Пучинистые при промерзании грунты, проверка фундамента на действие сил морозного пучения

1.

Пучинистые при промерзании грунты,
проверка фундамента
на действие сил морозного пучения

2.

Rfh – лобовые силы морозного пучения (80 %);
τfh – касательные силы морозного пучения (20 %).

3.

При смерзании грунта с телом фундамента и увеличением объема воды при замерзании по боковой поверхности фундамента и под его подошвой реализуются
силы морозного пучения, которые могут привести
фундамент в неустойчивое положение.

4.

Различают две глубины сезонного промерзания грунтов:
- нормативная глубина сезонного промерзания грунтов (dfn);
- расчетная глубина сезонного промерзания грунтов
(df).

5.

Нормативную глубину сезонного промерзания грунтов (dfn) определяют:
а) по данным многолетних натурных наблюдений на
специально отведенных площадках в различных грунтовых условиях (составляются карты промерзания);

6.

б) теплотехническим расчетом с использованием
сведений о температуре воздуха и характеристик теплотехнических свойств грунта;

7.

в) по формуле СП 22.13330.2011 «Основания и фундаменты»:
d fn d 0 М t ,
d0 – коэффициент, зависящий от вида грунта
(0,23 ÷ 0,34);
Mt – сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за год.

8.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта (df)
рисунок
d f kh d fn ,
kh – коэффициент температурного влияния здания
(зависит от температуры внутри здания и конструкции пола)

9.

Если грунт обладает пучинистыми свойствами, то
глубина заложения подошвы фундамента должна
быть не менее расчетной глубины промерзания грунта.
d df
Если грунт не обладает пучинистыми свойствами,
то глубина заложения подошвы фундамента не зависит от глубины промерзания грунта.

10.

Если грунт обладает пучинистыми свойствами, то
глубина заложения подошвы фундамента должна
быть не менее расчетной глубины промерзания грунта.
Если грунт не обладает пучинистыми свойствами,
то глубина заложения подошвы фундамента не зависит от глубины промерзания грунта.

11.

Проверка устойчивости
на действие сил морозного пучения

12.

c
fh Afh F Fr ,
n
Fr
– расчетное значение силы, удерживающие
фундамент от выпучивания:
n
Fr u f i hi ,
i 1
где
fi
– расчетное сопротивление сил талого грунта по поверхности фундамента.

13.

При невыполнении условия
c
fh A fh F Fr
n
необходимо увеличить глубину заложения фундамента
(увеличить Fr), либо применить мероприятия по снижению сил морозного пучения по боковой поверхности
фундамента.

14.

Понятие
о возведении фундаментов
на набухающих грунтах

15.

Набухающие грунты – глинистые грунты твердой и
полутвердой консистенции увеличивающиеся в объеме при замачивании
водой.

16.

Набухание сопровождается поднятием поверхности грунта, что приводит к неравномерным деформациям фундамента и повреждениям (разрушение)
здания. При уменьшении влажности грунты дают
усадку, уменьшая свой объем, что приводит к обратным деформациям основания.

17.

18.

Степень набухания грунта оценивается показателем «Относительное набухание»:
h/ h
sw
,
h
где h – высота образца природного (естественного)
состояния;
h / – тоже после набухания.

19.

20.

Грунты относятся к ненабухающим, если
εsw < 0,04 (при σi = 0);
если εsw ≥ 0,04 – набухающие
(слабо-, средне-, сильнонабухающие).

21.

Подъем (отрицательная осадка) основания набухающего грунта при его замачивании определяется
n
hzw sw,i hi ksw,i ,
i 1

22.

где εsw,i – относительное набухание грунта i-го слоя
при суммарном напряжении от собственного веса грунта, дополнительного давления
под подошвой фундамента и давления (сопротивления) незамоченного грунта;
hi
– толщина i-го слоя грунта;
ksw,i – коэффициент набухания (зависит от суммарного напряжения в грунте, от 0,6 до
0,8).

23.

Мероприятия по недопущению (ликвидации) сил набухания в основании:
– недопущение замачивания грунта в основании
фундамента;
– улучшение строительных свойств грунтов (предварительное замачивание, грунтовые подушки - замена части или всего набухающего грунта на ненабухающий, устройство компенсирующей подушки);

24.

– прорезка набухающих грунтов сваями (увеличением глубины заложения подошвы фундамента);
– конструктивные мероприятия (пояса жесткости,
разрезка здания осадочными швами, шарнирное соединение конструкций).

25.

Фундаменты
на насыпных грунтах

26.

Насыпные грунты относятся к классу техногенных,
образовавшихся в результате
деятельности человека и существенно отличающихся от естественных отложений по составу, сложению и физико - механическим свойствам.

27.

28.

Особенности насыпных грунтов:
– неоднородны по составу (в толще могут встречаться большие пустоты или твердые включения);
– отдельные области невыдержанны по толщине и
простиранию;
– обладают неравномерной сжимаемостью в пределах небольших участков.

29.

Различаются на 3 подгруппы:
1. Планомерно возведенные насыпи – устраиваются
из однородных материалов (отсыпка, гидронамыв и
т.п.) по специальному проекту. Как правило - однородный состав, сравнительно высокая несущая способность, равномерная сжимаемость.

30.

2. Отвалы грунтов и отходы промышленного производства – устраиваются из отдельных видов грунта
при устройстве котлованов, выемок, планировке территорий или отсыпке промышленных отходов (шлак,
зола). Уплотнение грунтов в таких отвалах не производится, поэтому при относительной однородности
состава сжимаемость существенно различается по
глубине и простиранию.

31.

3. Свалки – результат произвольного сбрасывания
грунтов, отходов производства, часто смешанные с
бытовыми отходами. В свалках может содержаться
большой объем органических остатков. Состав, сложение и сжимаемость очень сильно изменяются даже на небольшом расстоянии.

32.

Самоуплотнение грунтов
под действием собственного веса (природное давление)
1. Планомерно возведенные насыпи:
из песчаных грунтов
0,5 – 2 года
из глинистых грунтов
2 – 5 лет

33.

2. Отвалы грунтов и отходы промышленного производства:
из песчаных грунтов
2 – 5 лет
из глинистых грунтов
10 – 15 лет
из шлаков
2 – 5 лет
из золы
5 – 10 лет

34.

3. Свалка грунтов и отходов производства:
из песчаных грунтов, шлаков
5 – 10 лет
из глинистых грунтов
10 – 30 лет

35.

Расчет оснований насыпных грунтов выполняется
по двум группам предельных состояний.
По I группе ПС из условия
c
F F fn Fu ,
n
где F
– расчетная нагрузка на основание;
Ffn – дополнительная расчетная нагрузка на основание (за счет нависания оседающего
грунта от собственного веса в неслежавшихся грунтах);

36.

Fu
– сила предельного сопротивления основания
(для свайных фундаментов – несущая способность сваи);
γс , γ n
– коэффициент условий работы и коэффициент надежности, соответственно.

37.

По II группе ПС из условия
S f Su ,
где Sf
– полная осадка фундамента на насыпном
грунте:

38.

Sf = S + Sf1 + Sf2 + Sf3 + Sf4,
S – осадка от давления, передаваемого фундаментом
на основание (метод послойного суммирования);
Sf1 – осадка основания за счет уплотнения грунта под
действием его собственного веса;
Sf2 – тоже за счет подъема (снижения) уровня грунтовых вод;
Sf3 – осадка за счет разложения органических веществ;
Sf4 – осадка за счет уплотнения подстилающих грунтов (под насыпным) от веса насыпи.

39.

Для улучшения строительных свойств насыпных
грунтов используются все способы уплотнения (тяжелые трамбовки, вибромашины, катки, грунтовые
сваи и т.п.); искусственного закрепления (силикатизация, цементация, битумизация); замена грунта в
верхней части геологического разреза на более прочный и менее сжимаемый.

40.

Возможна прорезка насыпных грунтов сваями с опиранием нижних концов в прочные грунты.

41.

Fdn Fd Ffn ,
где Fdn
– несущая способность сваи в насыпном неслежавшемся грунте;
Fd
– несущая способность сваи за счет сил сопротивления под нижним концом сваи и
сил трения (fp,i) в прочном грунте;
ΔFfn – отрицательные (негативные) силы трения
за счет уплотнения насыпного грунта и
возникновение удельного давления (fо,i) по
боковой поверхности сваи.

42.

Фундаменты
на слабых водонасыщенных
и заторфованных грунтах

43.

К слабым водонасыщенным и заторфованным грунтам относятся:
- водонасыщенные пылевато - глинистые грунты (супеси, суглинки, глины);
- заторфованые грунты;
- торфы.

44.

Отличительные особенности:
- чрезвычайно высокая влажность (коэффициент водонасыщения Sr > 0,8);
- высокая степень сжимаемости (модуль деформации Е < 5 МПа).

45.

Расчёты оснований указанных грунтов выполняются
по двум группам предельных состояний:
- по I группе предельных состояний (по несущей способности) при проектировании фундаментов на медленноуплотняющихся пылевато-глинистых, биогенных грунтах, илах при коэффициенте водонасыщения
Sr > 0,85 и коэффициенте консолидации сv < 107 см2/год
он обязателен;

46.

- по II группе предельных состояний (по деформациям) из условия:
S < Su,
где S - конечные совместные деформации оснований и
фундаментов;
Su - предельно допустимые деформации.
При необходимости, здесь же выполняется расчет
развития деформаций во времени.

47.

При определении расчётного сопротивления грунта
R принимается пониженный коэффициент условий
работы (γс1); при расчёте осадки (S) эти грунты включаются в сжимаемую зону.

48.

Если расчётные деформации оснований, сложенных
слабыми водонасыщенными и заторфованными грунтами, больше предельных или их несущая способность
недостаточна (расчетные условия не выполняются),
необходимо увеличивать размеры фундамента и добиваться выполнения
условий или предусматривать
специальные мероприятия по улучшению свойств
грунтовых оснований.

49.

Мероприятия по улучшению свойств слабых водонасыщенных и заторфованных грунтов:
- предпостроечное уплотнение грунтов фильтрующей пригрузкой;
- удаление прослойки (линзы) биогенного грунта из
массива и замена его более надёжным грунтом (выторфовка);
- замена слабого водонасыщенного грунта гравийной,
песчаной или песчано-гравийной подушкой.

50.

Другие (конструктивные) мероприятия:
- прорезка напластований слабых грунтов столбчатыми
и ленточными фундаментами с большой глубиной заложения или глубокими фундаментами;
- повышение пространственной жесткости здания (сооружения) посредством жесткого соединения конструкций, использованием диафрагм и поясов жесткости;
- использование фундаментов в виде сплошных железобетонных плит, перекрестных лент (балок) из монолитного железобетона;
- меры по снижению чувствительности конструкций
зданий (сооружений) к неравномерным осадкам, т.е. повышение податливости и гибкости зданий;
- принятие действий по исключению возможности
снижения уровня подземных вод в период эксплуатации
здания.

51.

Понятие о проектировании и возведении
фундаментов на засалённых грунтах

52.

Засоленные грунты – грунты, содержащие водорастворимые соли (легкорастворимые, среднерастворимые, труднорастворимые), способные при
обводнении к выщелачиванию
(переход солей в водный раствор).

53.

Степень засолённости грунта определяется отношением массы водорастворимых солей к массе абсолютно сухого грунта (Wsal, %).
Грунты по ГОСТ 25100-2011 могут быть:
незасоленными, слабозасоленными, среднезасоленными, сильнозасоленными и избыточно засоленными.

54.

Засолённые маловлажные и сухие грунты при увлажнении резко изменяют свои строительные свойства: уменьшается прочность, повышается деформируемость, увеличивается фильтрационная способность за счёт выноса солей из грунта.
Например,
снижение модуля деформации (Е) достигать 4-10 и
более раз, в такой же степени будут возрастать деформации основания и фундамента; существенно могут снижаться показатели прочности грунта (φ, c),
следовательно, уменьшаться несущая способность
грунта.

55.

Изменение модуля деформации (Е)
при повышении влажности (w)

56.

Изменение прочностных показателей до (1) и
после (2) удаления солей

57.

Дополнительные характеристики засолённого грунта:
относительное суффозионное сжатие εsf и начальное давление суффозионного сжатия рsf.
Примечание: суффозия – механический вынос частиц
грунта подземными водами в процессе их
движения.

58.

Относительное суффозионное сжатие εsf определяется в лабораторных условиях испытаниями образа грунта в компрессионном приборе, расчет выполняется по формуле:
h h / hsat , p hsf , p
sf
,
h0
hn , g
где h = hsat,p – высота полностью водонасыщенного грунта при
давлении, равном сумме природного (от собственного веса грунта) и дополнительного (от давлений
под подошвой фундамента);
h/ = hsf,p – высота образца грунта после растворения солей
и их выщелачивания после длительной фильтрации
при этом же суммарном давлении;
hо = hn,g – высота образца природной влажности при природном давлении (от собственного веса грунта).

59.

Начальное давление суффозионного сжатия рsf это
давление, при котором εsf = 0,01.

60.

Расчеты оснований из засолённых грунтов:
а) общая совместная деформация основания и фундамента (Sо,sf) в условиях засолённых грунтов состоит
из осадки (S), определяемой как для обычных (незасолённых) грунтов с использование деформационных характеристик грунтов естественной влажности по
методу послойного суммирования, например, и суффозионной осадки (Ssf):
Sо,sf = S + Ssf;

61.

Суффозионная осадка (Ssf) рассчитывается по формуле
СП:
n
S sf sf ,i hi ,
i 1
где εsf,i – относительное суффозионное сжатие i-того слоя
грунта при давлении, равном сумме природного (от
собственного веса грунта) и дополнительного (от
давлений под подошвой фундамента);
hi – толщина i-того слоя грунта в пределах засолённой зоны ниже подошвы фундамента;
n – количество элементарных слоёв грунта, на которые разбита засолённая зона.

62.

б) расчётное сопротивление грунта R и несущая
способность основания Fu, сложенным засолёнными
грунтами определяются по формулам СП с использованием прочностных характеристик, полученных для
водонасыщенных грунтов после выщелачивания солей.

63.

Мероприятия по предотвращению замачивания засолённых грунтов: планировка территории; устройство надёжных вводов коммуникаций, предотвращающих возможные утечки воды в грунт.

64.

Мероприятия по ликвидации явления суффузионного
сжатия: замена засолённого грунта на песчаные или
грунтовые подушки; уплотнение засолённого слоя
грунта песчаными и грунтовыми сваями; предварительное замачивание засолённого грунта из котлована через скважины с последующим доуплотнением
грунта или без такового; прорезка засолённых грунтов
фундаментами мелкого заложения или сваями с заглублением подошвы (нижних частей свай) в несущий
пласт грунта.

65.

Применение конструктивных мероприятий, направленных на:
а) увеличение жёсткости сооружения: армирование
стен; устройство горизонтальных поясов жёсткости; создание продольных и поперечных диафрагм
жесткости и т.д.);
б) снижение чувствительности зданий (сооружений) к неравномерным деформациям: устройство деформационных швов, шарнирное соединение конструктивных элементов и т.д.

66.

С учётом высокой агрессивной способности солевых
растворов к материалам фундамента (бетон, арматура) подземные конструкции должны быть надёжно
защищены покрытиями на основе органических вяжущих, искусственных слом, полимерных плёнок, рулонных гидроизоляционных материалов.

67.

Фундаменты
на закарстованных и
подрабатываемых
территориях

68.

Карстом называют совокупность явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород с образованием в них пустот, а
также своеобразных форм рельефа.
К закарстованным следует относить территории, в
пределах которых распространены водорастворимые
горные породы (известняки, доломиты, гипсы, мел и
т.д.).

69.

70.

71.

72.

73.

Основные формы проявления карста:
- провалы (глубина деформаций более 0,25 м);
- карстовые просадки (< 0,25 м);
- проседания (при радиусе кривизны поверхности
грунта менее 1 км);
- оседания (при радиусе кривизны поверхности 1 км и
более).

74.

Основные этапы работы по проектированию и созданию фундаментов на закарстованных территориях:
- тщательное выполнение инженерных изысканий;
- оценка характера и степени опасности карста для
строительных объектов;
- разработка и реализация мероприятий противокарстовой защиты (изменение в нужном направлении
естественного развития карстовых процессов; уменьшение вредного влияния хозяйственной деятельности
человека на карстовые процессы; защита строительных объектов планировочными, конструктивными решениями и контролем за проявлением карстовых процессов).

75.

Фундаменты на закарстованных территориях
должны проектироваться и устраиваться исходя из
следующих условий:
- использование отдельно стоящих столбчатых
фундаментов зданий (сооружений) на таких территориях недопустимо;
- рекомендуются к использованию фундаменты
плитные, перекрёстные ленты и ленточные (все монолитные железобетонные) с консольными выступами
за пределы стен;

76.

- могут быть применены фундаменты из свай-стоек,
буровых опор, свай-оболочек и т.п. в случае прорезки
закарстованных грунтов и опирания нижнего конца в
надежные грунты;
- висячие сваи можно использовать, если количество
свай принимается с учетом определенного запаса, предусматривающего выход из строя некоторого количества свай при образовании под ними провала.

77.

Расчеты реализуются по двум группам предельных
состояний (I и II), как правило, должны выполняться с
учетом жесткости надземной части. Прочность, несущая способность и устойчивость оснований и фундаментов должны быть обеспечены при любых возможных карстовых проявлениях.

78.

Фундаменты
на подрабатываемых
территориях

79.

К подрабатываемым относятся
территории, на
которых ведутся разработки полезных ископаемых
подземным способом и в образовавшиеся при этом полости могут смещаться перекрывающие из породы.

80.

81.

82.

Мульда сдвижения - чашеобразная впадина, образующаяся
земли
на
при
поверхности
перемещении
грунтового массива в результате заполнения пустот в
выработках.

83.

84.

85.

Фундаменты и надземные конструкции на подрабатываемых территориях необходимо проектировать с учётом
их взаимного смещения.

86.

Мероприятия при строительстве на подрабатываемых территориях (уменьшение чувствительности к
неравномерным осадкам, созданием жесткой, податливой или комбинированной конструктивных схем):
- разрезка зданий осадочными швами на отдельные
отсеки простой конфигурации;
- надежное армирование кладки стен;

87.

- опирание плит и балок перекрытий «с запасом» (во избежание обрушения при расхождении стен);
- устройство фундаментов под стены и колонны ленточными монолитными с рабочей продольной арматурой;
- соединение отдельных фундаментов под колонны железобетонными балками-распорками;
- при угрозе сдвижения горных пород устройство вблизи
фундаментов узких прорезей, заглубляемых ниже подошвы
фундаментов.

88.

Основания и фундаменты
в условиях сейсмических воздействий

89.

Список дополнительной литературы по теме
1. СП 14.13330.2011. Актуализированная редакция
СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах». М., Минрегион России, 2011.
2. С.Б.Ухов и др. Механика грунтов, основания и фундаменты. М., Издательство АСВ, 1994 (раздел «Фундаменты в условиях сейсмических воздействий»).

90.

Общие положения
Сейсмика (греч. seismos, рус. землетрясение) - комплекс явлений и связанных с ними человеческих знаний, относящихся к резким изменениям перемещений грунтовых массивов, сопровождающихся колебаниями
земной коры.

91.

Территория Российской Федерации характеризуется в основном умеренной сейсмической активностью
(за исключением регионов Северного Кавказа, юга Сибири и Дальнего Востока). По СП 14.13330.2011:

92.

Измерение интенсивности землетрясений осуществляется по нескольким шкалам:
– шкала Рихтера (шкала магнитуд) – оценивает
интенсивность землетрясений по энергии, выделенной
в очаге землетрясения (обозначается арабскими цифрами и увеличивается примерно в 30 раз при переходе
от балла к баллу);

93.

– шкала интенсивности (их несколько: шкала Меркалли (ММ) – США, шкала Шиндо – Япония и др.) –
оценивает интенсивность землетрясений по характеру воздействия на поверхность земли, объекты и
людей;

94.

– шкала MSK-64, относится к смешанной (магнитуда + интенсивность) шкале, используется в России
(СССР) и многих странах Европы с 1964 года, включена в СП 14.13330.2011.
Балл
1
2
3
4
Сила
Краткая характеристика
землетрясения
Не ощущается Отмечается только сейсмическими приборами.
Отмечается сейсмическими приборами. Ощущается тольОчень
ко отдельными людьми, находящимися в состоянии полслабые толчки ного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными.
Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотряСлабое
сение от грузовика.
Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию
предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и
Умеренное
стен. Внутри здания сотрясение ощущает большинство
людей.

95.

Балл
5
6
7
8
9
Сила
землетрясения
Краткая характеристика
Под открытым небом ощущается многими, внутри домов
- всеми. Общее сотрясение здания, колебание мебели. МаДовольно
ятники часов останавливаются. Трещины в оконных стёксильное
лах и штукатурке. Пробуждение спящих. Ощущается
людьми и вне зданий, качаются тонкие ветки деревьев.
Хлопают двери.
Ощущается всеми. Многие в испуге выбегают на улицу.
Сильное
Картины падают со стен. Отдельные куски штукатурки
откалываются.
Повреждения (трещины) в стенах каменных домов. АнтиОчень сильное сейсмические, а также деревянные и плетневые постройки
остаются невредимыми.
Трещины на крутых склонах и на сырой почве. ПамятниРазрушительное ки сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно
повреждаются.
Сильное повреждение и разрушение каменных домов.
Опустошительное
Старые деревянные дома кривятся.

96.

Балл
Сила
землетрясения
10
Уничтожающее
11
Катастрофа
12
Сильная
катастрофа
Краткая характеристика
Трещины в почве иногда до метра шириной. Оползни и
обвалы со склонов. Разрушение каменных построек. Искривление железнодорожных рельсов.
Широкие трещины в поверхностных слоях земли. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома почти полностью разрушаются. Сильное искривление и выпучивание железнодорожных рельсов.
Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение
водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек.
Ни одно сооружение не выдерживает.

97.

Трещина над очагом
Горно-Алтайского
(Чуйского)
землетрясения
27 сентября 2003 г.

98.

Кроме общей оценки сейсмичности географического
района строительства необходимо выполнить микрорайонирование строительной площадки, зависящее от
сейсмичности региона, а также вида и состояния слагающего площадку грунта.

99.

Различают три категории грунтов на строительной площадке:
I – скальные невыветрелые и слабовыветрелые,
крупнообломочные плотные, вечномерзлые (I
принцип, t ≤ –20С);

100.

II – скальные выветрелые и сильновыветрелые,
пески плотные и средней плотности, глинистые с показателем текучести IL ≤ 0,5 (глины
и суглинки), IL < 0,7 (супеси), вечномерзлые (I
принцип, t > –20С);
III – пески рыхлые, глинистые, не вошедшие во II
категорию, вечномерзлые (II принцип).

101.

В зависимости от категории сейсмичность площадки может отличаться от сейсмичности района:
Категория
грунтов
Сейсмичность строительной
при сейсмичности района, баллы
7
8
9
I
6
7
8
II
7
8
9
III
8
9
>9

102.

Строительство сооружений в соответствии с СП
разрешается при сейсмичности площадки не более 9
баллов; более 9 баллов, как исключение, при соответствующем обосновании.
При силе землетрясений менее 7 баллов основание
допускается проектировать без учета сейсмического
воздействия.

103.

Основы расчета и проектирования фундаментов
при сейсмических воздействиях
Общее требование: правильно спроектированные
фундаменты должны обеспечить условия для сейсмостойкости здания, т.е. способности всех конструкций не разрушаться, не терять устойчивость и т.п. при действии
на них кроме обычных нагрузок еще и инерционных (сейсмических) воздействий.

104.

Роль фундаментов:
а) передача на сооружение колебаний грунта (они
являются источниками колебаний строительных
конструкций), что и создает сейсмические нагрузки
(можно назвать отрицательной такую роль);
б) фундаменты должны воспринять без разрушения
и передать сейсмическую нагрузку на основание (основание также – воспринять её), обеспечив общую устойчивость и прочность системы «сооружение - основание» (положительная роль).

105.

В соответствии с СП 22.13330.2011 и СП
14.13330.2011 основания и фундаменты в сейсмических
районах необходимо рассчитывать по несущей способности (I группа ПС) на особое сочетание нагрузок.
При этом, предварительные размеры фундамента
допускается определять расчетом на основное сочетание нагрузок (т.е. без учета сейсмики). Но проверка
по несущей способности обязательна.

106.

Расчетное условие I группы ПС для вертикальной
составляющей нагрузки:
c ,eq
Na
N u ,eq ,
n
где Na
– вертикальная составляющая расчетной
внецентреной нагрузки (особое сочетание);
Nu,eq – сила предельного сопротивления основания;
γс,eq – сейсмический коэффициент условий работы, зависит от категории грунтов по сейсмичности (I, II, III) - γс,eq=1,0; 0,8; 0,6.

107.

При наличии горизонтальной составляющей нагрузки следует выполнить проверку несущей способности
основания на сдвиг по условию:
c
F s,a Fs,r ,
n
∑Fs,a; ∑Fs,r – соответственно, расчетные сдвигающие
и удерживающие силы по подошве фундамента;
γс, γn – коэффициент условий работы и коэффициент
надежности, соответственно.

108.

109.

c ,eq
При невыполнении условий N
и
N
a
u ,eq
n
c
F s,a Fs,r
n
необходимо увеличить разме-
ры фундамента (b, l, d) или улучшить строительные
свойства основания. Расчет повторить.

110.

Особенностями расчета фундаментов на естественном основании при сейсмическом воздействии являются:
– допущение частичного отрыва подошвы фундамента при особом сочетании нагрузок от грунта;

111.

112.

– допускается нарушение выполнения условия S ≤ Su
(S > Su) с возможностью повреждений конструкций
здания (без обрушения), не угрожающих безопасности
людей и сохранности оборудования, поэтому деформации оснований и фундаментов при особом сочетании нагрузок с учетом сейсмики не рассчитываются;

113.

– не допускается заглублять фундаменты в грунты
III категории по сейсмическим свойствам (см. выше),
для таких грунтов – предусматривать специальные
мероприятия по водопонижению, искусственному укреплению грунтового основания. В грунтах I и II категорий – глубина заложения назначается как для обычных фундаментов.

114.

Особенности расчета и конструирования свайных
фундаментов при сейсмическом воздействии:
– концы свай опирать на скальные, крупнообломочные грунты, плотные и средней плотности песчаные
грунты, твердые, полутвердые и тугопластичные
глинистые грунты;
– min глубина погружения свай в грунт – 4 метра (за
исключение опиранния на скальные грунты);

115.

– свайные фундаменты рассчитываются по I группе
ПС (см. выше) на особое сочетание нагрузок;
– несущая способность сваи определяется с учетом
её возможного снижения за счет образования зазора
между сваей и грунтом в её верхней части, а также
уменьшения сил трения по боковой поверхности и
снижения расчетного сопротивления грунта под
нижним концом сваи.

116.

Fd ,сейсм Fd Fd ,o Fd ,b Fd ,n ,
где Fd,сейсм – несущая способность сваи при сейсмическом воздействии;
Fd
– несущая способность сваи при статической нагрузке (без сейсмики);
ΔFd,о – часть несущей способности, теряемой при
образовании зазора между сваей и грунтом
вследствие сейсмического воздействия;
ΔFd,b – тоже за счет уменьшения сил трения по
боковой поверхности;
ΔFd,n – тоже за счет снижения сил сопротивления под нижним концом сваи.

117.

Fd ,сейсм Fd

118.

Мероприятия по повышению сейсмозащищенности
зданий и сооружений:
– обеспечение предельно возможной жесткости
надземных конструкций здания (армопояса, омоноличивание узлов сопряжения и т.п.);
– обеспечение разумной гибкости здания (податливость соединений и конструкций, шарнирное сопряжение элементов и т.п.);

119.

– создание надежных (жестких) конструкций фундаментов;

120.

121.

122.

– сейсмоизолирующие фундаменты.

123.

Конструктивные схемы (примеры)
сейсмоизолирующих фундаментов

124.

1. Фундаменты с грунтовой промежуточной подушкой
1.1. Столбчатые фундаменты

125.

1.2. Свайные фундаменты

126.

2. Фундаменты – катковые опоры

127.

3. Фундаменты с гибкими опорными элементами

128.

4. Фундаменты с выключающимися связями

129.

а1 << а2
f2 – частота свободных колебаний без разрушения СЭ;
f1 – тоже после разрушения СЭ.

130.

5. Фундаменты с резинометаллическими опорами

131.

Резинометаллическая опора

132.

6. Фундаменты с фрикционными опорами (опорами
трения)

133.

7. Фундаменты с подвесной системой

134.

8. Фундаменты с качающимися опорами (маятниковые опоры)

135.

Основания и фундаменты
под машины
с динамическими нагрузками

136.

Список литературы
1. Савинов О.А. «Современные конструкции фундаментов под машины и их расчет».
Издание 1 – М., СИ, 1959.
Издание 2 – М., СИ, 1964.
Издание 3 – Ленинград,
СИ, 1979.
2. СП 26.13330.2012. Актуализированная версия
СНиП 2.02.05-87 «Фундаменты с динамическими нагрузками». М., Минрегион России, 2011.

137.

Основные термины
и определения

138.

Колебания тела (фундамента) –
всякое изменение его положения относительно нулевой точки во времени.

139.

Амплитуда колебаний фундамента (тела) –
максимальное его отклонение от нулевой точки (положения равновесия), мм (мкм).

140.

Частота колебаний фундамента (тела) –
количество полных циклов колебаний за единицу времени, 1/сек, Гц.

141.

Классификация машин
с динамическими нагрузками

142.

1. Машины периодического действия:
а) равномерное вращение
(электродвигатели, моторгенераторы, турбоагрегаты, турбокомпрессоры и т.д.);

143.

Турбоагрегат геотермальный

144.

Электродвигатель

145.

б) равномерное вращение и связанное с ним возвратнопоступательное движение
(машины с кривошипношатунными механизмами, компрессоры, насосы, лесопильные рамы,
двигатели внутреннего сгорания);

146.

Лесопильная одноэтажная рама

147.

в) возвратно-поступательное движение, завершающееся непрерывно следующими один за другим ударами
(встряхивающие и вибрационно-ударные формовочные машины, применяемые в литейном производстве и в производстве сборных железобетонных
конструкций).

148.

2. Машины непериодического действия:
а) неравномерное вращение или возвратно - поступательное движение
(приводные электродвигатели
прокатных станов, генераторы
разрывных мощностей и т.д.);

149.

б) возвратно - поступательное движение, завершающееся ударами
(ковочные и штамповочные молоты, копровые устройства для
разделки металлического скрепа);

150.

Кузнечный молот

151.

в) движения, вызывающие перемещения масс обрабатываемого материала (случайные нагрузки)
(дробилки, мельничные установки).

152.

Щековая дробилка

153.

Определение
динамических нагрузок от машин
(в качестве примера,
машины с равномерным или неравномерным
вращением движущихся частей)

154.

155.

При расчетах r принимают равным:
– электромашины и генераторы
r = 0,35 мм
при n ≥ 750 об/мин;
r = 0,60 мм
при n = 500 ÷ 750 об/мин;
r = 0,80 мм
при n < 500 об/мин;
– турбоагрегаты:
r = 0,07 мм
при n = 1500 об/мин;
r = 0,03 мм
при n = 3000 об/мин.

156.

P m r ,
2
Q
m ,
g
2 n
0,105 n
60
2
или
,
T

157.

где
Р
– центробежная сила инерции;
m
– масса вращающейся части машины;
Q
– вес вращающейся части машины;
n
– число оборотов в минуту;
Т
– период колебаний;
ω
– угловая скорость, 1/сек.

158.

159.

Пути снижения центробежной силы инерции (Р):
статическая и динамическая балансировка
вращающегося вала (ротора)

160.

Конструкции
фундаментов
под машины

161.

1. Рамные фундаменты (под турбоагрегаты)

162.

163.

164.

2. Массивные фундаменты:
а) под компрессоры

165.

б) под ковочный молот

166.

3. Стеновые фундаменты:
а) под компрессоры

167.

б) под ковочный молот (коробчатые фундаменты)

168.

4. Фундамент – постамент

169.

5. Свайные фундаменты

170.

Принципы
расчета
фундаментов
под машины
(в соответствии со СНиП 2.02.05-87)

171.

1) Рср с 0 с1 R,
где γс0 – коэффициент условия работы, учитывающий
характер динамических нагрузок и ответственность машин
(γс0 = 0,5 – для молотов, формовочных машин,
γс0 = 0,8 – для дробилок, мельниц, компрессоров);
γс1 – коэффициент условия работы грунтового основания (γс1 = 1,0 или γс1 = 0,7);

172.

Рср – среднее давление под подошвой фундамента
на основание от расчетные статических нагрузок;
R – расчетное сопротивление основания.

173.

2) а аи ,
где а – наибольшая амплитуда колебаний фундамента, определяется расчетом;
например,
для машин с импульсной нагрузкой (молоты и т.п.):
аz
1 I
m z
,
аz – наибольшая амплитуда колебаний фундамента при импульсной нагрузке;

174.

I
– импульс силы ( I m0 v );
m – масса системы;
λz – частота свободных колебаний (собственных);
ε
– коэффициент восстановления удара;
ааии – максимально допустимая амплитуда колебаний фундамента, принимается по СНиП
2.02.05-87 (зависит от вида машины и частоты колебаний) или по тех.паспорту машины.

175.

Для машин с равномерным вращением:
n = 1000 ÷ 750 об/мин
аи = 0,06 ÷ 0,10 мм;
n = 750 ÷ 500 об/мин
аи = 0,10 ÷ 0,15 мм;
n < 500 об/мин
аи = 0,15 ÷ 0,20 мм.

176.

v1 = 20 км/ч;
v2 = 200 км/ч;
v3 = 1000 км/ч.

177.

Вышеизложенные требования (допуски) относятся к
колебаниям машин и их фундаментов.
Они распространяются и на другие объекты.

178.

1 – фундамент машины;
2 – обслуживающий персонал;
3 – фундамент под точное (прецизионное) оборудование;
4 – фундамент под точный прибор;
5 – фундамент каркаса здания;
6 – окружающие здания (жилая зона).

179.

Для рабочих мест, обслуживающего персонала (2)
и жилых зданий (6):
а ≤ [a],
v ≤ [v], → по санитарным нормам СН-245-71
ω ≤ [ω].
или ГОСТ 12.1.012-90
а
– амплитуда (перемещение), мм;
v
– скорость перемещений, мм/сек;
ω
– ускорение перемещений, мм/сек 2.

180.

Для фундаментов под точное оборудование
и приборы (3, 4):
а ≤ ад,
где а
– амплитуда колебаний прецизионного оборудования или виброчувствительного прибора;
ад – предельно-допустимая амплитуда колебаний,
зависящая от допуска на точность обработки детали или точность измерения.

181.

Для несущих конструкций зданий и
их фундаментов (5):
Мс + Мд ≤ Мвын.,
Nс + Nд ≤ Nвын.,

182.

где Мс , Nс
– соответственно, изгибающий момент
и сжимающая нагрузка в элементах
несущих конструкций от статических нагрузок;
Мд, Nд
– соответственно, изгибающий момент
и сжимающая нагрузка в элементах
несущих конструкций от динамических нагрузок;
Мвын., Nвын. – соответственно, расчетные изгибающий момент и сжимающая нагрузка (предельные) по прочности и
выносливости материала.