Краснодар:

апреля

пятница,

Курсы

USD ЦБ 03.12 30.8099 -0.0387
EUR ЦБ 03.12 41.4824 -0.0244

Индексы

DJIA 03.12 12019.4 -0.01
NASD 03.12 2626.93 0.03
RTS 03.12 1545.57 -0.07

Рекомендации
по расчету железобетонных свайных фундаментов, возводимых
на вечномерзлых грунтах, с учетом температурных и влажностных воздействий

Рекомендовано к изданию решением секции теории железобетона и секции по коррозии, спецбетонам и физико-химическим исследованиям НТС НИИЖБ Госстроя СССР.

     Содержат новые положения по расчету деформаций и усилий в железобетонных конструкциях нулевого цикла: сваях, фундаментных (обвязочных) балках и т.д. с учетом воздействия температуры и влажности воздуха. Приведены данные о влиянии низкой температуры на прочность и деформативность бетона и примеры расчета свайных фундаментов на воздействие температуры и влажности воздуха.

     Для инженерно- технических работников проектных организаций.

ПРЕДИСЛОВИЕ

     Рекомендации по расчету железобетонных свайных фундаментов, возводимых на вечномерзлых грунтах, с учетом температурных и влажностных воздействий разработаны в дополнение главы СНиП II-21-75* "Бетонные и железобетонные конструкции", главы СНиП II-18-76** "Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах", "Руководства по проектированию свайных фундаментов" и "Рекомендаций по расчету железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений промышленных предприятий".
________________
     * На территории Российской Федерации действуют СНиП 2.03.01-84. Здесь и далее по тексту;

** На территории Российской Федерации действуют СНиП 2.02.04-88. Здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

     Рекомендации содержат основные положения по определению деформаций и усилий в железобетонных свайных фундаментах при воздействии температуры и влажности воздуха, электропрогрева с учетом влияния температуры на прочность и деформативность железобетонных конструкций.

     Рекомендации разработаны НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук, проф. А.Ф.Милованов, кандидаты техн. наук В.Н.Самойленко, М.М.Капкин, инж. Т.Н.Малкина) при участии ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР (инж. И.А.Белышев), ЦНИИПромзданий Госстроя СССР (инж. В.С.Балюков), НИИОСП Госстроя СССР (д-р техн. наук, проф. С.С.Вялов, канд. техн. наук Г.Н.Максимов).

     При составлении Рекомендаций использованы материалы ЛенЗНИИЭП Госстроя РСФСР (канд. техн. наук К.Ф.Маркин) и Якутского Государственного университета (канд. техн. наук В.Н.Муха и др.).

     Общее редактирование Рекомендаций осуществлено д-ром техн. наук, проф. А.Ф.Миловановым и канд. техн. наук В.Н.Самойленко.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Общие указания

     1.1. Настоящие Рекомендации предназначены для расчета железобетонных конструкций нулевого цикла: свай, фундаментных (обвязочных) балок и ростверков, прогонов и плит перекрытия над холодным подпольем с неутепленными нижними поверхностями зданий и сооружений, возводимых в районах вечной мерзлоты, с учетом воздействия температуры и влажности воздуха при расчетной зимней температуре наружного воздуха ниже минус 20 °С с использованием в качестве основания грунтов в мерзлом состоянии при строительстве и в течение эксплуатации здания.

     1.2. Расчетная зимняя температура наружного воздуха для расчета конструкций фундаментов* принимается как средняя температура воздуха наиболее холодной пятидневки в зависимости от района строительства согласно главе СНиП по строительной климатологии и геофизике.
________________
     * В дальнейшем в тексте настоящих Рекомендаций для краткости под термином "фундаменты" понимаются железобетонные конструкции нулевого цикла: сваи, фундаментные (обвязочные) балки, ростверки, прогоны и плиты перекрытия над холодным подпольем.

     Влажность наружного воздуха для расчета деформаций усадки бетона в конструкции фундамента определяется как средняя относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца в зависимости от района строительства согласно главе СНиП по строительной климатологии и геофизике.

     1.3. Расчетная зимняя температура бетона конструкций фундамента с холодным вентилируемым подпольем, сооружаемых на вечномерзлых грунтах, определяется из теплотехнического расчета температур, согласно главе СНиП II-3-79 "Строительная теплотехника", или методами расчета температурных полей, или по теории теплопроводности, или по соответствующим нормативным документам.

     Допускается расчетную зимнюю температуру бетона принимать одинаковой по всему поперечному сечению конструкции.

     В фундаментных (обвязочных) балках, ростверках, прогонах и верхней части свай, находящихся над поверхностью грунта, расчетная зимняя температура бетона принимается равной:

     расчетной зимней температуре наружного воздуха в районе строительства - для открытых сооружений зданий, а также неотапливаемых, и отапливаемых зданий при расчете на период строительства;

     расчетной зимней температуре наружного воздуха, умноженной на коэффициент 0,8 - для отапливаемых зданий.

     В нижней части сваи, находящейся в мерзлом грунте, расчетная зимняя температура бетона принимается равной расчетной зимней температуре грунта на глубине 0,5 м от поверхности.

Основные расчетные требования

     1.4. Железобетонные конструкции фундаментов, сооружаемые на вечномерзлых грунтах, рассчитываются на основе требований главы СНиП II-21-75 с учетом дополнительных положений, изложенных в настоящих Рекомендациях.

     При расчете железобетонных конструкций фундаментов учитываются изменения физико-механических и упругопластических свойств бетона в зависимости от воздействия низкой температуры воздуха.

     1.5. Расчет конструкций фундаментов, с учетом воздействия температуры и влажности воздуха, производится на все возможные неблагоприятные сочетания нагрузок согласно главе СНиП II-6-74 "Нагрузки и воздействия" для следующих двух основных расчетных стадий работы:

     первая - первое замораживание до расчетной зимней температуры бетона конструкции;

     вторая - длительное попеременное замораживание и оттаивание.
________________
     * На территории Российской Федерации действуют СНиП 2.01.07-85. Здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

     Расчет статически неопределимых конструкций фундаментов по предельным состояниям первой и второй групп рекомендуется производить:

     а) на первое замораживание (первая расчетная стадия работы), когда возникают наибольшие усилия от воздействия температуры и влажности воздуха. Усилия в элементах от совместного воздействия температуры, влажности, внешней нагрузки и собственного веса определяются с учетом повышения прочностных и упругопластических свойств бетона от воздействия низкой температуры. Расчет выполняется в предположении, что замыкание конструкций фундамента будет произведено в наиболее неблагоприятное время года - летом (в самые жаркие дни);

     б) на длительное попеременное замораживание и оттаивание (вторая расчетная стадия работы), когда происходит снижение прочности и жесткости элементов и уменьшение усилий от воздействия низкой температуры. Усилия и деформации в элементах от кратковременной нагрузки и от длительного действия постоянных и длительных нагрузок определяются с учетом снижения прочностных и упругопластических свойств бетона от попеременного замораживания и оттаивания.

     Расчет статически определимых конструкций фундаментов по предельным состояниям первой и второй групп рекомендуется производить только на длительное попеременное замораживание и оттаивание (вторая расчетная стадия работы).

     1.6. Расчет усилий в фундаменте от воздействия температуры и влажности воздуха рекомендуется производить из условия совместной работы сваи и грунта. Грунт в мерзлом и талом состоянии принимается линейно-деформируемым. Учитываются также увеличение коэффициента деформаций (коэффициента постели) грунта на глубине и заделка сваи в нижележащей толще мерзлого грунта.

     Усилия в статически неопределимых конструкциях фундаментов от внешней нагрузки, собственного веса и от воздействия температуры и влажности воздуха допускается определять по правилам строительной механики методом последовательных приближений, рассматривая сваю как стойку, защемленную в грунте. При этом жесткость элементов определяется с учетом неупругих деформаций и наличия трещин в бетоне от совместного действия внешней нагрузки, собственного веса, усилий от воздействия температуры и влажности воздуха.

     1.7. Величины нагрузок и воздействий, значения коэффициентов перегрузок, коэффициентов сочетаний, а также деление нагрузок на постоянные и временно-длительные, кратковременные, особые принимаются в соответствии с требованиями главы СНиП II-6-74, а также указаниями п.1.13 главы СНиП II-21-75.

     Расчетные усилия от воздействия температуры и влажности воздуха при расчете по деформациям, образованию трещин и кратковременному их раскрытию определяются с учетом коэффициента охлаждения =0,9.

     1.8. При учете пространственной работы свайного фундамента расчет свай производится на косое внецентренное сжатие. Усилия от воздействия температуры и влажности воздуха в одном направлении определяются с учетом дополнительного снижения жесткости сечения от усилия, действующего в другом направлении.

     Расчет свайного фундамента на воздействие температуры и влажности воздуха допускается производить без учета его пространственной работы.

     1.9. При применении электропрогрева бетона фундаментных (обвязочных) балок, прогонов и плит перекрытия над холодным подпольем возникают усилия от температурных деформаций, которые рекомендуется определять согласно п.4.6 настоящих Рекомендаций.

     Для снижения величины усилий, вызванных электропрогревом бетона, рекомендуется посередине температурного блока устраивать шов бетонирования, который замоноличивается после охлаждения конструкций до температуры наружного воздуха. В этом случае увеличение усилий от электропрогрева бетона можно не учитывать.

     1.10. В железобетонных конструкциях фундаментов, подвергаемых воздействию температуры и влаги грунта (I группа конструкций, см. табл.2 настоящих Рекомендаций), возможно появление внутренних усилий, возникающих в результате различия величины коэффициентов температурных деформаций бетона и арматуры . Указанные усилия могут вызывать появление трещин в сваях. В этом случае допускается величину напряжения в бетоне конструкции определять по формуле (31) Инструкции СН 482-76, принимая значения и согласно пп.2.5 и 2.9 настоящих Рекомендаций. При одинаковой температуре бетона по поперечному сечению свай напряжения растяжения в бетоне допускается определять по формуле

, (1)

где - расчетная зимняя температура бетона в поперечном сечении сваи, принимаемая согласно п.1.3 настоящих Рекомендаций, °С;

      - начальная температура воздуха принимаемая согласно, п.3.2 настоящих Рекомендаций, °С;

      - температурная деформация бетона, определяемая по формуле (20) или (21), в которых принимается равной ;

       - начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении, кгс/см;

       - определяется по формуле (4).

     1.11. Предельно допустимая ширина кратковременного и длительного раскрытия трещин в железобетонных конструкциях фундаментов 3-й категории трещиностойкости, эксплуатируемых в неагрессивной среде, устанавливается по табл.1 настоящих Рекомендаций.

Таблица 1

Арматура	Предельно допустимая ширина кратковременного и длительного раскрытия трещин, мм, при группе конструкций фундамента (по табл.2 настоящих Рекомендаций)
	I		II		III

Стержневая классов A-I, A-II и A-III	0,3	0,2	0,3	0,2	0,4	0,3
Стержневая классов А-IV, Ат-IV, A-V, Ат-V; проволочная классов B-I и Вр-I	-	-	0,3	0,2	0,4	0,3

Таблица 2

	Условия работы фундамента		Минимальные проектные марки бетона
Группа конструкций фундамента	характеристика режима	расчетная зимняя температура наружного воздуха	по прочно- сти на сжатие	по морозостойкости			по водонепроницаемости
			для фундаментов зданий и сооружений класса
			I-III	I	II	III	I	II	III
I	Железобетонные сваи и другие конструкции, расположенные в сезонно- оттаивающем слое грунта и подвергающиеся попеременному замораживанию и оттаиванию в водонасыщенном состоянии	Ниже минус 40 °C	М 300	Мрз 300	Мрз 200	Мрз 150	В-6	В-4	В-2
		Ниже минус 20 °С до минус 40 °С включительно	М 300	Мрз 200	Мрз 150	Мрз 100	В-4	В-2	Не нор- мируется
II	Фундаментные (обвязочные) балки, ростверки, оголовники свай, прогоны и плиты перекрытий холодного подполья, подвергающиеся воздействию атмосферных осадков и попеременному замораживанию и оттаиванию. Сваи, расположенные в грунте, но защищенные от воздействия влаги	Ниже минус 40 °С	М 250	Мрз 200	Мрз 150	Мрз 100	В-4	В-2	То же
		Ниже минус 20 ° С до минус 40 ° С включительно	М 250	Мрз 100	Мрз 75	Мрз 50	В-2	Не нор- мируется	"
III	Фундаментные (обвязочные) балки, ростверки, оголовники свай, прогоны и плиты перекрытия холодного подполья, защищенные от воздействия атмосферных осадков	Ниже минус 40 °С	М 200	Мрз 150	Мрз 100	Мрз 75	В-4	В-2	"
		Ниже минус 20 °С до минус 40 °С включительно	М 200	Мрз 75	Мрз 50	Не нормируется			"

     Примечание. Расчетная зимняя температура наружного воздуха принимается согласно п.1.2 настоящих Рекомендаций.

2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ФУНДАМЕНТОВ

Бетон

     2.1. Для железобетонных конструкций фундаментов, сооружаемых на вечномерзлых грунтах, следует предусматривать бетон, который в зависимости от условий работы фундамента отвечает требованиям по прочности на сжатие, морозостойкости и водонепроницаемости, изложенным в табл.2 настоящих Рекомендаций.

     2.2. Бетон для фундаментов применяется с расходом цемента не более 450 кг/м и водоцементным отношением не более: 0,4 для бетона марки М 400; 0,45 - М 300; 0,5 - М 200.

Расчетные характеристики бетона

     2.3. Расчетные сопротивления бетона соответственно для предельных состояний первой и второй групп в зависимости от проектной марки бетона по прочности на сжатие принимаются по табл.11 и 13 главы СНиП II-21-75.

     Расчетные сопротивления бетона в соответствующих случаях умножаются на коэффициенты условий работы (см. п.2.13 главы СНиП II-21-75).

     При расчете элементов конструкций фундаментов, сооружаемых на вечномерзлых грунтах, расчетные сопротивления бетона и рекомендуется дополнительно умножать, кроме того, на коэффициент условий работы бетона при сжатии (при расчете на первое замораживание) или на (при расчете на длительное попеременное замораживание и оттаивание), а расчетные сопротивления бетона и - на коэффициент условий работы бетона при растяжении (при расчете на первое замораживание) или на (при расчете на длительное попеременное замораживание и оттаивание).

     Коэффициент условий работы бетона при сжатии при расчете на первое замораживание определяется по формуле

, (2)

где - коэффициент, принимаемый по табл.3 настоящих Рекомендаций в зависимости от группы конструкции фундамента и проектной марки бетона по морозостойкости;

            - абсолютное значение расчетной зимней температуры бетона конструкции фундамента, °С.

Таблица 3

Группа конструкций фундамента по табл.2 настоящих Рекомендаций	Обозначения коэффициентов	Коэффициенты и при проектной марке бетона по морозостойкости
		Мрз 50	Мрз 75, Мрз 100	Мрз 150, Мрз 200	Мрз 300	Мрз 400	Мрз 500
I		-	-	2	1,9	1,8	1,7
		-	-	1,8	1,7	1,6	1,65
II		2,1	2	1,9	1,8	1,7	1,6
		1,9	1,8	1,7	1,6	1,5	1,4
III		1,8	1,7	1,6	1,5	1,4	1,3
		1,7	1,6	1,5	1,4	1,3	1,2

     Коэффициент условий работы бетона при сжатии при расчете на длительное попеременное замораживание и оттаивание определяется по формуле

, (3)

где - коэффициент, принимаемый по табл.4 настоящих Рекомендаций в зависимости от группы конструкции фундамента и проектной марки бетона по морозостойкости;

             - см. формулу (2).

     Коэффициент условий работы бетона при растяжении при расчете на первое замораживание принимается равным .

     Коэффициент условий работы бетона при растяжении при расчете на длительное попеременное замораживание и оттаивание принимается равным .

     2.4. Начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении принимается по табл.18 главы СНиП II-21-75.

     При воздействии низких температур начальный модуль упругости бетона рекомендуется умножать на коэффициент , учитывающий повышение модуля упругости бетона при первом замораживании, или на коэффициент , учитывающий снижение модуля упругости бетона при длительном попеременном замораживании и оттаивании.

     Коэффициент определяется по формуле

, (4)

где - коэффициент, принимаемый по табл.3 настоящих Рекомендаций в зависимости от группы конструкций фундамента и марки бетона по морозостойкости;

      - см. формулу (2).

     Коэффициент определяется по формуле

, (5)

где - коэффициент, принимаемый по табл.4 настоящих Рекомендаций в зависимости от группы конструкций фундамента и проектной марки бетона по морозостойкости;

      - см. формулу (2).

Таблица 4

Группа конструкций фундамента по табл.2 настоящих Рекомендаций	Обоз- начения коэффи- циентов	Коэффициенты и при проектной марке бетона по морозостойкости для конструкций I класса
		Мрз 50	Мрз 75	Мрз 100	Мрз 150	Мрз 200	Мрз 300	Мрз 400	Мрз 500
I		-	-	0,3	0,4	0,55	0,7	0,8	0,9
		-	-	0,1	0,25	0,3	0,5	0,65	0,8
II		0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,95	1
		0,2	0,3	0,4	0,5	0,65	0,8	0,9	1
III		0,7	0,75	0,8	0,85	0,9	0,95	1	1
		0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,95	1

     Примечание. Величину коэффициентов и для конструкций II класса умножаются на 1,25 и для конструкций III класса - на 1,5, при этом величины коэффициентов не должны превышать единицы.


     2.5. Коэффициент линейной температурной деформации бетона нормального твердения в зависимости от условий работы, температуры и проектной марки бетона по морозостойкости принимается по табл.5 настоящих Рекомендаций.

Таблица 5

Группа конструкций фундамента по табл.2 настоящих Рекомендаций	Коэффициент линейной температурной деформации бетона град, при расчетной зимней температуре бетона, °С
	выше минус 10	от минус 10 до минус 45 включительно								ниже минус 45
	и при проектной марке бетона по морозостойкости
	от Мрз 50 до Мрз 500 включительно	Мрз 50	Мрз 75	Мрз 100	Мрз 150	Мрз 200	Мрз 300	Мрз 400	Мрз 500	от Мрз 50 до Мрз 500 включительно
I	11	-16	-15	-14	-13	-12	-10	-8	-5	7
II и III	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10

Арматура

     2.6. Арматура железобетонных конструкций фундаментов, работающих при воздействии низких температур, принимается согласно главе СНиП II-21-75.

     При выборе вида и марки стали для арматуры, устанавливаемой по расчету, а также прокатных сталей для закладных деталей учитываются температурные условия эксплуатации конструкций фундамента и характер их нагружения согласно приложениям 3 и 4 главы СНиП II-21-75.

Расчетные характеристики арматуры

     2.7. Расчетные сопротивления основных видов стержневой и проволочной арматуры для предельных состояний первой и второй групп в зависимости от вида и класса арматуры принимаются по табл.19, 20, 21 и 22 главы СНиП II-21-75.

     Расчетное сопротивление арматуры в соответствующих случаях умножается на коэффициент условий работы арматуры согласно п.2.28 главы СНиП II-21-75.

     При расчете элементов железобетонных конструкций фундаментов, сооружаемых на вечномерзлых грунтах, влияние низких температур на изменение расчетных характеристик арматуры не учитывается.

     2.8. Модуль упругости арматуры для основных видов стержневой и проволочной арматуры принимается по табл.29 главы СНиП II-21-75.

     2.9. Коэффициент линейной температурной деформации арматуры принимается равным град.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

     3.1. В соответствии с главой СНиП II-6-74 "Нагрузки и воздействия", расчетные изменения температуры воздуха для наиболее неблагоприятной стадии возведения фундамента определяются как разность между экстремальной температурой в зимнее время и начальной температурой в летнее время, при которой происходит закрепление (замыкание) конструкции фундамента в рассчитываемую систему:

. (6)

     3.2. При расчете свайного фундамента на температурные климатические воздействия рассматриваются два этапа работы фундамента (см. п.5.1 настоящих Рекомендаций), поэтому, расчетное изменение температуры равно

; (7)

     а) с момента замыкания (лето-осень) до полного замораживания грунта (1-й этап работы фундамента)

; (8)

     б) с момента полного замораживания грунта (зима) до момента с минимальной среднесуточной температурой (2-й этап работы)

. (9)

     В формулах (8) и (9):

      - среднемесячная температура воздуха, при которой происходит полное замораживание грунта (мерзлый грунт), принимаемая равной минус 10 °С;

     - начальная средняя температура за три наиболее теплых месяца года, которую допускается определять по формуле

(10)

     (, - многолетние среднемесячные июльская и январская температуры);

     - расчетное значение среднесуточной температуры воздуха в холодное время года согласно СНиП II-6-74.

     3.3. Расчетные изменения температуры допускается определять по формулам:

; (11)

, (12)

где - абсолютная величина расчетного изменения температуры, принимаемая по табл.6 настоящих Рекомендаций.

Таблица 6

N п.п.	Район СССР с вечномерзлым грунтом	Абсолютная величина расчетного изменения температуры , °C	Примечание
1	Кольский полуостров	50	Исключая центральную часть
	Камчатка полуостров		Исключая, долину р.Камчатки
	Новая Земля, Земля Франца Иосифа		-
2	Центральная часть Кольского полуострова, долина р.Камчатки, Северная Земля, Ненецкий автономный округ	55	-
3	Новосибирские острова	60	-
	Ямало-Ненецкий автономный округ		Территория за Полярным кругом
	Чукотский полуостров		-
	Корякский автономный округ		Исключая полуостров Камчатка
4	Ямало-Ненецкий автономный округ	65	Исключая территорию за Полярным кругом
	Чукотский автономный округ		Исключая Чукотский полуостров
	Ханты-Мансийский автономный округ, Красноярский край, Хабаровский край, Тувинская АССР, Бурятская АССР, Иркутская, Читинская, Амурская области		-
5	Магаданская обл., Эвенкийский автономный округ, Якутская АССР	75	-

     3.4. Для фундаментных (обвязочных) балок отапливаемых зданий в стадии эксплуатации расчетные изменения температуры принимаются согласно пп.3.2 и 3.3 настоящих Рекомендаций и умножаются на коэффициент 0,8.

     3.5. Расчетная зимняя температура мерзлого грунта на глубине 0,5 м от поверхности почвы (глубина, на которой принимается заделка свай) в зимне-весенний период в естественных условиях под снегом равна

, (13)

где - температура наиболее холодной пятидневки, принимаемая согласно СНиП II-А.6-72 "Строительная климатология и геофизика";
________________
     * На территории Российской Федерации действуют СНиП 23-01-99. Здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

      - постоянная температура, °С, принимаемая по табл.А СНиП II-А.6-72;

      - абсолютная разность температур, °С, между воздухом и грунтом на глубине 0,5 м, принимаемая по данным, приведенным ниже:

	каменистый (гравилистый)	10
	песчаный, супесчаный	15
	суглинистый, глинистый	20
	заторфованный	25

     3.6. Расчетная зимняя температура на глубине 0,5 м от поверхности грунта под отапливаемым зданием с вентилируемым подпольем в условиях эксплуатации приближенно может быть принята равной температуре, определяемой по формуле (13) настоящих Рекомендаций.

     3.7. При применении электропрогрева для твердения монолитного бетона фундаментных (обвязочных) балок расчетное изменение температуры бетона допускается определять:

     а) при электропрогреве летом-осенью - до полного замораживания грунта (1-й этап работы фундамента, см. п.5.1 настоящих Рекомендаций) =60 °С;

     б) при электропрогреве зимой-весной (2-й этап работы фундамента, см. п.5.1 настоящих Рекомендаций) или когда время применения электропрогрева бетона неизвестно:

, (14)

где - абсолютная величина зимней температуры наружного воздуха, °С, принимаемая согласно п.1.2 настоящих Рекомендаций.

4. РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИЙ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ
ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

     4.1. Расчет деформаций укорочения железобетонных элементов от усадки бетона, вызванной изменением влажности бетона, а также расчет температурных деформаций железобетонных конструкций, вызванных изменением температуры бетона, производится как для бетонного элемента, имеющего одинаковую влажность и температуру бетона по поперечному сечению.

     4.2. Деформации укорочения оси монолитной конструкции фундамента от усадки бетона, определяются по формуле

, (15)

где - коэффициент, учитывающий удобоукладываемость бетонной смеси, который принимается при жесткости бетонной смеси: менее 15 с - 1,2; 15-35 с - 1; более 35 с - 0,8;

      - коэффициент усадки бетона, учитывающий способ твердения бетона, который принимается для бетона: естественного твердения - 0,03; подвергнутого тепловой обработке - 0,025;

     - расчетное изменение относительной влажности бетона элемента, принимается равным

, (16)

здесь - относительная критическая влажность бетона, равная

, (17)

      - приведенная высота сечения, равная площади сечения, деленной на половину его периметра, соприкасающегося с атмосферой, см; для элементов прямоугольного сечения, соприкасающихся с атмосферой со всех сторон

; (18)

      - средняя относительная равновесная влажность бетона конструкции, равная

; (19)

      - средняя относительная влажность воздуха, принимаемая, согласно СНиП по строительной климатологии и геофизике, для наиболее холодного месяца в районе строительства;

      - время, сут, от изготовления до наступления расчетного этапа работы конструкции (см. п.5.1 настоящих Рекомендаций), на который ведется расчет. Если это время неизвестно, то величина в скобках в формуле (15) принимается равной единице.

     4.3. Деформация укорочения оси элемента сборной конструкции фундамента от усадки бетона принимается равной 0,3 величины укорочения, вычисленной по формуле (15) настоящих Рекомендаций при величине значения в скобках, равной 1.

     4.4. Температурные деформации оси железобетонной конструкции фундамента, относящейся к 1-й группе, согласно табл.2 настоящих Рекомендаций, от изменения температуры бетона определяются в зависимости от расчетной зимней температуры бетона по формулам:

     до минус 45 °С включительно

; (20)

     ниже минус 45 °С

, (21)

где   и - определяются по п.3.2 настоящих Рекомендаций;

     , , - коэффициенты линейной температурной деформации бетона соответственно для температур выше минус 10 °С, от минус 10 °С до минус 45 °С включительно и ниже минус 45 °С, принимаемые по табл.5 настоящих Рекомендаций.

     4.5. Величины перемещения верха крайней сваи и , вызванные деформацией железобетонной фундаментной (обвязочной) балки от воздействия температуры и влажности воздуха, определяются по формулам:

     для 1-го этапа работы фундамента (см. п.5.1 настоящих Рекомендаций)

; (22)

     для 2-го этапа работы

. (23)

     В формулах (22) и (23):

и - расчетные изменения температуры бетона конструкций соответственно для 1-го и 2-го этапов работы фундамента (см. п.5.1 настоящих Рекомендаций);

      - коэффициент линейной температурной деформации бетона фундаментной (обвязочной) балки, определяемый по п.5.1 настоящих Рекомендаций;

      - деформация укорочения оси железобетонной фундаментной (обвязочной) балки, определяемая согласно п.п.4.2 и 4.3 настоящих Рекомендаций;

       - расстояние от центра блока свайного фундамента до рассматриваемой сваи, см;

       - коэффициент, учитывающий податливость сопряжений в узлах свайного фундамента, принимаемый равным 1 для монолитных и 0,9 для сварных стыков. Для других типов стыков принимается согласно экспериментальным данным или соответствующему обоснованию.

     4.6. Величины перемещения верха крайней сваи и , вызванные деформациями фундаментной (обвязочной) балки от воздействия температуры при электропрогреве определяются:

     а) при электропрогреве бетона летом и весной (1-й этап работы фундамента, см. п.5.1 настоящих Рекомендаций) по формуле

. (24)

     Величина определяется по формуле (23);

     б) при электропрогреве бетона зимой и осенью (2-й этап работы фундамента, см. п.5.1 настоящих Рекомендаций) по формуле:

; (25)

.

     В формулах (24) и (25):

и - расчетные изменения температуры бетона при электропрогреве соответственно для 1-го и 2-го этапов работы фундамента, определяемые согласно п.3.7 настоящих Рекомендаций;

      и - см. формулу (23).

5. РАСЧЕТ УСИЛИЙ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

     5.1. Расчет усилий в свайном железобетонном фундаменте от воздействия температуры и влажности воздуха допускается производить приближенным методом.

     Железобетонная свая рассматривается как стойка, заделанная в грунт.

     Учитываются два этапа работы свайного фундамента.

     1-й этап. Сезонно-оттаивающий слой грунта глубиной находится в талом состоянии (лето-осень). Свая считается защемленной в грунт на расстоянии от поверхности грунта (рис.1, а):

, (26)

     но не более ;

     2-й этап. Грунт находится в мерзлом состоянии (зима). Сваи считаются защемленными в грунте около его поверхности (рис.1, б) на расстоянии, равном

. (27)

      В формулах (26) и (27):

      - глубина оттаивания грунта, см, принимаемая по результатам геологических изысканий. Допускается определять в зависимости от вида грунта и района строительства по картам прил.1-4 настоящих Рекомендаций;

     - коэффициент, учитывающий, влияние окружающего грунта на работу свай от горизонтального усилия, вызванного воздействием температуры и влажности воздуха:

, (28)

где - коэффициент деформации, равный

, (29)

здесь - коэффициент пропорциональности, кгс/см;

       - условная ширина сваи, см:

, (30)

(где - размер стороны сваи в плоскости, перпендикулярной к действию расчетного усилия, см);

       - приведенная жесткость железобетонной сваи, определяемая согласно п.6.14 настоящих Рекомендаций;

        - размер стороны сваи в плоскости действия расчетного усилия, см.

Рис.1. Расчетные схемы работы свайного фундамента

а - первый этап работы фундаментов, когда сезонно-оттаивающий грунт оттаял на глубину ;
б - 2-й этап работы, когда весь грунт замерз

     При определении (1-й этап работы фундамента) значение принимается по табл.1 прил.1 СНиП II-17-77* "Свайные фундаменты".
______________
     * На территории Российской Федерации действуют СНиП 2.02.03-85. - Примечание изготовителя базы данных.

     Значение коэффициента допускается принимать в зависимости от условного расчетного давления на талый грунт , кгс/см:

     при

; (31)

     при

. (32)

     Условное расчетное давление на грунт основания, принимается согласно табл.1, 2 и 4 прил.4 СНиП II-15-74* "Основания зданий и сооружений". Условное расчетное давление на талый грунт допускается принимать по табл.7 настоящих Рекомендаций.
______________
     * На территории Российской Федерации действуют СНиП 2.02.01-83. - Примечание изготовителя базы данных.

Таблица 7

Грунт	Условное расчетное давление на талый грунт , кгс/см	Расчетное давление на мерзлый грунт , кгс/см при минус 10 °С и льдистости менее 0,2
Галечниковый (щебенистый) с песчаным заполнителем	4	33
Пески:
крупные	3	33
средней крупности	2,5	33
мелкие влажные	2	28,5
пылеватые влажные	1,5	28,5
Супеси:
легкие	1,5	20
пылеватые	1	20
Суглинки:
тяжелые	1,2	15
пылеватые	0,8	15
Торф:
пушицевый	0,3	6,7
моховой	0,1	6,7

     При определении (2-й этап работы фундамента) в формулах (31) и (32) заменяется расчетным давлением на мерзлый грунт , кгс/см, определяемым по табл.2 и 8 прил.6 СНиП II-18-76 в зависимости от температуры грунта на расстоянии от поверхности грунта методом последовательных приближений. Допускается определять в зависимости от температуры грунта на расстоянии 0,5 м от его поверхности. Условное расчетное давление на мерзлый грунт рекомендуется принимать по табл.7 настоящих Рекомендаций.

     При температуре грунта ниже минус 10 °С условное расчетное давление на мерзлый грунт принимается равным такому же значению, как и при температуре минус 10 °С. При расчетном давлении мерзлого грунта более 15 кгс/см допускается принимать .

     Коэффициент можно определять по графику рис.2 в зависимости от величины .

Рис.2. Зависимость коэффициента от величины

     5.2. Изгибающий момент в месте заделки сваи в грунт на расстоянии от его поверхности от совместного воздействия внешней нагрузки, собственного веса, температуры и влажности воздуха при расчете на первое замораживание грунта определяется по формуле

, (33)

где и - изгибающие моменты от воздействия температуры и влажности воздуха соответственно для 1-го и 2-го этапов работы свайного фундамента, определяемые пп.5.3 и 5.4 настоящих Рекомендаций, тс·м;

      - коэффициент охлаждения, принимаемый по п.1.7 настоящих Рекомендаций;

      - момент от внешней нагрузки и собственного веса, тс·м.

     5.3. При шарнирном сопряжении свай с фундаментной (обвязочной) балкой (рис.3) от воздействия температуры и влажности воздуха:

     а) величина изгибающего момента в заделке сваи на расчетной глубине от поверхности грунта определяется по формулам:

     для 1-го этапа работы фундамента

; (34)

     для 2-го этапа работы фундамента

; (35)

     б) величина горизонтального усилия в фундаментной (обвязочной) балке определяется

. (36)

     В формулах (34)-(36):

       и - горизонтальные перемещения верха сваи, определяются по п.4.5 настоящих Рекомендаций;

       - приведенная жесткость сечения сваи, определяется по п.6.14 настоящих Рекомендаций;

     , и - см. рис.3;

      - количество пролетов в свайном фундаменте между температурными швами.

Рис.3. Эпюры моментов в свайном фундаменте с шарнирной заделкой свай
в фундаментную (обвязочную) балку от воздействия температуры и влажности

а - 1-й этап работы фундамента, когда оттаял сезонно-оттаивающий грунт на глубину ;
б - 2-й этап работы, когда весь грунт замерз; в - суммарная эпюра моментов

     5.4. При жесткой заделке свай в фундаментную (обвязочную) балку определение усилий в рамной конструкции свайного фундамента от воздействия температуры и влажности воздуха следует производить методами строительной механики, принимая жесткости сечений согласно п.6.14 настоящих Рекомендаций, а расчетную высоту сваи принимать равной: для 1-го этапа работы фундамента и для 2-го этапа работы фундамента .

     Величина усилия определяется суммированием усилий, полученных для 1-го и 2-го этапов работы. Максимальный изгибающий момент, как правило, возникает в заделке крайней сваи на расстоянии от поверхности грунта (рис.4) или в местах заделки верха свай в фундаментную балку.

Рис.4. Эпюры моментов в свайном фундаменте с жесткой заделкой свай в фундаментную
(обвязочную) балку от воздействия низкой температуры и влажности

а, б и в - то же, что и на рис.3

     Эпюры изгибающих моментов , продольных сил и поперечных сил для некоторых свайных фундаментов с жесткой заделкой свай в фундаментную (обвязочную) балку приведены в прил.5 настоящих Рекомендаций. В этом приложении даны расчетные формулы для определения усилий в зависимости от коэффициентов и , которые вычисляются по формулам:

; (37)

, (38)

где и - приведенная жесткость фундаментной (обвязочной) балки и сваи, определяется по п.6.14 настоящих Рекомендаций;

      - расчетная высота сваи, см, для 1-го или 2-го этапа работы фундамента (см. рис.4);

       - расстояние между сваями, см;

      - горизонтальное перемещение верха сваи для 1-го или 2-го этапа работы фундамента (см. рис.2), определяется по п.4.5 настоящих Рекомендаций;

      - длина температурного блока (расстояние между температурными швами), см.

     От воздействия температуры и влажности воздуха в местах заделки сваи в фундаментную (обвязочную) балку изгибающий момент допускается определять по формуле

. (39)

     Величина изгибающего момента в крайних сваях и в фундаментной (обвязочной) балке в местах жесткой заделки свай в балку определяется по формулам:

      для 1-го этапа работы фундамента

, (40)

где

, но не более 6; (41)

; (42)

для 2-го этапа работы фундамента

, (43)

где

, но не более 6; (44)

. (45)

     Допускается величину изгибающего момента в свае на глубине от поверхности грунта определять по формуле (33), в которой значения и вычисляются по формулам:

     для 1-го этапа работы фундамента

; (46)

где

; (47)

, но не более 6; (48)

для 2-го этапа работы фундамента

, (49)

где

, но не более 6; (50)

     Горизонтальная продольная сила в фундаментной (обвязочной) балке определяется по формуле

, (51)

где и - горизонтальные продольные силы в фундаментной балке соответственно для 1-го и 2-го этапов работы фундамента, которые определяются по формулам:

; (52)

;                                                    (53)

;                                                           (54)

, (55)

но не более 7,5;

       - количество пролетов в блоке фундамента между температурными швами;

      и - коэффициенты, определяемые по формулам (42) и (45).

     5.5. Длина температурного блока фундамента (расстояние между температурными швами) устанавливается расчетом по первой расчетной стадии работы (см. п.1.5 настоящих Рекомендаций) и определяется из условия

, (56)

где - изгибающий момент, который могут воспринять крайние сваи фундамента по формуле (57) при заданной вертикальной нагрузке и расчетной зимней температуре мерзлого грунта на глубине 0,5 м от его поверхности (см. п.3.5 настоящих Рекомендаций);

     - наибольший изгибающий момент, возникающий в крайних сваях от воздействия внешней нагрузки, собственного веса, температуры и влажности воздуха, определяемый по формуле (33) настоящих Рекомендаций.

     Если для заданных размеров свайного фундамента , то длина блока фундамента может быть увеличена; если , то длину блока уменьшают на один пролет между сваями.

6. РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ФУНДАМЕНТОВ

Расчет по прочности

     6.1. Расчет по прочности сечений, нормальных к продольной оси элемента при воздействии температуры и влажности воздуха, производится по пп.3.10-3.21 и 3.24-3.28 главы СНиП II-21-75.

     Расчетное сопротивление бетона дополнительно умножается на коэффициенты условий работы бетона или , определяемые соответственно по формулам (2) и (3) настоящих Рекомендаций.

     6.2. Расчет по прочности сечений, наклонных к продольной оси элемента, при воздействии температуры и влажности воздуха производится по пп.3.30-3.37, 3.39 и 3.40 главы СНиП II-21-75.

     Расчетное сопротивление бетона дополнительно умножается на коэффициенты условий работы и , определяемые по п.2.3 настоящих Рекомендаций.

     6.3. Прочность внецентренно-сжатой железобетонной сваи прямоугольного сечения с симметричной арматурой проверяется из условия:

. (57)

     При - высота сжатой зоны определяется по формуле

; (58)

     при - по формуле

. (59)

В формулах (57)-(59):

                                   - изгибающий момент, воспринимаемый сваей, кгс·см;

                                    - продольная сила на сваю, кгс;

, , , и - определяются по главе СНиП II-21-75.

или .

     Коэффициенты условий работы или определяются по формулам (2) и (3) настоящих Рекомендаций в зависимости от расчетной зимней температуры бетона сваи в сечении, в котором определяется прочность. Расчетная зимняя температура бетона сваи принимается согласно п.1.3 настоящих Рекомендаций.

     6.4. Расчет прочности железобетонных ростверков под колонны свайных фундаментов, сооружаемых на вечномерзлых грунтах, производится согласно "Рекомендациям по расчету железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений промышленных предприятий", причем расчетное сопротивление бетона сжатию дополнительно умножается на коэффициент условий работы , определяемый по формуле (3) настоящих Рекомендаций, а расчетное сопротивление бетона растяжению дополнительно умножается на коэффициент условий работы бетона , принимаемый согласно п.2.3 настоящих Рекомендаций.

Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси элемента

     6.5. Для изгибаемых, внецентренно-растянутых и внецентренно-сжатых железобетонных элементов, подвергающихся воздействию температуры и влажности воздуха, усилия, воспринимаемые сечениями, нормальными к продольной оси, при образовании трещин определяются исходя из п.4.2 главы СНиП II-21-75. При этом расчетное сопротивление бетона дополнительно умножается на коэффициент условий работы бетона или , а модуль упругости бетона - на коэффициент или , принимаемые согласно пп.2.3 и 2.4 настоящих Рекомендаций.

     6.6. Расчет изгибаемых внецентренно-сжатых, а также внецентренно-растянутых элементов по образованию трещин производится из условия, что момент внешних сил от совместного воздействия внешней нагрузки, собственного веса, температуры и влажности воздуха, расположенных по одну сторону от рассматриваемого сечения относительно оси, параллельной нулевой линии и проходящей через ядровую точку, наиболее удаленную от растянутой зоны, трещинообразование которой определяется, меньше или равен моменту, воспринимаемому сечением, нормальным к продольной оси элемента при образовании трещин, который определяется по формуле

, (60)

где

или ;

       - определяется исходя из п.4.5 главы СНиП II-21-75, величина определяется по формуле (66) настоящих Рекомендаций;

       и - коэффициенты условий работы бетона, принимаемые по п.2.3 настоящих Рекомендаций;

      - см. формулу (59);

      - момент сопротивления приведенного сечения для крайнего растянутого волокна с учетом неупругих деформаций бетона, определяется по формуле

, (61)

где

; (62)

; (63)

; (64)

; (65)

. (66)

     В формуле (66) , или . Модуль упругости бетона принимается по главе СНиП II-21-75. Коэффициенты и определяются по формулам (4) и (5) настоящих Рекомендаций.

Расчет по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси элемента

     6.7. Ширина раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, , мм, определяется по формуле (138) главы, СНиП II-21-75.

     При расчете ширины кратковременного раскрытия трещин напряжения в арматуре определяются от совместного действия внешней нагрузки, собственного веса, температуры и влажности воздуха, при этом коэффициент принимается равным 1,25.

     При расчете ширины длительного раскрытия трещин напряжение в арматуре определяется только от действия постоянных и длительных нагрузок при =1,5.

Расчет жесткости элементов

     6.8. Жесткость элементов железобетонной конструкции фундамента, необходимая для определения усилий от воздействия температуры и влажности воздуха, вычисляется в соответствии с указаниями пп.6.9-6.14 настоящих Рекомендаций.

     6.9. Величина жесткости изгибаемых, внецентренно-растянутых и внецентренно-сжатых элементов для участков элемента, где не образуются нормальные к продольной оси элемента трещины, определяется по формуле

, (67)

где - см. формулу (66);

      - момент инерции приведенного прямоугольного сечения элемента относительно его центра тяжести, определяется по формуле

(68)

        - коэффициент приведения арматуры к бетону, принимается по формуле (66) настоящих Рекомендаций);

       с - коэффициент, учитывающий влияние длительной ползучести бетона на жесткость элемента без трещин, принимается равным 1,5.

     6.10. Величина жесткости для участков элемента, где в растянутой зоне имеются трещины, нормальные к продольной оси элемента, определяется по формулам:

     для изгибаемых элементов

; (69)

     для внецентренно-сжатых и внецентренно-растянутых при и продольной силе, приложенной в центре тяжести сечения элемента

. (70)

     Примечание. В формуле (70) знак "минус" перед принимается при внецентренном сжатии, а знак "плюс" - при внецентренном растяжении.


     Эксцентрицитет силы относительно центра тяжести площади сечения арматуры определяется по формуле

. (71)

     Величины и определяются соответственно по формулам (159) и (162) главы СНиП II-21-75. При вычислении величин и коэффициент принимается по формуле (66) настоящих Рекомендаций;

      - коэффициент, принимаемый равным 0,9;

      - коэффициент, характеризующий упругопластическое состояние бетона сжатой зоны, принимаемый равным 0,3;

     коэффициент определяется по формуле (4) настоящих Рекомендаций.

     При вычислении по формуле (160) СНиП II-21-75, необходимой для определения , расчетное сопротивление бетона для второй группы предельных состояний дополнительно умножается на коэффициент условий работы , который определяется по формуле (2) настоящих Рекомендаций.

     6.11. Значение коэффициента определяется по формуле (165) главы СНиП II-21-75. При вычислении коэффициента , необходимого для определения , расчетное сопротивление бетона дополнительно умножается на коэффициент условий работы , который принимается согласно п.2.3 настоящих Рекомендаций.

     Допускается коэффициент определять по приближенной формуле

, (72)

где - коэффициент, учитывающий вид арматуры: для стержневой арматуры периодического профиля - 0,95; для стержневой гладкой и проволочной арматуры - 0,9;

      - вычисляется по формуле (60) настоящих Рекомендаций.

     6.12. Жесткость изгибаемых элементов постоянного сечения на участках, где образуются нормальные к продольной оси элемента трещины в растянутой зоне, допускается определять приближенным методом по формуле

. (73)

     6.13. Жесткость внецентренно-сжатых элементов постоянного сечения на участках, где образуются нормальные к продольной оси элемента трещины в растянутой зоне, с процентом армирования и допускается определять приближенным методом по формуле

. (74)

     В формулах (73) и (74):

     , и - коэффициенты, определяемые по табл.8 настоящих Рекомендаций в зависимости от величины ;

      - см. формулу (60);

      - расчетный изгибающий момент в наиболее напряженном сечении при достижении арматурой и бетоном расчетных сопротивлений, определяемый по п.6.3 настоящих Рекомендаций.

Таблица 8

	Значения коэффициентов

0,02	0,63	0,133	1,72
0,03	0,6	0,127	1,68
0,05	0,53	0,115	1,6
0,07	0,5	0,105	1,45
0,1	0,45	0,09	1,38
0,15	0,43	0,08	1,34
0,2	0,42	0,07	1,29
0,25	0,41	0,06	1,24

     Примечание. Для промежуточных значений коэффициенты , и определяются по интерполяции.


     6.14. В железобетонных элементах с трещинами в растянутой зоне допускается принимать постоянную приведенную жесткость по всей его длине, равной

, (75)

где - коэффициент приведения, равный:

; (76)

при допускается принимать =0;

      - определяется по п.6.6 настоящих Рекомендаций;

       - жесткость сечения элемента с трещинами в растянутой зоне в месте действия наибольшего изгибающего момента , определяемая по пп.6.10, 6.12 и 6.13 настоящих Рекомендаций;

       - жесткость сечения элемента без трещин, определяемая по п.6.9 настоящих Рекомендаций.

7. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

     Пример 1. Требуется определить усилия в наиболее напряженных сечениях в железобетонных крайних сваях температурного блока от воздействия температуры и влажности воздуха в процессе строительства здания.

     Длина температурного блока здания =24 м (рис.5). Сваи сечением 30х30 см из бетона марки М 300, Мрз 300, В-6. Армирование свай - из стали класса A-III, см (320AIII), защитные слои рабочей арматуры свай см.

Рис.5. Схема свайного фундамента

1 - фундаментная (обвязочная) балка; 2 - уровень земли; 3 - сваи; 4 - уровень сезонно-оттаивающего грунта

     Вертикальная расчетная нагрузка на сваю =60 тс. Ростверк монолитный в виде фундаментной (обвязочной) балки сечением 50х50 см. Сопряжение свай с ростверком шарнирное.

     Расстояние от поверхности грунта до нижней грани ростверка =1,2 м.

     Место строительства - г.Якутск.

     Грунт в месте строительства - суглинок тяжелый. Согласно табл.7 условное расчетное давление на талый грунт =1,2 кгс/см, на мерзлый грунт при <-10 °С. =15 кгс/см. Глубина сезонного протаивания глинистых грунтов для г.Якутска принимается равной =2,1 м (см. рис.3).

     Согласно табл.1 СНиП по строительной климатологии и геофизике, средняя температура наиболее холодной пятидневки в г.Якутске равняется минус 55 °С. Средняя относительная влажность воздуха в наиболее холодный месяц (январь), по табл.4 СНиП по строительной климатологии и геофизике, равна =73%.

     Расчетное изменение температуры для г.Якутска, согласно табл.6 настоящих Рекомендаций, принимается равным =75 °С.

     Определяем температуру сваи в плоскости действия наибольшего изгибающего момента (на глубине от поверхности земли, см. рис.1) по формуле (13).

     Предварительно по табл.А п.2.5 СНиП по строительной климатологии и геофизике определяем величину =-5,6 °С и по табл.7 настоящих Рекомендаций находим величину =20 °С:

°С.

     Расчетные сопротивления бетона марки М 300 сваи определяем по табл.11 и 13 СНиП II-21-75:

     =135 кгс/см; =170 кгс/см; =15 кгс/см.

     Начальный модуль упругости бетона сваи, подвергнутой тепловой обработке, по табл.18 СНиП II-21-75, =260 000 кгс/см.

     Определяем расчетное сопротивление бетона при сжатии в сечении сваи наибольшего изгибающего момента (на глубине от поверхности земли) для первоначального воздействия расчетной температуры =-24,5 °С.

     Коэффициент условий работы бетона при сжатии при расчете на первое замораживание определяется по формуле (2):

     Расчетные сопротивления бетона при сжатии будут равны:

кгс/см;

кгс/см.

     Нормативное сопротивление бетона растяжению и модуль упругости бетона сваи над поверхностью грунта для первоначального воздействия температуры (при действии расчетной зимней температуры, равной =-55 °С) определяется по формулам:

;

кгс/см;

;

кгс/см.

      Значения коэффициентов и определялись по табл.3 в зависимости от марки бетона по морозостойкости Мрз 300 и условий работы сваи по I группе конструкций.

     Коэффициент линейной температурной деформации бетона принимаем =10 град.

     Определяем величину относительной деформации бетона от усадки в фундаментной (обвязочной) балке согласно пп.4.2 и 4.5. Для этого по формуле (18) определяем приведенную высоту элемента:

см,

а по формуле (17) - относительную критическую влажность бетона:

     Среднюю относительную равновесную влажность определяем по формуле (19):

     Расчетное изменение относительной влажности бетона находим по формуле (16):

     Фундаментная (обвязочная) балка выполнена из тяжелого бетона естественного твердения, поэтому коэффициент усадки принимаем равным =0,03. Жесткость бетонной смеси 15-35 с, поэтому =1.

     Величину укорочения оси элемента от усадки бетона балки определяем по формуле

     Определяем перемещения верха крайних свай от воздействия температуры и влажности воздуха:

     для 1-го этапа работы фундамента (лето-осень) перемещения определяются по формуле (22):

см;

     для 2-го этапа работы фундамента (зима-весна) перемещения определяются по формуле (23):

см.

     Величины и определялись по формулам (11) и (12).

     Определяем величину изгибающего момента в сечении свай на глубине от поверхности грунта, который может воспринять свая при первом замораживании до =-24,5 °С и воздействия вертикальной нагрузки =60 тс.

     Высота сжатой зоны сечения по формуле (58) равна

см.

     В нашем случае величина изгибающего момента определяется по формуле (57):

     Определяем жесткости сечений свай, для чего вычисляем величины:

;

;

см;

см;

см;

см.

     Определяем жесткость сечений свай с трещинами в растянутой зоне.

     Поскольку в нашем случае >0,7% и , согласно п.6.13, жесткость сечений свай с трещинами определяем по формуле (74):

     Коэффициенты , , , входящие в формулу (74), определены в зависимости от =0,0564 по табл.8:

=0,51; =0,11; =0,55.

     Жесткость сечений свай без трещин вычисляем по формуле (67):

см·кгс.

Для определения приведенной жесткости сваи вычисляем момент сопротивления приведенного сечения относительно растянутой грани и момент появления трещин :

см;

кгс·см.

     Коэффициент приведения определяется по формуле (76):

     Приведенная жесткость сечений сваи определяется по формуле (75):

см·кгс.

     Определяем коэффициенты , учитывающие влияние окружающего грунта на деформацию свай от горизонтального усилия, вызванного воздействием температуры и влажности воздуха согласно п.5.1.

     Для этого определяем коэффициенты пропорциональности и деформации .

     Для 1-го этапа работы фундамента

     Величина (условное расчетное давление на талый грунт) принята по табл.7:

     Величина - условная ширина сваи принималась, согласно п.5.1, по формуле (30) равной

см.

     Величина коэффициента будет равна

     Определяем глубину (см. рис.1, а) от поверхности грунта до заделки сваи на 1-м этапе работы свай [см. формулу (26)]:

см,

     но не более см.

     Принимаем =126 cм.

     Для 2-го этапа работы фундамента.

     Величину определяем по формуле (32):

;

;

см.

     Определяем величины горизонтальных сил , возникающих в оголовках свай от перемещения верха свай от воздействия температуры и влажности и величин изгибающих моментов в месте заделки сваи при замерзании сезонно-оттаивающего грунта на расстоянии от поверхности грунта (рис.6):

     1-й этап работы фундамента:

тс;

тс·м.

Рис.6. Эпюры изгибающих моментов в сваях свайного фундамента от воздействия температуры
и влажности воздуха (к примеру 1)

а, б и в - то же, что и на рис.3

       2-й этап работы фундамента:

тс;

тс·м.

Расчетный изгибающий момент в наиболее напряженном сечении сваи на глубине от поверхности грунта, возникающий в результате воздействия низкой температуры, влажности воздуха и вертикальной нагрузки на сваю, равной =60 тс, будет равен

тс·м<=13,208 тс·м,

т.e. прочность сечения сваи обеспечена.

     Пример 2. Проверить прочность сечений в крайних сваях температурного блока здания, =36 м (схему свайного фундамента см. на рис.5) от воздействия температуры и влажности воздуха в процессе строительства при вертикальной нагрузке на сваю =60 тс.

     Сваи сечением 30х30 см из бетона марки М 300, Мрз 300, B-6. Армирование сваи из стали класса A-III, см (320AIII), защитные слои рабочей арматуры см.

     Ростверк из сборных железобетонных балок сечением 50х50 см. Сопряжение свай с ростверком шарнирное.

     Расстояние от поверхности грунта до нижней грани ростверка =1,2 м.

     Место строительства - г. Якутск.

     Глубина сезонного протаивания =2,1 м.

     Условное расчетное давление на талый и мерзлый грунты, расчетное изменение температуры , средняя относительная влажность в наиболее холодный месяц (январь), геометрические характеристики и жесткости сваи приняты соответственно такими же, как и в примере 1.

     Предельная величина изгибающего момента, который может воспринять свая при вертикальной расчетной нагрузке на сваю =60 тc, равна =13,208 тс·м (см. пример 1).

     Расчетное изменение относительной влажности бетона балок ростверка (см. пример 1).

     Железобетонные балки ростверка выполнены из тяжелого бетона, подвергнутого при изготовлении балок тепловой обработке, поэтому, согласно п.4.2, коэффициент усадки =0,025. Жесткость бетонной смеси 15-35 с, поэтому коэффициент, учитывающий удобоукладываемость бетонной смеси, =1.

     Определяем величину укорочения оси элементов ростверка по формуле

     Определяем перемещения верха крайних свай от воздействия температуры и влажности воздуха по формулам (22) и (23), с учетом коэффициента податливости сопряжений в узлах свай с ростверком, =0,9:

     для 1-го этапа работы фундамента (лето-осень)

см;

     для 2-го этапа работы фундамента (зима-весна)

см.

     Определяем величины горизонтальных сил , возникающих в оголовках крайних свай от перемещения верха свай от воздействия температуры и влажности воздуха и величины изгибающих моментов в месте заделки сваи при замерзании сезонно-оттаивающего грунта (на расстоянии от поверхности грунта) (рис.7):

     1-й этап работы фундамента:

тс;

тс·м.

     2-й этап работы фундамента:

тс;

тс·м.

Расчетный изгибающий момент в наиболее напряженном сечении сваи на глубине от поверхности грунта, возникающий в результате воздействия низкой температуры, влажности окружающей среды на сваю, равной =60 тс, будет равен (см. рис.7):

тс·м<=13,208 тс·м,