Нагрузки, действующие на фундамент
|
Нагрузки, передаваемые от сооружения на основание, в плоскости подошвы фундамента должны определяться расчетом совместной работы основания и сооружения, включая его фундамент. Взаимодействие сооружения и основания приводит к возникновению деформаций основания и осадкам сооружения. При этом проявляется способность сооружения следовать за деформациями основания. Однако в процессе перемещения фундамента наблюдается перераспределение нагрузок, действующих на основание. Характер этого перераспределения зависит от свойств грунтов и его сжимаемости, а также конструктивных особенностей сооружения, его жесткости и прочности. В результате перераспределения нагрузок осадка фундамента оказывается неравномерной. Это обстоятельство обусловлено также неравномерностью напластования отдельных слоев грунта, изменчивостью сжимаемости грунта в пределах одного слоя, проявлением деформаций массива за пределами площади загружения, конструктивными особенностями сооружения, проявляющимися в передаче различных по величине и характеру действия нагрузок, различными размерами фундаментов, действием внешней нагрузки на полы. Возникновение деформаций основания возможно и вследствие нарушения технологии производства работ, в частности, нарушение структуры грунта в результате обводнения, промораживания, воздействия двигающихся по дну котлована механизмов, неравномерного уплотнения природных грунтов или грунтов в отсыпанных подушках и т. д. С другой стороны, совместная работа основания и сооружения приводит к изменению действующих усилий в наземных конструкциях сооружения. Нагрузки на основание в отдельных случаях можно определять без учета их перераспределения надфундаментными конструкциями, когда осуществляют расчет оснований жестких сооружений, относящихся в основном к III классу. Такое перераспределение не учитывают при расчете общей устойчивости массива грунта совместно с сооружением. В этом случае потеря общей устойчивости определяется суммарной нагрузкой, действующей на массив, и не зависит от усилий, передаваемых отдельным фундаментам. Наконец, среднюю осадку также определяют без учета перераспределения нагрузки. В этих случаях нагрузки рассчитывают в соответствии со статической схемой сооружения. При расчете основании учитывают сочетания нагрузок, которые подразделяют на основные и особые. В состав первых входят постоянные, длительные и кратковременные. Особое сочетание включает дополнительно к перечисленным нагрузкам одну из особых нагрузок. В зависимости от продолжительности действия нагрузки подразделяют на постоянные и временные. К постоянным относят нагрузки, действующие при строительстве и эксплуатации постоянно: собственный вес несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунтов от насыпей, засыпок и т. д., горное давление от пород. Временными считают нагрузки, которые в отдельные периоды строительства и эксплуатации отсутствуют. В свою очередь, эти нагрузки подразделяют на длительные, которые включают вес временных стен, вес стационарного оборудования, нагрузку на перекрытие в жилых и производственных помещениях, нагрузку от мостовых и подвесных кранов и т. п., и кратковременные, которые действуют в отдельные периоды времени и включают, например, вес людей, нагрузки от кранов и погрузчиков, снеговые и ветровые нагрузки. Следует отметить, что некоторые временные нагрузки являются как длительными, так и кратковременными. К ним относят нагрузки: от подвижного подъемно-транспортного оборудования, от снегового покрова и от температурных климатических воздействий. При этом полные значения этих нагрузок относятся к кратковременным, а их часть — к длительным, например, кратковременная нагрузка от снегового покрова для III района составляет 1 кН/м2, длительная — всего 0,3 кН/м2. Длительная нагрузка от кранов среднего режима работы составляет 0,6 кратковременной. Нагрузки на перекрытия, снеговые нагрузки и нагрузки от температурных климатических воздействий при расчете по несущей способности принимают кратковременными, а при расчете по деформациям — длительными. Необходимость такого требования объясняется тем, что степень ответственности при расчете по первому предельному состоянию, т. е. по несущей способности, больше, чем при расчете по деформациям. Отсутствие обеспеченности надежности в первом случае может привести к потере устойчивости основания, а следовательно, к полной потере эксплуатационной способности всего сооружения, в то время как при расчете по деформациям такая потеря пригодности исключается. Усилия, передаваемые на основание от температурных климатических воздействий, учитывают в расчетах по деформациям в тех случаях, когда отсутствуют температурно-усадочные швы в надземных конструкциях и фундаментах. Наличие таких швов снижает передаваемые на основание усилия от температурных воздействий. В расчетах оснований по несущей способности эти усилия учитывают, как правило, во всех случаях. Усилия от температурных воздействий, вызванных технологическими процессами, при расчете по деформациям должны учитываться в зависимости от их продолжительности, а при расчете по несущей способности — независимо от времени их действия. При одновременном действии двух и более временных нагрузок расчет оснований по первой и второй группе предельных состояний выполняют с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний этих нагрузок. Особые нагрузки возникают в отдельных случаях, например при резком нарушении технологического процесса или при сейсмических воздействиях. Вызванные этими воздействиями нагрузки должны восприниматься основанием без нарушения его устойчивости. Поэтому в районах с расчетной сейсмичностью 7 баллов и более основания рассчитывают по несущей способности. Основные нормативные значения всех нагрузок устанавливают по СНиП на нагрузки и воздействия. Все расчеты оснований производят на расчетные нагрузки, которые определяют как произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке, учитывающий возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную от нормативных значений сторону. В зависимости от предельного состояния коэффициент перегрузки принимают при расчете оснований по несущей способности по СНиП, а при расчете по деформациям — равным единице. Деформации основания вызывают не только нагрузки, передаваемые фундаментами. Способность грунта рассеивать напряжения приводит к тому, что давления, передаваемые на него от расположенных вблизи фундаментов, насыпей, складируемого материала, оборудования и т. д., приводят к дополнительному возрастанию напряженного состояния основания. Поэтому при определении размеров подошвы фундамента давление, передаваемое на основание, принимают с учетом дополнительного давления, вызванного действием нагрузок, расположенных на поверхности. Если интенсивность нагрузки менее 0,02 МПа, то ее в расчете не учитывают. При сопоставлении давлений, допускаемых на кровлю слоя слабого грунта, располагаемого в пределах основания, с фактически действующим напряжением, в последнее включают напряжения от указанных выше нагрузок. Дополнительные напряжения учитывают также при расчете осадки фундамента и его крена. Поверхностные нагрузки могут оказаться настолько большими, что приведут к потере устойчивости оснований расположенных рядом фундаментов. Это в первую очередь относится к основаниям фундаментов складов, где находятся высокие штабеля сыпучих материалов. В этом случае следует проверять устойчивость основания насыпей и собственно насыпи. При всевозможных обсыпках грунтом сооружений также требуется учет нагрузок от них при расчете оснований по первому и второму предельным состояниям. При определении размеров подошвы фундаментов должно соблюдаться не только основное требование расчета основания (фактическое среднее давление по подошве не должно превышать расчетное сопротивление основания), но и условие недопущения или ограничения величины отрыва подошвы, а также должно быть выдержано определенное соотношение между минимальными и максимальными краевыми давлениями. Поэтому для расчета необходимо располагать различными комбинациями сочетаний расчетных нагрузок. Как правило, на уровне подошвы фундамента принимают три таких комбинации. В первую комбинацию включают максимальную вертикальную нагрузку Nmax и соответствующий ей момент Mа; во вторую — максимальный момент Мmax и соответствующую ему вертикальную нагрузку Na; в третью — минимальную вертикальную нагрузку Nmin и соответствующий ей момент Мa. Указанные комбинации нагрузок должны быть определены как для основного сочетания нагрузок, так и для особого. |
