои; в пределах сжимаемой толщи определяется осадка каждого слоя от дополнительных вертикальных напряжений; затем осадки всех элементарных слоев суммируются.
Результаты расчёта представлены в таблице 2, где:
1) Для построения эпюр уzр и у zg грунт на разрезе строительной площадки, расположенный ниже подошвы фундамента, разбивается на элементарные слои высотой hi , так, чтобы выполнялось условие:
толщина элементарного слоя, принимается из условия , при
2) Определяют вертикальные напряжения от собственного веса грунта уzgi на границе i — го слоя, залегающего на глубине zi по формуле (на уровне подошвы фундамента), т.к. песок средней крупности: средней плотности, слабожимаемый и не является водоупором, то вес части слоя песка, расположенного ниже УГВ, будет рассчитываться с учётом взвешивающего действия воды: .
Результаты расчета заносим в графу 4 таблицы 2.
3) Находят дополнительные вертикальные напряжения от внешней нагрузки на глубине zi под подошвой фундамента (по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента):
коэффициент определяемый по табл.1 прил. 2[1] в зависимости от : ; ……
Значения о, б, уzpi заносим в таблицу 2 в графы 6, 7 и 8 соответственно.
4) Нижняя граница сжимаемой толщи основания условно находится на глубине Z = Hс, там, где уzр = 0,2 уzg, если модуль деформации этого слоя или непосредственно залегающего под этой границей больше или равен 5 МПа.
Z = 8,1052 м, что соответствует точке пересечения.
Hс можно определить графически как точку пересечения эпюр уzр и 0,2 уzg , построенных в масштабе.
5) среднее значение вертикального напряжения от внешней нагрузки в каждом i — том слое грунта: :
6) Полная осадка основания определяется как сумма осадок отдельных слоёв в пределах сжимаемой толщи по формуле:
где в — безразмерный коэффициент, учитывающий условность расчетной схемы, принимаемый равным 0,8.
Полученные значения записываются в графе 10 таблицы 2. Таблица 2 — смотрите приложение 2.
7) Предельно допустимая осадка для данного здания определяется по прил.4[1]:
Таким образом, основное условие расчета основания фундамента по деформациям удовлетворено:
Рис. 3. Расчетная схема к определению осадки методом послойного суммирования
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.
Как строители проектируют фундаменты и основания исходя из предельных состояний?
При обустройстве фундаментов и оснований зданий строители преследуют две цели — чтобы бетонная конструкция получилась надежной и недорогой. В погоне за максимальной надежностью можно потерять большие деньги. Ведь потребуются дополнительные расходы на стройматериалы. Кроме этого увеличатся объемы работы.
А если возникнет желание сэкономить, то о высокой надежности основания/фундамента придется забыть. Как же тогда добиться баланса?
Нужно применить методику, предполагающую ведение расчетов по предельным показателям. Ее суть — следует приблизить нагрузки, возникающие в основаниях и фундаментах сооружений к установленным предельным значениям. Максимальная приближенность расчетов к предельным показателям гарантирует экономичность и надежность будущей бетонной конструкции.
Про две группы предельных состояний
Существует первая группа предельного состояния фундамента/основания по показателю несущей способности. При проведении расчетов важно исключить возможное разрушение бетонной конструкции, вызванное утратой устойчивости и прочности из-за оказываемой нагрузки или неблагоприятного внешнего воздействия.
Подобные расчеты по несущей способности помогают также избежать сдвига фундамента или его опрокидывание. Осуществляют их только при обустройстве оснований/фундаментов, на которые предполагается огромная горизонтальная или сейсмическая нагрузка. Другие случаи применения расчетов по первой группе:
- Если высока вероятность появления выдергивающих нагрузок
- Если фундаменты располагаются рядом с нисходящим откосом грунта
- Если основания созданы из скального грунта
- Если у основания здания лежит слабый грунт с мягко- и текучепластичной консистенцией
Также строители рассчитывают предельные состояния фундаментов/оснований по показателю деформаций (это вторая группа). В процессе расчета обязательно исключаются факторы, которые мешают нормально использовать возведенное здание. Речь идет о чрезмерном количестве (размере) трещин, а также недопустимых выгибах, прогибах, кренах, осадках, динамических нагрузках и амплитудных колебаниях.
Почему появляются осадки? Потому что вся возведенная конструкция собственным весом давит на фундамент, который воспринимает эту нагрузку и передает ее в грунт. А он, в свою очередь, не выдерживает степень механическое усилия проседает.
При этом осадок фундамента не является критическим. Еще страшней, когда появляются трещины. Подобному зданию можно смело присваивать статус аварийного. Чтобы такого не происходило, строители применяют вторую группу расчета предельных состояний фундамента/основания.
А если грунт слабый, то они дополнительно рассчитывают по первой группе. Конечная цель этих мероприятий сводится к тому, чтобы бетонные конструкции зданий возводились из такого количества и типа материалов, которые не допустят возникновение предельных состояний.
В каких случаях можно не проводить расчет по деформациям? Если по всей подошве фундамента давление не превышает расчетного показателя сопротивления грунта. Плюс, если выполнено хотя бы одно из трех следующих требований — если уровень изменения сжимаемости основания ниже предельного значения, если инженерные и геологические условия полностью соответствуют типовому проекту, если грунтовые условия подходят для возведения объекта необходимой этажности и размера.
В районах с проблемным грунтом для строительства домов часто используют проектирование свайных фундаментов. В случае задействования такого типа фундамента нагрузка от здания передается на основание через опоры, что позволяет избежать деформации и сохранить целостность объекта.
Укрепление грунтов необходимо для предотвращения их смещений, вызванных подземными водами, осадками или ветром. Деформации также могут возникать вследствие человеческой активности, такой как прокладка дорог или строительство тоннелей.
Обследование оснований и фундаментов считается обязательным мероприятием при строительстве или реконструкции здания. Кроме фундамента также подлежат тщательному обследованию все его несущие конструкции, для определения функциональности элементов.
Согласно установленным правилам, проектирование свайных фундаментов делается с учетом различных данных. Это информация о сейсмических процессах, происходящих в районе будущего строительства, заключение геотехнических исследований, расчеты нагрузок на основание фундамента,
Шпунтирование котлованов представляет собой устройство ограждений котлованов путем забивки шпунтов. Шпунтовые ограждения считаются эффективнее других известных видов оградительных конструкций.
Бурение скважины на собственном участке — самый простой, удобный и бюджетный способ обеспечить водой частный дом или дачу. Не нужно ждать подвоза воды или ездить за ней на водокачку — живительная влага всегда будет под рукой.
Технологии в современном строительстве претерпели множество изменений. Простые и эффективные решения, заменили устаревшие практики, и уверенно зарекомендовали себя. К таком технологиям относится и алмазное бурение.
Шпунт Ларсена представляет собой металлический профиль с замками и пазами, который используют при строительстве мостов, ограждений, возведении подпорных стенок и укреплении котлованов. При погружении шпунта создаются ограждения, которые препятствуют перемещению грунта.
Контакты для связи и заказа
