22. Виды деформаций оснований и сооружений.

22. Виды деформаций оснований и сооружений.

Прежде чем приступать к проектированию оснований и фундаментов, необходимо внимательно изучить конструктивную схему здания и особенности физико-механических свойств грунтов на строительной площадке. На основе такого изучения оценивается жесткость здания, специфика передачи нагрузок на грунты оснований и производится предварительная оценка характера возможных деформаций.

В гибких и жестких массивных сооружениях неравномерность осадки мало влияет на работу конструкций, необходимо только, чтобы значение конечной осадки не превышало предельно допустимого, что определяется условиями нормальной эксплуатации.

В сооружениях конечной жесткости необходимо учитывать неравномерность осадки, которая приводит к перераспределению усилий в грунтах оснований и конструкциях всего сооружения. Неравномерные осадки вызывают ухудшение условий эксплуатации оборудования и всего здания в целом, а также появление в отдельных несущих и ограждающих конструкциях дополнительных усилий. Поэтому значение неравномерной осадки строго ограничивается строительными нормами не только исходя из условий эксплуатации, но и с учетом условий прочности и устойчивости сооружений.

В зависимости от жесткости и характера развития неравномерных осадок в зданиях и сооружениях могут возникнуть следующие виды деформаций: прогиб, выгиб, крен, перекос, кручение и горизонтальные смещения.

Прогиб, или выгиб, зданий и сооружений возникает при изгибе подошвы сплошной фундаментной плиты или ленточного фундамента в результате неравномерной податливости основания (рис. 3. 1, а, б). Рассматриваемые формы деформации образуются в зданиях большой протяженности. В зависимости от грунтовых условий в одном и том же сооружении на разных участках может возникнуть прогиб и выгиб. В одинаковых грунтовых условиях при увеличении жесткости здания происходит повышение дополнительных усилий в конструкциях, приводящее к уменьшению прогиба или выгиба, при меньшей жесткости происходит обратное явление — интенсивность дополнительных усилий, возникающих в результате перераспределения, снижается, а деформация увеличивается. При прогибе 66 изогнутая поверхность обращена выпуклостью вниз, а наиболее опасная зона деформаций растяжения находится в верхней части сооружения; при выгибе, наоборот, выпуклость обращена вверх и опасная зона находится в верхней части здания.

Крен, или поворот, относительно вертикальной оси (рис. 3. 1, в, г) происходит в результате несимметричного (внецентренного) нагружения. При симметричном нагружении крен возможен при неравномерном распределении свойств грунтов под подошвой фундамента в результате несимметричного напластования. Крен является наиболее опасным для высоких зданий и сооружений так как в результате смещения центра тяжести возникает дополнительный опрокидывающий момент, способствующий дальнейшему нарастанию крена, что в конечном результате может вызвать разрушение сооружения.

Рис. 3. 1. Формы деформаций сооружений

Крен отдельных фундаментов в составе всего здания при ограничении горизонтальных деформаций, обусловленных наличием перекрытий (рис. 3. 1, д), вызывает появление дополнительных усилий в несущих конструкциях (колоннах, стенах, перекрытиях и др. ), которые необходимо учитывать при проектировании.

Перекос (рис. 3. 1, д, е) образуется при неравномерных осадках, происходящих на участках небольшой протяженности при сохранении относительно равномерных вертикальных осадок под всем зданием.

Кручение возникает при различных кренах сооружения по его длине или если крен развивается в разные стороны в двух соседних сечениях сооружения (рис. 3. 1, ж). При такой форме деформирования дополнительные усилия в конструкциях образуются в вертикальной (стены, колонны и др. ) и горизонтальной плоскостях. Элементы перекрытий, например, испытывают изгиб в горизонтальном направлении.

Горизонтальные смещения возможны в фундаментах, на которые опираются конструкции, передающие значительные горизонтальные усилия от распора (рис. 3. 1, з). Подобный вид деформации возникает и в подпорных стенках (рис. 3. 1).

23. Проектирование оснований по первой группе предельных состояний.

Целью расчета является обеспечение необходимой прочности и устойчивости оснований, включая недопущение возможного сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.

Расчет оснований по несущей способности выполняют, проверив условие: F≤ γ _СF_u/ γ _n, где F – расч нагр на основании; γ _с – коэф усл работы; γ _n – коэф надежности по назначеню сооружения; F_u – сила предельного сопротивления основания.

При наличии в основании фундамента скальных грунтов вертикальную составляющую силы предельного сопротивления основания опред-т независимо от глубины заложения: N_u=R_cb’l’, где R_c – расчетн прочность скального грунта на сжатие, b’ и l’ – приведенные ширина и длина прямоуг ф-та.

Для нескальных грунтов в стабилизированном состоянии силу предельного сопротивления основания основания определяют, исходя из условия, что соотношение м/у нормальными и касательными напряжениями по поверхностям скольжения подчиняются зависимости: τ =σ tgφ ₁+c₁, где φ ₁ – и с₁ – соответственно расч. знач угла внутр тренияи удельного сцепления грунта.

Чаще всего потеря устойчивости происходит при наличии в основании, сложенном медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинястыми и биогенными грунтами при степени влажности S_r≥ 0, 65 и коэф консолидации с_v≤ 10⁷ cv²/год. Это объясняется тем, что не все давление в грунте передается на его скелет. Значительная часть давления передается поровую воду, которая в результате консолидации отжимается из рабочей зоны основания, ухудшая в целом работу грунтов в этом случае соотношение м/у касательными и нормальными напряжениями τ =(σ -u)tgφ ₁+c₁.

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления грунта основания из нескальных грунтов в стабилизированном состоянии для фундамента, имеющего плоскую подошву определяют по ф-ле: N_u=b’l’(N_vξ _vb’γ ₁+N_qξ _qγ ’₁d+N_cξ _cc₁), где b’ – сторона ф-та в направлении которой возможна потеря устойчивости ф-та; N_v N_q N_c – безразмерные коэф опред по табл из снипа в зависимости от угла внутр трения φ ₁ и угла наклона к вертикали δ равнодействующей внешней нагрузки F в уровне подошвы фундамента; γ ₁ и γ ’₁ – расч уд вес грунтов, залегающих в пределах призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы; d – глубина заложния ф-та; ξ _v ξ _q ξ _c – коэф формы фундамента.

Кроме того, во всех случаях если на фундамент, расположенный на грунтах в нестабилизированном состоянии, действуют горизонтальные нагрузки, требуется проверка его устойчивости на сдвиг по подошве.