Заметки инженера-строителя Блог проектировщика: Что такое гибкие и жесткие фундаменты. В чем разница между ними

   Фундаменты по жесткости (по характеру работы под нагрузкой) подразделяют на:

      – жесткие (не изгибающиеся) (не деформируемые)

   Жесткие фундаменты – это фундаменты, имеющие такую форму и размеры, при которых их подошва практически не изгибается 

   (тела таких фундаментов воспринимают, в основном, сжимающие усилия), и, как следствие, влияние изгиба на распределение контактных давлений по подошве такого фундамента практически исключено.

  
(Растягивающие и скалывающие напряжения в них отсутствуют или настолько малы, что ими можно пренебречь, а также принимается, что реактивное давление по подошве жестких фундаментов
определяется без учета их изгиба, ввиду его отсутствия или малости)

  
Деформации изгиба у таких фундаментов практически отсутствуют и осадки таких фундаментов определяются только влиянием сжимаемости основания под
передаваемой фундаментом нагрузкой.

      – гибкие (изгибающиеся) (деформируемые)

   Гибкие фундаменты – это фундаменты, имеющие такие форму и размеры, при которых их подошва изгибается 

    (тела таких фундаментов работают на сжатие с изгибом), и, как следствие, присутствует влияние изгиба фундамента на распределение контактных давлений (распределение напряжений в плоскости подошвы) и осадки.

   Деформации изгиба гибких фундаментов того же порядка, что и осадки этого же фундамента (деформации их изгиба и осадки определяются совместным влиянием
гибкости фундамента и сжимаемости основания).

   Гибкие (деформируемые) фундаменты – фундаменты, работающие на сжатие с изгибом (испытывающие как сжимающие, так и растягивающие и скалывающие напряжения), изгибающиеся при восприятии нагрузки в одном или
обоих направлениях подошвы.

   Деформации изгиба гибких фундаментов того же порядка, что и осадки
этого же фундамента (деформации определяются совместным влиянием
гибкости фундамента и сжимаемости основания).

   Реактивные давления по подошве определяются исходя из совместной
работы фундамента и основания и зависят от прогиба фундамента.

   В соответствии с тем, является фундамент жестким или гибким, и выбирают методику расчета как основания, так и конструкции самого фундамента.

Подробнее:

Жесткие фундаменты

   Жесткие фундаменты следует рекомендовать в тех случаях, когда грунты
основания относительно прочные, нагрузки на подошву относительно невелики, а также когда число уступов (ступеней) отдельных и ленточных фундаментов не превышает двух – трех (ввиду угла жесткости).

   Жесткие фундаменты выполняют из бутовой кладки, кирпича, бутобетона и бетона.

   К жестким фундаментам могут быть отнесены
ленточные фундаменты большого поперечного сечения и сравнительно малой
длины, нагруженные колоннами (при небольших расстояниях между ними).

   
Монолитные ленточные и отдельные фундаменты проектируют как жесткие,
обычно имеющие ступенчатое очертание сечения (с уступами), определяя высоту hy и ширину by уступов
с помощью угла жесткости α (угла распределения давления в
материале фундамента).

   По углу жесткости определяют возможные размеры жестких
фундаментов из выбранного материала (с учетом заданной
глубины заложения и предполагаемого
давления на грунт),
при которых возникающие в его теле скалывающие усилия не превышают предельных значений.

   Практически установлено, что фундамент работает как жесткое тело,
когда все его горизонтальные сечения лежат в пределах трапеции,
образованной линиями распределения давлений (наклоненных под углом жесткости).

   Грани гибких фундаментов могут быть наклонены к вертикали под любым
углом, так как растягивающие и скалывающие усилия, возникающие при
изгибе, воспринимаются арматурой, укладываемой в растянутой зоне.  

   Угол жесткости зависит от материала фундамента и составляет 25°–40° для каменных материалов и 45° для бетона и железобетона.

   После определения размеров жесткого фундамента в плане и размеров его поперечного сечения, рассчитывают распределение напряжений в плоскости подошвы как для сооружений бесконечной жесткости (контактные напряжения).

   При симметричной
нагрузке и согласованном напластовании осадка абсолютно жесткого фундамента будет равномерной. При этом фундамент встретит значительное
сопротивление от грунта в краевых зонах, т.е.
возникнет более интенсивное давление на этих участках.

   В
слоистом основании с выклинивающимися слоями различной сжимаемости
внецентренно приложенная нагрузка может увеличить или уменьшить крен жесткого фундамента.

   (При слабых грунтах и больших нагрузках на подошву жесткие фундаменты
вследствие малого угла распространения давления в материалах, из которых они изготовляются, получаются большой ширины, глубокими, имеют
большой вес и становятся экономически невыгодными.

   Поэтому при слабых грунтах или при больших нагрузках на подошву рекомендуются гибкие фундаменты, так как они способны
работать на изгиб и распределять нагрузку от веса здания на необходимую (расчетную) ширину основания. При этом их не нужно заглублять более глубины промерзания.)

   Так как в жестких фундаментах учитываются только напряжения сжатия, то расчет их прочности сводится к проверке сжимающих напряжений.

   При расчете абсолютно жесткого фундамента его заделку в грунте учитывают, исходя из тех же предпосылок, которые были приняты в расчете столбчатых фундаментов конечной жесткости. Грунт рассматривают как тело, упругие свойства которого характеризуются коэффициентом постели, линейно возрастающим по глубине.

Гибкие (деформируемые) фундаменты

   Гибкие фундаменты работают совместно со сжимаемым основанием и рассчитываются на прочность при изгибе с учетом деформаций основания. 

   Гибкие фундаменты применяются при малой прочности грунтов основания или при больших нагрузках на подошву.

   (При слабых грунтах и больших нагрузках на подошву жесткие
фундаменты
вследствие малого угла распространения давления в материалах, из
которых они изготовляются, получаются большой ширины, глубокими, имеют
большой вес и становятся экономически невыгодными.

   Поэтому при слабых грунтах или при больших нагрузках на подошву
рекомендуются гибкие фундаменты, так как они способны
работать на изгиб и распределять нагрузку от веса здания на необходимую
(расчетную) ширину основания. При этом их не нужно заглублять более
глубины промерзания.)

   Гибкие фундаменты изготовляются, в основном, из железобетона, чтобы воспринимать не только сжимающие, но и растягивающие усилия при изгибе. (так как он способного работать на растяжение и скалывание (изгиб)).

   К гибким фундаментам могут быть отнесены ленточные фундаменты большой
длины, нагруженные колоннами, расположенными на значительных
расстояниях, железобетонные плиты, фундаменты из перекрестных лент,
коробчатые фундаменты, кольцевые фундаменты дымовых труб.

Отличия гибких и жестких фундаментов:

1) Деформации изгиба гибких фундаментов того же порядка, что и осадки
этого же фундамент, у жестких фундаментов они практически отсутствуют.

2) Жесткие фундаменты проектируют таким образом, чтобы их горизонтальные сечения лежали в пределах трапеции, образованной линиями распределения давлений (наклоненных под углом жесткости). Грани гибких фундаментов могут быть наклонены к вертикали под любым
углом, так как растягивающие и скалывающие усилия, возникающие при
изгибе, воспринимаются арматурой, укладываемой в растянутой зоне. 

(подробнее см. выше)

3) К гибким (деформируемым) фундаментам могут быть отнесены фундаменты по следующему критерию: при отношении их высоты к
их длине менее 1/3

    h /ℓ > 1 / 3 – абсолютно жёсткие фундаменты (при распределении давлений в пределах углов жесткости)
h /ℓ < 1 / 3 – гибкие фундаменты

      где h – высота фундамента; ℓ – длина фундамента.