Какое условие должно определять размеры подошвы центрально нагруженного монолитного фундамента?

5. РАСЧЕТ ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННОГО МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ФУНДАМЕНТА

5.1. Конструктивные особенности столбчатых фундаментов

Фундаментами являются подземные конструкции, предназначенные для передачи нагрузок от вышележащих частей здания или сооружения на грунтовое основание.

Отдельный фундамент состоит из плитной части и подколонника (рис. 5.1). Плитную часть рекомендуется конструировать ступенчатой. Центрально нагруженный фундамент проектируют квадратным в плане.

Рис. 5.1. Схема фундамента под колонну

В фундаменте различают обрез – верхнюю поверхность, на которую опираются конструкции, расположенные выше, и подошву – нижнюю поверхность, которая передает нагрузку на грунтовое основание с меньшим удельным давлением. Расстояние между обрезом и подошвой составляет его высоту H f .

Верх фундамента монолитных колонн рекомендуется принимать в уровне верха фундаментной балки, а при ее отсутствии – на отметке –0,050.

Глубина заложения фундаментов должна приниматься с учетом назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения и глубины сезонного промерзания грунтов.

Размеры поперечного сечения подколонника в монолитном железобетонном фундаменте принимают увеличенными на 50 мм в каждую сторону по

сравнению с размерами поперечного сечения колонны, что необходимо для удобства установки опалубки колонны.

Размеры подошвы фундамента назначают, рассчитывая основание по несущей способности и по деформациям. Расчет выполняют на действие усилия N Sd / , вычисленного при коэффициенте безопасности по нагрузке γ F = 1,0.

Максимальное давление на грунт под подошвой центрально нагруженного фундамента не должно превышать его расчетного сопротивления R .

Расчетное давление R зависит от вида и состояния грунта, его принимают по результатам инженерно-геологических изысканий площадки строительства и по указаниям норм. Давление на основание по подошве фундамента в общем случае распределяется неравномерно в зависимости от жесткости фундамента, свойств грунта, интенсивности среднего давления. При расчете условно принимают, что давление распределено равномерно под подошвой фундамента.

Размеры сечения фундамента и его армирование определяют из расчета прочности по расчетному усилию N Sd , передаваемому колонной и вычисленному при γ F > 1,0.

Высоту фундамента H f назначают также исходя из глубины его заложения и из условия заделки выпусков арматуры в фундаменте. Высота плитной части фундамента определяется из условия обеспечения прочности по наклонному сечению и на продавливание.

Класс бетона для монолитного железобетонного фундамента принимается в соответствии с требованиями [1] и не менее C 16 / 20 .

Монолитные фундаменты устраивают на бетонной подготовке из бетона классом не ниже C 8 / 10 и толщиной не менее 100 мм.

Армирование плитной части фундамента осуществляется сварными или вязаными сетками из арматуры класса S400 или S500 диаметром стержней не менее 10 мм и не более 18 мм и шагом 100…200 мм. Минимальная толщина защитного слоя бетона в монолитном фундаменте при наличии бетонной подготовки – 45 мм, а при ее отсутствии – 80 мм.

Связь фундамента с монолитной железобетонной колонной осуществляется с помощью выпусков арматуры, диаметры и расположение которых должны соответствовать арматуре колонны.

Выпуски из фундамента следует назначать с таким расчетом, чтобы стержни бóльшей длины и бóльшего диаметра располагались по углам попе-

речного сечения подколонника.

Выпуски арматуры должны быть заделаны в бетон фундамента не менее чем на величину анкеровки (см. п. 4.4).

Выпуски доводятся до подошвы фундамента и являются продольной арматурой подколонника. Эта арматура должна быть объединена поперечными стержнями, причем первый стержень ставят на расстоянии 100 мм ниже обреза фундамента (рис. 5.2).

Поперечное армирование подколонника принимается из арматуры классов S240, S400 или S500. Шаг стержней назначают:

– при f yd ≤ 400 МПа (классы S240 и S400) – не более 500 мм и не более 15

и 20 в вязаных и сварных каркасах соответственно;

– при f yd > 400 МПа (класс S500) – не более 400 мм и не более 12 и 15 в вязанных и сварных каркасах соответственно.

В месте стыка выпусков из фундамента и продольной рабочей арматуры

колонны без сварки шаг поперечных стержней принимают не более 10 (где– наименьший диаметр продольной арматуры колонны).

5.2. Определение размеров подошвы фундамента

При определении размеров подошвы фундамента расчетные усилия принимаются при γ F = 1,0

5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 1)

Основные размеры фундаментов мелкого заложения (глубина и размеры подошвы) в большинстве случаев определяются исходя из расчета оснований по деформациям, который включает:

• – подсчет нагрузок на фундамент;
• – оценку инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства; определение нормативных и расчетных значений характеристик грунтов;
• – выбор глубины заложения фундамента;
• – назначение предварительных размеров подошвы по конструктивным соображениям или исходя из условия, чтобы среднее давление на основание равнялось расчетному сопротивлению грунта, приведенному в табл. 5.13;
• – вычисление расчетного сопротивления грунта основания R по формуле (5.29), изменение в случае необходимости размеров фундамента с тем, чтобы обеспечивалось условие p ≤ R ; в случае внецентренной нагрузки на фундамент, кроме того, проверку краевых давлений;
• – при наличии слабого подстилающего слоя проверку соблюдения условия (5.35);
• – вычисление осадок основания и проверку соблюдения неравенства (5.28); при необходимости корректировку размеров фундаментов.

В случаях, оговоренных в п. 5.1, выполняется расчет основания по несущей способности. После этого производятся расчет и конструирование самого фундамента.

А. ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Определение размеров подошвы фундамента по заданному значению расчетного сопротивления грунта основания. Обычно вертикальная нагрузка на фундамент N задается на уровне его обреза, который чаще всего практически совпадает с отметкой планировки. Тогда суммарное давление на основание на уровне подошвы фундамента будет:

где — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое обычно равным 20 кН/м 3 ; d и А — глубина заложения и площадь подошвы фундамента.

Если принять p = R , получим следующую формулу для определения необходимой площади подошвы фундамента:

Задавшись соотношением сторон подошвы фундамента η = l/b , получим:

Зная размеры фундамента, вычисляют его объем и вес N_f , а также вес грунта на его обрезах N_g и проверяют давление по подошве:

Определение размеров подошвы фундамента при неизвестном значении расчетного сопротивления грунта основания. Как видно из формулы (5.29), расчетное сопротивление грунта основания зависит от неизвестных при проектировании размеров фундамента (глубины его заложения d и размеров в плане b×l ), поэтому обычно эти размеры определяются методом последовательных приближений. В качестве первого приближения принимают размеры фундамента по конструктивным соображениям или из условия (5.41), т.е. принимая R = R .

Однако необходимые размеры подошвы фундамента можно определить за один прием. Из формулы (5.41)

ηb 2 (R – d) – N = 0 ,

а с учетом формулы (5.29) при b k_z = 1)

Уравнение (5.43) приводится к виду:

для ленточного фундамента

для прямоугольного фундамента

;

;

Решение квадратного уравнения (5.44) производится обычным способом, а уравнения (5.45) — методом последовательного приближения или по стандартной программе.

После вычисления значения b с учетом модульности и унификации конструкций принимают размеры фундамента и проверяют давление по его подошве по формуле (5.42).

Пример 5.7. Определить ширину ленточного фундамента здания жесткой конструктивной схемы без подвала ( d_b = 0). Отношение L/H = 1,5. Глубина заложения фундамента d = 2 м. Нагрузка на фундамент на уровне планировки n = 900 кН/м. Грунт — глина с характеристиками, полученными при непосредственных испытаниях: φ_II = 18°, c_II = 40 кПа, γ_II = γ´_II = 18 кН/м 3 , I_L = 0,45.

Решение. по табл. 5.10 имеем: γ_с1 = 1,2 и γ_с2 = 1,1; по табл. 5.11 при φ_II = 18°; М_γ = 0,43; М_q = 2,73; М_c = 5,31. Поскольку характеристики грунта приняты по испытаниям, k = 1.

Для определения ширины фундамента b предварительно вычисляем:

;

a₁ = 1,2·1,1(2,73 · 2 · 18 + 5,31 · 40) – 20 · 2 = 370,1.

Подставляя эти значения в формулу (5.44), получаем 10,22 b 2 + 370,1 b – 900 = 0, откуда

м.

Принимаем b = 2,4 м.

Пример 5.8. Определить размеры столбчатого фундамента здания гибкой конструктивной схемы ( γ_с2 = 1). Соотношение сторон фундамента η = l/b = 1,5, нагрузка на него составляет: N = 4 МН = 4000 кН. Грунтовые условия и глубина заложения те же, что и в предыдущем примере.

aη = 1,2 · 1 · 0,43 · 18 · 1,5 = 13,93;

a₁η = [1,2 · 1(2,73 · 2 · 18 + 5,31 · 40) – 20 · 2] 1,5 = 499,22.

Затем, подставляя в уравнение (5.45) полученные величины (13,93 b 3 + 499,22 b 2 – 4000 = 0) и решая его по стандартной программе, находим b = 2,46 м, тогда l = 1,5 b = 3,7 м.

Принимаем фундамент с размерами подошвы 2,5×3,7 м.

Определение размеров подошвы фундамента при наличии слабого подстилающего слоя. При наличии в пределах сжимаемой толщи основания (на глубине z от подошвы фундамента) слоя грунта с худшими прочностными свойствами, чем у лежащего выше грунта, размеры фундамента необходимо назначать такими, чтобы обеспечивалось условие (5.35). Это условие сводится к определению суммарного вертикального напряжения от внешней нагрузки и от собственного веса лежащих выше слоев грунта ( σ_z = σ_zp + σ_zg ) и сравнению этого напряжения с расчетным сопротивлением слабого подстилающего грунта R применительно к условному фундаменту, подошва которого расположена на кровле слабого грунта.

Пример 5.9. Определить размеры столбчатого фундамента при следующих инженерно-геологических условиях (см. рис. 5.24). На площадке от поверхности до глубины 3,8 м залегают песни крупные средней плотности маловлажные, подстилаемые суглинками. Характеристики грунтов по данным испытаний: для песка φ_II = 38°, с_II = 0, γ_II = γ´_II = 18 кН/м 3 , E = 40 МПа; для суглинков φ_II = 19°, с_II = 11 кПа, γ_II = 17 кН/м 3 , E = 17 МПа. Здание — с гибкой конструктивной схемой без подвала ( d_b = 0). Вертикальная нагрузка на фундамент на уровне поверхности грунта N = 4,7 MH. Глубина заложения фундамента d = 2 м. Предварительные размеры подошвы фундамента примяты исходя из R = 300 кПа (табл. 5.13) равными 3×3 м.

Решение. по формуле (5.29) с учетом табл. 5.11 и 5.12 получаем;

кПа.

Для определения дополнительного вертикального напряжения от внешней нагрузки на кровле слабого грунта предварительно находим:

среднее давление под подошвой

p = N/b 2 + d = 4,7 · 10 3 /3 2 + 20 · 2 = 520 + 40 = 560 кПа;

дополнительное давление на уровне подошвы

По табл. 5.4 при ζ = 2z/b = 2 · 1,8/3 = 1,2 коэффициент α = 0,606. Тогда дополнительное вертикальное напряжение па кровле слабого слоя от нагрузки на фундамент будет:

Ширина условного фундамента составит:

м.

Для условного фундамента на глубине z = 1,8 м при γ_c1 = γ_c2 = k = 1 расчетное сопротивление суглинков по формуле (5.29) будет:

R_z = 0,47 · 4 · 17 + 2,88 · 3,8 · 18 + 5,48 · 11 = 30 + 196 + 60 = 286 кПа.

Вертикальное нормальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z = 3,8 м

Проверяем условие (5.35):

315 + 62 = 377 > R_z = 286 кПа,

т.е. условие (5.35) не удовлетворяется и требуется увеличить размеры фундамента. Расчет показал, что в данном случае необходимо принять b = 3,9 м.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Diplom Consult.ru

5.2. Определение размеров подошвы фундамента

При определении размеров подошвы фундамента расчетные усилия принимаются при _F = 1,0

,

где _Fm = 1,35 – усредненный коэффициент безопасности по нагрузке.

Размеры подошвы центрально нагруженного фундамента определяются из условия

,

где R – расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента;

m_m – средний удельный вес материала фундамента и грунта на его ступенях (допускается принимать m_m = 20 кН/м 3 );

H_f – глубина заложения фундамента.

Центрально нагруженные фундаменты принимают квадратными в плане

.

Размеры подошвы монолитного фундамента принимают кратными 300 мм.

Площадь подощвы фундамента принимают после установления конструктивного размера a_f

.

5.3. Определение высоты плитной части монолитного фундамента

Высота плитной части монолитного центрально нагруженного фундамента определяется исходя из обеспечения прочности по наклонному сечению и на продавливание подколонником плитной части фундамента.

Рис. 5.2. Схема армирования фундамента

Реактивное давление грунта на подошву фундамента

.

Предварительно рабочая высота плитной части фундамента может быть назначена из условия

;

где p – расчетное давление грунта на подошву фундамента, кН/м 2 ;

–вылет консоли фундаментной плиты, м;

a_f – размер подошвы фундамента, м;

Общая высота плитной части фундамента

c_nom – величина защитного слоя арматуры фундамента.

Ступени фундаментов выполняют высотой 300 или 450 мм. Рекомендуемая высота ступеней в зависимости от высоты плитной части фундамента приведена в табл. 5.1.

Общая высота плитной части фундамента, мм

Высота ступеней, мм

5.4. Подбор рабочей арматуры подошвы фундамента

Под действием реактивного давления грунта p ступени фундамента работают на изгиб как консоли, защемленные в теле фундамента.

Изгибающие моменты определяют в сечениях по граням уступов

,

где p – реактивное давление грунта под подошвой фундамента;

l_i – расстояние от края фундамента до расчетного сечения.

Площадь сечения арматуры на 1 м.п. подошвы определяют по формуле:

,

где d_i – рабочая высота сечения.

Рис. 5.3. Расчетная схема фундамента при расчете его плитной части

По бóльшему из значений, полученных в каждом из расчетных сечений, принимается диаметр и шаг стержней.

Диаметр рабочих стержней арматуры подошвы фундамента – 12…18 мм. Шаг стержней принимается не менее 100 мм и не более 200 мм. Одинаковое количество стержней с одинаковым шагом принимается в обоих направлениях. Площадь принятых стержней в каждом направлении равна A_s.

Для значения коэффициента армирования нижней ступени плитной части фундамента, определенного ко всей ширине фундамента, должно выполняться условие

где – площадь всей арматуры плитной части в одном из направлений,

– ширина плитной части фундамента,

– рабочая высота плитной части фундамента.

Для значения коэффициента армирования плитной части фундамента, отнесенного к ширине фундамента, равной должно выполняться условие

где A_s,punch – площадь арматуры плитной части в пределах ширины фундамента, равной ;

b_w – ширина плитной части фундамента поверху, но не более ;

d₁ – рабочая высота плитной части фундамента.

Для значения коэффициента армирования плитной части фундамента в пределах его средней части его ширины фундамента, равной должно выполняться условие

,

где m_Sd,x – минимальный требуемый изгибающий момент, который должна воспринимать арматура, установленная на единицу ширины плиты;

N_Sd – расчетная нагрузка передаваемая от колонны на фундамент;

 – коэффициент, определяющий значения моментов, принимаемый согласно таблицы 7.7 [1] равным 0,125;

f_yd – расчетное сопротивление арматуры плитной части фундамента;

d₁ – рабочая высота плитной части фундамента, в пределах его средней части шириной, равной .

Строй-справка.ру

Отопление, водоснабжение, канализация

При проектировании фундамента после назначения глубины его заложения приступают к определению размеров подошвы, которая назначается на основании ограничения давления в основании расчетным сопротивлением грунта по условию (4.9), обеспечивая тем самым выполнение требований второй группы предельных состояний. Если грунтовые условия строительной площадки и тип возводимого здания и сооружения требуют расчета деформаций, то проверяют выполнение условий (4.6) и (4.7), причем расчет осадок выполняют методами послойного суммирования, эквивалентного слоя или линейно-деформируемого слоя конечной толщины. Иногда по результатам расчета осадок требуется уточнять предварительно принятый размер подошвы фундамента.

Центрально-нагруженным считается фундамент, равнодействующая внешних нагрузок которого проходит через центр тяжести его подошвы. Основная трудность при проектировании оснований и фундаментов заключается в том, что размеры фундамента назначают, исходя из расчетного сопротивления грунта основания, в то время как оно является переменной величиной и зависит от размеров подошвы фундаментов первое слагаемое, стоящее в квадратных скобках формулы (4.10), зависит от ширины подошвы фундамента. Это приводит к необходимости выполнять расчет с помощью последовательных приближений.

Назначив глубину заложения фундамента, определяют максимальное расчетное значение внешней нагрузки, действующей на его верхний обрез Non от основного сочетания для расчета оснований по второй группе предельных состояний.

Рассматривая условие статического равновесия фундамента (рис. 5.11), из которого следует, что нагрузка от веса здания JV0n, веса грунта обратной засыпки на обрезах фундамента Л^п и веса самого фундамента N/a должна уравновешиваться средним реактивным давлением по подошве фундамента р, получим

Значение р должно удовлетворять условию pR; причем чем ближе давление по подошве к расчетному сопротивлению грунта основания, тем более экономичное решение получается в результате расчета. В практике современного проектирования считается, что фундамент имеет экономически целесообразное решение, если величина р отличается от R не более чем на 5… 10% в меньшую сторону.

Рис. 5.11. Расчетная схема центрально нагруженного фундамента

Давление по подошве центральнонагру-женных фундаментов считается равномерно распределенным. Однако, как указывалось выше, в реальных условиях контактные напряжения имеют криволинейное очертание по подошве фундамента, поэтому их осреднение оказывается оправданным только для жестких фундаментов, а в некоторых случаях и для фундаментов, имеющих конечную жесткость, Так как не вносит существенных погрешностей в окончательный результат расчета. При проектировании гибких фундаментов следует учитывать криволиней-ность очертания эпюры контактных напряжений, а их осреднение допускается только в предварительных расчетах.

Анализируя формулу (5.1), можно заметить, что до тех пор, пока не найдены размеры фундамента, вес грунта обратной засыпки JV^n, вес фундамента N/й и расчетное сопротивление грунта основания R являются неизвестными величинами. Поэтому в первом приближении принимают R=R0, где JR0 — условное расчетное сопротивление грунта основания, а вес грунта обратной засыпки и вес фундамента зависит от объема параллелепипеда АБВГи удельного веса матери
алов, его составляющих (рис . 5.11).

По результатам расчета проверяют выполнение условия (4.9), если оно выполняется, расчет заканчивается, если нет, то во втором приближении уточняют размеры подошвы фундамента и т. д. до тех пор, пока среднее давление по подошве фундамента не будет отличаться от расчетного сопротивления не более чем на 5… 10% в меньшую сторону. В практике проектирования количество приближений обычно не превышает 2 или 3. Следует заметить, что значения^ и Л, входящие в условие (4.9), в каждом приближении необходимо определять для одних и тех же размеров подошвы фундамента.

Рис. 5.13. Блок-схема определения размеров подошвы центрально нагруженного фундамента

Рис. 5.14. Геологический профиль строительной площадки

Запроектировать ленточный фундамент под стену крупноблочного жилого дома, возводимого в г. Уфе, если в уровне спланированной поверхности земли действует расчетная нагрузка АГоп = 580 кН/м. Грунтовые условия и геологический профиль строительной площадки приведены на рис. 5.14. Здание представляет собой бескаркасную конструкцию, имеющую жесткую конструктивную схему высотой Я=38,6 м, длиной L=30,2 м. Расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, равна 15° С. Здание имеет подвал с отметкой пола 2,50 м. Уровень подземных вод находится на отметке — 6,40 м. Угол внутреннего трения грунтов основания

Какое условие должно определять размеры подошвы центрально нагруженного монолитного фундамента?Ссылка на основную публикацию wpDiscuz Adblock
detector