Общие принципы проектирования оснований и фундаментов.

Общие принципы проектирования оснований и фундаментов.

При проектировании оснований и фундаментов необходимо руководствоваться следующими принципами: 1. расчет оснований и фундаментов производить по предельным состояниям. Предельным называется состояние конструкций или основания, после достижения которого они перестают удовлетворять эксплуатационным требованиям. Первостепенным для оснований является расчет по второй группе предельных состояний – по деформациям. 2. учет совместной работы системы основания - фундамент – надземные конструкции; 3. учет инженерно-геологических, климатологических и гидрогеологических условий площадки строительства; 4. учет методов и технологических особенностей производства работ.

 

3. Основные типы зданий и сооружений по жесткости и формы их деформаций.

Условно здания и сооружения подразделяются на абсолютно жесткие, конечной жесткости и гибкие. Гибкие сооружения, передавая нагрузку на основания, следуют за осадкой, которая может быть различной в разных точках основания. При таком деформировании в них не возникает практически никаких дополнительных усилий и разрушений. Как правило, конструкции таких зданий имеют статически определимую схему. Подавляющее число зданий обладает конечной жесткостью. Для них приходится регламентировать не только величины осадок, но и их неравномерность, потому что неравномерность осадок вызывает появление дополнительных усилий в конструкциях, которые могут нарушить их прочность. Абсолютно жесткие сооружения при деформациях здания не изгибаются, а дают осадку как единый массив, и плоская подошва сооружения после деформации основания остается плоской, но возможны лишь вертикальные оседания и наклон сооружений.

Виды деформаций оснований.

Деформации оснований подразделяют на: 1.осадки – деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и не сопровождающиеся коренным изменением его структуры; 2. просадки – деформации, происходящие в результате уплотнения и сопровождающиеся коренным изменением грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительных факторов (замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте); 3. подъемы и осадки, связанные с изменение объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии на них химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта); 4. оседания – деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, понижением уровня грунтовых вод, проявлением карста; 5. горизонтальные перемещения – деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных конструкций, подпорные стены) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса.

 

Нагрузка и воздействия при расчете оснований и фундаментов.

Усилия, передаваемые сооружением на фундаменты, устанавливаются в соответствии с ДБН В.1.2 – 2:2006 «Нагрузки и воздействия». Для зданий и сооружений III класса при расчетах средних значений деформаций основания допускается определять нагрузки без учета их перераспределения надфундаментной конструкцией. В остальных случаях такой учет должен выполняться. Следует иметь в виду, что нагрузки, устанавливаемые ДБН, соответствуют их нормативным значениям. Расчеты оснований производятся по расчетным значениям нагрузок, которые определяются как произведение нормативных нагрузок на коэффициент надежности γ_f, учитывающий возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную сторону от их нормативных значений. При расчетах оснований по деформациям γ_f =1. В зависимости от изменчивости во времени нагрузки и воздействия подразделяются на постоянные (собственный вес несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунта и т.д.) и переменные. В зависимости от длительности непрерывного действия переменные нагрузки подразделяются на длительные (вес стационарного оборудования, нагрузки на перекрытия в складских помещениях, библиотеках и т.д.), кратковременные (вес людей, материалов, продукции технологического назначения сооружения, снеговые, ветровые и т.д.) и эпизодические (сейсмические, аварийные и др.).

Учет совместной работы сооружения и основания.

Совместную работу основания и сооружения, обладающего конечной жесткостью, возможно учесть, используя схему с упругооседающими опорами. В "абсолютно гибких" сооружениях нагрузки, передающиеся основанию, считаются неизменными при деформировании основания, и совместная работа основания и сооружения оценивается лишь предельными значениями средних осадок и их неравномерности (относительной разности). Для абсолютно жестких сооружений регламентируются их осадка и крен. При расчете сооружений конечной жесткости учитывается не только жесткость фундамента, но и всего сооружения в целом.

Вариантное проектирование по выбору типа основания и конструкций фундамента.

Оценка намеченных для проектируемого сооружения вариантов решений оснований и фундаментов производится путем сравнительного анализа их технико-экономических показателей. Сравниваемые конкурентоспособные варианты должны отвечать условиям сопоставимости, т.е. рассчитаны на одни и те же нагрузки в одних и тех же инженерно-геологических условиях и разработаны с одной и той же степенью детальности проектной проработки. При этом объемы и стоимости работ, одинаковые по сравниваемым вариантам, в анализе можно не учитывать. В то же время, если какой-либо из конкурирующих вариантов содержит дополнительные мероприятия, они должны быть учтены при определении технико-экономических показателей этого варианта. Технико-экономические показатели определяются, как правило, для основания и фундаментов сооружения в целом. Для анализа этих показателей может быть выбрана сопоставимая единица измерения, например, 1 м² общей площади сооружения, в простейших случаях – один столбчатый фундамент, фундамент под 1 м стены и т.д. При выборе конкурентоспособных вариантов фундаментов часто оказывается удобным проводить анализ объектов-аналогов проектируемого сооружения, пользоваться нормативными материалами для проектирования оснований и фундаментов типовых зданий и сооружений массового назначения, сметными нормами на части зданий и сооружений и др. Основным стоимостным критерием при выборе проектного решения является показатель приведенных затрат: З = С_с + Е_п (К_б + К_с) + Д, где С_с – себестоимость устройства фундаментов, включающая прямые затраты строительно-монтажной организации, накладные расходы в строительстве и дополнительные затраты на производство работ в зимнее время; Е_п = 0,12 – нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений; К_б и К_с – капитальные вложения в основные производственные фонды строительной индустрии; Д – экономическая оценка фактора дефицитности ресурса. К натуральным показателям относятся суммарные затраты труда и показатели расхода материалов. Суммарные затраты на устройство фундаментов включают затраты труда в заводских условиях на изготовление сборных конструкций и изделий, приготовление бетонной смеси, изготовление арматуры и опалубки, их транспортировку, возведение фундаментов: Ч_е = 2,0Ч_иm + 2,4Ч_т + 1,25Ч_в, где Ч_и, Ч_т, Ч_в – соответственно затраты труда на изготовление, транспорт и возведение сравниваемых конструкций фундамента; m – коэффициент, учитывающий мощность предприятия. Показатели расхода материалов определяются по объемам работ, подсчитанным по чертежам и сметным нормам.

 

Рис. 1. Массивные подпорные стены

а - в - монолитные; г - е – блочне

 

Рис. 2. Тонкостенные подпорные стены

а - уголковые консольные; б - уголковые анкерные;

в - контрфорсные

Рис. 3. Сопряжение сборных лицевых и фундаментных плит

а - с помощью щелевого паза; б - с помощью петлевого стыка;

1 - лицевая плита; 2 - фундаментная плита; 3 - цементно-песчаный растворы; 4 - бетон замоноличивания

 

Рис. 4. Конструкция подпорной стены с использованием универсальной стеновой панели

1 - универсальная панель стеновая (УПС); 2 - монолитная часть подошвы

 

3.3. В промышленном и гражданском строительстве, как правило, находят применение тонкостенные подпорные стены уголкового типа, приведенные на рис. 2. Примечание. Другие типы подпорных стен (ячеистые, шпунтовые, из оболочек и пр.) 3.4. По способу изготовления тонкостенные подпорные стены могут быть монолитными, сборными и сборно-монолитными. 3.5. Тонкостенные консольные стены уголкового типа состоят из лицевых и фундаментных плит, жестко сопряженных между собой.В полносборных конструкциях лицевые и фундаментные плиты выполняются из готовых элементов. В сборно-монолитных конструкциях лицевая плита сборная, а фундаментная - монолитная.В монолитных подпорных стенах жесткость узлового сопряжения лицевых и фундаментных плит обеспечивается соответствующим расположением арматуры, а жесткость соединения в сборных подпорных стенах - устройством щелевого паза (рис. 3, а) или петлевого стыка (рис. 3, 6). 3.6. Тонкостенные подпорные стены с анкерными тягами состоят из лицевых и фундаментных плит, соединенных анкерными тягами (связями), которые создают в плитах дополнительные опоры, облегчающие их работу.Сопряжение лицевых и фундаментных плит может быть шарнирным или жестким. 3.7. Контрфорсные подпорные стены состоят из ограждающей лицевой плиты, контрфорса и фундаментной плиты. При этом грунтовая нагрузка от лицевой плиты частично или полностью передается на контрфорс. 3.8. При проектировании подпорных стен из унифицированных панелей стеновых (УПС), часть фундаментной плиты выполняется из монолитного бетона с использованием сварного соединения для верхней арматуры и стыковки внахлестку для нижней арматуры (рис. 4).

 

Общие принципы проектирования оснований и фундаментов.

При проектировании оснований и фундаментов необходимо руководствоваться следующими принципами: 1. расчет оснований и фундаментов производить по предельным состояниям. Предельным называется состояние конструкций или основания, после достижения которого они перестают удовлетворять эксплуатационным требованиям. Первостепенным для оснований является расчет по второй группе предельных состояний – по деформациям. 2. учет совместной работы системы основания - фундамент – надземные конструкции; 3. учет инженерно-геологических, климатологических и гидрогеологических условий площадки строительства; 4. учет методов и технологических особенностей производства работ.

 

3. Основные типы зданий и сооружений по жесткости и формы их деформаций.

Условно здания и сооружения подразделяются на абсолютно жесткие, конечной жесткости и гибкие. Гибкие сооружения, передавая нагрузку на основания, следуют за осадкой, которая может быть различной в разных точках основания. При таком деформировании в них не возникает практически никаких дополнительных усилий и разрушений. Как правило, конструкции таких зданий имеют статически определимую схему. Подавляющее число зданий обладает конечной жесткостью. Для них приходится регламентировать не только величины осадок, но и их неравномерность, потому что неравномерность осадок вызывает появление дополнительных усилий в конструкциях, которые могут нарушить их прочность. Абсолютно жесткие сооружения при деформациях здания не изгибаются, а дают осадку как единый массив, и плоская подошва сооружения после деформации основания остается плоской, но возможны лишь вертикальные оседания и наклон сооружений.

Виды деформаций оснований.

Деформации оснований подразделяют на: 1.осадки – деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и не сопровождающиеся коренным изменением его структуры; 2. просадки – деформации, происходящие в результате уплотнения и сопровождающиеся коренным изменением грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительных факторов (замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте); 3. подъемы и осадки, связанные с изменение объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии на них химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта); 4. оседания – деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, понижением уровня грунтовых вод, проявлением карста; 5. горизонтальные перемещения – деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных конструкций, подпорные стены) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса.