Расчет ленточного фундамента мелкозаглубленного: Мелкозаглубленный ленточный фундамент — расчёт и устройство

Расчет мелкозаглубленного ленточного фундамента дома

Ленточный мелкозаглубленный монолитный фундамент на песчаной подушке. (Вариант «А» на схеме №4). Самый простой  и распространенный вариант ленточного монолитного фундамента на песчаной подушке. Поверх песчаной подушки укладывается слой гидроизоляции (толстая полиэтиленовая пленка или битумно-полимерный рулонный материал) и в опалубке, после выполнения армирования, отливается сама лента фундамента.  Хотя мы подробно будем говорить об особенностях армирования мелкозаглубленного ленточного фундамента ниже, обратите внимание на толщину защитного слоя бетона ленты со стороны песчаной подушки. Требования отечественных норм [пункт 12.8.5 СП 50-101-2004]и американских норм Института бетона ACI 318 почти единодушны – толщина защитного слоя бетона со стороны песчаной подушки должна быть 70 мм (76 мм по ACI 318).   При использовании   бетонной подготовки  (или на скальном грунте) – толщина бетонного защитного слоя снижается в отечественных нормах [СП 52-101-2003] до 35-40 мм, а в американских [ACI 318] до 25мм.


Дальнейшие работы на фундаменте начинаются после того, как бетон наберет 50% от марочной  прочности. При средней температуре воздуха +20°С  такая марочная прочность бетона на портландцементе достигается на 3-4 сутки. (70% - в течение 6-10 суток и 100%  в течение 28 суток). Несмотря на бытующие в среде народных строителей предубеждения о необходимости выжидать 28 суток, при наборе 50% марочной прочности бетоном на нем можно начинать производить работы (в том числе и постепенно нагружать кладкой стен). Гарантированно безопасная отметка начала работ – набор бетоном 70% расчетной прочности.   Отметим, что при среднесуточной (а не дневной) температуре +10 °С срок набора 50% прочности бетоном растягивается до 5-6 суток. Подробнее мы рассмотрим особенности бетонирования мелкозаглубленного ленточного фундамента ниже.
После того как бетон наберет марочную прочность как минимум 50%, ленту мелкозаглубленного ленточного фундамента можно покрывать постоянной наружной вертикальной и горизонтальной битумно-полимерной гидроизоляцией. Вертикальную гидроизоляцию наружных стен следует во всех случаях поднимать выше на 0,5 м наибольшего прогнозируемого уровня подземных вод. Более подробно о нормативных безопасных сроках снятия опалубки написано разделе «Опалубка»  главы «Строительство фундамента».
Конструкция узлов при прохождении коммуникаций через гидроизоляцию должна обеспечить герметичность. Все гильзы трубопроводов и кабелей, проходящие через гидроизоляцию, должны быть металлическими. Число слоев обмазочной (окрасочной) гидроизоляции назначают в зависимости от категории сухости подземного помещения, трещиноватости изолируемых конструкций и напора подземных вод.  Наплавляемую гидроизоляцию из битумно-полимерных рулонных материалов и листовых полимерных материалов применяют в случаях, когда использование окрасочной и штукатурной гидроизоляции не обеспечивает водонепроницаемость сооружений, при высоком уровне грунтовых вод и сильном их подпоре. При наплавляемой гидроизоляции необходимо обеспечивать сплошной слой защиты по всему периметру фундамента.
После проведения работ по гидроизоляции, мелкозаглубленный ленточный фундамент утепляется со стороны улицы экструдированным пенополистиролом и вокруг фундамента устраивается кольцевой дренаж.  Продольные уклоны дренажей должны обеспечить скорость воды в трубах, при которой не происходит их заиливание. Для глинистых грунтов рекомендуется принимать уклон не менее 0,002, а для песков - не менее 0,003.  Для обеспечения фильтрационной способности трубчатых дренажей, а также дренажных галерей предусматривают обсыпку из дренирующих материалов (щебня, гравия, песка или их смесей) толщиной не менее 30 см, изолированной от грунтов геотекстилем.
По требованиям пункта 4.25 ВСН 29-85 ширина засыпаемых песком (непучинистым грунтом – крупным и средним песком, щебнем, гравием) пазух вокруг мелкозаглубленного ленточного фундамента определяется в зависимости от глубины промерзания грунтов и от их дренажных свойств. В грунте обратной засыпки в пределах 60 см от стены дома не должно быть твердых включений размером более 250 мм.
При условии хорошей дренированности грунта, или при устройстве кольцевого дренажа,  и при глубине промерзания грунтов до 1 м  ширина пазухи может составлять всего 0,2 м.  При глубинах  промерзания грунта от 1 до 1,5 м  минимально допустимая ширина пазухи составляет не менее 0,3 м.  На грунтах с глубиной промерзания от 1,5 до 2,5 м пазуху желательно засыпать на ширину не менее 0,5 м. Глубина засыпки пазух в данном случае принимается не менее 3/4 глубины заложения мелкозаглубленного ленточного фундамента, считая от планировочной отметки.
При плохой дренированности грунта и невозможности отвода воды из непучинистого грунта, засыпку пазух можно рекомендовать на ширину, равную на уровне подошвы фундамента 0,25-0,5 м. От основания фундамента ширина пазухи должна увеличиваться и на уровне поверхности земли (планировочной отметки) быть равной глубине промерзания грунта. 
Рекомендуется засыпать пазухи только не мерзлым  грунтом, слоями толщиной не более 20 см, с тщательным трамбованием каждого слоя в отдельности. При выполнении работ по обратной засыпке пазух и котлованов следует предусмотреть меры, позволяющие избежать повреждения дренажных труб, стен подвалов и нанесенных на них теплоизоляционных, влагоизоляционных, гидроизоляционных и пароизоляционных слоев.  Использовать при засыпке пазух  в одном слое грунты разных типов не допускается, если это не предусмотрено проектом [пункт 4.2 СНиП 3.02.01-87]. В пределах обратной засыпки твердые включения, должны быть равномерно распределены в отсыпаемом грунте и расположены не ближе 0,2 м от фундамента. Пазуха, засыпанная непучинистым грунтом, должна быть обязательно укрыта поверхностной водонепроницаемой отмосткой (жесткой или мягкой с гидроизоляцией) для отвода осадков,  поступающих с кровли.

Схема №5. Размеры засыпаемых пазух на плохо дренированных грунтах или при невозможности водоотвода

В обычных условиях при наличии дренажа пазухи в грунте засыпаются крупным или средним песком (в смеси с керамзитом фракции 10-20 или без него), щебнем, гравием.   Засыпка пазух непучинистым грунтом и его уплотнение должны выполняться с обеспечением сохранности гидроизоляции фундамента и подземных коммуникаций (кабелей, трубопроводов). Работы по засыпке пазух следует производить сразу после устройства гидроизоляции и утепления мелкозаглубленного ленточного фундамента. Не допускается оставлять открытыми пазухи длительное время. Засыпку пазух рекомендуется доводить до отметок, гарантирующих надежный отвод поверхностных вод. В зимних условиях грунт для засыпки пазух должен быть талым. Засыпанный песок требуется уплотнить [пункт 6.4 ВСН 29-85]. После окончания работ по устройству фундаментов следует незамедлительно закончить вокруг здания планировку с обеспечением стока атмосферных вод от здания и устройством отмосток. Не допускается оставлять мелкозаглубленные (незаглубленные) фундаменты незагруженными на зимний период. Если это условие по каким-либо обстоятельствам оказывается невыполнимым, вокруг фундаментов следует устраивать временно теплоизоляционные покрытия из опилок, шлака, керамзита, шлаковаты, соломы и других материалов, предохраняющих грунт от промерзания.

Запрещается устраивать мелкозаглубленные фундаменты на промерзшем основании. В зимнее время допускается устраивать ленточные фундаменты  только при условии глубокого залегания грунтовых вод с предварительным оттаиванием мерзлого грунта и обязательной засыпкой пазух непучинистым материалом. Поверх засыпки устраивается кольцевое утепление грунта и мягкая (щебень, керамзит, грунт) или жесткая (мощение, отливка) отмостка.

Расчет ленточного фундамента (пример)

Когда расчет по несущей способности грунта сделан, а так же определена нагрузка дома, можно выполнить расчет ленточного фундамента, его объем и количество необходимого материала который пойдет на ленту несущей строительной конструкции.

Ленточные фундаменты активно используются при возведении небольших хозяйственных построек, частных жилых зданий и небольших административных корпусов. Фундаментная бетонная лента способна выдерживать значительные нагрузки, но это возможно только при наличии четкого и правильного расчета.

Существует классическая лента мелкозаглубленного типа, глубина заложения подошвы ленты может составлять до метра, такой вариант основания подходит для ровных площадок. Также учитывается глубина залегания грунтовых вод.

Основные этапы расчета

Ленточное основание также часто возводят в комбинации со сваями, в результате получается свайно-ростверковый фундамент. Но перед началом строительных работ нужно обязательно сделать расчет нагрузки на сваи со стороны будущего здания, чтобы они не перекосились или не деформировались. Главный этап при возведении ленточного основания – это расчет нулевого уровня ленты для любого жилого дома, вплоть до бани.

Расчет ленточного фундамента состоит из нескольких основных этапов:

  1. Определение типа грунта для определения возможности использования винтовых свай и ленточного ростверка.
  2. Расчет массы будущего сооружения;
  3. Корректирование размеров фундамента под расчетные нагрузки с учетом типа почвы и глубины промерзания грунта.

Любой ленточный фундамент, независимо от конструкции и размеров, будет установлен на почве, особенности которой следует учесть перед началом всех расчетных работ.

Важность определения типа грунта

Таблица с указаниями выбора основания в зависимости от типа грунта

От показателей несущей способности грунта будет зависеть на какую глубину нужно погружать сваи и выкапывать траншею для опалубки и заливки ленты, учитывается расчетная глубина основания. Анализ структуры грунта можно сделать тремя способами:

  1. Выкопать в разных местах размеченной территории под будущее здание или баню вертикальные углубления, и проанализировать структуру грунта.
  2. Взять на анализ керн грунта на различной глубине способом глубокого бурения;
  3. Обратиться в геологическую службу, а она предоставит приблизительную карту грунтов на данной территории с указанием уровня залегания грунтовых вод.

Большинство срезов покажет, что грунт на различной глубине не однороден. Сначала идет слой рыхлой плодородной почвы, которую необходимо полностью снять. Затем возможен суглинок или песок, на таком грунте строить фундамент лучше сразу на сваях. Возможен вариант каменистой почвы (содержащих в профиле значительное

количество каменистых отдельностей более 5% от массы), которая идеальна для мелкозаглубленного ленточного фундамента.

Любой песчаный или глинистый сухой грунт, независимо от структуры, имеет несущую способность от 2 кг/см 2. Это исходная величина для первичного расчета будущей конструкции фундамента, а также глубины его залегания. Большинство бань и небольших деревенских дач строятся из древесины или кирпича. Грунт массу легкого здания хорошо выдерживает, и будет достаточно рассчитать необходимое количество строительных материалов. Но можно себя и подстраховать, увеличив ширину подошвы.

Если приходится увеличивать ширину подошвы фундамента, нужно обязательно повторно рассчитать необходимое количество строительных материалов, а также толщину свай для бани, например, если используется свайно-ростверковое основание.

Геологическая разведка даст ответ на ключевой вопрос, на каком уровне находится граница промерзания почвы. Ниже этого уровня грунт уже максимально уплотнен, поэтому он способен выдерживать огромные нагрузки. Оптимальное решение – это начать строить подошву фундамента уже ниже границы промерзания. Грунт, расположенный выше уровня промерзания, насыщен влагой, поэтому в зимний период увеличивается в размерах. В результате, возникает деформация строительных конструкций и любое здание, даже баня, со временем просто разрушится.

Расчет массы будущего здания

Таблица расчета нагрузки материала строения на фундамент

На ленточный фундамент действует нагрузка от горизонтального и вертикального воздействия грунта, а также самого здания. Поэтому, масса будущего здания играет важную роль при выборе типа и габаритных размеров фундамента. Глубина залегания уже есть, она составит зону ниже точки промерзания почвы. Расчет массы дома, даже обычной бани, будет проводиться по следующим параметрам:

  1. Масса несущих стен и перекрытий. Условно, можно принять за пример обычную деревянную баню с размерами стен 10х10 метров и высотой 4 метра. Суммарно, на возведение стен и перекрытий пойдет 400 м3 древесины при массе за кубометр 100 кг. Таким образом, масса несущих стен и перекрытий составит 40 тонн.
  2. Масса крыши и возможного снегового наста. Его нужно рассчитывать в каждом случае индивидуально, тут действует принцип теоремы Пифагора с учетом массы кровельных материалов. За массу снега, которая может одновременно быть на двухскатной крыше с небольшим углом наклона, часто принимают для бани 1 тонну.
  3. Масса будущего фундамента. Рассчитывается также легко, ведь есть габаритные размеры фундамента и его глубина залегания, а массу необходимого для его возведения бетона посчитать не придется и рассчитывать. Такие данные дает сам производитель строительных материалов.

После расчета и суммирования всех полученных показателей становится ясно, что баню с габаритными размерами 10х10 метров вполне способен выдержать ленточный мелкозаглубленный фундамент. Его можно устанавливать и выше уровня промерзания почвы, только при условии, если он будет залит на песчано-гравийной подушке, и будет предусмотрена гидроизоляция.

Определение размеров основания: пример

Схема с размерами ленточного основания

Теперь можно приступать к расчету необходимого для заливки фундамента бетона. Количество арматуры чаще всего не считают, так как ее пойдет минимум, учитывая массу бани. Поэтому принимают за единственно верный показатель − объем бетона. Для бани площадью 100 м 2, ширина бетонной ленты 0,4 м и глубина 0,6 м, необходимое количество бетона будет составлять 100 х 0,4 х 0,6=24 м 3. Это тот объем бетона, который нужно изначально подготовить, чтобы одновременно залить ленточный фундамент для бани.

Можно также учесть арматурный пояс. Его делают с продольных металлических ребристых прутьев диаметром 12 мм и вертикальных прутьев сечением 10 или 8 мм. Горизонтальные пояса устанавливают с интервалом 2030 см от глубины до поверхности, но обязательно края должны быть спрятаны в фундаменте на расстоянии до 5 см от поверхности.

Нередко используют несъемную опалубку, которая обеспечивает дополнительную несущую способность основанию и делает поверхность максимально гладкой. В этом случае, вертикальные прутья должны быть спрятаны в бетоне, интервал между поясами составляет 50−60 см. Все соединения следует делать только с помощью проволоки или зажимов, сварку лучше не использовать.

Рекомендуется делать расчеты ленточных оснований для любого здания, даже небольшого гаража или хозяйственной постройки. Так как только после правильного расчета нулевого уровня, выбора оптимальных строительных материалов и конструкций будет гарантия того, что сооружение прослужит максимально возможный срок.

Расчет материалов Вы так же можете произвести на нашем онлайн калькуляторе доступном в меню.

расчет и устройство на Supersadovnik.ru

По сути ленточный фундамент представляет собой железобетонную стену или полосу, которая проходит по всему периметру здания и принимает на себя нагрузку от стен. Фундамент такого типа отлично подходит для частного дома, однако ошибки при выборе типа ленточного фундамента, расчете его параметров и техническом исполнении случаются нередко - и приводят к довольно печальным последствиям. Каким должен быть правильный ленточный фундамент и что обязательно нужно знать, если вы собираетесь возводить на нем дом?

Ленточный фундамент: какой он бывает

Ленточный фундамент и грунты: почему это так важно

Расчет ленточного фундамента для частного дома

Глубина заложения

Высота надземной части фундамента

Ширина ленты фундамента

Мелкозаглубленный монолитный ленточный фундамент на песчаной подушке: этапы строительства

Подготовка основания ленточного фундамента

Опалубка

Армирование ленточного фундамента.

Бетонирование ленточного фундамента

Распалубка ленточного фундамента

Гидроизоляция

Утепление ленточного фундамента

Засыпка траншеи и организация отмостки

Вентиляция фундамента

 

Ленточный фундамент: какой он бывает

Прежде всего ленточные фундаменты различаются по степени заглубления в грунт.

Заглубленный ленточный фундамент закладывается ниже уровня промерзания грунта; такая конструкция предназначена для больших тяжелых сооружений с глубоким подвалом либо цокольным этажом. Строго говоря, специалисты не считают экономически целесообразной организацию заглубленного ленточного фундамента высотой более 2,5 м, поэтому для дома с высокими подвальными или цокольными помещениями лучше рассмотреть другие варианты.

Для легких загородных домов заглубленный фундамент не рекомендован: малый вес строения не в состоянии будет компенсировать действие сил морозного пучения грунта на большую площадь его подземной поверхности. Это чревато неравномерными подвижками фундамента и изменением его геометрии, что неизбежно скажется на состоянии конструкций дома.

Мелкозаглубленный ленточный фундамент устраивается выше глубины промерзания и рекомендуется для климатических зон, где эта глубина составляет не более 1,7 м. На непучинистых грунтах конечная глубина заложения фундамента не имеет особого значения и диктуется только инженерными характеристиками здания. На пучинистых грунтах фундамент закладывают на минимальную глубину 0,75 – 1 м, при этом необходимо принимать меры для дренажа и утепления грунта.

Также ленточный фундамент может быть монолитным или сборным.

Монолитный ленточный фундамент сооружается путем заливки бетона в опалубку. Он считается самым прочным и надежным, однако требует времени на застывание бетона и обходится достаточно дорого из-за серьезных земляных работ и необходимости привлечения наемной рабочей силы.

Сборный ленточный фундамент сооружается из отдельных конструктивных элементов. Чаще всего это железобетонные блоки ФБС (нередко используют малоформатные бетонные и керамзитобетонные блоки, и даже кирпич). Преимущества сборного фундамента – простота и быстрота сборки и возможность возводить стены сразу после ее окончания, так как не нужно ждать затвердевания бетона. Недостатком конкретно блоков ФБС считается их большой вес и размер – это неудобно при строительстве небольшого дома. Кроме того, все виды сборных фундаментов подходят только для непучинистых и слабопучинистых грунтов. При средней степени пучения грунтов допускается сооружение сборного фундамента только из блоков, содержащих выпуски арматуры для их соединения между собой.

Фундаментные блоки ФБС

Ленточный фундамент и грунты: почему это так важно

При выборе типа фундамента важно точно знать две характеристики подлежащих грунтов: их несущую способность и пучинистость.

Несущая способность выше всего у скальных грунтов; за ними следуют хрящеватые – смесь песка и глины с мелким камнем и щебнем. Песчаные грунты склонны к просадке, свойства песчано-глинистых (супесей и суглинков) зависят от соотношения глины и песка. Самая низкая несущая способность – у грунтов органического происхождения: торфа, сапропеля, ила.

Строительные нормы запрещают опирать фундамент непосредственно на органические грунты со слабой несущей способностью. 

Также сложными считаются грунты водонасыщенные и имеющие переменную структуру слоев. Проблема слабых грунтов типична, например, для участков, находящихся на месте осушенных болот. Строительство дома на малозаглубленном ленточном фундаменте на таких грунтах теоретически возможно, но требует довольно затратных работ. Так, если глубина слабонесущего слоя не более 1 м, а под ним находится более «выносливый», то при строительстве слой слабого грунта вынимается и в траншее устраивается подложка из песка либо бетонная подготовка. Также плохой грунт иногда уплотняют механическим способом, заменяют подушкой из гравия либо армируют специальными сетками. Специалисты, однако, рекомендуют в таких ситуациях отказаться от ленточного фундамента в пользу свайного.

Пучинистость грунта прямо связана с его способностью удерживать воду, а морозным пучением называется увеличение объема грунта из-за расширения воды при ее замерзании.

Непучинистые грунты: твердые глины, малоувлажненные гравелистые, песчаные грунты при глубоком залегании грунтовых вод.

Слабопучинистые: полутвердые глинистые; незначительно водонасыщенные пылеватые и мелкие пески, крупнооблмочные грунты с содержанием глин и песка 10-30%.

Среднепучинистые грунты: тугопластичные глинистые, влажные пылеватые и мелкие пески, крупнообломочные грунты с содержанием глин и песка более 30%.

Сильнопучинистые и чрезмернопучинистые: мягкопластичные глинистые, пылеватые и мелкие пески с сильным водонасыщением.

На сильнопучинистых грунтах возможно строительство небольших (1-2 этажа) деревянных домов на малозаглубленном ленточном фундаменте из монолитного железобетона. Для более тяжелых домов будет необходим комплекс работ по понижению уровня грунтовых вод, организации дренажа и водоотведения.

Чем выше стоят грунтовые воды, тем более пучинистыми будут грунты независимо от их состава. Критический для строительства фундамента уровень грунтовых вод различается для разных почв и высчитывается по формуле: нижняя граница промерзания грунта (в метрах) плюс следующее число:

  • пески – 0,8-1 м
  • супеси 1 – 1,5 м
  • суглинки 2 – 2,5 м
  • глины 2,5 – 3,5 м.

При залегании грунтовых вод ниже указанных значений они не влияют на степень пучинистости грунтов.

Вообще же сооружение ленточного фундамента на сильнопучинистых грунтах с высоким уровнем грунтовых вод считается нецелесообразным: в таких условиях лучше всего себя показывает свайно-ростверковый фундамент.

Планируя строительство, лучше всего не экономить на профессиональном обследовании грунта на вашем участке: это поможет избежать больших проблем в будущем. Услуги специалиста стоят денег, однако это вложение себя оправдывает. Спасать дом, фундамент которого деформировался из-за ошибок в оценке свойств подлежащих грунтов, обойдется гораздо дороже.

Расчет ленточного фундамента для частного дома

Глубина заложения. Подошву заглубленного ленточного фундамента чаще всего располагают на глубине околов 200 мм ниже промерзания грунта; при наличии подвала нижний край стен должен находиться на 200-300 мм ниже уровня подвала.

Что касается мелкозаглубленных ленточных фундаментов, то минимальная глубина их заложения варьирует в зависимости от нормативной глубины промерзания грунта.

 

Для Московской области оптимальной глубиной для мелкозаглубленного фундамента будет предел 0,75 — 1 м.

Высоту надземной части фундамента рекомендуют принимать равной его ширине, умноженной на 4. Нежелательно, чтобы надземная часть была по высоте больше подземной.

Ширина ленты фундамента – важнейшая характеристика, требующая инженерного расчета и зависящая от несущей способности грунта. За счет ширины фундамента регулируется распределение удельной нагрузки здания на грунт. По нормативам она должна составлять не более 70% от несущей способности (расчетного сопротивления) подлежащего грунта на единицу его площади.

Для расчета ширины определяется суммарная нагрузка (вес здания в килограммах), это значение делится на длину фундамента (в сантиметрах) и несущую способность грунта (в кг/см2). Ориентировочные значения расчетного сопротивления разных типов грунта можно узнать из СНиП 2.02.01-83 (СП 22.13330.2010) «Основания зданий и сооружений».

Дом на ленточном фундаменте

Общий вес здания складывается из веса всей постройки и ее обстановки плюс снеговая и ветровая нагрузка.

При подсчете «мертвого» веса здания суммируется вес следующих его элементов: наружных стен и внутренних перегородок вместе с отделкой и утеплителем, перекрытий со стяжкой (если она есть), теплоизоляцией и напольным покрытием, фронтонов, стропильной системы, кровельного пирога. Окна и двери обычно не учитываются. Понятно, что для такого расчета необходимо иметь уже готовый проект дома и расчет требуемого количества строительных и отделочных материалов.

Для определения веса обстановки дома можно воспользоваться расчетным значением полезной нагрузки на перекрытия жилого дома из СНиП 2.01.07-85 (СП 20.13330.2010) «Нагрузки и воздействия» – это 195 кг/м2. Данные по снеговой и ветровой нагрузке для каждого региона приведены в этом же документе, при этом в расчет фундамента закладывается 30% от значения ветровой нагрузки по СНиП.

Эти цифры суммируются и умножаются на коэффициент запаса прочности, равный 1,3.

Важно помнить, что фундамент по ширине не может быть меньше опирающейся на него стены.

На практике минимальная ширина фундамента одноэтажного дома с мансардой на грунтах с хорошей несущей способностью составляет около 30 см; для двухэтажного коттеджа минимальная допустимая ширина начинается с 50 см, а для просторного загородного дома высотой 2-3 этажа – с 65 см.

Ленточный фундамент

Мелкозаглубленный монолитный ленточный фундамент на песчаной подушке: этапы строительства

Подготовка основания ленточного фундамента. Перед началом работ дно траншеи утрамбовывают, чтобы избежать осадки грунта. Траншею выстилают геотекстилем для защиты заполняющего грунта и дренажных труб от заиливания. Затем укладывается песчаная подушка из крупного или среднего песка. Толщина слоя зависит от особенностей грунтов: на малопучинистых грунтах она может составлять 30 см, на пучинистых – 80 и более. Существуют рекомендации, согласно которым толщина подушки на грунтах с сильным пучением может быть в 3 раза больше ширины основания ленты фундамента. Песок засыпают слоями по 20 см и тщательно утрамбовывают. На грунтах со слабой несущей способностью для организации подушки используют смесь крупного песка и гравия/щебня в соотношении 40:60. На подушку укладывается слой гидроизоляции.

Опалубка. Чаще всего она собирается из щитов или досок, при этом следует следить, чтобы зазоры между ними составляли не более 2 мм. Существует также современная съемная опалубка в виде стальных металлических решеток в полиэтиленовом кожухе. Верхний край опалубки должен на 5-7 см выступать над расчетным уровнем верха фундамента. Внутри опалубки прокладывается пленочный гидроизолирующий материал (например, полиэтилен), края его загибают за край опалубки и надежно закрепляют.

Опалубка ленточного фундамента

Армирование ленточного фундамента. Следует помнить, что между арматурой и гранями фундамента должен находиться так называемый защитный слой бетона, который можно сформировать с помощью специальных пластиковых фиксаторов для арматуры. Толщина защитного слоя определяется по СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений», определить необходимое количество стержней арматуры и их диаметр можно, воспользовавшись СНиП 52-01-2003 (СП 63. 13330.2010).

Бетонирование. Для ленточных фундаментов чаще всего рекомендуют использовать тяжелый цементный бетон марки М200 (класс прочности В15). Однако на пучинистых грунтах или при сооружении фундамента под тяжелый дом с несколькими этажами целесообразно выбирать бетон более высоких марок (М300, М350 или даже М400). Кроме класса прочности, важны такие характеристики бетона, как морозостойкость и водостойкость. Для регионов с зимними температурами в диапазонах -20...-40°С необходим бетон класса морозостойкости F100, для зимних температур -5...-20°С – F 75, в теплом климате (-5°С и выше) достаточно будет F50. Оптимальный класс водостойкости – W4 (нормальный), при высоком уровне грунтовых вод и переувлажненности грунта – W2.

Бетонирование следует начинать после тщательной очистки и обезжиривания опалубки и арматуры, в сухую погоду или при наличии защиты от дождя. Поверхности должны быть сухими. Бетонную смесь укладывают послойно в одном направлении, следя за тем, чтобы толщина слоев была одинаковой – не более 125% длины рабочей части ручного глубинного вибратора. Разрывы при укладке недопустимы. Каждый следующий слой укладывается после виброуплотнения предыдущего слоя и до начала схватывания бетона уже уложенного слоя (1-2 часа). Верхний слой не должен доходить до верхнего края щитов опалубки на 5-7 см. Делать перерывы в процессе категорически нежелательно.

После окончания бетонирования фундамент прикрывают водонепроницаемым материалом. Примерно через 8 часов поверхность бетона начинают периодически поливать рассеянными струями воды с небольшим напором (только при среднесуточных температурах выше +5°С).

Распалубка ленточного фундамента. Ее сроки зависят от температуры окружающего воздуха и свойств бетона. В теплую погоду (среднесуточная температура выше +15°С) снимать опалубку можно примерно через 6 дней, в холодную (+5°С и ниже) – через 10 дней. Специалисты советуют уточнять у производителя скорость набора бетоном марочной прочности и снимать опалубку не раньше достижения 50-80% от нее.

Гидроизоляция. На рынке представлен достаточно большой набор продуктов для гидроизоляции фундамента. Это могут быть обмазочные, наплавляемые, оклеечные или рулонные материалы на основе полимеров или битума, специальные пленки, составы на основе цемента и пр. При выборе следует ориентироваться на свои потребности и финансовые возможности, учитывая, что срок службы недорогих и простых в использовании гидроизоляционных материалов часто бывает небольшим.

Утепление ленточного фундамента необходимо по двум причинам: для защиты гидроизоляционного слоя и для уменьшения теплопотерь, которые при холодном подвале и неутепленном фундаменте могут быть очень существенными. Удобно утеплять фундамент листами пенополистирола толщиной не менее 50 мм (для климата средней полосы). Листы просто приклеиваются поверх гидроизоляции составами без содержания растворителей, выше уровня грунта необходимо дополнительное крепление дюбелями.

Засыпка траншеи и организация отмостки. Перед засыпкой траншеи на ее дно укладываются дренажные трубы в засыпке из щебня толщиной 30 см, обернутой геотекстилем для защиты от заиливания. Продольный уклон труб должен рассчитываться так, чтобы обеспечить беспрепятственный сток воды. После этого траншею засыпают непучинистым грунтом (гравием, щебнем, крупным песком) без крупных твердых включений, которые могут повредить фундамент. Грунт укладывают слоями толщиной 20 см, каждый слой утрамбовывают. После окончательной засыпки грунт должен иметь дренажный уклон, направленный от фундамента с перепадом высоты 15 см.

Для защиты фундамента рекомендуется организация мягкой отмостки с утеплением. Ширина отмостки рассчитывается так, чтобы она в конечном счете выступала на 20 см за край карнизного свеса. Существуют разные технологии обустройства утепленной отмостки, выбор зависит от ваших личных предпочтений.

Вентиляция фундамента

Пространство под полом первого этажа обязательно должно вентилироваться, в противном случае скапливающаяся там влага начнет постепенно разрушать бетонные и деревянные конструкции. По действующим строительным нормам ленточный фундамент обязательно должен иметь отверстия для сквозного проветривания, называемые в народе «продухами» или «продушинами». Очень часто можно увидеть неправильно выполненные продухи: их мало, и они сделаны из тонких труб, поэтому не обеспечивают достаточной циркуляции воздуха. Помните: общая площадь продухов должна составлять не менее 1/400 от площади подполья, а площадь каждого из них не может быть меньше 0,05 м2. Их располагают на расстоянии не более 90 см от углов, при этом продухи, находящиеся на разных сторонах фундамента, должны быть расположены друг напротив друга. В радоноопасных районах общая площадь продухов должна быть не менее 1/100 от площади подполья.

Вентиляция ленточного фундамента

Как рассчитать фундамент мелкого заложения

При строительстве дома своими руками приходится экономить едва ли не на каждом этапе строительства, начиная с проектирования здания и заканчивая подбором строительных материалов и проведением строительных работ. Учитывая то, что на фундамент дома уходит значительная часть средств, желание сократить затраты на возведение основания вполне обоснованы. В ряде ситуаций во избежание буквального закапывания денег в землю застройщик принимает решение о строительстве дома на фундаменте мелкого заложения (МЗФ). Как и при возведении любого другого основания, этому должны предшествовать точные расчеты. О том, как самостоятельно рассчитать мелкозаглубленный фундамент, мы и поговорим в этой небольшой статье.

Роль пучинистых свойств грунта в расчете мелкозаглубленного фундамента

Очевидно, что при проектировании МЗФ стоит отталкиваться не только от расчета нагрузок на фундамент, но и от параметров грунтового основания. Огромное значение имеют пучинистые свойства грунта, ведь при закладке мелкозаглубленного фундамента единственной защитой от неравномерных сезонных деформаций со стороны грунтового основания является жесткость конструкции МЗФ, причем фундамент должен «работать на жесткость» вместе с построенным на нем сооружением. А это, в свою очередь, означает, что экономить на качественных стройматериалах для фундамента мелкого заложения не стоит: готовите раствор своими силами на строительном участке – проводите тщательный расчет количества цемента на фундамент, равно как и других компонентов для получения нужной марки бетонной смеси. Допускается неравномерный подъем здания зимой, но при этом деформации не должны превышать предельных значений.

Минимизация пучинистых явлений

Одной из эффективных мер по уменьшению деформации основания ввиду неравномерного подъема слоев грунта является обеспечение их гидроизоляционной защиты. Если не допускать проникновения влаги в подфундаментную зону на всю глубину промерзания грунта, то пучинистые явления можно вообще свести к нулю. Еще один прием заключается в уплотнении грунта под подошвой основания, например, за счет частичной его замены песком и гравием.

Оптимальные конструкции МЗФ

Среди всех мелкозаглубленных оснований наиболее приемлемым вариантом являются ленточные фундаменты мелкого заложения. Столбчатые кирпичные и буронабивные МЗФ можно применять лишь в единичных случаях, проводя дополнительный расчет буронабивного фундамента, и, желательно для легких хозяйственных построек. Не забываем и о плитном основании, которое все чаще делают мелкозаглубленным или вовсе незаглубленным.

С чего начать расчет МЗФ

Как всегда, начинаем с исследований грунта. В статье про расчет фундамента достаточно подробно описан данный процесс, так что рекомендуем ознакомиться с представленной там информацией. Уже на основе полученных данных и учете нагрузок от строящегося дома, стоит выбирать тип МЗФ: плитный, столбчатый, ленточный. В таблице ниже мы представили все необходимые для этого сведения*

*Таблица построена на основе информации, представленной в ТСН МФ-97 МО «Проектирование, расчет и устройство мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных жилых зданий в Московской области». Почерпнуть дополнительные полезные сведения можно и там.

Предварительные размеры подошвы

На следующем этапе задаются предварительные параметры подошвы фундамента. Для плиты, закладываемой под весь дом, — толщина может составлять от 150 до 300 мм. То же самое касается расчета столбчатого и мелкозаглубленного ленточного основания, размеры которых задаются исходя из сопротивления грунта и нагрузки на него от постройки.

Расчет МЗФ по деформациям пучения грунта

Далее необходимо установить, выдержит ли основание деформации, которые будут иметь место при сезонном промерзании грунта. Причем расчетное значение подъема фундамента его относительной деформации не должно превышать соответствующих предельных значений. Математическая часть расчетов указана в Приложении 4 вышеуказанных территориальных строительных норм.

Загрузка...

Расчет мелкозаглубленного ленточного фундамента: основные принципы

При возведении небольших строений на загородном участке под постройку можно спроектировать фундамент мелкозаглубленного ленточного типа. Фундаменты малоэтажных зданий обычно закладываются высотой 0,6-1 м. Ниже уровня поверхности при этом сооружение заглубляется на расстояние около 0,5 м. Небольшие размеры мелкозаглубленного основания компенсируются прочностными свойствами применяемого бетона и конструкцией арматурного каркаса. При возведении небольших строений (бани, хозяйственных построек и т. д.) определить основные характеристики грунта участка и размеры мелкозаглубленного фундамента можно самостоятельно.

Таблица расчета нагрузки на 1 м² фундамента.

Принципы расчета фундамента мелкого заложения

Сложность проведения расчетов при проектировании ленточного фундамента, прежде всего, состоит в определении гидрогеологических свойств грунта на участке строительства. Если существует подозрение на близкое залегание грунтовых вод к поверхности строительной площадки, предпочтительней привлечь для проведения исследований и проектирования специалистов. На пучинистых грунтах уровень грунтовых вод может изменяться со временем и воздействовать на прочность основания.

Устраивать фундамент мелкозаглубленного типа для бани допустимо, если на участке песчаная или однородная твердая почва и при этом грунтовые воды расположены далеко от поверхности, не менее чем на 0,5 м ниже глубины промерзания грунта. Если на участке строительства сложный подвижный грунт, подошва фундамента бани должна быть увеличена.

Мелкозаглубленный ленточный фундамент проектируется с соотношением глубины закладки к ширине опорной части не более 4:1.

Виды ленточных фундаментов.

Фундамент из блоков ФБС и монолитный тип конструкции не имеют принципиального различия в принципах проектирования. В расчет ленточного фундамента мелкого заложения входят следующие этапы:

  • определение свойств грунта;
  • вычисление предварительных параметров сооружения;
  • определение массы всех частей конструкции здания, дополнительных нагрузок, удельного давления фундамента на основание;
  • корректировка габаритов конструкции.

Малоэтажные здания, имеющие относительно небольшой вес, могут возводиться без проведения геологических изысканий на несложных типах грунтов. Исключением являются илистые, торфяные почвы, подвижные грунты.

Вернуться к оглавлению

Определение свойств грунта на участке

Любой грунт состоит из твердых частиц и микропустот, заполненных воздухом и влагой. Под действием нагрузки строения происходит сжатие слоев грунта, плотность его увеличивается. Здание при этом может дать неравномерную осадку. Свойства грунта исследуются для определения допустимого давления на него, которое не приведет к критической деформации основания под мелкозаглубленным фундаментом. Эта величина зависит от общего веса строения и площади подошвы ленточного фундамента.

Характеристики грунта под планируемым сооружением можно определить самостоятельно. Для этого следует выкопать колодец глубиной около 2 м и размерами 1х1 м. При выемке грунта с каждого слоя толщиной 0,5 м берутся образцы и затем тестируются.

Схема и стоимость ленточного мелкозаглубленного фундамента на слабопучинистых грунтах.

Пробный грунт увлажняется, из него скатывается отрезок длиной около 15 см, толщиной в 1 см и соединяется в кольцо. Если слой, откуда был взят образец, – суглинок, кольцо при сворачивании разрывается на отрезки. Образец из супеси при этом должен разваливаться. Образец из глинистого грунта сохраняет свою форму.

Для вычисления коэффициента пористости исследуемого грунта вырезается образец в форме куба 10х10х10 см и взвешивается. Полученное значение – объемная масса грунта. Затем кубик измельчают и формируют новый уплотненный образец без воздушных пор. Измерив грани куба, можно определить объемную массу сжатого грунта. Если вырезанный куб рассыпается, объем взятого образца можно определить мерной емкостью.

Формула вычисления коэффициента пористости – E= 1 – Y0/Y, где:

  • Y0 – объемный вес грунта в естественном виде (кг/см3) ;
  • Y – в уплотненном состоянии (кг/см3) .

Коэффициент текучести вычислить сложно. Этот показатель можно приблизительно определить по следующим признакам. Если при копании лопата с трудом входит в грунт, показатель текучести равен нулю. При коэффициенте текучести, равном единице, грунт прочно пристает к лопате.

Другие типы грунтов и их несущая способность определяются с помощью таблиц СНиП. Если при тестировании грунта возникают сомнения, величину расчетного сопротивления грунта нагрузкам следует уменьшить. С целью перестраховки проектная площадь подошвы ленты увеличивается. Если тип грунта не ясен или относится к засоленным, набухающим, биогенным (илистые, торфяные и др.), исследования лучше поручить специалистам.

Вернуться к оглавлению

Расчет веса отдельных частей строения

Рассмотрим расчет размеров монолитного фундамента для небольшой бани с учетом обустройства дренажной системы для отвода сточных вод. Определить несущую способность грунта на площадке строительства и сделать расчет подошвы ленты или фундамента из блоков по силам практически любому владельцу участка.

Глубина заложения фундаментов зданий.

Необходимо определить нагрузку на площадку строительства от основных составляющих конструкций бани. Для этого следует выделить значимые по весу элементы сооружения и определить вес каждого. Чтобы вычислить объем отдельного учитываемого элемента, следует выполнить его эскиз. В точности нанесения размеров изображений нет необходимости, главное – отразить форму элементов. Элементы непрямоугольной формы придется разбить на более простые фрагменты.

Удельный вес материала, из которого изготовлен элемент здания Y (кг/м3), определяется в СНиП II-3-79. В этом перечне может не оказаться некоторых современных видов строительных материалов. Величину их удельного веса можно выяснить на строительных сайтах интернета с описанием характеристик материалов.

В среднестатистическом здании бани в перечень учитываемых конструкций строения входят:

  • стеновые конструкции с учетом их отделки;
  • фундамент и цоколь;
  • перекрытия потолочные;
  • внутреннее оборудование;
  • дверные конструкции;
  • массивные отделочные материалы;
  • материалы, применяемые для гидро- и теплоизоляции;
  • стропильные элементы и кровельный материал.

Расчет можно упростить, взяв значения общего веса некоторых стандартных конструкций здания из строительных нормативных документов.

Вернуться к оглавлению

Предварительное определение параметров фундамента

Рисунок 1. Карта нормативной глубины промерзания грунта.

Конечной целью вычислений является определение размеров мелкозаглубленного ленточного фундамента. При расчете они принимаются приблизительно с учетом следующих факторов:

  • глубина промерзания почвы;
  • тип фундаментной конструкции – монолитный, блочный;
  • используемый материал для возведения фундамента;
  • степень заглубления, зависящая от характера грунта;
  • расположение грунтовых вод от поверхности.

Для предварительного задания размеров фундамента мелкого заложения обязательно создание эскиза конструкции. Глубина заложения проектируемого фундамента принимается в зависимости от глубины, на которую промерзает грунт в зимнее время. Соотношение первого и второго параметров при слабопучинистых грунтах следующее:

  • не менее 0, 5м – при промерзании на 1 м;
  • не менее 0,75 м – при промерзании до 1,5 м;
  • от 1 м – при промерзании на 1,5-2,5 м.

Глубину промерзания грунта можно определить по рис. 1. Используемая для расчета толщина рассчитываемого фундамента зависит от свойств грунта и принимается не менее 300 мм.

Используя данные проекта бани и табличные рекомендации СНиП, принимаем расчетные геометрические размеры ленты или фундамента из блоков: ширину Н, длину L и высоту В. Объем бетонной конструкции получаем умножением этих величин – V=L×H×B. Умножив полученное значение на удельный вес материала фундамента, получаем общий вес сооружения Р=V×Y.

Дальнейшее проектирование мелкозаглубленного фундамента будет сводиться к определению ширины подошвы ленты. От этого параметра будет зависеть удельное давление здания на грунт и, следственно, достаточность площади подошвы для работоспособности бетонного основания. Переменным значением параметра служит ширина подошвы ленты, которую определим, проведя окончательный расчет фундамента.

Вернуться к оглавлению

Удельное давление на грунт подошвы фундамента

Суммировав полученные составляющие нагрузки бани, делим общий вес строения на принятую площадь подошвы фундамента, определяем искомое удельное давление бетонного основания р (т/м2). Различные типы грунта имеют свой показатель предельного сопротивления нагрузкам R (т/м2). Эта величина указана в нормативной документации ДБН В.2.1-10-2009. Значение удельного давления здания на грунт р (т/м2) должно быть меньше величины предельного сопротивления грунта R (т/м2). Если это условие выполняется, значит, площадь подошвы фундамента достаточна для грунта с данными свойствами. Для придания запасной прочности сооружения величина р должна быть меньше значения R на 15-20%.

Если значение р равно или больше R, площадь подошвы следует увеличить. Откорректированные параметры конструкции необходимо проверить, повторно проведя приведенный расчет. При этом закладываются новые параметры бетонного основания. Фундамент из блоков ФБС рассчитывается по такому же принципу.

Вернуться к оглавлению

Расчет арматурного каркаса и выбор схемы армирования

Для ленточного мелкозаглубленного фундамента принимается условие, что арматурная составляющая (суммарная площадь сечения каркаса) должна быть не менее 0,1% от площади сечения фундамента. Кроме диаметра арматурных прутьев определяется их количество. При длине стороны ленточного фундамента более 3 м для устойчивого восприятия нагрузок используется арматура диаметром не менее 10 мм. Арматурный каркас вяжется в два пояса.

Минимальный диаметр стержней арматуры при высоте фундамента более 0,5 м принимается от 8 мм. При расчете мелкозаглубленного фундамента для бани можно использовать специальные программы определения проектных сечений арматуры. Вязку прутьев необходимо производить строго под прямым углом. Концы стержней каркаса не должны доходить до краев фундамента на 5 см.

Баня на мелкозаглубленном фундаменте прослужит долго при правильном устройстве арматурного каркаса и подготовки бетонной смеси. Бетон для ленточного фундамента готовится с расчетом, чтобы цемента в составе было на 1/3 больше чем воды, а песка в 1,5 раза меньше количества гравия.

В данном варианте расчета фундамента мелкого заложения по несущей способности грунта используются основные принципы проектирования конструкции. Он позволяет с достаточной точностью определить значимые параметры будущего бетонного основания загородного дома. Подробный расчет мелкозаглубленного фундамента (плюс расчет осадки) должны выполнять специалисты профильной организации.

Ленточный фундамент для каркасного дома

 

Ленточный фундамент под каркасный дом можно отнести к самым распространенным фундаментам, так как он применяется для строительства большинства индивидуальных домов в стране. Технология его устройства досконально отработана и известна всем строителям. Каркасные дома из древесины не требуют мощных фундаментов ввиду легкости большинства конструкций, поэтому стала использоваться модификация – мелкозаглубленный ленточный фундамент для строений каркасного типа.

При строительстве дома фундамент обязан обеспечить целостность его конструкции независимо от типа грунтов, их пучинистости, осадков и прочих неприятностей, воздействующих на его конструкцию. Важна и экономическая составляющая устройства фундамента. Ленточный фундамент существенно дороже столбчатого или свайного фундамента, поэтому там, где позволяет грунт, устраивают более дешевый тип фундамента. Более точный выбор типа фундамента определяется расчетами основания каркасного дома с учетом несущей способности грунта и сборной нагрузки дома на основание.

Расчет ленточного фундамента под каркасный дом

Расчет фундамента для каркасного дома начинают с расчета максимальных нагрузок на основание дома. Эти нагрузки включают:

  • Вес дома;
  • Вес активной части дома;
  • Вес фундамента;
  • Снеговую нагрузку;
  • Ветровую нагрузку.

Вес дома складывается из веса стеновых материалов, веса перекрытий и веса кровли. Если есть готовые проекты загородных домов, то эти данные можно получить из проекта. В ином случае можно воспользоваться усредненными значениями удельного веса конструкций каркасного дома из справочных таблиц в интернете или специальных справочниках. Так для каркасного дома, стена которого не превышает 140-150 мм, удельный вес квадратного метра стены находится в пределах 30-50 кг/м2. Таким же образом можно получить данные о весе цокольного, чердачного перекрытия и кровли.

Вес активной части дома включает вес сантехнических устройств, котлов, печей, каминов, бытовой техники и веса людей. Точно определить активную часть дома затруднительно, как и вес фундамента. Вес фундамента, а точнее его глубина и ширина ленты, зависит от грунта и суммарной нагрузки на основание, поэтому его уточняют после геологических исследований грунта и определения суммарной нагрузки на основание.

Снеговая и ветровая нагрузки определяются из справочных таблиц о среднегодовых осадках и скорости преобладающих ветров в данной местности. Для Центральной части России снеговая нагрузка равна 170-200 кг/м2.

Для определения размеров и веса фундамента необходимо сделать расчет несущей способности грунта под основанием дома. Такой расчет выполнят в специализированных компаниях по инженерной геологии, которые определят состав грунтов, уровень и направления подземных вод и дадут рекомендации по глубине закладки выбранного вида фундамента. Данные такие компании могут получить из архивов или произвести бурение на участке для определения состава грунтов и расчетного сопротивления грунта.

Расчетное сопротивление грунта можно также определить по СНиП 2.02.01-83.

Расчет фундамента под каркасный дом осуществляют по формуле при условии, что глубина заложения не превышает 2 м:

S>Yn*F/Yc*Ro

  • S – опорная площадь фундамента в м;
  • F – сборная нагрузка на фундамент в т;
  • Ro – показывает несущую способность по фундаменту для данного грунта и измеряется в кг/см2;
  • Yn – коэффициент запаса прочности фундамента, принимаемый 1,2;
  • Yc – коэффициент взаимодействия фундамента с грунтом, определяется для каждого типа грунта.

Пример расчета

Каркасный дом размером 7 х 7 м. Длина ленты 30 м с учетом внутренних стен дома. Сборная нагрузка на фундамент составила 110 т. Почва под фундаментом суглинок, для которой Ro=3,6 кг/см2. Yc для данного грунта равно 1,1. Учитывая характеристики грунта, глубина заложения фундамента 1,8 м.

Опорная площадь, соответствующая несущей способности фундамента, должна удовлетворять ниже приведенному неравенству:

S > 1,2* 110000/ 1,1* 3,6 или,

S > 33 333 см2 = 3,33 м2

Определяем ширину ленты:

3,33/30 = 11 см.

Поскольку ширина фундамента не может быть меньше толщины стен, а толщина стен составляет 15 см, принимаем ширину ленты 18 см, против расчетной, и S тогда будет составлять 30*0,18=5,4 м2

Учитывая сопротивление грунта Ro, определим несущую способность этого фундамента

54000*3,6= 194 тонны при максимальной нагрузке на фундамент в 110 тонн.

Мелкозаглубленный ленточный фундамент (МЗЛФ) для каркасного дома

МЗЛФ устраивают на пучинистых грунтах с близкими к поверхности подземными водами. При таких фундаментах в каркасных домах не устраивают подвалы. Для монтажа МЗЛФ снимают верхний слой почвы, делают песчано-гравиевую подушку и на ней монтируют фундамент.

Для усиления жесткости нижняя обвязка каркасного дома на ленточном фундаменте усиливается железобетонным поясом. 

На фундамент в условиях пучинистого грунта воздействуют снизу силы выталкивания, а на боковые поверхности сжатия. Воздействие фактора сжатия нивелируется в МЗЛФ малой боковой площадью, остается фактор выталкивания. Для этого усиливается его жесткость, при которой осадка фундамента происходит равномерно и не воздействует на конструктив каркасного дома. Для уменьшения этого воздействия делают утепление внешней стороны фундамента, не допуская промерзания грунта около него и устраняя его пучинистость.

Несущая способность грунта под МЗЛФ обычно невелика, поэтому и принимаются меры по усилению жесткости фундамента и увеличению площади ленты. При строительстве каркасного дома на ленточном фундаменте обвязка может быть деревянной из бруса. В этом случае утепление фундамента с внешней стороны обязательно.

Расчет МЗЛФ для каркасного дома аналогичен расчету обычного ленточного фундамента, только несущая способность грунта в расчете принимается минимальной величиной равной 1, хотя в приблизительных расчетах ее принимают равной 2. Тогда:

S > 1,2* 110000/ 1,1* 1,0;

или,

S > 120 000 см2 = 12 м2

Определяем ширину ленты:

12/30 = 40 см.

Несущая способность этого фундамента равна 120 тоннам при сборной нагрузке дома в 110 тонн.

подошва, высота и глубина залегания, как рассчитать минимальную ширину?

Любое строение имеет под собой фундамент, тип которого определяется конструктивными особенностями строения, видом грунта, климатическими и другими параметрами. При проектировании ленточного фундамента размеры его определяются на основании инженерных расчетов.

Ленточный  фундамент может быть как монолитным, так и сборным из готовых заводских блоков. Но в любом случае производится расчет ширины и высоты фундамента, глубины его залегания. Для монолитных фундаментов, кроме всего прочего, делается расчет необходимого сечения арматуры и её количества. Только при всех произведенных грамотных расчетах можно надеяться, что фундамент будет прочной и надежной основой вашего дома.

Заглубленный ленточный фундамент

Фундаменты под  строения могут быть: 

  • мелкозаглубленными,
  • заглубленными.

В первом случае предполагается заглубление фундамента на высоту, не превышающую 1 м. Во втором случае — глубина заложения фундамента может доходить до 2- 3 м.  В основном это делается, когда в подвальном этаже планируется устраивать некоторые вспомогательные помещения типа гаража, бани, бильярдной и тому подобное.

При проектировании размеры ленточного фундамента под дом определяются в соответствии с размерами и планировкой  будущего дома, т. е. ленточный фундамент должен устраиваться под все наружные и внутренние несущие стены.

Обычно жилые дома строятся на мелкозаглубленном ленточном фундаменте, что позволяет значительно экономить финансовые средства, поскольку устройство такого основания, как правило, производится силами самих застройщиков.

Что нужно знать при определении размеров фундамента

Чтобы выбрать необходимый оптимальный размер фундамента, обеспечивающий надежность всего строения, нужно знать:

  • состав грунта на участке;
  • высоту залегания грунтовых вод;
  • глубину промерзания почвы в данном регионе;
  • вес самого здания,  т.е. нагрузки на фундамент от веса стен, перекрытий, и крыши.

Минимальная ширина фундамента ленточного должна быть равной ширине стен или больше.

Допускается свес стен над фундаментом на ширину 10-13 см, но не более. Это объясняется тем, что железобетон имеет высокую прочность, намного выше прочности стеновых материалов, поэтому может выдержать нагрузку от более широкой стены, а узкий фундамент, позволяет сократить расход бетона и арматуры.

Определяемся с подошвой фундамента

Расчет ширины фундамента определяется в зависимости от ширины его подошвы, которая рассчитывается исходя из нагрузок, давящих на фундамент. Фундамент, в свою очередь, оказывает давление на грунт.

В итоге получается, чтобы правильно рассчитать размер фундамента необходимо знать свойства грунта на месте строительства.

Если грунт на участке пучинистый, а дом предполагается строить из кирпича или бетонных блоков, то лучшим вариантом выбора фундамента будет – заглубленный. А поскольку фундаменты такого типа устраиваются ниже уровня промерзания почвы, то высота ленточного фундамента для дома будет в пределах  1–2,5 м до уровня земли.

Закладка фундамента на пучинистом грунте

Для небольших строений – бани, гаража или дачного домика, вполне подойдет мелкозаглубленный фундамент с высотой от основания до верха в пределах 60-80 см. При этом в земле будет находиться 40-50 см высоты фундамента, остальная часть будет выступать над уровнем почвы и являться цоколем строения. Несмотря на малую высоту, прочность фундамента будет гарантирована свойствами бетона и арматурного каркаса.

Определяя высоту фундамента, необходимо помнить, что под любой фундамент устраивается песчаная или гравийная подушка высотой слоя 10-20 см. Поэтому глубина котлована или траншеи будет больше на величину подушки.

Перед тем, как рассчитать ширину ленточного фундамента, необходимо подсчитать нагрузки, которые можно легко определить, зная размеры всех конструкций стен, крыши и удельный вес используемых материалов. К этим нагрузкам добавляется вес людей и всего того, что будет находиться в доме – мебели, бытового оборудования и прочего.

Размеры подошвы ленточного  фундамента рассчитываются таким образом, чтобы  нагрузка на основание не была больше допустимых нагрузок на грунт в данном месте строительства.

Рассчитывая ленточный фундамент, мы узнаем высоту и ширину, после чего определяем:

  • количество бетона, необходимого для заливки,
  • количество арматуры,
  • материала для опалубки.

Как видите, размеры фундамента позволяют узнать многое для устройства надежного основания.

Первым делом необходимо определить глубину заложения фундамента ленточного заглубленного. Для этого нужно знать глубину промерзания грунта в вашем регионе в зимний период. Все это можно найти в строительных справочниках.

Глубина промерзания грунта в разных регионах

Производя расчет, сначала задают предварительные размеры фундамента (ширину подошвы, высоту), ориентируясь на конструктивные особенности дома. Если несущая способность грунта больше, чем давление здания на грунт, то выбранные размеры оставляют без изменения, в противном случае, размеры подбирают, чтобы расчетное сопротивление грунта не было меньше, чем удельное давление веса здания.

Сложность расчетов заключается, прежде всего, в точном определении вида грунта в основании фундамента и его свойств.

А если, ко всему прочему, есть основание полагать, что на участке высокий уровень грунтовых вод, то расчет фундамента и оценку грунта лучше всего заказать у специалистов, чтобы не рисковать вложенными в строительство деньгами. Потому что  пучинистые грунты со временем могут изменять свои свойства под действием некоторых факторов, таких, например, как изменение уровня грунтовых вод.

Самостоятельно узнать высоту ленточного фундамента над землей можно, воспользовавшись онлайн-калькулятором, где программа сама рассчитает и площадь подошвы фундамента, и его высоту, и толщину песчаной подушки на основании данных о вашем грунте.

Особенности устройства мелкозаглубленного фундамента

Специалисты советуют не устраивать мелкозаглубленный  высокий фундамент, так как это делает его слишком жестким. К  тому же, это ведет к перерасходу арматуры и бетона. Более низкий фундамент вполне справится с возложенными на него нагрузками и будет достаточно экономичным и надежным.

Когда решается вопрос, какая глубина ленточного фундамента под дом оптимальна, стоит подумать об утеплении мелкозаглубленного фундамента. Правильно сделанная тепло- и гидроизоляция может существенно сэкономить средства, одновременно создав надежное основание под дом.

Мелкозаглубленные фундаменты специально спроектированы для частных малоэтажных построек. Это, на сегодняшний день, самый распространенный вид фундаментов в частном домостроении.

Благодаря высокой прочности железобетона глубина залегания подошвы монолитного ленточного мелкозаглубленного фундамента может быть в пределах 50 см от поверхности земли. Но к этому значению следует добавлять высоту песчаной подушки, которая не должна быть менее 20 см.

Подушку делают  из крупного песка, гравия или их смеси. Количество песка и гравия в процентном отношении  должно быть  40: 60.

Высота фундамента над землей может варьироваться в пределах 40-50 см, в итоге, общая  высота фундамента будет не выше одного метра. Для одноэтажных домов такого фундамента вполне достаточно, но для двухэтажных коттеджей и выше нужен фундамент усиленный и более глубокого залегания.

Анализ псевдодинамической несущей способности мелкой ленточной опоры с использованием усовершенствованной техники оптимизации «Алгоритм поиска гибридных симбиозных организмов» с численной проверкой

Анализ фундаментов мелкого заложения, подвергающихся сейсмической нагрузке, был важной областью исследований для инженеров-строителей. В данной статье представлено решение верхней границы для несущей способности мелкосерийного ленточного фундамента с учетом механизмов разрушения композитных материалов с использованием псевдодинамического подхода. Для решения этой проблемы был использован недавно разработанный алгоритм поиска организмов гибридного симбиоза (HSOS).В методе HSOS исследовательские возможности SQI и потенциал использования SOS были объединены для повышения устойчивости алгоритма. Эта комбинация может улучшить поисковые возможности алгоритма для достижения глобального оптимума. Численный анализ также выполняется с использованием динамических модулей PLAXIS-8.6v для проверки этого аналитического решения. Результаты, полученные в результате настоящего анализа с использованием HSOS, тщательно сравниваются с существующей доступной литературой, а также с другими методами оптимизации.Обсуждается значение настоящей методологии для анализа несущей способности, и обосновывается приемлемость технологии HSOS для решения такого типа инженерных проблем.

1. Введение

Несущая способность - один из важных аспектов инженерно-геологических задач. Нагрузки от зданий передаются на фундамент колоннами или несущими стенами конструкций. Многие исследователи, такие как Прандтль [1], Терзаги [2], Мейерхоф [3, 4], Весич [5, 6] и многие другие, исследовали механизмы несущей способности фундамента в условиях статической нагрузки.Из-за сейсмической нагрузки фундаменты могут испытывать снижение несущей способности и увеличение осадки. Следует учитывать два источника нагрузки: начальную нагрузку из-за боковых сил, приложенных к надстройке, и кинематическую нагрузку из-за движений грунта, возникших во время землетрясения. Новаторские работы по определению сейсмической несущей способности неглубоких ленточных фундаментов были выполнены Будху и Аль-Карни [7], Дормье и Пекером [8], Субра [9–11], Ричардсом и др. [12], Чоудхури и Субха Рао [13], Кумар и Гош [14] и многие другие, использующие псевдостатический подход с помощью различных методов решения, таких как метод срезов, предельное равновесие, метод характеристик напряжения и верхний предел анализ.Помимо этих исследователей-аналитиков, Шафи и Джаханандиш [15] и Чакраборти и Кумар [16] использовали метод конечных элементов для оценки сейсмической несущей способности ленточных фундаментов на грунте с использованием PLAXIS-2D с учетом псевдостатического подхода. Поскольку в псевдостатическом методе динамическая нагрузка, вызванная землетрясением, рассматривается как не зависящая от времени, что, в конечном итоге, предполагает, что величина и фаза ускорения одинаковы в слое почвы, псевдодинамический анализ разработан, где влияние как сдвига, так и первичного волны рассматриваются вместе с периодом бокового сотрясения. Ghosh [17] и Saha and Ghosh [18] оценили псевдодинамическую несущую способность с использованием метода предельного анализа и метода предельного равновесия, соответственно, с учетом линейной поверхности разрушения. В более ранних анализах сопротивление удельного веса, дополнительной нагрузки и сцепления рассматривалось отдельно. Следовательно, если решение было сделано для неглубокого ленточного фундамента, опирающегося на грунт c-Φ , будет три отдельных коэффициента: один для удельного веса, другой для доплаты и третий для сцепления.Но в практической ситуации будет единый механизм отказа для одновременного сопротивления удельного веса, надбавки и сцепления. Таким образом, сделана попытка представить единый коэффициент сейсмической несущей способности для одновременного сопротивления удельного веса, дополнительной нагрузки и сцепления. Здесь, в этой статье, псевдодинамическая несущая способность неглубокого ленточного фундамента с учетом сложного механизма разрушения, опирающегося на грунт c-Φ , решается с использованием метода анализа верхнего предела. Относительная простота решения геометрически сложной многомерной задачи делает предельный анализ привлекательной альтернативой числовым кодам. Кинематический метод предельного анализа основан на построении поля скоростей, допустимого для жестко-идеального пластического материала, подчиняющегося правилу ассоциативного течения.

В настоящее время основанные на природе алгоритмы глобальной оптимизации, такие как генетические алгоритмы (GA), алгоритм оптимизации роя частиц (PSO) и многие другие алгоритмы, успешно применяются для решения различных научных и инженерных сложных задач оптимизации, особенно проблем гражданского строительства, таких как устойчивость откосов [19, 20, 21–28], подпорные стены [29–31] и конструктивный дизайн [32].Ченг и Прайого [33] представили новую технику оптимизации, основанную на природе, названную алгоритмом поиска симбиотических организмов (SOS). Этот метод основан на интерактивных отношениях между организмами в экосистеме. Он не имеет параметров управления, зависящих от алгоритма. Алгоритм SOS успешно применялся для решения различных задач инженерной оптимизации [34–38]. Недавно Nama et al. [39] предложил гибридный алгоритм, называемый алгоритмом поиска гибридных симбиотических организмов (HSOS), который представляет собой комбинацию алгоритма SOS и метода простой квадратичной интерполяции [40].Здесь, в этой статье, алгоритм HSOS используется для оптимизации псевдодинамической несущей способности неглубокого ленточного фундамента с учетом метода анализа верхнего предела. Математически проблема может быть представлена ​​как нелинейная задача жесткой оптимизации, которая может быть решена с помощью алгоритма HSOS, который оказался более удовлетворительным оптимальным решением и может быть использован для проектирования пологого ленточного фундамента. В алгоритме HSOS в качестве переменных поиска рассматриваются угол поверхности разрушения ( α , β ) и t / T .Таким образом, его можно применять для получения оптимальных решений в различных областях науки и техники. Численный анализ также выполняется с использованием динамического модуля программного обеспечения PLAXIS-8.6v для проверки этого аналитического решения. Результаты представлены в табличной форме, включая сравнение с другими доступными анализами. Влияние широкого диапазона изменения параметров, таких как угол трения почвы ( Φ ), коэффициент сцепления (2 c / γB 0 ), коэффициент глубины ( D f / B 0 ), а также горизонтальные и вертикальные сейсмические ускорения ( k h , k ) от нормированного коэффициента приведения ( N γe / N γs ). .

Таким образом, основные результаты данной статьи резюмируются следующим образом: (i) Оценка коэффициента псевдодинамической несущей способности неглубокого ленточного фундамента, опирающегося на грунт c-Φ , с учетом составной поверхности разрушения с использованием метода анализа верхнего предела. (Ii) Здесь представлен единый коэффициент псевдодинамической несущей способности, учитывающий одновременное сопротивление удельного веса, дополнительной нагрузки и сцепления. (Iii) Недавний гибридный алгоритм оптимизации (называемый HSOS) используется для решения задачи оптимизации минимизации псевдодинамической несущей способности.(iv) Программное обеспечение PLAXIS-8.6v используется для численного решения этой вышеупомянутой проблемы для проверки аналитической формулировки. (v) Полученные результаты сравниваются с другими результатами, доступными в литературе, и результатами, полученными в других государствах. -современные алгоритмы.

Оставшаяся часть статьи организована следующим образом: Раздел 2 обсуждает формулировку реальной задачи оптимизации инженерных геотехнических сейсмических землетрясений, такой как псевдодинамическая несущая способность неглубокого фундамента.Обзор алгоритма оптимизации HSOS представлен в разделе 3. В разделе 4 представлены обсуждения результатов, полученных с помощью алгоритма HSOS, чтобы показать эффективность и точность этого гибридного алгоритма для решения этой задачи инженерной оптимизации. Численный анализ неглубокого ленточного фундамента с использованием динамического модуля программного обеспечения PLAXIS-8.6v и проверка аналитической формулировки обсуждаются в Разделе 5, и, наконец, Раздел 6 представляет заключение и краткое изложение результатов работы.

2. Формулировка псевдодинамического коэффициента несущей способности
2.1. Рассмотрение модели

Рассмотрим неглубокий ленточный фундамент шириной ( B 0 ), лежащий ниже поверхности земли на глубине D f , на которую действует нагрузка ( P ) колонны. действует. Однородный грунт с удельной эффективной массой γ имеет характеристику Мора – Кулона c-Φ и может рассматриваться как твердое пластичное тело.Для неглубокого фундамента ( D f B 0 ) давление покрывающих пород идеализировано как надбавка ( q = γD f ), которая действует на протяжении BC . Классическое двумерное поле линий скольжения, полученное Прандтлем [1], представляет собой традиционный механизм разрушения, который имеет три области, такие как активная зона, пассивная зона и логарифмическая переходная зона радиального вентилятора. В этом сложном механизме разрушения предполагается, что половина разрушения происходит вдоль поверхности AEDC, которая состоит из треугольной упругой зоны ABE, треугольной пассивной зоны Ренкина BDC и между ними логарифмической зоны радиального сдвига BDE, показанной на рисунке 1. (а) [41].Это составной механизм, который определяется угловыми параметрами α и β , в которых поверхность ED скольжения логарифмической спирали является касательной к линиям AE и DC в точках E и D соответственно. На рисунках 2 и 3 показана подробная диаграмма свободного тела упругой зоны ABE, композитной пассивной зоны Ренкина и зоны лог-спирального сдвига BEDC, соответственно.



2.2. Механизм схлопывания

При обрушении предполагается, что основание и нижележащая зона ABE движутся синхронно друг с другом с одинаковой абсолютной скоростью V 1 , составляя угол Φ с линией разрыва AE, чтобы представить условие нормальности для связанного кулоновского материала правила потока. Следовательно, отсутствует диссипация энергии на границе раздела грунт-конструкция. В то время как зона радиального бревно-спирального сдвига BED ограничена лог-спиральной кривой ED. Уравнение кривой в полярных координатах ( r , θ ) имеет вид. Центр этой бревенчатой ​​спирали ED находится в точке B, а радиус r 0 - это длина линии BE, где и ширина основания. Обратите внимание, что в этом механизме мы предположили, что прямая AE касается кривой логарифмической спирали в точке E; следовательно, скачка скорости вдоль BE отсутствует.Зона радиального сдвига BED может рассматриваться как состоящая из последовательности жестких треугольников, как в исследованиях Чена с использованием симметричных механизмов Хилла и Прандтля. Все маленькие треугольники движутся как твердые тела в направлениях, составляющих угол Φ с линией разрыва ED. Скорость каждого маленького треугольника определяется условием, что относительная скорость между треугольниками в контакте имеет направление, которое составляет угол Φ к контактной поверхности. Было показано, что скорость каждого треугольника V равна. Предполагается, что лог-спиральная кривая ED касается прямой DE в точке D; следовательно, скачка скорости вдоль линии BD отсутствует. Наконец, треугольный клин BCD считается жестким и движется со скоростью,. Следовательно, определенные таким образом скорости составляют кинематически допустимое поле скоростей. Годограф скорости этого сложного механизма разрушения показан на рисунке 1 (б). После определения поля скорости кинематически допустимого механизма разрушения, выполняемая дополнительная внешняя работа и дополнительная внутренняя диссипация энергии рассчитываются в соответствии с процедурой, описанной в [42].

2.3. Анализ несущей способности
2.3.1. Клин эластичный

Масса клина АВЕ, где.

Если основание клина подвергается гармоническим горизонтальным и вертикальным сейсмическим ускорениям амплитуды и, соответственно, ускорение на любой глубине z и времени t , ниже вершины поверхности, можно выразить как

Масса тонкого элемента упругого клина на глубине z равна

. Суммарные горизонтальные и вертикальные силы инерции, действующие в упругой зоне, можно выразить следующим образом:

2.3.2. Пассивная зона Ренкина

Масса клина BCD,

Масса тонкого элемента упругого клина на глубине z 1 составляет

Ускорение на любой глубине z 1 и время t ниже верхней части поверхности может быть выражена как

. Полная горизонтальная и вертикальная сила инерции, действующая в пассивной зоне Ренкина, может быть выражена следующим образом:

2.3.3. Зона лог-спирального сдвига

Вес зоны лог-спирального сдвига BDE,

Лог-спиральная зона BDE разделена на « n », количество слоев, что делает угол центра лог-спирали β равным « n ”количество углов, то есть, как показано на рисунке 4.


Масса полосы на и -м срезе лог-спиральной зоны БДЭ, где.

Ускорение на любой глубине z i и время t любого i -го среза зоны лог-спирального сдвига ниже верхней части поверхности можно выразить как

. Горизонтальная и вертикальная сила инерции, действующая в этом слое , может быть выражена следующим образом:

Теперь общая горизонтальная и вертикальная сила инерции, действующая на зону сдвига логарифмической спирали, выражается как

Дополнительные внешние работы, связанные с фундаментом нагрузка P , дополнительная нагрузка q , масса грунтовых клиньев ABE, BCD и BDE и их соответствующие силы инерции равны

Инкрементное рассеяние внутренней энергии вдоль разрывов скорости AE и CD и радиальной линии DE равно

Приравняв работу, затрачиваемую внешними нагрузками, к мощности, рассеиваемой внутри, для кинематически допустимого поля скорости, мы можем получить выражение псевдодинамики u предельная несущая способность неглубокого ленточного фундамента.Классическое уравнение предельной несущей способности неглубокого ленточного фундамента,

После решения вышеуказанных уравнений упрощенная форма коэффициентов несущей способности выглядит следующим образом:

Принято считать, что «единичный коэффициент сейсмической несущей способности» для одновременного сопротивления Удельный вес, надбавка и сплоченность, как и в практической ситуации, будет механизм единственного отказа для одновременного сопротивления удельному весу, надбавке и сплоченности. Итак, получаем

После упрощения уравнений выражение N приводится ниже.

Здесь N - единичный псевдодинамический коэффициент несущей способности неглубокого ленточного основания в условиях сейсмической нагрузки. В этой формулировке коэффициент псевдодинамической несущей способности целевой функции зависит от этих Φ , c , α , β , t / T , k h , k , H / λ и H / η функций.Для конкретного грунта и сейсмических условий все остальные члены постоянны, за исключением α , β и t / T . Итак, оптимизация коэффициента псевдодинамической несущей способности выполняется по отношению к α , β и t / T с использованием алгоритма HSOS. Преимущество этого алгоритма HSOS заключается в том, что он может улучшить поисковые возможности алгоритма для достижения глобальной оптимизации. Здесь оптимальное значение N представлено как N γe . Теперь, псевдодинамическая предельная несущая способность,

3. Алгоритм поиска гибридных симбиозных организмов

Алгоритм поиска гибридных симбиозных организмов (HSOS) - это недавно разработанный гибридный алгоритм оптимизации, который используется для решения этой псевдодинамической несущей способности неглубокого ленточного фундамента с минимальной оптимизацией. проблема.

3.1. Алгоритм поиска симбиозных организмов

Алгоритм поиска симбиозных организмов (SOS) - это популяционный итеративный алгоритм глобальной оптимизации для решения задач глобальной оптимизации, предложенный Ченгом и Прайого [33].Этот алгоритм основан на базовой концепции симбиотических отношений между организмами в природе (экосистеме). В экосистеме возникают три типа симбиотических отношений. Это отношения мутуализма, отношения комменсализма и отношения паразитизма. Отношения мутуализма описывают отношения, при которых оба организма получают выгоду от взаимодействия. Отношения комменсализма - это симбиотические отношения между двумя разными организмами, при которых один организм получает выгоду, а другой не подвергается значительному влиянию. В отношениях симбиотического паразитизма один организм получает пользу, а другой страдает, но не всегда погибает. На основе концепции трех отношений выполняется алгоритм SOS. В алгоритме SOS группа организмов в экосистеме рассматривается как размер популяции решения. Каждый организм аналогичен одному вектору решения, и значение приспособленности каждого организма представляет степень адаптации к желаемой цели. Первоначально набор организмов в экосистеме генерируется случайным образом в пределах области поиска.Новое решение-кандидат генерируется посредством биологического взаимодействия между двумя организмами в экосистеме, которое содержит фазы мутуализма, комменсализма и паразитизма, и процесс взаимодействия продолжается до тех пор, пока не будет удовлетворен критерий завершения. Подробное описание алгоритма SOS можно увидеть в [33].

3.2. Метод простой квадратичной интерполяции (SQI)

В этом разделе обсуждается трехточечная квадратичная интерполяция. С учетом двух организмов и, где и от экосистемы, организм обновляется согласно трехточечной квадратичной интерполяции [40]. Трехточечная приблизительная минимальная точка для организма определяется следующим уравнением: где м = 1, 2, 3,…, D .

SQI предназначен для расширения всех возможностей поиска алгоритма. Здесь f i , f j и f k - это значения приспособленности для i th, j th и k th организмов. соответственно.

3.3. Алгоритм поиска гибридных симбиозных организмов

При разработке эвристического алгоритма глобальной оптимизации баланс возможностей исследования и эксплуатации играет важную роль [43], где «Исследование - это процесс посещения совершенно новых регионов поискового пространства, в то время как эксплуатация - это процесс посещения тех областей пространства поиска в окрестностях ранее посещенных точек »[43]. Как обсуждалось выше, метод SQI может использоваться для лучшего исследования при выполнении процесса оптимизации.С другой стороны, Ченг и Прайога [33] подробно обсудили возможности лучшего использования SOS для глобальной оптимизации. Чтобы сбалансировать исследовательские возможности SQI и потенциал использования SOS, был предложен алгоритм поиска гибридных симбиозных организмов (HSOS). Этот гибридный метод может повысить надежность, а также поисковые возможности алгоритма для достижения глобальной оптимизации. За счет включения SQI в алгоритм SOS разрабатывается алгоритм HSOS, и блок-схема алгоритма HSOS показана на рисунке 5.Алгоритм HSOS может исследовать новую область поиска с помощью алгоритма SOS и использовать информацию о населении с помощью SQI.


Если организм направляется в недопустимую область, то организм отражается обратно в допустимую область, используя следующее уравнение [44]: где соответственно нижняя и верхняя границы i -го организма.

Алгоритмические шаги hsos приведены ниже:

Step 1 . Инициализация экосистемы: инициализируйте параметры алгоритма и организмы экосистемы и оцените значение приспособленности для каждого соответствующего организма.

Шаг 2 . Основной цикл.

Шаг 2.1 . Фаза мутуализма: случайным образом выберите один организм из экосистемы. Организм пересекается с организмом, и затем они пытаются улучшить возможности выживания в экосистеме. Новый организм для каждого из и рассчитывается по следующим уравнениям: где. Здесь BF1 и BF2 называются факторами пользы, значение которых равно 1 или 2. Уровень пользы организма представляет эти факторы, то есть получает ли организм, соответственно, частичную или полную выгоду от взаимодействия.лучший организм в экосистеме. представляет собой характеристику взаимоотношений между организмами и.

Шаг 2.2 . Фаза комменсализма: между взаимодействием организмов и организм получает пользу от организма и пытается улучшить полезное преимущество в экосистеме до более высокой степени адаптации. Новый организм определяется следующим уравнением: где i j и является лучшим организмом в экосистеме.

Шаг 2.3 . Фаза паразитизма: путем дублирования случайно выбранных размеров организма создается искусственный паразит (Parasite_Vector). Из экосистемы случайным образом выбирается другой организм, который рассматривается как хозяин Parasite_Vector. Если значение целевой функции Parasite_Vector лучше, чем у организма, он может убить организм и занять свое положение в экосистеме. Если значение целевой функции лучше, чем Parasite_Vector, будет сопротивление паразиту, и Parasite_Vector не сможет находиться в этой экосистеме.

Шаг 2.4 . Простая квадратичная интерполяция: два организма и ( j k) выбираются случайным образом из экосистемы, а затем организм обновляется квадратичной интерполяцией, проходящей через эти три организма, что может быть выражено как (40).

Шаг 3 . Если критерии остановки не удовлетворены для перехода к шагу 2, то он будет продолжаться до тех пор, пока не будет получено наилучшее значение целевой функции.

4. Обсуждение результатов, полученных с помощью алгоритма HSOS

Коэффициент псевдодинамической несущей способности ( N γe ) был оптимизирован с использованием алгоритма HSOS относительно α , β и t / T переменных. Алгоритм был выполнен с использованием 1000 оценок пригодности, 30 независимых прогонов и 50 экологических размеров. Среди этих 30 результатов получен лучший результат. Этот оптимизированный коэффициент несущей способности одиночной сейсмической нагрузки ( N γe ) представлен в таблицах 1 и 2 для статических и сейсмических условий ( k h = 0,1, 0,2 и 0,3) соответственно, что может быть используется инженерами по эксплуатации в сейсмоопасных районах для одновременного сопротивления удельного веса, дополнительной нагрузки и сцепления.

25 157,48 157,48 157,48

Φ 2 c / γB 0 D f /9 f /9 0,5 0,75 1

20 ° 0 8,349 11. 756 15.087 18.377 18.377 11.175 14.488 17.769 21.029
0.5 13.886 17.155 20.407 23.649 30407 23.649 30407
59.177
0,25 35.903 45.497 54.975 64.391
0,5 41.263 50.771 60.189 69,557
40 ° 0 144,24 178,37 211,78 244,89
0,25 0,25 203,94 237,1 270,1

11,323
98 0 0001 0

8

6,644 25 29407 38.422 33407 0 109407 0

8

040225 3 24,684 43407

9279

0

0. 1

Φ 2 c / γB 0 k = 0 k = k k k k = k h
D f / B 0
0,25 0,5 040775 1 0,25 0,5 0,75 1 0,25 0,5 0,75 1

8,5 11,172 13,753 5,882 8,538 11,128 13,687 5,878 8,51 11,079 13,614
0,25 9040.589 11,17 13,73 16,277 8,69 11,247 13,782 16,303 8,797 11,323 13,832 13,832 18.754 11.331 13.851 16.359 18.865 11.523 14.015 16.502 18.98

29,575 37,021 44,385 22,107 29,638 37,028 44,331 22,223 29,691 37,07 29,691 37,23 48,996 27,128 34,529 41,834 49,081 27,415 34,739 41,979 49,169
0.5 31,59 38,965 46,287 53,564 32,016 39,325 46,573 53,793 46407 101,41 127,17 152,55 177,72 102,32 127,86 153,02 177,89 103,17 128.49 153,41 178,11
0,25 112,36 137,9 163,11 188,16 113,51 138,82 163,85 188,69 114,74 139,83 164,61 189,16
0,5 123,12 148,5 173,67 198,58 124,63 149,79 174,65 199.42 126,15 151,03 175,72 200,21

k h 0001 k = 0 k = k h /2 k = k

8 90

D f / B 0
0.25 0,5 0,75 1 0,25 0,5 0,75 1 0,25 0,5 0,75 1
9040 3,627 5,554 7,437 9,299 3,495 5,257 7,019 8,781 3,45 5,049 6,644 8,24
8,24 6,254 8,093 9,926 11,754 6,276 8,01 9,739 11,464 6,345 7,94 9,5352 7,94 12.312 14.129 8.889 10.605 12.321 14.036 9.201 10.801 12.394 13.987
856 20,524 26,077 31,56 14,451 19,881 25,193 30,44 13,88 19,024 35.606 19.026 24.314 29.539 34.734 18.803 23.785 28.716 33.621
0.5 23.312 28.779 34.201 39.615 23.416 28.634 33.811 38.98 23.505 68,468 87,465 106,13 124,61 67,336 85,521 103,4 121,14 65,74 82.948 99,846 116,59
0,25 77,438 96,227 114,79 133,22 76,783 94,766
0,5 86,315 104,98 123,41 141,79 86,076 103,87 121,54 139.08 85,49 102,38 119,02 135,61

k h

08 = 0,3

k = 0 k = k h /2 k = k

8 90

D f / B 0
0.25 0,5 0,75 1 0,25 0,5 0,75 1 0,25 0,5 0,75 1
9040 2,843 4,058 5,268 6,471 4,291 5,476 6,642 7,792 - - - -
5,178 6,389 7,592 8,794 9,036 10,181 11,325 12,468 - - - 9.915 11.118 13.713 14.848 15.984 17.119 - - - -


13,312 17,24 21,118 8,356 11,737 15,116 18,496 8,15 10,853 13,557 12,336 15,716 19,085 22,433 12,366 15,074 17,783 20,492
0.5 16.736 20.57 24.389 28.195 16.285 19.633 22.96 26.286 16.541 19.2558 0 44.498 58.106 71.465 84.714 40.605 52.714 64.622 76.375 35 45.195 55.199 65.068
0.25 51.859 65.283 78.574 91.7 48.428 60.359 72.112 60.359 72.112
0,5 59 72,396 85,56 98,686 56,083 67,85 79,556 91,165 51.543 61.416 71.164 80.912

4.1. Параметрическое исследование

В этом разделе были представлены краткое параметрическое исследование и сравнительное исследование. Влияние угла трения грунта ( Φ ), фактора глубины ( D f / B 0 ), коэффициента сцепления (2 c / γB 0 ) и сейсмических ускорений ( k h и k ) от нормализованного коэффициента уменьшения ( N γe / N γs ).Нормализованный понижающий коэффициент ( N γe / N γs ) представляет собой соотношение оптимизированных коэффициентов сейсмической и статической несущей способности. Варианты параметров следующие: Φ = 20 °, 30 ° и 40 °; k h = 0,1, 0,2 и 0,3; k = 0, k h /2 и k h ; 2 c / γB 0 = 0, 0.25 и 0,5; и D f / B 0 = 0,25, 0,75, 0,5 и 1. В этом разделе также обсуждается подробное сравнительное исследование с другими имеющимися ранее исследованиями.

4.1.1. Влияние на N γe / N γs из-за изменения Φ

На рисунке 6 показаны вариации нормализованного коэффициента уменьшения ( N γe / N γs ) в зависимости от горизонтального сейсмического ускорения ( k h ) при различных углах трения с грунтом ( Φ = 20 °, 30 ° и 40 °) при 2 c / γB 0 = 0.25, D f = 0,5 и k = k h /2. Видно, что нормализованный коэффициент уменьшения ( N γe / N γs ) увеличивается с увеличением угла трения грунта ( Φ ). Из-за увеличения Φ внутреннее сопротивление частиц грунта будет увеличиваться, что похоже на увеличение коэффициента сейсмической несущей способности.


4.1.2. Влияние на N γe / N γs из-за изменения 2c / γB 0

На рисунке 7 показаны изменения нормированного коэффициента редукции ( N γe / N γs ) относительно сейсмического ускорения ( k h ) при различных коэффициентах сцепления (2 c / γB 0 = 0, 0,25 и 0,5) при Φ = 30 °, D f / B 0 = 0.5 и k = k h /2. Видно, что нормализованный коэффициент редукции ( N γe / N γs ) увеличивается с увеличением коэффициента когезии (2 c / γB 0 ). Из-за увеличения сцепления коэффициент сейсмической несущей способности будет увеличиваться, так как увеличение сцепления вызывает увеличение межмолекулярного притяжения между частицами грунта, что обеспечивает большее сопротивление разрушению фундамента при сдвиге.


4.1.3. Влияние на N γe / N γs из-за изменения D f / B 0

На рисунке 8 показаны изменения нормированного коэффициента редукции ( N γe / N γs ) относительно сейсмического ускорения ( k h ) для различных факторов глубины ( D f / B 0 = 0,25, 0.5, и 1) при Φ = 30 °, 2 c / γB 0 = 0,25 и k = k h /2. Видно, что нормализованный коэффициент редукции ( N γe / N γs ) увеличивается с увеличением коэффициента глубины ( D f / B 0 ). Из-за увеличения коэффициента глубины ( D f / B 0 ) увеличивается дополнительный вес, что увеличивает пассивное сопротивление и, следовательно, увеличивает коэффициент сейсмической несущей способности.


4.1.4. Влияние на N γe / N γs из-за вариации сейсмических ускорений (k h и k v )

Из рисунков 6–9 видно, что нормализованный коэффициент уменьшения ( N γe / N γs ) уменьшается вместе с увеличением горизонтального сейсмического ускорения ( k h ). На рисунке 9 показаны изменения нормированного коэффициента уменьшения ( N γe / N γs ) относительно сейсмического ускорения ( k h ) при различных вертикальных сейсмических ускорениях ( k = 0, k h /2 и k h ) для Φ = 30 °, D f = 0.5 и 2 c / γB 0 = 0,25. Видно, что нормализованный коэффициент уменьшения ( N γe / N γs ) также уменьшается с увеличением вертикального сейсмического ускорения ( k ). Из-за увеличения сейсмического ускорения и из-за внезапного движения различных волн возмущение частиц грунта увеличивается, что позволяет большему количеству грунта участвовать в вибрации и, следовательно, снижает его сопротивление несущей способности.


4.1.5. Сравнение результата

Здесь проводится подробное сравнительное исследование настоящего анализа с предыдущими исследованиями аналогичного типа работ с различными подходами. На рисунке 10 и в таблице 3 показано сравнение коэффициента псевдодинамической несущей способности, полученного в результате настоящего анализа, с предыдущими сейсмическими анализами в отношении различных сейсмических ускорений ( k h = 0,1, 0,2 и 0,3) для Φ = 30 °.Видно, что для более низкого значения сейсмических ускорений здесь, на Рисунке 10, k h = 0,2, значения, полученные из настоящего исследования, меньше значений, полученных из Soubra [10] (M1 и M2 ) [17]. Но когда горизонтальное сейсмическое ускорение увеличивается с 0,2, коэффициент несущей способности также постепенно увеличивается, и при k h = 0,3 настоящий анализ дает большую ценность по сравнению со всеми сравниваемыми методами.При k h = 0,1, примерно на 7,5%, 24% и 29% уменьшается коэффициент N γe , а при k h = 0,2, примерно 2%, 15 %, и 12% -ное снижение коэффициента N γe по сравнению с таковым в Soubra [10] (M1 и M2) и Ghosh [17] соответственно. Но при k h = 0,3 он увеличивается примерно на 26%, 16% и 48% соответственно по сравнению с соответствующими анализами.


]

k h Настоящее исследование Ghosh [17] Budhu и Aloudhurni 9058 [7] Soubra [10]
k = k h /2 k = k h

07 900 = k h /2

k = k h k = k h /2 90 = k h k = k h /2 k = к ч M1 M2

0.1 14,43 14,23 20,39 20,04 10,21 9,46 8,4 7,76 15,6 18,9 15,6 18,9
8,9 3,81 2,86 2,85 2 8,9 10,3
0,3 5,68 5,67 3,85 2,35 1.21 0,56 0,98 0,29 4,5 4,9

Результаты производительности, то есть псевдодинамические коэффициенты оптимизации несущей способности, получены с помощью другого алгоритма метадинамической оптимизации несущей способности. алгоритмы. В таблице 4 показаны результаты производительности, полученные алгоритмами DE [45], PSO [46], ABC [47], HS [48], BSA [49], ABSA [50], SOS [33] и HSOS [39] при здесь сравниваются разные условия.Из этой таблицы видно, что результат производительности, то есть коэффициент псевдодинамической несущей способности ( N γe ), полученный с помощью этого алгоритма HSOS, меньше, чем у других сравниваемых алгоритмов в различных грунтовых и сейсмических условиях. Из приведенных выше исследований можно сказать, что алгоритм HSOS может удовлетворительно использоваться для оценки сейсмической несущей способности мелкого ленточного фундамента, предлагаемого здесь.

1 94,768 94,768 16402 1 33407 33407 33.931 33402

Φ S h DE PSO ABC ABS ABC ABC HSOS

(а) 2 в / γB 0 = 0.25, D f / B 0 = 0,5 и k = k h /2
20 ° 0,1 11,771 11,255 11,62 11,25 11,284 11,248 11,247
0,2 ​​ 8,714 8,524 8407 8,524 8,1151 8,02 8,01

30 ° 0,1 34,681 34,854 34,535 34,942 24,514 24,641 24,319 24,43 24,319 24,361 24,32 24,314

138,90 139,12 138,85 139,54 138,83 138,99 138,9 138,82
0,2 ​​ 94,768 94,768 94,77 94,766

(б) 2 c / γB 0 = 0,5, D f / B . 075, и k = k h /2
20 ° 0,1 16,46 16,363 16,359 16,512 16,359
0,2 ​​ 12,53 12,325 12,581 12,524 12,33 12,812 12,324 12,321
46.91 46.579 46.942 46.76 46.59 46.751 46.575 46.573
0.2 33,816 33,811

40 ° 0,1 174,76 174,68 174,691 174.93 174,67 174,81 174,69 174,65
0,2 ​​ 121,69 121,59 121,61 121,59 121,58 121,561 121,58 121,54

5. Численный анализ

Численное моделирование динамического анализа неглубокого ленточного фундамента выполняется с использованием программного обеспечения конечных элементов PLAXIS 2D (v-8.6), который оснащен функциями для работы с различными аспектами сложных конструкций и изучения эффекта взаимодействия грунта и конструкции. Помимо статических нагрузок, динамический модуль PLAXIS также предоставляет мощный инструмент для моделирования динамической реакции грунтовой конструкции во время землетрясения.

5.1. Численное моделирование

Подготавливается двухмерная геометрическая модель, которая должна состоять из точек, линий и других компонентов на плоскости x - y .Генератор сетки PLAXIS на основе входных данных геометрической модели автоматически выполняет создание сетки на уровне элемента. Неглубокий ленточный фундамент был смоделирован как плоская деформация, и 15 треугольных элементов с перекосом используются для моделирования грунта фундамента. Протяженность сетки была взята 100 м в ширину и 30 м в глубину, так как силы землетрясения не могут повлиять на вертикальные границы. Стандартные границы землетрясений применяются к условиям нагрузки землетрясениями с использованием файлов SMC, а затем создается сетка.Для получения точной сетки среднего размера следует кластерное измельчение сетки. Небольшая модель HS использовалась для включения динамических свойств грунта образцов грунта. Два разных образца грунта были использованы для анализа мелкой ленточной опоры в условиях сейсмической нагрузки, как показано в таблице 5. Равномерно распределенная нагрузка 100 кН / м, приложенная к секции фундамента, наряду с различными дополнительными нагрузками, чтобы представить нагрузку, исходящую от надстройки. анализируется в этой статье, как показано на рисунке 11.Начальные напряжения возникают после выключения прибора для определения начального давления поровой воды.

9402 50 ref (кПа) G 1.00 E + 4

Образец γ (кПа) c (кПа) Φ

7 9007

E oed ref (кПа) E ur ref (кПа) m кПа) γ 0.7

S1 20,9 0,5 32 2 0,2 ​​ 1,00 E + 4 9 1.00 E + 4 9 1.00 E000 4 0,5 1,00 E + 5 1,00 E -4
S2 19,9 0,2 ​​ 28 0 0,2 ​​ 3,75 E + 4 0,5 1,30 E + 5 1,25 E - 4

5,2 Расчет

На этапе расчета используются три шага, где на первом этапе выполняются расчеты для пластического анализа, где активируются приложенная вертикальная нагрузка и вес грунта. На втором этапе выполняются расчеты для динамического анализа, в который данные о землетрясениях включаются в виде файла SMS.И на последнем этапе FOS определяется методом восстановления c-Φ . Данные землетрясения в Сальвадоре 2001 года (моментная магнитуда) представлены в качестве входных данных для динамического расчета в виде файла SMC, как показано на Рисунке 12. Получены вертикальная осадка фундамента и соответствующий коэффициент безопасности для каждого условия, полученные в результате численного моделирования. На рисунках 13 и 14 показаны деформированная сетка и контур вертикального смещения, соответственно, после поэтапных расчетов.




5.3. Численное подтверждение

Модель конечных элементов неглубокого ленточного фундамента, заложенного в грунт c-Φ , анализируется в PLAXIS-8.6v для проверки аналитического решения. Результаты, полученные в результате этого аналитического анализа, сравниваются с численными решениями для подтверждения анализа. Сначала выполняется аналитический расчет осадки фундамента с использованием двух классических уравнений, таких как уравнение сейсмической осадки

Ричардса и др. [12]: где V - пиковая скорость расчетного землетрясения (м / сек), - это коэффициент ускорения для расчетного землетрясения и ускорение свободного падения, а значение α AE зависит от Φ и критического ускорения k h .

Уравнение немедленной осадки Терзаги [2]: где q n - чистое давление на фундамент, ν - коэффициент Пуассона, E - модуль Юнга грунта и I f - фактор влияния на мелководный ленточный фундамент. Здесь Q ult - это предельная псевдодинамическая несущая способность, которая получается из (39).

Динамические свойства грунта, полученные при численном моделировании [Plaxis-8.6v] так же используются в аналитической формулировке для проверки. Результаты, полученные на основе аналитического решения и численного моделирования, представлены в таблице 6. Были проанализированы два различных типа моделей почвы. Осадку неглубокого фундамента для соответствующей модели грунта рассчитывают с использованием (41) и (42). Расчетные значения, полученные из конечно-элементной модели в PLAXIS, также представлены в таблице. Видно, что осадка, полученная из аналитического решения, немного ниже по сравнению с осадкой, полученной из PLAXIS-8.6v, как и при аналитическом расчете расчетов, учитывается только первоначальный расчет. Таким образом, формулировка псевдодинамической несущей способности хорошо обоснована после численной проверки.

22 906 Аналитическое решение v мм

Образцы грунта Фактор глубины ( D f / B 0 ) Численное решение Richards et al.[12] Текущий анализ Terzaghi [2]
FOS Расчетный (мм) Расчетный (мм) N γe
Образец 1 0 1,12 49,57 0,02 127 41 48,97
0,25 1,95 42,814 18,27 53 36,01
0,5 2,71 41,47 0,24 10,65 68 33,07 75 30,61

Образец 2 0 1,03 47,45 0,01 255 37 6
0,25 1,59 40,99 0,1 25,58 49 31,08
0,5 2,14 38,22 2,14 38,22 2,14 38,22 1 2,61 34,47 0,25 10,23 72 27,33

6.Заключение

Используя псевдодинамический подход, влияние поперечной волны и скоростей первичной волны, проходящей через слой почвы, а также время и разность фаз наряду с горизонтальными и вертикальными сейсмическими ускорениями используются для оценки сейсмической несущей способности неглубокого ленточного фундамента. . Предлагается математическая формулировка одновременного сопротивления удельного веса, дополнительной нагрузки и сцепления с использованием метода анализа верхнего предела. Композитный механизм разрушения, который включает в себя как строгальную, так и бревенчатую зону, рассматривается здесь для разработки этой математической модели для неглубокого ленточного основания, опирающегося на грунт c-Φ .Для решения этой проблемы используется алгоритм HSOS. Преимущество этого алгоритма HSOS состоит в том, что он может улучшить поисковые возможности алгоритма для достижения глобального оптимума. Из сравнения результаты, полученные с помощью алгоритма HSOS с другими стандартными алгоритмами, показывают приемлемость результатов во всех почвенных и сейсмических условиях. Таким образом, с использованием алгоритма HSOS коэффициент сейсмической несущей способности представлен в табличной форме. Численное моделирование мелководных ленточных фундаментов также анализируется с помощью PLAXIS-8.Программное обеспечение 6v для проверки аналитического решения. Отмечено, что результаты, полученные в результате этого аналитического анализа, хорошо подтверждаются численными решениями. Влияние различных параметров, таких как угол трения грунта ( Φ ), сейсмические ускорения ( k h и k ), коэффициент сцепления (2 c / γB 0 ) , и фактор глубины ( D f / B 0 ).Видно, что коэффициент псевдодинамической несущей способности ( N γe ) увеличивается с увеличением Φ , 2 c / γB 0 и D f / B 0 , но уменьшается с увеличением горизонтальных и вертикальных сейсмических ускорений ( k h и k ). Значения, полученные в результате настоящего анализа, тщательно сравниваются с доступными значениями псевдостатического анализа, а также значений псевдодинамического анализа, и видно, что значения, полученные в результате настоящего исследования, достаточно сопоставимы.Используя значения, указанные в таблицах 1 и 2, можно оценить предельную несущую способность фундамента в условиях сейсмической нагрузки.

Номенклатура
Связность почвы Глубина 2: горизонтальное ускорение статической нагрузки 9407 9402 9 с : Угол, составляющий бревенчато-спиральная часть в бревенчато-спиральном механизме
2 c / γB 0 : Фактор сцепления
B 0 : Ширина опоры
D f : Глубина основания ниже поверхности земли
D f / B 0 2
: Ускорение свободного падения
G : Модуль сдвига грунта
k h , k
N c , N q , N γ : Коэффициенты несущей способности
N γe : Оптимизированный коэффициент несущей способности одиночной сейсмической нагрузки
N γs Коэффициент оптимальной несущей способности :
N γe / N γs : Нормализованный коэффициент понижения
PL: Равномерно распределенная нагрузка на колонну
r 0 , r : Начальный и конечный радиусы лог-спиральной зоны (т.е.e., BE и BD) соответственно
t : Время вибрации
T : Период бокового сотрясения
V 1 2 и В θ : Абсолютная и относительная скорости, соответственно
В p : Скорость первичной волны
Скорость поперечной волны
α 1 , α 2 : Базовые углы треугольной упругой зоны под основанием
β :
γ : Удельный вес грунтовой среды
9000 7 λ , η : Постоянная Ламе
υ : Коэффициент Пуассона почвенной среды
Φ : Угол внутреннего трения почвы ω : Угловая частота
SOS: Поиск организмов-симбиозов
SQI: Простая квадратичная интерполяция
HSOS: Поиск организмов-симбиозов.
Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Предельная несущая способность неглубоких ленточных фундаментов с использованием метода скользящей линии

Открытый архив в сотрудничестве с Японским геотехническим обществом

Открытый архив

Реферат

На основе теории предельного равновесия предлагается точный подход для решения конечных несущая способность неглубоких ленточных фундаментов в обычных условиях.Грунт фундамента считается идеальным упругопластическим материалом, который подчиняется критерию текучести Мора-Кулона, и считается идеальной сплошной средой, которая является изотропной, однородной, несжимаемой или нерасширяющейся. На основе анализа относительного движения и взаимодействия между основанием и почвой проблема предельной несущей способности неглубоких ленточных фундаментов делится на две категории. Минимальная модель с полной вертикальной предельной несущей способностью в качестве целевой функции устанавливается для определения предельной несущей способности с использованием метода линии скольжения без необходимости делать какие-либо предположения о пластической зоне и непластическом клине заранее.Предлагается удобный и практичный упрощенный метод для практических инженерных целей. Кроме того, первая категория проблемы в случае одинаковых равномерных надбавок с обеих сторон опор находится в центре внимания исследования: применимые условия уравнения предельной несущей способности Терзаги, а также теоретические точные решения его трех коэффициентов несущей способности. выведены, и новое уравнение несущей способности предлагается в качестве замены уравнения Терзаги.На основе безразмерного анализа предложен принцип геометрического и механического подобия. Результаты показывают, что для идеально гладких оснований общая предельная несущая способность по вертикали, полученная с помощью настоящего метода, хорошо согласуется с данными существующими методами, тогда как существующие методы недооценивают предельную несущую способность в случае абсолютно неровных оснований. Классический механизм Прандтля - это не механизм пластического разрушения, связанный с проблемой предельной несущей способности идеально гладкой опоры на невесомой почве.

Ключевые слова

Несущая способность

Взаимодействие грунта с грунтом

Теория предельного равновесия

Принцип минимума

Неглубокий фундамент

Метод скольжения

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Просмотр аннотации

© 2019 Производство и размещение Elsevier BV от имени Японского геотехнического общества.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

(PDF) Оценка средней осадки мелкого ленточного фундамента на сыпучем грунте при эксцентрической нагрузке

Техническая записка

Оценка средней осадки мелкого ленточного фундамента

на сыпучем грунте под эксцентриком

загрузка

C.Р. Патра *

1

, Р. Н. Бехера

1

, Н. Сивакуган

2

и Б. М. Дас

3

Патра и др. (2012) провели ряд лабораторных модельных испытаний для определения предельной несущей способности

ленточного фундамента на песке, подверженном вертикальным и наклонным эксцентрическим нагрузкам. На основе результатов некоторых лабораторных испытаний

была разработана эмпирическая процедура для оценки средней осадки

фундамента при воздействии средней допустимой эксцентрической нагрузки

на единицу площади, где приложенная нагрузка является вертикальной.Эмпирические зависимости, представленные в этой статье

, предназначены для коэффициента заделки D

f

/ B, изменяющегося от нуля до единицы, и коэффициента эксцентриситета e / B, изменяющегося от

нуля до 0–15.

Ключевые слова: несущая способность, эксцентричная нагрузка, зависимость оседания нагрузки, модельное испытание, песок, ленточный фундамент

Введение

Patra et al. (2012) провели ряд лабораторных испытаний модели

ленточного неглубокого фундамента, поддерживаемого песком

и подвергнутого внецентренно наклонной нагрузке.Эти испытания

проводились в песках плотной и средней плотности, чтобы определить предельную несущую способность. Для этих испытаний

отношение глубины фундамента D

f

к ширине фундамента

B варьировалось от нуля до единицы. Настоящая техническая записка

является продолжением этого исследования, поскольку она связана с оценкой осадки ленточного фундамента

при заданной эксцентрической вертикальной нагрузке.

Предельная нагрузка при эксцентрической нагрузке

На рисунке 1 показан мелкий ленточный фундамент шириной B

, расположенный на глубине D

f

на сыпучем грунте, имеющем единицу веса

и угол трения w. Фундамент

подвергается нагрузке Q

u

на единицу длины с эксцентриситетом

e. В таблице 1 показано изменение предельной средней нагрузки

на единицу площади фундамента Qu = B ~ quD

f = B, e = BðÞ



вместе со средней осадкой по осевой линии

su = B

ðÞ

Df = B, e = BðÞ

hi

при предельной нагрузке, которая основана на испытаниях

, проведенных Patra et al.(2012).

Это было также показано Patra et al. (2012), что для данного песка

(т. Е. Относительная плотность уплотнения D

r

и угол трения

при данном коэффициенте заделки D

f

/ B

quD

f = B, e = BðÞ

& quD

f = B, e = B ~ 0ðÞ

1 {2e = BðÞ½ (1)

Средняя осадка при предельной нагрузке

su = BðÞ

Df = B, e = BðÞ

hi

по средней линии

фундамент

На рисунке 2 показаны графики su = BðÞ

Df = B, e = BðÞ

hi

по сравнению с D

f

/ B

в плотных и песок средней плотности соответственно.Как и следовало ожидать от

для любой экспериментальной работы этого типа, имеется некоторый разброс

. Однако оказывается, что для любого заданного e / B

su = BðÞ

Df = BðÞ

& su = BðÞ

Df = B ~ 0ðÞ

1z0: 6Df = BðÞ½ (2)

Таким образом, может быть среднюю осадку

при предельной нагрузке целесообразно выразить в виде уменьшения

фактора RF. или

RF ~

su = BðÞ

Df = B, e = BðÞ

su = BðÞ

Df = B ~ 0, e = B ~ 0ðÞ

(3)

Обратите внимание, что su = BðÞ

Df = B ~ 0, e = B ~ 0ðÞ

hi

- осадка при предельной нагрузке

для поверхности фундамент (вертикальная центрическая нагрузка

).Включая эксцентриситет также в коэффициент редукции

RF, его можно аппроксимировать как

RF & 1z0: 6Df = BðÞ½1 {2:15 e = BðÞ½ (4)

В столбцах 6–8 таблицы 1 показаны экспериментальные значения.

RF, RF, рассчитанное по уравнению (4), и отклонения

экспериментальных значений от рассчитанных с использованием уравнения

(4). Экспериментальные значения хорошо сопоставимы с данными, полученными с помощью эмпирического соотношения

.

1

Национальный технологический институт, Руркела, Индия

2

Университет Джеймса Кука, Таунсвилл, Австралия

3

Калифорнийский государственный университет, Сакраменто, США

* Автор для переписки, электронная почта [email protected] в

ß2013 WS Maney & Son Ltd

Поступила 8 августа 2012 г .; принято 18 октября 2012 г.

218 DOI 10.1179 / 1

6213Z.000000 00021

International Journal of

Geotechnical Engineering 2013 VOL 7NO 2

Несущая способность мелкого фундамента на двух слоях глины с помощью численного подхода

  • Bishop AW (1

  • ) прочность грунтов как инженерных материалов.Géotechnique 16: 89–128

    Статья Google ученый

  • Burd HJ, Frydman S (1997) Несущая способность плоских деформационных оснований на слоистых грунтах. Can Geotech J 34 (2): 241–253

    Google ученый

  • Пуговица SJ (1953) Несущая способность опор на двухслойном связном грунте. Proc 3rd Int Conf Soil Mech Found Eng Zurich 1: 332–335

    Google ученый

  • Чен В.Ф. (1975) Анализ пределов и пластичность почвы.Эльзевир, Амстердам

    Google ученый

  • Чен В.Ф., Дэвидсон Х.Л. (1973) Определение несущей способности с помощью анализа пределов. J Soil Mech Found Div ASCE 99 (6): 433–449

    Google ученый

  • Cox AD, Eason G, Hopkins HG (1961) Осесимметричные пластические деформации в почвах. Philos Trans R Soc Lond Ser A 254: 1–45

    Google ученый

  • Дэвис Э. Х., Букер Дж. Р. (1973) Влияние увеличения прочности с увеличением глубины на несущую способность глин.Géotechnique 23 (4): 551–563

    Статья Google ученый

  • De Beer EE (1970) Экспериментальное определение коэффициентов формы и коэффициентов несущей способности песка. Géotechnique 20: 387–411

    Статья Google ученый

  • Эриксон Х.Л., Дрешер А. (2002) Несущая способность круговых опор. J Geotech Geoenviron Eng 128 (1): 38–43

    Статья Google ученый

  • FLAC (2005) Быстрый лагранжев анализ континуумов.Itasca Consulting Group, Inc., Миннеаполис

    Google ученый

  • Florkiewicz A (1989) Верхняя граница несущей способности слоистых грунтов. Can Geotech J 26: 730–736

    Артикул Google ученый

  • Гриффитс Д.В. (1982) Расчет коэффициентов несущей способности с использованием конечных элементов. Géotechnique 32 (3): 195–202

    Статья Google ученый

  • Hansen JB (1970) Пересмотренная и расширенная формула для определения несущей способности.Bull Danish Geotech Inst 28: 5–11

    Google ученый

  • Хатри В.Н., Кумар Дж. (2009) Коэффициент несущей способности Nc при условии φ = 0 для свай в глинах. Int J Numer Anal Meth Geomech 33: 1203–1225

    Статья Google ученый

  • Marti J, Cundall PA (1982) Смешанная процедура дискретизации для точного решения проблем пластичности. Int J Num Methods Anal Methods Geomech 6: 129–139

    Статья Google ученый

  • Merifeld RS, Sloan SW, Yu HS (2001) Строгие решения по пластичности для несущей способности двухслойных глин.Géotechnique 51 (2): 179–183

    Статья Google ученый

  • Merifield RS, Sloan SW, Yu HS (1999) Строгие решения для определения несущей способности двухслойных глинистых грунтов. Géotechnique 49 (4): 471–490

    Статья Google ученый

  • Мейерхоф Г.Г. (1953) Несущая способность фундаментов при эксцентрических и наклонных нагрузках. Proc 3rd Int Conf Soil Mech Found Eng Switz 1: 440–445

    Google ученый

  • Мейерхоф Г.Г. (1955) Влияние неровностей грунтовых вод и грунтовых вод на предельную несущую способность фундаментов.Géotechnique 5: 227–242

    Статья Google ученый

  • Мейерхоф Г.Г. (1957) на едином однородном слое. Максимальная несущая способность фундаментов на откосах. Proc 4th Int Conf Soil Mech Found Eng Lond 1: 384–386

    Google ученый

  • Мейерхоф Г.Г. (1963) Некоторые недавние исследования несущей способности фундаментов. Can Geotech J 1 (1): 16–26

    Статья Google ученый

  • Мейерхоф Г.Г., Ханна А.М. (1978) Предельная несущая способность фундаментов на слоистых грунтах при наклонной нагрузке.Can Geotech J 15: 565–572

    Артикул Google ученый

  • Михаловски Р.Л., Ши Л. (1995) Несущая способность опор на двухслойных грунтах фундамента. J Geotech Eng ASCE 121 (5): 421–428

    Статья Google ученый

  • Nagtegaal JC, Parks DM, Rice JR (1974) О численно точных решениях конечных элементов в полностью пластичном диапазоне. Comput Methods Appl Mech Eng 4: 153–177

    Статья Google ученый

  • Шиау Дж. С., Лямин А. В., Слоан С. В. (2003) Несущая способность песчаного слоя на глине с помощью анализа предельных значений конечных элементов.Can Geotech J 40: 900–915

    Артикул Google ученый

  • Siva Reddy A, Singh AK, Karnik SS (1991) Несущая способность глин, сцепление которых линейно увеличивается с глубиной. J Geotech Eng ASCE 117 (2): 348–353

    Статья Google ученый

  • Sloan SW, Randolph MF (1982) Численное прогнозирование нагрузок обрушения с использованием методов конечных элементов. Int J Numer Anal Meth Geomech 6: 47–76

    Статья Google ученый

  • Taiebat HA, Carter JP (2002) Несущая способность ленточных и круглых фундаментов на недренированной глине, подверженной эксцентрическим нагрузкам.Géotechnique 52 (1): 61–64

    Статья Google ученый

  • Терзаги К. (1943) Теоретическая механика грунтов. Уайли, Нью-Йорк

    Google ученый

  • Vesic AS (1963) Несущая способность глубоких фундаментов в песке. Highw Res Rec 39: 112–153

    Google ученый

  • Vesic AS (1973) Анализ предельных нагрузок фундаментов мелкого заложения.J Soil Mech Found Div ASCE 99 (1): 45–73

    Google ученый

  • Проектирование ленточных фундаментов - Руководство по конструкции

    Подушечки, комбинированные, ленточные, перевернутые Т-образные фундаменты, ленточные фундаменты и т. Д. Чаще используются в качестве фундаментов мелкого заложения. В зависимости от состояния грунта для возведения конструкций используются разные типы фундаментов мелкого заложения.

    Ленточные опоры используются при плохих грунтовых условиях в соответствии с рекомендациями инженеров-геотехников.

    При установке ленточного фундамента значительно увеличивается несущая поверхность фундамента.

    Следовательно, на грунтах с низкой несущей способностью можно использовать эти типы фундаментов.

    Есть два метода, которые можно использовать для анализа ленточных фундаментов.

    1. Жесткий метод анализа
    2. Гибкий метод анализа

    Жесткий анализ

    Предполагается, что давление опоры под опорой будет постоянным по всей длине и по всей длине опоры.

    Площадь опоры = (Общая нагрузка на колонну) / (Допустимое давление на опору)

    Приведенное выше уравнение чаще используется для определения площади опоры.

    Поскольку нам известны нагрузки на колонну и давление на опору, изгибающие и поперечные силы могут быть найдены с помощью простого анализа. Это можно сделать с помощью программного обеспечения, такого как SAP2000, SAFF, ETAB, или ручных расчетов.

    Гибкий анализ

    Считается, что давление грунта под основанием изменяется по длине основания.

    В реальных условиях давление изменяется вдоль основания, создавая более высокое давление грунта под колоннами. Использование программного обеспечения, такого как SAP2000, SAFF, ETAB, - самый простой способ выполнить этот тип анализа, поскольку ручные вычисления более строгие.

    Однако площадь основания рассчитывается по приведенному выше уравнению, которое используется в жестком анализе для поддержания давления грунта под основанием в допустимых пределах.

    Основными элементами этого анализа являются колонны, фундамент и грунт.

    Нагрузка на колонну может быть добавлена ​​как точечная нагрузка на фундамент, а фундамент можно смоделировать с помощью элементов оболочки, в то время как грунт моделируется с помощью пружинящих элементов. В вышеупомянутом программном обеспечении, определяя реакцию грунтового основания, мы можем моделировать почву как пружинные элементы.

    Согласно книге Боуэла по основам, в большинстве случаев мы можем определить реакцию нижнего уровня по следующему уравнению.

    Реакция земляного полотна = (SF) x 40 x (Допустимая несущая способность)

    Здесь «SF» обозначает коэффициент безопасности, который учитывался при определении допустимой несущей способности.Обычно, когда значение этого коэффициента недоступно, предполагается значение в диапазоне 2–3.

    Зная нагрузки на колонну, предполагаемую толщину фундамента и реакцию земляного полотна, можно найти изгибающие моменты и поперечные силы, необходимые для расчета фундамента.

    Как рассчитать несущую способность грунта

    Обновлено 28 декабря 2020 г.

    Автор С. Хуссейн Атер

    Несущая способность грунта определяется уравнением

    Q_a = \ frac {Q_u} { FS}

    , где Q a - допустимая несущая способность (в кН / м 2 или фунт / фут 2 ), Q u - предельная несущая способность ( в кН / м 2 или фунт / фут 2 ), а FS - коэффициент безопасности.Предел несущей способности Q и является теоретическим пределом несущей способности.

    Подобно тому, как Пизанская башня наклоняется из-за деформации почвы, инженеры используют эти расчеты при определении веса зданий и домов. Когда инженеры и исследователи закладывают фундамент, они должны убедиться, что их проекты идеальны для той почвы, которая поддерживает их. Несущая способность - это один из методов измерения этой прочности. Исследователи могут рассчитать несущую способность почвы, определив предел контактного давления между почвой и размещенным на ней материалом.

    Эти расчеты и измерения выполняются на проектах, касающихся фундаментов мостов, подпорных стен, плотин и подземных трубопроводов. Они полагаются на физику почвы, изучая природу различий, вызванных давлением поровой воды материала, лежащего в основе фундамента, и межкристаллитным эффективным напряжением между самими частицами почвы. Они также зависят от жидкостной механики пространства между частицами почвы. Это объясняет растрескивание, просачивание и прочность на сдвиг самой почвы.

    В следующих разделах более подробно рассматриваются эти вычисления и их использование.

    Формула несущей способности грунта

    Фундаменты мелкого заложения включают ленточные, квадратные и круглые фундаменты. Глубина обычно составляет 3 метра, что позволяет получить более дешевые, реалистичные и легко переносимые результаты.

    Теория предельной несущей способности Терзаги предполагает, что вы можете рассчитать предельную несущую способность для неглубоких сплошных фундаментов Q u с

    Q_u = cN_c + gDN_q + 0.5gBN_g

    , где c - сцепление почвы (в кН / м 2 или фунт / фут 2 ), г - эффективный удельный вес почвы (в кН / м 3 или фунт / фут 3 ), D - это глубина опоры (в метрах или футах), а B - ширина опоры (в метрах или футах).

    Для неглубоких квадратных фундаментов уравнение: Q u с

    Q_u = 1,3cN_c + gDN_q + 0,4gBN_g

    , а для неглубоких круглых фундаментов уравнение

    Q_u = 1.{2 \ pi (0,75- \ phi '/ 360) \ tan {\ phi'}}} {2 \ cos {(2 (45+ \ phi '/ 2))}}

    N c Равно 5,14 для ф '= 0 и

    N_C = \ frac {N_q-1} {\ tan {\ phi'}}

    для всех других значений ф ', Ng :

    N_g = \ tan {\ phi '} \ frac {K_ {pg} / \ cos {2 \ phi'} -1} {2}

    K pg получается из графического представления величин и определение того, какое значение K pg объясняет наблюдаемые тенденции.Некоторые используют N г = 2 (N q +1) tanф '/ (1 + .4sin4 ф') в качестве приближения без необходимости вычисления K пг. .

    Могут быть ситуации, в которых почва проявляет признаки местного разрушения сдвигом . Это означает, что прочность грунта не может быть достаточной для фундамента, поскольку сопротивление между частицами в материале недостаточно велико. В этих ситуациях предельная несущая способность квадратного фундамента составляет Q u =.867c N c + g DN q + 0,4 g BN g , сплошной фундамент i s Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng и круглый фундамент равен Q u = 0,867c N c + g DN q + 0,3 г BN g .

    Методы определения несущей способности грунта

    Фундаменты глубокого заложения включают фундаменты опор и кессоны.Уравнение для расчета предельной несущей способности этого типа грунта: Q u = Q p + Q f , где Q u - предельная несущая способность (в кН / м 2 или фунт / фут 2 ), Q p - теоретическая несущая способность конца фундамента (в кН / м 2 или фунт / фут 2 ) и Q f - это теоретическая несущая способность из-за трения вала между валом и почвой.Это дает вам другую формулу для несущей способности грунта

    Вы можете рассчитать теоретическую концевую несущую способность фундамента Q p как Q p = A p q p Где Q p - теоретическая несущая способность концевого подшипника (в кН / м 2 или фунт / фут 2 ) и A p - эффективная площадь наконечник (в метрах 2 или в футах 2 ).

    Теоретическая единица несущей способности несвязных илых грунтов q p составляет qDN q , а для связных грунтов 9c, (оба в кН / м 2 или фунт / фут 2 ). D c - критическая глубина для свай в рыхлом иле или песках (в метрах или футах). Это должно быть 10B для рыхлых илов и песков, 15B для илов и песков средней плотности и 20B для очень плотных илов и песков.

    Для фрикционной способности обшивки (вала) свайного основания теоретическая несущая способность Q f составляет A f q f для одного однородного слоя почвы и pSq f L для более чем одного слоя почвы. В этих уравнениях A f - эффективная площадь поверхности ствола сваи, q f - kstan (d) , теоретическая единица фрикционной способности для несвязных грунтов. (в кН / м 2 или фунт / фут), где k - боковое давление грунта, s - эффективное давление покрывающих пород и d - угол внешнего трения (в градусах ). S - это сумма различных слоев почвы (т.е. a 1 + a 2 + .... + a n ).

    Для илов эта теоретическая емкость составляет c A + kstan (d) , где c A - адгезия. Он равен c, - сцепление грунта для грубого бетона, ржавой стали и гофрированного металла. Для гладкого бетона значение составляет .8c до c , а для чистой стали - от . 5c до .9c . p - периметр поперечного сечения сваи (в метрах или футах). L - эффективная длина сваи (в метрах или футах).

    Для связных грунтов q f = as u , где a - коэффициент адгезии, измеренный как 1-.1 (S uc ) 2 для S uc менее 48 кН / м 2 , где S uc = 2c - прочность на неограниченное сжатие (в кН / м 2 или фунт / фут 2 ) .Для S uc больше, чем это значение, a = [0,9 + 0,3 (S uc - 1)] / S uc .

    Что такое фактор безопасности?

    Коэффициент безопасности колеблется от 1 до 5 для различных целей. Этот фактор может учитывать величину повреждений, относительное изменение шансов, что проект может потерпеть неудачу, сами данные о грунте, построение допусков и точность расчетных методов анализа.

    Для случаев разрушения при сдвиге коэффициент запаса прочности изменяется от 1.2 к 2,5. Для плотин и насыпей коэффициент запаса прочности составляет от 1,2 до 1,6. Для подпорных стен - от 1,5 до 2,0, для шпунтовых свай - от 1,2 до 1,6, для раскосных котлованов - от 1,2 до 1,5, для опор с разбросом по сдвигу - от 2 до 3, для опор из матов - от 1,7 до 2,5. Напротив, в случаях нарушения просачивания, когда материалы просачиваются через небольшие отверстия в трубах или других материалах, коэффициент безопасности колеблется от 1,5 до 2,5 для подъема и от 3 до 5 для трубопроводов.

    Инженеры также используют эмпирические правила для коэффициента безопасности как 1.5 для опорных стен, которые переворачиваются гранулированной засыпкой, 2,0 для связной засыпки, 1,5 для стен с активным давлением грунта и 2,0 для стен с пассивным давлением грунта. Эти факторы безопасности помогают инженерам избежать отказов, связанных со сдвигом и просачиванием, а также тем, что почва может смещаться в результате нагрузки на нее.

    Практические расчеты несущей способности

    Вооружившись результатами испытаний, инженеры рассчитывают, какую нагрузку может безопасно выдержать почва. Начиная с веса, необходимого для срезания почвы, они добавляют коэффициент безопасности, поэтому конструкция никогда не прикладывает достаточный вес для деформации почвы.Они могут регулировать площадь основания и глубину фундамента, чтобы оставаться в пределах этого значения. В качестве альтернативы они могут сжимать почву для увеличения ее прочности, например, используя каток для уплотнения рыхлого насыпного материала для дорожного полотна.

    Методы определения несущей способности грунта включают максимальное давление, которое фундамент может оказывать на грунт, так что приемлемый коэффициент безопасности против разрушения при сдвиге находится ниже основания и соблюдаются допустимые общие и дифференциальные осадки.

    Конечная несущая способность минимальное давление, которое вызовет сдвиг провал опорной почвы непосредственно ниже и прилегающих к фундаменту. Они учитывают сопротивление сдвигу, плотность, проницаемость, внутреннее трение и другие факторы при строительстве конструкций на грунте.

    Инженеры руководствуются этими методами определения несущей способности почвы при выполнении многих из этих измерений и расчетов. Эффективная длина требует от инженера выбора того, где начать и где прекратить измерения.В качестве одного из методов инженер может выбрать использование глубины сваи и вычесть любые нарушенные поверхностные почвы или смеси грунтов. Инженер также может измерить ее как длину сегмента сваи в одном слое почвы, состоящем из многих слоев.

    Что вызывает напряжение в почвах?

    Инженеры должны учитывать почвы как смеси отдельных частиц, которые перемещаются относительно друг друга. Эти единицы грунта могут быть изучены, чтобы понять физику этих движений при определении веса, силы и других величин в отношении зданий и проектов, которые инженеры строят на них.

    Разрушение при сдвиге может возникать в результате воздействий на грунт напряжений, которые заставляют частицы сопротивляться друг другу и разноситься таким образом, что это вредно для здания. По этой причине инженеры должны быть осторожны при выборе конструкций и грунтов с соответствующей прочностью на сдвиг.

    Круг Мора может визуализировать касательные напряжения на плоскостях, относящихся к строительным проектам. Круг напряжений Мора используется в геологических исследованиях испытания грунтов. Он предполагает использование образцов грунта цилиндрической формы, в которых радиальные и осевые напряжения действуют на слои грунта, рассчитываемые с помощью плоскостей.Затем исследователи используют эти расчеты для определения несущей способности грунта в фундаменте.

    Классификация почв по составу

    Физики и инженеры могут классифицировать почвы, пески и гравий по их размеру и химическому составу. Инженеры измеряют удельную поверхность этих компонентов как отношение площади поверхности частиц к массе частиц в качестве одного из методов их классификации.

    Кварц является наиболее распространенным компонентом ила, а также песка и слюды и полевого шпата.Глинистые минералы, такие как монтмориллонит, иллит и каолинит, образуют листы или структуры пластинчатой ​​формы с большой площадью поверхности. Эти минералы имеют удельную поверхность от 10 до 1000 квадратных метров на грамм твердого вещества.

    Эта большая площадь поверхности допускает химические, электромагнитные и ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Эти минералы могут быть очень чувствительны к количеству жидкости, которая может проходить через их поры. Инженеры и геофизики могут определять типы глин, присутствующих в различных проектах, чтобы рассчитать влияние этих сил и учесть их в своих уравнениях.

    Почвы с высокоактивными глинами могут быть очень нестабильными, поскольку они очень чувствительны к жидкости. Они набухают в присутствии воды и сжимаются в ее отсутствие. Эти силы могут вызвать трещины в физическом фундаменте зданий. С другой стороны, материалы, представляющие собой глины с низкой активностью, которые образуются при более стабильной активности, могут быть намного проще в работе.

    Таблица несущей способности почвы

    Geotechdata.info содержит список значений несущей способности почвы, которые вы можете использовать в качестве диаграммы несущей способности почвы.

    % PDF-1.4 % 123 0 объект > endobj xref 123 73 0000000016 00000 н. 0000002563 00000 н. 0000002684 00000 н. 0000003302 00000 н. 0000003727 00000 н. 0000004144 00000 п. 0000004490 00000 н. 0000005068 00000 н. 0000005471 00000 п. 0000005585 00000 н. 0000005942 00000 н. 0000006315 00000 н. 0000006903 00000 н. 0000006966 00000 н. 0000007407 00000 н. 0000007519 00000 п. 0000007615 00000 н. 0000008048 00000 н. 0000008552 00000 н. 0000009609 00000 н. 0000009751 00000 п. 0000010418 00000 п. 0000010445 00000 п. 0000011518 00000 п. 0000012103 00000 п. 0000012372 00000 п. 0000012922 00000 п. 0000013804 00000 п. 0000014550 00000 п. 0000015028 00000 п. 0000015306 00000 п. 0000015738 00000 п. 0000016557 00000 п. 0000017436 00000 п. 0000017677 00000 п. 0000017801 00000 п. 0000017920 00000 н. 0000019525 00000 п. 0000019842 00000 п. 0000020226 00000 п. 0000021126 00000 п. 0000022002 00000 п. 0000022072 00000 н. 0000022186 00000 п.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *