9. Какие деформации наиболее опасны для конструкций зданий и как они нормируются. Ф.10.3. Какие деформации являются наиболее опасными для сооружений?

Наиболее опасны для конструкций зданий и сооружений неравномерные деформации основания, которые вызывают дополнительные усилия в конструкциях. При этом чем больше деформация, тем больше могут быть усилия, которые при определенной их величине приводят к возникновению трещин в конструкциях.

Основными причинами возникновения неравномерных деформаций являются:

  неравномерная сжимаемость грунтов из-за их неоднородности, выклинивания и непараллельности залегания отдельных слоев (рис.Ф.10.3);

Рис.Ф.10.3. Выклинивание разных по сжимаемости пластов грунта под сооружением

  неодинаковая нагрузка на фундаменты, вынуждающая предусматривать различные размеры их подошвы, а это при одной и той же интенсивности давления на основание вызывает неравномерные осадки уплотнения;

  неравномерное увлажнение просадочных и набухающих грунтов, приводящее к различным деформациям (просадки или подъема фундаментов);

  неодновременное загружение фундаментов в процессе строительства и эксплуатации зданий, особенно при строительстве зданий вблизи существующих;

  неравномерное распределение нагрузок на полы производственных зданий, а также наличие различающейся пригрузки вблизи здания или сооружения.

Как нормируются значения деформаций оснований?

Расчет оснований по деформациям производится из условия совместной работы сооружения и основания. При этом совместная деформация оценивается следующими расчетными показателями, величины которых не должны превышать их нормируемых значений (см. Ф.5.6, Ф.5.7):

  абсолютной осадкой основания отдельного фундамента s;

  средней осадкой основания сооружения  ;

  относительной неравномерностью осадок двух фундаментов  s/L;

  креном фундамента или сооружения в целом i;

  относительными прогибом или выгибом f/L   отношением стрелы прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого участка сооружения;

  кривизной изгибаемого участка сооружения 1/R;

  относительным углом закручивания сооружения  ;

  горизонтальным перемещением фундамента u.

Средняя осадка определяется по формуле

где s_i   абсолютная осадка i-го фундамента с площадью подошвы A_i.

Как определяются нормируемые (предельные) значения деформации основания?

Предельные значения деформации основания определяются с использованием таблицы прил.4 СНиП [1], где приведены рекомендуемые значения: относительной разности осадок s/L, средней осадки основания и крена фундамента i. Эти значения получены на основании многолетних наблюдений за деформациями зданий и сооружений с различной конструктивной схемой (см. также вопрос Ф.10.7).

.

10. Что рассчитывается при проектировании стоящих фундаментов под колонны, и какие исходные данные при этом необходимы.

Требуется рассчитать фундамент под колонну среднего ряда 2-х-этажного здания магазина «Овощи-фрукты». Сечение колонны 30x30 см. Усилия колонны у заделки в фундаменте: N₁=1889∙0,95=1416,1 КН;  Ввиду относительно малых значений эксцентриситета фундамент колонны рассчитываем как центрально загруженный. Усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке γ_f = 1,15, нормативное усилие N_n=1416,1/1,15=1231,4 кН.  Расчетное сопротивление грунта R₀=0,35 МПа; бетон тяжелый класса В15; R_bt = 0,75 МПа; γ_b2 = 0,9; арматура класса A-II; R_s=280 МПа. Вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его обрезах γ=20 кН/м³. Высоту фундамента предварительно принимаем равной H=90 см (кратной 30 см), глубину заложения фундамента H_^ 1 = 230 см. Площадь подошвы фундамента определяем предварительно без поправок R_o на ее ширину и заложение   Размер стороны квадратной подошвы а=   = 1,98 м. Принимаем размер а=2,1 м (кратным 0,3 м), А_f = 4,41 м² Давление на грунт от расчетной нагрузки p_sf составит: p_sf=N/A_f = 1231,4/4,41 = 280 кН/м² =28 Н\см² (Напряжение в основании фундамента от расчетной нагрузки). Рабочая высота фундамента из условия продавливания   см. Определим высоту фундамента, вычислив наименьшую высоту фундамента: Н_{f min}=h₀+a_b=37,9+4=41,9см Полную высоту фундамента устанавливают из условий: продавливания, заделки колонны в фундаменте, анкеровки сжатой арматуры колонны  Ø25 А-III в бетоне колонны класса В30.  Высота фундамента из условий заделки колонны в зависимости от размеров ее сечения: H=1,5h_coi+25= 1,5∙30+25 = 70 см Из конструктивных соображений, учитывая необходимость надежно заанкерить стержни продольной арматуры при жесткой заделке колонны в фундаменте, высоту фундамента рекомендуется принимать равной не менее: H_f≥h_gf+20см=60+20=80см h_gf –глубина стакана фундамента, h_gf=30d+δ =30∙2,5+5=60см d=2,5см- диаметр продольных стержней колонны, δ=5см –зазор между торцом колонны и дном стакана Принимаем окончательно фундамент высотой ^ H=80см, двухступенчатый. Толщина дна стакана 30+5=35 см.  Минимальную рабочую высоту первой ступени (снизу) определим по формуле:  Принимаем h₁= 40 см, h₀₁=40-4=36см  Проверяем, отвечает ли рабочая высота нижней ступени фундамента условию прочности по поперечной силе. На 1 метр ширины наклонного сечения поперечная сила для единицы ширины этого сечения (b = 100см)  Q₁ = 0,5(a — h_c—2h₀)p_sf = 0,5(2,1-0,3-2∙0,76)∙28= 59,2кН Минимальное поперечное усилие Q_b, воспринимаемое бетоном: Q_b=φ_b3∙(1+φ_f+φ_n)∙γ∙R_bt∙b∙h₀  Здесь φ_f =0 для плит сплошного сечения; φ_b3=0,6 для тяжелого бетона; φ_n=0 ввиду отсутствия продольных сил Q_b= 0,6∙0,9∙0,75∙(100)∙100∙36 = 145000 Н = 145кН Так как Q₁=59,2кН < Q_b= 145 kH, то условие прочности удовлетворяется. Размеры второй ступени фундамента принимаем так, чтобы внутренние грани ступеней не пересекали прямую, проведённую под углом 45^о к грани колонны на отметке верха фундамента. Проверяем прочность фундамента на продавливание по поверхности пирамиды, ограниченной плоскостями, проведёнными под углом 45⁰ к боковым граням колонны по формуле: F  γ_b2∙ R_bt∙ h₀ ∙u_m, где u_m= 4∙( h₀+h_c) = 4∙(76+30) = 424 см. Проверяем, отвечает ли рабочая высота нижней ступени фундамента h₀₂ = 35-4=31 см условию прочности по поперечной силе в наклонном сечении, начинающемся в сечении I-I F=N-A_0fp∙p_sf=1231,4∙10³– 33,1∙10³∙28= 304,6∙10³ H=304,6кН A_0fp=(h_c+2h₀)² =(30+2∙76)²=33,1∙10³см² Q= γ_b2∙R_bt∙h₀∙u_m=0,9∙0,75∙(100)∙76∙424=2175,1∙10³ H=2175кН 2175 kH > 304,6 kH – условие прочности против продавливания удовлетворяется. При подсчёте арматуры для фундамента за расчётные принимаем изгибающие моменты по сечениям соответствующим расположению уступов фундамента, как для консоли с защемлённым концом Рис. Сечения монолитного ж-б фундамента. Расчетные изгибающие моменты в сечениях I—I и II—II: М_I =0,125р_sf∙(а–а₁)²∙b = 0,125∙280∙(2,1–1,2)²∙2,1= 73,5 кН∙м; М_II =0,125р_sf∙(а–h_соl)²∙b = 0,125∙280∙(2,1–0,3)²∙2,1 =258,14 Кн∙м; Площадь сечения арматуры А_s1 =M_l /0,9h_o1R_s =   =8,102см²;  A_sII = M_II/0,9h₀₂R_s =   = 13,478 см². Принимаем сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой из 11 стержней Ø14 А-II с шагом s=200мм (A_s = 16,92 см²).  Процент армирования расчетного сечения μ_1I = А_sII 100/ b₁h₀= 16,92∙100/120∙76 = 0,186% что больше μ_min = 0,1 %. Верхнюю ступень армируем конструктивно горизонтальными сетками из арматуры диаметром 8 А-1 с шагом 150 мм Расположение арматурных изделий фундамента показано в графической части проекта.