In Foundation Engineering ist es eine häufige Voraussetzung, um die Lagerkapazität des Bodens zu berechnen, um die auf den Boden angewendeten Lasten zu unterstützen. Die Lagerkapazität des Bodens ist seine Fähigkeit, Scherversagen und übermäßige Besiedlung unter Lagerdrucken durch Fundamente zu widerstehen.

Die Lagerkapazität von flachen Fundamenten auf dem Boden hängt hauptsächlich von den folgenden Faktoren ab:

• Lagerbreite (B.)
• Länge der Lagerfläche (L.)
• Zusammenhalt des Bodens (C')
• Bodinner -Reibungswinkel (Phi)
• Gewicht der Bodeneinheit (γ )
• Lastneigung oder Momente, die auf die Struktur angewendet werden
• Basis oder Bodenneigung
• Vorhandensein von Wasserspiegel

Das Versagen der Lagerkapazität kann sich je nach den Bodenbedingungen und der Fundamentgeometrie auf drei verschiedene Arten entwickeln. Die Fehlermodi sind:

• Stanzschere (tritt für Böden auf, die locker oder weich sind)
• Lokales Scherversagen (tritt für Böden auf, die mittel dicht oder fest sind)
• Allgemeines Scherversagen (tritt für Böden auf, die dicht oder hart sind)

Ein Fundament ist das strukturelle Element, das die Last eines Gebäudes oder einer Struktur auf den Boden überträgt, Gewährleistung von Stabilität und Verhinderung einer übermäßigen Siedlung, Kippen, oder zusammenbrechen.

Fundamente können weitgehend in flache und tiefe Typen eingeteilt werden, Abhängig von der Tiefe, in der sie relativ zur Bodenoberfläche platziert werden, und der Methode zur Lastübertragung. Sie können über verschiedene Arten von Fundamenten lesen in diesem Beitrag.

Die auf dieser Seite diskutierte Lagerkapazitätstheorie gilt insbesondere für flache Fundamente. Nach Terzaghi, flache Fundamente sind solche. Andere Untersuchungen haben vorgeschlagen, dass Grundlagen mit einer Tiefe von Tiefe von 3 zu 4 mal die Breite des Fundaments kann auch als flach angesehen werden (DAS).

Die ultimative Lagerkapazität des Bodens ist der Lagerdruck, den er vor dem Versagen standhalten kann, ohne die Sicherheitsfaktoren zu berücksichtigen.

Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Methoden zur Berechnung der Lagerkapazität entwickelt. Diese Methoden basieren auf Tests und mit der Zeit wurden mehr Parameter zu der allgemeinen Lagerkapazitätsgleichung hinzugefügt, um Effekte zu berücksichtigen, die die Lagerkapazität einer Stiftung verringern oder erhöhen können.

Da dies alles Schätzmethoden einer Bodenlagerkapazität sind, ist keine notwendigerweise richtig oder falsch und sie sind alle nützlich, um die Berechnungen der Lagerkapazität zu überprüfen. In Fällen, in denen Lastneigungen oder Neigungen in der Basis der Struktur vorhanden sind, Es kann besser geeignet sein, eine Methode zu verwenden, die aufgrund dieser Auswirkungen Reduzierungen berücksichtigen kann.

Die häufigsten Methoden der Lagerkapazität, die zur Abschätzung der Lagerkapazität verwendet werden können, sind:

• p-Delta-Effekte
• Meyerhoff
• Hansen
• Vesic

Finite -Elemente -Analyse kann auch ein geeignetes Instrument sein, um die Lagerkapazität des Bodens abzuschätzen, aber es erfordert häufig viele zusätzliche Parameter, wie z..

Um die verschiedenen Methoden und ihre Empfindlichkeit mit einem bestimmten Parameter zu vergleichen, können wir eine Sensitivitätsanalyse durchführen. Beispiel. Basierend auf dem Diagramm können wir dann auswählen, welcher Wert für die endgültige Lagerkapazität am besten geeignet ist.

Es gibt viele verschiedene Berechnungsmethoden zur Berechnung der Lagerkapazität eines Bodens. Die Verwendung von ersten Prinzipien ist im Vergleich zu beobachteten Ergebnissen zu konservativ, so dass im Laufe der Jahre mehrere empirische Modelle auf der Grundlage der Tests erstellt wurden. Eine Beschreibung einiger der häufigsten Methoden finden Sie unten:

1. Terzaghi -Methode

Die Methode von Terzaghi ist ein weit verbreiteter klassischer Ansatz, der die Bodenlagerkapazität basierend auf empirischen Formeln unter Berücksichtigung des Bodentyps schätzt, Breite, und Tiefe des Fundaments.

2. Meyerhof -Methode

Die Methode von Meyerhof erweitert den Ansatz von Terzaghi, indem sie Form einbezieht, Tiefe, und Lastneigungfaktoren, eine raffiniertere Berechnung der Bodenlagerkapazität anbieten.

3. Hansen -Methode

Die Methode von Hansen verfeinert die Berechnung der Lagerkapazität weiter, indem zusätzliche Faktoren wie Steigung und Exzentrizität der Belastung berücksichtigt werden, Damit es für komplexe Bodenbedingungen geeignet ist.

4. Vesic -Methode

Die Vesic -Methode ist der früheren Hansen -Methode mit geringfügigen Änderungen sehr ähnlich.

5. Eurocode -Methode

Die im Anhang D des Eurocode vorgestellte Methode ist ebenfalls als alternativer Ansatz zur Lagerkapazität enthalten. Diese Methode ist eine geringfügige Variation der Hansen- und Vesic -Methoden.

Alle Methoden sind Schätzungen der Bodenlagerkapazität, und es ist notwendigerweise keine Methode "mehr" richtig als die anderen. Jeder Benutz. Bei der Entscheidung zu helfen, Der Skyciv -Lagerkapazitätsrechner kann eine Empfindlichkeitsanalyse durch eine bestimmte Variable wie die Tiefe durchführen, Breite oder Bodenstärkeparameter.

Die Terzaghi -Lagerkapazitätstheorie war die erste umfassende Theorie zur Berechnung der Lagerfähigkeit flacher Fundamente und ist heute noch weit verbreitet..

Die Formel von Terzaghi berechnet die endgültige Lagerkapazität (Das) einer Stiftung, Einbeziehung von Bodenfestigkeitsparametern wie Zusammenhalt, Gewichtseinheit, und der Winkel der inneren Reibung. Die allgemeine Gleichung für einen Streifenbund ist:

• q_u= c n_c+Q n_q+0.5 C b n_γ

wo:

• C ist der Zusammenhalt des Bodens,
• q ist der überlastende Druck oder Zuschlag auf Fundamentebene,
• γ ist das Einheitsgewicht des Bodens,
• B ist die Breite des Fundaments,
• N._c, N._q, und N_γ sind die Lagerkapazitätsfaktoren, die vom Reibungswinkel des Bodens abhängen (φ).

Verwenden Sie die Theorie von Terzaghis, lassen Sie uns die folgenden Fundamentdetails berücksichtigen:

• Foundation Breite ist 0.5 Mio.
• Bodenbasis ist Sand mit einem Zusammenhalt von 0 kPa, Reibungswinkel von 30 Grad und Einheitsgewicht von 18 kN / m3
• Fundamenttiefe ist 0 Mio.

Zuerst, Wir können einen Tisch nachschlagen, um Terzaghis Lagerkapazitätsfaktoren für einen internen Reibungswinkel von zu erhalten 30 Grad. Davon, Wir bekommen das NC = 37.16, Nq = 22.46 und n & ggr; = 19.13.

Wir können dann unsere Werte in die Lagerkapazitätsgleichung anschließen

das = 0 * 37.16 + 0 * 22.46 +0.5 * 18 * 0.5 * 19.13 = 86 kPa

Wir können diese Berechnung mit dem Skyciv -Lagerkapazitätsrechner viel schneller ausführen, da wir keine Werte aus Tabellen nachschlagen oder die Werte selbst kombinieren müssen. Dies gilt mehr mit den anderen Methoden zur Lagerkapazität wie der Meyerhof -Lagerkapazität, die zusätzliche Parameter enthält.

Eine der einfachsten Möglichkeiten, die Lagerkapazität eines Fundamente zu erhöhen, ist die Erhöhung der Grundabmessungen, um die Belastung besser zu verteilen.

Die Verdoppelung einer Fundamentbreite kann die Lagerkapazität verdoppeln, aber gleichzeitig bedeutet auch, dass jede Punktlast über einen größeren Bereich verteilt wird, Dadurch verringern Sie den von der Struktur ausgeübten Lagerdruck. So erhöhen Sie eine Fundamentbreite um einen Faktor von 2 Kann zu einem 4 -fach -Nutzungsvorteil führen.

Andere gemeinsame Methoden zur Erhöhung der Lagerkapazität können beinhalten:

• Entfernen Sie ungeeignetes Material aus dem Fundament und platzieren die technische Füllung (Kann die Materialeigenschaften erhöhen und die Unsicherheit bei Materialparametern verringern)
• Setzen Sie den Boden tiefer in den Boden (Das Gewicht des angrenzenden Bodens hilft dem Versagen des Lagerns)
• Grundniveau, wenn es ungleichmäßig ist (kann Reduktionsfaktoren entfernen, die für einen ungleichmäßigen Boden erforderlich sind)
• Verwenden einer Rolle zum kompakten Material unter einem Fundament (kann die Materialeigenschaften erhöhen)

Eine andere geeignete Lösung könnte darin bestehen, den Skyciv -Lagerkapazitätsrechner zu verwenden, der bei Berechnungen keinen konservativen Ansatz verfolgt, sondern die Lagerkapazität mit einer hohen Genauigkeit berechnet. Durch die Beurteilung verschiedener Lagerkapazitätsmethoden und Entwurfsmethoden kann der Designer die am wenigsten konservativ geeignete Methode auswählen.

Die endgültige Lagerkapazität sollte reduziert werden, um die Variabilität der Bodenfestigkeit zu berücksichtigen. Abhängig vom Standard kann diese Reduzierung angewendet werden, indem entweder ein einzelner geotechnischer Reduktionsfaktor verwendet wird (AS 5100, Eurocode 7 DA2) oder durch Reduzieren verschiedener Bodenfaktoren getrennt und diese zur Berechnung der Lagerkapazität (AS 4678, Eurocode 7 DA1-2, DA3). Dies ist die Konstruktionskapazität.

Belastungen werden dann gemäß den Konstruktionsstandards mit der Konstruktionslagerkapazität berücksichtigt.

Die Konstruktionslagerkapazität wird im Grenzzustandszustandsdesign verwendet (Während Last- und Widerstandsfaktordesign) oder Last- und Widerstandsfaktordesign (LRFD).

Die Berechnungen für die Konstruktionslagerkapazität hängen von dem verwendeten Standard ab.

Wo Materialverringerungsfaktoren verwendet werden (AS 4678, Eurocode 7 DA1-2, DA3) Diese werden zuerst auf die Bodenparameter angewendet, bevor andere Berechnungen stattgefunden haben. Die Konstruktionslagerkapazität kann dann mit Methoden wie der Lagerkapazitätsberechnungen von Terzaghi berechnet werden.

Alternative, Wenn Materialverringerungsfaktoren sind 1 Und wir haben einen einzigen Faktor, um unsere Lagerkapazität zu verringern, indem wir einfach die endgültige Lagerkapazität berechnen und mit unserem geotechnischen Reduktionsfaktor multiplizieren können (AS 5100) Oder teilen Sie es durch unseren Teilsicherheitsfaktor (EC7 DA2).

Nehmen wir die unwirksamen Eigenschaften aus unserem vorherigen Beispiel mit einem c '= nimm uns aus unserem vorherigen Beispiel 0 kPa, Φ '= 30 Grad und γ = 18 KN/M3 und berechnen Sie die Konstruktionslagerkapazität basierend auf den folgenden teilweisen Sicherheitsfaktoren, wie von M2 von EC7 definiert:

• γ _Φ = 1.25
• γ _C' = 1.40
• γ _γ = 1.00

Wir können unsere Entwurfsbodeneigenschaften als c '= berechnen 0 kPa, Φ '= 30 Grad und γ = 18 kN / m3

• φ '= tan-1( bräunen(30) / 1.25) = 24.8 Grad
• c '= 0 * 1.40 = 0 kPa
• γ = 1.00 * 18 = 18 kN / m3

Wir können dann die Lagerkapazitätsfaktoren von Terzaghi nach einem inneren Reibungswinkel nachschlagen 24.8 Grad. Daraus bekommen wir das NC = 24.75, Nq = 12.43 und n & ggr; = 9.46.

Wir können dann unsere Werte in die Lagerkapazitätsgleichung anschließen

• q_d = 0 * 24.75 + 0 * 12.43 +0.5 * 18 * 0.5 * 9.46 = 42.6 kPa

Wenn wir stattdessen keine materiellen Reduktionsfaktoren hätten, sondern einen einzigen Faktor, um unsere Lagerkapazität zu verringern 86 KPA zuerst wie zuvor.

Für das as 5100.3 Berechnung, Wir könnten dann mit unserem geotechnischen Reduktionsfaktor φg vermehren . Ein Träger, Wenn wir einen geotechnischen Reduktionsfaktor von hatten 0.5 Wir würden eine Designlagerkapazität bekommen als:

• q_d = f_G * q_u = 0.5 * 86 = 43 kPa

Für die EC7 DA2 -Berechnung, Wir würden unsere endgültige Lagerkapazität übernehmen und sie durch unseren teilweisen Reduktionsfaktor γRV teilen. Wenn wir den R2 -Teilfaktor von nehmen 1.4 Unsere Berechnung würde werden:

• q_d = q_u / γ _Rv = 86 / 1.4 = 61.4 kPa

Die Entwurfslagerkapazitäten müssten alle mit dem Kombinationslagerdruck der Entwurfslast für die jeweiligen Lastkombinationen verglichen werden, die vom Standard erforderlich sind. Wir können nicht erkennen, welche dieser Entwurfsmethoden nur auf der Entwurfslagerkapazität kritischer sind, da wir unsere Lastfaktoren noch nicht berücksichtigt haben.

Die zulässige Lagerkapazität bezieht sich auf die endgültige Lagerkapazität, die bei Verwendung eines ASD um einen gewissen Sicherheitsfaktor reduziert wird (zulässiger Stressdesign) Ansatz eher als ein LRFD -Ansatz.

Die zulässige Lagerkapazität wird über Wartungsfähigkeit oder Arbeitsbelastungen angegeben und nicht über faktorisierte Lasten. Da sowohl die Variabilität der Belastung als auch die Variabilität der Materialstärke berücksichtigt werden.

Ein Träger, ein Fundament mit einem Arbeitsdruck von 100 KPA hat eine ausreichende Lagerkapazität, wenn der Boden eine zulässige Lagerkapazität nicht weniger als 100 kPa.

Um die zulässige Lagerkapazität zu berechnen, reduzieren wir einfach die endgültige Lagerkapazität durch unseren Sicherheitsfaktor. Dieser Sicherheitsfaktor ist in verschiedenen Standards und Richtlinien variabel, reicht jedoch im Allgemeinen von einem Wert von ab 2 zu 3.

Wenn wir die vorherige ultimative Lagerkapazität von nehmen 86 KPA, die wir berechnet haben und auch einen Sicherheitsfaktor von in Betracht ziehen 2 Dann wäre unsere zulässige Lagerkapazität 86 / 2 = 43 kPa. Dies setzt davon aus, dass wir unsere materiellen Eigenschaften nicht berücksichtigen müssen. Im Eurocode 7 Für Design -Ansatz 2 Zum Beispiel müssten wir die Materialstärken nicht beeinträchtigen und die endgültige Lagerkapazität um einen Faktor von verringern 1.4.

Der Skyciv -Lagerkapazitätsrechner verfügt über viele Funktionen und Fähigkeiten:

• Seitliche Lasten und Momente: Der Taschenrechner berücksichtigt die Auswirkungen von seitlichen Lasten und Momenten, Bereitstellung einer genauen Bewertung der Stabilität der Stiftung unter solchen Bedingungen.
• Auswirkungen von Neigung und Hängen: Es berücksichtigt die Neigung von Lasten und die Neigung der Bodenoberfläche, Bieten einer realistischen Bewertung der Lagerkapazität in abgeschrägten Geländen.
• Metrik- und Kaisereinheiten: Benutzer können eingeben und Ergebnisse in metrischen oder kaiserlichen Einheiten erhalten, Flexibilität und Bequemlichkeit in verschiedenen Regionen zulassen.
• Sensitivitätsanalyse: Benutzer können die Variation bestimmter Parameter als Grundtiefe überprüfen, Breite, Länge und Bodenstärkeparameter in Bezug auf die verschiedenen Methoden, die dazu beitragen können, das Verhalten des Fundaments im Zusammenhang mit den spezifischen Merkmalen des Projekts zu verstehen.
• Module: Der Taschenrechner ist in drei Hauptmodule unterteilt:
  • Eurocode -Modul: Berechnungen auf der Grundlage von Eurocode -Standards gewidmet. Es enthält verschiedene Sicherheitsfaktoren und detaillierte Berechnungen für beide flachen
  • Allgemeinmodul: Geeignet für einen beliebigen Standard und basierend auf dem zulässigen Lagerkapazitätskonzept mit der Anwendung eines allgemeinen Sicherheitsfaktors.
  • Australische Version: In Anbetracht des AS4678:2002 und der As5100:2017 Standards.

• ACI -Streifen -Footing -Design
• ACI Spread Footing Design
  
• Lateral Pile Stability Calculator

• SkyCiv Foundation Design-Software
• Skyciv isolierte Fundamente Einführung

SkyCiv bietet eine breite Palette an Cloud-Strukturanalyse- und Entwurfssoftware für Ingenieure. Als ein sich ständig weiterentwickelndes Technologieunternehmen sind wir bestrebt, bestehende Arbeitsabläufe zu erneuern und zu hinterfragen, um Ingenieuren bei ihren Arbeitsprozessen und Entwürfen Zeit zu sparen.