Загальні принципи проектування фундаментів

Кожен проектувальник, особливо інженер-конструктор має чітко усвідомлювати що він робить і навіщо. Насправді це складна тема і який би досвід у вас не був – завжди є чому навчитись. Сьогодні я розповім простими словами основні принципи проектування фундаментів.

Поступово ми будемо вивчати складні теми і розуміти принципи того, як працюють наші конструкції. Це залог того, що будівля буде стояти міцно і з нею нічого не трапиться за будь-яких умов.

Основне, що треба перевірити

Всім зрозуміло, що під тиском будівлі, а також під тиском власної ваги, фундаменти давлять на ґрунт. Відповідно ґрунти починають деформуватись, що призводить до того, що фундамент осідає. Наша задача, як конструкторів, розробити такі фундаменти, які б давали рівномірну осадку по всій площі будівлі.

Навіщо це потрібно? Дивіться, умовно поділимо будівлю на дві частини: ліву і праву. По результатам наших розрахунків, ліва частина просіла, скажімо на 10 см, а права частина всього на 1 см. Виходить, що всі конструкції будівлі отримують викривлення, якому вони опираються. Внаслідок чого виникають непрогнозовані напруження і можливі розриви і руйнація.

Отже, наша задача зробити так, щоб осадка будівлі була рівномірною. Ну це типу будівля просто на декілька мм чи см переміститься вниз, без викривлення.

Зразу скажу, що абсолютно точно спрогнозувати рівномірну осадку майже неможливо, але наблизитись до значень з певними допусками, що не будуть-впливати на роботу конструкцій будівлі цілком під силу.

Чому важливо робити розрахунок кожного фундаменту

Скоріш за все, ви не раз хотіли спростити собі життя і порахувати якийсь найбільш несприятливий випадок, визначити для нього фундамент і прийняти його для всіх несучих конструкцій. Цього робити не можна. Так часто роблять зі стрічковими фундаментами. Але в нормальних умовах стрічкові фундаменти повинні мати різну ширину і лише тоді осадка буде рівномірною.

Чому це так? Тому що не може один і той же фундамент просісти під різним навантаженням однаково. На одну частину приходиться 50 тон, а на іншу 10 тон. Ось вам різна осадка, як наслідок – викривлення і непередбачувані напруження.

Що таке розрахунок фундаментів

Вище ми поговорили лише про один аспект, один з найважливіших – це осадка фундаментів. Але існують ще декілька параметрів, які потрібно визначити, проводячи розрахунок фундаменту. Тільки тоді його можна назвати повноцінним.

Нам треба провести розрахунок основи для кожного фундаменту будівлі з метою визначення його оптимальних розмірів, при яких:

• осадка ті їх нерівномірність не перевищують граничні допустимі величини;
• основи стійкі;
• фундаменти мають достатню міцність та довговічність.

Не лякайтесь всіх цих термінів. Пізніше ми розберемо кожен з них, я дам приклади як рахуються фундамент по окремим задачам, в комплексі, в спеціальних програмних комплексах, а також вручну. Сьогодні ми просто говоримо про базові речі, які треба уяснити для себе кожному проектувальнику.

Просто є своєрідна класифікація, яка дозволяє розуміти, що і за чим робиться. Тому розрахунки основ виконуються по двом граничним станам.
По першому граничному стану (по несучій здатності, тобто стійкості).

Розрахунки по першому граничному стану обов’язкові, коли на основи передаються горизонтальні навантаження (підпірні стіни), основи обмежені відкосами, фундаменти працюють на видьоргування, основи складені скальними породами ґрунтів.

По другому граничному стану (по деформаціям) – для всіх будівель, якщо ґрунти не являються скальними породами.

Про ґрунти є окремий розділ, обов’язково загляніть туди. Нам треба вміти читати геологічні звіти і розуміти фізико-механічні властивості ґрунтів.

В комплексі ми говорили про міцність і стійкість основ. Також не треба забувати, що розрахунок фундаментів включає міцність самого фундаменту. Наприклад, крім розрахунку по першому граничному стану залізобетонні фундаменти, що мають вплив агресивних підземних вод перевіряються також на тріщиностійкість.

На що звернути особливу увагу

Я відчуваю, що почав писати простими словами, а чим далі – тим більше мене заносить у термінологію. Повірте – в ній потрібно розібратись.

Давайте розповім на що звертають увагу при проектуванні і розрахунку фундаментів. Це розміри підошви фундаментів та глибина залягання фундаменту.

Стосовно підошви є такий ограничувальний тезис. Під дією рівномірно розподіленого тиску по підошві фундаменту розвиваються зони деформацій у основі на глибину, що не повинна перевищувати четвертину ширини підошви фундаменту. Оце завернув? Ні, я перечитав – все вірно. Просто вдумайтесь в ці слова і зрозумійте їх, тоді не треба буде запам’ятовувати дослівно.

Цей тезис отримав свою назву – нормативний тиск а ґрунт основи і позначається він ось так: R^н.

При влаштуванні фундаментів на мало- та середньостискаючих ґрунтах і невеликих навантаженнях. R^н має вирішальне значення. Коли тиск по підошві не перевищує R^н, осадки фундаментів і їх нерівномірності будуть завідомо менше допустимих граничних значень.

Підсумок загального принципу проектування

Отже, в загальному випадку потрібно встановити, що:

1. Середній тиск по підошві фундаменту не перевищує R^н.
2. Тиск по краям підошви фундаменту при позацентровому навантаженні не перевищує 1,2 R^н.
3. Деформації основ не вище граничних значень.
4. Основи стійкі.
5. Фундамент має в кожному перерізі необхідну міцність.

Якщо цей матеріал виявився складним – не лякайтесь, ви засвоїте його згодом, при більшому зануренні в сферу проектування. Просто не покидайте вчитись, якщо ви плануєте і далі опановувати професію інженера-конструктора.

Я й досі вчусь, хоча за плечима великий досвід проектування різних фундаментів. Тож давайте вчитись разом. Нам ще відбудовувати нашу країну, тому розумні інженери знадобляться. Отже, все буде Україна.