Расчет оснований и фундаментов в системе APM Civil Engineering

Требованием п. 5.1.4. СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений является учет взаимодействия сооружения с основанием. Расчетная схема системы "сооружение-основание" или "фундамент-основание" должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, особенностей его возведения, характера грунтовых напластований, свойств грунтов основания, возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения и т.д.).

Для совместного расчета сооружения и основания могут быть использованы численные методы и специализированное программное обеспечение. В полной мере такой расчет может быть реализован в модуле APM Structure3D, входящем в систему APM Civil Engineering. APM Structure3D – модуль конечно-элементного анализа – уникальная отечественная разработка, в которой помимо прочностного расчета пространственных металлических, железобетонных, армокаменных и деревянных строительных конструкций реализован расчет всех основных типов фундаментов.

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

• столбчатые железобетонные фундаменты под колонны;
• ленточные железобетонные фундаменты;
• сплошные железобетонные фундаменты;
• свайные: висячие сваи и сваи-стойки.

Проектирование оснований фундаментов зданий и сооружений ведется по двум группам предельных состояний. Целью расчета по I группе предельных состояний является определение несущей способности оснований, обеспечение прочности и устойчивости фундаментов на сдвиг по подошве и опрокидывание. Расчет по II группе предельных состояний должен ограничить абсолютные и относительные перемещения фундаментов предельными величинами, гарантирующими нормальную эксплуатацию сооружения.

APM Structure3D имеет сертификат РОСС RU.СП15.Н00172 на соответствие расчета оснований и фундаментов следующим нормативным документам:

• СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений;
• СП 50-102-2003 Проектирование и устройство свайных фундаментов;
• СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры (используется для расчета железобетонных ленточных и сплошных фундаментов).

1. Общие принципы расчета фундаментов на упругом основании

Проверка пригодности принятых размеров, а также выбор размеров отдельных частей фундамента и способов его армирования, выполняется исходя из расчета прочности грунта основания. Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия совместной работы сооружения и основания. Совместная деформация основания и сооружения характеризуется абсолютной осадкой (подъемом) основания отдельного элемента фундамента.

При расчете деформаций основания с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетное сопротивление грунта основания (п. 5.5.8 СП 50-101-2004).

Следует отметить, что для моделирования упругого основания требуется определение коэффициентов пропорциональности, называемых коэффициентами постели. На основании данных инженерно-геодезических изысканий APM Structure3D позволяет задать структуру грунта и определить расчетное сопротивление грунта и коэффициенты постели оснований.

Для всех типов фундаментов для ввода нагрузок на основания используются результаты статического расчета от действия какого-либо загружения или комбинации загружений. В качестве альтернативы возможен и «ручной» ввод в соответствии с расчетной схемой.

2. Расчет параметров грунта основания

Понятие основания в APM Structure3D включает в себя фундамент одного типа (столбчатый, ленточный, сплошной, свайный) с одинаковыми конструктивными параметрами и установленный на одном грунте.

Рис. 1 Задание параметров грунта основания

Есть возможность выбора одного из типов грунтов с предопределенными характеристиками, например Глина I_L = 0 или Песок средней крупности с возможностью дальнейшего редактирования параметров грунта. Расчетные сопротивления для каждого слоя грунта вычисляются на основании п. 5.5.8 СП 50-101-2004.

3. Расчет основания под столбчатый фундамент

Рис. 2 Расчет столбчатого фундамента под колонну

4. Расчет свайного фундамента

Рис. 3 Порядок расчета свайных фундаментов

5. Расчет основания под ленточный фундамент

Рис. 5 Подготовка модели ленточного фундамента

Рис. 6 Конфигурация и результаты расчета ленточного фундамента

6. Расчет основания под сплошной фундамент

Рис. 7 Конфигурация и результаты расчета сплошного фундамента

Дальнейшее задание параметров и выполнение расчета основания по прочности грунта и осадкам осуществляется во вкладках диалогового окна Фундаменты для каждого основания или группы. Расчет фундамента как железобетонного элемента с подбором арматуры выполняется в диалоговом окне Конструктивные элементы.

7. Совместный расчет сооружения, фундамента и основания

1. расчет сооружения на жестком основании и определение первоначального распределения коэффициентов постели исходя из глубины продавливания толщи грунта;
2. расчет совместных перемещений сооружения фундамента и основания с принятым распределением коэффициента постели при действии заданных нагрузок;
3. определение осадок основания с использованием принятой модели основания, а также следующего приближения и пересчет коэффициентов постели;
4. повторение шагов 2) и 3) до достижения сходимости по контрольному параметру (например, по коэффициенту постели).

• пользователь работает с программным обеспечением одного разработчика;
• отсутствует «лишняя» операция переноса результатов и данных из одной программы в другую;
• возможность реализации итерационного процесса решения нелинейной задачи совместной работы системы "основание-фундамент-сооружение";
• одновременная проверка несущей способности стальных, деревянных и армированных (железобетонных и армокаменных) конструктивных элементов.