Раздел 11. Автоматизированное проектирование фундаментов

Расчёты фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений являются достаточно сложными и трудоёмкими, поэтому их целесообразно выполнять с использованием ЭВМ. Применение ЭВМ позволяет сократить время, затрачиваемое на расчёты, избежать ошибок при расчётах, снизить стоимость и повысить качество проектных решений фундаментов; даёт возможность детально проанализировать несколько вариантов проектных решений и выбирать из них наиболее рациональный вариант. Наибольший эффект с применением ЭВМ достигается в том случае, когда инженер осуществляет выбор путей решения поставленной задачи и творческое осмысление полученных результатов.

С точки зрения реализации на ЭВМ задачи геомеханики и фундаментостроения условно можно разделить на три класса.

I класс – задачи, решение которых достигается вычислением искомых параметров, выраженных в явном виде некоторым набором формул (определение осадки фундамента метод послойного суммирования, определение размеров подошвы фундамента исходя из ограничения среднего давления под подошвой расчётным сопротивлением грунта);

II класс – задачи, которые не имеют решения в замкнутом виде (точного решения). Решение таких задач достигается так называемыми «численными методами» (задача о деформировании фундаментной плиты, лежащей на неоднородном по сжимаемости основании);

III класс – оптимизационные задачи, суть которых сводится к отысканию наилучшего варианта решения, отвечающего определённым требованиям (определение глубины заложения подошвы фундамента исходя из минимума затрат на его возведение).

Для любого типа фундамента существуют общие основные стадии методики проектирования фундаментов с применением ЭВМ. Данный процесс может быть описан следующей универсальной схемой (рис.11.1, а) – АИГУ (анализ инженерно-геологических условий строительной площадки); d – определение глубины заложения фундамента; А – определение площади подошвы фундамента; П – проверки фундаментов.

Расчёт на ЭВМ фундаментов мелкого заложения.

Основные этапы на стадии анализа инженерно-геологических условий представлены на рис.95, б, а на рис.95, в показан ряд факторов, которые следует учитывать при выборе глубины заложения фундамента. Схема определения площади подошвы фундамента и расчётного сопротивления грунта основания приведена на рис.95, г. Проверка фундамента мелкого заложения представлена на рис.95, д.

Расчёт фундаментных плит является одним из наиболее сложных и имеет ряд особенностей по сравнению с расчётами других конструкций в открытых котлованах. Это связано с различиями в площади передачи нагрузки и, как следствие, с различиями в условиях работы
грунта в основании.

Расчёт выполняется в несколько этапов, на первом этапе производится подбор размеров подошвы плиты исходя из расчёта основания по деформациям (рис.96, блоки 2 – 9). На втором этапе выполняется уточнение размера плиты в плане и определение общей толщины плиты исходя из расчёта железобетонной конструкции плиты без учёта ее взаимодействия с грунтовым основанием (рис.96, блок 10). На третьем этапе производится расчёт плиты как конструкции на упругом основании, размеры которой определены расчётами на первых двух этапах, и с учётом найденных внутренних усилий выполняется подбор арматуры (рис.96, блоки 11 – 15).

Расчёты, производимые в блоках 2 – 11, с математической точки зрения не представляют особой сложности, однако являются весьма трудоёмкими. Статический расчёт фундаментной плиты на упругом основании (блок 12), особенно при сложной конфигурации плиты и сложной схеме передачи нагрузки, может практически быть выполнен только на ЭВМ.

Расчёт свайных фундаментов и их оснований должен производиться по предельным состояниям двух групп (рис.97).

По первой группе:

– по прочности конструкций свай, свайных ростверков;

– по несущей способности грунта основания свайных фундаментов и свай;

– по устойчивости;

По второй группе:

– по осадкам оснований свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;

– по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от действия вертикальных, горизонтальных нагрузок и моментов;

– по образованию и раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.