2.5. Расчет фундамента на устойчивость против опрокидывания и
,
где и
– моменты соответственно опрокидывающих и удерживающих сил относительно оси возможного поворота (опрокидывания) конструкции, проходящий по крайним точкам опирания, кН·м;
–коэффициент условий работы, принимаемый при проверке конструкции, опирающихся на отдельные опоры, для стадии строительства равным 0,95; для стадии постоянной эксплуатации равным 1,0; при проверке сечений бетонных конструкций и фундаментов на скальных основаниях, равным 0,9; на нескальных основаниях – 0,8;
–коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,1 при расчетах для стадии постоянной эксплуатации и 1,0 при расчетах для стадии строительства.
Опрокидывающие силы следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке, большим единицы.
Удерживающие силы следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке для постоянных нагрузок < 1, для временной вертикальной подвижной нагрузки от подвижного состава железных дорог, метрополитена и трамвая
=1.
При расчете фундаментов опор мостов на устойчивость против сдвига по основанию сила стремится сдвинуть фундамент, а сила трения его о грунт
(по подошве фундамента) сопротивляется сдвигу. Сила
равна
,
где – коэффициент трения фундамента по грунту.
В соответствии с требованиями СНиП 2.05.03 –84 устойчивость конструкций против сдвига (скольжения) следует рассчитывать по формуле
,
где – сдвигающая сила, кН, равная сумме проекций сдвигающих сил на направление возможного сдвига;
–коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,9;
–коэффициент надежности по назначению сооружения, принимае
–удерживающая сила, кН, равная сумме проекций удерживающих сил на направление возможного сдвига.
Сдвигающие силы следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке, большим единицы, а удерживающие силы – с коэффициентом надежности по нагрузке, указанные выше.
В качестве удерживающей горизонтальной силы, создаваемой грунтом, допускается принимать силу, значение которой не превышает активного давления грунта.
При расчете фундамента на сдвиг принимают следующие значении коэффициентов трения кладки по грунту:
Таблица 2.5.1. — Значении коэффициентов трения
Глины во влажном состоянии
Расчет фундамента на опрокидывание
Добрый день.
Подскажите пожалуйста учитывается ли момент от внешних сил в расчете фундамента на опрокидывание или только горизонтальная сила.
Если учитывается то как.
Фундамент под дымовую трубу в несущей металлической башне (фундамент общий массивный на него опирается и труба и башня).
Есть нагрузки на верхний обрез фундамента (взяты по серии) М, N. Q.
Конструкция фундамента будет выполнена не по серии потому возникла необходимость проверить фундамент на опрокидывание в связи с изменившимися габаритами.
Заранее спасибо за помощь.
Просмотров: 22934
Регистрация: 23.09.2007
Сообщений: 4,370
Вертикальная сила удерживает, горизонтальная опрокидывает
Регистрация: 07.01.2014
Сообщений: 3,489
сигма = +/-(M/W)+(N/A)+/-(Q*h/W)
Регистрация: 15.04.2011
Сообщений: 59
Сообщение от igr
Вертикальная сила удерживает, горизонтальная опрокидывает
Вопрос в том опрокидывающий момент это Мопр=М+Q x h или Мопр=Q x h где М это момент от внешних сил на верхнем обрезе фундамента
Регистрация: 10.02.2007
Сообщений: 1,077
Сообщение от guliya
Вопрос в том опрокидывающий момент это Мопр=М+Q x h или Мопр=Q x h где М это момент от внешних сил на верхнем обрезе фундамента
А что такое h, по вашему? Откуда она взялась у вас вдруг?
Ниже картинка для наглядности работы фундамента на опрокидывание.
Регистрация: 15.04.2011
Сообщений: 59
Сообщение от UnAtom
А что такое h, по вашему? Откуда она взялась у вас вдруг?
h взялось из примера в прикрепленном файле
если я правильно поняла вашу картинку то опрокидывающий момент это ветер приведенный к сосредоточенной силе и умноженный на расстояние до подошвы фундамента?
опрокидывание.pdf (34.7 Кб, 3552 просмотров) |
Регистрация: 10.02.2007
Сообщений: 1,077
Сообщение от guliya
h взялось из примера в прикрепленном файле
Ну так в примере всё написано и нарисовано наглядно. В чём ещё могут быть вопросы? Или вы подтвердить информацию в примере на форуме хотите? Так сказать, второй источник информации.
Подтверждаю, что в вашем случае Опрокидывающий момент будет равен сумме момента в уровне обреза M и произведения Q*hф
Сообщение от guliya
если я правильно поняла вашу картинку то опрокидывающий момент это ветер приведенный к сосредоточенной силе и умноженный на расстояние до подошвы фундамента?
Так точно. Применительно к вашему случаю я мог бы его расписать так:
Mопр = Pw*(L-hф)+Pw*hф , где первое слагаемое — момент в уровне обреза фундамента.
Регистрация: 09.07.2007
Тутошние мы.
Сообщений: 6,082
Сообщение от guliya
Есть нагрузки на верхний обрез фундамента (взяты по серии) М, N. Q.
Конечно, надо считать на это всё.
Максимум, что могло бы условно убраться, это поперечная сила, если бы фундамент был бы нулевой толщины. Она бы сдвиг давала, но не опрокидывание.
Конечно, если я верно понял ваш вопрос и расчётную схему.
Инженер-проектировщик КМ, КЖ
Регистрация: 28.05.2017
Сообщений: 843
Странно, что все кинулись дать совет от какого момента считать фундамент под дымовую труду (. на секундочку. ) на опрокидывание относительно угловой крайней точки
А как насчет метода по которому грамотные инженеры работают? (расчеты по 1 и 2 ГПС)
Какое опрокидывание, это на 2 курсе только такими методами считать на уроках теоретической механики.
Впрочем, какой вопрос, такой и ответ.
__________________
«Не будь теории упругости, сопромат напоминал бы удручающий свод прочностных нормативов»
Регистрация: 15.04.2011
Сообщений: 59
Сообщение от UnAtom
Ну так в примере всё написано и нарисовано наглядно. В чём ещё могут быть вопросы? Или вы подтвердить информацию в примере на форуме хотите? Так сказать, второй источник информации.
Подтверждаю, что в вашем случае Опрокидывающий момент будет равен сумме момента в уровне обреза M и произведения Q*hф
Так точно. Применительно к вашему случаю я мог бы его расписать так:
Mопр = Pw*(L-hф)+Pw*hф , где первое слагаемое — момент в уровне обреза фундамента.
Спасибо за помощь просто в вашей картинке я не увидела учета момента.
Pw как я поняла это ветровая нагрузка приведенная к сосредоточенной
Mопр = Pw*(L-hф)+Pw*hф=Pw*L где здесь учет и срезывающей силы и момента?
а информацию хотела уточнить потому что подавляющем большинстве примеров расчета в исходных условиях нет момента а есть только сила Q
Регистрация: 09.07.2007
Тутошние мы.
Сообщений: 6,082
Сообщение от Виkтор
Какое опрокидывание, это на 2 курсе только такими методами считать на уроках теоретической механики.
Если как плиту на упругом основании или вовсе в расчётной программе, почему бы и нет?
Регистрация: 15.12.2006
С.-Петербург
Сообщений: 359
Просто соблюдайте конструктивные требования и никакого опрокидывания не будет. А конкретно для давления под подошвой σ(min)>=0.25σ(max)
Вячеслав А |
Посмотреть профиль |
Найти ещё сообщения от Вячеслав А |
Инженер-проектировщик КМ, КЖ
Регистрация: 28.05.2017
Сообщений: 843
Сообщение от Дмитррр
Если как плиту на упругом основании или вовсе в расчётной программе, почему бы и нет?
Если в расчетной программе, то вышеизложенной проверки (опрокидывание относительно угловой крайней точки) там нет и быть никак не может. Не может в силу того, что упомянутое Вами упругое основание в каждом конкретном случае уникально и выражается через коэффициент постели C1/C2.
То есть, если даже откинуть расчетные программы и считать по выше обсуждаемой тОпорной методике, то точка опрокидывания в каждом конкретном случае будет в конкретном месте, но во всех (практически) случаях, не в углу. Исключение=очень жесткая скала+упор от сдвига — то есть условия совершенно нереальные.
Если нет времени или возможности считать по нормальному, хотя бы сдвигайте точку опрокидывания к центру на какую-то, определенную чутьем и страхом, величину
Сообщение от Вячеслав А
Просто соблюдайте конструктивные требования и никакого опрокидывания не будет. А конкретно для давления под подошвой σ(min)>=0.25σ(max)
Это более правильное заключение, которое сразу надо выкатывать расчетчикам, как ТС.
__________________
«Не будь теории упругости, сопромат напоминал бы удручающий свод прочностных нормативов»
Регистрация: 07.01.2014
Сообщений: 3,489
Сообщение от guliya
а информацию хотела уточнить потому что подавляющем большинстве примеров расчета в исходных условиях нет момента а есть только сила Q
Зачем Вам примеры, если есть СП 22 «Основания и фундаменты», раздел 5.6, рисунок 5.1 и конкретный пункт 5.6.27 с пояснением после рисунка?
(для версии 2011 года, есть более новая, какие там номера этих пунктов — не знаю)
Инженер-проектировщик КМ, КЖ
Регистрация: 28.05.2017
Сообщений: 843
Добавлю, что кроме расчета по деформациям (раздел 5.6) есть еще и проверка по 1 ГПС. Устойчивость фундамента против сдвига (плоского или глубинного ну или, что редко — смешанного).
Так вот чем хорош предложенный Вам вариант с треугольной или трапециевидной эпюрой, что расчет фундаментов на опрокидывание актуален исключительно в случаях, когда равнодействующая выходит за ядро сечения подошвы фундамента. И при соблюдении нормируемых ограничений условий эпюры давления по подошве, устойчивость против опрокидывания обеспечивается автоматически.
Подчеркиваю, что речь идет о нормальных, если так можно выразиться, условиях, не перечисленных в п.5.1.9 СП 22.13330.2011 (2016). В случае наличия перечисленных условий рекомендую отложить в сторону примеры и скачать пару советских классических прикладных учебников по ОиФ — без обид
__________________
«Не будь теории упругости, сопромат напоминал бы удручающий свод прочностных нормативов»
Расчет на опрокидывание здания
Когда отношение высоты здания к его размерам в плане велико, а также существует большая податливость основания, то под действием ветровых и сейсмических нагрузок возможно опрокидывание здания. Расчет на опрокидывание здания очень важен, так как напрямую связан с конструктивной безопасностью здания в целом.
«Нормы строительства и проектирования многоэтажных железобетонных конструкций» (JZ 102-79) рекомендуют при расчете на опрокидывание здания придерживаться следующего отношения удерживающего момента MR к опрокидывающему Mov:
«Правила строительства и проектирования многоэтажных железобетонных конструкций» (JGJ 3-91) тот же расчет ведут по условию:
«Строительные нормы сейсмостойкого проектирования» ( GB 50011-2001) предписывают при сочетании нагрузок, в которые входят сейсмические воздействия, коэффициенты сочетания принимать равными 1,0. Для многоэтажных зданий с отношением высоты к ширине больше 4 не допускается отрицательное давление под подошвой фундамента, а также области с нулевым давлением. В остальных зданиях область нулевого давления не должна превышать 15% площади фундамента.
Согласно «Технической инструкции по проектированию конструкций высотных зданий» (JGJ 3-2002) для зданий с отношением высоты к ширине больше 4 в основании фундаментов не должно быть области нулевых напряжений; для зданий с отношением меньше 4 область нулевых напряжений допускается не более 15% площади фундамента.
Схема фундамента
1 — верхняя часть; 2 — подвал; 3 — расчетная точка сопротивления опрокидывающему моменту; 4 — нижняя грань фундамента
- Опрокидывающий и удерживающий моменты
Пусть площадь воздействия момента опрокидывания является площадью его основания, а сила воздействия — горизонтальном сеисмическои нагрузкой или горизонтальной ветровой нагрузкой:
где Mov — опрокидывающий момент; Н — высота здания; С — глубина подвала; V0 — суммарные значения горизонтальной силы.
Удерживающий момент вычисляется в краевых точках от воздействия суммарных нагрузок:
где МR — удерживающий момент; G — суммарные нагрузки (постоянные нагрузки, ветровые и снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением); В — ширина подвала.
- Регулирование удерживающего момента и область нулевых напряжений в основании фундамента
К расчету удерживающего момента
Предполагаем, что линии действия суммарных нагрузок проходят через центр основания здания (рис. 2.1.4). Расстояние между этой линией и равнодействующей эпюрой напряжений основания e0, длина области нулевых напряжений В-х, отношения длины области нулевых напряжений и длины основания (В — х)/В определяются по формулам:
Из формул получено отношение площади области нулевых напряжений и площади основания для безопасного удерживающего момента.
Зоны нулевого напряжения основания и условие опрокидывания конструкций
Соотношение моментов (MR/Mov)
Рассчитываем фундамент на опрокидывание
Давно известно, что надежность здания зависит не только от правильного выбора фундамента, качественных стройматериалов, профессиональных работников, но и от определения грунтов на участке и соответствующий расчет нагрузок.
Сведения и задачи для расчетов
Стройка начинается с расчета. Это первое правило строительства и неважно, идет речь о жилом 9-этажном доме или хижине дяди Тома, к примеру. Для расчетов необходимы данные. Сбор сведений – такая же ответственная работа, как и проведение расчетов. Данные собираются по-разному. Это могут быть динамические или статические испытания, а зачастую параметры и значения из таблиц.
Для проектирования фундаментов нужны такие сведения:
- выкладки инженерно-геологических работ;
- характеристика здания – назначение, конструкционные решения, технология строительства;
- какие силы и нагрузки действуют на фундамент;
- наличие близкорасположенных фундаментов и воздействие на них возводимого здания.
Все указания по расчетам оснований зданий и сооружений приведены в одноименном СП 22.13330.2011, актуализированной версии СНиП 2.02.01-83.
При расчетах определают:
- каким будет основание;
- тип, конструкцию, материал и размер фундамента;
- работы по уменьшению влияния деформаций;
- мероприятия для ослабления изменений близлежащих фундаментов.
Расчет оснований
Основополагающим в расчетах является условие, что несущая способность грунтов вычисляется вместе со всеми элементами сооружения.
Разработкой должна быть решена задача обеспечение их устойчивости в любых проявлениях неблагоприятных вариантов нагрузок и воздействий. Ведь потеря устойчивости оснований соответственно повлечет деформацию, а, возможно, и разрушение всего или части здания.
Проверке подвергаются такие вероятные потери устойчивости:
- сдвиг грунтов основания вместе с фундаментом;
- плоский сдвиг сооружения по соприкосновению: подошва сооружения – поверхность грунта;
- смещение фундамента по какой-либо из его осей.
Помимо нагрузок и других сил, действующих на конструкции, устойчивость здания зависит от глубины заложения, формы, размера подошвы фундамента.
Применение метода предельных состояний
Расчетная схема определения нагрузок достаточно разнообразна и специфична для каждого объекта. На разных этапах до 1955 г. существовали разные методы расчета конструкций: а) допускаемых напряжений; б) разрушающих нагрузок. С момента указанной даты расчеты ведутся по методу предельных состояний. Его особенностью является наличие целого ряда коэффициентов, учитывающих предельную прочность конструкций. Когда такие конструкции перестают отвечать требованиям эксплуатации, их состояние называется предельным.
Упомянутыми СП и СНиП устанавливаются следующие предельные состояния оснований:
- по несущей способности;
- по деформациям.
По несущей способности входят состояния, при которых основание и сооружение не соответствуют эксплуатационным нормам. Это может быть лишение ими устойчивого положения, обрушение, разного рода колебания, избыточные деформации, как пример: оседание.
Вторая группа объединяет состояния, которые затрудняют эксплуатацию конструкций или снижают ее срок. Здесь могут иметь место опасные смещения – осадка, крен, прогибы, появление трещин и т. п. Расчет по деформациям выполняется всегда.
Основания рассчитываются по первой группе в таких ситуациях:
- при наличии горизонтальных нагрузок – подпорная стена, работы по углублению подвала (реконструкция), фундаменты распорных сооружений;
- расположение объекта вблизи котлована, откоса или подземной выработки;
- основание состоит из увлажненных или жестких грунтов;
- сооружение находится в перечне по I уровню ответственности.
Расчет нагрузок
Проектированием учитываются все виды нагрузок, возникающих на этапах строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Порядок их нормативных и расчетных значений установлен в СП 20.13330.2011, обновленной версии СНиП 2.01.07-85.
Нагрузки классифицируются по длительности воздействия, и бывают постоянными или временными.
В постоянные нагрузки входят:
- вес элементов и конструкций зданий;
- вес насыпных грунтов;
- гидростатическое давление грунтовых вод;
- предварительно напряженные усилия, например: в железобетоне.
Диапазон временных нагрузок более широк. Можно сказать, что к ним относятся все остальные, не вошедшие в постоянные.
Как правило, на основание или конструкцию действует несколько сил, поэтому расчеты предельных состояний выполняются по критическим сочетаниям нагрузок или соответствующим усилиям. Такие сочетания проектируются при анализе состава одновременного приложения различных нагрузок.
По составу нагрузок различаются:
- основные сочетания, куда входят постоянные, длительные и кратковременные нагрузки:
- особые сочетания, где помимо основных действует одна из особых нагрузок:
Расчет устойчивости фундаментов
Пока лишь только поверхностно ознакомившись с методом предельных состояний, можно представить объем информации и количество расчетов, необходимых для правильного проектирования фундаментов. Здесь нет места ошибкам и оплошностям, ведь речь идет о безопасности не только строителей, но и жильцов или рабочих. И хотя риски массового строительства и индивидуального несопоставимы, малейшие сомнения должны побудить застройщика обратиться к проектировщикам.
Сложный расчет подошвы фундамента на опрокидывание начинается с проверки несущей способности основания. В первую очередь необходимо проверить условие:
На разных грунтах сила предельного сопротивления основания будет разной. Для скальных грунтов ее вычисляют таким образом:
На увлажненных грунтах она определяется из равенства между соотношениями нормальных и касательных напряжений в поверхностях скольжения.
Проверка на сдвиг по подошве
Необходимо из всех возможных поверхностей скольжения найти наиболее опасную, и для нее обеспечить равновесие сил: сдвигающих и удерживающих. Проверочными действиями охватываются сочетания нагрузок и различные воздействия. Для каждого случая вычисляется предельная нагрузка.
Обязательным условием расчетов является построение схем и чертежей (на заданную ось или относительно основания), позволяющих определить равенство сил или моментов. В схемах указываются:
- нагрузки от здания;
- вес грунта;
- сила трения по критической поверхности скольжения;
- сила фильтрационного давления.
Поскольку плоский сдвиг по подошве возможен в ситуации, когда механическое взаимодействие грунта и подошвы фундамента путем сцепления меньше горизонтального давления, необходимо произвести расчеты сил на сдвиг и сдерживающих сил. Проверка фундамента на устойчивое положение заключается в соблюдении условия:
где Q1 – составляющая расчетных нагрузок на фундамент, параллельная плоскости сдвига, кН; Еа и Ер – составляющие равнодействующих активного и пассивного давления грунта на боковые грани фундаментов, параллельные плоскости сдвига (кН); N1 – сумма расчитанных нагрузок по вертикали (кН); U – гидростатическое противодавление (кН); b, l – параметры фундамента (м); c1, f – коэффициенты грунтов: сцепления и трения.
Если условие не соблюдается, то сопротивление сдвигу можно увеличить, повышая коэффициент трения. Тогда под фундамент нужно готовить гравийно-песчаную подушку. Посмотрите видео, как сделать песчаную подушку для увеличения устойчивости фундамента.
Сдвиг по подошве обычно происходит на мало сжимаемых грунтах. Зачастую наблюдается глубинный сдвиг внутри грунтового массива.
Проверка на опрокидывание
Это последний этап проведения расчета на опрокидывание. Он скорее формальный, поскольку опрокидывание по одной из граней подошвы может быть вероятным при строительстве на жестком основании – скальных грунтах. В отличие от них сжимаемые основания предрасположены к возникновению кренов, тогда точка вращения смещается к центру фундамента.
В любом случае должно подтверждаться правило, что момент устойчивости сильнее опрокидывающего момента. Проверкой устанавливается следующая закономерность:
Пример
Проверка устойчивости ограждающей бетонной стены. Условия примера: ширина подошвы – 2,1 м, высота – 2 м. Одна сторона засыпана грунтом вровень со стеной: q=10 кН/м2, γ1 =18 кН/м3, φ1=16º.
Действие вертикальной нагрузки N1=400 кН/м, горизонтальной – Т1,1=120 кН/м.
- Необходимо провести проверку на сдвиг.
Вычисляются нагрузки, действующие на стену. Помимо указанных в условии примера, дополнительно действует горизонтальная сила от пригруза и засыпки. Она определяется по формуле:
Высчитывается собственный вес бетонной стены (плотность 25 кН/м3):
Теперь рассчитаем вес грунта на обрезах:
Рассчитывается сдвигающая сила по формуле:
Теперь удерживающая сила (коэффициент трения 0,45)
Для проверки истинности выражения (12.5) нужно взять коэффициент условий работы и коэффициент надежности (для сооружений III уровня ответственности – 1,1).
Подставляя данные 151,4≤1*221,9/1,1=201,7, получаем результат, что сила трения больше сдвигающей силы, следовательно, устойчивость обеспечивается.
- Второй стадией проводится проверка на опрокидывание.
Выявляются горизонтальные силы, их положение относительно подошвы фундамента:
Вычисляется опрокидывающий момент, действующий от горизонтальных сил:
Вертикальные силы создают момент устойчивости относительно выбранной точки подошвы фундамента:
Проверку на опрокидывание можно вывести по коэффициенту устойчивости фундамента
Данная стена является устойчивой.