Методические указания по курсовому проектированию Рабочая версия от 10. 03. 2006 02: 57 все замечания и предложения принимаются на vatin@mail ru (стр. 4 из 5)

Пример выбора значений коэффициентов расчетных сочетаний усилий представлены в таблице.

Загружения	Тип	Коэффициент надежности	Доля длительности	Коэффициенты расчетного сочетания усилий
				Первое главное	Второе главное
Собственный вес	Постоянное	1,1	1	1	1
Снег	Врем. длит.	1,2	1	1	0,95
Полезная нагрузка	Врем. длит.	1,2	1	1	0,95
Ветровая по оси X	Кратковре-менное	1,2	0,35	1	0,9
Ветровая по оси Y	Кратковре-менное	1,2	0,35	1	0,9

Вычисление расчетных сочетаний усилий производится на основании критериев, характерных для соответствующих типов конечных элементов, – стержней, плит, оболочек, массивных тел. В качестве таких критериев приняты экстремальные значения напряжений в характерных точках поперечного сечения элемента. При расчете учитываются требования нормативных документов и логические связи между загружениями.

5. Конструирование и расчет фундаментов

Конструирование и расчет фундаментов ведется в соответствии с

- СНиП 2.02.02-83* «Основания зданий и сооружений»,

- СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»,

- ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге».

5.1. Конструирование фундамента

Свайные фундаменты в зависимости от размещения свай в плане следует проектировать в виде:

- одиночных свай - под отдельно стоящие опоры;

- свайных лент - под стены зданий и сооружений при передаче на фундамент распределенных по длине нагрузок с расположением свай в один, два ряда и более;

- свайных кустов - под колонны с расположением свай в плане на участке квадратной, прямоугольной, трапецеидальной и другой формы;

- сплошного свайного поля - под тяжелые сооружения со сваями, равномерно расположенными под всем сооружением и объединенными сплошным ростверком, подошва которого опирается на грунт.

Расположение свай в плане и их количество определяют исходя из следующих критериев:

- нагрузка на сваю должна быть меньше ее расчетной несущей способности;

- перемещения плиты ростверка не должны превышать допустимых значений;

- сваи следует располагать под стенами следующего этажа;

- наличие свай обязательно в углах здания, под колоннами и в местах пересечения несущих стен;

- проекция центра тяжести здания и центр свайного поля должны примерно совпадать в плане.

5.1.1. Определения количества свай

Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности выполняется на основные и особые сочетания нагрузок с коэффициентами надежности более единицы, а по деформациям - на основные сочетания расчетных нагрузок с коэффициентом надежности, равным единице. Расчеты свай всех видов выполняются на воздействия нагрузок, передаваемых на них от здания или сооружения, а забивных свай, кроме того, на усилия, возникающие в них от собственного веса при изготовлении, складировании, транспортировании свай, а также при подъеме их на копер за одну точку, удаленную от головы свай на 0,3l, где l - длина сваи.

В рассматриваемом случае фундамент рассчитывается на вертикальные нагрузки (включая полезную):

- постоянные нагрузки (собственный вес);

- длительные нагрузки (полезная нагрузка, снеговая нагрузка);

- кратковременные нагрузки (ветер).

Для жилых зданий оценочно можно определить вертикальную нагрузку, передаваемую на фундамент, как 0.5 тонны на м³ объема здания. Десятиэтажная секция жилого дома передает нагрузку на фундамент примерно 10000 тс.

Для примерного определения количества свай в плане необходимо задаться предварительным значением несущей способности сваи исходя из грунтовых условий и опыта проектирования. Она может составлять примерно от 60 до 120 тс для многоэтажного дома.

Число свай определяется путем деления величины вертикальной нагрузки, передаваемой на фундамент, на несущую способность одиночной сваи. Несущую способность одиночной сваи определяется как расчетная несущая способность сваи, деленная на коэффициент надежности по нагрузке

(обычно ). Сваи размещаются рядами или в шахматном порядке. Шаг свай в кусте выбирается кратным 5 см.

5.1.2. Несущая способность висячих свай

Несущая способность сваи принимается наименьшей из двух значений - несущей способности по грунту или по материалу сваи. Для выбранных свай несущая способность по материалу сваи является ее паспортной характеристикой.

Несущая способность сваи по грунту может быть определена по таблице Л.1 (Расчетные сопротивления под нижним концом забивных свай) и Л.2 (Расчетное сопротивление по боковой поверхности забивных свай) из ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге».

Рекомендуется также использовать программу «Фундамент» (ГПКИП "Стройэкспертиза").

5.1.3. Моделирование свай в SCAD

5.1.4. Продольная жесткость свай

Сложное нелинейное поведение сваи в ее взаимодействии с грунтом в SCAD моделируют специальными линейными конечными элементами (тип 51) – связями конечной жесткости. Для расчетов необходимо задаться продольной жесткостью свай в ее взаимодействии с грунтом. Величина жесткости численно равна отношению усилия на сваю к ее осадке. Жесткость сваи определяется нагрузкой на сваю, характеристиками самой сваи и грунтовыми условиями.

5.1.4.1. Определение осадки одиночной сваи

Определение осадки одиночной сваи производится по СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты». Рекомендуется также использовать программу «Фундамент».

5.1.4.2. Моделирование жесткости свай

Расчет выполняется в несколько итераций.

Рассчитывается нагрузка на каждую сваю и определяется ее осадка.

Назначается изначальная жесткость пружинам (моделям свай), как отношение расчетного усилия на сваю к ее осадке.

Затем производится расчет здания. После перерасчета усилия в сваях изменятся (как правило).

По новым усилиям вновь определяется осадка, рассчитываются жесткости и подставляются в расчетную схему и т.д. Расчет повторяется, пока величина усилий в свае между последними приближениями не будет отличаться на 10-15 %.

Коэффициент упругости (жесткость) модели сваи напрямую зависит от осадки, осадка от нагрузки, а нагрузка, в свою очередь, от жесткостей пружинок (моделей сваи).

5.1.4.3. Упрощенное моделирование жесткости свай

Для зданий с относительно равномерным распределением нагрузки на сваи и однородными в плане грунтовыми условиями применим упрощенный подход. Жесткость свай может быть задана как отношение несущей способности сваи к половине ее допустимой осадки сваи при статических испытаниях.

При статических испытаниях за предельную принимается нагрузка, вызывающая 20 % осадки от предельно допустимой для проектируемого здания или сооружения.

Допустимая осадка здания или сооружения определяется по таблице 4.1 (Средняя S и максимальная S¢ предельные осадки и относительные неравномерности осадок) из ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге».

С учетом полученной ранее несущей способности свай получаем жесткость как отношение несущей способности

к половине осадки сваи в виде . Обычно жесткость сваи имеет значение от 3000 до 10000 тс/м.

6. Расчет несущего каркаса здания и его элементов в SCAD на прочность и устойчивость

6.1. Перемещения

В расчетах по деформациям коэффициент надежности по нагрузке принимается равным единице (если в нормах проектирования конструкций и оснований не установлены другие значения). Другими словами, расчет производится на нормативные значения нагрузки.

6.1.1. Правило знаков для перемещений

Правило знаков для перемещений принято таким, что линейные перемещения положительны, если они направлены в сторону возрастания соответствующей координаты, а углы поворота положительны, если они соответствуют правилу правого винта (при взгляде от конца соответствующей оси к ее началу движение происходит против часовой стрелки).

6.1.2. Анализ перемещений

Вычисленные значения линейных перемещений и поворотов узлов от комбинаций загружений анализируются по таблице результатов расчета «Перемещения узлов от комбинаций» по первой группе предельных состояний. Проводится сравнение максимальных перемещений с допустимыми.

В расчетах по деформациям коэффициент надежности по нагрузке принимается равным единице (если в нормах проектирования конструкций и оснований не установлены другие значения). Другими словами, расчет производится на нормативные (а не на расчетные) значения нагрузки. Прогибы перекрытий, полученные при расчете на нормативные значения нагрузки следует сравнить с предельно допустимыми по СНиП 2.01.07-85*.

6.2. Проверка общей устойчивости здания

SCAD позволяет выполнить такую проверку для здания (сооружения) произвольной формы. Проверка устойчивости может дать ответ на три вопроса:

- каков коэффициент запаса устойчивости, т.е. во сколько раз нужно увеличить нагрузку, чтобы произошла потеря устойчивости;