Категория: Основания и фундаменты | Уровень: ГИП, конструктор, проектировщик
Расчёт оснований по деформациям — обязательный этап геотехнического проектирования любого здания или сооружения. Именно от правильного выполнения этого расчёта зависит, не появятся ли трещины в стенах, не перекосятся ли двери и не потеряет ли здание эксплуатационную пригодность спустя годы после сдачи. В статье разбираем суть расчёта, классификацию деформаций, ключевую формулу условия, характеристики совместной деформации и предельные значения по актуальной редакции СП 22.13330.2016.
Зачем нужен расчёт по деформациям
Основания зданий рассчитываются по двум группам предельных состояний:
Первая группа — по несущей способности: проверяем, что грунт не разрушится под нагрузкой.
Вторая группа — по деформациям: проверяем, что осадки, крены и прогибы не превысят допустимых значений.
Цель расчёта оснований по деформациям — ограничить абсолютные и (или) относительные перемещения фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность. При этом подразумевается, что прочность и трещиностойкость фундаментов и надфундаментных конструкций уже проверены расчётом, учитывающим усилия, возникающие при взаимодействии сооружения с основанием.
💡Практический вывод: даже если основание устойчиво по несущей способности, недопустимые деформации могут привести к аварийному состоянию надземных конструкций. Оба расчёта обязательны.
Виды деформаций основания
По причинам возникновения деформации оснований делятся на два принципиально разных вида:
Вид 1 — Деформации от внешней нагрузки
Деформации, возникающие в результате непосредственного нагружения основания весом сооружения и временными нагрузками:
Осадки — деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок (и в отдельных случаях собственного веса грунта), не сопровождающиеся коренным изменением его структуры.
Просадки — деформации, происходящие в результате уплотнения и коренного изменения структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительно действующих факторов: замачивания просадочного грунта, оттаивания ледовых прослоек в замерзающем грунте и т. п.
Горизонтальные перемещения — деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных систем, подпорные стены и т. д.) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности.
Вид 2 — Деформации без внешней нагрузки
Деформации, не связанные с нагружением от сооружения и проявляющиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещений поверхности основания:
Подъёмы и осадки — деформации, связанные с изменением объёма некоторых грунтов при увеличении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка), а также при замерзании воды в порах грунта (морозное пучение и оттаивание).
Оседания — деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий и т. п.
⚠️ Важно: при деформациях первого вида чем больше сжимаемость грунтов основания, тем бо́льшие усилия возникают в конструкциях. При деформациях второго вида с увеличением сжимаемости грунтов усилия, наоборот, снижаются. Это принципиально влияет на выбор конструктивных мер защиты.
Основное условие расчёта по деформациям
Расчёт оснований по деформациям производится исходя из условия:
s ≤ u
где:
s — совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчётом;
su — предельное значение совместной деформации основания и сооружения (задаётся нормативно по Приложению Г СП 22.13330.2016).
Под величинами s и su может пониматься любая из перечисленных выше деформаций: абсолютная осадка, относительная разность осадок, крен, прогиб, угол закручивания и т. д.
Расчётная схема основания
При расчёте деформаций с использованием расчётной схемы основания в виде линейно-деформируемой среды давление по подошве фундамента не должно превышать расчётного сопротивления грунта основания R. Это условие обеспечивает правомерность применения линейной зависимости «напряжения — деформации» и метода послойного суммирования.
Характеристики совместной деформации
Совместная деформация основания и сооружения может характеризоваться следующими показателями:
Аналогичные характеристики могут устанавливаться и для просадок грунтов, подъёмов их при набухании, оседаний земной поверхности и других видов деформаций.
Наиболее опасные деформации: неравномерные осадки
Наиболее опасны для конструкций сооружения именно неравномерные деформации основания. Для деформаций первого вида главными причинами их возникновения являются:
Неравномерная сжимаемость грунтов из-за их неоднородности, выклинивания и непараллельности залегания отдельных слоёв, наличия линз, прослоёв и других включений, неравномерного уплотнения грунтов.
Различие в осадках основания в пределах и за пределами площадки загружения — особенно часто это происходит с основаниями, сложенными сильносжимаемыми грунтами (этим объясняются многие случаи повреждений при возведении вблизи существующих зданий новых сооружений).
Неравномерное увлажнение грунтов, в частности просадочных и набухающих.
Различие нагрузок на отдельные фундаменты, их размеров в плане и глубины заложения.
Неравномерное распределение нагрузок на полы производственных зданий, а также загрузка территории в непосредственной близости от сооружения.
Нарушения правил производства строительных работ, ошибки, допущенные при инженерно-геологических изысканиях и проектировании.
Предельные значения деформаций по СП 22.13330.2016
Предельные значения деформаций оснований фундаментов приведены в Приложении Г СП 22.13330.2016. Они не зависят от грунтовых условий, а определяются исключительно конструктивной схемой здания или сооружения.
📌 Важно: чем выше жёсткость здания, тем бо́льшие допускаемые предельные значения деформаций основания. Элеваторы из ж/б на монолитной плите допускают среднюю осадку до 40 см — за счёт высокой способности к перераспределению усилий.
Учёт совместной работы основания и сооружения
Расчёт оснований по деформациям следует проводить исходя из условия совместной работы сооружения и основания. Деформации основания фундаментов допускается определять без учёта этого взаимодействия лишь в случаях, оговоренных в п. 5.3 СП 22.13330.2016.
При расчёте необходимо учитывать возможность изменения как расчётных, так и предельных значений деформаций основания за счёт применения:
Строительных мероприятий по уменьшению сжимаемости и неоднородности грунтов основания (устройство искусственных оснований, уплотнение, закрепление грунтов);
Конструктивных мероприятий, направленных на снижение чувствительности сооружений к деформациям основания (устройство ж/б поясов, армирование кладки, разрезка сооружения осадочными швами, применение монолитных конструкций).
Учёт деформаций во времени
В необходимых случаях — например, для оценки напряжённо-деформированного состояния конструкций сооружений с учётом длительных процессов — следует рассчитывать осадки во времени.
Осадки основания в процессе строительства (осадки от веса насыпей до устройства фундаментов, осадки до омоноличивания стыков строительных конструкций и т. п.) допускается не учитывать, если они не влияют на эксплуатационную пригодность сооружений.
Причины неравномерных деформаций второго вида
Среди причин, вызывающих неравномерные деформации основания второго вида, которые необходимо учитывать при проектировании:
Повышение влажности грунтов в грунтовых условиях II типа по просадочности;
Наличие подземных горных выработок;
Изменение температурно-влажностного режима некоторых грунтов (например, набухающих);
Изменение гидрогеологических условий площадки;
Влияние динамических воздействий (городской транспорт, вибрация и т. д.).
Практические рекомендации для проектировщика (ГИП / конструктор)
Алгоритм расчёта оснований по деформациям:
Определите вид деформации, которая является определяющей для данного сооружения (осадка, крен, прогиб и т. д.).
Рассчитайте осадку.
Сравните результат с предельным значением su из Приложения Г СП 22.13330.2016.
При превышении предельного значения — предусмотрите конструктивные или технологические мероприятия.
Заключение
Расчёт оснований по деформациям — это не формальность, а гарантия безопасности и долговечности сооружения. Понимание классификации деформаций, условия s≤su, характеристик совместной деформации и предельных значений по СП 22.13330.2016 — базовые компетенции любого проектировщика и ГИПа. Используйте нормативные значения из Приложения Г, учитывайте конструктивную схему здания и не забывайте про совместную работу основания и сооружения.
Как учитывать совместную работу мы подробно разбираем в комплексном обучении по проектированию здания совместо с грунтом, учитывая сразу все нюансы грунтового массива под зданием и жесткостей самого здания.
А если хотите глубокое погружение в тему расчета фундаментов, то лучше подойдет обучение по всем типам фундаментов, на которое как раз действует 25% скидка до старта нового 5-го потока!