k – коефіцієнт розвантаження основи, що визначається як відношення повного осідання основи до її пружної складової (s/sy) при питомому тиску p0 .
Значення параметрів діаграми s0 , p0, R??пр, k визначаються за результатами польових випробувань грунтів штампами в шурфах (свердловинах).
Неоднорідність геологічної будови основи враховується шляхом задання відповідних значень параметрів s0 , p0, R??пр, k в ряді точок під підошвою фундаменту, які вибираються в залежності від характеру залягання шарів, наявності окремих лінз грунту та різноманітних включень.
Діаграма деформування відображає односторонній зв’язок фундаменту з основою – грунт сприймає тільки стискувальні напруження.
2.4.2.16 Розрахунок будинку на вплив вертикальних деформацій основи у вигляді ступінчастого осідання або циліндричного викривлення поверхні рекомендується виконувати в 2 етапи. На першому етапі розв’язується контактна задача по визначенню взаємодії фундаменту з поверхнею основи, на другому – визначаються зусилля в несучих конструкціях. При цьому, реактивні тиски, визначені на першому етапі, розглядаються як навантаження на будинок від основи, що осіла.
2.4.2.17 Реактивні тиски по підошві фундаментів та узагальнені зусилля в будинку при найбільш несприятливих впливах деформованої основи рекомендується визначати (1 етап розрахунку) з заданим гранично допустимим значенням прогинів та вигинів будинку, що дозволяє одержувати мінімально допустимі значення зусиль в несучих конструкціях (2 етап розрахунку).
2.4.2.18 У випадку використання балочних розрахункових схем (п.2.4.2.10) максимальні узагальнені зусилля визначаються за формулами:
, (6)
, (7)
, (8)
Рисунок 6
Рисунок 7
де G, L - відповідно розрахункова маса та довжина будинку;
- коефіцієнти, що визначаються за графіками рисунків 6 та 7 в залежності від безрозмірних параметрів
Кп , h/s , R ?? s/L2 ,
де h - розрахункова висота уступу в основі;
s - середнє осідання будинку;
R - розрахунковий радіус кривизни земної поверхні;
?? - коефіцієнт, який враховує вплив жорсткості балки на узагальнені зусилля, визначається за графіками рисунку 8 в залежності від параметрів
??/L , h/s , R ?? s/L2 ,
?? - допустима величина прогину або вигину будинку.
Параметр Кп визначається за формулою:
, (9)
де R'пр - граничний тиск на основу, що визначається натурними випробуваннями фундаментів або штампів для побудови гіперболічної залежності осідання фундаменту від питомого тиску;
рср - середнійтиск під підошвою фундаменту.
В наближених розрахунках приймається:
, (10)
де Rпр - граничний опір основи, який визначається розрахунковим шляхом за формулою:
, (11)
ky - коефіцієнт, який уточнює числове значення Rпр в гіперболічній залежності осідання фундаменту від тиску, приймається рівним 1,3 для суглинків та глин і 1,5 - для піску.
В формулу (11) підставляються числові значення коефіцієнтів надійності та умов роботи, наведені в табл.9, при яких Rпр одержує максимальні значення, a - у відповідності з п.2.62 СНіП 2.02.01-83 в залежності від кута внутрішнього тертя ??II.
Примітка. При користуванні графіками, наведеними на рисунках 6 і 7, слід приймати: рпр = R'пр , якщо граничний тиск на основу визначається натурними випробуваннями або штампами в польових умовах, рпр = Rпр , якщо граничний тиск визначається за СНіП 2.02.01-83.
Рисунок 8
Рисунок 9 - Позначення та визначення варіантів ліній уступів або твірних циліндричних поверхонь основи відносно осей будинку.
2.4.2.19 Для будинків, які розташовуються під кутом ????15° до ліній уступів або твірних циліндричної поверхні осідаючої основи (рисунок 9), визначають наступні узагальнені зусилля:
М??оп, МIIоп, М??ов, МIIов, Q??оп, QIIоп, Q??ов, QIIов, Т??оп, ТIIоп, Т??ов , ТIIов , буквені позначення яких означають максимальні узагальнені моменти (М??), поперечні (Q??) та горизонтальні (Т°) зусилля при прогині (п), та вигині (в) будинку, поздовжня вісь якого розташовується перпендикулярно (??) або паралельно (????) лінії уступу або твірній поверхні основи, що осідає.
2.4.2.20 Узагальнені максимальні моменти та поперечні сили визначаються від впливів основи, що викривляється по циліндричній поверхні (г) або ступінчастої основи (h), яка осідає, узагальнені горизонтальні зусилля - від відносних деформацій розтягу або стиску основи (??).
2.4.2.21 У випадку розташування несучих стін підземної частин будинку під прямим кутом до ліній уступів або твірних поверхні основи, що осідає, (рекомендоване розташування), визначаються тільки узагальнені зусилля у вказаних стінах:
М??оп, М??ов, Q??оп, Q??ов, Т??оп, Т??ов
Узагальнені зусилля М?? та Q?? рекомендується визначати за таблицями або графіками, які наводяться
в проектах в залежності від R ?? s, h/s та Кп (див. п.2.4.2.18).
2.4.2.22 Узагальнені зусилля Т° слід визначати у відповідності з вказівками п.п. 7.19 - 7.29 "Руководства по проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях", часть II (М.Стройиздат, .).
Рекомендується в проектах виконувати таблиці або графіки узагальнених зусиль Т°, які визначаються в залежності від відносних горизонтальних деформацій основи, а також деформаційних та характеристик міцності грунтів.
2.4.2.23 Вибір варіанту підземної частини будинку за несучою здатністю виконується з умови, щоб максимальні узагальнені зусилля в конструкціях від силових впливів в найневигідніших комбінаціях не перевищували допустимих узагальнених зусиль, вказаних в проекті для варіанту, що розглядається. Вказані умови мають вигляд:
; ; ; , (12)
де , - максимальні значення узагальнених поперечних сил, які визначаються за формулами:
(13)
(14)
- максимальні значення узагальнених згинальних моментів, які визначаються за формулами:
а) для підроблюваних територій І - IV груп, коли окремі види деформацій земної поверхні досягають своїх максимальних значень в різний час:
(15)
(16)
б) для підроблюваних територій І - IV груп, коли окремі види деформацій земної поверхні досягають своїх максимальних значень одночасно:
(17)
(18)
в) для підроблюваних територій Ік - ІVк груп, у яких деформації земної поверхні досягають максимальних значень одночасно:
, (19)
, (20)
де е - відстань між рівнодійними сил, викликаних горизонтальними деформаціями основи;
r, h, ??, - індекси, які вказують, що узагальнені зусилля визначаються від впливу відповідно викривленої по циліндричній поверхні, ступінчасто-осідаючої і горизонтально-деформованої основи.
2.4.2.24 Зусилля в несучих конструкціях будинків від впливу вертикальних деформацій основи можуть бути визначені також методом послідовних деформацій, який передбачає поетапний підхід до розрахунку:
- на першому етапі розрахунку (контактна задача) визначаються реактивні тиски на підошві фундаментів та узагальнені зусилля на будинок в цілому для виявлення найбільш несприятливих деформацій основи, при цьому діаграма "тиск-осідання" приймається як на рисунку 5;
- на другому етапі визначаються зусилля та деформації несучих конструкцій при найбільш несприятливих сполученнях активних та реактивних навантажень, які визначені на першому етапі.
Величина питомого тиску рi , яка викликає осідання si , визначається за формулою:
(21)
Конфігурація фундаментів будинку, який взаємодіє з нерівномірно деформованою основою, подається у вигляді сукупності ділянок fi (і - 1, h) з координатами центра Хi , Yi , завантажених вертикальними навантаженнями від власної ваги споруди та корисних навантажень на перекриття, приведених до системи зосереджених сил gi та моментів mxi, myi (рисунок 10, а).
Сукупність ділянок fi розглядається як система нескінченої жорсткості (штамп) з варійованою формою контактної поверхні, що задається вертикальними деформаціями Wi;.
Процес розв'язання контактної задачі в методі послідовних деформацій умовно розділений на дві взаємозумовлені частини: визначення реактивних тисків рi; при фіксованих значеннях вертикальних деформацій фундаментів Wi, та визначення вертикальних деформацій Wi; при заданих значеннях реактивних тисків рi.
Критерієм розв'язання задачі рекомендується приймати відсутність з заданою наперед точністю змін в значеннях вертикальних деформацій Wi,. Як перше наближення слід приймати плоску форму контактної поверхні фундаментів.
Для визначення реактивних тисків р; при фіксованих значеннях Wi, необхідно знати значення деформацій основи si, (рисунок 10,6), які для системи нескінченної жорсткості визначаються за формулою:
si = s – Ix Xi – Iy Yi – Wi -??i , (22)
а - план фундаменту; б - до визначення осідань s.
Рисунок 10 - Розрахункова схема фундаменту при розрахунку методом послідовних деформацій.
де s - осідання штампу в точці з координатами [0,0];
Ix , Iy - нахил штампу відповідно вздовж осі X,Y;
??i - деформації поверхні основи не зв'язані з впливом фундаментів на основу.
Враховуючи нелінійний характер деформування, а також можливість відриву фундаментів від основи, шукані величини s, Ix , Iy визначаються числовим способом в ході ітераційного процесу, критерієм закінчення якого є виконання з заданою точністю умов рівноваги:
, (23.1)
, (23.2)
, (23.3)
Блок-схема алгоритму обчислення s Ix , Iy представлена на рисунку 11.
Статичний розрахунок споруди за спрощеною розрахунковою схемою в лінійно-пружній постановці принципових труднощів не викликає; його виконують одним з відомих методів розрахунку стержньових систем (сил, переміщень або змішаним способом). При використанні готових програм для ЕОМ задача спрощується і зводиться до підготовки вихідних даних.
Рисунок 11 - Схема алгоритму визначення значень so , Ix , Iy .
Питомі тиски pi, що діють по підошві фундаментів, розглядаються як реактивні сили, які урівноважують зовнішні, прикладені до споруди навантаження. Для виконання розрахунку по визначенню деформацій Wi; достатньо прийняти статично визначену схему спирання (три вертикальні опори). Однак, в цьому випадку вимагається забезпечити необхідну точність обчислень реактивних тисків рі , оскільки величини реакцій Ri; в прийнятих опорах можуть перекручувати значення обчислюваних деформацій Wi;.
Рекомендується схему спирання приймати у вигляді пружних в'язей, що вводяться у всі точки контакту фундаменту з основою, жорсткість яких визначається за формулою:
(24)
В цьому випадку всі неув'язки при відсутності рівноваги між вертикальними навантаженнями та реакцією основи виявляються включеними в піддатливі опори і перекручення в значеннях деформацій Wi будуть мінімальними.
Для виконання першого та другого етапів розрахунку рекомендується використовувати програми для ЕОМ відповідно "Контакт" та "Флора", які розроблені в КиївЗНДІЕП.
2.4.2.25 Варіанти підземних частин будинків з вирівнювальними пристроями слід приймати в залежності від гірсько-геологічних умов, а також можливостей будівельних та експлуатаційних організацій.
2.4.2.26 Необхідність використання конструктивних заходів по вирівнюванню будинків (КЗВ) рекомендується визначати в залежності від співвідношень розрахункових та допустимих нахилів будинків у відповідності з табл. 12, де:
і - розрахунковий нахил будинку;
[і] - допустимий нахил, при якому забезпечуються вимоги розрахунку основи та конструкцій будинку за І та II групами граничних станів;
і1 - нахил, при якому забезпечуються вимоги розрахунку основи та конструкцій тільки за І групою граничних станів;
іt - нахил, при якому забезпечуються вимоги розрахунку основи та конструкцій за двома групами граничних станів на протязі встановленого обмеженого часу, по закінченні якого планується вирівнювання будинку.
Таблиця 12
|
Групи умов по вирівнюванню будинків
|
Співвідношення між розрахунковими та граничними нахилами будинків |
Конструктивні заходи по вирівнюванню будинків (КЗВ)
|
|
1 |
i ?? [і] |
Не вимагається |
|
2
|
[i] < i ?? i1
|
Будівництво допускається за умови забезпечення експлуатаційною організацією контролю за станом підроблюваних будинків та своєчасним їх вирівнюванням |
|
3
|
i1 < i ?? it
|
Будівництво може бути допущено за умови розробки організаційних та технічних заходів, узгоджених з експлуатаційною, проектною та науково-дослідною організаціями |
|
4 |
it ?? i |
Будівництво не допускається |
2.4.2.27 Розрахунковий нахил будинку визначається за формулою:
(25)
де ін - очікуваний максимальний нахил земної поверхні, який визначається за маркшейдерським розрахунком;
іс - нахил будинку внаслідок неоднорідності грунту;
іу - нахил будинку від впливу уступів в основі, який визначається за графіком, що наводиться в типовому проекті в залежності від параметрів h/s та i/s;
0,8 - коефіцієнт, що враховує ймовірність співпадання максимуму нахилу будинку від різних факторів як за часом, так і за напрямком дії.
2.4.2.28 Нахил будинку і рекомендується визначати у відповідності з наступними обмеженнями:
it ?? tV; it ?? 10tвVв; i ??[i]/n , (26)
де t - допустима тривалість між циклами вирівнювання будинку;
V - середня швидкість виникнення нахилу будинку;
Vв - швидкість виникнення нахилу будинку в період вирівнювання;
n - допустима кількість вирівнювань будинку в період його експлуатації.
Значення вказаних параметрів встановлюються та узгоджуються маркшейдерською, експлуатаційною, спеціалізованою проектною або науково-дослідною організаціями.
2.5 Особливості проектування будинків для будівництва на просадних грунтах
