Проектирование фундаментов » деформация

Расчет оснований по деформациям

admin — Sat, 10 Jul 2010 18:16:07 +0000

Расчет оснований, сложенных нескальными грунтами, по деформациям является обязательным для всех капитальных сооружений. Согласно СНиП 2.02.01 - 83 условия, ограничивающие деформации, выполнены, если допускается определять размеры подошвы фундаментов по величине расчетного сопротивления грунта несущего слоя R0, на основании, имеющем в пределах сжимаемой толщи грунты, перечисленные в табл. 6.1, и удовлетворено условие (4.1). При этом слои грунтов должны иметь горизонтальное залегание с уклонами границ между слоями не более 0,1, а ширина отдельных фундаментов сооружения - отличаться не более чем в 2 раза. В остальных случаях рассчитывают осадки фундаментов и учитывают их неравномерности.
Простейшими видами деформаций оснований сооружений являются (рис. 6.1): прогиб (а); выгиб (б); перекос (в, г); крен фундамента (д) или сооружения (е); скручивание (ж); горизонтальные перемещения фундаментов или сооружения в целом. Перемещения фундаментов, а также сооружений характеризуются абсолютными смещениями (осадками и др.), средними значениями и неравномерностью осадок (смещений).
Абсолютные осадки s рассматривают для отдельных фундаментов. Максимальную величину абсолютной осадки определяют исходя из наиболее неблагоприятных грунтовых условий строительной площадки для максимально нагруженных фундаментов.
Относительная неравномерность осадок характеризуется относительным прогибом (выгибом), перекосом, креном поперечным (продольным) (см. рис. 6.1).
Относительный прогиб (выгиб) (рис. 6.1, а, б) характеризуется ошением стрелы прогиба к длине изгибаемого участка стены. Перекос (рис. 6.1, в, г) находят по максимальной разности двух соседних фундаментов, отнесенной к расстоянию между центрами их подошв, если сохраняется вертикальное положение конструкций (колонн, стен).
Различают крен фундамента (рис. 6.1, д) и крен сооружения . 6.1, е). В первом случае крен определяется тангенсом поворота подошвы фундамента, во втором - отношением разности осадок крайних фундаментов к расстоянию между осями жестко завязанных опор.

Нагрузки, учитываемые при расчете оснований и фундаментов

admin — Mon, 03 May 2010 17:51:30 +0000

Нагрузки от сооружения фундаментов передаются на основание. Однако они не в одинаковой степени воздействуют на различные грунты, поэтому важно возможное основное сочетание нагрузок, под действием которых развивается рассматриваемый Вид перемещений основания, приводящий к деформации элементов конструкции.
При определении нагрузок на фундаменты и основания руководствуются СНиП 2.01.07 - 85 по нагрузкам и воздействиям (их рекомендации кратко излагаются ниже).
Нагрузки и воздействия делятся на постоянные и временные.
Постоянные нагрузки и воздействия прикладываются во время строительства и проявляются в течение всего периода эксплуатации (собственный вес конструкций, давление грунта и т.п.).
Временные нагрузки и воздействия прикладываются или возникают в отдельные периоды строительства или эксплуатации, они могут уменьшаться или полностью исчезать. Различают длительные, кратковременные и особые нагрузки и воздействия. Ниппельными называют нагрузки, действующие продолжительное время (вес оборудования, нагрузка от складируемых материалов и т.п.). К кратковременным относятся нагрузки, действующие непродолжительное время (от транспорта, включая краны, веса людей, снега, ветра и т.п.). Особые нагрузки возникают в исключительных случаях (сейсмические, аварийные, от просадки основания при его замачивании и т.п.).
Различают следующие сочетания нагрузок:
Основные, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок или воздействий; из кратковременных учитывают те. которые способны вызвать рассматриваемый вид деформации (при учете двух и более крагковременных нагрузок их принимают с коэффициентом надежности по нагрузке у = 0,9).
Особые, состояшие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок и воздействий.
, Различают нагрузки нормативные (максимальные типичные) и расчетные, получаемые путем умножения значения нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке yf, учитывающий возможное отклонение нагрузки от типичного значения.
Расчеты основания по деформациям ведут на основные сочетания расчетных нагрузок yf = I. Когда рассчитывают осадки основания, сложенного медленно деформирующимися пылевато-гли-нистыми грунтами, целесообразно учитывать постоянные и длительные нагрузки и периодически действующие кратковременные нагрузки. Если же определяется неравномерность осадок, то при расчете важно получить наибольшую осадку одного фундамента и наименьшую — другого. При определении наименьшей осадки учитывают все постоянные нагрузки и только те временные, которые обязательно должны действовать в условиях нормальной эксплуатации сооружения.
Расчеты основания по их несущей способности, по устойчивости фундаментов на сдвиг и выдергивание выполняют на основные и при необходимости особые сочетания расчетных нагрузок, определяемых по нормативным значениям путем умножения их на коэффициент надежности по нагрузке уГ как правило, более I. а на удерживающие нагрузки вводится коэффициент надежности по нагрузке менее 1.
Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами сооружений или их отдельными элементами, правильнее устанавливать расчетом, исходя из рассмотрения совместной работы несущих конструкций сооружения и основания. Однако, вследствие сложности правильного определения жесткости сооружения или его частей, во многих случаях нагрузки на основание определяют без Учета их перераспределения над фундаментной конструкцией и принимают в соответствии со статической схемой сооружения.

Порядок проектирования оснований и фундаментов

admin — Tue, 27 Apr 2010 17:50:54 +0000

При проектировании оснований и фундаментов необходимо выполнять несколько, взаимно не связанных друг с другом, расчетов. Когда хотя бы одно требование СНиП 2.02.01 - 83 не удовлетворено, приходится, изменяя глубину заложения и размеры подошвы фундамента, производить повторные расчеты. Они могут быть выполнены на ЭВМ. При расчетах без использования ЭВМ рекомендуется следующая последовательность:
1. Подсчитывают нагрузки, действующие на фундамент (см. 1.3).
2. Определяют расчетные характеристики грунта для расчета по второй или первой группам предельных состояний и оценивают инженерно-геологические условия площадки строительства (см. 1.4).
3. Выбирают глубину заложения фундамента (см. гл. 3).
4. Вычисляют величину расчетного сопротивления грунта основания с уточнением ширины подошвы фундамента и с проверкой давления, передаваемого подошвой (см. гл. 4 и 5).
5. Для внутренних, более нагруженных фундаментов производят проверку давления по их подошве (см. 5.6).
6. Рассчитывают осадку фундамента и неравномерности осадки (см. гл. 6); полученные величины деформаций сравнивают с предельно допустимыми их значениями; расчет осадки можно не производить при хороших грунтах (см. табл. 6.1).
7. Если полученное значение осадки больше предельно допустимой величины, то изменяют основные размеры фундамента (глубину заложения, соотношение сторон, ширину подошвы), пока не будут удовлетворены условия расчета по деформациям.
8. Производят, если это требуется (см. гл. 7), расчет устойчивости основания.
9. Рассчитывают элементы фундамента на прочность (см. гл. 8).
Иногда некоторые расчеты отпадают или приходится производить дополнительно проверку расчетного сопротивления слабого подстилающего слоя грунта.

Принципы проектирования фундаментов

admin — Tue, 20 Apr 2010 17:49:36 +0000

Основными принципами проектирования оснований являются:
1) проектирование оснований по предельным состояниям;
2) учет совместной работы основания, фундаментов и надземных несущих конструкций;
3) комплексная оценка характера работы грунтов основания и выбора типа фундаментов в результате совместного рассмотрения: а) инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства; б) чувствительности конструкций сооружений к неравномерным осадкам; в) способа выполнения земляных работ по устройству фундаментов, коммуникаций и подземных частей сооружений (строящихся и соседних).
Это свидетельствует о сложности задачи проектирования оснований и фундаментов, поэтому рекомендуется рассматривать несколько вариантов фундаментов и выбирать наиболее рациональное решение на основе технико-экономического сравнения. Решения обычно выбирают при проектировании наиболее загруженных, типичных для сооружения фундаментов. По выбранному варианту обычно рассчитывают основание остальных фундаментов. Расчеты должны подтвердить что осадки и их неравномерности меньше допустимых величин для проектируемого сооружения, грунты в основании и фундамент устойчивы, фундамент имеет требуемую прочность.
Поскольку при неравномерных осадках искривляются надземные конструкции, основным расчетом оснований является расчет по второму предельному состоянию (по деформации).
Важное внимание при проектировании оснований уделяется выбору глубины заложения и размеров подошвы фундаментов (Далматов Б.И., 1988; Ухов СБ. и др., 1994), которые принимают при условии, что деформации не превышают предельных величин (см. гл. 3,5,6 и др.). В связи с этим при расчете деформаций приходится принимать прямую пропорциональность между напряжениями и деформациями - линейную зависимость в большей части объема основания. Это ограничение относительно выполняется при равномерно распределенном давлении по подошве фундамента, меньшем расчетного сопротивления грунта основания R. Это сопротивление зависит от свойств грунтов основания и основных размеров фундамента (см. гл. 4). При мало- и среднесжи-маемых грунтах, горизонтальном залегании их слоев и небольших нагрузках обычно среднее давление по подошве рп < R, деформации основания значительно меньше допустимых. В таких случаях можно считать, что условия, ограничивающие деформации, выполнены, либо переходить к их расчету при нелинейной зависимости между напряжениями и деформациями.
Обычно расчетом необходимо установить, что:
1) среднее давление по подошве фундамента не превышает R;
2) давление при внецентренном загружении в среднем не более R, а под краем фундамента при внецентренном загружении не более 1,2Л и не более 1,5Л под углом;
3) деформации основания не превышают предельные значения;
4) основание устойчиво (если такая проверка требуется);
5) фундаменты имеют в каждом сечении необходимую прочность.

Пористые звукопоглощающие материалы

admin — Wed, 24 Mar 2010 16:11:38 +0000

К пористым звукопоглощающим материалам относятся пористые материалы с жестким скелетом: плитки из пеноперлитокера-мики и пемзолита, штукатурные плиты с заполнителем из перлитового песка, гипсовый и цементный фибролит и т. п.; пористые материалы с полужестким скелетом: древесноволокнистые, мине-раловатные плиты на различных связках с окрашенной и профилированной поверхностью и т. п.; пористые материалы с упругим скелетом: полиуретановый поропласт, пористый поливинилхлорид, прошитые и обернутые в ткань маты из капронового волокна и т. п.
Эти материалы можно крепить вплотную к облицовываемой поверхности, а также подвешивать или устанавливать с воздушным зазором. Величина воздушного зазора изменяет частотную характеристику звукопоглощения материала, увеличивая его в области низких частот.
Хорошие звукопоглощающие свойства таких материалов связаны с их пористостью и сильно развитой поверхностью и обусловливаются потерями энергии звуковых волн в основном благодаря вязкому трению в порах.
Звуковая волна, падая на поверхность «пористого материала, приводит воздух внутри пор © колебательное движение. Маленькие поры создают большое сопротивление потоку воздуха, в силу чего движение воздуха в порах тормозится и в результате вязкого трения часть механической энергии превращается в тепловую. В пористых материалах с полугибким скелетом потери звуковой энергии происходят также благодаря деформациям скелета материала и его активному сопротивлению вынужденным колебаниям, возникающим под действием падающих звуковых волн.
При очень рыхлом материале поглотителя (больших порах) трение в порах незначительно и поэтому невелико звукопоглощение, а при плотном материале /колебательная скорость движения частиц воздуха в порах невелика, что снижает поглощение на всех частотах.
Для получения высокого звукопоглощения необходимо, чтобы сопротивление материала для падающей звуковой волны было возможно ближе к удельному сопротивлению воздуха, а затухание при распространении волны в материале было как можно больше. Эти требования несколько противоречат друг другу.
Максимальная эффективность пористого звукопоглотителя может быть достигнута при определенной его толщине, достаточной для того, чтобы звуковая волна при распространении в толще материала (в прямом и обратном направлении) отдала бы максимум энергии на трение и вязкость.

Малая жесткость однослойного ограждения

admin — Mon, 04 Jan 2010 16:20:41 +0000

Малая жесткость однослойного ограждения, желательная по соображениям акустики, противоречит требованиям достаточно большой прочности ограждения и его статической жесткости. В то же время для статики не важно, какой жесткостью обладает ограждение на частотах выше 100 гц (на частотах нормируемого диапазона частот). В принципе можно запроектировать слоистое ограждение, обладающее достаточной статической жесткостью при малой динамической жесткости [44].
Таким ограждением является трехслойная панель, состоящая из
двух внешних слоев с высоким модулем упругости (например, металлических тонких листов), и внутреннего слоя, состоящего из материала малосжимаемого, но податливого на сдвиг.
Изгиб такой пластины может происходить двумя способами [43]. Панель (рис. 81) можно согнуть обычным образом так, чтобы внешний слой растягивался, а внутренний сжимался, или так, чтобы оба внешних слоя сохранили свою первоначальную длину, а материал среднего слоя имел деформацию сдвига. Во втором случае плоскости сечения, которые до изгиба были параллельны, остаются параллельными друг другу и после изгиба, а в первом случае они наклонены друг к другу под определенным углом.
Достаточно очевидно, что изгиб по схеме (рис. 81,а) происходит в том случае, когда пластина изгибается на большой длине в одну и ту же сторону.
Тогда сдвигающие усилия, передаваемые средним слоем, достаточны для того, чтобы обеспечить растяжение или сжатие внешних слоев. Если же пластину изгибать только на небольшом отрезке в одном направлении, то произойдет деформация сдвига (рис. 81,6).
Таким образом, можно ожидать, что при низких частотах и больших длинах волн будет происходить изгиб пластин, а при высоких частотах и малых длинах волн — деформация сдвига. Поскольку скорость распространения волн сдвига не возрастает пропорционально корню квадратному из частоты, как в случае изгиб-иых волн, а остается постоянной, можно ожидать, что с возрастанием частоты скорость изгибных волн в такой пластине сначала увеличивается, а затем, начиная с определенного предела, остается постоянной.
Следовательно, если подобрать средний слой с такими свойствами, при которых скорость волн сдвига значительно меньше скорости звука в воздухе, то можно избежать снижения звукоизоляции за счет эффекта волнового совпадения, не снижая при этом статическую жесткость ограждения.

Колебательная система и колебательное движение

admin — Sun, 11 Oct 2009 15:07:02 +0000

Каждая механическая система, обладающая элементами упругости и массы, при приложении к ней периодической силы может быть приведена в колебание. Состоящая из твердых тел колебательная система, в которой элементы упругости и массы отделены друг от друга, называется механической колебательной системой с сосредоточенными постоянными.
В акустике чаще всего приходится рассматривать системы с распределенными постоянными, в каждом участке которых упругие элементы совмещены с элементами массы.
Свободными или собственными колебаниями называются колебания какой-либо упругой системы, возникающие вследствие возбуждения, вызванного приложением внешней силы, и затем протекающие самостоятельно при отсутствии последующего воздействия внешнего возбудителя. Вынужденными называют колебания, возникающие в системе при воздействии внешней периодически изменяющейся силы.
Простейшим видом механической колебательной системы является сосредоточенный груз, подвешенный на пружине, один конец которой жестко закреплен (рис. 1). В этой системе элементы массы и упругости отделены друг от друга, поэтому она является системой с сосредоточенными постоянными. Такая система способна совершать только один вид собственных колебаний и для характеристики ее колебательного состояния в любой момент достаточно иметь только одну величину, например отклонение от положения равновесия.
Уравнение сил, действующих внутри системы в каждый данный момент времени, будет иметь вид
Ma + kx=0, (1)
где М — масса груза;
k — упругость или жесткость пружины, численно равная силе, которую необходимо приложить к пружине, чтобы вызвать ее единичную деформацию; х—мгновенное значение колебательного смещения (деформация пружины); а — мгновенное значение колебательного ускорения массы. Простейшая форма решения этого уравнения — гармоническая функция от времени. В том, что гармоническая синусоидальная или косинусоидальная функция удовлетворяет уравнению колебательного движения, нетрудно убедиться, укрепив на колеблющейся массе перо.

Основные положения проектирования сейсмостойких фундаментов

admin — Fri, 09 Oct 2009 21:07:22 +0000

Основное требование сейсмостойкости фундаментов состоит в том, чтобы при совместном действии на них обычных нагрузок и сейсмических сил фундаменты не разрушались, не сдвигались и не опрокидывались, а основание не теряло устойчивости, тем самым обеспечивая общую устойчивость и прочность системы "сооружение - основание".
Основной расчет оснований с учетом сейсмических воздействий сводится к проверке несущей способности оснований на особое сочетание нагрузок, определяемых в соответствии с требованиями СНиП на нагрузки и воздействия, а также норм по проектированию зданий и сооружений в сейсмических районах. Предварительные размеры фундаментов определяют расчетами основания по деформациям на основное сочетание нагрузок (без учета сейсмических воздействий) по общим правилам (см. гл. 6 и 7).
Целью расчета оснований по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости оснований, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Выполнение этих условий обеспечивает сохранность строительных конструкций, выход из строя которых может привести к обрушению сооружения или его частей. Однако при этом допустимо некоторое повреждение элементов конструкций, не угрожающее Эксцентриситеты еа и ен рассматриваются с одинаковым знаком, так как при этом будет иметь место наиболее невыгодное для несущей способности основания сочетание действующих нагрузок (несущая способность основания минимальна при сдвиге грунта в сторону, противоположную эксцентриситету нагрузки).
В случае действия моментных нагрузок в 2 направлениях расчет оснований по несущей способности должен выполняться раздельно на действие сил и моментов в каждом направлении независимо друг от друга. При расчете оснований и фундаментов на особое сочетание нагрузок с учетом сейсмических нагрузок допускается частичный отрыв подошвы от грунта при выполнении следующих условий: эксцентриситет еа расчетной нагрузки не должен превышать одной трети размера подошвы фундамента в плоскости действия момента (еа < Ъ/3); сила предельного сопротивления F должна определяться для условного фундамента, размер подошвы которого в направлении действия момента принимается равным размеру сжатой зоны Ьс= 1,5 (Ь 2е); максимальное краевое давление pmax под подошвой фундамента, вычисленное с учетом неполного опирания его на грунт, не превысит краевой ординаты эпюры предельного сопротивления основания р.

Основные положения расчета оснований и фундаментов по принципу II

admin — Fri, 09 Oct 2009 20:59:43 +0000

Расчет по несущей способности (первая группа предельных состояний) оснований и фундаментов с использованием вечномерзлых грунтов по принципу II производят в соответствии с требованиями расчета устойчивости оснований из немерзлых фунтов. Расчет оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) при строительстве по принципу II является основным и выполняется по правилам и методикам, применяемым для оснований из талых грунтов.
При расчете осадок основания с допущением оттаивания грунтов в процессе эксплуатации сооружения предварительно рассчитывают глубину оттаивания основания под различными частями проектируемого сооружения. Расчетную глубину оттаивания грунтов в основании устанавливают исходя из расчета теплового взаимодействия сооружения с вечномерзлыми грунтами с учетом формы, размеров и теплового режима сооружения, температуры и тепло-физических свойств грунтов основания. Допускается определение размеров чаши протаивания для простых по форме сооружений в соответствии со СНиП 2.02.04 - 88.
Следует учитывать неравномерность оттаивания грунтов основания по площади сооружения, особенно под наружными стенами. В результате этого возможен значительный крен фундаментов наружных стен. Для уменьшения неравномерности осадок проектируют обогрев грунта около здания или устройство стен на консолях.
Осадки свайных фундаментов из висячих свай, погруженных в предварительно оттаянные грунты, рассчитывают как для условного фундамента (см. разд. 9.4.6). При этом необходимо учитывать возможность проявления отрицательных (или негативных) сил трения по периметру условного фундамента или по поверхности отдельных свай.

Расчет фундаментов на устойчивость

admin — Fri, 09 Oct 2009 20:55:46 +0000

Расчет фундаментов на устойчивость при действии значительных горизонтальных нагрузок проводят аналогично расчету фундаментов на немерзлых грунтах. При этом основное сопротивление будут оказывать не силы трения, а силы смерзания грунта с фундаментом по его подошве и боковым граням.
Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов с сохранением мерзлого состояния (принцип I) пластичномерзлых, сильнольдистых и подземных льдов производится по деформациям.
Осадка фундаментов, обусловленная уплотнением пластичномерзлых грунтов, рассчитывается по тем же методикам, что и для немерзших фунтов, т.е. используются расчетные схемы основания в виде линейно деформируемого полупространства или линейно деформируемого слоя конечной толщины (см. гл. 6). Коэффициент сжимаемости бх определяется при температуре вечномерзлого грунта, вычисляемой по формуле (13.25).
Осадки оснований из сильнольдистых фунтов и подземных льдов, а также в случаях зафужения фундаментов при температуре грунтов выше расчетных значений определяются с учетом изменения деформационных характеристик в зависимости от температуры и времени. При этом определяют составляющую часть полной осадки, обусловленную пластично-вязким течением грунта за срок эксплуатации сооружения. Более подробно это изложено в приложении СНиП 2.02.04 - 88.