¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

13 августа 2010

–асчет оснований и фундаментов в системе APM Civil Engineering

јндрей јлехин, ¬ладимир ѕрокопов

ѕроектирование оснований и фундаментов €вл€етс€ неотъемлемой частью проектировани€ зданий и сооружений в целом. –асчет фундаментов требуетс€ не только дл€ индивидуальных проектов зданий, но и дл€ типовых серийных проектных решений.  онструктивные и объемно-планировочные решени€ зданий в значительной степени зависит от инженерно-геологических условий площадки строительства и возможных вариантов фундаментов.

“ребованием п. 5.1.4. —ѕ 50-101-2004 ѕроектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений €вл€етс€ учет взаимодействи€ сооружени€ с основанием. –асчетна€ схема системы "сооружение-основание" или "фундамент-основание" должна выбиратьс€ с учетом наиболее существенных факторов, определ€ющих напр€женное состо€ние и деформации основани€ и конструкций сооружени€ (статической схемы сооружени€, особенностей его возведени€, характера грунтовых напластований, свойств грунтов основани€, возможности их изменени€ в процессе строительства и эксплуатации сооружени€ и т.д.).

ƒл€ совместного расчета сооружени€ и основани€ могут быть использованы численные методы и специализированное программное обеспечение. ¬ полной мере такой расчет может быть реализован в модуле APM Structure3D, вход€щем в систему APM Civil Engineering. APM Structure3D Ц модуль конечно-элементного анализа Ц уникальна€ отечественна€ разработка, в которой помимо прочностного расчета пространственных металлических, железобетонных, армокаменных и дерев€нных строительных конструкций реализован расчет всех основных типов фундаментов.

“ипы фундаментов, расчет которых может быть проведен в модуле APM Structure3D:

  • столбчатые железобетонные фундаменты под колонны;
  • ленточные железобетонные фундаменты;
  • сплошные железобетонные фундаменты;
  • свайные: вис€чие сваи и сваи-стойки.
¬озможен также расчет фундаментов, произвольной конфигурации в плане; комбинированных (разных типов дл€ одного здани€), а также фундаментов сложной формы, например, сплошных с оребрением.

ѕроектирование оснований фундаментов зданий и сооружений ведетс€ по двум группам предельных состо€ний. ÷елью расчета по I группе предельных состо€ний €вл€етс€ определение несущей способности оснований, обеспечение прочности и устойчивости фундаментов на сдвиг по подошве и опрокидывание. –асчет по II группе предельных состо€ний должен ограничить абсолютные и относительные перемещени€ фундаментов предельными величинами, гарантирующими нормальную эксплуатацию сооружени€.

APM Structure3D имеет сертификат –ќ—— RU.—ѕ15.Ќ00172 на соответствие расчета оснований и фундаментов следующим нормативным документам:

  • —ѕ 50-101-2004 ѕроектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений;
  • —ѕ 50-102-2003 ѕроектирование и устройство свайных фундаментов;
  • —ѕ 52-101-2003 Ѕетонные и железобетонные конструкции без предварительного напр€жени€ арматуры (используетс€ дл€ расчета железобетонных ленточных и сплошных фундаментов).

1. ќбщие принципы расчета фундаментов на упругом основании

–асчет фундамента начинаетс€ с предварительного выбора конструктивного решени€ и определени€ глубины заложени€.

ѕроверка пригодности прин€тых размеров, а также выбор размеров отдельных частей фундамента и способов его армировани€, выполн€етс€ исход€ из расчета прочности грунта основани€. –асчет оснований по деформаци€м производитс€ исход€ из услови€ совместной работы сооружени€ и основани€. —овместна€ деформаци€ основани€ и сооружени€ характеризуетс€ абсолютной осадкой (подъемом) основани€ отдельного элемента фундамента.

ѕри расчете деформаций основани€ с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетное сопротивление грунта основани€ (п. 5.5.8 —ѕ 50-101-2004).

—ледует отметить, что дл€ моделировани€ упругого основани€ требуетс€ определение коэффициентов пропорциональности, называемых коэффициентами постели. Ќа основании данных инженерно-геодезических изысканий APM Structure3D позвол€ет задать структуру грунта и определить расчетное сопротивление грунта и коэффициенты постели оснований.

ƒл€ всех типов фундаментов дл€ ввода нагрузок на основани€ используютс€ результаты статического расчета от действи€ какого-либо загружени€ или комбинации загружений. ¬ качестве альтернативы возможен и Ђручнойї ввод в соответствии с расчетной схемой.

2. –асчет параметров грунта основани€

¬ текущей версии системы APM Civil Engineering реализована модель грунта основани€ с использованием двух коэффициентов постели, которую прин€то называть моделью ѕастернака. ѕри использовании в расчете одного коэффициента постели модель ѕастернака сводитс€ к традиционной модели ¬инклера, регламентированной —ѕ 50-101-2004. ¬ дальнейших планах разработчиков создание дополнительных инструментов дл€ моделировани€ грунта объемными конечными элементами (модели грунта  улона-ћора и ƒрюкера-ѕрагера).

ѕон€тие основани€ в APM Structure3D включает в себ€ фундамент одного типа (столбчатый, ленточный, сплошной, свайный) с одинаковыми конструктивными параметрами и установленный на одном грунте.


–ис. 1 «адание параметров грунта основани€

ƒл€ всех типов фундаментов за исключением расчета свай-стоек доступна вкладка Ђ—лои √рунтаї (рис. 1), в которой осуществл€етс€ задание параметров грунта дл€ данного основани€. ќдному основанию может соответствовать только один грунт. ƒл€ задани€ грунта необходимо, прежде всего, выбрать тип (глина или песок). ¬ зависимости от выбранного типа будет то или иное выпадающее меню подтипа: дл€ песка Ц гравелистый, крупный, средней крупности, мелкий, пылеватый; дл€ глины Ц в зависимости от показател€ текучести IL = 0Е1. ƒалее доступны дл€ задани€ все остальные параметры: толщина, плотность, угол внутреннего трени€ (град), удельное сцепление, коэффициент поперечной деформации, модуль деформации.

≈сть возможность выбора одного из типов грунтов с предопределенными характеристиками, например √лина IL = 0 или ѕесок средней крупности с возможностью дальнейшего редактировани€ параметров грунта. –асчетные сопротивлени€ дл€ каждого сло€ грунта вычисл€ютс€ на основании п. 5.5.8 —ѕ 50-101-2004.

3. –асчет основани€ под столбчатый фундамент

—толбчатый фундамент устанавливаетс€, как правило, под колонну. ѕоэтому дл€ расчета упругого основани€ под столбчатый фундамент необходимо создать стальной или железобетонный конструктивный элемент Ц  олонна и установить опоры.


–ис. 2 –асчет столбчатого фундамента под колонну

«атем нужно выделить все колонны с опорами и с помощью команды ”пругое основание под столбчатый фундамент создать упругое основание. “ак автоматически будут созданы соответствующие упругие основани€ под каждую колонну. ƒальнейшее задание параметров (учет наличи€ подвала, коэффициенты условий работы и т.д.) осуществл€етс€ во вкладках диалогового окна ‘ундаменты (рис. 2) дл€ каждого основани€ или группы. ¬ результате расчета определ€ютс€: толщина продавливани€ грунта с учетом нагрузки на основание, коэффициенты постели, число ступеней фундамента и их геометрические размеры, осадка, крен, необходимое количество арматуры. ѕосле выполнени€ расчета доступна схема расположени€ ступеней фундамента в грунте, 3D модель фундамента с армированием отображаетс€ на расчетной схеме.

4. –асчет свайного фундамента

¬ основу расчета свайного фундамента положено определение необходимого количества свай в кусте. Ќеобходимо выделить все колонны (∆Ѕ колонны или стальные конструктивные элементы) с опорами и с помощью команды ”пругое основание под свайный фундамент создать соответствующие упругие основани€. “ак автоматически будут созданы упругие основани€ под каждую колонну.


–ис. 3 ѕор€док расчета свайных фундаментов

ƒалее во вкладках диалогового окна ‘ундаменты (рис. 3) дл€ каждого основани€ или дл€ группы осуществл€етс€ задание параметров. √еометрические параметры, такие как сечение и размеры, могут быть выбраны из базы данных стандартных свай или заданы пользователем. ¬кладка  онфигураци€ позвол€ет выбрать тип сваи-стойки (забивна€; оболочка; набивна€ и бурова€) или вис€чие сваи (забивна€; оболочка; оболочка, заполн€ема€ бетоном; набивна€ и бурова€; винтова€; бурозавинчиваема€; вдавливаема€). ѕараметры ростверка используютс€ дл€ задани€ геометрических размеров и материала ростверка, а также дл€ учета наличи€ подвала.


–ис. 4 –езультаты расчета и схема свайного фундамента

¬ результате расчета определ€ютс€ (рис. 4): толщина продавливани€ грунта с учетом нагрузки на основание, коэффициенты постели, осадка, крен, несуща€ способность сваи по грунту на продавливание и на выдергивание и необходимое количество свай, а также геометрические размеры плиты ростверка, размеры условного фундамента, расчетное сопротивление грунта под условным фундаментом. ѕосле выполнени€ расчета доступна схема расположени€ куста свай в грунте, 3D модель ростверка отображаетс€ на расчетной схеме.

5. –асчет основани€ под ленточный фундамент

Ћенточный фундамент представл€ет собой балку установленную под стеной или р€дом близкорасположенных колонн. ƒл€ расчета упругого основани€ под ленточный фундамент необходимо создать ∆Ѕ ригель, стальной или дерев€нный конструктивный элемент, затем установить опоры по длине конструктивного элемента.


–ис. 5 ѕодготовка модели ленточного фундамента

¬ одно основание ленточного фундамента могут входить несколько конструктивных элементов одного сечени€, расположенных на одном грунте. ѕосле выделени€ ригел€ или группы ригелей одного сечени€ с помощью команды ”пругое основание под ленточный фундамент создаетс€ соответствующее упругое основание (рис. 5).


–ис. 6  онфигураци€ и результаты расчета ленточного фундамента

ƒальнейшее задание параметров (учет наличи€ подвала, коэффициенты условий работы и т.д.) и выполнение расчета основани€ по прочности грунта и осадкам осуществл€етс€ во вкладках диалогового окна ‘ундаменты (рис. 6) дл€ каждого основани€ или группы. –асчет фундамента как железобетонного элемента с подбором арматуры выполн€етс€ в диалоговом окне  онструктивные элементы.

6. –асчет основани€ под сплошной фундамент

—плошной фундамент представл€ет собой плиту. ƒл€ расчета упругого основани€ под сплошной фундамент необходимо создать конструктивный элемент с типом элемента ∆Ѕ оболочка, а затем установить опоры по всей пластине.


–ис. 7  онфигураци€ и результаты расчета сплошного фундамента

¬ одно основание сплошного фундамента могут входить несколько конструктивных элементов одинаковой толщины, расположенных на одном грунте. ѕосле выделение одного или нескольких конструктивных элементов с помощью команды ”пругое основание под сплошной фундамент создаетс€ соответствующее упругое основание (рис. 7).

ƒальнейшее задание параметров и выполнение расчета основани€ по прочности грунта и осадкам осуществл€етс€ во вкладках диалогового окна ‘ундаменты дл€ каждого основани€ или группы. –асчет фундамента как железобетонного элемента с подбором арматуры выполн€етс€ в диалоговом окне  онструктивные элементы.

7. —овместный расчет сооружени€, фундамента и основани€

–асчет внутренних усилий в системе "основание-фундамент-сооружение" допускаетс€ выполн€ть на основании, характеризуемом переменным в плане коэффициентом жесткости (коэффициентом постели). ѕри этом переменный в плане коэффициент постели назначаетс€ с учетом неоднородности в плане и по глубине основани€.  оэффициенты постели завис€т от структуры и физических свойств грунта, а также от нагрузки на основание. ¬ APM Structure3D эти коэффициенты могут быть определены в процессе последовательных приближений:
  1. расчет сооружени€ на жестком основании и определение первоначального распределени€ коэффициентов постели исход€ из глубины продавливани€ толщи грунта;
  2. расчет совместных перемещений сооружени€ фундамента и основани€ с прин€тым распределением коэффициента постели при действии заданных нагрузок;
  3. определение осадок основани€ с использованием прин€той модели основани€, а также следующего приближени€ и пересчет коэффициентов постели;
  4. повторение шагов 2) и 3) до достижени€ сходимости по контрольному параметру (например, по коэффициенту постели).
¬ системе APM Structure3D реализован комплексный подход расчета строительного объекта "основание-фундамент-сооружение". ¬ыполнение расчета конструктивных элементов (металлических, железобетонных, армокаменных, дерев€нных) и фундаментов в Ђодном окнеї обладает р€дом очевидных преимуществ:
  • пользователь работает с программным обеспечением одного разработчика;
  • отсутствует Ђлишн€€ї операци€ переноса результатов и данных из одной программы в другую;
  • возможность реализации итерационного процесса решени€ нелинейной задачи совместной работы системы "основание-фундамент-сооружение";
  • одновременна€ проверка несущей способности стальных, дерев€нных и армированных (железобетонных и армокаменных) конструктивных элементов.
“акой подход, на наш взгл€д, наиболее полно соответствует требовани€м современного проектировани€.

ƒобавить комментарий

„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: Ќациональна€ иде€ нашего рынка —јѕ–
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

Ќациональна€ иде€ нашего рынка —јѕ– — ƒавид Ћевин (29 апрел€ 2019)
isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2019 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.