Сутність сумісної роботи основ, фундаментів і над фундаментних конструкцій.

Функціональним призначенням фундаментів є передача навантажень від надземних конструкцій на фунтову основу. При цьому в більшості випадків навантаження на фундаменти і напружено-деформований стан їхніх конструк­тивних елементів залежать від особливостей взаємодії фундаментів з основою й надземними конструкціями. Параметри зазначеної взаємодії визначають із роз­рахунку системи " основа-фундамент-будівля". Визначенню підлягають насту­пні параметри взаємодії: навантаження, що діють на фундаменти в системі, чи­сельно рівні внутрішнім зусиллям у перегинах, які відокремлюють фундаменти від надземних конструкцій; тиск грунту та зрушуючі напруги, що діють на кон­такті фундаментів із фунтовою основою; спільні переміщення фундаментів і надземних конструкцій на основі, котра деформується.

Для проектування фундаменту як автономної конструкції досить знати діючі на нього у системі споруди навантаження. При цьому контактні напруги і спільні переміщення можуть бути визначені методами механіки грунтів.

Як і всі задачі теорії будівельних конструкцій, задача визначення конс- труктивних параметрів фундаментів не має прямого вирішення. Результат дося­гається послідовними розв'язаннями зворотних задач, зв'язаних із перевіркою умов першої і другої груп граничних станів при заданих конструктивних пара- метрах фундаментів. У цьому процесі як перше наближення використовують навантаження на фундаменти, визначені за правилом вантажних площ. Для

Рис. 18.1. Перерозподіл згинальних моментів в елементах рами, викликаний кутовими пере­міщеннями стовпчастих фундаментів за рахунок нерівномірного стиснення ґрунту: а - зу­силля в рамі на жорсткій основі; б- зусилля в рамі від повороту фундаментів, викликаних опорними згинальними моментами М_А і Мц; в - зусилля в рамі на ґрунтовій стисливій осно­ві; q - розподілене навантаження на ригель рами; (р - кути повороту фундаментів, викликані опорними моментами М_А і Мц.

споруд зі статично визначними конструктивними системами, а також для бу­динків III класу відповідальності зазначені навантаження приймаються як оста­точні. В інших випадках навантаження на фундаменти уточнюються з розраху­нку системи " основа-фундамент-будівля". ГІри цьому розрахунки повторю­ються при кожному коректуванні конструктивних параметрів системи: чи то у фундаментах чи то у надземних конструкціях.

Як приклад розглянемо вилив жорсткості основи на формування момент- них навантажень на фундаменти ГІ-подібної рами (рис. 18.1). Скельній основі відповідає відсутність кутових переміщень фундаментів й епюри згинальних моментів в елементах рами, показаних на рис. 18.1, а. При цьому навантажен­нями на фундаменти є згинальні моменти М_А і М_в, що діють у перегинах колон на обрізі фундаментів. Якщо основа складена грунтом, що може деформувати­ся, наприклад, глиною, дія моментного навантаження М_л та М_в викликає пово­рот фундаментів на кут (р (рис. 18.1, б). Кутові переміщення фундаментів як на­вантажуючий фактор викликають в елементах рами додаткові внутрішні зусил­ля, зокрема, епюри згинальних моментів, показані на рис. 18.1, б. У результаті цього відбудегься перерозподіл внугрішніх зусиль в елементах рами (рис. 18.1, в), наслідком якого стане зменшення вузлових моментів у колонах і ригелі й збільшення пролітного моменту в ригелі. Моментні навантаження на фундаменти зміняться у напрямі зменшення.

Завдання оитимізації полягає в розроб­ленні системи фундаментів з мінімально можливим рівнем наиружено- деформованого стану при діючих на споруду експлуатаційних навантаженнях.

Як уже відзначалося, параметри взаємодії фундаментів із конструктивни­ми елементами споруди залежать від конструктивних характеристик цих еле­ментів (жорсткості основи, розмірів перетинів та жорсткісних характеристик матеріалів конструкцій і т.ін.). Покажемо це на прикладі жорсткої фундаментної балки (рис. 18.2), завантаженої рівномірно розподіленим навантаженням. У першому випадку (рис. 18.2, а) балка спирається на основу з щільної глини.Таким чином, відсутність самоврівноваженості в перетинах балки параметрів її взаємодії з елементами системи зумовлює виникнення в цих перегинах внугрі шніх зусиль - згинальних моментів А/та поперечних сил О.

У другому випадку (рис. 18.2, б) балка спирається на основу з недоущіль- неного піску. Деформування такої основи задовільно описується моделлю міс­цевих деформацій, наприклад, моделлю Вінклера. Відомий тут результат поля­гає в тому, що епюра відиору фунту є рівномірною по довжині балки. З умови рівноваги випливає, що відпор грунту р дорівнює за величиною і спрямований протилежно діючому на балку рівномірно розподіленому навантаженню q. Ціл­ком очевидно, що в розглянутому випадку епюри навантажень та відиору грун­ту самоврівноважені в будь-якому перегині балки. Виходить, що епюри згина­льних моментів і поперечних сил у перегинах балки тотожно дорівнюють нулю. З розглянутого прикладу випливає висновок про істотний вилив на рівень на- пружено-деформованого стану фундаментів виду фунтової основи як консгру- ктивного елемента в системі споруди.