Již dlouho je známo, že spolehlivost budovy závisí nejen na správném výběru základů, kvalitních stavebních materiálů a profesionálních pracovníků, ale také na určení půdy na místě a odpovídajícím výpočtu zatížení.
Informace a úkoly pro výpočty
Stavba začíná výpočtem. Toto je první pravidlo výstavby a je jedno, zda mluvíme o 9patrové obytné budově nebo například o chatě strýčka Toma. Pro výpočty jsou vyžadována data. Shromažďování informací je stejná zodpovědná práce jako provádění výpočtů. Údaje se shromažďují různými způsoby. Mohou to být dynamické nebo statické testy a často parametry a hodnoty z tabulek.
Pro návrh základů potřebujete následující informace:
- výpočty inženýrsko-geologických prací;
- charakteristika stavby – účel, konstrukční řešení, technologie výstavby;
- jaké síly a zatížení působí na základ;
- přítomnost blízkých základů a vliv rozestavěné budovy na ně.
Všechny pokyny pro výpočet základů budov a konstrukcí jsou uvedeny ve stejnojmenném SP 22.13330.2011, aktualizované verzi SNiP 2.02.01-83.
Při výpočtu určete:
- jaký bude základ?
- typ, provedení, materiál a velikost základu;
- práce na snížení účinku deformací;
- opatření ke zmírnění změn na blízkých základech.
Základní výpočet
Zásadní ve výpočtech je podmínka, že únosnost zemin se počítá společně se všemi prvky konstrukce.
Vývoj by měl vyřešit problém zajištění jejich stability při jakýchkoli projevech nepříznivých variant zatížení a rázů. Koneckonců, ztráta stability základů bude mít za následek deformaci a případně zničení celé budovy nebo její části.
Důsledky posunu základů
Následující pravděpodobné ztráty stability podléhají ověření:
- posun základových zemin spolu se základem;
- plochý smyk konstrukce v kontaktu: podešev konstrukce – povrch zeminy;
- posunutí základu podél kterékoli z jeho os.
Kromě zatížení a dalších sil působících na konstrukce závisí stabilita budovy na hloubce, tvaru a velikosti základny základů.
Aplikace metody mezního stavu
Konstrukční schéma pro stanovení zatížení je poměrně rozmanité a specifické pro každý objekt. V různých fázích před rokem 1955 existovaly různé metody výpočtu konstrukcí: a) dovolená napětí; b) destruktivní zátěže. Od uvedeného data se výpočty provádějí metodou mezního stavu. Jeho zvláštností je přítomnost řady koeficientů, které zohledňují konečnou pevnost konstrukcí. Když takové konstrukce již nesplňují provozní požadavky, jejich stav se nazývá omezující.
Uvedené SP a SNiP stanovují následující mezní stavy základen:
Únosnost zahrnuje podmínky, kdy základ a konstrukce nesplňují provozní normy. Může to být jejich zbavení stabilní polohy, kolaps, různé druhy vibrací, nadměrné deformace, např. pokles.
Druhá skupina kombinuje podmínky, které brání provozu konstrukcí nebo snižují její životnost. Zde může docházet k nebezpečným posunům – sedání, patování, průhyby, trhliny atd. Vždy se provádějí výpočty deformací.
Důvody se počítají pro první skupinu v těchto situacích:
- za přítomnosti vodorovného zatížení – opěrná zeď, prohlubování suterénu (rekonstrukce), základy dilatačních konstrukcí;
- umístění objektu v blízkosti jámy, svahu nebo podzemního díla;
- základ tvoří vlhké nebo tvrdé půdy;
- struktura je uvedena na I. úrovni odpovědnosti.
Výpočet zatížení
Návrh zohledňuje všechny druhy zatížení, které vznikají při výstavbě a provozu budov a staveb. Pořadí jejich standardních a vypočtených hodnot je stanoveno v SP 20.13330.2011, aktualizované verzi SNiP 2.01.07-85.
Zátěže jsou klasifikovány podle doby trvání expozice a jsou buď trvalé nebo dočasné.
Mezi trvalé zatížení patří:
- hmotnost stavebních prvků a konstrukcí;
- hmotnost sypkých zemin;
- hydrostatický tlak podzemní vody;
- předpjaté síly, například: v železobetonu.
Rozsah dočasných zátěží je širší. Můžeme říci, že tyto zahrnují všechny ostatní nezahrnuté v konstantách.
Na základ nebo konstrukci obvykle působí několik sil, takže výpočty mezního stavu se provádějí na kritické kombinace zatížení nebo odpovídající síly. Takové kombinace jsou navrženy analýzou složení při současném působení různých zatížení.
Složení nákladu se liší:
- hlavní kombinace, které zahrnují konstantní, dlouhodobá a krátkodobá zatížení:
- speciální kombinace, kde kromě hlavních působí jedno ze speciálních zatížení:
Výpočet stability základu
Při jen povrchním seznámení s metodou mezních stavů si lze představit množství informací a množství výpočtů nutných pro správný návrh základů. Pro chyby a nedopatření není místo, protože nám jde o bezpečnost nejen stavebníků, ale i obyvatel nebo dělníků. A přestože rizika hromadné výstavby a individuální výstavby nejsou srovnatelná, sebemenší pochybnost by měla developera přimět, aby se obrátil na projektanty.
Složitý výpočet základu základu pro převrácení začíná kontrolou únosnosti základu. Nejprve musíte zkontrolovat stav:
Na různých půdách bude síla konečného odporu základny různá. Pro skalnaté půdy se vypočítá takto:
Na vlhkých půdách se určuje z rovnosti mezi poměry normálového a smykového napětí v kluzných plochách.
Zkouška smykem podešve
Je nutné najít nejnebezpečnější ze všech možných kluzných ploch a zajistit rovnováhu sil: střih a držení. Ověřovací činnosti zahrnují kombinace zatížení a různé zatížení. Pro každý případ se vypočítá mezní zatížení.
Předpokladem pro výpočty je konstrukce diagramů a výkresů (na dané ose nebo vzhledem k základně), které umožňují určit rovnost sil nebo momentů. Diagramy ukazují:
- stavební zatížení;
- hmotnost půdy;
- třecí síla na kritické kluzné ploše;
- filtrační tlaková síla.
Vzhledem k tomu, že plochý smyk podél podešve je možný v situaci, kdy je mechanická interakce zeminy a základny základu prostřednictvím adheze menší než horizontální tlak, je nutné vypočítat smykové síly a omezující síly. Kontrola stabilní polohy základu má splňovat podmínku:
kde Q1 je složka návrhového zatížení na základ, rovnoběžná s rovinou smyku, kN; Ea a Ep jsou složky výsledného aktivního a pasivního tlaku zeminy na boční líce základů, rovnoběžné se smykovou rovinou (kN); N1 je součet vypočtených svislých zatížení (kN); U – hydrostatický protitlak (kN); b, l – parametry založení (m); c1, f jsou půdní koeficienty: adheze a tření.
Není-li podmínka splněna, lze smykový odpor zvýšit zvýšením koeficientu tření. Poté je třeba připravit štěrkopískový polštář na základ. Podívejte se na video o tom, jak vyrobit pískový polštář pro zvýšení stability základu.
Smyk podél podešve se obvykle vyskytuje na mírně stlačitelných půdách. Často dochází k hlubokému posunu uvnitř půdního masivu.
Kontrola převrácení
Toto je poslední krok ve výpočtu převrácení. Je spíše formální, protože převrácení podél jednoho z okrajů podešve může být pravděpodobné, když stavíte na pevném podkladu – kamenité půdě. Naproti tomu stlačitelné základy jsou náchylné k výskytu válců, pak se bod otáčení posune do středu základu.
V každém případě musí být potvrzeno pravidlo, že moment stability je silnější než klopný moment. Kontrola stanoví následující pravidelnost:
příklad
Kontrola stability obvodové betonové stěny. Příklad podmínek: šířka podešve – 2,1 m, výška – 2 m. Jedna strana je pokryta zeminou v rovině se stěnou: q=10 kN/m2, γ1=18 kN/m3, φ1=16º.
Působení vertikálního zatížení N1=400 kN/m, horizontální – T1,1=120 kN/m.
- Je třeba provést kontrolu směny.
Vypočítá se zatížení působící na stěnu. Kromě těch, které jsou uvedeny v příkladu, navíc působí horizontální síla od závaží a zásypu. Je určeno vzorcem:
Vypočte se vlastní tíha betonové stěny (hustota 25 kN/m3):
Nyní vypočítáme hmotnost půdy na řezech:
Smyková síla se vypočítá podle vzorce:
Nyní přídržná síla (koeficient tření 0,45)
Pro kontrolu pravdivosti vyjádření (12.5) je nutné vzít koeficient pracovních podmínek a koeficient spolehlivosti (pro stavby III. stupně odpovědnosti – 1,1).
Dosazením dat 151,4≤1*221,9/1,1=201,7 dostaneme výsledek, že třecí síla je větší než smyková síla, tudíž je zajištěna stabilita.
- Druhou fází je test převrácení.
Jsou identifikovány vodorovné síly, jejich poloha vzhledem k základně základu:
Překlopný moment působící od vodorovných sil se vypočítá:
Vertikální síly vytvářejí moment stability vzhledem k vybranému bodu základny základu:
