Проектирование по предельному состоянию по устойчивости, несущей способности (первое предельное состояние)

Проектирование фундаментов для промышленного и гражданского строительства по первому предельному состоянию – устойчивости, несущей способности (в том числе как основной метод расчёта) производится в следующих случаях:

1. Наличие постоянно действующей горизонтальной составляющей (см. схему).

Схема возможной потери устойчивости для подпорной стены и фундамента для здания с подвалом. Необходим расчёт по первому предельному состоянию.

2. Основание ограничено нисходящими откосами (строительство на бровке) (см. схему).

Схема возможной потери устойчивости откоса при его дополнительном нагружении. Необходим расчёт по первому предельному состоянию.

3. При проектировании анкерных фундаментов, работающих на выдёргивание (см. схему).

Схема работы фундамента на выдёргивание. Необходим расчёт по первому предельному состоянию.

4. При наличии в основании скальных пород.

Для обеспечения прочности и устойчивости грунтов в основании его рассчитывают по несущей способности, как на вертикальные, так и горизонтальные нагрузки.

Расчет оснований по несущей способности

Для расчёта фундамента по несущей способности основания необходимо выполнение условия, представленное в следующем виде:

F ≤ γ_сF_u/γ_q

F – расчетная нагрузка на основание при наиболее невыгодной комбинации нагружения; F_u – несущая способность основания (сила предельного сопротивления основания); γ_с – коэффициент условия работы основания; γ_q – коэффициент надежности (≥ 1,2 – в зависимости от ответственности здания и сооружения).

Для скальных грунтов, независимо от глубины заложения фундаментов, вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания определяется следующим выражением:

• Nu - вертикальная составляющая силы предельного сопротивления.
• R_c – расчётное значение временного сопротивления образца скального грунта сжатию в водонасыщенном состоянии.
• b', ℓ' - приведённые ширина и длина фундамента.

b' = b – 2e_b

ℓ' = ℓ – 2e_l

e_b, e_l - эксцентриситеты приложения равнодействующих нагрузок в направлении поперечной и продольной осей фундамента.

При наличии горизонтальной составляющей, действующий на фундамент, необходима проверка его устойчивости на сдвиг или горизонтальное смещение. Такой расчёт рассмотрен в разделе «Расчёт оснований и фундаментов».

Несущая способность основания, сложенного нескальными грунтами

Аналитически, вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания, в данном случае, может быть определена следующим выражением:

N_u = b'ℓ'(N_γb' γ_Iξ_γ + N_qdγ'_Iξ_q + N_cc_Iξ_c)

• где N_γ = F(φ_I; i_γ; n_γ); N_q = F(φ_I; i_q; n_q); N_c = F(φ_I; i_c; n_c) – безразмерные коэффициенты несущей способности основания, определяемые по табличным данным СНиП 2.02.01-83*.
• i_γ, i_q, i_c – коэффициенты влияния угла наклона нагрузки.
• n_γ, n_q, n_c - коэффициенты влияния соотношения сторон прямоугольного фундамента.

В инженерной практике может быть использован графоаналитический метод определения N_u с построением кругло цилиндрических поверхностей скольжения, который применяется в следующих случаях:

• основание сложено неоднородными грунтами;
• величины пригрузок с разных сторон фундамента отличаются, более чем на 25%.