В России существует 12 бальная сейсмическая шкала. До семи бальная сейсмичность воспринимается обычными зданиями, сооружениями без принятия каких-либо дополнительных мер по усилению несущих конструкций.

Расчетной является сейсмичность в 7, 8, 9 баллов.

При сейсмичности свыше 9 баллов строительство не рекомендуется и только в исключительных случаях возможно при разработке специальных мероприятий.

Вся территория России поделена на отдельные районы по сейсмичности, но даже в пределах одного района сейсмичность может быть различной в зависимости от грунтовых условий.

Во многих районах выполнено микросейсмирование (повышение или понижение сейсмичности на 1 балл, которое санкционируется Госстроем).

Пример: Район с сейсмичностью 8 баллов.

При строительстве зданий необходимо:

1. Фундаменты сооружения закладывать на одной отметке (более равномерное распределение сейсмических сил).
2. Здание делить на отсеки.
3. Фундаменты делать монолитными или омоноличивать (перекрестные ленты, сплошные фундаменты).
4. Свайные фундаменты рассчитывать на горизонтальную нагрузку. При этом преимущество имеют сваи – стойки, а головы свай должны быть надежно заделаны в ростверк.

- коэффициент снижения несущей способности.

Расчёт фундаментов и оснований на сейсмические воздействия.

Расчёт оснований по несущей способности выполняется на действие вертикальной составляющей внецентренной нагрузки, передаваемой фундаментом

где вертикальная составляющая расчётной внецентренной нагрузки в особом сочетании; вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания при сейсмических воздействиях; сейсмический коэффициент условий работы; коэффициент надёжности по назначению сооружения.

Горизонтальная составляющая нагрузки учитывается при расчёте фундамента на сдвиг по подошве. Проверка на сдвиг по подошве производится с учётом трения подошвы фундамента о грунт, но с учётом сейсмического коэффициента условий работы

При расчёте несущей способности нескальных оснований, испытывающих сейсмические колебания, ординаты эпюры предельного давления по краям подошвы фундамента определяются по формуле:

где коэффициенты формы; коэффициенты несущей способности, зависящие от расчётного значения угла внутреннего трения; и соответственно расчётные значения удельного веса грунта, находящегося выше и ниже подошвы фундамента (с учётом взвешивающего действия подземных вод); глубина заложения фундаментов; коэффициент, принимаемый равным 0,1; 0,2; 0,4 при сейсмичности площадок строительства 7,8 и 9 баллов соответственно.

Эксцентриситеты расчётной нагрузки и эпюры предельного давления определяются по формулам

;

где вертикальная составляющая расчётной нагрузки и момент, приведённые к подошве фундамента при особом сочетании нагрузок. В зависимости от соотношения между величинами и вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания принимается:

где и размеры подошвы фундамента.

На подпорные стенки и стены подвальных помещений учитывают раздельно инерционное сейсмическое давление грунта и давление, вызванное изменением напряжённого состояния среды при прохождении в ней сейсмических волн.

Активное и пассивное давление грунта на подпорные стенки с учётом сейсмического воздействия

где коэффициент сейсмичности, принимаемый равным 0,025; 0,05; 0,1 соответственно при 7,8 и 9 баллах; угол внутреннего трения грунта при расчёте по устойчивости; соответственно активное и пассивное давления грунта при статическом состоянии.

Дополнительные горизонтальные нормальные и касательные напряжения, возникающие в грунте при прохождении сейсмических волн

где удельный вес грунта; скорости распространения продольных и поперечных сейсмических волн в грунте, определяемые экспериментально; преобладающий период сейсмических колебаний (обычно принимают с).

Сейсмические нагрузки прикладываемые к подпорной стенке как инерционные

где вес элемента сооружения, отнесённый к точке ; коэффициент, учитывающий допустимые повреждения зданий и сооружений; коэффициент, учитывающий конструктивные решения зданий и сооружений; – коэффициент демпфирования; коэффициент, зависящий от расчётной сейсмичности; коэффициент, соответствующий i -му тону собственных колебаний здания или сооружения; коэффициент, зависящий от формы деформации сооружения при его собственных колебаниях по i -му тону и от расстояния нагрузки до обреза фундамента.

Конструктивные особенности фундаментов.

Во избежание нарушения частоты собственных колебаний однородных конструкций фундаменты отдельного сооружения или отсека здания закладывают на одну и ту же глубину.

Для исключения подвижки здания по обрезу фундаментов гидроизоляцию стен выполняют из слоя цементного раствора. Применение битумной гидроизоляции не допускается.

Целесообразно колонны каркасных зданий располагать на сплошных фундаментных плитах, перекрёстных ленточных фундаментах или соединять фундамент и свайные ростверки вставками, которые исключают подвижку фундаментов относительно друг друга.

В сборных ленточных фундаментах под стены по их обрезу устраивают армированный пояс, работающий на растяжение.

В свайных фундаментах нижние концы свай опирают на плотные грунты. Непрерывный ростверк располагают на одной и той же глубине в каждом отдельном отсеке. Подпорные стенки не рекомендуется делать большой высоты.

Неблагоприятные грунты основания: пески рыхлые насыщенные водой, слабые пылевато-глинистые грунты в текучем и текучепластичном состоянии.

11. Проектирование гибких фундаментов. Общие сведенья. Основные теории расчета гибких фундаментов. Конструирование гибких фундаментов.

Гибкие сооружения, передавая нагрузку на основание, следуя за осадкой, которая может быть различна в каждой точке. При такой деформации в них не возникает практические никакие усилия разрушения. Такие сооружения имеют статически определенную схему. Гибкие могут быть фундаменты у которых отношение h/l<1/3.

Такими фундаментами являются:

1. Ленточные под колонны промышленных и гражданских зданий

2. Сплошные ж/б плиты высотного здания, элеваторов, АС.

3. Фундаменты из перекрестных лент

4. Коробчатые фундаменты

5. Кольцевые фундаменты дымовых труб

Выбор конструкции гибких фундаментов производится с учетом конструктивной схемы здания, величины и характера распределения нагрузок в плане, несущей способности и деформативности основания.

Ленточные фундаменты под колонну устраиваются в виде одинарных или перекрестных лент. Плитные фундаменты устраиваются под всем зданием, выполняются из монолитного ж/б класса В15. при глинистом основании необходима песчаная или гравийно-песчаная подсыпка под бетонную подготовку.

Армирование производят в двух зонах, как в верхней так и в нижней. Каждая зона должна иметь арматуру рабочую в двух направлениях (А3).

Наибольшее распространение в практике проектирования гибких фундаментов получили следующие методы:

1. Теория местных деформаций (Теория Винкнера)

2. Теория упругого полупространства

3. Теория упругого слоя, ограниченной толщины, на несжимаемом основании

4. теория упругого слоя с переменным модулем деформации основания по глубине

4. Укажите максимальные перепады различных частей здания, при которых допускается не учитывать сейсмические швы.

5. Каковы особенности размещения вертикальных конструкций в месте устройства антисейсмического шва

6. Классификация грунтов по сейсмическим свойствам

7. Требования к материалу, заполняющему антисейсмический шов.

8. На какие сочетания нагрузок необходимо выполнять расчет конструкций и оснований зданий и сооружений, проектируемых для строительства в сейсмических районах?

9. Из каких условий назначают предварительную ширину шва?

10. Какое основное правило проектирования жбк в сейсмических районах

11. Каковы значения коэффициентов сочетаний нагрузок?

12. Обязательно ли разделять антисейсмическим швом фундамент?

13. Какие нагрузки не учитываются при расчете конструкций на особое сочетание?

14. Какие направления сейсмических воздейств. В пространстве необходимо учитывать при расчете зданий и сооруж.

15. Требования предъявляемые к сооружению лестничных клеток.

16. Требования предъявляемые к конструкции лестничных клеток.

17. Какими конструктивными мерами обеспечивают сдвиговую жесткость сборных железобетонных перекрытий?

18. По какой прочностной характеристике классифицируют каменную кладку

19 . Какие конструктивные меры выполняют при возведений кирпичных столбов?

20. Какие особенности устройства анисейсмического пояса на последнем этаже здания.

21. Укажите минимальную длину площадки опирания панелей перекрытия на Кир., монол., сбор. Жб конструк.

22. Какие требования предъявляются к перегородкам зданий в сейсмических районах.

23. Где устраивают антисейсмические пояса

24. Схема сопряжения сборных лестничного марша и площадки в сейсмических районах

32. Схема устройства узлов опирания сборных плит перекрытий на наружные несущие стены в сейсмических районах.

40. Стыки продольной арматуры колонн в сейсмических районах. Схема.

41. Особенности устройства ленточных фундаментов в сейсмических районах. Схема.

42. Ленточные фундаменты в сейсмических районах с перепадом высот строительной площадки. Схемы.

43. Сборные ленточные фундаменты в сейсмических районах. Особенности конструктивных мероприятий обусловленных сейсмоопасностью.

44. Гидроизоляция в сейсмичекских районах.

45. Особенности устройства свайных фундаментов в сейсмических районах. Схемы.

46. Особенности устройства отдельно-стоящих фундаментов в сейсмических районах. Схемы.

47. Классификация зданий из камней и блоков пильного известняка для сейсмических районов.

56. Особенности проектирования каркасно-блочных зданий в сейсмических районах. Схема устройства стоек в крестообразных пересечениях стен.

57. Особенности проектирования каркасно-блочных зданий в сейсмических районах. Схемы повышения устойчивости стен с проемами.

58. Исторические сведения о строительстве зданий с активной сейсмозащитой.

59. Классификация систем активной сейсмозащиты зданий. Преимущества и недостатки.

60. Активная сейсмозащита зданий. Системы с гибкой нижней частью. Схема.

61. Активная сейсмозащита зданий. Системы с кинематическими опорами. Схема.

62. Активная сейсмозащита зданий. Системы с подвесными опорами. Схема.

63. Активная сейсмозащита зданий. Система со скользящими опорами. Схема.

64. Активная сейсмозащита зданий. Системы с выключающимися связями. Схема.

65. Активная сейсмозащита зданий. Системы с включающимися связями. Схема.

41. Особенности устройства ленточных фундаментов в сейсмических районах. Схема.

Проектирование фундаментов зданий следует выполнять в соответствии с требованиями нормативных документов по основаниям зданий и сооружений и свайным фундаментам.

Фундаменты зданий, возводимых на нескальных грунтах, должны, как правило, устраиваться на одном уровне. Подвальные этажи следует предусматривать под всем зданием. При расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов допускается устройство подвала под частью здания. При этом следует располагать его симметрично относительно главных осей здания.

Для зданий выше 12 этажей устройство подвала под всем зданием обязательно.

При строительстве на нескальных грунтах по верху сборных ленточных фундаментов следует укладывать слой раствора марки 100 толщиной не менее 40 мм и продольную арматуру диаметром 10 мм в количестве три и четыре стержня при сейсмичности 7 и 8 баллов соответст­венно. Продольные стержни должны быть соединены поперечными с шагом 300-400 мм. В случае выполнения стен подвала из сборных панелей или монолитными, конструктивно связанными с ленточными фундаментами, укладка армированного слоя раствора не требуется.

В районах сейсмичностью 9 баллов ленточные фундаменты должны выполняться, как правило, монолитными.

В зданиях при расчетной сейсмичности 9 баллов стены подвалов должны предусматриваться, как правило, монолитными или сборно-монолитными.

42. Ленточные фундаменты в сейсмических районах с перепадом высот строительной площадки. Схемы.

43. Сборные ленточные фундаменты в сейсмических районах. Особенности конструктивных мероприятий обусловленных сейсмоопасностью.

При строительстве на нескальных грунтах по верху сборных ленточных фундаментов следует укладывать слой раствора марки 100 толщиной не менее 40 мм и продольную арматуру диаметром 10 мм в количестве три и четыре стержня при сейсмичности 7 и 8 баллов соответственно. Продольные стержни должны быть соединены поперечными стержнями с шагом 300-400 мм. В случае выполнения стен подвала из сборных панелей или монолитными, конструктивно связанными с ленточными фундаментами, укладка армированного слоя раствора не требуется.В районах сейсмичностью 9 баллов ленточные фундаменты должны выполняться, как правило, монолитными.В фундаментах и стенах подвала из крупных блоков должна быть обеспечена перевязка кладки в каждом ряду, а также во всех углах и пересечениях на глубину не менее 1/3 высоты блока; фундаментные блоки следует укладывать в виде непрерывной ленты. Для заполнения швов между блоками следует применять раствор марки не ниже 50.В каждом ряду блоков в местах углов, примыканий и пересечений устанавливать арматурные сетки с заведением их на 70 см от мест пересечения стен.

При прохождении сейсмических волн фундаменты зданий и сооружений могут испытывать подвижку относительно друг друга, поэтому рекомендуется возводить сплошные плитные фундаменты или фундаменты из перекрестных лент (рис.4.2, в) в монолитном или сборном варианте. Для усиления сборных фундаментов обязательно устраиваются перевязка блоков в узлах и укладка дополнительных арматурных сеток. В каркасных зданиях допускается применение отдельных фундаментов, которые должны раскрепляться железобетонными вставками(рис.4.2, б).

Рисунок 4.2 Конструкции фундаментов в сейсмически oпасных paйонax а - из перекрестных лент; б - закрепление отдельно стоящих фундаментов железобетонными вставками; 1 - сварные сетки; 2 – жирный цементно песчаный раствор.

1 Пункт 12.2.5. составлен канд. техн. наук Л.Р. Ставницером

Расчет несущей способности оснований при особом сочетании нагрузок производится для обеспечения прочности скальных грунтов и устойчивости нескальных грунтов, а также исключения сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Выполнение этих условий предусматривает сохранность строительных конструкций, выход из строя которых угрожает обрушением здания или его частей. При этом допускаются повреждения элементов конструкций, не угрожающие безопасности людей или сохранности ценного оборудования. Деформации основания (абсолютные и неравномерные осадки, крены) могут превышать предельные значения, допустимые при основном сочетании нагрузок, и поэтому при особом сочетании нагрузок с учетом сейсмических воздействий расчету не подлежат.

Расчет оснований по несущей способности производится на основании условия

N a ≤ γ c.e qN u.e q /γ n ,

где N a — вертикальная составляющая расчетной внецентренной нагрузки в особом сочетании; N u.eq — вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания при сейсмических воздействиях; γ c.eq — сейсмический коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0, 0,8 и 0,6 для грунтов соответственно I, II и III категории но сейсмическим свойствам (см. табл. 12.7), причем для зданий и сооружений, возводимых в районах с повторяемостью землетрясений 1, 2 и 3, значение γ c.eq следует умножить на 0,85, 1,0 и 1,15 соответственно (повторяемость землетрясений в рассматриваемом районе определяется в соответствии с главой СНиП II-7-81); γ n — коэффициент надежности по назначению, принимаемый по указаниям гл. 5.

Несущая способность (прочность) основания из скальных грунтов определяется на внецентренное действие вертикальной составляющей нагрузки. Наклон равнодействующей сил, приложенных к основанию при особом сочетании нагрузок, можно не учитывать при условии выполнения расчета фундамента на сдвиг по подошве.

При расчете несущей способности (потери устойчивости) основания из нескальных грунтов необходимо учитывать возможность образования в грунте поверхности скольжения, при этом соотношение между нормальными и касательными напряжениями по всей поверхности скольжения должно соответствовать предельному состоянию грунта и характеризуется расчетными значениями угла внутреннего трения и удельного сцепления.

Несущая способность основания характеризуется предельной нагрузкой, соответствующей потере устойчивости грунта при сейсмических колебаниях. При вычислении этой нагрузки должны быть учтены не только напряжения в грунте от его собственного веса и внешних нагрузок на основание, но и динамические напряжения, возникающие при распространении сейсмических волн и обусловленные действием объемных сил инерции грунта.

Горизонтальная составляющая нагрузки учитывается лишь при проверках устойчивости зданий на опрокидывание и сдвиг по подошве фундамента, что почти всегда удовлетворяется. Проверка на сдвиг по подошве является обязательной при наличии длительно действующих горизонтальных нагрузок в основном сочетании. В этом случае учитывается трение подошвы фундамента о грунт, а коэффициент надежности, представляющий собой отношение удерживающих и сдвигающих сил, принимается равным не менее 1,5.

При общепринятом в теории сейсмостойкости сооружений горизонтальном направлении сейсмических сил инерции грунта, расположенного выше и ниже подошвы фундамента, ординаты эпюры предельного давления под краями подошвы фундамента (рис. 12.15) определяются по формулам:

Рис. 12.15.

;

p b = p 0 + ξ γ γ I b (F 2 - k eq F 3),

где ξ q , ξ c и ξ γ — коэффициенты, зависящие от соотношения сторон подошвы прямоугольного фундамента; F 1 , F 2 и F 3 — коэффициенты, определяемые по рис. 12.16 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения φ I ; γ" I и γ I — соответственно расчетные значения удельного веса слоев грунта, находящихся выше и ниже подошвы фундамента (в необходимых случаях определяются с учетом взвешивающего действия подземных вод); d — глубина заложения фундаментов (при неодинаковой вертикальной пригрузке с разных сторон фундамента принимается значение d со стороны наименьшей пригрузки, например со стороны подвала): b — ширина подошвы фундамента; c I — расчетное значение удельного сцепления грунта; k eq — коэффициент, значение которого принимается равным 0,1 при расчетной сейсмичности 7 баллов; 0,2 при 8 баллах и 0,4 при 9 баллах.

Рис. 12.16. Зависимости F 1 , F 2 и F 3 от угла внутреннего трения

Коэффициенты влияния соотношения сторон подошвы фундамента вычисляются по следующим выражениям:

ξ q = 1 + 1,5b/l ; ξ c = 1 + 0,3b/l ; ξ γ = 1 - 0,25b/l ,

где l — длина фундамента в направлении, перпендикулярном расчетному.

Формулы (12.60) применимы при условии l ≥ b/l ≥ 0,2. Если b/l < 0,2, фундамент следует рассчитывать как ленточный. Если b/l > 1, коэффициенты влияния соотношения сторон принимаются:

ξ q = 2,5; ξ c = 1,3; ξ γ = 0,75,

однако при этом необходимо произвести дополнительную проверку устойчивости основания в поперечном направлении.

Для ленточных фундаментов следует считать ξ q ξ c = ξ γ = 1. Эксцентриситет расчетной нагрузки е а и эксцентриситет эпюры предельного давления e n определяются выражениями:

e a = M a /N a ;

,

где N a и M a — вертикальная составляющая расчетной нагрузки и момент, приведенные к подошве фундамента при особом сочетании нагрузок.

Величины e a и e n рассматриваются с одинаковым знаком, т.е. направлены в одну сторону от вертикальной оси симметрии фундамента, так как минимум несущей способности основания наблюдается при сдвиге в сторону, противоположную эксцентриситету нагрузки.

При e a ≤ e n предельное сопротивление основания находится по формуле

.

При e a > e n учитывается не вся эпюра предельного давления, ординаты которой определены по формулам (12.58) и (12.59), а лишь усеченная ее часть, показанная на рис. 12.15 пунктиром. Максимальная ордината p b этой усеченной эпюры совпадает с исходной, а минимальная p " 0 имеет меньшее значение, чем р 0 , и вычисляется по формуле

,

которая получена таким образом, чтобы эксцентриситет усеченной эпюры предельного давления совпадал с заданным эксцентриситетом нагрузки. Погрешность расчета при этом приеме идет в запас прочности основания, так как усеченная эпюра находится в пределах теоретической.

После подстановки в формулу (12.64) вместо р 0 выражения (12.65) получаем формулу нижней границы предельного сопротивления основания при e a > e n :

.

При расчете сейсмостойкости для ленточного фундамента нагрузка и несущая способность в формуле (12.57) определяются для единицы его длины (l = 1).

При расчете оснований и фундаментов на особое сочетание нагрузок с учетом сейсмических воздействий допускается неполное опирание подошвы фундамента на грунт (частичный отрыв), если выполнены следующие условия:

эксцентриситет расчетной нагрузки не превышает одной трети ширины фундамента в плоскости опрокидывающего момента

e a ≤ b /3;

расчет несущей способности основания производится для условной ширины фундамента b c , равной ширине зоны сжатия под подошвой фундамента (при e a ≥ b /6 )

b c = 3(b /2 - e a );

максимальное расчетное напряжение под подошвой фундамента σ max , вычисленное с учетом неполного опирания фундамента на грунт, не должно превышать краевой ординаты эпюры предельного давления

,

где p b — определяется по формуле (12.59), но для фундамента, имеющего условную ширину b c .

Эксцентриситеты нагрузки и треугольной усеченной эпюры предельного давления при частичном отрыве подошвы фундамента совпадают и равны b с /6 , поэтому формула (12.66) имеет вид:

N u.eq = blp b /2.

При одновременном действии на фундамент системы сил и моментов во взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях расчет несущей способности основания на особое сочетание нагрузок производится раздельно на действие сил в каждом направлении, независимо друг от друга.

Пример 12.6. Рассчитать несущую способность основания ленточного фундамента. По расчету на основное сочетание нагрузок ширина подошвы фундамента принята b = 6 м при глубине заложения d = 2м. Фундамент опирается на основание, сложенное пылеватым влажным песком, для которого определены следующие значения расчетных характеристик: удельный вес грунта γ I = 1,5·10 4 Н/м 3 ; угол внутреннего трения φ I = 26°; удельное сцепление c I = 0,4·10 4 Н/м 2 ; удельный вес насыпного грунта ниже подошвы фундамента γ" I = 1,2·10 4 Н/м 3 . При особом сочетании нагрузок с учетом сейсмического воздействия интенсивностью 9 баллов к подошве фундамента приложены вертикальная нагрузка N a = 104·10 4 Н/м, горизонтальная нагрузка T = 13·10 4 Н/м и момент M a = 98·10 4 Н·м/м. Необходимо рассчитать основание по первому предельному состоянию.

Решение . По рис. 12.16 определяем: F 1 = 12; F 2 = 8,2; F 3 = 16,8 и принимаем k eq = 0,2. Ординаты эпюры предельного давления под краями подошвы ленточного фундамента вычисляем по формулам (12.68) и (12.50):

p 0 = 1 · 12 · 1,2 · 10 4 · 2 + (12 - 1)0,4 · 10 4 /0,49 = 45 · 10 4 Н/м 2 ; p b = 45 · 10 4 + 1 · 1,5 · 10 4 · 6(8,2 - 0,2 · 16,8) = 80,3 · 10 4 Н/м 2 .

Эксцентриситеты расчетной нагрузки и эпюры предельного давления находим по формулам (12.62) и (12.63):

м; м.

Величина e a < b /6 , следовательно, подошва фундамента опирается на грунт полностью.

Так как e n < e a , предельное сопротивление основания определяем по формуле (12.66):

Н/м.

Принимаем γ c.eq = 0,8 и по формуле (12.57) окончательно получаем:

N a = 104·10 4 Н/м < 0,8·248·10 4 /1,2 = 166·10 4 Н/м.

Следовательно, принятые по расчету на основное сочетание нагрузок размеры фундамента со значительным запасом удовлетворяют проверке по первому предельному состоянию при особом сочетании нагрузок.

Пример 12.7. Рассчитать несущую способность основания столбчатого фундамента, подошва которого имеет размеры b = 2,8 м, l = 4,4 м и на глубине d = 1,8 м опирается на основание, сложенное глинистым грунтом, имеющим следующие расчетные характеристики: γ I = 1,63·10 4 Н/м 3 ; φ I = 23º; c 1 = 1,2·10 4 Н/м 2 . Удельный вес грунта выше подошвы фундамента γ" I = 1,55·10 4 Н/м 3 . Основание рассчитываем по первому предельному состоянию на особое сочетание нагрузок с учетом сейсмичности 7 баллов. К основанию фундамента приложены вертикальная нагрузка N a = 296·10 4 Н, горизонтальная нагрузка T = 38·10 4 Н и момент М а = 215·10 4 Н·м.

Решение . По формуле (12.62) определяем эксцентриситет расчетной нагрузки:

м.

Условие (12.67) при этом выполняется (e a < b /3 = 0,93 м), однако есть частичный отрыв подошвы, так как e а > b /6 = 0,47 м, поэтому в соответствии с формулой (12.68) расчет необходимо проводить для условной ширины фундамента

b c = 3(2,8/2 - 0,73) = 2,01 м.

По рис. 12.16 и по формулам (12.60) находим:

F 1 = 8,4; F 2 = 5,4; F 3 = 12,7;

ξ q = 1 + 1,5·2,01/4,4 = 1,69;

ξ c = 1 + 0,3·2,01/4,4 = 1,14;

ξ γ = 1 - 0,25·2,01/4,4 = 0,89.

Ординаты эпюры предельного давления при k eq = 0,1 вычисляем по формулам (12.58) и (12.59):

p b = 1,69 · 8,4 · 1,65 · 10 4 · 1,8 + 1,14(8,4 - 1)1,2 · 10 4 /0,42 = 65,9 · 10 4 Н/м 2 ;

p b = 65,9 · 10 4 + 0,89 · 1,63 · 10 4 · 2,01(5,4 - 0,1 · 12,7) = 77,4 · 10 4 Н/м 2 .

Максимальное напряжение под краем подошвы фундамента по формуле (12.69)

Н/м 2 < p b .

т.е. условие (12.69) выполняется.

Находим по формуле (12.63) эксцентриситет эпюры предельного давления:

м.

При e n < e a предельное сопротивление основания вычисляем по формуле (12.70):

N u.eq = 2,01·477,4·10 4 /2 = 342·10 4 Н.

Принимая γ c.eq = 0,8·1,15 = 0,92 и γ n = 1,15, получаем:

N a = 296·10 4 Н > 0,92·342·10 4 /1,15 = 274·10 4 Н.

Следовательно, устойчивость основания не обеспечена и требуется увеличить размеры фундамента.

Принимаем b = 3 м, оставляя другие размеры фундамента прежними. Тогда

b c = 3(3/2 - 0,73) = 2,31 м;

ξ q = 1 + 1,5 · 2,31/4,4 = 1,79;

ξ c = 1 + 0,3 · 2,31/4,4 = 1,16;

ξ γ = 1 - 0,25 · 2,31/4,4 = 0,87;

p 0 = 1,79 · 8,4 · 1,55 · 10 4 · 1,8 + 1,16(8,4 - 1)1,2 · 10 4 /0,42 = 68,6 · 10 4 Н/м 2 ;

p b = 68,6 · 10 4 + 0,87 · 1,63 · 10 4 · 2,31(5,4 - 0,1 · 12,7) = 81,4 · 10 4 Н/м 2 ;

Н/м 2 < p b ;

м < e a

N u.eq = 2,31 · 4,4 · 81,4 · 10 4 /2 = 414 · 10 4 Н;

N a = 296 · 10 4 Н < 0,92 · 414 · 10 4 /1,15 = 330 · 10 4 Н.

т.е. в этом случае надежность основания достаточна.

Примечание. При изменении ширины подошвы столбчатого фундамента в примере расчета не учтено некоторое возрастание вертикальной нагрузки, так как в данном случае оно относительно мало и не приводит к нарушению условия (12.57) при ширине подошвы 3 м.

Проектирование фундаментов при сейсмических воздействиях следует производить в соответствии с требованиями СП 14.13330.2011 «Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*».

Сейсмические воздействия на фундамент обусловлены зем­летрясениями, происходящими в результате тектонических раз­ломов в земной коре. От гипоцентра во всех направлениях рас­пространяются упругие колебания, характеризуемые сейсмичес­кими волнами (продольными, поперечными и поверхностными). Сейсмические воздействия вызывают колебания зданий и соору­жений, которые приводят к появлению в элементах надземных конструкций сил инерции. На величину последних решающее влияние оказывает интенсивность землетрясения, измеряемая балльностью.

Сейсмические воздействия, как и любые динамического ха­рактера нагрузки на основания, приводят к изменению свойств грунтов: увеличивается сжимаемость, особенно несвязных грун­тов; уменьшается их предельное сопротивление сдвигу, вследствие вызванного вибрацией уменьшения трения между частицами. Импульсные воздействия средней величины могут вызвать допол­нительные осадки и просадки оснований, а импульсы значитель­ной величины – разрушение структуры грунтов, уменьшение их прочности, потерю устойчивости оснований. При определенных условиях может происходить разжижение водонасыщенных пес­чаных оснований, приводящее к полному исчерпыванию их несу­щей способности. Эти изменения строительных свойств грунтов и специфический характер взаимодействия сооружения с основа­нием определяют особенности проектирования фундаментов в условиях сейсмических воздействий.

В России принята 12-балльная шкала оценки силы землетря­сения. Вся территория России поделена на отдельные районы по сейсмичности, но даже в пределах одного района сейсмичность может быть различной в зависимости от грунтовых условий.

Во многих районах выполнено микросейсмирование (повышение или понижение сейсмичности на 1 балл, которое санкционируется Госстроем).

Сейсмичность площадки в зависимости от категории грунта приведена в табл. 5.1. Сейсмические воздействия при проектировании учитываются при интенсивности сейсмических колебаний 7, 8 и 9 баллов. При интенсивности более 9 баллов строительство возможно только по разрешению вышестоящих органов в соответствии с утвержденными требованиями.

По сейсмическим свойствам грунты разделяются на три категории:

Таблица 5.1

При неоднородном составе грунты площадки строительства относятся к более неблагоприятной категории грунта по сейсмическим свойствам, если в пределах 10-метровой толщи грунта (считая от планировочной отметки) слой, относящийся к этой категории, имеет суммарную толщину более 5 м.

Расчет фундаментных конструкций и их оснований выполняют на основное и особое сочетание нагрузок, причем в последнее обязательно включается сейсмическая нагрузка. Расчетную сейсми­ческую нагрузку получают в результате динамического расчета всего здания на колебания и прикладывают в точках расположения масс элементов конструкций.

При динамическом расчете учитывают массу отдельных элемен­тов здания, сейсмичность района, формы собственных колебаний, особенности колебаний сооружения, тип грунтовых условий, конст­руктивное решение сооружения и характер допускаемых поврежде­ний и дефектов. После получения сейсмических нагрузок на основа­нии принципа Даламбера проводят статический расчет конструкций здания в предположении совместного действия сейсмической и ста­тической нагрузки.

Дополнительные горизонтальные нормальные и касательные на­пряжения, возникающие в основании при прохождении сейсмичес­ких волн, определяют по формулам:

; , (5.10)

где k с – коэффициент сейсмичности (при 7 баллах k с = 0,025; при 8 баллах – 0,05 и при 9 баллах – 0,1); γ – удельный вес грунта; С p и С s – соответственно скорости распространения продольных и поперечных сейсмических волн; Т 0 = 0,5 – период скорости сейс­мических колебаний, с.

Сейсмические инерционные нагрузки, действующие на фунда­мент во время землетрясения, определяют по формуле

где G k – вес элемента сооружения, отнесенный к точке к; γ n – ко­эффициент, зависящий от класса сооружения (принимается в преде­лах 1–1,5); – коэффициент динамичности; – коэффициент, учитывающий форму колебаний.

При проектировании и строительстве в сейсмических районах глубину заложения фундаментов в грунтах I и II категорий назнача­ют как для несейсмических районов, но не менее 1 м; грунты III категории требуют предварительного искусственного улучшения.

Фундаменты зданий и их отдельных отсеков рекомендуется за­кладывать на одном уровне во избежание изменения частоты со­бственных колебаний. В зданиях повышенной этажности следует увеличивать глубину заложения с помощью устройства дополни­тельных подземных этажей.

При прохождении сейсмических волн поверхность грунта может испытывать растяжение и сжатие в различных направлениях, что может вызвать подвижку фундаментов относительно друг друга, поэтому для исключения подвижки и устойчивости фундаментов рекомендуется возводить сплошные плитные фундаменты или не­прерывные фундаменты из перекрестных лент (рис. 5.3, а ), устра­иваемых в сборном или монолитном варианте. Для усиления сбор­ных фундаментов по верху подушки укладывают арматурные сетки и устраивают перевязку блоков в углах и пересечениях, а при сейсмичности 9 баллов армируют все сопряжения стен подвалов. Фундаменты каркасных зданий допускается устанавливать на от­дельные фундаменты, которые соединяются друг с другом железо­бетонными вставками (рис. 5.3, б ).

Рис. 5.3. Схемы фундаментов в сейсмических районах

Для предотвращения подвижки здания по обрезу фундамента гид­роизоляцию стен необходимо выполнять в виде цементного слоя. Применение гидроизоляции на битумной основе не разрешается.

При использовании свайных фундаментов необходима жесткая заделка свай в непрерывный ростверк для восприятия горизон­тальных усилий, возникающих при землетрясениях, при этом следу­ет стремиться опирать нижние концы свай на плотные грунты. Влияние сейсмических воздействий на работу свайных фундаментов учитывают с помощью понижающих коэффициентов условий рабо­ты, при расчете несущей способности основания по боковой поверх­ности и под острием сваи.

Самыми неблагоприятными основаниями являются водонасыщенные пески, способные разжижаться в условиях сейсмических воздействий и приводить к провальным осадкам зданий, поэтому их следует использовать в качестве оснований только после предвари­тельного уплотнения вибрированием, песчаными сваями или каким-либо другим способом.

Проектирование и устройство фундаментов с учетом сейсмичес­ких воздействий гарантируют сохранность сооружения при условии, если и надземная часть здания возведена с учетом данных воздейст­вий.

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
им. Н.М. ГЕРСЕВАНОВА

МОСКВА

СТРОЙИЗДАТ

1975

Рекомендации по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах. М., Стройиздат, 1975, 30 с. (Научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова).

Рекомендации составлены на основе исследований, выполненных в НИИ оснований и подземных сооружений Госстроя СССР и других научно-исследовательских институтов страны, а также на основе обобщения опыта работы ведущих проектных организаций и передового зарубежного опыта.

При разработке Рекомендаций учтены материалы, представленные в НИИ оснований институтами ЦНИИПромзданий , Фундаментпроект, Казахский Промстройниипроект, Красноярский Промстройниипроект, Дальневосточный Промстройниипроект.

Рекомендации разработаны лабораторией динамики грунтов НИИ оснований (д.т.н. Д .Д . Баркан , к.т.н. М . Н . Голуб цова , к.т.н. В .А . Ильичев , инж. Ю .В . Монголов , к.т.н. Л .Р . Ставни цер , к.т.н. В .М . Шаевич , к.т.н. О .Я . Шехтер ).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации составлены в развитие раздела «Основания, фундаменты и стены подвалов» главы СНиП II-А.12-69 «Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования», главы СНиП II -15-74 «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования», главы СНиП II -Б.5-67* «Свайные фундаменты. Нормы проектирования». Рекомендации распространяются на проектирование оснований и фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах.

1.2. Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов производится с учетом положений главы СНиП II-А.12-69 «Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования».

1.3. Определение интенсивности землетрясений в районе строительства и уточнение сейсмичности площадки строительства в зависимости от гидрогеологических условий выполняется на основании пп. 1.4 - 1.7 СНиП II-А.12-69.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ С УЧЕТОМ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

2.1. Предварительные размеры фундаментов и глубина заложения их подошвы определяются без учета сейсмических воздействий на основании требований главы СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования». Последующее уточнение размеров фундаментов с учетом сейсмических нагрузок осуществляется расчетом несущей способности оснований в соответствии с указаниями раздела .

2.10. При просадочных и набухающих грунтах следует предусматривать мероприятия по укреплению оснований в соответствии с указаниями, приведенными в нормах проектирования оснований и фундаментов на просадочных и набухающих грунтах, и конструктивные мероприятия, обеспечивающие совместную работу фундаментных блоков.

3. РАСЧЕТ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЙ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

3.1. Расчет несущей способности основания производится на особое сочетание расчетных нагрузок, которое определяется в соответствии с требованиями главы СНиП II-6-74 «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования» и главы СНиП II-А.12-69 «Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования».

Примечан ие . Особое сочетание нагрузок составляется из постоянных, длительных, отдельных кратковременных и одной из особых нагрузок, в качестве которых в данном случае учитываются сейсмические воздействия. При этом не рассматриваются другие виды особых нагрузок и воздействий (нагрузки, вызываемые резким нарушением технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования; воздействия неравномерных деформаций оснований при замачивании просадочных грунтов или при оттаивании вечномерзлых грунтов; воздействия деформации земной поверхности в районах горных выработок и карстовых районах).

3.2. Целью расчета несущей способности оснований при особом сочетании нагрузок является обеспечение их прочности в случае скальных грунтов и устойчивости в случае нескальных грунтов, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Выполнение этих условий предусматривает сохранность строительных конструкций, выход из строя которых угрожает обрушением здания или его частей. При этом возможны повреждения элементов конструкций, не угрожающих безопасности людей или сохранности ценного оборудования. Деформации основания (абсолютные и неравномерные осадки, крены) могут превышать предельные значения, допустимые при основном сочетании нагрузок, и поэтому при особом сочетании нагрузок с учетом сейсмических воздействий расчету не подлежат.

3.3. Расчет несущей способности оснований производится на основе условия

Рис. 1. Эпюра предельного давления под подошвой фундамента

Рис. 2. Графики для коэффициентов в формулах () и ()

p b - определяется по формуле (), но для фундамента, имеющего условную ширину b c .

3.9. При одновременном действии на фундамент системы сил и моментов во взаимно перпендикулярных вертикальны х плоскостях расчет несущей способности основания на особое сочетание нагрузок производится раздельно на действие сил в каждом направлении независимо друг от друга.

3.10. Расчет прочности фундаментов производится в соответствии с нормативными документами для несейсмических районов на действие основного и особого сочетания расчетных нагрузок. При этом эпюры напряжений под подошвой жестких фундаментов принимаются в трапецеидальной или треугольной форме, а для гибких определяются методом статического расчета балок и плит на упругом основании.

3.11. При расчете фундаментов с учетом сейсмических воздействий при наличии длительно действующих горизонтальных нагрузок в основном сочетании следует производить дополнительную проверку здания на опрокидывание и сдвиг по подошве фундамента. В последнем случае учитывается трение подошвы фундамента о грунт в соответствии с указаниями СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений».

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

4.1. Проектирование свайных фундаментов для сейсмических районов выполняется в соответствии с главами СНиП II-Б.5-67* «Свайные фундаменты. Нормы проектирования», СНиП II-Б.6-66 «Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования», «Руководством по проектированию свайных фундаментов» (Стройиздат, М., 1971), «Руководством по проектированию свайных фундаментов зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах» (Стройиздат, М., 1969) с учетом настоящих Рекомендаций.

Примечан ие . Проектирование свайных фундаментов с промежуточной подушкой выполняется в соответствии с «Рекомендациями по проектированию свайных фундаментов с промежуточной подушкой для зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах» (изд-во ЦК КП Молдавии, Кишинев, 1974).

4.2. Целесообразность применения свайных фундаментов в сейсмических районах, а также выбор конструкции свай и ростверка решается проектной организацией на основе технико-экономического анализа, учитывающего сейсмичность и грунтовые условия строительной площадки, назначение здания и условия его эксплуатации.

4.3. Производство работ по погружению свай в различные грунты и приемка работ осуществляются в соответствии с правилами для несейсмических районов, при этом разворот квадратных и прямоугольных свай в плане относительно продольных и поперечных осей здания не допускается, а приемка свай, не добитых до проектной отметки, разрешается, если величина заглубления сваи в грунт составляет не менее 4 м и обеспечивается принятая в проекте несущая способность сваи на вертикальные и горизонтальные нагрузки с учетом сейсмических воздействий.

4.4. При проектировании свайных фундаментов рекомендуется предусматривать опирание нижних концов свай на скальные породы, крупнообломочные грунты с песчаным заполнением, плотные маловлажные песчаные грунты, твердые и полутвердые глинистые грунты.

R н - нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по указаниям пп. 5.4 и 5.5 СНиП II-Б.5-67*;

F - площадь опирания на грунт сваи;

u - периметр поперечного сечения сваи;

f i н - нормативное сопротивление i -го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, определяемое по указаниям пп. 5.4 и 5.5 СНиП II -Б.5-67*, учитывается, начиная с глубины h ;

l i - толщина i -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;

h - глубина, до которой не учитывается сопротивление грунта на боковой поверхности сваи; для свай с глубиной погружения l ≤ 5 м принимается h = l ; для свай с глубиной погружения l > 5 м принимается h = 4/α (но не менее 3 и не более 6), где α - коэффициент упругой деформации, определяемый по указаниям пп. и ;

l - глубина погружения сваи в грунт.

Таблица 2

	Значения коэффициентов
	m c		m ci
	маловлажные песчаные грунты средней плотности и плотные	глинистые грунты твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции	песчаные грунты средней плотности любой влажности	глинистые грунты консистенции
				тугопластичной	мягкопластичной	текучепластичной
	0,95	0,95	0,95	0,95	0,85	0,75
	0,85	0,90	0,85	0,90	0,80	0,70
	0,75	0,85	0,75	0,85	0,70	0,60

Примечание . Для видов грунтов, не указанных в табл. , разрешается значения коэффициентов m c и m ci принимать по результатам испытаний свай имитированными сейсмическими воздействиями.

m - коэффициент условий работы, принимаемый m = 0,8.

4.15. Распределение нагрузок между сваями, а также определение внутренних усилий в сваях и давления, оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай, выполняется методами строительной механики в соответствии с конструктивной схемой сооружения и ростверка.

Горизонтальную нагрузку разрешается принимать равномерно распределенной на все сваи в пределах отдельного фундамента, если конструкция, размеры, а также условия сопряжения голов с ростверком и опирания нижних концов всех свай одинаковы. Вертикальную нагрузку на каждую сваю можно определять в соответствии с указаниями п. 9.5 СНиП II-Б.5-67*.

4.16. Проверка сечений железобетонных свай и свай-оболочек по сопротивлению материала (по первому предельному состоянию) на совместное действие расчетных усилий (нормальной силы, изгибающего момента и поперечной силы) должны производиться в соответствии с главой СНиП II-В.1-62* «Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования» как для внецентренно сжатого или растянутого элемента.

4.17. Для свай, защемленных в низкий ростверк, величину максимальных значений изгибающего момента M изг макс и поперечной силы Q макс от действия расчетных (при особом сочетании) нагрузок можно определять соответственно по формулам:

H - расчетная горизонтальная сила на одну сваю в уровне подошвы находящегося на грунте ростверка;

P - расчетная вертикальная сжимающая нагрузка на одну сваю.

4.18. Проверку устойчивости сваи или сваи-оболочки по условию ограничения давления, оказываемого на грунт боковыми поверхностями, рекомендуется производить в соответствии с п. 6 приложения 7 «Руководства по проектированию свайных фундаментов», принимая расчетное значение угла внутреннего трения пониженным на величину Δφ, определяемую так же, как и в формуле () п. настоящих Рекомендаций.

Проведение расчета на устойчивость не требуется для свай и свай-оболочек с размерами сторон поперечного сечения b ≤ 0,6 м, погружаемых на глубину более 10 b , за исключением случаев погружения в илы, рыхлые пески или глинистые грунты текучепластичной и текучей консистенции.

4.19. Для свай, защемленных в низкий ростверк, величину максимального давления σ z макс , оказываемого боковой поверхностью сваи на грунт от действия расчетных (при особом сочетании) нагрузок, следует определять для глубины z = 1,2/α по формуле

(20)

где α, H , E , J , P - значения те же, что и в формуле ();

b c - диаметр круглого, сторона квадратного или прямоугольного (в плоскости, перпендикулярной действию горизонтальной нагрузки) сечения сваи.

4.20. Если количество свай, рассчитанных на вертикальные нагрузки, недостаточно для восприятия расчетных (при особом сочетании нагрузок) горизонтальных сил, возможно применение дополнительных свай, длина которых, удовлетворяя требованиям п. , может быть меньше основных и определится только расчетом на горизонтальную нагрузку.

4.21. Несущая способность P в c сваи на вертикальную нагрузку с учетом сейсмических воздействий по результатам полевых исследований определяется по формуле

(21)

где P c и P - расчетные значения несущей способности сваи на вертикальную нагрузку соответственно с учетом и без учета сейсмических воздействий;

P ис - несущая способность сваи, определяемая одним из способов в соответствии с пп. 6.2, 6.3, 6.4 или 6.6 главы СНиП II-Б.5-67* по данным забивки, результатам испытаний вдавливающей статической нагрузкой, по данным статического зондирования или погружения при помощи вибропогружателя.

4.22. Несущая способность на горизонтальную нагрузку свай, защемленных в ростверк, на основании полевых исследований определяется по результатам испытаний свайных фундаментов горизонтальной статической нагрузкой с одновременным загружением ростверка вертикальной нагрузкой, соответствующей нагрузке от здания или сооружения.

4.24. Для свай в просадочных грунтах, когда замачивание основания неизбежно (мокрый технологический процесс или повышение уровня грунтовых вод), испытания свай вертикальной и горизонтальной нагрузкой должны производиться после предварительного замачивания грунта, осуществляемого в соответствии с «Руководством по проектированию свайных фундаментов зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах».

4.25. Несущая способность сваи на вертикальную и горизонтальную нагрузки, определенная по результатам испытаний, должна быть проверена расчетом по условию сопротивления материала сваи и ограничения давления, оказываемого на грунт боковыми поверхностями сваи в соответствии с п. 6.1* главы СНиП II-Б.5-67* и п. настоящих Рекомендаций. При этом в расчетах значения коэффициента упругой деформации a принимаются по результатам полевых испытаний.

4.26. В необходимых случаях проводятс я испытания свайных фундаментов имитированными сейсмическими воздействиями по специальной программе, разрабатываемой с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства, расчетной сейсмичности проектируемого здания или сооружения и действующих на фундаменты нагрузок.

5. УЧЕТ УПРУГОЙ ПОДАТЛИВОСТИ ОСНОВАНИЯ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПЕРИОДОВ СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

5.1. Настоящие Рекомендации распространяются на все типы зданий и сооружений, расчетная схема которых может быть представлена в виде консольного стержня либо с равномерно распределенной массой по высоте, либо с различным числом равных сосредоточенных масс, включая массу фундамента (рис. ).

Рис. 3. Расчетная схема здания

а - с равномерно распределенной массой; б - с « n » сосредоточенными равными массами

Рис. 4. Значения коэффициента ξ 1

Рис. 5. Значения коэффициента ξ 2 для зданий с равномерно распределенной массой и с числом сосредоточенных масс больше 2

5.2. Учет упругой податливости основания при определении периодов свободных колебаний зданий и сооружений для первых двух тонов производится по формуле

(23)

где T i ∞ - период свободных колебаний i -го тона для зданий и сооружений с абсолютно-жесткой заделкой в основании;

T i - то же, с учетом упругой податливости основания;

ξ i - коэффициент упругой податливости основания, определяемый для первых двух тонов колебаний по графикам на рис. - в зависимости от параметров u , υ и λ (см. п. ).

Рис. 6. Значения коэффициента ξ 1 для зданий с двумя сосредоточенными массами

Примечан ие . Величина ξ i для промежуточных значений υ и λ определяется по графической интерполяции сначала по υ, а затем по λ. Цифры, показанные на графиках справа, соответствуют ξ i при u → ∞.

E , G - соответственно модуль упругости и модуль сдвига материала стен;

F , J - соответственно площадь и момент инерции относительно продольной оси поперечного сечения стен здания;

H - высота здания от планировочной отметки;

k 1 , γ пр - коэффициенты, учитывающие соответственно влияние формы сечения и проемности стен и определяемые в соответствии с «Инструкцией по определению расчетной сейсмической нагрузки для зданий и сооружений», Госстройиздат, М., 1962.

5.4. Для предварительных расчетов возможно определение параметров u , υ и λ по формулам;

(25)

где

C z - коэффициент упругого равномерного сжатия грунта, определяемый по СНиП II -Б.7-70 «Фундаменты машин с динамическими нагрузками. Нормы проектирования»;

b - ширина здания;

F 0 - площадь фундамента здания по внешнему контуру;

β - коэффициент, принимаемый равным:

для железобетонных зданий - 30 · 10 4 (Н/м 2 );

для кирпичных зданий - 3 · 10 4 (Н/м 2);

γ - коэффициент, принимаемый равным:

для железобетонных зданий - 0,1;

для кирпичных зданий - 0,06.

Рис. 7. Зависимость коэффициента K от отношения длины фундамента к его ширине

б) для фундаментов столбчатых при d / b ≥ 2,5, где d - наименьшее расстояние между соседними фундаментами: b - сторона фундамента в том же направлении, коэффициенты упругой жесткости основания следует определять как сумму жесткостей отдельных фундаментов.

При d / b < 2,5 коэффициенты жесткости определяются как для сплошной плиты по формулам () и ();

в) при устройстве свайных фундаментов с низким ростверком коэффициенты упругой жесткости основания K x и K φ определяются как для ленточных или столбчатых фундаментов в зависимости от типа ростверка без учета жесткости свай.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИМЕР РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЯ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА

По расчету на основное сочетание нагрузок ширина подошвы фундамента принята b = 6 м при глубине заложения h = 2 м. Фундамент опирается на основание, сложенное пылеватым влажным песком, для которого определены следующие значения расчетных характеристик: объемный вес γ 0 = 1,5 · 10 4 Н/м 3 ; угол внутреннего трения φ = 26°; удельное сцепление c = 0,4 · 10 4 Н/м 2 . Объемный вес насыпного грунта выше подошвы фундамента γ" 0 = 1,2 · 10 4 Н/м 3 . При особом сочетании нагрузок с учетом сейсмического воздействия интенсивностью 9 баллов к подошве фундамента приложены вертикальная нагрузка N = 104 · 10 4 Н/м, горизонтальная нагрузка T = 13 · 10 4 Н/м и момент M = 98 · 10 4 Нм/м. Необходимо рассчитать основание по первому предельному состоянию.

p 0 = 1 · 12 · 1,2 · 10 4 · 2 + (12- 1)0,4 · 10 4 /0,49 = 45 · 10 4 Н/м 2 ;

р в = 45 · 10 4 + 1 · 1,5 · 10 4 · 6(8,2 - 0,2 · 16,8) = 80,3 · 10 4 Н/м 3 .

Эксцентрицитеты расчетной нагрузки и эпюры предельного давления, согласно формулам () и (), равны:

Величина l p < (e /6) b , следовательно, имеет место полное опирание подошвы фундамента на грунт.

Так как e п < e p , несущую способность основания определяем поформуле ():

Принимаем m c = 1 и по формуле () окончательно получаем

N = 104 · 10 4 H < 1 · 248 · 10 4 /1,5 = 166 · 10 4 Н/м,

следовательно, принятые по расчету на основное сочетание нагрузок размеры фундамента со значительным запасом удовлетворяют проверке по первому предельному состоянию при особом сочетании нагрузок.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИМЕР РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЯ СТОЛБЧАТОГО ФУНДАМЕНТА

Фундамент, подошва которого имеет размеры b = 2,8 м и l = 4,4 м, на глубине h = 1,8 м опирается на основание, сложенное глинистым грунтом, имеющим следующие расчетные характеристики: γ 0 = 1,63 · 10 4 Н/м 3 ; φ = 23°; c = 1,2 · 10 4 Н/м 2 .

Объемный вес грунта выше фундамента γ" 0 = 1,55 · 10 4 Н/м 3 . Требуется произвести расчет основания по первому предельному состоянию на особое сочетание нагрузок с учетом сейсмичности 8 баллов. При этом к основанию фундамента приложена вертикальная нагрузка N = 256 · 10 4 Н, горизонтальная нагрузка T = 38 · 10 4 Н и момент M = 186 · 10 4 Нм.

p 0 = 1 ,69 · 8,4 · 1,55 · 10 4 · 1,8 + 1,14(8,4 - 1) · 1,2 · 10 4 /0,42 = 65,9 · 10 4 H/м 2 ;

p b = 65,9 · 10 4 + 0,89 · 1,63 · 10 4 · 2,01(5,4 - 0,1 · 12,7) = 77,4 · 10 4 H/м 2 .

Максимальное напряжение под краем подошвы фундамента равно:

Рис. 8. Расчетная схема свайного фундамента

Грунтовые условия. С поверхности на глубину 4 м залегает слой мягкопластичного суглинка, затем на глубину 4,5 м - тугопластичная глина и ниже - крупный песок, разведанный до глубины 7 м.

Физико-механические свойства грунтов следующие:

суглинок мягкопластичный

γ 0 = l,8 г/см 3 ; φ н = 14°; ε = 0,85; B = 0,55;

глина тугопластичная γ 0 = 1,9 г/см 3 ; φ н = 24°; ε = 0,55; B = 0,30;

песок крупный γ 0 = 2 г/см 3 ; φ н = 40°; ε = 0,55; c = 1 кН/м 2 .

Решение.

1. Расчетные нагрузки на сваи, входящие в фундамент, определяем по формулам:

P = N /n ± Mx /Σx 2 ; Σ x 2 = 4 · 0,9 2 = 3,24 м 2 ;

P = 2,95/6 ± 0,49 · 0 ,9/3,24 = 0,492 ± 0,136;

P макс = 0,628 МН = 628 кН; P мин = 0,356 МН = 356 кН .

Несущая способность сваи в статических условиях, определенная по формуле (5) главы СНиП II-Б.5-67*, составляет P @ 700 кН > 628 кН, что удовлетворяет требованиям расчета свай по первому предельному состоянию в статических условиях.

Примем сваю марки СН 10-30 (серии I.011-1, вып. 2) с напрягаемой стержневой арматурой 4Ф10АIV. Для железобетонных предварительно-напряженных свай появление трещин не допускается (п. 8.1 СНиП II-Б.5-67*), жесткость сваи на изгиб при кратковременном действии нагрузки в соответствии с п. 93* СНиП II-В.1-62* определяется по формуле EJ = B к = 0,85 E б J п , где E б - начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении; J п - момент инерции приведенного поперечного сечения с учетом всей продольной арматуры. Для принятой сваи с напрягаемой арматурой из горячекатаной стали периодического профиля класса A-IV и марки бетона 300 при размерах сторон поперечного сечения 0,3×0,3 м величина жесткости на изгиб EJ = 18,9 МН · м 2 .

Условная рабочая ширина сваи b c = 1,5 · 0,3 + 0,5 = 0,95 м.

Коэффициент пропорциональности K принимаем по табл. 26 приложения 7 «Руководства по проектированию свайных фундаментов» для верхнего слоя грунта - мягкопластичного суглинка; с учетом перевода в системе единиц СИ K = 4,5 МН/м 4 .

Коэффициент упругой деформации определяем по формуле ():

Длина верхнего участка сваи, вдоль которой трение по боковой поверхности не учитывается, равна:

H = 4/0,75 = 5,3 м < 6 м.

Учитываем боковое трение начиная с глубины 4,9 м. Несущую способность сваи с учетом сейсмических воздействий определяем по формуле ():

где k = 0,7; m = l; F = 0,09 м 2 ; u = 1,2 м; R н = 724 · 10 4 Н/м 2 (для глубины l = 9,5 м по табл. 1 СНиП II-Б.5-67* с учетом перевода в систему единиц СИ); m c = 0,85 для песка; m c 1 = m c 2 = 0,9 для слоя глины; m c 3 = 0,85 для слоя песка (по табл. ); f н 1 = 4,14 · 10 4 Н/м 2 ; f н z = 4,38 · 10 4 Н/м 2 ; f н 3 = 6,34 · 10 4 Н/м 2 (по табл. 2 главы СНиП II-Б.5-67*).

P c = 0,7 · 1 · 10 4 = 55 · 10 4 Н = 550 кН.

P c = 550 кН < 628 кН, что не удовлетворяет требованиям расчета сваи на вертикальную нагрузку с учетом сейсмических воздействий.

Примем сваю марки СН 12-30 длиной 12 м с глубиной погружения 11,5 м (размеры сторон поперечного сечения и жесткости сваи на изгиб остались прежними). Нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи R н = 736 · 10 4 Н/м 2 ; сопротивление на боковой поверхности сваи для нижнего слоя песка f н 4 = 6,6 · 10 4 Н/м 2 . Несущую способность сваи с учетом сейсмических воздействий определяем по формуле ():

P c = 0,7 · 1 · 10 4 = 63,2 · 10 4 Н = 632 кН.

P c = 632 кН > 628 кН, что удовлетворяет требованиям расчета сваи на вертикальную нагрузку с учетом сейсмических воздействий.

2. Проверяем сечение сваи на действие изгибающего момента и поперечной силы.

H = S /n = 0,3/6 = 0,05 МН.

Для различных сочетаний горизонтальной и вертикальной нагрузок величину изгибающего момента и поперечной силы определяем по формулам () и ():

P макс = 628 кН M макс изг = 0,82 · 0,05 · 18,9/(0,67 · 18,9 - 0,628) = = 0,0642 МН · м = 64,2 кН · м;

Q макс = 0,05 + 0,628 · 0,05/12,022 = 0,0526 МН = 52,6кН;

P мин = 356 кН M макс изг = 0,053 МН · м = 53 кН · м;

Q макс = 0,0515 МН = 51,5 кН.

Для проверки свай по прочности на внецентренное сжатие воспользуемся вспомогательными графиками выпуска 1 рабочих чертежей забивных железобетонных свай серии I.011-1-1. Сваи марки СН 12-30 сечением 0,3×0,3 м с маркой бетона 300 и напрягаемой стержневой арматурой 4Ф12АIV при расчете по прочности на внецентренное сжатие могут воспринимать следующие максимальные величины изгибающих моментов:

при вертикальной нагрузке P = 628 кН M доп = 55 кН · м < 64,2 кН · м;

при вертикальной нагрузке P = 356 кН M доп = 60 кН · м > 53 кН · м.

Следовательно, сваи марки СН 12-30 не удовлетворяют требованиям расчета по прочности.

Примем сваю марки С12-30 с теми же размерами, но без предварительного напряжения арматуры. Расчетная величина жесткости сваи на изгиб EJ , учитывая возможность образования трещин, может снизиться примерно в 2 раза; величина коэффициента упругой деформации α увеличится примерно на 15 %, в связи с чем расчетные величины изгибающего момента в сечении сваи уменьшаются примерно на 10 %, а расчетная величина поперечной силы увеличится примерно на 3 %.

По графикам выпуска 1 серии I.011-1, сваи марки С12-30, сечением 0,3×0,3 м, с маркой бетона 300 и ненапрягаемой арматурой 4Ф16АII при расчете по прочности на вне центренное сжатие могут воспринимать следующие максимальные величины моментов: при вертикальной нагрузке P = 628 кН M доп = 78 кН · м > 64,2 кН · м; при вертикальной нагрузке P = 356 кН M доп = 65 кН · м > 53 кН · м, что удовлетворяет требованиям расчета.

Проверяем прочность наклонного сечения сваи на действие поперечной силы в соответствии с главой СНиП II-В.1-62*. Для бетона марки 300 расчетное сопротивление растяжению R р = 1050 кН/м 2 , ширина сечения сваи b = 0,3 м, рабочая высота сечения h 0 = 0,26 м, величина

R p bh 0 = 1050 · 0,3 · 0,26 = 82, 5 кН > Q макс = 52,6 кН,

следовательно, расчета прочности сечения на поперечную силу не требуется.

3. Проверку прочности грунта по условию ограничения давления, оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай, проводить не требуется, так как поперечные размеры свай b = 0,3 м < 0,6 м и свая погружена в глинистые грунты мягкопластичной и тугопластичной консистенции на глубину 11,5 м > 10 b = 3 м.

Оставляем принятую по серии I.0 11-1 марку сваи С12-30 сечением 30×30 см, длиной 12 м с глубиной погружения 11,5 м.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ПРИМЕР РАСЧЕТА ПЕРИОДА СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЗДАНИЯ С УЧЕТОМ УПРУГОЙ ПОДАТЛИВОСТИ ОСНОВАНИЙ

Требуется определить период свободных колебаний крупнопанельного здания с учетом податливости основания. Расчетная схема здания - консольный стержень с равномерно распределенной по высоте массой.

Данные по расчету:

Высота здания H = 27 м; ширина b = 12 м; длина l = 80 м. Равномерно распределенная масса по высоте здания m = 3,5 · 10 2 кг/м. Площадь стен здания в плане F = 120 м 2 ; момент инерции площади сечения стен здания J = 500 м 4 . Фундаменты ленточные - (перекрестные) с расстоянием между поперечными осями 2,6 и 3,2 м и шириной ленты 0,4 м. Расчетная площадь подошвы фундамента, определенная как для сплошной плиты, F 0 = 960 м 2 ; момент инерции площади подошвы фундамента J 0 = 12 · 10 3 м 4 ; коэффициенты проемности стен γ пр = 0,64 и формы сечения k 1 = 2,4.

Модуль упругости материала стен при сжатии E = 2 · 10 10 Н/м 2 , при сдвиге G = 0,8 · 10 10 Н/м 2 .

Грунты в основании здания имеют нормативное давление R н = 2 · 10 5 Н/м 2 .

Решение . В соответствии со СНиП II-Б.7-70, величина коэффициента упругого равномерного сжатия для грунта с R н = 2 · 10 5 Н/м 2 принимается равной C z = 40 · 10 6 Н/м 3 .

Коэффициенты жесткости основания определяются по формулам (26

В соответствии с графиком на рис. коэффициент упругой податливости основания для первой формы колебаний ξ = 0,7.

Период первого тона свободных колебаний здания, определенный в соответствии с «Инструкцией по определению расчетной сейсмической нагрузки для зданий и сооружений» (Госстройиздат, М., 1962), в предположении абсолютно жесткой заделки основания с учетом деформаций изгиба и сдвига, T ∞ = 0,285 с.

Период первого тона свободных колебаний здания с учетом податливости основания:

T 1 = T ∞ /ξ = 0,285/0,7 = 0,41 с.

ТАБЛИЦА СООТНОШЕНИЙ МЕЖДУ НЕКОТОРЫМИ ЕДИНИЦАМИ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН. ПОДЛЕЖАЩИМИ ИЗЪЯТИЮ, И ЕДИНИЦАМИ СИ

Наименование величины	Единица					Соотношение единиц
	подлежащая изъятию		СИ
	наименование	обозначение	наименование		обозначение
килограмм-сила	кгс		ньютон		1 кгс ~ 9,8 Н ~ 10 Н
тонна-сила	тс				1 тс ~ 9,8 · 10 3 Н ~ 10 кН
грамм-сила	гс				1 гс ~ 9,8 · 10 3 Н ~ 10 мН
килограмм-сила на метр	кгс/м	ньютон на метр		Н/м	1 кгс/м ~ 10 Н/м
килограмм-сила на квадратный метр	кгс/м 2	ньютон на квадратный метр		Н/м 2	1 кгс/м 2 ~ 10 Н/м 2
Давление		кгс/см 2		паскаль	Па	1 кгс/см 2 ~ 9,8 · 10 4 Па ~ 10 5 Па ~ 0,1 МПа
	миллиметр водяного столба	мм вод. ст.				1мм вод. ст. ~ 9,8 Па ~ 10 Па
	миллиметр ртутного столба	мм рт. ст.				1 мм рт. ст. ~ 133,3 Па
Механическое напряжение	килограмм-сила на квадратный миллиметр	кгс/мм 2		паскаль	Па	1 кгс/мм 2 ~ 9,8 · 10 6 Па ~ 10 7 Па ~ 10 МПа
Модуль продольной упругости; модуль сдвига; модуль объемного сжатия	килограмм-сила на квадратный сантиметр	кгс/см 2				1 кгс/см 2 ~ 9,8 · 10 4 Па ~ 10 5 Па ~ 0,1 МПа
Момент силы; момент пары сил	килограмм-сила-метр	кгс · м	ньютон-метр		Н · м	1 кгс · м ~ 9,8 Н · м ~ 10 Н · м
Работа (энергия)	килограмм-сила-метр	кгс · м	джоуль		Дж	1 кгс · м ~ 9,8 Дж ~ 10 Дж
Количество теплоты	калория	кал	джоуль		Дж	1 кал ~ 4 ; 2 Дж
	килокалория	ккал				1 ккал ~ 4,2 кДж
Мощность	килограмм-сила-метр в секунду	кгс · м/с		ватт	Вт	1 кгс · м/с ~ 9,8 Вт ~ 10 Вт
	лошадиная сила	л.с.				1 л.с. ~ 735,5 Вт
	калория в секунду	кал/с				1 кал/с ~ 4,2 Вт
	килокалория в час	ккал/ч				1 ккал/ч ~ 1,16 Вт
Удельная теплоемкость	калория на грамм-градус Цельсия	кал/(г · °С)	джоуль на килограмм-кельвин		Дж/(кг · К)	1 кал/(г · °С) ~ 4,2 · 10 3 Дж/(кг · К)
	килокалория на килограмм-градус Цельсия	ккал/(кг · °С)				1 ккал/(кг · °С) ~ 4,2 кДж/(кг · К)
Теплопроводность	калория в секунду на сантиметр-градус Цельсия	кал/(с · см · °С)		ватт на метр- кельвин	Вт/(м · К)	1 кал/(с · см · °С) ~ 420 Вт/(м · К)
	килокалория в час на метр-градус Цельсия	ккал/(ч · м · °С)				1 ккал/(ч · м · °С) -1,16 Вт/(м · К)
Коэффициент теплообмена (теплоотдачи); коэффициент теплопередачи	калория в секунду на квадратный сантиметр-градус Цельсия	кал/(с · см 2 · °С)		ватт на квадратный метр-кельвин	Вт/(м 2 · К)	1 кал/(с · см 2 · °С) ~ 42 кВт/(м 2 · К)
	килокалория в час на квадратный метр-градус Цельсия	ккал/(ч · м 2 · °С)				1 ккал/(ч · м 2 · °С) ~ 1,16 кВт/(м 2 · К)