Расчет оснований и фундаментов по первой группе предельных состояний

Целью расчета оснований по первой группе предельных состоя­ний (по несущей способности) является обеспечение необходимой прочности и устойчивости оснований, включая недопущение воз­можного сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.

Расчет по первой группе предельных состояний производят толь­ко следующих случаях: при передаче на основание значительных горизонтальных нагрузок (подпорные стены, фундаменты распор­ных конструкций и др.), в том числе и сейсмических; на фундамент действуют выдергивающие нагрузки; все здание или его отдельные фундаменты располагаются вблизи нисходящего откоса грунта; основание сложено скальными грунтами; основание сложено слабы­ми грунтами, в частности водонасыщенными заторфованными и пылевато-глинистыми, имеющими мягкопластичную и текучеп­ластичную консистенцию.

Расчет оснований по несущей способности выполняют, проверяя условие: F≤γCFU/γn , где F — расчетная нагрузка на основание от основного или особого сочетания нагрузок; γC — коэффициент условий работы, принима­емый для песков, кроме пылеватых, γC= 1, для пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии, а также песков пылева­тых — 0,9, для пылевато-глинистых в нестабилизированном состо­янии — 0,85, для скальных грунтов: невыветрелых и слабовыветре­лых — 1,0, выветрелых — 0,9, сильновыветрелых — 0,8; FU – сила предельного сопротивления основания; γn — коэффициент надеж­ности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15; 1,10 соответственно для сооружений III и III классов ответствен­ности.

Основной целью расчета оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) является ограничение перемещений

фундаментов такими предельными значениями, которые гapaнтируют нормальную эксплуатацию и требуемую долговечность зданий и сооружений, исключая возможность, проявления значительных неравномерностей осадок связанных с появлением кренов,

изменения проектных отметок и положений конструкций и их соединений. Расчет оснований по деформациям предполагает, что прочность и трещиностойкость самих фундаментов и фундаментных конструкций должны быть проверены по результатам дополнительных рас­четов.

Так как проектирование оснований начинают с назначения глубины заложения фундамента, то ограничение осадки последнего производят, назначением определенных размеров подошвы, то ограничение возможных неравномерностей осадок часто, добиваются за счет варьирования размерами подошвы, тем самым уменьшая или увеличивая давление в грунте основания, что позволяет регулировать осадки отдельных фундаментов.

Расчет оснований по деформациям требует выполнения следующего условия: S≤SU

где s – деформация основания, определяемая по результатам совместной работы основания и сооружения; SU — предельное значение совместной деформации основания и сооружения. Предельно допустимые деформации определяются в основном эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к сооружению. По СНиПу рекомендуется ограничивать давление по подошве фундамента расчетным сопротивлением грунта основания: p≤R.

Расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента определяется по формуле Пузыревского:

расчет оснований и фундаментов по первой группе предельных состояний

γc1, γc1- коэффициенты, зависящие от инженерно-геологических условий

сII- удельное сцепление грунта

γII- удельный вес грунта над подошвой фундамента

γ,II- удельный вес грунта под подошвой фундамента

Мq, Мγ Мс- коэффициенты принимаемые от угла внутреннего трения

d1- глубина заложения подошвы фундамента.

Общие сведения. Основания и фундаменты надлежит проектировать так, чтобы была надежно обеспечена возможность нормальной эксплуатации сооружений. Для этого они должны быть прочными и устойчивыми, т. е. обладать достаточной несущей способностью. Если это условие не выполнено, то несущая способность основания и фундамента может оказаться исчерпанной, в результате чего расположенное на них сооружение будет разрушено или деформировано в такой степени, что нормальная эксплуатация сооружения будет невозможна или значительно затруднена. Различают пять форм исчерпания несущей способности оснований и фундаментов:
1) исчерпание прочности фундамента (прочности материала фундамента), приводящее к его разрушению;
2) исчерпание устойчивости фундамента, приводящее к его опрокидыванию;
3) исчерпание устойчивости фундамента, вызывающее его сдвиг;
4) исчерпание прочности основания, приводящее к большим просадкам;
5) исчерпание устойчивости основания, сопровождающееся сдвигом массы грунта совместно с фундаментом по некоторой поверхности скольжения —  глубокий сдвиг.

Наиболее характерные схемы потери устойчивости фундаментов: опрокидывание с поворотом; плоский сдвиг; глубокий сдвиг.

Расчеты, выполняемые с целью не допустить исчерпания несущей способности оснований и фундаментов, называют расчетами их на прочность и устойчивость.

Основания и фундаменты могут обладать достаточной несущей способностью, но под воздействием нагрузок получать значительные перемещения, недопустимые по условиям нормальной эксплуатации сооружений. Расчеты оснований и фундаментов, имеющие целью не допустить таких перемещений, называются расчетами по деформациям.

Железобетонные конструкции фундаментов рассчитывают также на трещиностойкость. Такие расчеты должны исключить возможность чрезмерного раскрытия трещин, при котором возникает опасность коррозии (ржавления) арматуры. На трещиностойкость фундаменты рассчитывают обычными методами расчета железобетонных конструкций, которые в настоящем курсе не рассматриваются.

Расчеты оснований и фундаментов на прочность, устойчивость по деформациям и на трещиностойкость, как и других строительных конструкций, выполняют по методу предельных состояний. Под предельным состоянием подразумевается такое напряженное состояние конструкций или оснований, когда при самом незначительном увеличении нагрузок они перестают удовлетворять предъявляемым к ним требованиям: наступает их разрушение, возникают недопустимые деформации, происходит потеря устойчивости и т. п.

Основания и фундаменты мостов и труб под насыпями рассчитывают по двум группам предельных состояний:
по первой группе — по несущей способности оснований, устойчивости фундаментов против опрокидывания и сдвига, устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения грунтов, прочности и устойчивости конструкций фундаментов;
по второй группе — по деформациям оснований и фундаментов (осадкам, кренам, горизонтальным перемещениям), трещиностойкости железобетонных конструкций фундаментов.

Расчет по первой группе предельных состояний выполняют с целью не допустить исчерпания несущей способности и устойчивости оснований и фундаментов. Расчет производят исходя из условия
F≤Fu, (6.1)
где F — силовое воздействие (нагрузка) на основание или на фундамент; Fu — несущая способность (сила предельного сопротивления) основания или фундамента.

Цель расчета по второй группе предельных состояний — исключить возможность возникновения недопустимых по условиям нормальной эксплуатации сооружения деформаций (осадок, кренов, сдвигов) оснований и фундаментов. Расчет производят, исходя из соблюдения условия s< su, (6.2)
где s — совместная деформация основания и фундамента, определяемая расчетом; su —соответствующее предельно допустимое значение деформации.

При расчетах оснований и фундаментов необходимо иметь в виду, что по характеру действия на фундамент нагрузки подразделяют на постоянные и временные, которые могут действовать только в вертикальном направлении или же в горизонтальном и вертикальном направлениях одновременно. Последний случай является наиболее характерным для фундаментов мостов. К постоянным нагрузкам относят собственный вес конструкции, грунта и воды, а также горизонтальное давление грунта и воды. Остальные нагрузки относят к временным.

При проектировании фундаментов следует учитывать, что длительно действующие постоянные нагрузки оказывают решающее влияние на рост остаточной равномерной или неравномерной осадки оснований. Временные нагрузки, действующие на сооружение лишь в течение короткого промежутка времени, почти не оказывают влияния на увеличение остаточных деформаций. Это объясняется тем, что уплотнение фундаментом большой массы грунта представляет собой не кратковременное явление, а длительный, сложный, зависящий от многих факторов процесс. Кроме фактора продолжительности действия нагрузки на степень уплотнения грунтов оказывает большое влияние удельное давление, с увеличением которого возрастает осадка основания.

Основными характеристиками нагрузок и воздействий являются Их нормативные значения, принимаемые для постоянных нагрузок по проектным значениям геометрических параметров конструкций и по средним значениям плотности материалов; для временных (подвижных и монтажных) нагрузок по ожидаемым наибольшим значениям для предусмотренных условий эксплуатации сооружений или производства работ по их возведению.

Поскольку теоретические методы расчета совместной работы фундаментов и оснований пока еще недостаточно разработаны, при проектировании по предельным состояниям принимают систему расчетных коэффициентов, гарантирующих необходимую надежность проектных решений. Эти коэффициенты, именуемые коэффициентами надежности, позволяют раздельно учесть возможные отклонения в значениях действующих нагрузок, особенностях работы сооружений, в физико-механических свойствах материалов и грунтов.

Коэффициент надежности по нагрузке γf учитывает возможные отклонения в неблагоприятную сторону (большую или меньшую) значений нагрузок в процессе эксплуатации от их нормативных значений вследствие изменчивости нагрузок или отступлений от условий нормальной эксплуатации. Расчетные нагрузки и воздействия получают умножением их нормативных значений на коэффициент надежности по нагрузке.

Уменьшение вероятности одновременного превышения несколькими нагрузками их расчетных значений по сравнению с вероятностью превышения одной нагрузкой ее расчетного значения учитывают коэффициентом сочетаний.

Основными параметрами сопротивления материалов силовым воздействиям являются нормативные сопротивления, устанавливаемые нормами проектирования строительных конструкций с учетом случайной изменчивости механических свойств материалов.

Основными параметрами механических свойств  грунтов, определяющими несущую способность оснований фундаментов и их деформации, являются нормативные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов (угла внутреннего трения, удельного сцепления, модуля деформации, сопротивлений одноосному сжатию и сдвигу скальных и мерзлых грунтов и т. д.).

  • читать дальше

Главная > Курсовая работа >Строительство

Сохрани ссылку в одной из сетей:

4. 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 невозможна 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).

4.1 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 .

Расчёт осадки основания производим методом послойного суммирования, в соответствии с приложением 2, 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:

Порядок расчета:

1) Для построения эпюр σzр и σ 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 σzgi 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):

где

коэффициент определяемый по табл.1 прил. 2 в зависимости от : ; ……

;

;

.

Значения ξ, α, σzpi 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 σzр = 0,2 σzg, 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 σzр и 0,2 σzg , 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 β – 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:

см.

Таким образом, основное условие расчета основания фундамента по деформациям удовлетворено:

расчет оснований и фундаментов по первой группе предельных состояний

Рис. 3. Расчетная схема к определению осадки методом послойного суммирования

4.2 Расчёт оснований по несущей способности (I группа предельных состояний)

Целью расчета оснований по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости оснований, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.

Расчет оснований по несущей способности производится лишь при определенных условиях нагружения, а также при неблагоприятных инженерно-геологических условиях площадки строительства п. 2.3.

В КР такой расчет выполняется в обязательном порядке (в учебных целях) для одного из фундаментов на естественном основании.

Целью расчета оснований по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости оснований, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.

Расчет оснований по несущей способности должен производиться на основное сочетание нагрузок, а при наличии особых нагрузок и воздействий — на основное и особое сочетание.

Несущая способность основания считается обеспеченной при выполнении одного из условий в зависимости от способа расчета:

а) при использовании аналитических методов расчета:

б) при расчете на сдвиг по подошве фундамента:

в) при расчете графоаналитическим методом круглоцилиндрических поверхностей:

где F – расчетная нагрузка на основание,

γc – коэффициент условий работы, зависящий от вида грунта основания,

γn – коэффициент надежности по назначению сооружения,

FS,a – сдвигающие силы,

FS,R – удерживающие силы,

k – коэффициент устойчивости, представляющий собой соотношение суммарного момента сдвигающих сил к суммарному моменту удерживающих сил для выбранной круглоцилиндрической поверхности скольжения.

Потеря устойчивости основания происходит в тех случаях, когда напряжения в грунтах превысят их сопротивления сдвигу. При этом считается, что нормальные и касательные напряжения σ и τ по всей поверхности скольжения достигают значения соответствующего предельному равновесию, вычисленному по формуле Кулона — Мора:

где и — соответственно расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта.

Возможны различные схемы потери устойчивости (разрушения) основания:

а) Плоский сдвиг по подошве фундамента или слабому прослойку.

б) Глубокий сдвиг с образованием поверхностей скольжения, охватывающих фундамент и примыкающий к нему массив грунта.

При выборе схемы потери устойчивости (а значит и метода расчета) следует учитывать характер нагрузок и их равнодействующей (вертикаль, наклон, эксцентриситет); форму фундамента (ленточный, прямоугольный и пр.); характер подошвы фундамента (горизонтальность, наклон); наличие связей фундамента с другими элементами здания или сооружения, ограничивающих возможность потери устойчивости; характеристику основания — вид и свойства грунтов (их стабилизированное или нестабилизированное состояние), однородность геологического строения, наличие и наклон слоев и слабых прослоек, наличие откосов грунта вблизи фундамента и пр.

Основания ленточного фундамента следует проверять на устойчивость только в направлении короткой стороны (ширины) фундамента, а прямоугольного, квадратного и круглого — в направлении действия момента либо наклона равнодействующей (направления ее горизонтальной составляющей).

1) Определяем состояние несущего слоя грунта согласно п. 2.61 .

В нестабилизированном состоянии находятся медленно уплотняющиеся пылевато–глинистые и биогенные грунты со степенью влажности SR>0,85 и коэффициентом консолидации . Сила предельного сопротивления основания для данных грунтов должна определяться с учетом избыточного давления в паровой воде U, вычисленного методами фильтрационной консолидации грунтов.

Для водонасыщенных грунтов, имеющих показатель консистенции IL, допускается не определять коэффициент консолидации и не учитывать возможность возникновения нестабилизированного состояния грунтов (т. е. считать их стабилизированными).

Похожие страницы:

  1. Проектирование фундамента здания

    Реферат >> Строительство … в качестве основания для фундаментов на естественном основании глину. 3. Проектирование фундамента мелкого заложения 3.1 Расчет … СНиП 2.08.01-89* Общественные здания и сооружения.- М.: Госстрой России, ФГУП ЦПП …

  2. Проектирование гражданского здания (2)

    Реферат >> Строительствопроектирование жилой дом с 3-х комнатной квартирой. Здание бескаркасное. Фундамент – ленточный из сборного железобетона, стены здания

  3. Вариантное проектирование фундаментов здания

    Реферат >> Строительство … и фундаменты. Вариантное проектирование фундаментов сооружений», ЧГУ 2007г. СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» … -101-2004 «Свод правил по проектированию и устройству оснований и фундаментов зданий и сооружений»

  4. Расчет и проектирование фундаментов в городе Косомольск-на-Амуре

    Курсовая работа >> Строительство … курсового проектирования является разработка конструкции фундамента для жилого 4-х этажного здания, расчёт … Сорочана, Ю.Г, Трофимова. – М.: Стройиздат, 1985. – 480с. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений/Б.И. Далматов . – М.: Изд …

  5. Проектирование промышленного здания (3)

    Реферат >> Строительство … архитектуры Пояснительная записка к курсовому проекту “Проектирование промышленного здания” Выполнил: студент гр. С02 … 50 толщиной 100мм. Высота фундамента 1,8м. Фундаменты армируются типовыми арматурными сетками и плоскими …

Хочу больше похожих работ…

Общие сведения. Основания и фундаменты надлежит проектировать так, чтобы была надежно обеспечена возможность нормальной эксплуатации сооружений. Для этого они должны быть прочными и устойчивыми, т. е. обладать достаточной несущей способностью. Если это условие не выполнено, то несущая способность основания и фундамента может оказаться исчерпанной, в результате чего расположенное на них сооружение будет разрушено или деформировано в такой степени, что нормальная эксплуатация сооружения будет невозможна или значительно затруднена. Различают пять форм исчерпания несущей способности оснований и фундаментов:
1) исчерпание прочности фундамента (прочности материала фундамента), приводящее к его разрушению;
2) исчерпание устойчивости фундамента, приводящее к его опрокидыванию;
3) исчерпание устойчивости фундамента, вызывающее его сдвиг;
4) исчерпание прочности основания, приводящее к большим просадкам;
5) исчерпание устойчивости основания, сопровождающееся сдвигом массы грунта совместно с фундаментом по некоторой поверхности скольжения — глубокий сдвиг.
Наиболее характерные схемы потери устойчивости фундаментов: опрокидывание с поворотом; плоский сдвиг; глубокий сдвиг.

Расчеты оснований и фундаментов на прочность, устойчивость по деформациям и на трещиностойкость, как и других строительных конструкций, выполняют по методу предельных состояний. Под предельным состоянием подразумевается такое напряженное состояние конструкций или оснований, когда при самом незначительном увеличении нагрузок они перестают удовлетворять предъявляемым к ним требованиям: наступает их разрушение, возникают недопустимые деформации, происходит потеря устойчивости и т. п.
Основания и фундаменты мостов и труб под насыпями рассчитывают по двум группам предельных состояний:
по первой группе — по несущей способности оснований, устойчивости фундаментов против опрокидывания и сдвига, устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения грунтов, прочности и устойчивости конструкций фундаментов;
по второй группе — по деформациям оснований и фундаментов (осадкам, кренам, горизонтальным перемещениям), трещиностойкости железобетонных конструкций фундаментов.
Расчет по первой группе предельных состояний выполняют с целью не допустить исчерпания несущей способности и устойчивости оснований и фундаментов. Расчет производят исходя из условия
F≤Fu, (6.1)
где F — силовое воздействие (нагрузка) на основание или на фундамент; Fu — несущая способность (сила предельного сопротивления) основания или фундамента.
Цель расчета по второй группе предельных состояний — исключить возможность возникновения недопустимых по условиям нормальной эксплуатации сооружения деформаций (осадок, кренов, сдвигов) оснований и фундаментов. Расчет производят, исходя из соблюдения условия s