Руководство по проектированию плитных фундаментов каркасных зданий и сооружений башенного типа (1984)

Даны рекомендации по проектированию  произвольной ортогональной, полигональной и круглой формы в плане железобетонных плитных фундаментов каркасных зданий и сооружений башенного типа на естественном основании, по выбору расчетных схем и параметров основания, в том числе переменного коэффициента  жесткости, основания, расчету деформаций основания с расчетной схемой в виде линейно-деформируемого слоя, по определению предварительных размеров плитных  фундаментов. Приведены особенности конструирования и наблюдений за осадками, сдвигами и кренами плитных фундаментов.

Для инженерно-технических работников проектных организаций.

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Сплошные монолитные железобетонные плитные фундаменты прямоугольной, произвольной ортогональной либо полигональной и круглой формы в плане широко используются при строительстве на естественном основании (особенно на слабых и неоднородных грунтах) многоэтажных зданий различного назначения, а также промышленных сооружений типа силосов, элеваторов, дымовых труб, и т. п. Площадь таких плит, как правило, превышает 100 м2, а ширина или диаметр b(d)≥10 м.

За последние годы в нашей стране проведены большие теоретические и экспериментальные исследования плитных фундаментов, завершившиеся разработкой методов и созданием программ для расчета плитных фундаментов на ЭВМ.

Методы и программы для расчета плитных фундаментов разработаны на основе последних достижений в области строительной механики, теории расчета железобетонных конструкций, механики грунтов, теории упругости, вычислительной математики и практики фундаментостроения. Они позволяют рассчитывать плитные  фундаменты практически любой формы в плане (прямоугольные, круглые, кольцевые, сложной формы) переменной толщины с учетом влияния жесткости верхнего строения в виде каркаса, системы связанных между собой жестких диафрагм, несущих стен или очень жесткого надфундаментного строения типа силосных корпусов, дымовых труб и т. п. Стал возможным совместный расчет в упругой постановке элементов связевого или рамного каркаса и  плитного фундамента, а также расчет плитного фундамента с учетом особенностей деформирования железобетона.

В связи о этим «Руководство по проектированию фундаментных плит каркасных зданий» 1977 г.) полностью переработано и  дополнено.

В Руководстве даются рекомендации и примеры по выбору расчетных схем и параметров основания, в том числе переменного коэффициента жесткости основания, по расчету деформаций  основания с расчетной схемой в виде линейно-деформируемого слоя, по определению предварительных размеров плитного фундамента по условию минимального объема бетона, по выбору методов и  программ на ЭВМ для расчета плитных фундаментов произвольной ортогональной, полигональной и круглой формы в плане зданий и сооружений, а также круглых и кольцевых фундаментов с  коническими оболочками для сооружений башенного типа. Обращено  внимание на особенности конструирования плитных фундаментов.  Изложены требования к измерениям осадок, сдвигов и кренов  плитных фундаментов.

В приложениях к Руководству даны основные характеристики программ для ЭВМ, позволяющих подобрать минимальные  предварительные размеры плитных фундаментов, а затем выполнить расчет фундаментов переменной жесткости с учетом особенностей деформирования железобетона, трения на поверхности контакта фундамента с грунтом, влияния жесткости надфундаментного строения в виде каркаса и стен здания, очень жесткого ствола дымовой трубы, банок силосных корпусов и других, а также  произвести совместный расчет различных схем каркаса здания и  плитного фундамента. Кроме того, приведены графики для быстроты определения осадок и кренов прямоугольных и круглых жестких фундаментов на основании в виде линейно-деформируемого  полупространства и слоя конечной толщины.

 

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Общие указания

1.1. Настоящее Руководство рекомендуется использовать при проектировании крупноразмерных прямоугольных, произвольной ортогональной,  полигональной, круглой формы в плане железобетонных плитных фундаментов каркасных зданий и сооружений башенного типа (силосных корпусов, дымовых труб, теле- и радиобашен и т. п.) на естественном основании, не подверженном сейсмическим, воздействиям и не  находящемся в районе особых грунтовых условий (просадочных,  набухающих, засоленных грунтов, подрабатываемых и закарстованных территорий).

Руководством допускается пользоваться при проектировании зданий и сооружений других систем (бескаркасных, со смешанным каркасом и др.).

1.2. Плитные фундаменты и их основания следует проектировать в соответствии с требованиями глав СНиП на нагрузки и воздействия, по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, а также оснований зданий и сооружений с учетом указаний  инструкций на проектирование сооружений башенного типа (элеваторов, силосных складов сыпучих материалов, дымовых труб, доменных печей и др.), нормативных документов, содержащих требования к материалам и правилам производства работ, а также в соответствии с настоящим Руководством.

1.3. Расчет плитных фундаментов зданий, строящихся в особых грунтовых условиях, допускается выполнять по рекомендациям настоящего Руководства, при этом необходимо дополнительно пользоваться следующими нормативными документами для подготовки исходных данных к расчету: «Руководством по расчету и  проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях» (М., 1977), «Инструкцией по проектированию бескаркасных жилых домов, строящихся на просадочных грунтах с применением конструктивных мероприятий» (РСН 297-78), а также главой СНиП на  проектирование зданий и сооружений на подрабатываемых территориях.

1.4. Проектирование плитных фундаментов необходимо  осуществлять на основе: результатов инженерно-геологических изысканий места строительства; опыта возведения и эксплуатации сооружений с плитными фундаментами в аналогичных инженерно-геологических условиях  строительства; технического задания на проектирование здания или сооружения, условий производства работ и последующей эксплуатации; технико-экономического сравнения возможных вариантов проектного решения.

1.5. Конструкция железобетонного плитного фундамента должна обеспечивать прочность и надежность здания или сооружения и выбираться в зависимости от конструктивной схемы сооружения, величины и характера воздействий, несущей способности и деформативности основания при минимальном расходе материалов и  трудоемкости

1.6. Для плитного фундамента должен применяться бетон марки не ниже М 200.

1.7. Под плитные фундаменты следует устраивать бетонную подготовку из бетона марки не ниже М 50, толщину которой определяют в зависимости от условий, методов производства работ и принимают не менее 100 мм. При водонасыщенном глинистом основании бетон подготовки рекомендуется укладывать на песчаную подушку  толщиной не менее 200 мм.

1.8. В случае агрессивных грунтовых вод следует  предусматривать антикоррозионные мероприятия по защите плитного фундамента в соответствии с указаниями главы СНиП на защиту строительных конструкций от коррозии.

1.9. При производстве земляных работ необходимо  предусмотреть мероприятия по сохранению природной структуры грунтов основания, принимая в необходимых случаях зачистку дна котлована вручную

1.10. Натурные измерения деформаций оснований и плитных  фундаментов в процессе строительства и эксплуатации здания или  сооружения должны предусматриваться в соответствии с указаниями пп. 1 7 и 3.71 главы СНиП иа проектирование оснований зданий и сооружений. Для этого при разработке рабочих чертежей нулевого цикла нужно составить проект изготовления и закладки плитных, глубинных марок и глубинных реперов (см. разд. 7), включить  стоимость этих работ в смету на строительство здания или сооружения, а также предусмотреть средства на проведение геодезических  измерений.

Требования к инженерно- геологическим изысканиям

1.11. Предварительную оценку инженерно-геологических условий площадки строительства и выбор типа фундаментов выполняют на основе предварительных изысканий.

1.12. Техническое задание на проведение инженерно-геологических изысканий при предварительно выбранном типе фундамента в виде сплошной плиты составляет проектный институт в соответствии с указаниями главы СНиП на проектирование оснований зданий и сооружений, главы СНиП на выполнение инженерных изысканий для строительства, а также документов, развивающих эту главу СНиП.

1.13. Программу инженерно-геологических изысканий  подготавливает изыскательская организация согласно техническому заданию проектного института и в соответствии с требованиями главы СНиП .на выполнение инженерных изысканий и согласовывает с этим институтом.

1.14. Техническим заданием на проведение  инженерно-геологических изысканий на территории строительства должна быть  предусмотрена проходка следующих скважин: разведочных на глубину 40—50 м с расстоянием между ними не более 50 м и не менее одной на сооружение; инженерно-геологических, число которых должно быть не менее пяти: по углам и в центре плиты; допускается размещение скважин между двумя соседними сооружениями, если расстояние между ними не превышает 10 м.

Число разведочных и инженерно-геологических скважин и  расстояния между ними определяют в зависимости от изученности и сложности геологических условий площадки строительства, а также с учетом размеров и назначения здания или сооружения.

1.15. Глубину проходки инженерно-геологических скважин  принимают равной:

расстоянию от дневной поверхности до слоя скального грунта, обнаруженного на глубине, меньшей 20 м от проектируемой подошвы фундаментной плиты;

половине ширины фундамента, но не менее 20 м, если скальные грунты залегают на большей глубине. Если на глубине, большей  половины ширины фундамента и большей 20 м, обнаружен слой слабого грунта, необходимо скважину углубить, пройдя слой этого грунта.

Для элеваторных сооружений и силосных складов требуется корректировка указанных глубин бурения в соответствии с расчетной глубиной сжимаемой толщи основания.

1.16. Техническое задание на проведение инженерно-геологических изысканий на территории строительства дымовой трубы следует составлять с учетом требований «Рекомендаций по производству инженерно-геологических изысканий для дымовых труб» (НИИОСП. М: Стройиздат, 1980).

1.17. В техническое задание на изыскания необходимо включать проведение статического и динамического зондирования для  выявления неоднородности грунтов, их прочностных и деформационных характеристик.

1.18. Модули деформации нескальных грунтов основания следует, как правило, определять в полевых условиях при проходке инженерно-геологических скважин, а также в шурфах и шахтах загружением штампа статическими нагрузками1 в соответствии с требованиями главы СНиП на проектирование оснований зданий и  сооружений.

1.19. Методы определения деформационных и прочностных характеристик грунтов основания необходимо выбирать в соответствии с указаниями пп. 3.25—3.35 «Руководства по проектированию  оснований зданий и сооружений» (НИИОСП. М.: Стройиздат, 1977).

1.20. Гидростатические исследования должны включать определение расчетного уровня основного горизонта грунтовых вод,  прогнозирование верховодки на время производства работ и  эксплуатации здания или сооружения, изменения химического состава  грунтовых вод в период эксплуатации здания или сооружения, а также установление степени агрессивности грунтовых вод. Требования к расчетам плитного фундамента и основания.

1.21. Плитный фундамент должен удовлетворять требованиям расчета по несущей способности (предельные состояния первой группы) и по пригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния второй группы), принимаемым в соответствии с указаниями главы СНиП на проектирование бетонных и железобетонных  конструкций.

1.22. Величины нагрузок и воздействий на плитный фундамент, значения коэффициентов перегрузок, коэффициентов сочетаний, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные, длительные, кратковременные, особые следует принимать в соответствии с требованиями главы СНиП по нагрузкам и воздействиям.

1.23. При определении площадок загружения фундамента следует нагрузку, передаваемую подколонникамн (банкетками) или стенами, приводить к срединной поверхности фундамента, распределяя ее под углом 45° от нижнего обреза подколенников или стен. Собственный вес плитного фундамента допускается не учитывать в случае песчаного основания, принимать с коэффициентом 0,5 при глинистом основании и учитывать плотностью, если плитный  фундамент лежит на основании, сложенном слабыми грунтами с модулем деформации Е<5 МПа.

1.24. Основание плитного фундамента также должно  рассчитываться по двум группам предельных состояний:

по первой группе — по несущей способности;

по второй группе — по деформациям (осадкам, прогибам и пр.), создающим препятствия для нормальной эксплуатации зданий и  сооружений.

1.25. Основание плитного фундамента рассчитывают по несущей способности, если фундамент расположен на бровке откоса, вблизи крутопадающего слоя грунта, или если оно сложено скальными грунтами.

1.26. Усилия в плитном фундаменте и его деформации, а также деформации основания рекомендуется определять расчетом из условия совместной работы надфундаментной конструкции, фундамента и основания с учетом неоднородности основания по глубине и в плане, распределяющей способности основания, воздействия соседних зданий и сооружений, а также неупругих деформаций грунта, бетона и арматуры фундамента, материала элементов надфундаментных конструкций и наличия трещин в фундаменте.

1.27. Для упрощения расчета плитного фундамента допускается не учитывать влияние на распределение усилий в фундаменте заглубления фундамента и реактивных касательных напряжений по подошве. Допускается также использовать приближенные приемы учета неупругих деформаций основания, фундамента и элементов надфундаментных конструкций либо выполнять расчет плитного фундамента в предположении линейно-упругого деформирования материала фундамента, элементов надфундаментных конструкций и грунтов основания (в так называемой линейной постановке задачи) с использованием принципа независимости действия сил, а подбор арматуры и проверку прочности сечений фундамента производить на найденные усилия в соответствии с указаниями главы СНиП на проектирование бетонных и железобетонных конструкций.

1.28. Расчет системы надфундаментные  конструкции—фундамент—основание рекомендуется выполнять с учетом последовательности возведения сооружения.

1.29. При расчете плитного фундамента допускается применять как непрерывные (континуальные) расчетные схемы, так и дискретные.

1.30. Для упрощения совместного расчета системы основание — фундамент—надфундаментные конструкции допускается выполнять раздельный расчет основания, плитного фундамента на сжимаемом основании и надфундаментных конструкций. Результаты расчета основания используют для определения предварительных минимальных размеров плитного фундамента и параметров основания, необходимых для статического расчета фундамента на сжимаемом основании.

Раздельный расчет фундамента на сжимаемом основании и надфундаментных конструкций в необходимых случаях может быть выполнен с использованием метода последовательных приближений.

1.31. Расчет плитных фундаментов следует выполнять на ЭВМ по программам, прошедшим апробацию. Такие программы и инструкции к ним публикуются в фонде алгоритмов и программ ЦНИИпроекта.

Основные характеристики программ для расчета плитных  фундаментов на ЭВМ приведены в прил. 1 (по состоянию на 01.10.198Э).

1.32. При расчете деформаций основания нагрузки на него допускается определять без учета их перераспределения надфундаментной конструкцией и принимать в соответствии со статической схемой здания или сооружения.

1.33. Расчет деформаций основания производят на основное  сочетание расчетных нагрузок, взятых с коэффициентом перегрузки, равным 1.

Расчет основания по несущей способности выполняют на  основное сочетание расчетных нагрузок с коэффициентом перегрузки, принимаемым по указаниям главы СНиП на нагрузки и воздействия, при наличии особых нагрузок и воздействий — на основное и особое сочетания нагрузок.

Во всех расчетах оснований фундаментов кратковременные  нагрузки должны приниматься с коэффициентами сочетаний, а временные нагрузки на перекрытия многоэтажных зданий — с понижающими коэффициентами, учитывающими вероятность одновременного загружения перекрытий, в соответствии с требованиями главы СНиП на нагрузки и воздействия и инструкций на проектирование  фундаментов сооружений башенного типа (элеваторов, дымовых труб и др.).

1.34. Расчет деформаций основания без учета совместной  работы с фундаментом допускается выполнять, применяя расчетную схему основания в виде:

линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины  сжимаемой толщи;

линейно-деформируемого слоя.

Расчетную схему для расчета основания по деформациям  устанавливают по рекомендациям разд. 2 настоящего Руководства. Расчет деформаций основания с использованием указанных расчетных схем следует выполнять в соответствии с требованиями прил. 3 главы СНиП на проектирование оснований зданий и  сооружений, а также по рекомендациям разд. 2 настоящего Руководства.

1.35. В расчете плитного фундамента на сжимаемом основании допускается не учитывать пластические деформации грунтов основания, если при расчете основания учтены требования главы СНиП на проектирование оснований зданий и сооружений в части условного ограничения развития зон пластических деформаций грунта под  краями фундамента.

В этом случае для расчета плитного фундамента на однородном по сжимаемости в плане основании принимают расчетную схему в виде линейно-деформируемого слоя со следующими параметрами: толщиной слоя, приведенным в пределах этого слоя и осредненным в пределах плана плиты модулем деформации, осредненным в пределах слоя коэффициентом Пуассона.

Для упрощения расчета плитного фундамента на однородном основании допускается использовать расчетные схемы в виде; линейно-деформируемого однородного полупространства при условии введении в расчет приведенного осредненного модули деформации  основании с корректирующий коэффициентом-множителем  и осредненного коэффициента Пуассона; основании, характеризуемого переменным коэффициентом жесткости, который приближенно учитывает распределительную способность основании.

В случае неоднородного в плане основания при расчете плитного фундамента принимают расчетную схему основания, характеризуемого переменным коэффициентом жесткости, который приближенно учитывает неоднородность основания в плане и по глубине, а также распределительную способность основания.

1.36. Параметры линейно-деформируемого слоя и однородного линейно-деформируемого полупространства следует находить по  указаниям разд. 2 Руководства.

Сближение результатов расчета плитного фундамента на линейно-деформируемом полупространстве и слое осуществляют по условию - равенства средних осадок, вводя в расчет фундамента на основании в виде линейно-деформируемого полупространства  корректирующий коэффициент — множитель же при модуле деформации  основания, определяемый по п. 3.11 настоящего Руководства. Величины переменного коэффициента жесткости основания находят по указаниям разд. 4.

1.37. Предельно допустимые величины совместных деформаций основания и здания или сооружения определяют по указаниям главы СНиП на проектирование оснований зданий и сооружений.

1.38. Подбор сечений плитного фундамента производят в  соответствии с требованиями главы СНиП на проектирование бетонных и железобетонных конструкций по прочности и по раскрытию трещин. К трещиностойкости железобетона плитного фундамента при отсутствии специальных обоснований предъявляются требования III категории, в соответствии с которыми допускается ограниченное по ширине кратковременное и длительное раскрытие нормальных и наклонных трещин.

2. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЯ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ

2.1. В настоящем разделе изложен расчет основания по  деформациям с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого слоя (см. п. 1.34).

При расчете деформаций основания с использованием расчетной схемы основания в виде линейно-деформируемого полупространства (см. разд. 1) следует руководствоваться указаниями главы СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений.

2.2. Расчет основания по деформациям производят для определения минимальных размеров плитного фундамента, при которых выполняются конструктивные ограничения и требования главы СНиП на проектирование оснований зданий и сооружений, предъявляемые к давлению под подошвой фундамента и на кровлю грунта,  находящегося в пределах сжимаемой толщи основания и имеющего сжимаемость, меньшую сжимаемости вышележащих слоев, а также к осадкам и кренам фундамента.

2.3. Подбор минимальных размеров фундамента производят шаговым методом, путем изменения длины консольных участков плитного фундамента и проверок (на каждом шаге) выполнения требований, предъявляемых главой СНиП на проектирование оснований зданий и сооружений к величинам, перечисленным в п. 2.2. Шаг увеличения длины консольных участков фундамента следует принимать равным 300 мм. Учитывая трудоемкость вычислений, рекомендуется выполнять эти расчеты на ЭВМ с помощью программного комплекса «GEST-82», основные характеристики которого приведены в прил. 1.

2.4. При учете различной сжимаемости слоев грунта,  находящихся в пределах сжимаемой толщи основания, толщину каждого слоя грунта допускается принимать: осредненной в пределах плана плиты при определении глубины сжимаемой толщи основания (при расчетной схеме основания в виде линейно-деформируемого полупространства) и толщины сжимаемого слоя основания (при расчетной схеме основания в виде линейно-деформируемого слоя), при выборе расчетной схемы основания, вычислении средней осадки основания и крена фундамента от внецентренного действия нагрузки; по вертикали, проходящей через рассматриваемую точку  фундамента, при вычислении осадок центра, угловых точек, середин сторон и других точек фундамента.

...