1.4. Нагрузки для расчета оснований и фундаментов

Нагрузки, на которые производится расчет оснований и фундаментов зданий и сооружений, необходимо устанавливать, исходя из результатов рас­чета, учитывающего совместную работу сооружения и основания. Нагрузки на основания можно определить и без учета их перераспределения несущими конструкциями здания. Это возможно в следующих случаях: при возведении зданий и сооружений, относящихся к III классу долговечности; при расчете общей устойчивости фунтового массива совместно с возводимым зданием: при определении средних значений деформаций основания, если расчет де­формаций выполняется в стадии привязки типового проекта к местным грун­товым условиям района строительства.

Нагрузки, учитываемые при расчетах оснований и фундаментов, под­разделяют на постоянные, временные (длительно действующие), кратко­временные и особые.

Постоянные нагрузки действуют в течение всего времени эксплуата­ции, а временные - в отдельные периоды и могут иногда полностью пре­кращать свое действие. К постоянным нагрузкам относят собственный вес конструкции и их элементов, а также вес и давление грунтов. Постоянные нагрузки определяют по проектным данным на основании геометрических размеров и удельного веса материалов, из которых они изготовлены.

К временным длительно действующим нагрузкам относят вес времен­ных перегородок, вес различного стационарного оборудования; давление га­зов и жидкостей, нагрузку от складируемых материалов, температурные технологические воздействия, воздействия неравномерных осадок основания без изменения структуры грунта, температурные климатические воздействия и воздействия от усадки и ползучести.

К кратковременным нагрузкам относят вес людей, ремонтных мате­риалов, нагрузки, образующиеся при изготовлении и возведении строитель­ных конструкций, нагрузки от Подвижного подъемно-транспортного обору­дования, нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий, снеговые и ветровые нагрузки.

Следует заметить, что при расчете оснований по несущей способности нагрузки на перекрытия и снеговая считаются кратковременными, а при рас­чете по деформациям - длительными.

К особым нагрузкам относят сейсмические и взрывные воздействия, а также нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического про­цесса в результате временной неисправности или поломки оборудования, и, наконец, воздействия от неравномерных осадок, сопровождающиеся измене­ниями структуры грунта. При расчетах оснований следует учитывать нагруз­ки от складируемого материала и оборудования, размещаемого около фунда­ментов в процессе строительства.

Различают два типа нагрузок - нормативные и расчетные. Норматив­ные определяют по нагрузкам и воздействиям согласно СНиП [6]. Расчетную нагрузку получают умножением нормативного значения на коэффициент на­дежности по нагрузке.

При проектировании по предельным состояниям экономичность и на­дежность, несущая способность и нормальная эксплуатация обеспечиваются расчетными коэффициентами, которые позволяют раздельно учесть особен­ности физико-механических свойств грунтов оснований, специфику дейст­вующих нагрузок, ответственность и особенности конструктивных схем зда­ний и сооружений.

Коэффициент надежности по нагрузке _f учитывает возможность слу­чайного отклонения (в сторону увеличения) внешних нагрузок в реальных условиях от нагрузок, принятых в проекте. В расчетах по второй группе пре­дельных состояний (по деформациям) _f = 1.

При расчетах по первой группе предельных состояний _f =1,1 ... 1.3 -для постоянных нагрузок и _f =1,1 ... 1,4 - для временных. Для грунтов в при­родном залегании _f = 1,1, насыпных - _f = 1,15.

Проектирование многоэтажных зданий требует учета малой вероятно­сти одновременного загружения всех междуэтажных перекрытий временной нагрузкой. Для этого вводят понижающий коэффициент цг_1Л. Для квартир жилых зданий, спальных комнат общежитии, домов отдыха, санаториев, больниц и служебных помещений административного и научно-технического персонала

_n1=0,4+ .

Для зрительных, читальных, спортивных, обеденных залов, выставоч­ных, торговых, концертных и других аналогичных помещений

_n2=0,5+ .

где п - количество этажей; А - площадь загружения рассматриваемых соору­жений.

Все конструкции, в том числе фундаменты, а также их основания все­гда рассчитывают на наиболее неблагоприятные комбинации нагрузок, кото­рые дают максимальные усилия. Эти комбинации нагрузок называют сочета­ниями нагрузок, которые подразделяют на основные и особые. Основное со­четание состоит из постоянных, временных и кратковременных нагрузок, особые сочетания дополнительно включают в себя и особые нагрузки.

При определении расчетных сочетаний вероятность одновременного действия нескольких, различных по своему характеру нагрузок учитывают с помощью коэффициента сочетаний.

Если основное сочетание включает в себя только одну временную нагрузку, значение последней учитывается без снижения, а при двух или более их умножают на коэффициент ₁=0,95 (для длительных) и ₂=0.9 (для крат­ковременных). При расчете на особые сочетания длительные нагрузки умно­жают на коэффициент ₁= 0,95, кратковременные - на ₂ = 0,8, кроме случа­ев, специально оговоренных нормами; особая нагрузка при этом не снижает­ся.

Расчет оснований по деформациям и несущей способности должен производиться на основное сочетание нагрузок, а при наличии особых нагру­зок несущую способность основания должны проверять дополнительно и на особое сочетание. Причем полезная нагрузка на перекрытия и снеговая, ко­торые по данным строительных норм могут быть длительными и кратковре­менными, при расчете оснований по деформациям считаются длительными, а по несущей способности - кратковременными.

Приведенные сочетания нагрузок отвечают условиям работы конст­рукций, которые находятся в пределах упругой стадии работы, т. е. в услови­ях, когда снятие внешней нагрузки приводит к полному восстановлению де­формаций, что дает возможность использовать принцип независимости дей­ствия сил.

Для грунтов оснований указанные сочетания нагрузок применимы только в случае однократного, синхронного (одновременного) приложения всех нагрузок, действующих впоследствии постоянно. Это положение не все­гда выполняется, так как временные нагрузки имеют тенденцию к колебани­ям в сторону уменьшения или увеличения в процессе эксплуатации, а посто­янные изменяются в процессе возведения здания.

Так как осадки грунтов оснований протекают во времени и складыва­ются из упругих (восстанавливающихся) и остаточных, то при наличии пере­рывов в загружении следует учитывать режим изменения нагрузки, опреде­ляя вклад предыдущего этапа нагружения в долю общей осадки, тем самым более полно отражая общую картину деформирования основания.

Определяя итоговую осадку, необходимо установить, какую долю общей осадки вызывает постоянная нагрузка, а какую - временная, а также выяснить соотношение между ними, т. е. какая нагрузка будет преобладаю­щей. Выявляя последовательность приложения постоянных и временных на­грузок, а также длительность их действия, т. е. осуществляя дифференциро­ванное назначение сочетания нагрузок с заранее заданным режимом измене­ния, можно более достоверно определять конечные значения осадок с учетом их неравномерности на различных этапах нагружения.

При расчете оснований и фундаментов используют специальные ко­эффициенты. Коэффициенты надежности по грунту _g и материалу _m учи­тывают отклонение расчетных значений физико-механических характеристик грунтов или материалов, появляющееся вследствие неоднородности или не­точности определения в лабораторных или полевых условиях, случайных от­клонений при отборе проб или образцов.

Коэффициент надежности по назначению сооружения _n учитывает степень долговечности и капитальности проектируемого здания или соору­жения, недостаточное соответствие расчетных схем реальным условиям ра­боты оснований, фундаментов и всего здания в целом, а также погрешность, вносимую самой теорией предельных состояний.

Коэффициент условий работы _c учитывает благоприятные или не­благоприятные условия работы оснований, фундаментов и всего здания в це­лом, а в некоторых случаях и отдельных слоев грунта, которые могут оказать влияние на переход основания в предельное состояние, и некоторые другие факторы, не отраженные в расчетах.