Расчет оснований и фундаментов по несущей способности. Случаи когда необходим такой расчет. Учет внецентренности нагрузки

Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: первой - по несущей способности и второй - по деформациям.
К первой группе предельных состояний относятся состояния, приводящие сооружение и основание к полной непригодности к эксплуатации (потеря устойчивости формы и положения; хрупкое, вязкое или иного характера разрушение; резонансные колебания; чрезмерные деформации основания и т.п.).
Ко второй группе предельных состояний относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию сооружения или снижающие его долговечность вследствие недопустимых перемещений (осадок, подъемов, прогибов, кренов, углов поворота, колебаний, трещин и т.п.).

Согласно СП 22.13330.2010Основания зданий и сооружений расчет оснований по несущей способности должен производиться в случаях, если:

а) на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т. п.), в том числе сейсмические;

б) фундамент или сооружение в целом расположены на бровке откоса или вблизи крутопадающего слоя грунта;

в) основание сложено водонасыщенными глинистыми и заторфованными грунтами,

г) основание сложено скальными грунтами.

Расчет оснований по несущей способности производится исходя из условия:

, где F - расчетная нагрузка на основание;

F_u - сила предельного сопротивления основания;

γ_c - коэффициент условий работы, принимаемый (для разных видов грунтов принимается равной от 0,8 до 1,0)
γ_n - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,10 соответственно для зданий и сооружений I, II и III классов.

Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания, сложенного скальными грунтами N_u, кН (тс), независимо от глубины заложения фундамента вычисляется по формуле

где R_c- расчетное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта, кПа (тс/м);
b’ и l’ - соответственно приведенные ширина и длина фундамента, м, вычисляемые по формулам:

; ,здесь e_b и e _l - соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок в направлении поперечной и продольной осей фундамента, м.

Сила предельного сопротивления основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, должна определяться исходя из условия, что соотношение между нормальными σ и касательными напряжениями τ по всем поверхностям скольжения, соответствующее предельному состоянию основания, подчиняется зависимости

гдеφ_I и c_I- соответственно расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта

Избыточное давление в поровой воде допускается определять методами фильтрационной консолидации грунтов с учетом скорости приложения нагрузки на основание.

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления N_u основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, допускается определять по формуле:

где b’ и l’ – соответственно ширина и длина фундамента N_γ, N_q, N_c, - безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по таблице в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта φ_I и угла наклона к вертикали δ равнодействующей внешней нагрузки на основание F в уровне подошвы фундамента;
γ_Iи ϒ_I - расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м (тс/м),
с_I - расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа (тс/м);
d - глубина заложения фундамента, м
ε_γ, ε_q,ε_c, - коэффициенты формы фундамента
Для определения степени внецентренности загрузки фундамента требуется рассчитать эксцентриситет приложенной нагрузки по формуле

При: е > 0,033× b₀ – фундамент считать внецентренно нагруженным;

е < 0,033× b₀ – центрально нагруженным.

Для центрально нагруженного отдельного фундамента рациональной формой подошвы в плане является квадратная, а для внецентренно нагруженных – прямоугольная, вытянутая в плоскости действия момента М.