Что означает гибкий фундамент

Ф.12.3. В чем отличие гибких фундаментов от жестких фундаментов?

Ф.12.1. Как можно подразделить сооружения по жесткости?

Условно здания и сооружения подразделяются на абсолютно жесткие, конечной жесткости и гибкие. Гибкие сооружения, передавая нагрузку на основания, следуют за осадкой, которая может быть различной в разных точках основания. При таком деформировании в них не возникает практически никаких дополнительных усилий и разрушений. Как правило, конструкции таких зданий имеют статически определимую схему. Подавляющее число зданий обладает конечной жесткостью. Для них приходится регламентировать не только величины осадок, но и их неравномерность, потому что неравномерность осадок вызывает появление дополнительных усилий в конструкциях, которые могут нарушить их прочность. Абсолютно жесткие сооружения при деформациях здания не изгибаются, а дают осадку как единый массив, и плоская подошва сооружения после деформации основания остается плоской, но возможны лишь вертикальные оседания и наклон сооружений.

Ф.12.2. Каким образом можно учесть совместную работу сооружения и его основания?

Совместную работу основания и сооружения, обладающего конечной жесткостью, возможно учесть, используя схему с упругооседающими опорами. В «абсолютно» гибких сооружениях нагрузки, передающиеся основанию, считаются неизменными при деформировании основания, и совместная работа основания и сооружения оценивается лишь предельными значениями средних осадок и их неравномерности (относительной разности). Для абсолютно жестких сооружений регламентируются их осадка и крен.

При расчете сооружений конечной жесткости учитывается не только жесткость фундамента, но и всего сооружения в целом.

Ф.12.3. В чем отличие гибких фундаментов от жестких фундаментов?

К категории жестких относятся фундаменты, которые вследствие своих конструктивных особенностей практически не изгибаются под действием внешних нагрузок. Принимается, что реактивное давление по подошве жестких фундаментов определяется без учета их изгиба и изменяется по линейному закону (рис.Ф.12.3,а) как по длине, так и ширине фундамента.

Гибкие фундаменты обладают способностью изгибаться в одном или обоих направлениях подошвы. Реактивные давления по подошве определяются исходя из совместной работы фундамента и основания и зависят от прогиба фундамента (рис.Ф.12.3,б).

Источник

Жесткие и гибкие фундаменты

Фундаменты по их конструктивным пропорциям разделяют на жесткие и гибкие. Жесткие фундаменты, передавая нагрузку на основание, сами не искривляются, подошва их всегда остается плоской, при этом автоматически выравниваются деформации основания. Гибкие фундаменты при передаче нагрузки сами искривляются, причем деформации определяются совместным влиянием гибкости фундамента и сжимаемости основания. На рис, 5 схематически показан гибкий фундамент до нагрузки и после загружения и возникновения деформаций (для ясности деформации увеличены). Вопросы постройки фундаментов. Разработка котлована представляет важный этап постройки, так как в этой операции не только заключаются подчас основные трудности, но на нее приходятся главные затраты средств и времени. При благоприятных условиях можно откапывать котлован, ограничивая его грани откосами, выбирая при этом несколько больший объем грунта. Извлеченный грунт надо отвезти в отвал и затем частично вернуть для засыпки пазух. В водоносных грунтах откосы оплывают, их надо для устойчивости делать пологими, и это будет стоить дорого. Дело существенно изменится, если стены котлована укрепить, тогда его можно будет откапывать с отвесными гранями, что не только уменьшит объем вынимаемого грунта, но и затруднит приток воды. Современная техника фундаментостроения располагает многими средствами для подобных креплений, и это позволяет выбрать наиболее рациональный способ применительно к местным условиям. На местности, покрытой водой, для изолирования места постройки устраивают перемычки и огражденное ими пространство осушают. Там, где по местным условиям такой прием непригоден, уже давно научились применять опускные колодцы и с прошлого века — сжатый воздух (кессоны). Эти вспомогательные устройства изготавливаются предварительно и опускаются на дно с подмостей или в плавающем состоянии. При неосмотрительном удалении воды из котлована (водоотливе) можно повредить грунт дна, что тем опаснее, чем более размываем и подвижен грунт. Это обязывает изыскивать способы удаления воды, при которых возможно устранить подобную опасность. Все это указывает на неразрывную связь между способами постройки фундаментов, качествами грунтов и другими местными обстоятельствами.

Источник

Заметки инженера-строителя
Блог проектировщика

Полезная информация о конструкциях, расчётах и строительных материалах
Содержание сайта: Главная страница

понедельник, 1 февраля 2021 г.

Что такое гибкие и жесткие фундаменты. В чем разница между ними

Фундаменты по жесткости (по характеру работы под нагрузкой) подразделяют на:

— жесткие (не изгибающиеся) (не деформируемые)

Жесткие фундаменты — это фундаменты, имеющие такую форму и размеры, при которых их подошва практически не изгибается

(тела таких фундаментов воспринимают, в основном, сжимающие усилия), и, как следствие, влияние изгиба на распределение контактных давлений по подошве такого фундамента практически исключено.

(Растягивающие и скалывающие напряжения в них отсутствуют или настолько малы, что ими можно пренебречь, а также принимается, что реактивное давление по подошве жестких фундаментов определяется без учета их изгиба, ввиду его отсутствия или малости)

Деформации изгиба у таких фундаментов практически отсутствуют и осадки таких фундаментов определяются только влиянием сжимаемости основания под передаваемой фундаментом нагрузкой.

— гибкие (изгибающиеся) (деформируемые)

Гибкие фундаменты — это фундаменты, имеющие такие форму и размеры, при которых их подошва изгибается

(тела таких фундаментов работают на сжатие с изгибом), и, как следствие, присутствует влияние изгиба фундамента на распределение контактных давлений (распределение напряжений в плоскости подошвы) и осадки.

Деформации изгиба гибких фундаментов того же порядка, что и осадки этого же фундамента (деформации их изгиба и осадки определяются совместным влиянием гибкости фундамента и сжимаемости основания).

Гибкие (деформируемые) фундаменты — фундаменты, работающие на сжатие с изгибом (испытывающие как сжимающие, так и растягивающие и скалывающие напряжения), изгибающиеся при восприятии нагрузки в одном или обоих направлениях подошвы.

Деформации изгиба гибких фундаментов того же порядка, что и осадки этого же фундамента (деформации определяются совместным влиянием гибкости фундамента и сжимаемости основания).

Реактивные давления по подошве определяются исходя из совместной работы фундамента и основания и зависят от прогиба фундамента.

В соответствии с тем, является фундамент жестким или гибким, и выбирают методику расчета как основания, так и конструкции самого фундамента.

Жесткие фундаменты следует рекомендовать в тех случаях, когда грунты основания относительно прочные, нагрузки на подошву относительно невелики, а также когда число уступов (ступеней) отдельных и ленточных фундаментов не превышает двух — трех (ввиду угла жесткости).

Жесткие фундаменты выполняют из бутовой кладки, кирпича, бутобетона и бетона.

К жестким фундаментам могут быть отнесены ленточные фундаменты большого поперечного сечения и сравнительно малой длины, нагруженные колоннами (при небольших расстояниях между ними).

Монолитные ленточные и отдельные фундаменты проектируют как жесткие, обычно имеющие ступенчатое очертание сечения (с уступами), определяя высоту hy и ширину by уступов с помощью угла жесткости α (угла распределения давления в материале фундамента).

По углу жесткости определяют возможные размеры жестких фундаментов из выбранного материала (с учетом заданной глубины заложения и предполагаемого давления на грунт), при которых возникающие в его теле скалывающие усилия не превышают предельных значений.

Практически установлено, что фундамент работает как жесткое тело, когда все его горизонтальные сечения лежат в пределах трапеции, образованной линиями распределения давлений (наклоненных под углом жесткости).

Грани гибких фундаментов могут быть наклонены к вертикали под любым углом, так как растягивающие и скалывающие усилия, возникающие при изгибе, воспринимаются арматурой, укладываемой в растянутой зоне.

Угол жесткости зависит от материала фундамента и составляет 25°–40° для каменных материалов и 45° для бетона и железобетона.

После определения размеров жесткого фундамента в плане и размеров его поперечного сечения, рассчитывают распределение напряжений в плоскости подошвы как для сооружений бесконечной жесткости (контактные напряжения).

При симметричной нагрузке и согласованном напластовании осадка абсолютно жесткого фундамента будет равномерной. При этом фундамент встретит значительное сопротивление от грунта в краевых зонах, т.е. возникнет более интенсивное давление на этих участках.

В слоистом основании с выклинивающимися слоями различной сжимаемости внецентренно приложенная нагрузка может увеличить или уменьшить крен жесткого фундамента.

(При слабых грунтах и больших нагрузках на подошву жесткие фундаменты вследствие малого угла распространения давления в материалах, из которых они изготовляются, получаются большой ширины, глубокими, имеют большой вес и становятся экономически невыгодными.

Поэтому при слабых грунтах или при больших нагрузках на подошву рекомендуются гибкие фундаменты, так как они способны работать на изгиб и распределять нагрузку от веса здания на необходимую (расчетную) ширину основания. При этом их не нужно заглублять более глубины промерзания.)

Так как в жестких фундаментах учитываются только напряжения сжатия, то расчет их прочности сводится к проверке сжимающих напряжений.

При расчете абсолютно жесткого фундамента его заделку в грунте учитывают, исходя из тех же предпосылок, которые были приняты в расчете столбчатых фундаментов конечной жесткости. Грунт рассматривают как тело, упругие свойства которого характеризуются коэффициентом постели, линейно возрастающим по глубине.

Гибкие (деформируемые) фундаменты

Гибкие фундаменты работают совместно со сжимаемым основанием и рассчитываются на прочность при изгибе с учетом деформаций основания.

Гибкие фундаменты применяются при малой прочности грунтов основания или при больших нагрузках на подошву.

(При слабых грунтах и больших нагрузках на подошву жесткие фундаменты вследствие малого угла распространения давления в материалах, из которых они изготовляются, получаются большой ширины, глубокими, имеют большой вес и становятся экономически невыгодными.

Поэтому при слабых грунтах или при больших нагрузках на подошву рекомендуются гибкие фундаменты, так как они способны работать на изгиб и распределять нагрузку от веса здания на необходимую (расчетную) ширину основания. При этом их не нужно заглублять более глубины промерзания.)

Гибкие фундаменты изготовляются, в основном, из железобетона, чтобы воспринимать не только сжимающие, но и растягивающие усилия при изгибе. (так как он способного работать на растяжение и скалывание (изгиб)).

К гибким фундаментам могут быть отнесены ленточные фундаменты большой длины, нагруженные колоннами, расположенными на значительных расстояниях, железобетонные плиты, фундаменты из перекрестных лент, коробчатые фундаменты, кольцевые фундаменты дымовых труб.

Отличия гибких и жестких фундаментов:

1) Деформации изгиба гибких фундаментов того же порядка, что и осадки этого же фундамент, у жестких фундаментов они практически отсутствуют.

2) Жесткие фундаменты проектируют таким образом, чтобы их горизонтальные сечения лежали в пределах трапеции, образованной линиями распределения давлений (наклоненных под углом жесткости). Грани гибких фундаментов могут быть наклонены к вертикали под любым углом, так как растягивающие и скалывающие усилия, возникающие при изгибе, воспринимаются арматурой, укладываемой в растянутой зоне.

(подробнее см. выше)

3) К гибким (деформируемым) фундаментам могут быть отнесены фундаменты по следующему критерию: при отношении их высоты к их длине менее 1/3

h /ℓ > 1 / 3 — абсолютно жёсткие фундаменты (при распределении давлений в пределах углов жесткости)
h /ℓ Автор: Gavrilov Artem на 04:40

Источник

Гибкие фундаменты применяются

при малой прочности грунтов основания или при больших нагрузках на подошву. Изготовляются они из железобетона, способного работать на растяжение и скалывание (изгиб). Форму придают им трапецоидальную. Грани в них могут быть наклонены к вертикали под любым углом, так как растягивающие и скалывающие усилия, возникающие при изгибе, воспринимаются арматурой, укладываемой в растянутой зоне. Высота железобетонной трапеции принимается по расчету. Трапецоидальная форма гибкого фундаментаможет быть заменена ступенчатой.

Сравнивая между собой жесткие и гибкие фундаменты, можно сделать следующие практические выводы. Жесткие фундаменты следует рекомендовать в тех случаях, когда грунты основания относительно прочные, т. е. допускают давление 2—3 кг/см2, нагрузки на подошву относительно невелики — здания высотой до 5—7 этажей, а также когда число уступов (ступеней) не превышает двух — трех. При слабых же грунтах и больших нагрузках на подошву жесткие фундаменты вследствие малого угла распространения давления в материалах, из которых они изготовляются, получаются большой ширины, глубокими, имеют большой вес и становятся экономически невыгодными. Поэтому при слабых грунтах, допускающих давление 1,2—1,5 кг 1см2, или при больших нагрузках на подошву рекомендуются гибкие фундаменты, так как они способны работать на изгиб и распределять нагрузку от веса здания на необходимую (расчетную) ширину основания. При этом их не нужно заглублять более глубины промерзания.

Вид фундаментов при разных грунтах:
а — жесткий фундамент при слабых грунтах; б— гибкий фундамент при слабых грунтах; в — жесткий фундамент при прочных грунтах

Определение размеров. Основное требование проектирования — обеспечить равномерную осадку без отклонения вертикалькой оси сводится к тому, чтобы напряжения по подошве распределялись равномерно, т. е. чтобы эпюра напряжений была прямоугольной.

Учет влияния соседних фундаментов на осадку проектируемого. Определение крена фундаментов.

Крены фундаментов

Расчет крена фундаментов весьма прост и применим не только для однородного основания, но и при слоистом залегании грунтов, где искомую равномерную их осадку можно найти способом послойного суммирования деформаций.

Крены фундаментов происходят также и при взаимном их влиянии на деформацию грунтов основания. В этом случае, пользуясь методом угловых точек, определяют осадки противоположных краев фундамента и его крен вычисляют.

Взаимное влияние напряжений, возникающих в грунтах под соседними фундаментами, проявляется в различной мере, что зависит от расстояний между ними и свойств сжимаемости грунтов. В наиболее неблагоприятных условиях это влияние может оказаться весьма

Крен фундамента (или здания, сооружения в целом) следует измерять одним из следующих методов или их комбинированием: проецирования, координирования, измерения углов или направлений, фотограмметрии, механическими способами с применением кренометров, прямых и обратных отвесов.

Предельные погрешности измерения крена в зависимости от высоты Н наблюдаемого здания (сооружения) не должны превышать величин, мм, для:

промышленных зданий и сооружений, дымовых труб, башен и др. 0,0005Н

фундаментов под машины и агрегаты .……………………………. … 0,00001Н

При измерении кренов фундамента здания (сооружения) методом проецирования следует применять теодолиты, снабженные накладным уровнем, или приборы вертикального проецирования.

При измерении кренов методом координирования необходимо установить не менее двух опорных знаков, образующих базис, с концов которого определяются координаты верхней и нижней точек здания (сооружения).

Фотограмметрический метод измерения горизонтальных и вертикальных перемещений и кренов следует применять для измерения осадок, сдвигов, кренов и других деформаций зданий (сооружений) при неограниченном числе наблюдаемых мерок, устанавливаемых в труднодоступных местах для измерений эксплуатируемых зданий и сооружений.

Для измерений деформаций фотограмметрически одновременно по трем координатным осям (X, Y, Z) необходимо выполнять фототеодолитную съемку с двух опорных знаков, являющихся концами базиса фотографирования, не изменяя местоположения и ориентирования фототеодолита в различных циклах наблюдений.

При проведении вышеуказанных видов работ по выявлению перемещений конструкций фундаментов и крена зданий необходимо руководствоваться указаниями ГОСТ 24846-81, СНиП 3.01.03-84 и «Руководства по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений» [IV-8].

Для измерений вертикальных перемещений фундаментов применяются нивелиры, обеспечивающие точность нивелирования III класса, типа Н-3, Н-5 и равноточные им. Используются также самоустанавливающиеся нивелиры типа КО-007.

Перед началом и после окончания работ нивелир должен быть обязательно проверен, а рейки проверены с помощью металлической измерительной линейки.

Крен фундамента i при действии внецентренной нагрузки определяется по формуле

,

где E и v — соответственно модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта основания; в случае неоднородного основания значения Е и v принимаются средними в пределах сжимаемой толщи;

k_е — коэффициент, принимаемый по табл.;

N — вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент в уровне его подошвы;

а — диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент; для фундамента с подошвой в форме правильного многоугольника площадью А принимается ;

k_m — коэффициент, учитываемый при расчете крена фундаментов по схеме линейно деформируемого слоя при а ³ 10 м и Е ³ 10 МПа (100 кгс/см 2 ) и принимаемый по табл.

10. Коэффициент Пуассона v принимается равным для грунтов: крупнообломочных — 0,27; песков и супесей — 0,30; суглинков — 0,35; глин — 0,42.

11. Средние (в пределах сжимаемой толщи Н_с или толщины слоев Н) значения модуля деформации и коэффициента Пуассона грунтов основания ( и ) определяются по формулам:

;

;

Глинистые грунты представляют собой тонкодисперсные частицы чешуйчатой формы размером менее 0,005 мм. Сухое глинистое основание может выдерживать большие нагрузки от массы зданий и сооружений. С увеличением влажности глины резко падает ее несущая способность. Влияние положительных и отрицательных температур вызывает во влажной глине усадку при высыхании и вспучивание при замерзании воды в порах глинистого грунта. Разновидностью глинистых грунтов являются супеси, суглинки и лёссы.

Супесчаные грунты представляют собой смесь песка и глинистых частиц в количестве 3. 10 %. Суглинистые грунты состоят из песка и содержат 10. 30 % глинистых частиц. Эти виды грунтов могут использоваться в качестве естественных оснований (если они не подвержены увлажнению). По своей прочности и несущей способности они уступают песчаным и сухим глинистым грунтам. Отдельные виды супесей, подверженных регулярному воздействию грунтовых вод, становятся подвижными. Поэтому они получили название плывунов. Этот вид грунтов непригоден в качестве естественного основания .

Лёссовые грунты — то частицы пылеватых суглинков со сравнительно постоянным гранулометрическим составом. Лёссовые грунты в сухом состоянии могут служить надежным основанием. При Увлажнении и воздействии нагрузок лёссовые грунты сильно уплотняются, в результате чего образуются значительные просадки. Поэтому они называются просадочными.

Наименование грунтов, а также критерии выделения грунтов со специфическими свойствами и их характеристики приведены в СНиП «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования».

Искусственными основаниями называют грунты, которые по механическим свойствам в своем природном состоянии не могут выдерживать нагрузки от зданий и сооружений. Поэтому для упрочнения слабых грунтов необходимо выполнять различные инженерные мероприятия. К слабым относятся грунты с органическими примесями и насыпные грунты. Грунты с органическими примесями включают: растительный грунт, ил, торф, болотный грунт. Насыпные грунты образуются искусственно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки. Перечисленные грунты неоднородны по своему составу, рыхлые, обладают значительной и неравномерной сжимаемостью. Поэтому в качестве оснований их используют только после укрепления уплотнением, цементацией, силикатизацией, битумизацией или термическим способом.

Источник