Инструкция по расчету и проектированию связей-распорок между отдельно стоящими фундаментами подрабатываемых промышленных зданий
Актуально на 09.11.2026.
Как цитировать: "Инструкция по расчету и проектированию связей-распорок между отдельно стоящими фундаментами подрабатываемых промышленных зданий". https://bukva.ai/docs/instruktsiya-po-raschetu-i-proektirovaniyu
ИНСТРУКЦИЯ
ПО РАСЧЕТУ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ СВЯЗЕЙ-РАСПОРОК МЕЖДУ ОТДЕЛЬНО СТОЯЩИМИ ФУНДАМЕНТАМИ ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Инструкция по расчету и проектированию связей-распорок между отдельно стоящими фундаментами подрабатываемых промышленных зданий предназначена для инженерно-технических работников проектных и научно-исследовательских организаций, занимающихся вопросами проектирования, строительства и эксплуатации промышленных зданий на подрабатываемых территориях.
Инструкция разработана Донецким Промстройниипроектом Госстроя СССР /инж. М.А. Коваленко, Г.В. Афанасьев, В.В. Азараев/ и Киевским НИИСКом Госстроя СССР /канд. техн. наук Н.С. Метелюк/ под общей редакцией канд. техн. наук Ю.Л. Бучинского.
I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Инструкция содержит основные указания по расчету связей-распорок между отдельно стоящими фундаментами подрабатываемых горными выработками промышленных зданий.
1.2. Фундаментные связи-распорки устраиваются для уменьшения влияния горизонтальных деформаций грунта на напряженно-деформированное состояние несущих элементов каркасов промышленных зданий.
1.3. Минимальное поперечное сечение связей-распорок необходимо принимать из условия размещения арматуры, но не менее 20 x 20 см. Увеличение поперечного сечения связей-распорок должно осуществляться, как правило, за счет их ширины. Высоту сечения связей-распорок рекомендуется назначать в пределах \frac{1}{50} - \frac{1}{20} их расчетного пролета.
1.4. Расчетный пролет связи-распорки принимается равным длине участка в свету между фундаментами. Соединение связей-распорок с фундаментами осуществляется шарнирно.
1.5. Связи-распорки необходимо рассчитывать на восприятие нагрузок от воздействия сдвигающегося грунта на фундаменты. Для уменьшения усилий в связях-распорках рекомендуется устраивать швы скольжения под фундаментами.
1.6. Нормативные значения модуля общей деформации, угла внутреннего трения и удельного сцепления грунтов, как правило, должны устанавливаться на основе непосредственных определений в полевых или лабораторных условиях согласно СНиП II-15-74. При этом расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления получают путем увеличения нормативных значений \phi на 2° и C на 20%.
II. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В СВЯЗЯХ-РАСПОРКАХ
2.1 Усилия сжатия или растяжения в связях-распорках определяются по формуле
N = 0,8 \sum_{i = 1}^{m} N_{i} , /1/
где Ni — равнодействующая сил, приложенных к отдельно стоящему фундаменту, равна
где Nтi, Nбi, Nдi величины соответственно сил трения, действующих по подошве, боковым поверхностям и давление на лобовую поверхность i-го фундамента, обусловленные движением грунта;
0,8 — коэффициент, учитывающий особое сочетание нагрузок.
2.2 Величина силы трения от сдвигающегося грунта, действующая по подошве фундамента, определяется по формуле
N_{\text{т}i} = \frac{\nu K_{xi}F_{\text{п}i}\Delta l_{i}}{1 + \frac{\nu\chi K_{xi}F_{\text{п}i}\Delta l_{i}}{N_{\text{т}(\text{пр})i}}} , /3/
где K_{x} = \frac{\omega_{zi}E_{o}}{\sqrt{F_{\text{п}i}} (1 + \mu_{\text{гр}})(1 - \omega_{\text{х}i}\mu_{\text{гр}})} , /4/
где Fпi — площадь подошвы i-го фундамента;
\omega_{zi} , \omega_{xi} — коэффициенты, зависящие от соотношения сторон подошвы фундамента b/a /a — сторона подошвы фундамента в направлении горизонтального сдвижения грунта/ принимается по табл. 1;
\nu , \chi — константы грунта, определяемые по табл. 2;
Eo — модуль деформации грунта;
\mu_{\text{гр}} — коэффициент Пуассона грунта, который допускается принимать по табл. 3;
\Delta l_{i} — расчетное относительное горизонтальное перемещение грунта под фундаментом определяется по формуле
\Delta l_{i} = \pm n_{\epsilon}m_{\epsilon}\epsilon x_{i} ; /5/
n_{\epsilon}m_{\epsilon} — коэффициенты перегрузки и условий работы, принимаются по табл. 3 и 4 СНиП II-А.14-71;
\epsilon — величина относительных горизонтальных деформаций /растяжения или сжатия/ земной поверхности, которая определяется по формуле
\epsilon = \epsilon_{o} - \epsilon_{\text{к}} ; /6/
\epsilon_{o} — относительная горизонтальная деформация основания /растяжения или сжатия/ по маркшейдерскому расчету;
\epsilon_{\text{к}} — собственные деформации фундаментной связи-распорки от воздействий возникающих в них напряжений принимаются в зоне растяжения — \epsilon_{\text{к}} = 1 \times 10^{- 3} , в зоне сжатия — \epsilon_{\text{к}} = 0 ;
xi — расстояние от центральной оси отсека до оси фундамента;
Nт(пр)i — величина предельной силы трения от сдвигающегося грунта по подошве фундамента определяется по формуле
N_{\text{т}(\text{пр})i} = F_{\text{п}i}(\sigma_{oi}tg\phi_{p} + C_{p}) ; /7/
\sigma_{oi} — среднее нормативное давление под подошвой фундамента;
\phi_{p} , Cр — угол внутреннего трения и сцепление грунта.
При \Delta l_{i} \geq \Delta_{\text{пр}i} = \frac{\sigma_{oi}tg\phi_{p} + C_{p}}{\nu K_{xi}(1 - \chi)} /8/
величина силы трения от сдвигающегося грунта по подошве фундамента Nтi определяется по формуле /7/.
| \frac{b}{a} | 5,0 | 3,0 | 2,0 | 1,5 | 1,0 | 0,66 | 0,5 | 0,33 | 0,2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \omega_{z} | 1,22 | 1,13 | 1,09 | 1,07 | 1,06 | 1,07 | 1,09 | 1,13 | 1,22 |
| \omega_{x} | 0,53 | 0,53 | 0,54 | 0,53 | 0,50 | 0,45 | 0,45 | 0,37 | 0,29 |
2.3. Величина силы трения от сдвигающегося грунта по боковым поверхностям i-го фундамента определяется из условия предельного сдвига по формуле
N_{\text{б}(\text{пр})i} = 2F_{\text{б}i}(\frac{h_{\text{п}i}\gamma_{\text{з}}}{2} tg\phi_{\text{з}} + C_{\text{з}}) , /9/
где Fбi — площадь боковой поверхности i-го фундамента;
hпi — заглубление подошвы i-го фундамента;
\gamma_{\text{з}} — объемный вес грунта засыпки к моменту подработки здания;
\phi_{\text{з}} , Cз — угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта засыпки к моменту подработки здания принимается по таблице 4.
2.4 Величина силы бокового давления от сдвигающегося грунта на i-й фундамент определяется по формуле
N_{\text{д}i} = \frac{N_{\text{д}(\text{пр})i}}{2\rho} (\sqrt{1 + \frac{4\omega_{i} \sqrt{F_{\text{л}}} \rho\overline{E_{\text{г}}}\Delta l_{i}}{N_{\text{д}(\text{пр})i}}} - 1) , /10/
где \omega_{i} = h_{i}a_{i} — коэффициент формы;
ai = Fлi/hi — приведенная ширина боковой поверхности фундамента;
приведенный модуль боковой деформации грунта
\overline{E_{\text{г}}} = \frac{E_{\text{б}}E_{\text{з}}}{E_{\text{з}} + \frac{d_{\text{з}i}}{H_{i}} (E_{\text{б}} - E_{\text{з}})} ; /11/
Eб — модуль боковой деформации грунта, определяемый по формуле
n' — коэффициент, учитывающий анизотропность механических свойств грунта при боковом и вертикальном давлении за счет особенностей природного сложения, для лессовидных суглинков Донбасса равен 0,75;
m — коэффициент, учитывающий влияние изменяющихся по глубине деформативных свойств грунтового массива, ограниченного сверху горизонтальной незагруженной /дневной/ поверхностью. Коэффициент m принимается по рисунку на глубине приложения к фундаменту равнодействующей бокового давления;
График изменения коэффициента по глубине грунтового массива.
Eз — модуль боковой деформации грунта обратной засыпки, определяемый по формуле
E_{\text{з}} = mE_{\text{з}}^{\text{в}} ; /13/
E_{\text{з}}^{\text{в}} — модуль вертикальной деформации грунта обратной засыпки принимается по таблице 5;
dзi — средняя ширина пазухи между фундаментом и стенкой котлована;
Hi — условная длина зоны бокового обжатия грунта естественного сложения:
H_{i} = h_{i}tg(45^{\circ} + \frac{\phi}{2}) ; /14/
Fлi — площадь боковой поверхности i-го фундамента, воспринимающей боковое давление;
\rho — константа грунта принимается для глинистых грунтов равной -2, для песчаных — 1,8;
N_{\text{д}(\text{пр})i} = F_{\text{л}i}[\frac{\gamma_{\text{з}}h_{\text{п}i}}{2} tg^{2}(45^{\circ} + \frac{\phi_{\text{з}}}{2}) + 2C_{\text{з}}tg(45^{\circ} + \frac{\phi_{\text{з}}}{2})] /15/
При \Delta l_{i} \geq \delta_{\text{пр}i} = \frac{N_{\text{д}(\text{пр})i}(1 + 2\rho)^{2}}{4\omega_{i} \sqrt{F_{\text{л}i}} \rho\overline{E_{\text{г}}}} /16/
величина силы бокового давления грунта Nдi определяется по формуле /15/.
Примечания: 1. При устройстве фундаментов враспор со стенками котлована физические характеристики грунта \gamma , C и \phi следует принимать для грунта ненарушенной структуры. При этом dзi = 0.
2. Если в проекте производства работ по закладке фундаментов нет специальных оговорок, то в расчетах размер пазухи засыпки допускается принимать равным 0,4 м.
2.6 При устройстве под отдельно стоящими фундаментами швов скольжения равнодействующая сил равна
N_{i}^{\text{ш}} = N_{\text{т}i}^{\text{ш}} + N_{\text{б}i}^{\text{ш}} + N_{\text{д}i}^{\text{ш}} , /17/
где N_{\text{т}i}^{\text{ш}} — величина сил трения по шву скольжения i-го фундамента, которая определяется по формуле
N_{\text{т}i}^{\text{ш}} = \phi^{\text{ш}}P_{i} ; /18/
\phi^{\text{ш}} — коэффициент трения по шву скольжения, принимаемый по табл. 6 СНиП II-А.14-71;
Pi — вертикальная нагрузка на фундамент с учетом его собственного веса и грунта на обрезах;
N_{\text{б}i}^{\text{ш}} — величина силы трения от сдвигающегося грунта по боковым поверхностям i-го фундамента, определяемая по формуле /9/, в которой hпi — от отметки шва скольжения;
N_{\text{д}i}^{\text{ш}} — величина силы бокового давления от сдвигающегося грунта на i-й фундамент, определяемая по формулам /10, 15/, в которых hпi — от отметки шва скольжения.
III. РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ-РАСПОРОК
3.1. Расчет по прочности связей-распорок длиной до 12 м включительно, в свету, работающих на центральное сжатие, производят по формуле /32/ СНиП II-В-1-62* «Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования», приняв при этом значение коэффициента продольного изгиба равным единице.
3.2. Расчет по прочности связей-распорок, работающих на центральное растяжение, производят по формуле /37/ СНиП II-В.1-62* «Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования».
3.3. В практике расчета элементов промышленных зданий, возводимых на подрабатываемых территориях, часто встречается задача по проверке устойчивости железобетонных фундаментных связей-распорок длиной более 12 м, подверженных сжатию. При этом необходимо соблюдать следующее условие
где No — продольное усилие, действующее на фундамент, определяется по вышеизложенной методике;
Nкр(t) — критическая сила, действующая на фундамент, с учетом фактора времени
N_{\text{кр}(t)} = N_{\text{кр}} \frac{\alpha_{t} + \beta_{t}}{\beta_{1}(\alpha_{t} + 1)} ; /20/
Nкр — критическая сила, действующая на фундамент, в начальный момент времени /t = 0/
N_{\text{кр}} = \frac{\pi^{2}B_{o}}{l^{2}} (1 + \frac{K_{o}l^{2}}{\pi^{2}B_{o}}) ; /21/
\alpha_{t} , \beta_{t} — параметры ползучести основания с учетом фактора времени;
\beta_{1} — параметр ползучести грунта основания;
Bo — жесткость фундаментной связи-распорки;
Ko коэффициент постели основания;
l — длина фундаментной связи-распорки.
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Здание прямоугольной формы в плане /36 x 60 м/ со сборным железобетонным каркасом с пролетами по 18 м и шагом колонн 6 м. Размер отдельно стоящих фундаментов по низу 1,0 x 1,0 м. Район строительства — Донбасс. Грунты в основании — суглинки, характеризующиеся следующими физико-механическими свойствами:
Прогнозируемые величины деформаций земной поверхности при отработке угольных пластов достигнут следующих величин:
Продолжительность эксплуатации объекта до подработки 5 лет. Определить усилия в фундаментных связях-распорках.
Схема продольного ряда фундаментов
Боковые и лобовые поверхности, а также площадь подошвы фундамента составляют:
| Fп = 1,0 x 1,0 = 1,0 м2; Fб = 1,0 x 0,6 = 0,6 м2; |
Fл = 1,0 x 0,6 = 0,6 м2, |
|---|
Среднее нормативное давление на грунт в уровне подошвы фундаментов
\sigma_{o} = \frac{17,0}{1,0} = 17,0\text{т}/\text{м}^{2}
Соотношение сторон подошвы столбчатых фундаментов:
n = \frac{1,0}{1,0} = 1,0 ; \phi_{p} = 20^{\circ} + 2^{\circ} = 22^{\circ} ;
Cр = 0,34 x 1,2 = 0,4 кг/см2; tg\phi_{p} = 0,404
Коэффициенты, зависящие от соотношения сторон подошвы фундаментов:
\omega_{z} = 1,06;\omega_{x} = 0,50 .
Константы грунта при коэффициенте пористости \epsilon = 0,646 :
\nu = 2,1;\chi = 0,90;\epsilon = \epsilon_{\text{о}} - \epsilon_{\text{к}} = 4,8 \times 10^{- 3} - 1,0 \times 10^{- 3} = 3,8 \times 10^{- 3} .
Определяем расчетные перемещения грунта под фундаментами по формуле /5/.
\Delta l_{1} = \Delta l_{11} = 1,2 \times 0,7 \times 3,8 \times 10^{- 3} \times 30 = 96,0\text{мм}
\Delta l_{2} = \Delta l_{10} = 1,2 \times 0,7 \times 3,8 \times 10^{- 3} \times 24 = 76,6\text{мм}
\Delta l_{3} = \Delta l_{9} = 1,2 \times 0,7 \times 3,8 \times 10^{- 3} \times 18 = 57,6\text{мм}
\Delta l_{4} = \Delta l_{8} = 1,2 \times 0,7 \times 3,8 \times 10^{- 3} \times 12 = 38,4\text{мм}
\Delta l_{5} = \Delta l_{7} = 1,2 \times 0,7 \times 3,8 \times 10^{- 3} \times 6 = 19,2\text{мм} .
Определяем предельную силу трения сдвигающегося грунта по подошве фундаментов по формуле /7/
Nт/пр/ = 1,0/17,0 x 0,404 + 4,0/ = 10,9 т.
Находим коэффициент жесткости основания по формуле /4/
K_{x} = \frac{1,06 \times 2200}{\sqrt{1,0} /1 + 0,36/ \cdot /1 - 0,5 \times 0,36/} = 2080\text{т}/\text{м}^{3} .
Определяем предельное перемещение грунта под фундаментом по формуле /8/
\Delta_{\text{пр}} = \frac{/17,0 \times 0,404 + 4,0/10^{3}}{2,1 \times 2080/1 - 0,9/} = 25\text{мм} .
Определяем силы трения сдвигающегося грунта по подошвам фундаментов по формулам /3/ и /7/:
Грунт обратной засыпки характеризуется следующими данными:
| Cз = 0,323 кг/см2; | \gamma_{\text{з}} = 1,85\text{т}/\text{м}^{3} ; tg\phi_{\text{з}} = 0,574 ; |
Eз = 97 кг/см2; \phi_{\text{з}} = 29^{\circ}50' . |
|---|
Определяем силу трения сдвигающегося грунта по боковым поверхностям фундаментов по формуле /9/
N_{\text{б}/\text{пр}/} = 2 \times 0,6/ \frac{0,6 \times 1,85}{2} 0,574 + 3,23/ = 4,25\text{т} .
Приведенная ширина боковой поверхности фундамента равна:
a = \frac{0,6}{0,6} = 1,0\text{м} ; коэффициент формы — \omega = 0,6 .
Находим модуль боковой деформации грунта по формуле /12/
Eб = 0,75 x 0,25 x 220 = 41,2 кг/см2
Определяем модуль боковой деформации грунта обратной засыпки по формуле /13/
Eз = 0,25 x 0,97 = 24,2 кг/см2.
Средняя ширина пазух между фундаментами и стенками котлована d3 = 0,5 м. Условная длина зоны бокового обжатия грунта естественного сложения определяется по формуле /14/
H = 0,6tg/45^{\circ} + \frac{22^{\circ}}{2} / = 0,6 \cdot tg56^{\circ} = 0,89\text{м} .
Приведенный модуль боковой деформации грунта находим по формуле /11/
E_{\text{г}} = \frac{41,2 \times 24,2}{24,2 \times \frac{0,5}{0,89} /41,2 - 24,2/} = 29,5\text{кг}/\text{см}^{2}.
Величина предельной силы бокового давления грунта определяется по формуле /15/
N_{\text{д}/\text{пр}/} = 0,6[\frac{1,85 \times 0,6}{2} tg^{2}/45^{\circ} + \frac{29^{\circ}50'}{2} / + 2 \times 3,23tg/45^{\circ} + \frac{29^{\circ}50'}{2} /] = 7,5\text{т} .
Находим предельное перемещение грунта по формуле /16/
\delta_{\text{пр}} = \frac{7,5/1 + 2 \times 2/^{2}}{4 \times 0,6 \times 1,0 \times 2 \times 295} 133\text{мм} .
Определяем силы бокового давления сдвигающегося грунта по формуле /10/
\Delta l_{2} = \Delta l_{10}<\delta_{\text{пр}} \rightarrow N_{\text{д}_{2}} = N_{\text{д}_{10}} = 1,87/ \sqrt{1 + 146 \times 76,8 \times 10^{- 3}} - 1/ = 3,89\text{т}
\Delta l_{3} = \Delta l_{9}<\delta_{\text{пр}} \rightarrow N_{\text{д}_{3}} = N_{\text{д}_{9}} = 1,87/ \sqrt{1 + 146 \times 57,6 \times 10^{- 3}} - 1/ = 3,89\text{т}
\Delta l_{4} = \Delta l_{8}<\delta_{\text{пр}} \rightarrow N_{\text{д}_{4}} = N_{\text{д}_{8}} = 1,87/ \sqrt{1 + 146 \times 38,4 \times 10^{- 3}} - 1/ = 2,92\text{т}
\Delta l_{5} = \Delta l_{7}<\delta_{\text{пр}} \rightarrow N_{\text{д}_{5}} = N_{\text{д}_{7}} = 1,87/ \sqrt{1 + 146 \times 19,2 \cdot 10^{- 3}} - 1/ = 1,78\text{т}
Суммарные усилия в фундаментных связях-распорках равны:
N1-2 = N10-12 = 0,8/10,9 + 4,25 + 5,15/ = 20,3 т
N2-3 = N9-10 = 0,8/10,9 + 4,25 + 4,35/ + 20,3 = 35,9 т
N3-4 = N8-9 = 0,8/10,9 + 4,25 + 3,89/ + 35,9 = 51,1 т
N4-5 = N7-8 = 0,8/10,9 + 4,25 + 2,92/ + 51,1 = 65,5 т
N5-6 = N6-7 = 0,8/10,9 + 4,25 + 1,78/ + 65,5 = 78,7 т
ЛИТЕРАТУРА
| 1. | Авершин С.Г. Сдвижение горных пород при подземных разработках. Углетехиздат, 1947. |
|---|---|
| 2. | Баркан Д.Д. Динамика оснований и фундаментов. М., Стройвоенмориздат, 1948. |
| 3. | Коваленко М.А. Экспериментальные исследования воздействий деформируемого основания на фундаментные конструкции подрабатываемых промышленных зданий. Экспериментальные исследования инженерных сооружений. Материалы по 2-му симпозиуму, сб. № 3, Донецк, 1969. |
| 4. | Коваленко М.А., Афанасьев Г.В. Определение силы трения по подошве фундамента при горизонтальных сдвижениях грунта основания. Сб. Исследования по основаниям, фундаментам и механике грунтов. Киев, БудIвельник, 1973. |
| 5. | Савинов О.А. Временные конструкции фундаментов под машины и их расчет. Стройиздат, М., 1964. |
| 6. | Руководство по расчету, проектированию и строительству зданий и сооружений на подрабатываемых территориях /Проект/ |
| 7. | СНиП II-А.14-71. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях. Нормы проектирования. М., 1972 г. |
| 8. | СНиП II-15-74. Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования. Стройиздат, М., 1975. |
| 9. | СНиП II-В.1-62*. Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования. Госстройиздат М., 1970. |