Проектирование фундаментов по заданной (одинаковой) величине осадки с проверкой расчёта по первому предельному состоянию, или расчёт одновременно по двум предельным состояниям

Следует подчеркнуть, что существующая в современных нормах (СНиП 2.02.01-83*) методика проектирования фундаментов ограничением давления под подошвой величиной расчётного сопротивления грунта (R), обладает существенным недостатком:

Выравнивание давления под подошвой фундаментов (по величине R) приводит к разной ширине подошвы фундамента для одного и того же здания, разной величине активной сжимаемой толще, значит и к разным (неравномерным) осадкам.

Для снятия отмеченного недостатка, следует переходить к методике проектирования фундаментов для всего здания, задаваясь величиной одинаковой осадки, что позволит снизить неравномерность осадки до минимума, избежать трещин в здании, и таким образом создать наиболее благоприятные условия для работы надземных конструкций в сооружении.

Такой метод расчета схематично может быть представлен на ниже приведенном рисунке. Следует также отметить, что предложенная методика расчета вызывает необходимость выполнять расчет фундамента по двум предельным состояниям (I предельное состояние – по прочности, устойчивости и II предельное состояние – по деформациям).

Схема методики расчёта оснований и фундаментов одновременно по двум предельным состояниям с обозначением основных достоинств данной методики.

Данная схема расчёта позволяет определять ширину подошвы фундамента (b) исходя из двух критериев:

1. S ≤ S_u.s. – ограничение предельной осадки (II предельное состояние – расчёт по деформациям);
2. γ_q = (γ_cP_пр)/P_i– определение коэффициента надёжности (I предельное состояние – расчёт по прочности, устойчивости).

В результате расчёта по данной методике возникает необходимость учитывать возможность работы основания в нелинейной стадии деформирования (см. данные материалов курса «механики грунтов» в разделе «расчёт осадки фундаментов с учётом нелинейной работы оснований»), т.е. передачи фактического давления P_i на основание в диапазоне от R до Р_пр.

Данный расчёт позволяет получать экономичные фундаменты, обладающие одинаковой осадкой.

Графическая интерпретация расчёта фундаментов одновременно по двум предельным состояниям представлена на схеме, представленной ниже.

Схема расчёта оснований и фундаментов по первому и второму предельным состояниям с выделением области необходимого совместного расчёта.

Представленная графическая интерпретация развития осадки фундамента от прикладываемого давления на основание, при расчёте по двум предельным состояниям, позволяет сделать следующие выводы:

1. При передаче фактического давления P_i на основание до величины R, определяющим расчётом будет являться расчёт по деформациям (II предельное состояние). Для данной области нагружения основания коэффициент надёжности γ_q (I предельное состояние) имеет заведомо большое значение, обеспечивая гарантийную устойчивость фундамента, поэтому расчёт по I предельному состоянию не актуален.
2. При передаче фактического давления P_i на основание за пределами R, становится необходимым применять расчёт по двум предельным состояниям. Определяющим в этом случае может быть как расчёт по деформациям (ограничение осадки), поскольку осадки в этой области нагружения не линейно возрастают, так и расчёт по устойчивости, т.к. коэффициент надёжности γ_q на данном участке имеет тенденцию к резкому снижению (возможность выпора, потеря устойчивости).
3. Выбор области расчёта при проектном решении по определению размеров фундамента определяется проектировщиком самостоятельно, в зависимости от величины допускаемых деформаций.

Представленная методика позволяет получать решения по определению размеров подошвы фундаментов в зависимости от задаваемой осадки, с проверкой данного фундамента по устойчивости (см. механику грунтов: «Расчет осадки фундаментов с учетом нелинейной работы оснований»).

Данный метод подхода к расчету фундаментов близок к соответствию международным геотехническим стандартам (ЕВРОКОД-7), когда допускаемая величина осадки фундамента (сооружения) определяется (задается) в условиях договора между Подрядчиком и Заказчиком.

В проектных расчетах, проектировщик самостоятельно (или на основе договора с Заказчиком) выбирает область расчета, позволяющего получить размеры фундамента с заданной осадкой (II предельное состояние) и степенью надежности (I предельное состояние).