Введение. В настоящее время большое распространение получил численный расчет зданий и сооружений совместно с грунтовым основанием, с использованием различных программных комплексов, таких как МОНОМАХ-САПР, Лира,  Plaxis, Ansys, SCAD office и другие. В таких комплексах реализовано большое количество различных методик расчета грунтового основания, есть, как и простые модели с известными параметрами, так и более сложные, но с различными параметрами требующих дополнительного определения. Для инженера-расчетчика корректный выбор модели грунтового, а также ее параметров для получения адекватного напряженно-деформированного состояния основания и несущих конструкций,  становится важнейшей задачей.Цель данной статьи: определить значения и сравнить полученные осадки по результатам применения нормативной методики СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» и численных расчетов с применением различных моделей грунтового основания, реализованных в программном комплексе (ПК) SCAD office, на примере каркасно-монолитного здания жилого комплекса (ЖК) «Новая жизнь» в городе Белгород, обосновать  правильный выбор модели грунтового основания в ПК SCAD office.Материалы и методы. Конструктивное решение рассматриваемого здания выполнено следующим образом:Проектируемые фундаменты – отдельно стоящие высотой 500 мм. Монолитный ростверк выполнить из бетона класса В20 F150W4 и армировать отдельными стержнями класса А500С и А240. Стены ниже отм. 0,000, толщиной 300 мм колонны и диафрагмы жесткости - монолитные из бетона класса В20 F75 W4, армированные отдельными стержнями класса А500С и А240. Колонны 400х400 мм. Диафрагма жесткости толщиной 200 мм.Перекрытия – монолитное из бетона класса В20 F75 W4, армировать отдельными стержнями класса А500С и А240. Толщиной 200 ммКладка наружных и внутренних стен выполнена из стеновых камней СКЦ-1Р 75 на растворе М50. Перегородки толщиной 90 мм выполнены из стеновых камней СКЦ-2Р 75 на растворе М50. Общий вид модели SCAD представлен на рисунке 1.Основная часть. В ПК SCAD office реализованы следующие виды моделей грунтового основания:Модель Пастернака с двумя коэффициентами постели [1–2]. Данные значения коэффициентов С1 и С2 определяются с помощью модулей Пастернак, ЗАПРОС или внутри программы SCAD нажав на соответствующую кнопку «Расчет коэффициентов упругого основания» в окне «Назначение коэффициентов упругого основания пластин».   Рис. 1. Общий вид модели 5-ти этажного каркасно-монолитного здания в ЖК «Новая Жизнь  В модели Пастернак вводятся 2 коэффициента постели – коэффициент сжатия С1 и сдвига С2 [3].Коэффициент постели C1 измеряется в кг/см3 или т/м3 – это отношение значения вертикального давления грунта σ и осадки w: ,(1)А коэффициент постели C2 дает возможность выразить интенсивность вертикальной силы сдвига t (или изгибающего момента) в виде произведения С2 на производную осадки в соответствующем направлении: ,(2) Коэффициенты C1 и C2 по модели Пастернак определяются: (3) ,(4)где E(z), G(z) –приведенные модули деформации и сдвига по глубине z.Приведенные модуль упругости и модуль сдвига: (5) (6)где E0 – модуль упругости; ν – коэффициент Пуассона; H – толщина грунтовой толщи; .Модель переменных по площади коэффициентов постели КРОСС. Переменные по площади коэффициенты постели определяются через программу – сателлиту КРОСС. Методика, разработанная специалистами НИИОСП. КРОСС разработан авторским коллективом SCAD Group совместно с НИИОСП в составе: Криксунов Э.З., Перельмутер А.В., Перельмутер М.А., Семенцов А.И., Федоровский В.Г. [4-5].Данный метод расчета осадок основан на послойном суммировании: ,(7)где z – вертикальная координата, возрастающая вниз; zf – координата подошвы; zd = zf + Н – нижняя граница интегрирования (послойного суммирования); Н – глубина сжимаемой толщи; β –коэффициент, учитывающий степень боковой стесненности вертикального сжатия грунта; Δσ – приращение вертикального нормального напряжения от действия нагрузки на основание; Е – модуль упругости [6]. В нормативном документе СП  22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» используется модель линейно-деформируемого полупространства.Данная модель основана на законе Гука, которому соответствует  линейная зависимость между напряжениями и деформациями и полное восстановление деформаций при снятии нагрузки. ,(8)где ε – осевая деформация, E – модуль упругости.Рассмотрим представленные модели на примере расчета пятиэтажного каркасно-монолитного здания. Здание жилого дома имеет сложную форму в плане с общими размерами в осях 29,9 м × 14,9 м. Здание пятиэтажное, высота этажа 3,0 м, в здании запроектирован тех. этаж, высота этажа 1,8 м. Высота подвала 2,2 м.В соответствии с данными Технического отчета об инженерно-геодезических и инженерно-геологических изысканиях, выполненного ООО «Белгородстройзыскания» на участке исследований в толще основания выделены следующие ИГЭ (табл. 1).Определим значения осадок аналитическим способом с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства методом послойного суммирования, регламентированный СП 22.1330.2016 «Основание зданий и сооружений».  Таблица 1Сводная таблица нормативных характеристик грунтов№ п/пНаименованиеМодуль деформации,Т/м2Коэффициент ПуассонаТолщина слоя,м1Суглинок легкий различных оттенковкоричневого цвета твердый866,50,362,92Суглинок легкий866,50,362,23Суглинок тяжелый11210,363,84Суглинок легкий18350,3615Суглинок легкий18350,366,3 Максимальную осадку определим для наиболее нагруженного отдельно стоящего фундамента.N=122 т, Мz=-2.2 тхм, Q=1,462 т, Му=-2,06 тхм  ,(9)где β – безразмерный коэффициент, равный 0,8;  – среднее значение вертикального нормального напряжения (далее - вертикальное напряжение) от внешней нагрузки в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, кПа;  – толщина i-го слоя грунта, см, принимаемая не более 0,4 ширины фундамента;  – модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения, кПа; n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.При этом распределение вертикальных напряжений по глубине основания принимают в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2.Максимальное давление под подошвой фундамента:   (10) Вертикальное дополнительное давления : (11)где  – вертикальные напряжениями от собственного веса грунта на уровне центра подошвы фундамента.Максимальная осадка аналитическим способом – 48 мм.   Рис. 2. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве    Таблица 2Определение осадок методом послойного суммирования № точекz,м2*z/bα =α*Р0т/м2№ слоя т/м2hi,мβiEi,т/м2 м 000140,895       140,630,150,8866.50,0080 10,150,2140,98740,36 235,820,560,8866.50,0143 20,711,0140,76531,28 325,810,560,8866.50,010 31,271,810,49720,33 416,630,560,8866.50,0066 41,832,610,31612,92 510,780,520,8866.50,0040 52,353,350,2118,63 67,340,560,811210,0018 62,914,150,1486,05 75,260,560,811210,0013 73,474,960,1094,46 83,950,560,811210,00098 74,035,760,0843,44 96,060,560,811210,0015 84,596,560,0642,62   Суммарная осадка0,048м=48мм        Рассчитаем значения средних и максимальных по модели Пастернака с двумя коэффициентами постели. Коэффициенты постели С1 и С2 были определены в  модуле Пастернак, значения которых представлены на рисунке 3.  Рис. 3. Коэффициенты постели С1 и С2 по модели Пастернака  Ниже приведено графическое отображения результатов расчетов осадок отдельностоящих фундаментов совместно с ростверком по модели Пастернак (рис. 4).Максимальная осадка – 58,44 мм. Минимальная осадка – 49,79 мм.Определим значения переменных коэффициентов постели в программе – сателлите КРОСС. Параметры грунтов вводимые в расчет указаны на рисунке 5.Так как отсутствуют данные натурных испытаний в программе – сателлите разработчиками рекомендуется принимать значение коэффициента переуплотнения 1,0, а величину давления переуплотнения принимать равной: 5 т/м2 – для глинистых грунтов; 2,5 т/м2 – для супеси; 0 т/м2 – для песков.    Рис. 4. Результаты расчета с применением модели Пастернака  Рис. 5. Параметры грунтов, вводимые в программу – сателлиту КРОСС Нижнюю границу сжимаемой толщи определяют параметром σzp/σzg для этого перейти в настройки раздел «Расчет» (рис. 6). По умолчанию σzp/σzg равно 0,2.   Рис. 6. Параметры, вводимые для расчета нижней границы сжимаемой толщи  Расчеты коэффициентов постели и осадок в программе – сатиллите КРОСС проводится в несколько итераций [7]. Количество итераций определяется пока значения коэффициентов С1 не стабилизируются и погрешность вычисленных максимальных и минимальных значений составит примерно 5 %. Дальнейшее использование КРОСС нецелесообразно. Количество итераций получилось 10. Значения коэффициентов постели после 10-ой итерации приведены на рисунке 7.  Рис. 7. Значения коэффициентов постели С1 после 10-й итерации  Значения осадок по модели переменных по площади коэффициентов постели в программе – сатиллите КРОСС приведены на рисунке 8 в виде изополей.  Рис. 8. Результаты осадок по модели переменных по площади коэффициентов постели в программе – сатиллите КРОСС Максимальная осадка – 34,064 мм. Минимальная осадка – 27,896 мм.Выводы.Численные и аналитические расчеты выполненные по ПК SCAD office и по нормативной методики СП 22.13330.2016  «Основания зданий и сооружений» показали следующие результаты:Численный расчет по модели Пастернак показал большие значения осадок относительно осадок, рассчитанных аналитическим способом по СП 22.13330.2016. Максимальная осадка по Пастернаку составила 58,44 мм и 48,0 мм аналитическим способом по СП 22.133330.2016. Данная модель обычно применяется при горизонтальном напластовании инженерно-геологических слоев, на практике такие случаи встречаются довольно-таки редко. Численный расчет по модели с переменными коэффициентами постели по площади С1 и С2 (программа – сателлита КРОСС) показал меньшие значения осадок относительно осадок, рассчитанных аналитическим способом по СП 22.13330.2016. Максимальная осадка по КРОССу составила 34,064 мм и 48,0 мм аналитическим способом по СП 22.133330.2016. Данные результаты схожи с аналогичными исследованиями других авторов в данном вопросе. КРОСС позволяет моделировать различные виды напластования, но требуют большей трудоемкости по определению нижней отметки сжимаемой толщи грунтов. Также расчеты с применением модели в программе-сателлите КРОСС проводятся в несколько итераций, тем самым замедляя процесс выполнения расчета.Создатели и разработчики ПК SCAD office не имеют каких-либо предпочтений по отношению к представленным моделям [7–9]. При расчете различный видов зданий совместно с фундаментом и основанием, остается нерешенным вопрос в правильности выбора модели грунтового основания и определение различный параметров грунта.Выбор модели грунтового основания должен осуществляться на основании конкретных инженерно-геологических условий строительной площадки, от вида и численного значения нагрузок и других различных факторов. Это требует более подробного изучения данного вопроса путем моделирования различных грунтовых условий и моделей грунтовых оснований, представленных в программных комплексах, а также сравнение расчетных данных с натурными для адекватного моделирования взаимодействия системы «основание-фундамент-сооружение». В дальнейшем планируется рассмотреть методику расчета грунтового основания с учетом поэтапного загружения основания в ПК SCAD office в режиме Монтаж и выполнить сравнение с ранее рассмотренными моделями грунтового основания с натурным экспериментом. Недостатком данного расчетного способа является сложность учета изменения переменных коэффициентов постели во времени и с учетом изменяющейся нагрузки.