Проектирование и расчет фундаментов
Фундаменты
Важнейшей составляющей строительных конструкций, зданий и сооружений любого назначения и сложности безусловно являются фундаменты. Будучи основным несущим элементом любого строительного объекта, фундаменты выполняют функцию распределения сил, приходящих с вышележащих конструкций на основание, представленное грунтами различного типа, обеспечивая надёжность, долговечность сооружения в целом.
В зависимости от назначения зданий и сооружений, грунтов, слагающих основание и возможных ограничений, накладываемых на конкретный рассчитываемый объект технологическими особенностями, назначаются различные типы фундаментов, наиболее распространёнными из которых являются столбчатые, ленточные, фундаменты плитного типа, свайные фундаменты. В особых случаях, для зданий и сооружений специального назначения могут применяться фундаменты в виде толстых плит или массивные фундаменты.
Расчёт фундаментов различного типа зависит не только от типа фундамента, но и в значительной степени от физико-механических характеристик грунтов, слагающих основание. Поэтому процесс проектирования и расчёта фундаментов требует, во-первых, достаточной профессиональной квалификации инженера проектировщика и, во-вторых, необходимой для выполнения расчётов программной реализации.
Программа APM Civil Engineering обладает необходимыми и достаточными функциональными возможностями для выполнения расчётов фундаментов различного типа, учитывающие как тип фундаментов, так и физико-механические свойства грунтов основания.
Особенности расчёта фундаментов
Подобно проектированию стальных и железобетонных конструкций в APM Civil Engineering, расчёт фундаментов предполагает выполнение либо проектировочного, либо проверочного расчёта, на основании имеющихся исходных данных об инженерно-геологических условиях строительной площадки и внешних термосиловых воздействиях на сооружение.
Выполнение проектировочного расчёта фундаментов в программе APM Civil Engineering предполагает получение в качестве результатов габаритов фундаментов (геометрических размеров), требуемое армирование, значения осадок и давления под подошвой фундамента.
Проверочный расчёт позволяет сформулировать выводы о соответствии применяемого фундамента и его конструктивных особенностей требованиям нормативных документов по прочности, трещиностойкости, деформациям и пр.
Независимо от выполняемого расчёта и типа фундамента, предполагается на начальном этапе построение адекватной расчётной модели, учитывающей только существенные особенности рассчитываемого объекта, который может быть смоделирован с применением различных типов конечных элементов (стержневые, плоские, объёмные), с последующим анализом параметров напряжённо-деформированного состояния. Затем, на основании полученных силовых факторов и известных параметров основания, выполняется расчёт фундаментов зданий и сооружений.
Стоит отметить, что расчёт фундаментов с применением параметрических моделей упругого основания требует выполнения итерационной процедуры расчёта. Как правило, такой подход применяется в случае описания механического поведения грунта в виде граничных условий, представленных коэффициентами постели – механическими характеристиками основания, жёсткость которых оказывает существенное влияние на результаты расчёта. Другой подход основан на использовании пространственных конечно-элементных моделей грунта с соответствующим математическим описанием. Последний подход позволяет дать достоверное описание поведения грунтовых массивов послойно, оценить характер распределения напряжений в грунтах, а также значения осадки при действии внешних нагрузок.
Проектирование фундаментов в APM Civil Engineering реализовано в виде расчётов конструктивных элементов, а также с помощью стандартного конечно-элементного моделирования.
В качестве конструктивных элементов могут быть рассмотрены столбчатые, плитные и свайные фундаменты. Функциональные возможности APM Civil Engineering позволяют сформировать инженерно-геологические элементы и скважины, с заданными параметрами грунтов, на основании данных об инженерно-геологических условиях строительной площадки. Скважины располагаются с привязкой к рассчитываемому зданию и сооружению согласно полученным исходным данным. На основании заданной системы скважин с соответствующими инженерно-геологическими элементами, программа APM Civil Engineering выполняет визуализацию напластований грунтов. Данные результаты при необходимости можно использовать для формирования объёмной-конечно элементной модели грунтового массива.
По выполненным скважинам APM Civil Engineering в автоматическом режиме выполняет расчёт жёсткости упругого основания. После завершения итерационной процедуры по вычислению жёсткости упругих опор, моделирующих деформацию основания, инженер с использованием диалога работы с конструктивными элементами, имеет возможность осуществить подбор геометрических размеров фундамента, его армирование и получить результаты расчёта осадки и крена.
Стоит заметить, что расчёт столбчатых фундаментов, может быть выполнен в APM Civil Engineering путём автоматической установки упругих опор, с характеристиками рассчитанными в диалоге конструктивных элементов, и зависящих от заданных габаритов столбчатого фундамента и внешних нагрузок. Такой подход в расчёте позволяет консервативно оценить деформации основания.
Как показывает практика строительного проектирования, зачастую возникает необходимость выполнения расчёта системы «сооружение – фундамент – основание» путём моделирования грунтового массива объёмными конечными-элементами, например, при расчёте подземных сооружений, с использованием массивных фундаментов и пр. В программе APM Civil Engineering для таких целей реализована модель Друкера-Прагера, которая совместно с возможностью моделирования массивных тел, построенных с использованием объёмных конечных элементов, позволяет инженеру проектировщику выполнять требуемые расчёты. Подобный функционал позволяет пользователю решать сложные задачи, учитывающие совместную работу толстых фундаментных плит с основанием, совместную работу свай, ростверка и грунта.
APM Civil Engineering
Программа APM Civil Engineering обладает необходимым и достаточным набором инструментов, включая конструктивные элементы, математические модели грунта, работу с объёмными конечными элементами, позволяющих инженеру проектировщику выполнять проектировочные и проверочные расчёты фундаментов зданий и сооружений различного типа и принимать решения, отвечающие требованиям надёжности и долговечности строительных конструкций.
