5. Статические расчеты плитных фундаментов

5.1. Статические расчеты плитных фундаментов, как правило, выполняют на ЭВМ по рекомендуемым в настоящем разделе и в прил.1 программам с целью определения усилий в фундаменте, перемещений фундамента и реактивных давлений основания, необходимых для проверки допустимости совместных деформаций основания, фундамента и конструкций верхнего строения, последующих или параллельных расчетов сечений фундамента, подбора арматуры (или проверки принятых сечений фундамента и армирования) и проверки ширины раскрытия трещин.

5.2. При разработке программ для расчета плитных фундаментов на ЭВМ рекомендуется применять расчетную схему основания, подчиняющегося гипотезе переменного коэффициента жесткости, наиболее удобную для математической реализации, либо в виде линейно-деформируемого слоя в зависимости от сложности поставленной задачи и однородности основания.

Величины переменного коэффициента жесткости в соответствии с рекомендациями разд.4 находят по ожидаемым осадкам основания, напряжения в котором определяются по зависимостям для линейно-деформируемого слоя.

5.3. Для расчета плитных фундаментов в зависимости от сложности решаемых задач применяют удобные для реализации на ЭВМ численные методы (конечно-разностный, вариационно-разностный и конечных элементов) с использованием как непрерывных (континуальных), так и дискретных расчетных схем фундамента.

5.4. Усилия в плитном фундаменте, а также деформации основания при строгой постановке задачи должны определяться расчетом из условия совместной работы надфундаментной конструкции, фундамента и основания с учетом неоднородности основания по глубине и в плане, распределяющей способности основания, воздействия соседних зданий и сооружений, а также неупругих деформаций грунта, бетона и арматуры фундамента, материала элементов надфундаментных конструкций и наличия трещин в фундаменте.

Для упрощения такого расчета, чрезвычайно сложного и трудоемкого даже при использовании ЭВМ, в зависимости от сложности практических задач можно выполнить раздельный расчет основания, плитного фундамента на сжимаемом основании и надфундаментных конструкций, для которого в необходимых случаях применяют метод итераций, а также можно использовать приближенные приемы учета неупругих деформаций основания, плитного фундамента и элементов надфундаментных конструкций либо выполнить расчет фундамента в предположении линейно-упругого деформирования материала фундамента, элементов надфундаментных конструкций и грунтов основания (в так называемой линейной постановке задачи) с использованием принципа независимости действия сил, а подбор арматуры и проверку прочности сечения фундамента производить на найденные усилия в соответствии с указаниями главы СНиП на проектирование бетонных и железобетонных конструкций.

5.5. Возможности выбираемого метода статического расчета плитного фундамента оценивают с помощью следующих расчетных характеристик фундамента:

показателя гибкости фундамента:

а) прямоугольного

; (49)

б) круглого

, (50)

где - радиус фундамента; - начальный модуль упругости бетона при растяжении и сжатии; - коэффициент бокового расширения бетона; - осредненный приведенный модуль деформации основания, определяемый по указаниям разд.2; - осредненный коэффициент бокового расширения основания, вычисляемый по рекомендациям разд.2; - корректирующий коэффициент, определяемый по п.3.11; - толщина; - длина и - ширина прямоугольного фундамента или условная ширина фундамента сложной формы в плане, эквивалентного по площади прямоугольному длиной ;

показателя гибкости прямоугольного фундамента в направлении длины

; (51)

показателя гибкости прямоугольного фундамента в направлении ширины

(52)

упругой характеристики фундамента, определяемой по формуле (37).

5.6. Метод расчета и программу для ЭВМ выбирают, руководствуясь следующей классификацией плитных фундаментов:

а) по форме в плане:

прямоугольные;

произвольной ортогональной либо полигональной формы;

круглые;

кольцевые;

б) по форме сечения:

постоянной толщины (плоские);

переменной толщины (с монолитными подколонниками и ступенчато-переменной толщины);

ребристые (с ребрами в одном или в двух направлениях);

коробчатые;

в) в зависимости от типа надфундаментного строения различают плитные фундаменты, работающие совместно:

со связевым каркасом;

рамным каркасом;

рамно-связевым каркасом;

несущими стенами;

верхним строением сооружения башенного типа (силосный корпус, дымовая труба и т.п.), непосредственно опирающимся на фундамент или через колонны;

г) по соотношению сторон прямоугольной опорной площади:

плиты, если отношение длины фундамента к ширине 5;

балочные плиты, если 5 и показатель гибкости в направлении ширины 1,5*;

_______________

* Если 5 и показатель гибкости в направлении ширины 1,5, то фундамент рассчитывают как балку на упругом основании.

д) по отношению толщины к ширине прямоугольного либо к диаметру круглого или к стороне квадратного плитного фундамента эквалентного по площади фундаменту произвольной формы в плане*:

_______________

* В настоящем Руководстве рассматриваются способы расчета плитных фундаментов, относящихся к категории тонких и средней толщины.

тонкие, если 0,1;

средней толщины, если 0,1 0,25;

толстые, если 0,25;

е) по расчетным категориям*:

_______________

* Перечисленные в п.5.6 "г", "д" расчетные категории плитных фундаментов продиктованы особенностями статической работы, учитываемыми при расчете.

жесткие, если показатель гибкости

или 0,5; (53)

конечной жесткости, если

или 0,5 10; (54)

гибкие или большой протяженности, если

или 10; (55)

большой протяженности только в направлении длины, если 50 и показатель гибкости в направлении ширины 1,5.

5.7. Плитные фундаменты прямоугольной, сложной ортогональной, полигональной и круглой формы в плане, для которых разработаны методы и программы статического расчета на ЭВМ, с расчетными схемами, показанными на рис.10-16 (применительно к прямоугольным плитным фундаментам каркасных зданий), условно разделены на четыре группы:

1а - плиты, рассчитываемые методами технической теории расчета тонких и средней толщины изотропных плит на упругом основании с использованием расчетных схем основания, рекомендуемых в разд.1, и 1б - плиты на упругом основании, рассчитываемые по технической теории тонких анизотропных плит с учетом особенностей деформирования железобетона с использованием метода переменных параметров упругости в сочетании с шаговым нагружением плиты при расчетной схеме основания, характеризуемой переменным коэффициентом жесткости, определяемым по разд.4 (рис.10-13);

2 - плоские и ребристые плиты, рассчитываемые по дискретной схеме в виде системы ортогональных перекрестных балок, имеющих непрерывный контакт с основанием (рис.14);

3 - плиты, заменяемые дискретной системой перекрестных балок-полос на дискретных упругих опорах, располагаемых в местах пересечения осей балок (рис.15 и 16). Нагрузка от колонн сосредоточенная. Балки-полосы рассчитывают по универсальным программам расчета пространственных стержневых систем;

4 - плиты прямоугольной и сложной формы в плане, рассчитываемые с использованием приближенных расчетных схем (замена плиты балкой, вырезание полос, расчленение плиты на бесконечную, полубесконечную и четвертьбесконечную плиты и др.).

Рис.10. Расчетная схема плиты постоянной толщины, нагруженной вертикальными

нагрузками, равномерно распределенными по отдельным прямоугольным площадкам

Рис.11. Расчетная схема плиты ступенчато-переменной толщины, нагруженной вертикальными

нагрузками, равномерно распределенными по отдельным прямоугольным площадкам

Рис.12. Расчетная схема плиты постоянной толщины с участками

большой жесткости в местах опирания диафрагм

Рис.13. Расчетная схема плиты постоянной толщины, нагруженной вертикальными нагрузками,

равномерно распределенными по отдельным прямоугольным площадкам с участками,

соединенными с жестким верхним строением с помощью податливых колонн

Рис.14. Дискретная расчетная схема прямоугольной плиты в виде системы

перекрестных балок, имеющих непрерывный контакт с основанием

Рис.15. Расчетная схема прямоугольной плиты в виде

системы перекрестных балок на дискретных упругих опорах

Рис.16. Упрощенная расчетная схема совместного расчета плиты

и связевого каркаса (стержневая пространственная система)

5.8. Для статического расчета плитного фундамента на ЭВМ выполняют следующую подготовительную работу по рекомендациям разд.1-4 вручную либо с помощью ЭВМ по программам типа "GEST-82", "ЖОК" и "РАПОРТ": определяют схемы и величины расчетных нагрузок на плитный фундамент; выбирают расчетную схему и параметры основания; производят расчет деформаций основания; принимают расчетную схему основания для совместного расчета основания и плитного фундамента; находят предварительные размеры фундамента по условию минимального объема бетона; определяют расчетную категорию фундамента; выбирают расчетную схему фундамента, метод статического расчета, а также программу для расчета плитного фундамента на ЭВМ; подготавливают исходные данные для расчета фундамента на ЭВМ в соответствии с инструкцией к выбранной программе.

5.9. Программы для статического расчета плитных фундаментов выбирают в зависимости от типа имеющейся ЭВМ, формы в плане и расчетной категории плитного фундамента, конструктивной схемы надфундаментного строения и необходимости оценки влияния на статическую работу плитного фундамента следующих факторов: нелинейных деформаций грунтов основания, нелинейной работы железобетона и трещинообразования в бетоне плитного фундамента и надфундаментных конструкций, возникновения реактивных касательных напряжений по подошве фундамента и других факторов.

При оценке возможностей программы учитывают особенности реализуемого программой метода расчета плитного фундамента, принятые расчетные схемы и допущения, а также получаемые результаты.