Пальові фундаменти розраховують за граничним станом першої групи на особливе сполучення навантажень (включаючи сейсмічний вплив), при цьому передбачають:

-визначення несучої здатності на вертикальне навантаження;

-перевірку паль за опором матеріалу стовбура на спільну дію нормальної сили, що згинає, моменту і сили, яка перерізує;

-перевірку стійкості паль за умовою обмеження тиску, що робиться на ґрунт бічними поверхнями паль з урахуванням раніше зазначеного зниження розрахункового кута внутрішнього тертя.

При визначенні несучої здатності паль необхідно враховувати процеси, що виникають на контакті між палею і ґрунтом при впливі сейсмічного імпульсу. Так, через збіг коливань ґрунту й споруди на деякій відстані від підошви ростверку між палею та ґрунтом виникає зазор, що знижує несучу здатність палі внаслідок проходження сейсмічних хвиль, відбувається зменшення сил тертя ґрунту по бічній поверхні; знижується також і лобовий опір ґрунту під вістрям палі. Тому несуча здатність пальового фундаменту при урахуванні сейсмічного впливу може виявитися значно меншою, ніж при статичних навантаженнях.

Крім визначення несучої здатності на вертикальне навантаження, обов’язково виконується розрахунок палі на горизонтальну складову навантаження.

Розрахунок пальових фундаментів з урахуванням сейсмічних впливів у просадочних ґрунтах в умовах неминучого зволоження основи повинен виконуватися стосовно цілком зволоженого ґрунту.

Польові випробування з визначення несучої здатності паль на осьове навантаження, що вдавлює чи висмикує, повинні проводитися в сейсмічних районах шляхом імітування сейсмічного навантаження вибуховим впливом.

17.6. ОСОБЛИВОСТІ ПРОЕКТУВАННЯ СЕЙСМОСТІЙКИХ ФУНДАМЕНТІВ І СПОРУД

Основні вимоги до проектування основ і фундаментів у сейсмічних районах полягають у застосуванні заходів, що підвищують загальну жорсткість системи “основа–фундамент–споруда”. До цих заходів відносяться:

1.Збільшення жорсткості основи шляхом поверхневого ущільнення важкими трамбівками, застосування розподільних ґрунтових подушок, глибинне ущільнення ґрунтовими палями, водозниження, ін’єкційне закріплення, застосування паль із проміжною ґрунтовою подушкою.

2.Закладання фундаментів по можливості повинне виконуватися на одному рівні при однаковому статичному тиску під підошвою.

3.Переважне застосування монолітних чи збірно-монолітних стрічкових, перехресних і суцільних плитних фундаментів. Стики перехресних фундаментів обов’язково підсилюються арматурними сітками (рис. 17.13, а). Якщо окремі фундаменти колон каркасних будинків не можуть сприйняти зусилля, що зрушують, від дії сейсмічних навантажень, їх з’єднують із сусідніми залізобетонними фундаментними балками (рис. 17.13, б). У будинках вище ніж 9 пове-

497

подушка відсипана до проектної позначки, на ній улаштовують монолітний чи збірний фундаментний блок. Розміри подушки повинні бути більші від розмірів фундаментного блоку не менше, ніж на 30 см у кожну сторону.

Розрахунок розглянутих фундаментів на сейсмічні впливи зводиться до перевірки будівлі на зрушення по підошві фундаментного блоку. При цьому фундаментний блок розраховують як ростверк пальового, припускаючи, що підошва блоку спирається безпосередньо на палі.

Розрахунок оголовків квадратної форми в плані виконується на дію рівномірно розподіленого навантаження, рівного середньому тиску на контакті з проміжною подушкою.

Пальові фундаменти з проміжною подушкою, крім того, повинні відповідати вимогам розрахунку за деформаціями при основному сполученні навантажень, причому розрахункове осідання визначається як сума осідань проміжної подушки і пальового куща.

4.У будинках, що зводяться, має передбачатися влаштування поясів жорсткості й антисейсмічних швів, при цьому варто забезпечити рівноміцність вузлів при рівномірному розподілі мас і жорсткостей.

5.У будинках (спорудах) необхідно по можливості забезпечити низьке розташування центра ваги, уникати значних ексцентриситетів, застосовувати полегшені конструкції.

18.ВЗАЄМОДІЯ ФУНДАМЕНТІВ З ОСНОВОЮ

І КОНСТРУКЦІЯМИ СПОРУДИ

Функціональним призначенням фундаментів є передача навантажень від надземних конструкцій на ґрунтову основу. При цьому в більшості випадків навантаження на фундаменти і напружено-деформований стан їхніх конструктивних елементів залежать від особливостей взаємодії фундаментів з основою й надземними конструкціями. Параметри зазначеної взаємодії визначають із розрахунку системи “основа–фундамент–будівля”. Визначенню підлягають наступні параметри взаємодії: навантаження, що діють на фундаменти в системі, чисельно рівні внутрішнім зусиллям у перетинах, які відокремлюють фундаменти від надземних конструкцій; тиск ґрунту та зрушуючі напруги, що діють на контакті фундаментів із ґрунтовою основою; спільні переміщення фундаментів і надземних конструкцій на основі, котра деформується.

Для проектування фундаменту як автономної конструкції досить знати діючі на нього у системі споруди навантаження. При цьому контактні напруги і спільні переміщення можуть бути визначені методами механіки ґрунтів.

Як і всі задачі теорії будівельних конструкцій, задача визначення конструктивних параметрів фундаментів не має прямого вирішення. Результат досягається послідовними розв’язаннями зворотних задач, зв’язаних із перевіркою умов першої і другої груп граничних станів при заданих конструктивних параметрах фундаментів. У цьому процесі як перше наближення використовують навантаження на фундаменти, визначені за правилом вантажних площ. Для

499

Рис. 18.1. Перерозподіл згинальних моментів в елементах рами, викликаний кутовими пере-

міщеннями стовпчастих фундаментів за рахунок нерівномірного стиснення ґрунту: а – зусилля в рамі на жорсткій основі; б – зусилля в рамі від повороту фундаментів, викликаних опорними згинальними моментами МА і МВ; в – зусилля в рамі на ґрунтовій стисливій основі; q – розподілене навантаження на ригель рами;φ – кути повороту фундаментів, викликані опорними моментами МА і МВ.

споруд зі статично визначними конструктивними системами, а також для будинків III класу відповідальності зазначені навантаження приймаються як остаточні. В інших випадках навантаження на фундаменти уточнюються з розрахунку системи “основа–фундамент–будівля”. При цьому розрахунки повторюються при кожному коректуванні конструктивних параметрів системи: чи то у фундаментах чи то у надземних конструкціях.

Як приклад розглянемо вплив жорсткості основи на формування моментних навантажень на фундаменти П-подібної рами (рис. 18.1). Скельній основі відповідає відсутність кутових переміщень фундаментів й епюри згинальних моментів в елементах рами, показаних на рис. 18.1, а. При цьому нав антаженнями на фундаменти є згинальні моменти МА і МВ, що діють у перетинах колон на обрізі фундаментів. Якщо основа складена ґрунтом, що може деформуватися, наприклад, глиною, дія моментного навантаження МА та МВ викликає поворот фундаментів на кут ϕ (рис. 18.1, б). Кутові переміщення фундаментів як навантажуючий фактор викликають в елементах рами додаткові внутрішні зусилля, зокрема, епюри згинальних моментів, показані на рис. 18.1, б. У результаті цього відбудеться перерозподіл внутрішніх зусиль в елементах рами (рис. 18.1, в), наслідком якого стане зменшення вузлових моментів у колонах і ригелі й збільшення пролітного моменту в ригелі. Моментні навантаження на фундаменти зміняться у напрямі зменшення.

У розглянутому прикладі параметрами взаємодії є згинальні моменти в перетинах обрізу фундаментів і кутові переміщення фундаментів. При цьому досить знати величини згинальних моментів на обрізі фундаментів. Тоді кутові переміщення можуть бути визначені як крени фундаментів при відомих моментних навантаженнях. Варто також звернути увагу на те, що зміна виду ґрунт о- вої основи приводить не тільки до зміни навантажень на фундаменти, але і викликає перерозподіл внутрішніх зусиль в елементах рами. Цілком очевидно, що величини параметрів взаємодії зміняться також при зміні розмірів перетинів елементів рами, розмірів підошви фундаментів та інших конструктивних пара-

500

метрів елементів системи.

Рівень напружено-деформованого стану фундаментних конструкцій визначається ступенем урівноваженості в їхніх перетинах параметрів взаємодії, зокрема навантажень на фундаменти й епюр контактних напруг. Про рівень на- пружено-деформованого стану фундаментних конструкцій можна судити також за епюрами їх спільних (із надземними конструкціями) переміщень (осідань), нерівномірність яких у плані споруди визначає величини внутрішніх зусиль у перетинах конструктивних елементів. Завдання оптимізації полягає в розробленні системи фундаментів з мінімально можливим рівнем напруженодеформованого стану при діючих на споруду експлуатаційних навантаженнях. Прикладом може служити стрічковий фундамент безкаркасного будинку з перемінною шириною підошви, визначеної за умови вирівнювання осідань частин будинку. Типовою помилкою тут є вирівнювання тисків на основу замість вирівнювання осідань, що далеко не одне і те ж. Іншою помилкою є те, що процес вирівнювання осідань частин споруди роблять для навантажень на фундаменти, підрахованих за правилом вантажних площ. Такий спрощений підхід може використовуватися тільки як перший етап вирішення задачі визначення розмірів фундаментів у першому наближенні. Надалі вирівнювання осідань частин споруди необхідно робити за результатами варіантних розрахунків системи “осно- ва–фундамент–будівля”. При цьому, з огляду на те, що постійні навантаження в житлових будинках складають до 80% від загальних навантажень, можна одержати результат, при якому у фундаментних балках будуть практично відсутні згинаючі зусилля. На практиці спрощений підхід до проектування стрічкових фундаментів часто приводить до нерівномірних осідань бескаркасних будівель і утворення тріщин у несучих стінах, особливо в місцях різкої зміни навантажень (у примиканнях до стін шахт ліфтів, сходових кліток тощо).

Як уже відзначалося, параметри взаємодії фундаментів із конструктивними елементами споруди залежать від конструктивних характеристик цих елементів (жорсткості основи, розмірів перетинів та жорсткісних характеристик матеріалів конструкцій і т.ін.). З цієї причини рівень напружено-деформованого стану фундаментів також є функцією конструктивних параметрів елементів споруди. Покажемо це на прикладі жорсткої фундаментної балки (рис. 18.2), завантаженої рівномірно розподіленим навантаженням. У першому випадку (рис. 18.2, а) балка спирається на основу з щільної глини, деформування якого задовільно описується моделлю загальних деформацій, наприклад, моделлю лі- нійно-деформованого півпростору (див. п. 18.3). Відомо, що епюра відпору ґрунту для цього випадку має нерівномірний розподіл по довжині балки з мінімумом у центральному перетині й із максимумами по краях балки. У перетинах балки сума сил, що лежать по одну сторону від перетину, представлених розподіленим навантаженням q і епюрою відпору ґрунту p, не є самоврівноваженою. У зв’язку з цим у перетинах балки виникають поперечні сили Q (рис. 18.2, а). Неврівноваженими також є моменти сил, що лежать по одну сторону від пер е- тину, чим зумовлене виникнення в перетинах балки згинальних моментів M. Таким чином, відсутність самоврівноваженості в перетинах балки параметрів її взаємодії з елементами системи зумовлює виникнення в цих перетинах внутрі-

501