kross.doc

8/17/2019 kross.doc

http://slidepdf.com/reader/full/krossdoc 1/10

Государственное образовательное учреждение высшего профессиональногообразования

«Санкт-Петербургский государственный политенический университет!

"нженерно-строительный факультет#афедра «$енология% организа&ия и 'коно(ика строительства!

)))*+,./012341*+56*7

8*"* 9атин% :*:* ;ойся

Совместный расчет здания и фундамента мелкого заложения в SCAD

;етодические указания

Санкт-Петербург!!" г#

8/17/2019 kross.doc


Совместный расчет здания и фундамента мелкого заложения вSCAD

$ методическом указании о%исыва&тся су'еству&'ие модели грунта( реализа)ия и* в+,ССе( а также %ривед.н анализ резул/татов расч.та#

< ;одели грунтаПри совместном расчете системы 0здание и грунтовое основание1 для грунта

основания %рименя&тся четыре основные модели2- модел/ $инклера3- линейно-деформируемого основания3- билинейная модел/3- модел/ у%рочня&'егося грунта#

1.1 Модель Винклера4одел/ $инклера 5 6то модел/( %редназначенная тол/ко для ре7ения контактной

задачи#Согласно 89: в 6той модели %ринима&тся два су'ественны* до%у'ения2 %ервое 5

осадка ),( y xW точки %овер*ности основания %рямо %ро%ор)ионал/на величине давления

),( y x р в 6той точке( второе 5 осадки %роис*одят тол/ко в месте %риложения нагрузки( а за

%ределами %ло'ади загружения 0),( = y xW #

Согласно 6тим до%у'ениям осадки W %овер*ности основания $инклера %од нагрузкой p формиру&т осадочну& воронку( зеркал/но %овторя&'у& *арактер изменения нагрузки# $)елом основание $инклера образно илл&стрируется ме*анической модел/& в видеотдел/ны*( не связанны* между собой( %ружин#

$ модели ко6ффи)иента %остели в соответствии с %ервым до%у'ением %ринимается(что

kW р =

+о6ффи)иент %ро%ор)ионал/ности k носит название ко6ффи)иента %остели# н

численно равен давлени& p ( которое следует %риложит/ к %овер*ности основания( чтобы%олучит/ осадку( равну& едини)е#

Подчеркнем( что 6та модел/ %рименима тол/ко для о%ределения на%ряжений %о%одо7ве сооружения и осадок %овер*ности основания в %редела* контакта его ссооружением без о%ределения на%ряжений и деформа)ий в основании#

1.2 Модель линейно-деформируемого основания ;олее сложной является модел/ линейно-деформируемого основания <=>?#$ С@иП #!#!9-B 0снования зданий и сооружений1 %редлага&тся две такие

модели2 модел/ линейно-деформируемого %олу%ространства и линейно-деформируемогослоя#

При ис%ол/зовании модели => грунтовая среда %редставляется линейнодеформируемой <средой линейной теории у%ругости?#

По 89: в 6той модели также %ринима&тся два до%у'ения2 %ервое 5 осадка ),( y xW

точки %овер*ности основания %рямо %ро%ор)ионал/на величине нагрузки ),( y x р в 6той

точке( второе 5 осадки рас%ространя&тся и за %ределы %ло'ади загружения#

Согласно 6той модели( от %риложенной силы ζ Р л&бая точка %овер*ности линейно-

деформируемого основания с координатой x %олучает осадку )( xW ( которая %рямо

%ро%ор)ионал/на величине силы ζ Р и зависит от расстояния )( ζ − х между точкой

%риложения нагрузки и точкой с координатой x ( т#е# осадку можно %редставит/ в виде)()( ζ ζ −= x F P xW (

где )( ζ − x F - функ)ия от расстояния )( ζ − х #

$ отличии от модели $инклера модел/ => %ри совместном расчете сооружения соснованием %озволяет о%ределит/( %омимо контактны* на%ряжений( на%ряженнодеформируемое состояние грунта всего основания#

8/17/2019 kross.doc


1.3 Билинейная модель;илинейная модел/ <из 8:? 5 6то у%руго%ластическая модел/( которая является

дал/ней7им усложнением модели => и учитывает наличие у грунта структурной%рочности#

4одел/ основания %редставлена в виде слоя( о%ира&'егося на значител/но более ж.сткое %олу%ространство# ол'ина слоя зависит от нагрузки и структурной %рочностигрунта( а модул/ деформа)ии слоя %олучается осреднением %о глубине#

садка какой-либо точки %овер*ности основания <%одо7вы %литы? может быт/за%исана в виде2

∫ =d

f

z

z

z dz W ε (

где z ε - %ослойные деформа)ии грунта3 z - вертикал/ная координата( возраста&'ая

вниз3 f z - координата %одо7вы3 H z z f d

+= - нижняя грани)а интегрирования3 Н - глубина

сжимаемой тол'и#При о%ределении W методом %ослойного суммирования без учета боковы*

деформа)ий < ;0== y x ε ε 0≠

z ε ? в случае грунта со структурной %рочност/& для z ε

%ринима&тся( согласно 8: и 8B:( зависимости2

е

z

z Е

0σ σ β ε −= %ри с z р≤σ

−+

−=

0

0

E

p

Е

p c z

е

c

z

σ σ β ε %ри c z p>σ

где z σ - суммарное 6ффективное вертикал/ное на%ряжение р z σ σ σ += 0 3

0σ - начал/ное вертикал/ное 6ффективное на%ряжение до начала %риложения

нагрузки( т#е# бытовое давление от собственного веса грунта и с добавкой давления от ужесу'еству&'и* соседни* сооружений3

рσ - до%олнител/ное вертикал/ное 6ффективное на%ряжение <от внов/ %остроенного

сооружения?30 Е - модул/ об'ей <у%руго%ластической? деформа)ии3

( ) 084 Е Е е ÷= - модул/ у%ругой <обратимой? деформа)ии3

c p - структурная %рочност/ на сжатие( завися'ая от %лотности <%ористости? грунта и

давления3β - ко6ффи)иент( отража&'ий сте%ен/ стесн.нности боковы* деформа)ий в

условия* ком%рессионного ис%ытания < 0== y x ε ε ?#

По сути( выражение для z ε отображает нелинейные свойства грунта( для которого

%ринима&тся различные модули деформа)ии( о%ределенные %ри ком%рессионны*ис%ытания* грунта( облада&'его структурной %рочност/&( для выявления которой

нагружения осу'ествля&тся малыми сту%енями z σ <рис#9#?

4одул/ деформа)ии 5 кл&чевой 6лемент модели( то( что связывает модел/ основанияс моделями грунтов#

8/17/2019 kross.doc


@е%осредственное ис%ол/зование ком%рессионной зависимости ( ) z f е σ = для

о%ределения осадки W %озволяет более четко отразит/ нелинейное деформированиегрунта( чем на зависимости( %редставленной на рис#9#

1.4 Модель упрочняюегося грун!а4одел/ у%рочня&'егося грунта 5 6то у%руго%ластическая модел/ ги%ерболического

ти%а( которая является основной модел/& второго уровня# Eта модел/ учитывает 6ффекту%рочнения как %ри сжатии( так и %ри сдвиге грунта3 учитывает зависимост/ жесткостны**арактеристик от на%ряжений# >ля такой модели у%ругая област/ в %ространстве главны*на%ряжений ограничена не тол/ко некоторой %редел/ной %овер*ност/&( но и криво-линейной вы%уклой %овер*ност/& 07атра1# Fс%ол/зование у%рочня&'и*ся моделей%озволяет учитыват/ изменение модуля деформа)ии %о глубине для нормал/ноу%лотненны* и %ереу%лотненны* грунтов и тем самым избавит/ся от искусственногоограничения сжимаемой тол'и#

1." #!личия моделей тличия моделей грунта сведены в табли)у 9#

абли)а 9

;одель грунта=аспределительные

свойства грунта#онтактные напряжения

>ависи(остьосадки отпло?ади@шириныA

загружения

4одел/ $инклера не отражены име&т конечные значения не зависит

4одел/ линейно-деформируемого

основания

завы7енные<максимал/ные?

в отдел/ны* <особы*?

точка* могут %ринимат/значения значител/но

%ревы7а&'ие %рочност/грунта

возрастает с

увеличением%ло'ади

загружения

;илинейная модел/(ис%ол/зуемая в +,СС

ограниченные( близкие к реал/ности

более точно отражаетреал/ну& %рочност/

грунта

луч7е отвечаето%ытнымданным

Fз табли)ы видно( что из рассмотренны* %росты* моделей билинейная модел/наиболее адекватно о%исывает свойства грунта#

1.$ %сло&нение моделей

При ис%ол/зовании П+( реализу&'и* численное ре7ение метода конечны* 6лементов<4+E? и метода граничны* 6лементов <4GE?( одновременно с учетом физическойнелинейности грунта учитыва&тся неоднородност/ грунтового основания( как в %лане( так и%о глубине( а также конечная жесткост/ фундамента и здания#

8/17/2019 kross.doc


8/17/2019 kross.doc


2.3 !ераии Программа +,СС в*одит в состав %акета SCAD MNNOPQ и %редусматривает как

автономну& работу( так и обмен данными с интегрированной системой %рочностногоанализа конструк)ий SRTPRTQ CAD <SCAD?# При совместной работе с системой SCAD в%рограмму +,СС автоматически %ередается очертание фундаментной %литы# Послезадания до%олнител/ной информа)ии и данны* о %ло'адке строител/ства вы%олняетсярасчет ко6ффи)иентов %остели( значения которы* возвра'а&тся в SCAD и автоматически

назнача&тся 6лементам с*емы# $ случае автономной работы резул/таты могутис%ол/зоват/ся для задания ко6ффи)иентов %остели в л&бой %рограмме расчетаконструк)ий#

,асчет оснований %о деформа)иям должен %роизводит/ся из условия совместнойработы сооружения и основания#

Смыслом итера)ий является сведение модели грунта и модели фундамента#По сути ис%ол/зуемый в %рограмме %рин)и% состоит в следу&'ем2 зада&тся

%римерным рас%ределением давлений %од %одо7вой фундамента( затем о%ределя&т осадкии %ривед.нные у%ругие *арактеристики основания и с и* %омо'/& строят ком%лексну&модел/ сооружения( рас%оложенного на у%ругом винклеровом основании# о ест/ осадкиоснования о%ределя&тся в %ред%оложении( что модел/ билинейная 5 ис%ол/зу&тсяв*одя'ие в е. основу значения вертикал/ны* 6ффективны* на%ряжений и 6тим же учтена

работа законтурной части основания# аким образом( необ*одимост/ в ис%ол/зованиивторого ко6ффи)иента %остели( а также во введении законтурны* конечны* 6лементов(которые %рименя&тся для моделирования от%ора %олосы грунта за %ределами %литы <засч.т работы грунта на сдвиг?( от%адает# По %олученной ком%лексной модели сооружениявы%олняется расчет с*емы 0здание-основание1( что %риводит к уточнени& картиныдавлений( %ередаваемы* на грунт# Uсли 6та картина меняется су'ественно( расч.т%овторяется снова( начиная с о%ределения осадок# о ест/ %роводят сери& итера)ионны*расч.тов( которая состоит в следу&'ем2

- зада&тся начал/ным рас%ределением ко6ффи)иента %остели ( ) y xC ,1 3

- рассчитыва&т совместные %ереме'ения сооружения( фундамента и основания с

%ринятым рас%ределением ко6ффи)иента %остели ( ) y xC ,1 %ри действии заданны*

нагрузок и о%ределя&т контактные давления ( ) y x p , 3- о%ределя&т осадки основания ( ) y xw , с ис%ол/зованием %ринятой модели

основания( а также следу&'ее %риближение для ко6ффи)иента %остели

( ) ( ) ( ) y xw y x p y xC ,/,,1 = 3

- %овторя&т второй и третий 7аг до достижения с*одимости %о контрол/ному%араметру#

2.4 ример сведения модели грун!а и модели фундамен!аПри %остроении модели у%ругого основания был %ровед.н итера)ионный расч.т(

%озволя&'ий свести модел/ основания и модел/ фундамента# Проведено %ят/

%оследовател/ны* итера)ий# ,езул/таты %риведены в виде 6%&р реак)ий фундаментной%литы и изо%олей %ереме'ений на рис#-V#

8/17/2019 kross.doc


,исунок # Fзо%оля %ереме'ений и реак)ий фундаментной %литы %ри %ервомитера)ионном расч.те#

,исунок B# Fзо%оля %ереме'ений и реак)ий фундаментной %литы %ри второмитера)ионном расч.те#

8/17/2019 kross.doc


,исунок H# Fзо%оля %ереме'ений и реак)ий фундаментной %литы %ри трет/емитера)ионном расч.те#

,исунок W# Fзо%оля %ереме'ений и реак)ий фундаментной %литы %ри четвертомитера)ионном расч.те#

,исунок V# Fзо%оля %ереме'ений и реак)ий фундаментной %литы %ри %ятомитера)ионном расч.те#

8/17/2019 kross.doc


>ля наглядности на основании %олученны* резул/татов %остроен график 9#

После анализа и со%оставления 6%&р реак)ий фундаментной %литы и изо%олей%ереме'ений <рис#-V?( а также %ри рассмотрении графика 9 можно сделат/ вывод2 длясовместного расч.та фундамента и грунтового основания с )ел/& сведения 6ти* моделей иуточнения резул/татов необ*одимо %роводит/ сери& итера)ионны* расч.тов#

H :нализ результатов расчIта,езул/татом работы %рограммы является %редставление изо%олей осадки в дву*

вида* 5 чистый вид осадки( вычисленной на уровне %одо7вы фундамента и 0%риведенная1

осадка( т# е# осадка( дел.нная на нагрузку( что и называется ко6ффи)иентом %остели#Полученну& осадку сравнива&т с до%ускаемой %о С@иПам и С@3 %о %олученным

значениям на%ряжений о)енива&т сте%ен/ и *арактер армирования фундаментны* железобетонны* конструк)ий#

J Предельные состояния оснований фунда(ентовснования рассчитыва&тся %о двум гру%%ам %редел/ны* состояний2 %ервая 5 %о

несу'ей с%особности( вторая 5 %о деформа)иям#Xел/& расчета оснований %о деформа)иям является ограничение абсол&тны* или

относител/ны* %ереме'ений фундаментов и надфундаментны* конструк)ий такими

%ределами( %ри которы* гарантируется нормал/ная 6кс%луата)ия сооружения и неснижается его долговечност/ <вследствие %оявления недо%устимы* осадок( %одIемов(кренов( изменений %роектны* уровней и %оложений конструк)ий( расстройств и* соединенийи т#%#?# При 6том имеется в виду( что %рочност/ и тре'иностойкост/ фундаментов инадфундаментны* конструк)ий %роверены расчетом( учитыва&'им усилия( которыевозника&т %ри взаимодействии сооружения с основанием#

Xел/& расчета оснований %о несу'ей с%особности явля&тся обес%ечение %рочности иустойчивости оснований( а также недо%у'ение сдвига фундамента %о %одо7ве и егоо%рокидывания# Принимаемая в расчете с*ема разру7ения основания <%ри достижении им%редел/ного состояния? должна быт/ как статически( так и кинематически возможна дляданного воздействия и конструк)ии фундамента или сооружения#

Поскол/ку %ри неравномерны* осадка* деформиру&тся надземные конструк)ии(основным расч.том оснований является расч.т %о второму %редел/ному состояни&#

$ ряде случаев основания сооружений рассчитыва&т %о %ервому %редел/номусостояни&#

8/17/2019 kross.doc


Под действием вне7ней нагрузки в основании возникает на%ряж.нное состояние(которое *арактеризуется нормал/ными и касател/ными на%ряжениями# При возрастаниинагрузки в некоторы* точка* основания может возникнут/ %редел/но на%ряж.нноеоснование( %ри котором касател/ные на%ряжения в 6ти* точка* достига&т со%ротивлениягрунта сдвигу %ри действу&'и* %о 6тим %ло'адкам нормал/ны* на%ряжения*# >ал/ней7еевозрастание нагрузки будет вызыват/ в рассматриваемы* точка* развитие деформа)ийсдвигов( что %риводит к %ерерас%ределени& на%ряжений в массиве грунта# +огда%редел/ное на%ряж.нное состояние о*ватит бол/7у& област/ и %ло'адки сдвигов соседни*

точек образу&т не%рерывные %овер*ности скол/жения( %роизойд.т об'ее нару7ение%рочности <устойчивости? основания( со%ровожда&'ееся сдвигом фундамента совместно смассивом грунта основания# $ основании образуется %овер*ност/ скол/жения(о*ватыва&'ая вс& %одо7ву сооружения# По 6той %овер*ности %роис*одит сдвигфундамента или массива грунта вместе с фундаментом# ак как нару7ение %рочностигрунта со%ровождается сдвигом %о %овер*ности скол/жения( %редел/ное состояние %о%рочности в данной точке *арактеризуется равенством касател/ного на%ряжения(действу&'его %о 6лементарной %ло'адке скол/жения( величине со%ротивления грунтасдвигу на той же %ло'адке# аким образом( условие возникновения %редел/ного состояния%о несу'ей с%особности <устойчивости( %рочности? %редставляет собой условие%редел/ного равновесия %ри сдвиге#

,асч.т оснований %о несу'ей с%особности должен %роизводит/ся в следу&'и* случая*2а? на основание %ереда&тся значител/ные горизонтал/ные нагрузки <%од%орные стены(

фундаменты рас%орны* конструк)ий и т#%#?( в том числе сейсмические3б? сооружение рас%оложено на откосе или вблизи откоса3в? основание сложено водонасы'енными %ылевато-глинистыми грунтами3г? основание сложено скал/ными грунтами#д? фундамент работает на выд.ргивание#

K Lиблиографический список9# ;угров Y#+# 4е*аника грунтов2 Lчеб# %особие# 5 СПб2 СПбGПL( !!" 5 С# 9HV-9WH

# Gороде)кий Y#С#( ;атрак =#G#( Gороде)кий >#Y#( =азн&к 4#$#( Zси%енко С#$# ,асчет и%роектирование конструк)ий высотны* зданий из монолитного железобетона# - +( !!H 5 С# B"-B[B# \едоровский $#G#( ;езволев С#G# Прогноз осадок фундаментов мелкого заложения ивыбор модели основания для расчета %лит ]] снования( фундаменты и ме*аникагрунтов# - !!! ]] ^H# ]] - С# "V-HH# +риксунов E#_#( Перел/муте` Y#$#( Перел/мутер 4#Y#( Семен)ов Y#( \едоровский$#G# +,СС 5 %рограмма для о%ределения ко6ффи)иентов %остели# ,ежим досту%а28aRR`2]]bbb#PcdecfRQ#T]cROPgQf]9!hfPcdhPiff#PNe W#![#!!9:#W# С@иП #!#!9-B 0снования зданий и сооружений1V# jве)ов G#F#( @осков F#$#( Слободян Y#>#( Gос/кова G#С# снования и фундаменты2

С%равочник# 5 4( 9[[9 5 С# H-""# >алматов ;#F#( ;ронин $#@#( Gолли Y#$#( +арлов $#>#( 4ангу7ев ,#Y# и др#Проектирование фундаментов зданий и %одземны* сооружений2 Lчеб# %особие# 5 4(9[[[ 5 С# W( W( [B-[H## Перел/мутер Y#$#( Сливкер $#F# ,асч.тные модели сооружений и возможност/ и*анализа# 5 4( !!" 5 С# BV"-B[W

kross.doc

Documents