Пермяки автоматизировали расчет осадки фундаментов по российским нормативам

Современное строительство сталкивается с фундаментальным вызовом — необходимостью обеспечивать долговечность, устойчивость и безопасность объектов в условиях ограниченных ресурсов и все более плотной городской застройки: только за 2024 год в России построили более 107 миллионов квадратных метров жилья.

Надежность любой инфраструктуры закладывается еще на этапе проектирования, где критически важно учитывать взаимодействие конструкций с естественной средой — грунтовым основанием. Оно представляет собой сложные, неоднородные системы, поведение которых под нагрузкой трудно предсказать без применения точных расчетов. Ошибки на этой стадии носят накопительный характер и могут проявиться спустя годы в виде деформаций, снижающих эксплуатационные качества застройки и приводящих к аварийным ситуациям. Особенно остро эта проблема стоит в регионах со сложными геологическими условиями, где риски непредсказуемой осадки грунта многократно возрастают.

Несмотря на существование мощных зарубежных систем проектирования, на рынке отсутствуют доступные программы, которые были бы напрямую адаптированы под актуальные российские нормативы. Иностранное ПО часто не учитывает требований, необходимых для расчета осадки фундаментов в отечественной практике.

Это означает, что инженеру приходится либо самостоятельно адаптировать результаты чужой программы под нормативы, либо делать это вручную. Кроме того, существующие инструменты часто оказываются слишком сложными и многофункциональными (то есть избыточными для этой задачи), а также не обеспечивают полного цикла вычислений, что в итоге увеличивает время проектирования и неизбежно повышает риск ошибок, связанных с человеческим фактором.

Ученые Пермского Политеха разработали первый в России программный модуль, который автоматически рассчитывает осадку фундамента по российским стандартам. Это позволит инженерам быстро получать точный результат, соответствующий всем отечественным нормативам. Статья опубликована в журнале «Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость».

Разработанный инструмент представляет собой специализированный программный модуль, встроенный в систему для черчения и проектирования AutoCAD. Ключевое преимущество такого решения в том, что при такой интеграции специалист сможет работать не только в этой системе, но и в ее российском аналоге nanoCAD. В будущем это позволит инженеру легко перейти на отечественное ПО без потери функциональности и необходимости переучиваться.

Программа ученых состоит из нескольких независимых блоков, каждый из которых решает свою конкретную задачу. В первую очередь, модуль выполняет автоматизированный расчет конечной осадки по методу послойного суммирования. Он предполагает, что грунт под фундаментом делится на слои, для каждого из которых отдельно выполняются вычисления, а затем складываются в итоговое значение. Алгоритм учитывает уровень грунтовых вод и суммирует деформации, полностью исключая арифметические и методические ошибки, присущие ручным вычислениям.

Также программа обеспечивает нормативное соответствие каждого расчета. Встроенный модуль автоматически извлекает и точно подставляет все необходимые нормирующие значения, что становится критически важным для прохождения государственных и технических экспертиз.

— Мы протестировали разработку на существующих инженерно-геологических данных и использовали реалистичные параметры фундамента и характеристики многослойного грунтового основания. Программа автоматически рассчитала два принципиально важных для проектировщика показателя. Во-первых, это суммарная осадка фундамента, дающая точное представление о степени просадки сооружения под нагрузкой. Во-вторых, алгоритм установил глубину, до которой распространяется деформирующее влияние возводимого здания. Этот показатель также необходим для оценки взаимодействия с подземными коммуникациями или соседними объектами, — рассказал Сергей Костарев, доктор технических наук, доцент кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы» ПНИПУ.

Помимо числовых значений, программа сформировала графическую схему и на готовом чертеже отобразила все ключевые элементы: контур фундамента, все слои грунта, а также уровень грунтовых вод и как глубоко заложено основание. Важнейшим элементом визуализации стали эпюры напряжений — графики, демонстрирующие распределение давлений от собственного веса грунта и от внешней нагрузки сооружения по всей глубине массива. Такой инструмент позволяет проектировщику мгновенно выявить потенциальные проблемные зоны и принять обоснованное решение, экономя время на анализе и интерпретации данных.

Эскиз расчетной схемы фундамента: NL – граница природного рельефа, S1 – глубина заложения фундамента, K – глубина грунтовых вод, Z1 – нижняя граница сжимаемой толщи, 1–4 – инженерно-геологические элементы / © Пресс-служба ПНИПУ

— На практике программа работает следующим образом. Сначала она последовательно запрашивает все необходимые для расчета данные. Эти параметры стандартны и берутся из отчета о предварительных исследованиях участка перед строительством. После ввода данных модуль автоматически выполняет все вычисления по утвержденной методике, строго следуя требованиям российского свода правил. Инженер получает два ключевых результата: числовое значение осадки фундамента и готовую графическую схему для дальнейшего проектирования. Программа создана в строгом соответствии с нормативными документами, утвержденными Минстроем России, что гарантирует ее корректность для отечественного проектирования. При этом сам метод послойного суммирования считается универсальным, поэтому подобные расчеты можно применять для оценки осадки фундаментов на грунтах любой страны, — отметил Сергей Костарев.

Предложенная разработка предоставляет собой готовое решение для проектирования. Она закладывает основу для создания других отечественных инженерных программ, которые будут работать по российским нормам, стоить дешевле зарубежных аналогов и при этом превосходить их по удобству для решения конкретных задач.