ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
им. Н.М. ГЕРСЕВАНОВА

МОСКВА

СТРОЙИЗДАТ

1975

Рекомендации по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах. М., Стройиздат, 1975, 30 с. (Научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова).

Рекомендации составлены на основе исследований, выполненных в НИИ оснований и подземных сооружений Госстроя СССР и других научно-исследовательских институтов страны, а также на основе обобщения опыта работы ведущих проектных организаций и передового зарубежного опыта.

При разработке Рекомендаций учтены материалы, представленные в НИИ оснований институтами ЦНИИПромзданий , Фундаментпроект, Казахский Промстройниипроект, Красноярский Промстройниипроект, Дальневосточный Промстройниипроект.

Рекомендации разработаны лабораторией динамики грунтов НИИ оснований (д.т.н. Д .Д . Баркан , к.т.н. М . Н . Голуб цова , к.т.н. В .А . Ильичев , инж. Ю .В . Монголов , к.т.н. Л .Р . Ставни цер , к.т.н. В .М . Шаевич , к.т.н. О .Я . Шехтер ).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации составлены в развитие раздела «Основания, фундаменты и стены подвалов» главы СНиП II-А.12-69 «Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования», главы СНиП II -15-74 «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования», главы СНиП II -Б.5-67* «Свайные фундаменты. Нормы проектирования». Рекомендации распространяются на проектирование оснований и фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах.

1.2. Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов производится с учетом положений главы СНиП II-А.12-69 «Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования».

1.3. Определение интенсивности землетрясений в районе строительства и уточнение сейсмичности площадки строительства в зависимости от гидрогеологических условий выполняется на основании пп. 1.4 - 1.7 СНиП II-А.12-69.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ С УЧЕТОМ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

2.1. Предварительные размеры фундаментов и глубина заложения их подошвы определяются без учета сейсмических воздействий на основании требований главы СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования». Последующее уточнение размеров фундаментов с учетом сейсмических нагрузок осуществляется расчетом несущей способности оснований в соответствии с указаниями раздела .

2.10. При просадочных и набухающих грунтах следует предусматривать мероприятия по укреплению оснований в соответствии с указаниями, приведенными в нормах проектирования оснований и фундаментов на просадочных и набухающих грунтах, и конструктивные мероприятия, обеспечивающие совместную работу фундаментных блоков.

3. РАСЧЕТ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЙ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

3.1. Расчет несущей способности основания производится на особое сочетание расчетных нагрузок, которое определяется в соответствии с требованиями главы СНиП II-6-74 «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования» и главы СНиП II-А.12-69 «Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования».

Примечан ие . Особое сочетание нагрузок составляется из постоянных, длительных, отдельных кратковременных и одной из особых нагрузок, в качестве которых в данном случае учитываются сейсмические воздействия. При этом не рассматриваются другие виды особых нагрузок и воздействий (нагрузки, вызываемые резким нарушением технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования; воздействия неравномерных деформаций оснований при замачивании просадочных грунтов или при оттаивании вечномерзлых грунтов; воздействия деформации земной поверхности в районах горных выработок и карстовых районах).

3.2. Целью расчета несущей способности оснований при особом сочетании нагрузок является обеспечение их прочности в случае скальных грунтов и устойчивости в случае нескальных грунтов, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Выполнение этих условий предусматривает сохранность строительных конструкций, выход из строя которых угрожает обрушением здания или его частей. При этом возможны повреждения элементов конструкций, не угрожающих безопасности людей или сохранности ценного оборудования. Деформации основания (абсолютные и неравномерные осадки, крены) могут превышать предельные значения, допустимые при основном сочетании нагрузок, и поэтому при особом сочетании нагрузок с учетом сейсмических воздействий расчету не подлежат.

3.3. Расчет несущей способности оснований производится на основе условия

Рис. 1. Эпюра предельного давления под подошвой фундамента

Рис. 2. Графики для коэффициентов в формулах () и ()

p b - определяется по формуле (), но для фундамента, имеющего условную ширину b c .

3.9. При одновременном действии на фундамент системы сил и моментов во взаимно перпендикулярных вертикальны х плоскостях расчет несущей способности основания на особое сочетание нагрузок производится раздельно на действие сил в каждом направлении независимо друг от друга.

3.10. Расчет прочности фундаментов производится в соответствии с нормативными документами для несейсмических районов на действие основного и особого сочетания расчетных нагрузок. При этом эпюры напряжений под подошвой жестких фундаментов принимаются в трапецеидальной или треугольной форме, а для гибких определяются методом статического расчета балок и плит на упругом основании.

3.11. При расчете фундаментов с учетом сейсмических воздействий при наличии длительно действующих горизонтальных нагрузок в основном сочетании следует производить дополнительную проверку здания на опрокидывание и сдвиг по подошве фундамента. В последнем случае учитывается трение подошвы фундамента о грунт в соответствии с указаниями СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений».

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

4.1. Проектирование свайных фундаментов для сейсмических районов выполняется в соответствии с главами СНиП II-Б.5-67* «Свайные фундаменты. Нормы проектирования», СНиП II-Б.6-66 «Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования», «Руководством по проектированию свайных фундаментов» (Стройиздат, М., 1971), «Руководством по проектированию свайных фундаментов зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах» (Стройиздат, М., 1969) с учетом настоящих Рекомендаций.

Примечан ие . Проектирование свайных фундаментов с промежуточной подушкой выполняется в соответствии с «Рекомендациями по проектированию свайных фундаментов с промежуточной подушкой для зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах» (изд-во ЦК КП Молдавии, Кишинев, 1974).

4.2. Целесообразность применения свайных фундаментов в сейсмических районах, а также выбор конструкции свай и ростверка решается проектной организацией на основе технико-экономического анализа, учитывающего сейсмичность и грунтовые условия строительной площадки, назначение здания и условия его эксплуатации.

4.3. Производство работ по погружению свай в различные грунты и приемка работ осуществляются в соответствии с правилами для несейсмических районов, при этом разворот квадратных и прямоугольных свай в плане относительно продольных и поперечных осей здания не допускается, а приемка свай, не добитых до проектной отметки, разрешается, если величина заглубления сваи в грунт составляет не менее 4 м и обеспечивается принятая в проекте несущая способность сваи на вертикальные и горизонтальные нагрузки с учетом сейсмических воздействий.

4.4. При проектировании свайных фундаментов рекомендуется предусматривать опирание нижних концов свай на скальные породы, крупнообломочные грунты с песчаным заполнением, плотные маловлажные песчаные грунты, твердые и полутвердые глинистые грунты.

R н - нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по указаниям пп. 5.4 и 5.5 СНиП II-Б.5-67*;

F - площадь опирания на грунт сваи;

u - периметр поперечного сечения сваи;

f i н - нормативное сопротивление i -го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, определяемое по указаниям пп. 5.4 и 5.5 СНиП II -Б.5-67*, учитывается, начиная с глубины h ;

l i - толщина i -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;

h - глубина, до которой не учитывается сопротивление грунта на боковой поверхности сваи; для свай с глубиной погружения l ≤ 5 м принимается h = l ; для свай с глубиной погружения l > 5 м принимается h = 4/α (но не менее 3 и не более 6), где α - коэффициент упругой деформации, определяемый по указаниям пп. и ;

l - глубина погружения сваи в грунт.

Таблица 2

Примечание . Для видов грунтов, не указанных в табл. , разрешается значения коэффициентов m c и m ci принимать по результатам испытаний свай имитированными сейсмическими воздействиями.

m - коэффициент условий работы, принимаемый m = 0,8.

4.15. Распределение нагрузок между сваями, а также определение внутренних усилий в сваях и давления, оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай, выполняется методами строительной механики в соответствии с конструктивной схемой сооружения и ростверка.

Горизонтальную нагрузку разрешается принимать равномерно распределенной на все сваи в пределах отдельного фундамента, если конструкция, размеры, а также условия сопряжения голов с ростверком и опирания нижних концов всех свай одинаковы. Вертикальную нагрузку на каждую сваю можно определять в соответствии с указаниями п. 9.5 СНиП II-Б.5-67*.

4.16. Проверка сечений железобетонных свай и свай-оболочек по сопротивлению материала (по первому предельному состоянию) на совместное действие расчетных усилий (нормальной силы, изгибающего момента и поперечной силы) должны производиться в соответствии с главой СНиП II-В.1-62* «Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования» как для внецентренно сжатого или растянутого элемента.

4.17. Для свай, защемленных в низкий ростверк, величину максимальных значений изгибающего момента M изг макс и поперечной силы Q макс от действия расчетных (при особом сочетании) нагрузок можно определять соответственно по формулам:

H - расчетная горизонтальная сила на одну сваю в уровне подошвы находящегося на грунте ростверка;

P - расчетная вертикальная сжимающая нагрузка на одну сваю.

4.18. Проверку устойчивости сваи или сваи-оболочки по условию ограничения давления, оказываемого на грунт боковыми поверхностями, рекомендуется производить в соответствии с п. 6 приложения 7 «Руководства по проектированию свайных фундаментов», принимая расчетное значение угла внутреннего трения пониженным на величину Δφ, определяемую так же, как и в формуле () п. настоящих Рекомендаций.

Проведение расчета на устойчивость не требуется для свай и свай-оболочек с размерами сторон поперечного сечения b ≤ 0,6 м, погружаемых на глубину более 10 b , за исключением случаев погружения в илы, рыхлые пески или глинистые грунты текучепластичной и текучей консистенции.

4.19. Для свай, защемленных в низкий ростверк, величину максимального давления σ z макс , оказываемого боковой поверхностью сваи на грунт от действия расчетных (при особом сочетании) нагрузок, следует определять для глубины z = 1,2/α по формуле

(20)

где α, H , E , J , P - значения те же, что и в формуле ();

b c - диаметр круглого, сторона квадратного или прямоугольного (в плоскости, перпендикулярной действию горизонтальной нагрузки) сечения сваи.

4.20. Если количество свай, рассчитанных на вертикальные нагрузки, недостаточно для восприятия расчетных (при особом сочетании нагрузок) горизонтальных сил, возможно применение дополнительных свай, длина которых, удовлетворяя требованиям п. , может быть меньше основных и определится только расчетом на горизонтальную нагрузку.

4.21. Несущая способность P в c сваи на вертикальную нагрузку с учетом сейсмических воздействий по результатам полевых исследований определяется по формуле

(21)

где P c и P - расчетные значения несущей способности сваи на вертикальную нагрузку соответственно с учетом и без учета сейсмических воздействий;

P ис - несущая способность сваи, определяемая одним из способов в соответствии с пп. 6.2, 6.3, 6.4 или 6.6 главы СНиП II-Б.5-67* по данным забивки, результатам испытаний вдавливающей статической нагрузкой, по данным статического зондирования или погружения при помощи вибропогружателя.

4.22. Несущая способность на горизонтальную нагрузку свай, защемленных в ростверк, на основании полевых исследований определяется по результатам испытаний свайных фундаментов горизонтальной статической нагрузкой с одновременным загружением ростверка вертикальной нагрузкой, соответствующей нагрузке от здания или сооружения.

4.24. Для свай в просадочных грунтах, когда замачивание основания неизбежно (мокрый технологический процесс или повышение уровня грунтовых вод), испытания свай вертикальной и горизонтальной нагрузкой должны производиться после предварительного замачивания грунта, осуществляемого в соответствии с «Руководством по проектированию свайных фундаментов зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах».

4.25. Несущая способность сваи на вертикальную и горизонтальную нагрузки, определенная по результатам испытаний, должна быть проверена расчетом по условию сопротивления материала сваи и ограничения давления, оказываемого на грунт боковыми поверхностями сваи в соответствии с п. 6.1* главы СНиП II-Б.5-67* и п. настоящих Рекомендаций. При этом в расчетах значения коэффициента упругой деформации a принимаются по результатам полевых испытаний.

4.26. В необходимых случаях проводятс я испытания свайных фундаментов имитированными сейсмическими воздействиями по специальной программе, разрабатываемой с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства, расчетной сейсмичности проектируемого здания или сооружения и действующих на фундаменты нагрузок.

5. УЧЕТ УПРУГОЙ ПОДАТЛИВОСТИ ОСНОВАНИЯ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПЕРИОДОВ СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

5.1. Настоящие Рекомендации распространяются на все типы зданий и сооружений, расчетная схема которых может быть представлена в виде консольного стержня либо с равномерно распределенной массой по высоте, либо с различным числом равных сосредоточенных масс, включая массу фундамента (рис. ).

Рис. 3. Расчетная схема здания

а - с равномерно распределенной массой; б - с « n » сосредоточенными равными массами

Рис. 4. Значения коэффициента ξ 1

Рис. 5. Значения коэффициента ξ 2 для зданий с равномерно распределенной массой и с числом сосредоточенных масс больше 2

5.2. Учет упругой податливости основания при определении периодов свободных колебаний зданий и сооружений для первых двух тонов производится по формуле

(23)

где T i ∞ - период свободных колебаний i -го тона для зданий и сооружений с абсолютно-жесткой заделкой в основании;

T i - то же, с учетом упругой податливости основания;

ξ i - коэффициент упругой податливости основания, определяемый для первых двух тонов колебаний по графикам на рис. - в зависимости от параметров u , υ и λ (см. п. ).

Рис. 6. Значения коэффициента ξ 1 для зданий с двумя сосредоточенными массами

Примечан ие . Величина ξ i для промежуточных значений υ и λ определяется по графической интерполяции сначала по υ, а затем по λ. Цифры, показанные на графиках справа, соответствуют ξ i при u → ∞.

E , G - соответственно модуль упругости и модуль сдвига материала стен;

F , J - соответственно площадь и момент инерции относительно продольной оси поперечного сечения стен здания;

H - высота здания от планировочной отметки;

k 1 , γ пр - коэффициенты, учитывающие соответственно влияние формы сечения и проемности стен и определяемые в соответствии с «Инструкцией по определению расчетной сейсмической нагрузки для зданий и сооружений», Госстройиздат, М., 1962.

5.4. Для предварительных расчетов возможно определение параметров u , υ и λ по формулам;

(25)

где

C z - коэффициент упругого равномерного сжатия грунта, определяемый по СНиП II -Б.7-70 «Фундаменты машин с динамическими нагрузками. Нормы проектирования»;

b - ширина здания;

F 0 - площадь фундамента здания по внешнему контуру;

β - коэффициент, принимаемый равным:

для железобетонных зданий - 30 · 10 4 (Н/м 2 );

для кирпичных зданий - 3 · 10 4 (Н/м 2);

γ - коэффициент, принимаемый равным:

для железобетонных зданий - 0,1;

для кирпичных зданий - 0,06.

Рис. 7. Зависимость коэффициента K от отношения длины фундамента к его ширине

б) для фундаментов столбчатых при d / b ≥ 2,5, где d - наименьшее расстояние между соседними фундаментами: b - сторона фундамента в том же направлении, коэффициенты упругой жесткости основания следует определять как сумму жесткостей отдельных фундаментов.

При d / b < 2,5 коэффициенты жесткости определяются как для сплошной плиты по формулам () и ();

в) при устройстве свайных фундаментов с низким ростверком коэффициенты упругой жесткости основания K x и K φ определяются как для ленточных или столбчатых фундаментов в зависимости от типа ростверка без учета жесткости свай.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИМЕР РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЯ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА

По расчету на основное сочетание нагрузок ширина подошвы фундамента принята b = 6 м при глубине заложения h = 2 м. Фундамент опирается на основание, сложенное пылеватым влажным песком, для которого определены следующие значения расчетных характеристик: объемный вес γ 0 = 1,5 · 10 4 Н/м 3 ; угол внутреннего трения φ = 26°; удельное сцепление c = 0,4 · 10 4 Н/м 2 . Объемный вес насыпного грунта выше подошвы фундамента γ" 0 = 1,2 · 10 4 Н/м 3 . При особом сочетании нагрузок с учетом сейсмического воздействия интенсивностью 9 баллов к подошве фундамента приложены вертикальная нагрузка N = 104 · 10 4 Н/м, горизонтальная нагрузка T = 13 · 10 4 Н/м и момент M = 98 · 10 4 Нм/м. Необходимо рассчитать основание по первому предельному состоянию.

p 0 = 1 · 12 · 1,2 · 10 4 · 2 + (12- 1)0,4 · 10 4 /0,49 = 45 · 10 4 Н/м 2 ;

р в = 45 · 10 4 + 1 · 1,5 · 10 4 · 6(8,2 - 0,2 · 16,8) = 80,3 · 10 4 Н/м 3 .

Эксцентрицитеты расчетной нагрузки и эпюры предельного давления, согласно формулам () и (), равны:

Величина l p < (e /6) b , следовательно, имеет место полное опирание подошвы фундамента на грунт.

Так как e п < e p , несущую способность основания определяем поформуле ():

Принимаем m c = 1 и по формуле () окончательно получаем

N = 104 · 10 4 H < 1 · 248 · 10 4 /1,5 = 166 · 10 4 Н/м,

следовательно, принятые по расчету на основное сочетание нагрузок размеры фундамента со значительным запасом удовлетворяют проверке по первому предельному состоянию при особом сочетании нагрузок.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИМЕР РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЯ СТОЛБЧАТОГО ФУНДАМЕНТА

Фундамент, подошва которого имеет размеры b = 2,8 м и l = 4,4 м, на глубине h = 1,8 м опирается на основание, сложенное глинистым грунтом, имеющим следующие расчетные характеристики: γ 0 = 1,63 · 10 4 Н/м 3 ; φ = 23°; c = 1,2 · 10 4 Н/м 2 .

Объемный вес грунта выше фундамента γ" 0 = 1,55 · 10 4 Н/м 3 . Требуется произвести расчет основания по первому предельному состоянию на особое сочетание нагрузок с учетом сейсмичности 8 баллов. При этом к основанию фундамента приложена вертикальная нагрузка N = 256 · 10 4 Н, горизонтальная нагрузка T = 38 · 10 4 Н и момент M = 186 · 10 4 Нм.

p 0 = 1 ,69 · 8,4 · 1,55 · 10 4 · 1,8 + 1,14(8,4 - 1) · 1,2 · 10 4 /0,42 = 65,9 · 10 4 H/м 2 ;

p b = 65,9 · 10 4 + 0,89 · 1,63 · 10 4 · 2,01(5,4 - 0,1 · 12,7) = 77,4 · 10 4 H/м 2 .

Максимальное напряжение под краем подошвы фундамента равно:

Рис. 8. Расчетная схема свайного фундамента

Грунтовые условия. С поверхности на глубину 4 м залегает слой мягкопластичного суглинка, затем на глубину 4,5 м - тугопластичная глина и ниже - крупный песок, разведанный до глубины 7 м.

Физико-механические свойства грунтов следующие:

суглинок мягкопластичный

γ 0 = l,8 г/см 3 ; φ н = 14°; ε = 0,85; B = 0,55;

глина тугопластичная γ 0 = 1,9 г/см 3 ; φ н = 24°; ε = 0,55; B = 0,30;

песок крупный γ 0 = 2 г/см 3 ; φ н = 40°; ε = 0,55; c = 1 кН/м 2 .

Решение.

1. Расчетные нагрузки на сваи, входящие в фундамент, определяем по формулам:

P = N /n ± Mx /Σx 2 ; Σ x 2 = 4 · 0,9 2 = 3,24 м 2 ;

P = 2,95/6 ± 0,49 · 0 ,9/3,24 = 0,492 ± 0,136;

P макс = 0,628 МН = 628 кН; P мин = 0,356 МН = 356 кН .

Несущая способность сваи в статических условиях, определенная по формуле (5) главы СНиП II-Б.5-67*, составляет P @ 700 кН > 628 кН, что удовлетворяет требованиям расчета свай по первому предельному состоянию в статических условиях.

Примем сваю марки СН 10-30 (серии I.011-1, вып. 2) с напрягаемой стержневой арматурой 4Ф10АIV. Для железобетонных предварительно-напряженных свай появление трещин не допускается (п. 8.1 СНиП II-Б.5-67*), жесткость сваи на изгиб при кратковременном действии нагрузки в соответствии с п. 93* СНиП II-В.1-62* определяется по формуле EJ = B к = 0,85 E б J п , где E б - начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении; J п - момент инерции приведенного поперечного сечения с учетом всей продольной арматуры. Для принятой сваи с напрягаемой арматурой из горячекатаной стали периодического профиля класса A-IV и марки бетона 300 при размерах сторон поперечного сечения 0,3×0,3 м величина жесткости на изгиб EJ = 18,9 МН · м 2 .

Условная рабочая ширина сваи b c = 1,5 · 0,3 + 0,5 = 0,95 м.

Коэффициент пропорциональности K принимаем по табл. 26 приложения 7 «Руководства по проектированию свайных фундаментов» для верхнего слоя грунта - мягкопластичного суглинка; с учетом перевода в системе единиц СИ K = 4,5 МН/м 4 .

Коэффициент упругой деформации определяем по формуле ():

Длина верхнего участка сваи, вдоль которой трение по боковой поверхности не учитывается, равна:

H = 4/0,75 = 5,3 м < 6 м.

Учитываем боковое трение начиная с глубины 4,9 м. Несущую способность сваи с учетом сейсмических воздействий определяем по формуле ():

где k = 0,7; m = l; F = 0,09 м 2 ; u = 1,2 м; R н = 724 · 10 4 Н/м 2 (для глубины l = 9,5 м по табл. 1 СНиП II-Б.5-67* с учетом перевода в систему единиц СИ); m c = 0,85 для песка; m c 1 = m c 2 = 0,9 для слоя глины; m c 3 = 0,85 для слоя песка (по табл. ); f н 1 = 4,14 · 10 4 Н/м 2 ; f н z = 4,38 · 10 4 Н/м 2 ; f н 3 = 6,34 · 10 4 Н/м 2 (по табл. 2 главы СНиП II-Б.5-67*).

P c = 0,7 · 1 · 10 4 = 55 · 10 4 Н = 550 кН.

P c = 550 кН < 628 кН, что не удовлетворяет требованиям расчета сваи на вертикальную нагрузку с учетом сейсмических воздействий.

Примем сваю марки СН 12-30 длиной 12 м с глубиной погружения 11,5 м (размеры сторон поперечного сечения и жесткости сваи на изгиб остались прежними). Нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи R н = 736 · 10 4 Н/м 2 ; сопротивление на боковой поверхности сваи для нижнего слоя песка f н 4 = 6,6 · 10 4 Н/м 2 . Несущую способность сваи с учетом сейсмических воздействий определяем по формуле ():

P c = 0,7 · 1 · 10 4 = 63,2 · 10 4 Н = 632 кН.

P c = 632 кН > 628 кН, что удовлетворяет требованиям расчета сваи на вертикальную нагрузку с учетом сейсмических воздействий.

2. Проверяем сечение сваи на действие изгибающего момента и поперечной силы.

H = S /n = 0,3/6 = 0,05 МН.

Для различных сочетаний горизонтальной и вертикальной нагрузок величину изгибающего момента и поперечной силы определяем по формулам () и ():

P макс = 628 кН M макс изг = 0,82 · 0,05 · 18,9/(0,67 · 18,9 - 0,628) = = 0,0642 МН · м = 64,2 кН · м;

Q макс = 0,05 + 0,628 · 0,05/12,022 = 0,0526 МН = 52,6кН;

P мин = 356 кН M макс изг = 0,053 МН · м = 53 кН · м;

Q макс = 0,0515 МН = 51,5 кН.

Для проверки свай по прочности на внецентренное сжатие воспользуемся вспомогательными графиками выпуска 1 рабочих чертежей забивных железобетонных свай серии I.011-1-1. Сваи марки СН 12-30 сечением 0,3×0,3 м с маркой бетона 300 и напрягаемой стержневой арматурой 4Ф12АIV при расчете по прочности на внецентренное сжатие могут воспринимать следующие максимальные величины изгибающих моментов:

при вертикальной нагрузке P = 628 кН M доп = 55 кН · м < 64,2 кН · м;

при вертикальной нагрузке P = 356 кН M доп = 60 кН · м > 53 кН · м.

Следовательно, сваи марки СН 12-30 не удовлетворяют требованиям расчета по прочности.

Примем сваю марки С12-30 с теми же размерами, но без предварительного напряжения арматуры. Расчетная величина жесткости сваи на изгиб EJ , учитывая возможность образования трещин, может снизиться примерно в 2 раза; величина коэффициента упругой деформации α увеличится примерно на 15 %, в связи с чем расчетные величины изгибающего момента в сечении сваи уменьшаются примерно на 10 %, а расчетная величина поперечной силы увеличится примерно на 3 %.

По графикам выпуска 1 серии I.011-1, сваи марки С12-30, сечением 0,3×0,3 м, с маркой бетона 300 и ненапрягаемой арматурой 4Ф16АII при расчете по прочности на вне центренное сжатие могут воспринимать следующие максимальные величины моментов: при вертикальной нагрузке P = 628 кН M доп = 78 кН · м > 64,2 кН · м; при вертикальной нагрузке P = 356 кН M доп = 65 кН · м > 53 кН · м, что удовлетворяет требованиям расчета.

Проверяем прочность наклонного сечения сваи на действие поперечной силы в соответствии с главой СНиП II-В.1-62*. Для бетона марки 300 расчетное сопротивление растяжению R р = 1050 кН/м 2 , ширина сечения сваи b = 0,3 м, рабочая высота сечения h 0 = 0,26 м, величина

R p bh 0 = 1050 · 0,3 · 0,26 = 82, 5 кН > Q макс = 52,6 кН,

следовательно, расчета прочности сечения на поперечную силу не требуется.

3. Проверку прочности грунта по условию ограничения давления, оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай, проводить не требуется, так как поперечные размеры свай b = 0,3 м < 0,6 м и свая погружена в глинистые грунты мягкопластичной и тугопластичной консистенции на глубину 11,5 м > 10 b = 3 м.

Оставляем принятую по серии I.0 11-1 марку сваи С12-30 сечением 30×30 см, длиной 12 м с глубиной погружения 11,5 м.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ПРИМЕР РАСЧЕТА ПЕРИОДА СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЗДАНИЯ С УЧЕТОМ УПРУГОЙ ПОДАТЛИВОСТИ ОСНОВАНИЙ

Требуется определить период свободных колебаний крупнопанельного здания с учетом податливости основания. Расчетная схема здания - консольный стержень с равномерно распределенной по высоте массой.

Данные по расчету:

Высота здания H = 27 м; ширина b = 12 м; длина l = 80 м. Равномерно распределенная масса по высоте здания m = 3,5 · 10 2 кг/м. Площадь стен здания в плане F = 120 м 2 ; момент инерции площади сечения стен здания J = 500 м 4 . Фундаменты ленточные - (перекрестные) с расстоянием между поперечными осями 2,6 и 3,2 м и шириной ленты 0,4 м. Расчетная площадь подошвы фундамента, определенная как для сплошной плиты, F 0 = 960 м 2 ; момент инерции площади подошвы фундамента J 0 = 12 · 10 3 м 4 ; коэффициенты проемности стен γ пр = 0,64 и формы сечения k 1 = 2,4.

Модуль упругости материала стен при сжатии E = 2 · 10 10 Н/м 2 , при сдвиге G = 0,8 · 10 10 Н/м 2 .

Грунты в основании здания имеют нормативное давление R н = 2 · 10 5 Н/м 2 .

Решение . В соответствии со СНиП II-Б.7-70, величина коэффициента упругого равномерного сжатия для грунта с R н = 2 · 10 5 Н/м 2 принимается равной C z = 40 · 10 6 Н/м 3 .

Коэффициенты жесткости основания определяются по формулам (26

В соответствии с графиком на рис. коэффициент упругой податливости основания для первой формы колебаний ξ = 0,7.

Период первого тона свободных колебаний здания, определенный в соответствии с «Инструкцией по определению расчетной сейсмической нагрузки для зданий и сооружений» (Госстройиздат, М., 1962), в предположении абсолютно жесткой заделки основания с учетом деформаций изгиба и сдвига, T ∞ = 0,285 с.

Период первого тона свободных колебаний здания с учетом податливости основания:

T 1 = T ∞ /ξ = 0,285/0,7 = 0,41 с.

ТАБЛИЦА СООТНОШЕНИЙ МЕЖДУ НЕКОТОРЫМИ ЕДИНИЦАМИ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН. ПОДЛЕЖАЩИМИ ИЗЪЯТИЮ, И ЕДИНИЦАМИ СИ

При строительстве зданий необходимо:

Фундаменты сооружения закладывать на одной отметке (более равномерное распределение сейсмических сил).

Здание делить на отсеки.

Фундаменты делать монолитными или омоноличивать (перекрестные ленты, сплошные фундаменты).

Свайные фундаменты рассчитывать на горизонтальную нагрузку. При этом преимущество имеют сваи – стойки, а головы свай должны быть надежно заделаны в ростверк.

Коэффициент снижения несущей способности

Расчетную сейсмическую нагрузку получают в результате динамического расчета всего здания на колебания и прикладывают в точках расположения масс элементов конструкций.

При строительстве зданий в сейсмических районах:

Схема свайного фундамента с промежуточной подушкой

1-фундаментный блок; 2-промежуточная подушка; 3-железобетонные оголовки; 4-железобетонные сваи; 5-поверхность дна котлована

В сейсмических районах при соответствующем технико-экономическом обосновании возможно применение свайных фундаментов с промежуточной подушкой из сыпучих материалов (щебня, гравия, песка крупного и средней крупности

Фундамент выполнен в виде платформы, состоящей из верхней и нижней плит с полостями, внутри которых расположены промежуточные элементы шарообразной формы. Плиты установлены относительно друг друга с зазором, а полости имеют параллельные горизонтальные поверхности в поперечном и продольном направлениях с полусферическими завершениями. Между опорной плитой и платформой установлены амортизаторы. Верхние этажи здания снабжены вантами, закрепленными в вертикальных опорах, на которые базированы перекрытия, а верхняя фундаментная плита снабжена выступами, выполненными соосно с пазами опорной плиты.

Маятниковая скользящая опора (1) предназначена для отделения грунта (2) основания от сооружения (3) при вызываемых землетрясением движениях грунта (2) основания Опора (1) содержит первую опорную плиту (5) скольжения с первой вогнутой поверхностью (5") скольжения, опорный башмак (4), находящийся в скользящем контакте с первой поверхностью (5"), а также вторую опорную плиту (6) со второй вогнутой поверхностью (6"), которая контактирует с опорным башмаком (4). Первая поверхность скольжения (5") обеспечивает, по меньшей мере, в одном измерении устойчивое положение равновесия опорного башмака (4), в которое он самостоятельно возвращается после отклонения, вызванного воздействием наружных сил. Антифрикционный материал (9а, 9b) содержит пластмассу с упругопластичными компенсирующими свойствами и с низким коэффициентом трения, при этом пластмасса обладает компенсирующими свойствами, позволяющими компенсировать отклонение 0,5 мм от заданной плоскости заданной поверхности скольжения (5"). Технический результат: повышение долговечности, прочности и обеспечение наиболее точного возвращения элемента скольжения в равновесное положение

Опора сейсмостойкого сооружения содержит опорные части, одна из которых выполнена с возможностью закрепления на опорной плите сооружения, а другая - на фундаменте, причем опорные части соединены между собой с помощью маятниковой тяги. Опорные части содержат каждая ригель, на котором закреплены стойки, свободные концы которых выполнены с возможностью закрепления на опорной плите сооружения или на фундаменте, причем каждый ригель расположен между стойками другой упомянутой опорной части, при этом в центральной части ригеля выполнено отверстие, через которое пропущена маятниковая тяга, представляющая собой двойной карданный шарнир Гука, при этом выходы последнего шарнирно соединены каждый с соответствующим ригелем с возможностью поворота относительно вертикальной оси.

Виброизолятор для сооружений включает слой резины с арматурой в виде выступающих за габариты слоя резины прямоугольных металлических пластин, термически прикрепленных к слою резины по опорным поверхностям. На центральных участках боковых поверхностей слоя резины образованы трапециевидные углубления, с плавными сопряжениями прямолинейных и наклонных участков, при этом размеры и расположение углублений на боковых поверхностях из условия сохранения прямоугольной формы деформированного виброизолятора.

Проектирование фундаментов при сейсмических воздействиях следует производить в соответствии с требованиями СП 14.13330.2011 «Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*».

Сейсмические воздействия на фундамент обусловлены зем­летрясениями, происходящими в результате тектонических раз­ломов в земной коре. От гипоцентра во всех направлениях рас­пространяются упругие колебания, характеризуемые сейсмичес­кими волнами (продольными, поперечными и поверхностными). Сейсмические воздействия вызывают колебания зданий и соору­жений, которые приводят к появлению в элементах надземных конструкций сил инерции. На величину последних решающее влияние оказывает интенсивность землетрясения, измеряемая балльностью.

Сейсмические воздействия, как и любые динамического ха­рактера нагрузки на основания, приводят к изменению свойств грунтов: увеличивается сжимаемость, особенно несвязных грун­тов; уменьшается их предельное сопротивление сдвигу, вследствие вызванного вибрацией уменьшения трения между частицами. Импульсные воздействия средней величины могут вызвать допол­нительные осадки и просадки оснований, а импульсы значитель­ной величины – разрушение структуры грунтов, уменьшение их прочности, потерю устойчивости оснований. При определенных условиях может происходить разжижение водонасыщенных пес­чаных оснований, приводящее к полному исчерпыванию их несу­щей способности. Эти изменения строительных свойств грунтов и специфический характер взаимодействия сооружения с основа­нием определяют особенности проектирования фундаментов в условиях сейсмических воздействий.

В России принята 12-балльная шкала оценки силы землетря­сения. Вся территория России поделена на отдельные районы по сейсмичности, но даже в пределах одного района сейсмичность может быть различной в зависимости от грунтовых условий.

Во многих районах выполнено микросейсмирование (повышение или понижение сейсмичности на 1 балл, которое санкционируется Госстроем).

Сейсмичность площадки в зависимости от категории грунта приведена в табл. 5.1. Сейсмические воздействия при проектировании учитываются при интенсивности сейсмических колебаний 7, 8 и 9 баллов. При интенсивности более 9 баллов строительство возможно только по разрешению вышестоящих органов в соответствии с утвержденными требованиями.

По сейсмическим свойствам грунты разделяются на три категории:

Таблица 5.1

При неоднородном составе грунты площадки строительства относятся к более неблагоприятной категории грунта по сейсмическим свойствам, если в пределах 10-метровой толщи грунта (считая от планировочной отметки) слой, относящийся к этой категории, имеет суммарную толщину более 5 м.

Расчет фундаментных конструкций и их оснований выполняют на основное и особое сочетание нагрузок, причем в последнее обязательно включается сейсмическая нагрузка. Расчетную сейсми­ческую нагрузку получают в результате динамического расчета всего здания на колебания и прикладывают в точках расположения масс элементов конструкций.

При динамическом расчете учитывают массу отдельных элемен­тов здания, сейсмичность района, формы собственных колебаний, особенности колебаний сооружения, тип грунтовых условий, конст­руктивное решение сооружения и характер допускаемых поврежде­ний и дефектов. После получения сейсмических нагрузок на основа­нии принципа Даламбера проводят статический расчет конструкций здания в предположении совместного действия сейсмической и ста­тической нагрузки.

Дополнительные горизонтальные нормальные и касательные на­пряжения, возникающие в основании при прохождении сейсмичес­ких волн, определяют по формулам:

; , (5.10)

где k с – коэффициент сейсмичности (при 7 баллах k с = 0,025; при 8 баллах – 0,05 и при 9 баллах – 0,1); γ – удельный вес грунта; С p и С s – соответственно скорости распространения продольных и поперечных сейсмических волн; Т 0 = 0,5 – период скорости сейс­мических колебаний, с.

Сейсмические инерционные нагрузки, действующие на фунда­мент во время землетрясения, определяют по формуле

где G k – вес элемента сооружения, отнесенный к точке к; γ n – ко­эффициент, зависящий от класса сооружения (принимается в преде­лах 1–1,5); – коэффициент динамичности; – коэффициент, учитывающий форму колебаний.

При проектировании и строительстве в сейсмических районах глубину заложения фундаментов в грунтах I и II категорий назнача­ют как для несейсмических районов, но не менее 1 м; грунты III категории требуют предварительного искусственного улучшения.

Фундаменты зданий и их отдельных отсеков рекомендуется за­кладывать на одном уровне во избежание изменения частоты со­бственных колебаний. В зданиях повышенной этажности следует увеличивать глубину заложения с помощью устройства дополни­тельных подземных этажей.

При прохождении сейсмических волн поверхность грунта может испытывать растяжение и сжатие в различных направлениях, что может вызвать подвижку фундаментов относительно друг друга, поэтому для исключения подвижки и устойчивости фундаментов рекомендуется возводить сплошные плитные фундаменты или не­прерывные фундаменты из перекрестных лент (рис. 5.3, а ), устра­иваемых в сборном или монолитном варианте. Для усиления сбор­ных фундаментов по верху подушки укладывают арматурные сетки и устраивают перевязку блоков в углах и пересечениях, а при сейсмичности 9 баллов армируют все сопряжения стен подвалов. Фундаменты каркасных зданий допускается устанавливать на от­дельные фундаменты, которые соединяются друг с другом железо­бетонными вставками (рис. 5.3, б ).

Рис. 5.3. Схемы фундаментов в сейсмических районах

Для предотвращения подвижки здания по обрезу фундамента гид­роизоляцию стен необходимо выполнять в виде цементного слоя. Применение гидроизоляции на битумной основе не разрешается.

При использовании свайных фундаментов необходима жесткая заделка свай в непрерывный ростверк для восприятия горизон­тальных усилий, возникающих при землетрясениях, при этом следу­ет стремиться опирать нижние концы свай на плотные грунты. Влияние сейсмических воздействий на работу свайных фундаментов учитывают с помощью понижающих коэффициентов условий рабо­ты, при расчете несущей способности основания по боковой поверх­ности и под острием сваи.

Самыми неблагоприятными основаниями являются водонасыщенные пески, способные разжижаться в условиях сейсмических воздействий и приводить к провальным осадкам зданий, поэтому их следует использовать в качестве оснований только после предвари­тельного уплотнения вибрированием, песчаными сваями или каким-либо другим способом.

Проектирование и устройство фундаментов с учетом сейсмичес­ких воздействий гарантируют сохранность сооружения при условии, если и надземная часть здания возведена с учетом данных воздейст­вий.

→ Фундаменты

Фундаменты при сейсмических воздействиях

Сейсмическими явлениями или землетрясениями называют колебательные движения земной коры в результате проявления внутренних сил земли. Землетрясения вызывают колебания зданий и сооружений и появление сил инерции. Колебания и силы инерции называют сейсмическими‘воздействиями.

Следствием сейсмических воздействий являются деформации и перемещения отдельных конструкций, а также частичное или полное разрушение зданий. Сейсмические воздействия учитываются при 7…9 баллах. При 10 баллах строительство разрешается в исключительных случаях со специальным обоснованием.

Балл сейсмичности для данного типа здания устанавливается по району строительства с учетом дополнительного микрорайонирования, выполняемого на основании специфики инженерно-геологических условий на строительной площадке.

Расчет фундаментных конструкций и их оснований выполняют на основное и особое сочетание нагрузок, причем в последнее обязательно включается сейсмическая нагрузка. Расчетную сейсмическую нагрузку получают в результате динамического расчета всего здания на колебания и прикладывают в точках расположения масс элементов конструкций.

При динамическом расчете учитывают массу отдельных элементов здания, сейсмичность района, формы собственных колебаний, особенности колебаний сооружения, тип грунтовых условий, конструктивное решение сооружения и характер допускаемых повреждений и дефектов. После получения сейсмических нагрузок на основании принципа Даламбера проводят статический расчет конструкций здания в предположении совместного действия сейсмической и статической нагрузки.

При проектировании и строительстве в сейсмических районах глубину заложения фундаментов в грунтах I и II категорий назначают как для несейсмических районов, но не менее 1 м; грунты III категории требуют предварительного искусственного улучшения.

Фундаменты зданий и их отдельных отсеков рекомендуется закладывать на одном уровне во избежание изменения частоты собственных колебаний. В зданиях повышенной этажности следует увеличивать глубину заложения с помощью устройства дополнительных подземных этажей.

При прохождении сейсмических волн поверхность грунта может испытывать растяжение и сжатие в различных направлениях, что может вызвать подвижку фундаментов относительно друг друга, поэтому для исключения подвижки и устойчивости фундаментов рекомендуется возводить сплошные плитные фундаменты или непрерывные фундаменты из перекрестных лент (рис. 14.3, а), устраиваемых в сборном или монолитном варианте. Для усиления сборных фундаментов по верху подушки укладывают арматурные сетки и устраивают перевязку блоков в углах и пересечениях, а при сейсмичности 9 баллов армируют все сопряжения стен подвалов. Фундаменты каркасных зданий допускается устанавливать на отдельные фундаменты, которые соединяются друг с другом железобетонными вставками (рис. 14.3, б).

При использовании свайных фундаментов необходима жесткая заделка свай в непрерывный ростверк для воспринятая горизонтальных усилий, возникающих при землетрясениях, при этом следует стремиться опирать нижние концы свай на плотные грунты. Влияние сейсмических воздействий на работу свайных фундаментов учитывают с помощью понижающих коэффициентов условий работы, при расчете несущей способности основания по боковой поверхности и под острием сваи.

Рис. 14.3. Схемы фундаментов в сейсмических районах

Самыми неблагоприятными основаниями являются водонасыщенные пески, способные разжижаться в условиях сейсмических воздействий и приводить к провальным осадкам зданий, поэтому их следует использовать в качестве оснований только после предварительного уплотнения вибрированием, песчаными сваями или каким-либо другим способом.

Проектирование и устройство фундаментов с учетом сейсмических воздействий гарантируют сохранность сооружения при условии, если и надземная часть здания возведена с учетом данных воздействий.

41. Особенности устройства ленточных фундаментов в сейсмических районах. Схема.

Проектирование фундаментов зданий следует выполнять в соответствии с требованиями нормативных документов по основаниям зданий и сооружений и свайным фундаментам.

Фундаменты зданий, возводимых на нескальных грунтах, должны, как правило, устраиваться на одном уровне. Подвальные этажи следует предусматривать под всем зданием. При расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов допускается устройство подвала под частью здания. При этом следует располагать его симметрично относительно главных осей здания.

Для зданий выше 12 этажей устройство подвала под всем зданием обязательно.

При строительстве на нескальных грунтах по верху сборных ленточных фундаментов следует укладывать слой раствора марки 100 толщиной не менее 40 мм и продольную арматуру диаметром 10 мм в количестве три и четыре стержня при сейсмичности 7 и 8 баллов соответст­венно. Продольные стержни должны быть соединены поперечными с шагом 300-400 мм. В случае выполнения стен подвала из сборных панелей или монолитными, конструктивно связанными с ленточными фундаментами, укладка армированного слоя раствора не требуется.

В районах сейсмичностью 9 баллов ленточные фундаменты должны выполняться, как правило, монолитными.

В зданиях при расчетной сейсмичности 9 баллов стены подвалов должны предусматриваться, как правило, монолитными или сборно-монолитными.

42. Ленточные фундаменты в сейсмических районах с перепадом высот строительной площадки. Схемы.

43. Сборные ленточные фундаменты в сейсмических районах. Особенности конструктивных мероприятий обусловленных сейсмоопасностью.

При строительстве на нескальных грунтах по верху сборных ленточных фундаментов следует укладывать слой раствора марки 100 толщиной не менее 40 мм и продольную арматуру диаметром 10 мм в количестве три и четыре стержня при сейсмичности 7 и 8 баллов соответственно. Продольные стержни должны быть соединены поперечными стержнями с шагом 300-400 мм. В случае выполнения стен подвала из сборных панелей или монолитными, конструктивно связанными с ленточными фундаментами, укладка армированного слоя раствора не требуется.В районах сейсмичностью 9 баллов ленточные фундаменты должны выполняться, как правило, монолитными.В фундаментах и стенах подвала из крупных блоков должна быть обеспечена перевязка кладки в каждом ряду, а также во всех углах и пересечениях на глубину не менее 1/3 высоты блока; фундаментные блоки следует укладывать в виде непрерывной ленты. Для заполнения швов между блоками следует применять раствор марки не ниже 50.В каждом ряду блоков в местах углов, примыканий и пересечений устанавливать арматурные сетки с заведением их на 70 см от мест пересечения стен.

При прохождении сейсмических волн фундаменты зданий и сооружений могут испытывать подвижку относительно друг друга, поэтому рекомендуется возводить сплошные плитные фундаменты или фундаменты из перекрестных лент (рис.4.2, в) в монолитном или сборном варианте. Для усиления сборных фундаментов обязательно устраиваются перевязка блоков в узлах и укладка дополнительных арматурных сеток. В каркасных зданиях допускается применение отдельных фундаментов, которые должны раскрепляться железобетонными вставками(рис.4.2, б).

Рисунок 4.2 Конструкции фундаментов в сейсмически oпасных paйонax а - из перекрестных лент; б - закрепление отдельно стоящих фундаментов железобетонными вставками; 1 - сварные сетки; 2 – жирный цементно песчаный раствор.