АНАЛИЗ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ РАСЧЕТЕ ОСАДКИ ОСНОВАНИЯ МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО СУММИРОВАНИЯ

В ряде профессий строительной отрасли специалисты больше работают не с техникой, а со знаковыми системами. Инженеры должны хорошо ориентироваться, разбираться в условных обозначениях, документах, текстах; создавать чертежи, документы, таблицы, перечни, каких-либо объектов. Для этих целей применяется статистика. Статистика – это наука, разрабатывающая статистическую методологию, то есть набор способов сбора, обработки и анализа информации.

Расчет деформации основания может быть выполнен с использованием как аналитических, так и численных методов расчета. Так как метод послойного суммирования позволяет учесть любой вид внешней нагрузки, определить составляющие осадок за счет отрытия котлованов, оценить влияние соседних сооружений и пригрузок, в определенной степени учесть любое напластование грунтов и переменность характеристик грунтов по глубине и, что особенно важно, учесть нестабилизированное состояние грунта, поэтому для расчета осадки слоистых оснований в данной работе используется метод послойного суммирования. Сущность метода заключается в определении осадок элементарных слоев основания в пределах сжимаемой толщи от дополнительных вертикальных напряжений, возникающих от нагрузок, передаваемых сооружениям.

Постановка задачи исследования. Рассматривается метод послойного суммирования при расчете осадки основания на примере двенадцатиэтажного здания больницы в городе Элиста. Конструктивная схема здания запроектирована с продольными несущими стенами. Пространственная жесткость и устойчивость здания обеспечивается совместной работой продольных, поперечных осей и жестким горизонтальным диском плит перекрытия заснеженных в антисейсмичные пояса, II климатического района по снеговому покрову.

Наружные стены с толщиной 510 мм, выполнены из глиняного кирпича с утепляющим слоем из минеральной ваты толщиной 120 мм. γ = 18,5 кН/м³.

Внутренняя стена из глиняного кирпича толщиной 380мм. γ = 19 кН/м³ отштукатурена с двух сторон цементно – песчаным раствором толщиной 15мм и γ = 18 кН/м³. Тип пола – дощатый. Высота этажа – 2,8м.

Инженерно-геологические данные берутся из [ГОСТ_20522 – 96] и сбор нагрузок на 1 м² покрытия из [ГОСТ_27751 – 88].

Сбор нагрузок на междуэтажное перекрытие берутся из [ГОСТ_27751 – 88].

Определение ориентировочного расчетного сопротивления грунта осуществляется по формуле:

где γ_с1 и γ_с2 – коэффициент условия работы; γ_с1= 1,1; γ_с2= 1,0k – коэффициент, равен 1; k₂= 1; b – ширина подошвы фундамента, ориентировочно принимаем b= 1м; с_n – расчетное значение удельного сцеплений грунта; с_n= 1 кН/м³ ; d_b – глубина подвала d_b = 0; d₁ – глубина заложения фундамента d₁ = 1,5 м; M_γ; M_q; M_с – коэффициенты, определенные в зависимости от угла. M_γ= 0,72; M_q= 3,87; M_с = 6,45.

При расчете фундаментов согласно [СНиП 2.01.07-85] «Нагрузки и воздействия» полезная нагрузка на перекрытие принимается с коэффициентом понижения

где n – число перекрытий, n=12;

где А – грузовая площадь, А=5,62м²; А₁=9м² – постоянная величина;

Сбор нагрузок на фундамент берутся из [СНиП 2.02.01-83].

Определение требуемой ширины подошвы фундамента осуществляется по формуле:

,

где N_|| – нагрузка на фундамент, кН; R – расчет на сопротивление грунта, кН/м²; γ_ср – определенное значение удельного веса фундамента, γ_ср=20 кН/м³; d₁ – глубина заложения фундамента.

.

В ходе вариации глубины заложения фундамента определяем ширину подошвы фундамента. При глубине заложения фундамента d₁=3м b = 3,7м, примем b = 4 м, тогда .

Учитывая вес фундаментной подушки и грунта на его уступах

,

проверяем давление под подошвой фундамента:

,

что ниже верхней границы P_max=201,9 кН/м²  R=257,96 кН/м², а значит, размеры фундамента на расчетном участке допустимы.

Определение осадки ленточного фундамента по оси осуществим методом послойного суммирования.

Учитывая бытовое давление на глубине заложения фундамента

и среднее давление под подошвой P_ср=0,202 мПа, определяется дополнительное давление под подошвой фундамента:

.

Затем вычисляются ординаты эпюры бытового давления по формуле:

,

где d₁ – приведенная глубина заложения фундамента; Z – расстояние от подошвы фундамента; – плотность грунта природного сложения и природной влажности.

Разбивается сжимаемая толща грунта на элементарные слои, толщина каждого элементарного слоя принимается равной .

Ординаты эпюры дополнительного напряжения определяются по формуле:

,

где  – коэффициент, определяется по табл.1 Приложения 2 СНиП 2.02.01-85 в зависимости от отношения сторон фундамента и коэффициента  соответственно на глубинах от подошвы фундамента:

Для удобства данные вычислений заносится в таблицу, при этом граница считаемой толщины принимается на глубине

.

Таблица 1.

Вычисление значений ординат эпюра дополнительного и бытового давления.

Площадь осадки фундамента определяется как сумма элементарных осадок, возникающих в каждом слое:

,

где β – безразмерный коэффициент равный 0,8; – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта; h_i – толщина i-го слоя грунта; E_i – модуль деформации i-го слоя грунта; n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толщина основания;

По результатам математического исследования технологического процесса расчета деформаций над фундаментных конструкций установлена осадка фундамента S = 3 см, что меньше чем предельная граница осадки фундамента S_n = 15 см, определяемая по приложению 4 СНиП 2.02.01 – 84*.

С помощью метода послойного суммирования можно вычислить осадку любой точки в пределах или вне пределов фундамента. Для этого пользуются методом угловых точек, и строится эпюра напряжений вертикальной, проходящей через точку, для которой требуется расчет осадки.

Рисунок 1. Расчетная схема для определения осадки методом послойного суммирования: DL – отметка планировки; NL – отметка поверхности природного рельефа; FL – отметка подошвы фундамента; ВС – нижняя граница сжимаемой толщи; Нс – сжимаемая толща.

Таким образом, целью расчета оснований по деформациям является ограничение деформаций над фундаментных конструкций пределами, гарантирующими не появление недопустимых для нормальной эксплуатации конструкций трещин и повреждений, а также изменений проектных уровней и положений. Метод послойного суммирования в основном используется при расчете небольших по размерам фундаментов зданий и сооружений и при отсутствии в основании пластов очень плотных малосжимаемых грунтов.

Список литературы:

1. Болдырев, Г.Г. Механика грунтов. Основания и фундаменты (в вопросах и ответах): Издание 45-е, переработанное и дополненное. Пенза, 2009 г. –75 – 85 с.
2. Колмогоров, С.Г. Механика грунтов. Учебное пособие для студентов заочной формы обучения строительных специальностей / С.Г. Колмогоров, С.С. Колмогорова, П.Л. Клемяционок. – Санкт-Петербург, 2011г. – 20 – 25 c.
3. Корнилов А.М., Егорова Л.А., Монастырский А.Е., Черкасова Л.И. Проектирование оснований и фундаментов гражданских зданий. (Методические указание): / А.М. Корнилов, Л.А. Егорова, А.Е. Монастырский, Л.И. Черкасова. Под редакцией З.Г. Тер-Мартиросяна, 2004г. – 47 – 53 c.
4. НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*: Издание официальное: Москва, 2011г.
5. Пилягин, А.В. Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений: Учебное пособие. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов. 2006г.– 66 – 90 c.