Zatížení a dopady na základy a základy – NPKB STROYPROEKT

<strong>Metody hodnocení zatížení a vlivů na přírodní a technické systémy</strong>

<strong>Normativní (deterministický) přístup</strong>

Deterministický výpočet zatížení a rázů musí být proveden v souladu s SP 20.13330.2011 „SPiP 2.01.07-85* „Zatížení a rázy“. Tato metoda výpočtu je založena na konceptu mezních stavů.

Zatížení a rázy přenášené na základy a základy se stanoví výpočtem a zpravidla se zohlední společná práce systému základ-základ-konstrukce.

Zatížení a rázy, jejich charakter přerozdělení závisí na vlastnostech základových půd, jejich složení, charakteru uložení v masivu, konstrukčním systému stavby, její prostorové tuhosti a mnoha dalších.

Netrvalé budovy nebo konstrukce lze při výpočtu zatížení a dopadů vypočítat bez zohlednění společné práce základů, základů a konstrukcí. Mezi takové případy patří:

• Výpočet základů budov a konstrukcí III. stupně odpovědnosti;
• Obecná stabilita hmoty základové půdy spolu s předmětnou konstrukcí;
• Drobné deformace základů.

Při určování zatížení a rázů se stanoví jejich návrhové hodnoty, které se určí vynásobením normovaných hodnot součinitelem spolehlivosti zatížení γ_f. Tyto koeficienty jsou stanoveny na základě statistického zpracování různých populací, které zohledňují různé odchylky v nepříznivém směru. Normy tedy stanoví následující hodnoty γ_f:

• Pro půdy v přirozeném výskytu γ_f= 1.1;
• Pro sypké půdy γ_f= 1.15.

Samozřejmě byste měli vždy věnovat pozornost povaze interakce konstrukce s půdou a aplikovat výše uvedené údaje opatrně. Proto při kontrole konstrukce proti převrácení nebo plovoucí konstrukci by měl být proveden výpočet s koeficientem bezpečnosti zatížení γ pro hmotnost konstrukce nebo její části._f= 0.9.

Také koeficient γ_f musí být používány diferencovaně podle typu půdy, například skalnaté, poloskalnaté nebo sedimentární, a také podle jejich stavu. Tyto koeficienty zohledňují možnou variabilitu objemové hmotnosti zeminy.

Při výpočtu základů a základů se berou v úvahu různé kombinace zatížení. Při výpočtu deformací se bere hlavní kombinace a při výpočtu únosnosti se bere v úvahu hlavní a speciální kombinace.

Podle doby působení se zátěže dělí na:

• konstantní zatížení;
• dlouhodobé zatížení;
• krátkodobé zátěže.

Důležitým rozdílem v geotechnických výpočtech je, že při výpočtu základů staveb je nutné zohlednit zatížení a vlivy z prostředí a okolních staveb.

Výsledky výpočtů zatížení a rázů v souladu s pravidly a předpisy musí být vždy uvedeny v projektové dokumentaci (návrh základu) a jsou předmětem zvýšené pozornosti při zkoušce.

<strong>Stochastický přístup</strong>

Metoda mezního stavu je pouze speciálním případem teorie spolehlivosti mechanických soustav. Spolehlivost konstrukčních a geotechnických systémů i jednotlivých prvků nelze posuzovat zanedbáním pravděpodobnostních zákonitostí rozložení vnějších zatížení a vlivů. Pokud spolehlivost konstrukcí pracujících při statickém zatížení za normálních podmínek může být velmi vysoká, pak může být bezpečnost stejných parametrů systému v podmínkách agresivního prostředí nebo seismických vlivů výrazně snížena. Parametry funkce zatížení a nárazu závisí na povaze nárazu, času, místě a dalších faktorech, které jsou ze své podstaty náhodnými veličinami. To znamená, že ve skutečnosti jsou funkce zatížení a rázů složité stochastické procesy, které se neustále mění ve strukturách vícerozměrných náhodných polí. Popis, modelování a výpočet takových procesů je složitý problém, který se samozřejmě neobejde bez rozvoje numerických metod. Složitost apriorního odhadu a analýzy je charakteristickým rysem při modelování náhodných funkcí zatížení a rázů – tzn. Pokud lze prvky stochastických odporových funkcí (například fyzikální a mechanické parametry) podrobit přímému výzkumu (terénní, laboratorní), a dokonce i technologickému návrhu (metalurgie, petrurgie atd.), pak s pravděpodobnostními funkcemi zatížení a rázů existuje často prostě žádná taková jistota. Tyto funkce lze tedy právem považovat za nejvýznamnější faktor nejistoty ve studovaných konstrukčních a geotechnických systémech. Silná závislost konečného vypočteného výsledku na správném zohlednění víceparametrových rázových funkcí předurčuje zvláštní potřebu studovat stochastickou povahu zatížení a rázů.

Je třeba pochopit, že současné normy ve stavebnictví upravují i ​​nutnost výpočtu inženýrských systémů na základě pravděpodobnostně-statistické teorie.

GOST 27751-2014 „Spolehlivost stavebních konstrukcí a základů“ doporučuje použití pravděpodobnostních a statistických metod k doložení standardních a konstrukčních charakteristik materiálů a základů, zatížení a kombinačních koeficientů.

Jedním z významných problémů při používání stochastických parametrů zatížení a rázů je extrémně malý počet pozorování a široký rozptyl výchozích informací jak o parametrech zatížení, tak o jejich pravděpodobnostní povaze. Proměnná zatížení a dopady mohou být diskrétní, spojité nebo smíšené procesy s komplexními empirickými distribučními funkcemi, viz obrázek.

Zatížení a dopady, které mohou být diskrétní nebo spojité, se vyznačují náhodným charakterem, který lze popsat pomocí různých hledisek a kvantitativních parametrů, které lze v konečném důsledku redukovat na tři základní shluky distribučních funkcí náhodných veličin: funkce času, prostoru a intenzity. .

1. Časové distribuční funkce jsou zaměřeny na určení okamžiků výskytu a trvání dopadů. Tyto funkce umožňují řešit okrajové úlohy na základě kombinací různých vlivů, tzn. určit kombinační funkce.
2. Prostorové funkce umožňují určit geometrické souřadnice zatížení a rázů.
3. Stochastický charakter má i rozložení intenzity zatížení a rázů, které lze popsat různými lineárními a nelineárními funkcemi.

Podstatným faktorem ve studiích zatížení a dopadu je původ (povaha) dopadů. Při studiu krátkodobého (užitného) zatížení bylo zjištěno, že hodnoty krátkodobého zatížení se mění nejen z účelu místnosti (který mimochodem také nemusí být definitivně určen ve fázi návrhu a změna za provozu), ale také od počtu osob a nábytku v něm, vybavení, na životnosti prostor (počet náhlých změn intenzity zatížení závisí na uvažovaném časovém rozsahu), na velikosti prostor , na dalších náhodných faktorech (náhodné davy lidí u příležitosti svátků, výročí apod.). Intenzita dlouhodobé zátěže se může výrazně měnit v období oprav nebo dovybavování výrobních zařízení. Konstantní zatížení výrazně závisí na kvalitě použitých materiálů a také kultuře práce.

Například hustota železobetonových konstrukcí vyráběných v továrnách má nižší hodnoty variability ve srovnání s konstrukcemi vyrobenými na staveništi.

Pravděpodobnost výskytu konkrétního dopadu je vždy spojena s funkcí času, viz obrázek. Například délka časového období ovlivní kvantitativní hodnotu pravděpodobnosti výskytu dopadu, tzn. fyzikální procesy prostředí (rychlost vzdušných hmot, teplotní gradient, hloubka srážek, kolísání hladiny podzemních vod atd.) mají různé hodnoty pravděpodobnosti výskytu v různých časových obdobích.

Účelem výpočtu stochastického zatížení je určit integrální distribuční funkci zatížení a rázů a také jeho pravděpodobnostní (vypočítané) parametry. V tomto případě je možné řešit aplikované problémy např. při posuzování (kalibraci) součinitelů spolehlivosti, pro srovnání a analýzu a pro další aplikace v rámci teorie mezních stavů.

Podrobnější informace o výpočtu zatížení a rázů můžete získat telefonicky na čísle + 7 (499) 350-23-58 nebo zanecháním požadavku pomocí formuláře nebo e-mailem.

Při navrhování základů pro jakýkoli typ budovy se berou v úvahu všechny podmínky ovlivňující jejich správný provoz. Zohledňují se inženýrské a geologické vlastnosti staveniště, provedení stavby a vliv prostředí. Hlavním úkolem je zajistit pevnost a vhodnost hotového základu pro dlouhodobé používání. Nesprávný výpočet způsobuje sedání, destrukci a praskliny na základu a samotné budově. Podívejme se blíže na to, jak vypočítat zatížení základu a co se při výpočtu bere v úvahu.

Zásady výpočtu základů a typů zatížení

Výpočet základu zahrnuje výběr typu a geometrických charakteristik v závislosti na všech faktorech ovlivňujících provoz konstrukce. Únosnost zeminy se určuje i ve vztahu k hmotnosti domu. Nejprve je důležité vypočítat zatížení základu. Záleží na váze domu a některých dalších vlivech.

Obecně jsou všechny dopady na nadaci klasifikovány podle doby působení na:

Dočasné se také dělí na krátkodobé, dlouhodobé a speciální.

Konstanty zahrnují vlastní tíhu stavebních konstrukcí a tlak zemních hmot na základ. Tyto vlivy začínají okamžitě od zahájení stavby a pokračují po celou dobu životnosti konstrukce.

Dočasná zatížení působí v určitých obdobích při výstavbě nebo provozu budovy. Patří sem:

• dlouhodobé – váha zařízení, nábytku, materiálů;
• krátkodobé – přepravní náklady, sníh, vítr.

Při výpočtu se všechny vlivy sečtou a rozloží na celkovou délku základu nebo počet pilot.

Trvalá zatížení

Konstantní zatížení od konstrukcí se počítají pomocí tabulek, katalogů a pasportních údajů, které udávají hmotnost nebo hustotu konkrétního prvku. V tabulce uvažujeme hustoty běžně používaných stavebních materiálů.

Některé materiály se počítají spíše na základě jejich plochy než hustoty.

Například 1 m2 cihlové zdi z plné cihly o tloušťce 380 mm, pokryté pěnovým plastem PSB-25 o tloušťce 10 cm, bude mít následující hmotnost: 0,38 × 1800 + 0,1 × 25 = 304 + 2,5 = 303,5 kg. Při znalosti této hodnoty se vypočítá hmotnost všech stěn a příček v budově. Také sbírají zátěž z vlastní hmotnosti podlah a střechy.

Konstantní zatížení zahrnuje také vlastní hmotnost základu. Vypočítává se na základě konstrukčního materiálu a geometrických rozměrů. Šířka základu se volí na základě tloušťky stěn, ale ne méně než 300 mm. Výška (hloubka) ve většině případů závisí na hloubce promrznutí. Například pro Moskevskou oblast je to asi 1,8 m, to znamená, že s ohledem na výšku nad zemí je to asi 2 m, pokud je navržen pásový základ o šířce 400 mm a výšce 2 m z betonových bloků hmotnost 1 m bude 0,4×2×2500=2000 kg. Pokud je celková délka základu 50 m, pak vytváří celkové zatížení na zemi 100 000 kg.

Ujistěte se, že používáte koeficienty spolehlivosti, které jsou:

• pro kovové konstrukce – 1,05;
• betonové materiály s objemovou hmotností nad 1600 kg/m3, dřevěné, železobetonové, kamenné a železobetonové konstrukce – 1,1;
• beton s hustotou menší nebo rovnou 1600 kg/m3, vyrovnávací vrstvy, zásyp, potěry, dokončovací vrstvy vyrobené v továrně – 1,2;
• totéž, ale provedeno na stavbě – 1,3.

Vezmeme-li v úvahu tento faktor, výše navržený základ bude mít celkovou hmotnost 100 000 × 1,1 = 110 000 kg.

Živá zatížení

O sněhu, který platí i pro dočasné zatížení, si povíme samostatně níže. Při projektování je třeba vzít v úvahu další dočasné vlivy na základ. Jejich hodnoty jsou převzaty z regulačních dokumentů. Není třeba počítat hmotnost každého kusu nábytku a rozkládat ji po ploše. U obytných budov lze v průměru předpokládat 150 kg/m2 rovnoměrně rozloženého zatížení. U podkroví je akceptováno 70 kg/m2. Zohledněn je také bezpečnostní faktor 1,3. To znamená, že pro dům 150 m2 s podkrovím 20 m2 je celková hodnota 26000 1,3 = 33800 kg.

Sněhové zatížení

Při výpočtu zatížení půdy je třeba vzít v úvahu sněhovou pokrývku, která se hromadí na střeše během chladného období. Množství sněhu se liší region od regionu. Pro návrh jsou použity normové hodnoty hmotnosti sněhové pokrývky převzaté ze stavebních předpisů. V SNiP je území rozděleno na sněhové oblasti a je v nich uvedeno standardní zatížení:

• I – 80 kg/m2;
• II – 120 kg/m2;
• III – 180 kg/m2;
• IV – 240 kg/m2;
• V – 320 kg/m2;
• VI – 400 kg/m2;
• VII – 480 kg/m2;
• VIII – 560 kg/m2.

Je lepší podívat se na umístění oblastí na mapě v regulačních dokumentech. Obecně platí, že pro evropskou část jsou jižní regiony klasifikovány jako regiony I–II (kromě hornaté části, která patří do regionu VIII), centrální regiony (včetně Moskvy a Petrohradu) jako regiony III, Tver, Nižnij Novgorod, Kazaň jako IV, na sever do V sněhové oblasti.

Navíc je zohledněna i konstrukce střechy a její sklon. K tomuto účelu se používá koeficient přechodu μ (mu). To činí:

• se sklonem do 30° μ=1;
• 30–60° μ=0,7:
• strmější než 60° – μ=0.

Se všemi hodnotami – plocha střechy, standardní hodnoty hmotnosti sněhové pokrývky, sklon – se vypočítá maximální zatížení základu od sněhu: S=Snorm · μ. Se střešní plochou 30 m2 se sklonem 30° v Moskvě bude celková hodnota: S = 180 × 1 × 30 = 5400 kg.

Rozložení hmotnosti na zemi

Po shromáždění všech zatížení z budovy je třeba je sečíst, aby se určila celková hmotnost konstrukce. Je lepší to udělat v tabulkové formě, samostatně zaznamenávat hmotnost nátěru, podlahy, dočasné zatížení, zatížení sněhem a stěnami. Při navrhování domu je důležité dosáhnout rovnoměrnějšího rozložení zatížení na základ, jinak je možné sedání půdy.

Každá půda je schopna přijmout určitý vliv. Záleží na jeho mechanických vlastnostech a složení. V průměru jsou přibližné výpočty založeny na hodnotě 2 kg/cm2. Zvažte například tuto situaci: celková hmotnost domu se základem je 150 000 kg. Základ je pásový, 40 m dlouhý a 40 cm široký Podpěrná plocha je 40 × 4000 = 160000 2 cm150. To znamená, že zatížení na zemi bude 000 160/000 0,94 = 2 kg/cm30. Základ plně vyhovuje požadavkům. Dokonce v případě potřeby je možné jeho šířku zmenšit až na XNUMX cm.

Rozložení zatížení na sloupový základ se provádí stejným způsobem. Stejný dům o váze 150 000 kg na 16 pilířích o průřezu 40×40 cm vytvoří zátěž 150 000/25600 = 5,9 kg/cm2, což je nepřípustné. Je nutné změnit typ základů, zvýšit počet pilířů nebo vyměnit materiály za lehčí.

Samozřejmě existují i ​​slabé půdy, jejichž únosnost je podprůměrná. S tím je třeba počítat a nezanedbávat geotechnické průzkumy na staveništi.

Zatížení pilotového základu se vypočítá na základě počtu pilot. Každá tyč je za určitých podmínek schopna absorbovat určitou zátěž a přenést ji na zem. Jeho hodnoty jsou určeny typem pilot a typem půdy. Třecí piloty přenášejí zatížení na své boční plochy pomocí třecí síly. Stojící – spočívají na kamenech a jsou schopny odolat těžkým nákladům. Při nákupu hotových pilot od výrobce si určitě zjistěte jejich nosnost.

Stanovení přípustné únosnosti zeminy se rovněž provádí laboratorními zkouškami při inženýrsko-geologických průzkumech.