Основные предпосылки и методика данного программного расчёта были опубликованы автором
ещё в конце прошлого века [1,2].
Программный комплекс (BRNL) может быть использован как расчётное обоснование при
проектировании новых фундаментов (ленточных, столбчатых), так и при проверке несущей
способности реконструируемых фундаментов. Основываясь, или на задаваемых размерах
ширины подошвы фундамента, или величине осадки (в том числе и в нелинейной стадии
деформирования), расчёты могут быть выполнены по предлагаемой программе, которая
в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83* и упругопластической работы основания,
позволяет определить:
- Величину расчётного сопротивления грунта основания (R) по принятым размерам фундамента
и физико-механическим характеристикам грунтов основания.
- Величину осадки (S) при заданной степени нагружения (в том числе и в нелинейной
стадии деформирования), (расчёт по II предельному состоянию).
- Величину предельного давления на грунт основания (Рпр.) (расчёт по I
предельному состоянию) с определением коэффициента надежности Кн.
- Величину среднего (Рср.) и максимального (Рmax) давлений на
грунт основания от проектной (существующей) нагрузки и размеров фундамента.
Представленный программный комплекс (BRNL) даёт возможность выполнить расчёт основания
исходя из условий двух предельных состояний (двух критериев):
- I предельное состояние (определение несущей способности - предельного давления
на грунт – критерий 1). Определяется запас прочности основания, посредством коэффициента
надёжности Кн, который должен быть > 1.
- II предельное состояние - ограничение абсолютной и относительной разности
осадок, рассчитываемого сооружения – критерий 2. Определяется абсолютная осадка
фундамента, которая не должна превышать предельной величины осадки для данного вида
сооружения [9].
В общем случае основание может работать и за пределами линейного деформирования,
т.е. при Рср.>R, тогда определяющими условиями расчёта будут являться
ограничения осадки S<Sпр. (критерий 2) или коэффициента надёжности
Кн>1(критерий 1).
Программный комплекс позволяет решать следующие виды задач:
- Рассчитывать существующие фундаменты по заданной осадке с учётом двух предельных
состояний оснований.
- Проектировать фундаменты здания практически с одинаковой осадкой, что создаёт наиболее
благоприятные условия для работы надземных частей сооружения.
Ниже, на рис. 2.12, представлена распечатка программного решения (BRNL), для тестового
примера 3, выполненного непосредственно в интернете (Расчёт размеров и осадки существующего
или нового фундамента с учётом возможной нелинейной работы основания (www.buildcalc.ru/Calculations/Brnl)). Для данного
расчёта взяты те же исходные условия, что в тестовом примере 2, но с возможным допустимым
дополнительным нагружением основания. Такие условия часто возникают при реконструкции
сооружений, когда решается вопрос о дополнительном нагружении основания без выполнения
дополнительных работ по его усилению (реконструктивные работы с минимальными затратами).
Вводимые данные в данном примере практически те же, что и в тесте 2, однако дополнительно
вводится характеристика типа здания, определяющая его предельно допустимые осадки
[8,9].
Учётные данные
|
Объект:
|
Тестовый пример 3. Расчёт фундамента в сеч. 2-2 (с дополнительным нагружением основания)
|
|
Тип здания:
|
Бескаркасное здание из кирпича без армирования
|
Данные по фундаменту
Основные данные фундамента
|
Тип фундамента:
|
Ленточный
|
|
Тип стены:
|
Наружная
|
|
Высота фундамента (размер фундамента от обреза до подошвы), м:
|
2,20
|
|
Глубина заложения фундамента (расстояние от планировочной отметки до подошвы фундамента),
м:
|
2,00
|
|
Ширина подошвы фундамента, м:
|
1,60
|
Данные по подвалу
|
Расстояние от уровня планировки до пола подвала (глубина подвала), м:
|
1,50
|
|
Толщина пола подвала, м:
|
0,20
|
|
Удельный вес конструкции пола подвала, кН/м3:
|
22,00
|
Нагрузки по обрезу фундамента
|
Вертикальная нагрузка N, кН:
|
360,00
|
|
Горизонтальная нагрузка, приложенная вдоль ширины подошвы фундамента QB,
кН:
|
0,00
|
|
Изгибающий момент, приложенный вдоль ширины подошвы фундамента MB, кН*м:
|
0,00
|
Данные по грунту
Введённые данные
|
1
|
1,7
|
Насыпной грунт
|
Пески пылеватые маловлажные и влажные
|
16,5
|
14
|
0
|
0,7
|
0
|
-
|
5000
|
0,3
|
Таблица
|
|
2
|
3
|
Песок серый
|
Пески пылеватые насыщенные водой
|
19
|
28
|
2
|
0,7
|
-
|
-
|
14000
|
0,3
|
Эксперимент
|
|
3
|
7
|
Супесь
|
Пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем
|
19
|
18
|
9
|
0,7
|
0,6
|
0,8
|
7000
|
0,35
|
Эксперимент
|
|
4
|
10
|
углинок
|
Пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем
|
21
|
20
|
11
|
0,6
|
0,5
|
0,4
|
11000
|
0,3
|
Эксперимент
|
Расчётные данные
|
1
|
1,70
|
15,00
|
16,50
|
12,73
|
14,00
|
0,00
|
0,00
|
1,25
|
1,16
|
1,10
|
|
2
|
0,30
|
17,27
|
19,00
|
25,45
|
28,00
|
1,33
|
2,00
|
1,10
|
1,16
|
1,00
|
|
3
|
2,70
|
9,09
|
10,00
|
25,45
|
28,00
|
1,33
|
2,00
|
1,10
|
1,16
|
1,00
|
|
4
|
7,00
|
17,27
|
19,00
|
15,65
|
18,00
|
6,00
|
9,00
|
1,00
|
1,00
|
1,00
|
|
5
|
10,00
|
19,09
|
21,00
|
17,39
|
20,00
|
7,33
|
11,00
|
1,20
|
1,08
|
1,00
|
Дополнительная информация
Грунтовые воды
|
Действие грунтовых вод учитывается
|
|
Уровень грунтовых вод, м:
|
2,00
|
Информация о сооружении
|
Сооружение обладает жёсткой конструктивной схемой
|
|
Отношение длины сооружения или его отсека к высоте:
|
2,00
|
Справочная информация
|
Удельный вес минеральных частиц грунта, кН/м3:
|
27,00
|
|
Удельный вес воды, кН/м3:
|
10,00
|
Результаты расчёта
Рассчитанные данные по совместной работе грунта и фундамента
|
Средневзешанное значение удельного веса грунта по I-му предельному состоянию выше
подошвы фундамента, кН/м3:
|
15,34
|
|
Средневзешанное значение удельного веса грунта по II-му предельному состоянию выше
подошвы фундамента, кН/м3:
|
16,88
|
|
Приведённая глубина заложения фундамента d1, м:
|
0,56
|
Рассчитанные данные по основанию
|
Расчётное сопротивление грунта основания R, кПа:
|
225,59
|
|
Предельное давление (несущая способность) грунта основания Pпр, кПа:
|
312,71
|
|
Предельная нагрузка на фундамент Nпр, кН:
|
500,33
|
|
Минимальное давление под подошвой фундамента Pmin, кПа:
|
249,55
|
|
Среднее давление под подошвой фундамента Pср., кПа:
|
259,00
|
|
Максимальное давление под подошвой фундамента Pmax, кПа:
|
268,45
|
|
Осадка фундамента S, см:
|
6,61
|
|
Коэффициент надёжности:
|
1,09
|
Рис. 2.12. Распечатка тестового программного решения (BRNL) (расчёт размеров и осадки
существующего или нового фундамента с учётом возможной нелинейной работы основания
(www.buildcalc.ru/Calculations/Brnl),
выполненная непосредственно через интернет.
Из представленного результата расчёта (рис. 2.12) видно, что ленточный центрально
нагруженный фундамент под наружную стену здания с подвалом, под действием горизонтального
давления грунта на стену подвала, будет испытывать внецентренное нагружение, проявляющиеся
в виде краевых напряжений Pmin и Рmax. Среднее давление под
подошвой фундамента при увеличении вертикальной нагрузки с 300 кН (см. тест 2) до
360 кН, составит 259 кПа, что превысит расчётное сопротивление
грунта основания R=225,59 кПа на14%.
Следовательно, основание начнёт работать в нелинейной области деформирования с развитием
осадки фундамента S=6,61 см < 10см - предельной величины осадки для данного типа
сооружения (соблюдаются условия расчёта основания по II предельному состоянию).
При этом коэффициент надёжности определён в размере 1,09 (соблюдаются условия расчёта
основания по I предельному состоянию).
Таким образом, рассмотренный фундамент и основание под ним работают в нелинейной
стадии деформирования, но являются вполне надёжной системой, способной воспринимать
передаваемое на него давление без усиления основания.
Следует подчеркнуть, что в рассмотренном расчёте определена абсолютная величина
осадки фундамента при заданной степени нагружения. Для принятия окончательного проектного
решения необходимо оценить относительную разность осадок в соответствии со схемой
на рис. 2.8. Возможность дальнейшего дополнительного нагружения основания вертикальной
нагрузкой >360 кН вызовет либо увеличение абсолютной осадки больше предельно
допустимой величины, или снижение коэффициента надёжности <1, что потребует уже
принятия мер по усилению существующего основания.
Методика расчёта фундаментов, реализованная программами «NL, BRNL», позволяет получать
также размеры подошвы реконструируемых и проектируемых фундаментов исходя из определенной
(допустимой) величины осадки. Задаваясь одинаковой величиной осадки, по результатам
расчета получают фундаменты разных размеров, но практически с минимальной (меньше
допустимой величины) неравномерностью осадки, что позволяет избежать условий образования
трещин в несущих надземных конструкциях.