CC BY
53
УДК 624.131
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСАДОК И КОЭФФИЦИЕТОВ ЖЕСТКОСТИ ПРИ РАСЧЕТЕ ФУНДАМЕНТОВ НА НЕОДНОРОДНОМ ОСНОВАНИИ
В.И. Соломин
Предложен алгоритм расчета осадок и коэффициентов жесткости неоднородных грунтовых оснований. Алгоритм нашел применение при проектировании ряда построенных сооружений.
Характерной чертой строительных площадок на Урале является неоднородность грунтовых напластований в плане фундамента и по глубине основания. Наиболее сильно это проявляется в условиях элювиальных грунтов, когда в пределах «пятна» фундамента могут соседствовать выходы скальных пород и «карманы», заполненные рыхлыми грунтами.
Однако, этот фактор, особенно важный при расчете осадок большеразмерных (плитных или плитно-свайных фундаментов), не нашел отражения в формулах, содержащихся в Нормах [1] и [2], поскольку они учитывают неоднородность основания только по глубине.
С целью преодолеть этот недостаток автором разработан алгоритм, который излагается ниже.
Площадь подошвы фундамента (Л) по инженерно-геологическим условиям разбивается на участки с площадями (А,), где г - номер участка. В плане участка основание считается однородным
По СНиП 2.02.01-83 или по СП 50-101-2004 определяются осадки основания на каждом участке (Я°) от равномерно распределенной нагрузки единичной интенсивности. При этом считается, что каждый участок имеет форму квадрата, с площадью равной площади плиты (А).
Таким образом, определяются коэффициенты жесткости (их часто называют «коэффициентами постели») основания в пределах каждого участка
Эти коэффициенты учитывают неоднородность основания в плане и по глубине. Знания К° достаточно, чтобы, выполнив расчет, найти усилия в плите, осадки и крены здания.
Если необходимо учесть распределительную способность основания, предлагается дополнительно к сказанному обратиться к модели упругого слоя (см., например, [3]).
Для этого вычисляются средние по площади плиты:
- значение коэффициентов жесткости
К°ср=1/А%К?А, ;
- толщина слоя
яср=1/л£я,4;
-модуль деформации и коэффициент Пуассона материала слоя
£сР=1/а'Е м , Мер=УАТ, м,.
Далее выполняется следующая процедура:
- рассчитывается плита с учетом жесткости верхнего строения на основании с коэффициентом жесткости К^р;
- определяются реактивные давления в узлах сетки, нанесенной на плиту - р^р;
-поверхность слоя загружается давлениями р(;Р и определяются осадки слоя
-находятся новые значения коэффициентов жесткости = р\р /\$р ;
- снова рассчитывается плита на основании с коэффициентами жесткости к\р.
Процедура продолжается, пока разница в осадках плиты и слоя не станет остаточно малой. Практика показала, что для этого достаточно 6-8 приближений. В результате получаем осадки Цп)
и коэффициенты жесткости .
Чтобы устранить противоречие между осадками слоя и осадками, вычисленными по Нормам, введем поправочный коэффициент
« = 5ср/Ци)ср>
где 5ср =1/Л£д/Л.
Для того чтобы учесть неоднородность основания, введем коэффициенты неоднородности «,=5ср/5,°.
Окончательно получаем ^ = Б,] = а ■ , ку = Цщ} .
При расчете плитно-свайных фундаментов в узлах плиты (Ы), где расположены сваи, коэффициенты жесткости кы вычисляются по формуле кы = 1/м>ы +
где урки- осадка сваи при единичной нагрузке.
Если для выравнивания осадок плиты необходима группа свай, в узлах (л,/я), где они расположены, коэффициенты жесткости кш определяются по формуле
Соломин В.И.
Определение осадок и коэффициентов жесткости при расчете фундаментов на неоднородном основании
кзт =
где м>ЛШ - осадка, определяемая по формуле осадки свайного ростверка от единичной нагрузки, умноженная на количество свай, составляющих ростверк.
Когда коэффициенты кц, ки, кш найдены, можно определять усилия во всех элементах здания, рассматривая его как единую конструкцию. В рамках такой расчетной схемы определяются: осадки и крены здания, а также усилия в фундаменте и несущих конструкциях надземной части.
В разработке Программы вычисления осадок неоднородного основания для РС 1ВМ в разное время принимали участие А.С. Сытник, Е.Ю. Казанцев, А.Ю. Рыжков. Эта Программа, сервис которой ориентирован на локального пользователя, находит применение при проектировании главным образом многоэтажных каркасных зданий.
В качестве примера приводятся результаты расчета и проектирования фундаментной плиты административного здания, построенного в г. Сне-жинске Челябинской области.
Серия «Строительство и архитектура», выпуск 3
63
Теория расчета строительных конструкций
Грунтовые условия участка застройки оказались довольно сложными, что видно по рисункам. Определенные трудности возникли и в связи с тем, что проектируемое здание вплотную примыкало к существующему шестиэтажному кирпичному дому.
Здание имеет семь этажей, монолитное, каркасное с безбалочными перекрытиями. Неоднородность грунтов основания и необходимость предотвратить деформации существующего здания диктовали жесткие требования к величине и равномерности осадок. Это было достигнуто применением плитно-свайного фундамента, изображенного на рисунке.
Коэффициенты жесткости основания определены А.Ю. Рыжковым, расчет несущих конструкций, включая плитно-свайный фундамент, выпол-
нен Е.Ю Казанцевым и А.В. Алешиным при участии автора.
Здание нормально эксплуатируется несколько лет, его деформаций и деформаций примыкающего дома не обнаружено.
Литература
1. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений.
2. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.
3. Соломин В.И., Широков В.Н., Комаров Э.А. Расчет прямоугольных плит, опирающихся на упругий слой конечной мощности. Основания, фундаменты и механика грунтов. —1968, №4.- С. 34—36.
