Особенности проектирования оснований сооружений, возводимых в сейсмических районах

10.1(10.1). Основания сооружений, возводимых в районах о сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов, должны проектироваться о учетом требований СНиП по проектированию зданий и сооружений в сейсмических районах.

В районах с сейсмичностью менее 7 баллов основания следует проектировать без учета сейсмических воздействий.

10.2(10.2). Проектирование оснований о учетом сейсмических воздействий должно выполняться на основе расчета по несущей способности на особое сочетание нагрузок, определяемых в соответствии о требованиями СНиП по нагрузкам и воздействиям, а также по проектированию зданий а сооружении в сейсмических районах.

Предварительные размеры фундаментов допускается определять расчетом основания по деформациям на основное сочетание нагрузок (без учета сейсмических воздействий) согласно требованиям разд. 2.

10.3. Целью расчета несущей способности оснований при особом сочетании нагрузок является обеспечение их прочности для скальных грунтов и устойчивости для нескальных грунтов, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.

Деформации основания (абсолютные и неравномерные осадки, крены и т д.) при сейсмических воздействиях могут превышать предельные значе­ния, допустимые при основном сочетании нагрузок, и поэтому при осо­бом сочетании нагрузок с учетом сейсмических воздействий расчету не подлежат.

10.4(10.3). Расчет оснований по несущей способности выполняется на действие вертикальной составляющей внецентренной нагрузки, передавае­мой фундаментом, исходя из условия

(237(24))

где - вертикальная составляющая расчетной внецентренной нагрузки в особом сочетании;

- вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания при сейсмических воздействиях;

- сейсмический коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0; 0,8; 0,6 соответственно для грунтов I, II и III категорий по сейсмическим свойствам, причем для зданий и сооружений, воз­водимых в районах с повторяемостью землетрясений 1,2 и 3 зна­чение следует умножать на 0,85; 1,0 и 1,15 соответственно (категории грунтов по сейсмическим свойствам и повторяемость землетрясений определяются в соответствии со СНиП по проекти­рованию и строительству в сейсмических районах);

- коэффициент надежности но назначению сооружения, принимаемый по указаниям п. 2.262 (2.58).

Горизонтальная составляющая нагрузки учитывается при расчете фун­дамента на сдвиг по подошве.

При использовании условия (237 (24)) следует учитывать, что оно опре­деляет максимальную величину нагрузки , при которой устойчивость основания при сейсмическом воздействии обеспечена.

Проверка на сдвиг по подошве производится с учетом трения подошвы фундамента о грунт, исходя из условия (101(20)), но с учетом сейсмичес­кого коэффициента условий работы .

10.5. При основном сочетании нагрузок с учетом сейсмических возде­йствий вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания, сложенного скальными грунтами, определяется по указаниям п. 263 (2.59), а для оснований из нескальных грунтов - по схеме односторо­ннего сдвига с учетом влияния сейсмических колебаний на напряженное состояние грунта.

Рис. 75. Эпюра предельного давления под подошвой фундамента при сейсмическом воздействии

10.6. При расчете несущей способности нескальных оснований, испытывающих сейсмические колебания, ординаты эпюры предельного давления по краям по­дошвы фундамента (рис. 75) определяются по форму­лам:

(238)

(239)

где - коэффициенты формы, определяемые по формулам (98) (17), но без уменьшения длины l и ширины b подошвы фу­ндамента на величины эксцентриситета нагрузок;

- коэффициенты, определяемые по графикам рис. 76 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения ;

- соответственно расчетные значения удельного веса грунта, находящегося выше и ниже подошвы фундамента (с уче­том взвешивающего действия подземных вод);

d - глубина заложения фундаментов (в случае неодинаковой вертикальной пригрузки с разных сторон фундамента при­нимается значение, соответствующее наименьшей пригру­зке, например со стороны подвала);

-коэффициент, принимаемый равным 0,1; 0,2; 0,4 при сейсмичности площадок строительства 7, 8 и 9 баллов соответственно.

Примечание. В формуле (239) при следует принять .

Эксцентриситеты расчетной нагрузки и эпюры предельного давления определяется по формулам

(240)

(241)

где - вертикальная составляющая расчетной нагрузки и момент, приведенные к подошве фундамента при особом сочетании нагрузок.

Величины и рассматриваются с одинаковым знаком, т.е. направ­лены в одну сторону от вертикальной оси симметрии фундамента, так как несущая способность основания минимальна при сдвиге грунта в сторо­ну, противоположную эксцентриситету нагрузки.

В зависимости от соотношения между величинами и вертикаль­ная составляющая силы предельного сопротивления основания принима­ется:

при (242)

при (243)

При применении формулы (237 (24)) для ленточных фундаментов наг­рузка и предельное сопротивление основания определяются для единицы их длины (l=1).

10.7(10.4). При действии моментных нагрузок в двух направлениях рас­чет основания по несущей способности должен выполняться раздельно на действие сил и моментов в каждом направлении независимо друг от друга.

10.8(10.5). При расчете оснований и фундаментов на особое сочета­ние нагрузок с учетом сейсмических воздействий допускается частичный отрыв подошвы фундамента от грунта при выполнении следующих усло­вий:

эксцентриситет , расчетной нагрузки не превышает одной трети ширины фундамента в плоскости момента;

сила предельного сопротивления основания определяется для условного фундамента, размер подошвы которого в направлении действия момен­та равен размеру сжатой зоны ;

максимальное краевое давление под подошвой фундамента, вычислен­ное с учетом его неполного опирания на грунт, не превышает краевой ор­динаты эпюры предельного сопротивления основания.

Максимальное расчетное давление по подошве фундамента определя­ется по формуле

(244)

где b - ширина фундамента;

- те же величины, что и в формуле (240), причем ;

- определяется по формуле (239), но для фундамента, имеющего условную ширину .

При формула (243) приобретает вид

(245)

10.9(10.6). Глубина заложения фундаментов в грунтах, относимых по их сейсмическим свойствам согласно СНиП по проектированию зданий и сооружений в сейсмических районах к I и II категориям, принимается, как правило, такой же, как и для фундаментов в несейсмических районах.

На площадках, сложенных грунтами III категории по сейсмическим свойствам, рекомендуется, предусматривать устройство искусственных оснований п. 2.293 (2.69),

10.10(10.7). При невозможности заглубления фундаментов здания или .отсека на одном уровне в нескальных грунтах должно выполняться усло­вие (4), в котором расчетное значение угла внутреннего трения грунта до­лжно быть уменьшено при сейсмичности: 7 баллов - на 2°, 8 баллов - на 4° и 9 баллов - на 7°.

Ленточные фундаменты примыкающих частей отсеков должны иметь одинаковое заглубление на протяжении не менее 1 м от осадочного шва. Столбчатые фундаменты, разделенные осадочным швом, должны располагаться на одном уровне.

Для зданий высотой более 5 этажей рекомендуется устройство подва­льных этажей, которые должны располагаться под всем зданием или его отсеками.

Пример. Рассчитать несущую способность основания ленточного фун­дамента на основное сочетание нагрузок здания I класса, ширина подош­вы фундамента b=6 м при глубине заложения d=2 м. Основанием служат пылеватые влажные пески средней плотности и крупности, имеющие сле­дующие значения расчетных характеристик: удельный вес =15 кН/м³; угол внутреннего трения =26°;удельное сцепление 4 кПа. Удельный вес насыпного грунта выше подошвы фундамента =12 кН/м³. При особом сочетании нагрузок с учетом сейсмического воздействия интенсивностью 8 баллов и повторяемостью землетрясений 2 к подошве фундамента при­ложены вертикальная нагрузка =1040кН/м, горизонтальная нагрузка =130кН/м и момент =980 кН·м/м.

По графику рис. 76 определяем: =12; =8,2; =l6,8.Принимаем =0,2. Ординаты эпюры предельного давления под краями подошвы ле­нточного фундамента вычисляем по формулам (238) и (239)

=1·12·12·2+(12-1)·4/0,49=450 кПа;

=450+1·15·6(8,2-0,2·16,8)=803 кПа.

Эксцентриситеты расчетной нагрузки и эпюры предельного давления по формулам (240) и (241) равны:

м;

м.

Величина , следовательно, имеет место полное опирание подо­швы фундамента на грунт.

Так как , несущую способность основания определяем по фор­муле (243) =6·1·803/(1+6·0,94/6)=2480 кН/м.

Принимая для грунта второй категории по сейсмическим свойствам при повторяемости землетрясении 2=0,8 получим =1040 кН<0,8´ ´2480/1,2=1660 кН/м, следовательно, принятые по расчету на основное со­четание нагрузок размеры фундамента со значительным запасом удовлетворяют проверке по первому предельному состоянию при особом сочетании нагрузок.

Рис. 76. Графики коэффициентов для расчета несущей способности оснований в условиях сейсмических воздействий

Пример расчета несущей способности основания столбчатого фундамента. Фундамент имеет размеры b=2,8 м и l=4,4 м, глубину заложения d=l,8 м. Основанием служат глинистые грунты второй категории по сейсмическим свойствам, имеющие расчетные характеристики:

=16,3 кН/м³; =23°; с=12 кПа.

Удельный вес грунта выше фундамента 15,5 кН/м³. Сейсмичность района 7 баллов и повторяемость землетрясений 3. При атом к основанию фундамента приложена вертикальная нагрузка =2960 кН, горизонталь­ная нагрузка Q=380 кН и момент М=2150 кН·м. Здание отнесено ко II клас­су по назначению.

По формуле (240) определим эксцентриситет расчетной нагрузки = =2150/2960=0,73 м.

Первое условие п. 10.8 (10.5) при этом выполняется (=0,93 м), однако имеет место частичный отрыв подошвы, так как =0,47 м, по­этому в соответствии со вторым условием п. 10.8 (10.5) расчет необходимо проводить для условной ширины фундамента

=1,5(2,80-2·0,73)=2,01 м.

По графику рис. 76 и по формулам (17) определяем =8,4; =5,4; ; ;;.

Ординаты эпюры предельного давления при вычисляем по формулам (238) и (239)

=1,69·8,4·15,5·1,8+1,14(8,4-1)12/0,42=659 кПа;

=59+0,89·16,3·2,01(5,4-0,1·12,7)=774 кПа.

Максимальное давление под краем подошвы фундамента равно:

=674 кПа,

т. е. условие п. 10.8 выполняется.

Находим по формуле (241) эксцентриситет эпюры предельного давления

0,27 м.

Несущую способность вычисляем по формуле (245)

=0,5·2,01·4,4·774=3420 кН.

Принимая =0,8·1,15=0,92 и =1,15, получаем

=2960 кН > =0,92·3420/1,15=2740 кН,

следовательно, устойчивость основания не обеспечена и требуется увеличить размеры фундамента.

Примем b=3 м, оставляя другие размеры фундамента прежними. Тогда:

=1,5(2,80-2·0,73)=2,31м;

=1,79; =1,16; =0,87;

=1,79·8,4·15,5·1,8+1,16(8,4-1)12/0,42=686 кПа;

=686+0,87·16,3·2,31(5,4-0,1·12,7)=814 кПа;

=2·2960/(4,4·2,31)=583 кПа < ;

=(2,31/6)(814-686)/(814+686)=0,034 м < ;

=0,5·2,31·4,4·814=4130 кН;

N=2960 кН < 0,92·4130/1,15=3300 кН.

Окончательно ширина фундамента принята равной 3 м. Примечание. При изменении ширины подошвы столбчатого фундамента в примере ра­счета не учтено некоторое возрастание вертикальной нагрузки, так как в данном случае оно относительно мало и не приводит к нарушению усло­вия (237 (24)) при ширине подошвы 3 м.