5 Розрахунок деформацій основ

5.2 Алгоритм і програма розрахунку осідань і кренів фундаментів

Програма складена у відповідності з основними положеннями норм [6] і передбачає визначення осідань (за методом пошарового підсумовування або шару скінченої товщини К. Є. Єгорова), кренів фундаментів, що спричинені зовнішніми навантаженнями, порівняння цих величин з гранично допустимими і коректування розмірів фундаменту у плані, якщо одержані при заданих розмірах осідання або крен перевищують гранично допустимі. Таким чином, у результаті розрахунків можна мати не тільки величини осідань і кренів, але і оптимальні розміри фундаменту, які відповідають критерію гранично допустимих деформацій.

Програма може бути використана для розрахунків стовпчастих, стрічкових та круглих фундаментів.

5.2.1 Підготовка початкових даних для введення в ЕОМ

Для розрахунку потрібні такі дані:

1. Розрахункове значення (з g_f = 1) вертикальної сили, прикладеної на рівні обрізу фундаменту, N, кН.

2. Довжина прямокутного фундаменту, l, м (для фундаментів інших типів ця величина вводиться у вигляді будь-якого числа).

3. Ширина прямокутного фундаменту, стрічкового фундаменту або діаметр круглого фундаменту, b, м.

4. Глибина закладання фундаменту від рівня планування, d, м.

5. Глибина закладання фундаменту від рівня природного рельєфу, d_n,м

6. Усереднене розрахункове значення питомої ваги ґрунтів вище підошви фундаменту, g_II′, кН/м³.

7. Гранична величина осідання фундаменту S_u.

8. Показник типу фундаменту, що приймається за рекомендаціями п.3.4.1.

9. Кількість шарів ґрунту з різними значеннями модуля деформації та питомої ваги нижче підошви фундаменту, n.

10. Відомості про кожний з цих шарів:

- потужність, h, м;

- розрахункове значення питомої ваги, g_II,i, кН/м³;

- модуль деформації, Е_i, кПа;

- коефіцієнт Пуассона, n_i;

- показник типу ґрунту IL, (для піщаних ґрунтів IL = 1, для глинистих IL = 2).

11. Показник методу розрахунку осідань (підсумовування IN = 1, при використанні метода шару скінченої товщини IN = 2).

12. При необхідності визначення крену фундаменту (для високих жорстких споруд) вводять додатково:

- розрахункове значення згинального моменту на рівні підошви фундаменту відносно осі х, М_х, kH×м (вибір напрямку осей здійснюється відповідно з п. 3.4.1);

- те ж саме, але відносно осі у, М_у, кН×м;

- граничне значення крену фундаменту, i_u.

5.2.2 Алгоритм розрахунку

1. Введення і перевірка початкових даних.

2. Підрахування площі підошви і тиску по підошві фундаменту в залежності від його типу.

3. Підрахування додаткового тиску по підошві фундаменту.

4. Розрахунок осідання фундаменту за заданим методом у відповідності з рекомендаціями [6].

При використанні методу пошарового підсумовування кожен з шарів з різним Е_i розбивається на елементарні шари товщиною 0,2 b.

Коефіцієнт затухання напруг по глибині визначається за формулами:

для прямокутних фундаментів:

де

- для круглих фундаментів

де m = 2z/b ;

z - відстань від підошви фундаменту до межі елементарних шарів, де визначається коефіцієнт a.

Положення нижньої межі товщі, що стискається, визначається за одною з умов s _zp < 0.2s _zg або s_zp £ 0,1s_zg у відповідності з вказівками [6].

При використанні методу шару скінченої товщини нижня межа товщі, що стискається, визначається положенням шару з модулем деформації Е>100 МПа або за формулами (5.9) і (5.10). Коефіцієнт затухання напруг з глибиною k_j визначається інтерполюванням таблиці 4 додатку 2 [6].

5. Порівняння одержаного значення осідання фундаменту з гранично допустимим. У випадку невиконання граничної нерівності  S £ S_u, розміри підошви фундаменту збільшуються і розрахунок осідання повторюється до виконання граничної нерівності.

6. Підрахування крену фундаменту за формулою (5.12). При цьому для визначення середніх значень модуля деформації і коефіцієнта Пуассона за формулами (5.13) і (5.14) використовуються проміжні результати розрахунку осідань (площа епюри напружень s_zp і величина осідання). Коефіцієнт k_l визначається інтерполюванням табл. 5 [6, дод. 2].

7. Порівняння одержаного значення крену фундаменту з гранично допустимим значенням. Якщо гранична нерівність і £ і_u не виконується, розміри підошви фундаменту збільшуються і розрахунок повторюється спочатку (включаючи розрахунок осідань) до виконання граничної нерівності.

8. На друк видаються значення осідання S, м, розмірів підошви і глибини товщі, що стискається (в метрах) за результатами першого етапу розрахунків (без розрахунку крену). Ці розміри задовольняють граничні нерівності S £ S_u тільки за осіданням.

Якщо передбачений розрахунок крену, то потім роздруковуються остаточні значення крену, осідання і розмірів фундаменту. Ці розміри задовольняють одночасно граничні нерівності S £ S_u, i £ i_u.

Примітки:

1. При наявності в межах товщі, що стискається,  ґрунту з Е ³ 100 МПа, який має потужність, достатню для використання при розрахунках осідань методом шару скінченої товщини, цей шар при введенні початкових даних повинен бути останнім. Шари, що лежать нижче цього шару ґрунту, не описуються.

2. Якщо попередня ширина фундаменту близька до 10 м, рекомендується підготувати два варіанти вихідних даних: з IN = 1; з IN =2. Якщо остаточний розмір ширини фундаменту буде більшим 10м, приймають варіант з IN = 2, а інакше з IN = 1.

3. Урахування зважувальної дії ґрунтових вод робиться таким чином. Якщо нижня межа товщі, що стискається, попадає очевидно нижче покрівлі водонепрохідного шару, то враховувати зважувальну дію води не треба.

Якщо положення нижньої межі товщі, що стискається, не визначене по відношенню до покрівлі водонепрохідного шару, то вихідні дані готуються у двох варіантах: з урахуванням і без урахування зважування, при цьому в першому випадку природних шарів буде на один більше (якщо рівень ґрунтових вод розташований у шарі, що зважується водою), тому що шар, у якому розташований рівень ґрунтових вод, розділяється цим рівнем на два природних шари (з різною питомою вагою).

Якщо нижня межа товщі, що стискається, буде за розрахунком вища водонепрохідного шару, треба прийняти перший варіант, а інакше - другий.