Традиционно конструкции фундамента в ИЖС рассчитываются следующим образом:
- Собираются нагрузки, которые при эксплуатации здания возникают и передаются на фундамент.
- Выбирается соответствующая расчётная модель взаимодействия основания фундамента (например, балка на упругом основании).
- К модели "фундамент-основание" прикладываются соответствующие нагрузки, вычисленные в п. 1 и рассчитываются усилия и напряжения, возникающие в фундаменте и основании.
5.1.4. Сооружение и его основание должны рассматриваться в единстве, т.е. должно учитываться взаимодействие сооружения с основанием. Для совместного расчета сооружения и основания могут быть использованы аналитические, численные и другие методы (в том числе метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод граничных элементов и др.).
Более того, ряд уважаемых авторов настаивает на том, что такой расчёт даёт достаточно много выгод.
Что даёт совместный расчёт здания, основания и фундамента? Практика показывает, что он позволяет более точно учесть возникающие в конструкциях фундамента усилия и получить более выгодную для заказчика конструкцию за счёт:
- Учета реального распределения нагрузки в конструкциях надфундаментной части здания.
- Учёта работы всей системы "основание-фундамент-стена-монолитный пояс" как единой комплексной балки на упругом основании, обладающей большей жесткостью, чем просто фундамент.
Разберемся, как это происходит, на конкретном примере, проведя расчёт в программе ROBOT SA 2014. Возьмём модель одноэтажного здания:
- Малозаглублённый фундамент 400х600h из бетона В15
- Полы по грунту
- Стены из газобетонных блоков шириной 400 D500 B2,5
- Монолитный пояс из бетона B15 200х200h
- Чердачное перекрытие по деревянным балкам
- Двухскатная кровля из металлочерепицы по деревянным балкам
Для простоты расчёта не будем делить нагрузки на расчётные и нормативные.
Строим две модели - рамы из балок МЗЛФ 400х600h и модель здания целиком (для упрощения кровлю задали нагрузкой):
Рис. 1. Две модели для расчёта усилий в фундаментных конструкциях.
Грунтовые условия в обоих случаях заданы одинаковые - суглинок с Е = 10 МПа.
В модели здания строим сетку конечных элементов:
Рис. 2. Сетка конечных элементов.
Производит расчёт и сравниваем полученные результаты:
Рис. 3. Осадка фундамента.
Рис. 4. Силы реакции грунта основания.
Рис. 5. Изгибающие моменты, возникающие в ленте малозаглублённого фундамента.
Из представленных рисунков видно, что реакция грунта основания во втором случае более равномерная (а значит и нагрузка от надфундаментной части приложена к фундаменту более равномерно), разница в осадке различных частей фундамента меньше. Соответственно меньше и изгибающие моменты в конструкциях фундамента (в данном случае в 2 раза).
Практика таких совместных расчётов показывает, что:
- учёт распределительных свойств надфундаментной части здания в отношении нагрузки позволяет до 50% снизить расчётные усилия в конструкциях фундамента.
- учёт жесткости надфундаментой части - на 10-15%.
Отдельно остановимся на практике учёта жесткости надфундаментой части здания. В ряде нормативов такой подход активно применяется, например, в ВСН 29-85 его автор Сажин В.С. использует следующую методику для расчёта деформаций морозного пучения:
Рис. 6. Методика учёта жесткости надфундаментой части в ВСН 29-85.
Из этой методики видно, что даже при использовании низкопрочных и хрупких материалов, как газобетон, общая жесткость такой системы всё равно велика за счёт геометрии расположения фундамента и монолитного пояса. Это легко проверить, принять жесткость стены за "0".
Кроме этого, наработан ряд теоретических работ, позволяющих считать такие комплексные балки на упругом основании.
Наша фирма ВСЕ расчёты конструкций фундамента проводит через совместный расчёт, что позволяет предлагать нашим клиентам максимально эффективные и экономные решения.