Основания и фундаменты: Методические указания по использованию ЭВМ в курсовом и дипломном проектировании

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный технический университет.

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ Методические указания по использованию ЭВМ в курсовом и дипломном проектировании

Составитель С. А. Пьянков

Ульяновск 2003

УДК 551 (076) ББК 38.58я7 Основания и фундаменты: Методические указания по использованию ЭВМ в курсовом и дипломном проектировании / Сост. С. А. Пьянков. – Ульяновск: УлГТУ, 2003. –11 с. Указания составлены в соответствии с типовой программой курса «Основания и фундаменты» и предназначены для студентов специальности 290300 всех форм обучения. Материал подготовлен на кафедре «Строительные конструкции». УДК 551 (076) ББК 38.58я7

Рецензент Е. Ф. Сидоров, заместитель директора Средневолжского филиала ЦНИИОМТП

Одобрено секцией методических пособий научно-методического совета университета

Учебное издание ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ Методические указания по использованию ЭВМ в курсовом и дипломном проектировании. Составитель Пьянков Сергей Анатольевич Редактор Н.А. Евдокимова ___________________________________________________________ Подписано в печать 15.03.2003. Формат 60×84/16. Уч. -изд. л. 0,50. Усл.печ.л. 0,70. Тираж 150 экз. Ульяновский государственный технический университет 432027, г. Ульяновск Северный Венец, 32 Типография УлГТУ. 432027, г. Ульяновск Северный Венец, 32

© Оформление. УлГТУ, 2003

3 ВВЕДЕНИЕ В практике проектирования оснований и фундаментов все большее значение приобретает применение средств вычислительной техники. При этом используются электронные учебные пособия (ЭУП) в форме файлов помощи (Help-файлов), отдельные прикладные программы, комплексы программ и системы автоматизации проектных работ (САПР). Внедрение в практику указанных программных средств позволяет существенно сократить сроки проектирования, снизить себестоимость проектов, повысить качество и эффективность капиталовложений. Среди наиболее известных программных средств, применяемых для автоматизации проектирования оснований и фундаментов, можно выделить: программы обработки результатов инженерно-геологических изысканий; программы автоматизации расчетов фундаментов различных типов по методикам, реализующим рекомендации строительных норм; программы, обеспечивающие возможность решения задач механики грунтов, оснований и фундаментов на основе нелинейных математических моделей. 1. РАБОТА С ЭЛЕКТРОННЫМ СПРАВОЧНЫМ МАТЕРИАЛОМ Одной из возможностей использования ЭВМ в курсовом и дипломном проектировании является работа с электронными учебными пособиями. В состав комплекса учебных пособий по дисциплине «Основания и фундаменты» входят два разработанных на кафедре «Строительные конструкции» электронных учебных пособия «Фундамент-1» и «Фундамент-2». «Фундамент-1» Пособие содержит примеры расчета и конструирования фундаментов мелкого заложения. Основные разделы пособия: 1. Определение физико-механических свойств и классификация грунтов. 2. Определение глубины заложения фундаментов. 3. Определение размеров подошвы фундамента. 4. Проверочные расчеты фундаментов. 5. Определение осадки фундамента методом послойного суммирования. 6. Приложения. «Фундамент-2» Пособие содержит примеры расчета и конструирования фундаментов мелкого заложения. Основные разделы пособия: 1. Общие положения. 2. Исходные данные для проектирования. 3. Последовательность расчета и проектирования. 4. Определение глубины заложения ростверка.

4 5. Выбор типа свайного фундамента. 6. Выбор предварительных размеров сваи и оценка условий ее работы в грунтовом массиве. 7. Определение несущей способности свай. 8. Определение числа свай в фундаменте и размещение их в плане ростверка. 9. Расчет свайных фундаментов и их оснований по деформациям. 10. Приложения. Порядок работы с учебными пособиями Просмотр готового электронного пособия осуществляется автоматически с помощью программы Winhelp, входящей в операционную систему Windows. Если запуск программ осуществляется с жесткого диска компьютера, необходимо запустить исполняемые файлы необходимой программы: - для программы «Фундамент-1»- файл fundament.hlp; - для программы «Фундамент-2»- файл fundament2.hlp; - для программы «PILE» - файл pile.exe. В случае работы с индивидуальной дискетой необходимо найти указанные программы в файловой структуре дискеты и запустить их. Перемещение по разделам и управление справочным пособием может

Рис. 1. Вид основного меню пособия «Фундамент-1»

5 осуществляться как с клавиатуры (клавиши со стрелками), так и мышью. При запуске электронного пособия на экране появляется основное меню (рис.1), отображающее основные разделы. При щелчке мышью по любому из разделов появляется либо содержание раздела, если он состоит из нескольких частей, либо непосредственно справочная информация с соответствующими формулами, текстовым пояснением и рисунками. Информацию по каждому из разделов можно считывать непосредственно с экрана или напечатать на принтере для получения бумажной копии. 2. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС «ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ» Состав комплекса. Характеристики программ В состав программного комплекса входят программы по расчету фундаментов мелкого заложения, свайных фундаментов, а также расчета свай при ударном нагружении. Комплекс разработан на кафедре «Строительные конструкции» УлГТУ и предназначен в основном для расчета задач, решаемых студентами на практических занятиях по предмету «Основания и фундаменты», а также для использования при выполнении курсовых и дипломных проектов по предмету. Комплекс разработан с учетом требований нормативной литературы, в частности СНиП 2.02.01-83* [4] и СНиП 2.02.03-85 [5], и может найти применение в решении также и практических задач расчета и проектирования фундаментов. Комплекс состоит из трех программ, каждая из которых решает локальную расчетную задачу: - «FUND» - программа по расчету фундаментов мелкого заложения; - «FUND+» - программа по расчету свайных фундаментов; - «PILE» - программа по расчету свай при ударном нагружении. Программы работают автономно друг от друга, и пользователь, в зависимости от специфики решаемой задачи, может принять в расчете как одну, так и несколько программ комплекса. Аппаратные требования комплекса минимальны и позволяют работать на компьютере практически любой конфигурации. Каждая программа комплекса имеет графический интерфейс, поясняющий ввод исходных данных при решении задач. Порядок работы с программами комплекса «Основания и фундаменты» Комплекс «Основания и фундаменты», как правило, установлен на компьютерах ИВЦ строительного факультета в директории OIF диска С:. В случае, если комплекс не установлен или поврежден, следует обратиться к дежурному оператору ИВЦ или преподавателю, ведущему занятия. Если запуск программ осуществляется с жесткого диска компьютера из ка-

6 талога OIF, необходимо запустить исполняемые файлы необходимой программы: - для программы «FUND» - файл fund.exe; - для программы «FUND+» - файл fund_plus.exe; - для программы «PILE» - файл pile.exe. Запуск может производится как непосредственно из операционной системы (WINDOWS), так и из любого файлового менеджера (Norton Commander, Windows Commander, FAR и т.п.). В случае работы с индивидуальной дискетой необходимо найти указанные программы в файловой структуре дискеты и запустить их. В дальнейшем управление передается соответствующей программе комплекса, и при работе следует в диалоговом режиме выполнять запросы и следить за информационными сообщениями, появляющимися на мониторе. Структурно каждая программа комплекса состоит из блока ввода исходных данных, расчетного блока и блока формирования отчета. Блок ввода исходных данных позволяет в режиме диалога сформировать исходные данные для расчета конструкции и создать файл отчета, в котором пользователь имеет возможность ввести необходимые комментарии к решаемой задаче. Название файла отчета задает пользователь. При этом расширение файла отчета формируется автоматически, в полном виде оно формируется по схеме: «название файла».fun (рис. 2). Если пользователь не задал название файла или задал его неправильно, результаты расчета сохраняются в файле default.fun, который в каждом подобном случае обновляется, поэтому не рекомендуется записывать, таким образом, результаты расчета, которые нужно сохранить на тот или иной срок. Формирование исходных данных для расчета происходит в диалоговом режиме с использованием системы меню и пояснительной информации. В расчетном блоке реализованы алгоритмы расчета фундаментов.

Рис.2. Окно выполнения программ

7 Блок формирования отчета заполняет файл отчета, где в текстовом формате заносятся исходные данные задачи, результаты расчета и необходимые комментарии пользователя. Полученный файл отчета может быть распечатан в любом текстовом редакторе или переписан на дискету. РАБОТА В ДИАЛОГОВОМ РЕЖИМЕ Пользователь может активно вмешиваться в процесс расчета фундамента. Определение размеров фундаментов осуществляется методом последовательного перебора размеров, кратных 150 мм и не выходящих за рамки заданного отношения сторон. На каждом шаге подбора пользователь сам может задавать размеры фундамента, исходя из результатов предыдущего шага и собственного опыта. Если пользователя не устраивают принципы оптимизации, заложенные в программе, то он может отказаться от оптимизации или провести ее сам. Следует иметь в виду, что размеры фундамента, задаваемые пользователем, принимаются программой только в том случае, если обеспечиваются все проверки, заложенные в программу. В противном случае пользователю предоставляется возможность сделать еще попытку. Работа в диалоговом режиме проходит в форме вопросов и ответов и не требует дополнительных пояснений. 2.1 Программа «FUND» Программа представляет собой интегрированную среду для расчета фундаментов мелкого заложения, определения размеров подошвы фундамента, вычисляет деформации основания. Работа с программой осуществляется в диалоговом режиме. Порядок работы с программой I этап. Ввод исходных данных (рис.3). Создание модели фундамента. При работе с программой необходимо последовательно ввести такие исходные данные: - усилия на обрезе фундамента (вертикальную силу, момент и поперечную силу); - инженерно-геологические условия (количество пластов грунта, мощность пластов, физико-механические свойства грунтов, в том числе значение расчетного сопротивления грунта - R0); - расчетные параметры фундамента и необходимые коэффициенты и данные для расчета (глубину заложения фундамента, наличие в здании подвала, тип фундамента (отдельный или ленточный), необходимое соотношение размеров фундамента (для внецентренного нагружения), коэффициенты для определения расчетного сопротивления грунта основания, значение максимально допустимой осадки).

8 II этап. Подбор подошвы фундаментов. Программно предлагается точное минимально необходимое значение ширины подошвы. (Для внецентренно нагруженного фундамента – также и значение длины подошвы). Пользователь может сам ввести желательное для него значение ширины фундамента. Если не изменять значение ширины, то программно будет подобран следующий размер из текущей номенклатуры. Осадки на этом этапе не рассчитываются. III этап. Проверка запроектированного основания по 1-й и 2-й группам предельных состояний. Рассчитываются осадки и величина сжимаемой толщи для каждого участка фундамента без учета влияния соседних фундаментов. IV этап. Вывод результатов. Информация выводится на экран монитора, а также сохраняется в текстовом формате в файлы расширением fun. Полученная информация может быть выведена на принтер. V этап. Вариантное проектирование. Изменение модели фундамента и перерасчет. В качестве изменяемых параметров приняты следующие: − изменение глубины заложения фундамента (при необходимости изменения несущего слоя грунта); − ручное изменение размеров подошвы фундамента; − изменение необходимого соотношения размеров фундамента (для внецентренного нагружения).

Рис. 3. Ввод необходимых данных при работе с программой «FUND»

9 Программа «FUND+» Программа предназначена для расчета свайных фундаментов, определения несущей способности свай, количества свай и размеров ростверка, вычисляет параметры условного фундамента и производит расчет свайного фундамента по второй группе предельных состояний (по деформациям). Работа с программой осуществляется в диалоговом режиме. Порядок работы с программой I этап. Ввод исходных данных. Создание модели фундамента. При работе с программой необходимо последовательно ввести следующие исходные данные: - усилия на обрезе фундамента (вертикальную силу, момент и поперечную силу); - инженерно-геологические условия (количество пластов грунта, мощность пластов, физико-механические свойства грунтов); - основные параметры свайного фундамента а также необходимые коэффициенты и данные для расчета (глубину заложения ростверка, длину и размеры поперечного сечения свай, тип свайного фундамента (отдельный или ленточный), необходимое соотношение размеров фундамента (для внецентренного нагружения), коэффициенты для определения несущей способности свай, значение максимально допустимой осадки). II этап. Подбор размеров свайного фундамента. Программно предлагается точное минимально необходимое количество свай. Пользователь может сам ввести желательное для него значение расстояния между осями свай, в противном случае принимаются значения по умолчанию. Производится проверка по фактической нагрузке. Осадки на этом этапе не рассчитываются. III этап. Расчет параметров условного фундамента, проверка запроектированного основания по 1-й и 2-й группам предельных состояний. Рассчитываются осадки и величина сжимаемой толщи для каждого участка фундамента без учета влияния соседних фундаментов. IV этап. Вывод результатов. Информация выводится на экран монитора, а также сохраняется в текстовом формате в файлы расширением fun. Полученная информация может быть выведена на принтер. V этап. Вариантное проектирование. Изменение модели свайного фундамента и перерасчет. В качестве изменяемых параметров приняты следующие: − изменение длины и размера поперечного сечения свай; − ручное изменение количества свай в ростверке; − изменение необходимого соотношения размеров фундамента (для внецентренного нагружения).

10 Программа «PILE» Программа предназначена для расчета свай при ударном нагружении и может найти применение при расчетах свай при назначении требуемых режимов погружения при прохождении плотных слоев грунта и назначении параметров сечения свай. Программа зарегистрирована в Российском агентстве по патентам и товарным знакам [1]. Порядок работы с программой I этап. Ввод исходных данных (рис. 4). Создание модели удара молота по свае. При работе с программой необходимо последовательно ввести такие исходные данные: - параметры молота (ударную массу, начальную координату и предударную скорость ударной массы); - инженерно-геологические условия (плотность грунта, глубину плотного слоя); - основные параметры свай (длину и размеры поперечного сечения, скорость звука в материале свай). II этап. Построение модели напряженно-деформированного состояния сваи при ударном нагружении. III этап. Вывод результатов расчета (напряжения, деформации и перемещения различных сечений сваи). Информация выводится на экран монитора, а также сохраняется в текстовом формате в файлы расширением fun. Полученная информация может быть выведена на принтер. IV этап. Вариантное проектирование. Изменение условий нагружения свай и перерасчет.

Рис. 4. Ввод необходимых данных при работе с программой «PILE»

11 Информация выводится на экран монитора, а также сохраняется в текстовом формате в файлы расширением fun. Полученная информация может быть выведена на принтер. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Кроме указанных программ, для расчета фундаментов при работе над дипломным проектом студенты могут воспользоваться приобретенным программным комплексом расчета конструкций на прочность «Мираж» [2], который позволяет выводить результаты расчета на принтер или сформировать DXF-файл для последующего вывода средствами системы AutoCAD. Система AutoCAD может использоваться для подготовки чертежей отдельных фундаментов, планов фундаментов и вариантного проектирования при работе над курсовыми проектами и в дипломном проектировании. Технологию автоматизированного проектирования в среде универсальной графической системы AutoCAD студенты проходят на кафедре САПР [3]. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Программа «PILE» по расчету свай при ударном нагружении. Зарегистрировано в Российском агентстве по патентам и товарным знакам. Свидетельство №990892 от 9.12.99 / Авторы В. К. Манжосов, С. А. Пьянков 2. У. А. Ямлеев, В. В. Карсункин, Строительные конструкции. Системы автоматизированного проектирования (САПР): Методические указания к практическим занятиям по курсу ЖБК. Ульяновск: УлГТУ, 2002. 3. Системы автоматизированного проектирования AutoCAD. Сборник лабораторных работ (части 1 и 2). Ульяновск: УлГТУ, 2002. 4. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1985. 5. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. М.: Стройиздат, 1986.