Расчет ленточного фундамента под колонны
Обновлено: 15.04.2024
Добрый всем вечер! Столкнулся такой проблемой (для меня) - при реконструкции здания, имеющего каркас из металлических рам, заказчик захотел устроить перекрытие. Стойки рам - двутавры опираются на ленточный монолитный фундамент, армирование которого пока неизвестно. Пока будут выполнять тех обследование хотел предварительно посчитать фундамент. Ну и тут уперся в то что он считается как гибкий фундамент, а как алгоритма пока не нашел. Может кто сталкивался? - подскажет
Добрый всем вечер! Столкнулся такой проблемой (для меня) - при реконструкции здания, имеющего каркас из металлических рам, заказчик захотел устроить перекрытие. Стойки рам - двутавры опираются на ленточный монолитный фундамент, армирование которого пока неизвестно. Пока будут выполнять тех обследование хотел предварительно посчитать фундамент. Ну и тут уперся в то что он считается как гибкий фундамент, а как алгоритма пока не нашел. Может кто сталкивался? - подскажет
считаешь как многопролетную балку. колонны опоры. нагрузка - напряжение под подошвой. и местная проверка от металлической ноги.
Наведу простой пример. Схему в объеме набросал, чертеж делать лень.
Размеры следующие:
расстояние между стойками (. синие/зеленые/синие. ) - 1000мм
высота фундамента - 750мм
ширина фундамента - 500мм
штриховые линии - 45град к горизонту
вертикальные усилия в парных стойках с разными знаками - N+ / N- (раскручивают фундамент) плюс сдвигающая сила присутствует.
в синих и зеленых стойках значения N разные
Вопрос_01: Каким образом вычислить напряжения под подошвой? Можно ли допускать показанное штрихами (под углом 45град) распределение усилий по телу фундамента или, в силу армирования, отнести сосредоточенную нагрузку к длине шага конструкций и перещитать, как распределенную нагрузку?
Вопрос_02: Как подобрать арматуру в ленте? Рассчитывать многопролетную балку на изгиб с кручением, изгиб в двух плоскостях?
Фундаменты такого типа приобрели популярность после появления на рынке каркасных (тентовых) сооружений. Неужели никто не сталкивался с такого рода конструкциями.
Расчет ленточных и плитных фундаментов, работающих на изгиб, проводится с учетом совместной работы конструкции и грунтового основания согласно теории конструкций на упругом основании. В этом случае предположение о линейном распределении реактивных давлений уже не может рассматриваться как достаточно точное, так как изгиб конструкции изменяет распределение этих давлений и, следовательно, отражается и на усилиях в балках и плитах. Линейное распределение давлений используется лишь для предварительного определения сечений конструкций.
6.5.2. Предварительное назначение размеров сечений
Предварительное назначение размеров сечений рассмотрим на примере ленточного фундамента под колонны, исходя из схемы линейного распределения реактивных давлений. Изгибающие моменты в каждом сечении ленты определяются по формуле
(6.125)
где Ml — момент в данном сечении от площади эпюры реактивных давлений, расположенной левее данного сечения; ΣPili — сумма моментов для данного сечения от нагрузок, передаваемых колоннами, расположенными левее сечения (здесь Рi — нагрузка от колонны i ; li —расстояние от колонны до сечения); ΣМi — сумма внешних моментов, передаваемых колоннами, расположенными левее данного сечения.
За положительное направление моментов принимается направление по часовой стрелке.
Таким образом, изгибающие моменты определяются простейшим способом по схеме статически определяемой балки. Не рекомендуется пользоваться расчетом статически неопределимой неразрезной балки, нагруженной трапецеидальной эпюрой давлений, при котором опорные реакции оказываются отличными от расчетных нагрузок, передаваемых на балку колоннами; кроме того, такой расчет сложнее. Использование схемы неразрезной балки оправдано лишь в случае, если жесткость верхнего строения очень велика и не позволяет смещаться опорным точкам колонн нелинейно относительно друг друга. В этом случае учитывается перераспределение внешней нагрузки по колоннам исходя из учета жесткости верхнего строения.
6.5.3. Расчет фундаментных балок и плит как конструкций на упругом основании
Для учета влияния изгиба на распределение реактивных давлений используется одно из двух предположений.
1. Основание работает согласно гипотезе коэффициента постели (Винклера). Эта гипотеза предполагает, что осадка какой-либо точки (элемента) поверхности основания s пропорциональна давлению р , приложенному в той же точке, т.е. что p = kss . Коэффициент ks , Па/м, называется коэффициентом постели. Осадка данной точки (элемента) зависит только от давления, приложенного в этой точке, и не зависит от давлений, действующих по соседству (рис. 6.32, а).
2. Основание работает как среда, к которой применимы формулы теории упругости, связывающие напряжения и осадки. Грунт принимается за однородное упругое тело, бесконечно простирающееся вниз и в стороны и ограниченное сверху плоскостью (упругое полупространство), а соответствующее предположение называется гипотезой упругого полупространства. Поверхность упругого полупространства деформируется не только непосредственно под нагрузкой, но и по соседству с ней (рис. 6.32, б). Деформационные свойства грунта характеризуются в основном модулем деформации Е0 , МПа.
Согласно гипотезе коэффициента постели, грунт лишен распределительной способности, т.е. деформации соседних с нагрузкой элементов поверхности грунта отсутствуют. Коэффициент постели для данного типа основания предполагается величиной, не зависящей от площади фундамента (в действительности — зависит).
В гипотезе упругого полупространства распределительная способность преувеличена. Модуль деформации является характеристикой, представляющей одновременно как упругие, так и остаточные деформации. При многократном приложении нагрузки остаточные деформации исчезают, модуль общей деформации Е0 переходит в модуль упругости Е , значительно больший, чем Е0 , При ширине фундамента примерно от 70 см до 7 м значение модуля деформации меняется незначительно. При превышении ширины 7 м модуль деформации заметно возрастает.
6.5.4. Связь между расчетными значениями модуля деформации и коэффициента постели
Между расчетными значениями модуля деформации Е0 и коэффициентом постели, исходя из приравнивания осадок, вычисленных по той и другой гипотезе, устанавливается связь
.
(6.126)
Значение k0 определяется по рис. 6.33 в зависимости от отношения сторон прямоугольного фундамента α, его опорной площади А и коэффициента Пуассона грунта ν0 , принимаемого для песков ν0 = 0,3, для суглинков и супесей ν0 = 0,35, для глин ν0 = 0,4.
Осадки жесткого прямоугольного фундамента на однородном основании определяются по формуле
,
(6.127)
где Р — суммарная центрированная нагрузка на фундамент.
Осадки жесткой плиты лишь немного меньше (на 7 %) средних осадок гибкой плиты при равномерной нагрузке.
Расчеты по обеим гипотезам, даже при использовании формулы (6.126), дают, как правило, различные результаты в отношении изгибающих моментов в конструкции и ее изгиба. Только для узких балок при α ≥ 10 можно подобрать отличное от определяемого формулой (6.127) значение коэффициента постели, при котором результаты расчета будут близки. Однако при равномерной нагрузке или при нагрузке, приближающейся к ней, получить близкие результаты расчета при любом соотношении между E0 и k невозможно. Формула соотношения между Е0 и k , для узких балок шириной В имеет вид:
.
(6.128)
Гибкие фундаменты в настоящее время рассчитываются преимущественно по гипотезе упругого полупространства. Этот расчет при фундаментах большой опорной площади, в десятки или сотни квадратных метров, дает, однако, преувеличенное значение осадки, изгиба и изгибающих моментов, так как гипотеза игнорирует уплотнение грунта с глубиной, вызванное действием его собственного веса. Кроме того, при больших опорных площадях грунт под фундаментом сжимается в основном без возможности бокового расширения, что не учитывается при опытном определении модуля деформации штампом.
Чтобы приблизить расчетные условия к действительным, при больших опорных площадях используют схему, согласно которой основание представляет собой сжимаемый слой, подстилаемый несжимаемым основанием. Удобно также использовать схему однородного полупространства с повышенным модулем деформации так, чтобы расчет по этой схеме давал значение, равное ожидаемой осадке.
На колонну обычно приходится вес части здания. Поэтому для этого архитектурного элемента также сооружают фундамент. Тяжелые по весу колонны, выполненные из кирпича или камня, могут потребовать соответствующую основу. В таком случае обычно рекомендуют ленточный фундамент под колонны, но есть и другие популярные решения.
Виды фундаментов для колонн
Кроме монолитного ленточного фундамента под колонны, можно встретить следующие типы:
Столбчатая опора
Столбчатая опора, она же столбчатый фундамент – еще один способ сооружения основания для колонны. Во-первых, такое основание используется в тех случаях, когда вес, приходящийся на колонну, не будет слишком большим. Это уместно сделать, например, при строительстве сравнительно легкого каркасного дома.
Однако у столбчатого типа есть существенный плюс: он подходит для установки на слабых почвах и даже в заболоченной местности. Это один из наиболее быстровозводимых и при этом экономически целесообразных вариантов.
Во-вторых, столбчатый фундамент обычно не предусматривает устройства цоколя, полуподвального этажа под колонной. Важный плюс этого способа: сравнительного невысокая цена, особенно по сравнению с монолитным ленточным способом.
Детали столбчатого фундамента:
- полый или полнотелый подколонник
- плитная ступенчатая часть (в среднем от 1 до 5 ступеней)
Важно: У столбчатой опоры большая глубина залегания – до 5-6 м. Это делает ее хорошим выбором для почв с большой глубиной промерзания и пучинистостью.
Некоторые наиболее распространенные виды столбчатых опор для колонн:
- деревянные: с наиболее узким использованием, только для деревянных колонн
- кирпичные: используются в одноэтажном строительстве при небольшом весе
- железобетонные: под металлические тяжелые колонны подходит только этот армированный вариант
Но и это еще не все типы, на которые подразделяются столбчатые фундаменты. Они делятся на сборные и монолитные в зависимости от наличия или отсутствия деталей. Сборные основания обычно бетонируют после установки на месте.
Монолитное основание
Монолитный железобетонный фундамент под колонну – надежное решение. На бетонное основание монтируется колонна из железобетона или металла. Железобетонный фундамент может выполняться как в монолитном варианте, так и быть сборным из готовых заводских частей. Сборные части в строительстве называются «стаканами».
А монолитные – «столпы». Если быть точным, то к группе монолитных оснований относятся следующие типы:
- ленточный
- столбчатый
- свайный
Каждый из типов применяется в конкретном случае: наличие стен между колоннами, влажность и слабость почвы, наличие значительного количества осадков и другое.
Упор на сваи
Сваи в качестве основы для опор часто используются для каркасных легких строений. Выделяют следующие типы свай для колонн:
Интересно: Со столбчатыми фундаментами этот тип объединяет наличие ростверка. Это верхняя часть основания, у которой важная задача: распределять нагрузку на оставшуюся часть достаточно равномерно. В качестве ростверка чаще всего выступает рама из железобетона. Но для винтовых свай из стали можно использовать металлические ростверки.
Чаще всего монтаж опор производится не на одиночную сваю, а на так называемый «куст» — несколько свай длиной в несколько метров. На них крепится ростверк, и уже после приступают к возведению самой колонны.
Несколько ростверков можно соединять вместе, например, монолитными балками. Отверстия для свай чаще всего сооружаются при помощи бура, в получившиеся пустоты устанавливается опалубка для строительства монолитных типов фундамента.
Ленточная заливка
Ленточный тип экономически нецелесообразен для монтажа колонн, за исключением нескольких вариантов, где без него действительно не обойтись.
Заливные бетонные ленты – хорошая основа для стен, которые располагаются прямо между возводимыми колоннами. В таком случае – это хороший выбор, к тому же надежный. Колонны и стены получат единый фундамент, а значит, нагрузка будет распределена достаточно равномерно.
Колонны – один из наиболее уязвимых архитектурных элементов, часто страдающих от некачественно выполненной проектной работы и расчетов. Но при крене и проседании хотя бы одной из колонн опасности подвергается все здание.
С ленточной заливкой этого чаще всего удается избежать. Второй безусловный плюс этого способа: включение колонн в ступенчатый фундамент, который применяется для строительства в гористой местности со значительным уклоном. В таком случае основания колонн также будут включены в единый ансамбль фундамента. Но и этот способ потребует усиления в местах монтажа колонн.
Монтаж фундамента под одиночную колонну
Фундамент под одиночную колонну, не соединяющийся с другими блоками фундамента, чаще всего свайный или столбчатый. Он не сооружается без проектных расчетов: принимается во внимание ожидаемый вес нагрузки, а также залегание грунтовых вод и состояние почвы.
На предварительном этапе приступают к расчистке территории от любого мусора, ветвей и камней. Разметку делают при помощи нитей и колышков, это будут границы будущей траншеи вместе с местом под опалубку. Чаще всего для рытья используют бур.
После выема грунта сооружают песчано-гравийную подушку для основания, поверх которой укладывают рубероид. Дощатая опалубка также выстилается рубероидом. Заливка монолитного варианта производится бетоном не меньше марки М400 – М600 – в зависимости от расчетного веса. Для монтажа металлических колонн понадобится анкерный крепеж. Расчет производят при помощи калькулятора фундамента.
Монтаж ленточного фундамента с колонной
На начальном этапе происходит подготовка площадки для строительства всего дома в целом, вместе с одной колонной или несколькими. Характерной чертой этого способа является то, что заливка бетоном будет производиться в течение одного дня для всех архитектурных элементов: стен и колонн.
Как правило, при таком подземном способе соединения колонн и стен важен материал, используемый впоследствии для возведения стен. Это могут быть шлакоблоки, кирпич, газобетон и другие варианты.
Разметка и земляные работы
До начала разметки с участка под строительство удаляется сор, камни, ветви и опавшие листья. На пересеченной местности производят выем почвы в верхней части склона для создания ровной площадки. Затем начинают разметку с нитями и колышками при помощи уровня и других специальных инструментов.
Рытье траншеи под фундамент, в том числе для колонн, начинают с нижней части склона, если на участке имеется уклон, а также следят за углом образующегося котлована, чтобы не допустить осыпания грунта. Работы не должны вестись без сверки с проектной документацией.
Существуют два основных способа усиления ленточного фундамента в местах возведения колонн:
- усиление армированного пояса
- углубление самого заливного фундамента
Один или оба способа выбираются исходя из проектных расчетов. Во втором случае могут производить не только углубление, но и расширение мест для оснований колонн. Как правило, эта система используется для установки готовых заводских «стаканов» в состав цельного ленточного фундамента.
Армирование
Для плетения армированной сетки для фундамента под стены используется арматура с толщиной до 20 мм, которая связывается вязальной проволокой достаточной толщины. Для мест планируемого монтажа колонн выбирают арматуру с большим диаметром.
К тому же если при стандартной заливке фундамента под стены арматура остается в толще застывшей бетонной смеси, то колонны нарушают эту плоскую картину торчащими вверх пучками арматуры. Она необходима для возведения после застывания бетонной смеси. Так называемые «выпуски» арматуры, анкера для крепежа и закладные устанавливают до того, как будет производиться заливка.
Заливка
Чтобы залить траншеи бетоном без воздушных карманов, понадобится автоматический вибрирующий инструмент. Используется бетонная смесь на основе щебня и бетона марок М400 – М600 – в зависимости от проектных расчетов и предполагаемой нагрузки на колонны.
После заливки фундамент накрывается специальной пленкой. Заливка производится в траншею из опалубки с распорками, выстланную рубероидом. Уже через 3-5 дней происходит первичное схватывание смеси.
Воспользовавшись основными рекомендациями, изложенными в статье, можно досконально разобраться в тонкостях и нюансах обустройства ленточного фундамента под колонны.
Основным типом фундаментов, устраиваемых под колонны, являются монолитные железобетонные фундаменты, включающие плитную часть ступенчатой формы и подколонник. Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с помощью стакана (см. рис. 4.1, а), монолитных — соединением арматуры колонн с выпусками из фундамента (рис. 4.8, а), стальных — креплением башмака колонны к анкерным болтам, забетонированным в фундаменте (рис. 4.8, б).
Размеры в плане подошвы ( b, l ), ступеней ( b1, l1 ), подколонника ( luc, buc ) принимаются кратными 300 мм; высота ступеней ( h1, h2 ) — кратной 150 мм; высота фундамента ( hf ) — кратной 300 мм, высота плитной части ( h ) — кратной 150 мм.
ТАБЛИЦА 4.22. ВЫСОТА СТУПЕНЕЙ ФУНДАМЕНТОВ, мм
| Высота плитной части фундамента h , мм | h1 | h2 | h3 |
| 300 | 300 | – | – |
| 450 | 450 | – | – |
| 600 | 300 | 300 | – |
| 750 | 300 | 450 | – |
| 900 | 300 | 300 | 300 |
| 1050 | 300 | 300 | 450 |
| 1200 | 300 | 450 | 450 |
| 1500 | 450 | 450 | 600 |
Модульные размеры фундамента следующие:
| hf | 1500—12000 |
| h | 300, 450, 600, 750, 900, 1050, 1200, 1500, 1800 |
| h1, h2, h3 | 300, 450, 600 |
| b | 1500—6600 |
| l | 1500—8400 |
| b1, b2 | 1500—6000 |
| buc | 900—2400 |
| luc | 900—3600 |
| l1, l2 | 1500—7500 |
Высота ступеней принимается по табл. 4.22 в зависимости от высоты плитной части фундамента [1]. Вынос нижней ступени вычисляется по формуле c1 = kh1 , где k — коэффициент, принимаемый по табл. 4.23.
Руководство по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений промышленных предприятий
Форма фундамента и подколонника в плане принимается: при центральной нагрузке — квадратной, размерами b×b и buc×buc ; при внецентренной нагрузке — прямоугольной, размерами b×l и buc×luc , отношение b/l составляет 0,6–0,85.
Габариты фундаментов под типовые колонны прямоугольного сечения, например по сериям КЭ-01-49 и КЭ-01-55, для одноэтажных промышленных зданий принимаются по серии 1.412-1/77. Буквы в марках фундаментов обозначают: Ф — фундамент; А, Б, В и AT, БТ и ВТ — тип подколонников для рядовых фундаментов и под температурные швы (табл. 4.24), а числа характеризуют типоразмер подошвы плитной части фундамента и его типоразмер по высоте.
ТАБЛИЦА 4.23. КОЭФФИЦИЕНТ k
| Давление на грунт, МПа | Значения k при классе бетона | |||||||||||
| В10 | В15 | В20 | В10 | В15 | В20 | В10 | В15 | В20 | В10 | В15 | В20 | |
 |  |  |  | |||||||||
| 0,15 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 0,2 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 2,9 | 3 | 3 |
| 3 | ||||||||||||
| 0,25 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 2,5 | 2,8 | 3 |
| 2,6 | 3 | |||||||||||
| 0,3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 2,7 | 3 | 3 | 2,3 | 2,5 | 3 |
| 2,8 | 2,4 | 2,6 | ||||||||||
| 0,35 | 2,8 | 3 | 3 | 2,7 | 3 | 3 | 2,4 | 2,7 | 3 | 2,1 | 2,3 | 2,7 |
| 3 | 2,9 | 2,6 | 2,9 | 2,2 | 2,4 | 2,9 | ||||||
| 0,4 | 2,6 | 2,9 | 3 | 2,5 | 2,8 | 3 | 2,3 | 2,5 | 3 | 2 | 2,1 | 2,5 |
| 2,7 | 3 | 2,7 | 3 | 2,4 | 2,7 | 2,2 | 2,6 | |||||
| 0,45 | 2,4 | 2,7 | 3 | 2,3 | 2,6 | 3 | 2,1 | 2,3 | 2,8 | 1,9 | 2 | 2,3 |
| 2,5 | 2,8 | 2,5 | 2,7 | 2,2 | 2,5 | 3 | 2,1 | 2,5 | ||||
| 0,5 | 2,3 | 2,5 | 3 | 2,2 | 2,4 | 3 | 2 | 2,2 | 2,6 | 1,8 | 1,9 | 2,2 |
| 2,4 | 2,7 | 2,3 | 2,6 | 2,1 | 2,3 | 2,8 | 2 | 2,3 | ||||
| 0,55 | 2,2 | 2,4 | 2,8 | 2,1 | 2,3 | 2,7 | 1,9 | 2,1 | 2,5 | 1,7 | 1,8 | 2,1 |
| 2,3 | 2,5 | 3,8 | 2,2 | 2,4 | 2,9 | 2 | 2,2 | 2,6 | 1,9 | 2,2 | ||
Примечание. Над чертой указано значение без учета крановых и ветровых нагрузок, под чертой — с учетом этих нагрузок.
ТАБЛИЦА 4.24. РАЗМЕРЫ ПОДКОЛОННОЙ ЧАСТИ ФУНДАМЕНТОВ
| Размеры колонн, мм | Рядовой фундамент | Фундамент под температурный шов | Размеры стаканов, мм | Объем стакана, м 3 | |||||||
| lc | bc | тип подколон- ника | размеры, мм | тип подколон- ника | размеры, им | hg | lg | bg | |||
| luc | buc | luc | buc | ||||||||
| 400 | 400 | А | 900 | 300 | AT | 900 | 2100 | 800 900 | 500 | 500 | 0,22 0,25 |
| 500 600 600 | 500 400 600 | Б | 1200 | 1200 | БТ | 1200 | 2100 | 800 900 800 | 600 700 700 | 600 500 600 | 0,31 0,34 0,41 |
| 800 800 | 400 500 | В | 1200 | 1200 | ВТ | 1500 | 2100 | 900 900 | 900 900 | 500 600 | 0,44 0,52 |
По высоте приняты следующие размеры: тип 1 — 1,5 м; тип 2 — 1,8 м; тип 3 — 2,4 м; тип 4 — 3 м; тип 5 — 3,6 м и тип 6 — 4,2 м. В табл. 4.25 и 4.26 приводятся в качестве примера эскизы и размеры рядовых фундаментов и фундаментов под температурные швы. Эти фундаменты могут применяться при расчетном сопротивлении основания 0,15—0,6 МПа.
Все размеры фундаментов приняты кратными 300 мм. Применяется бетон класс В10 и В15. Армирование осуществляется плоскими сварными сетками из арматуры классов A-I, А-II и А-III. Защитный слой бетона принят толщиной 35 мм с одновременным устройством подготовки толщиной 100 мм из бетона В3,5.
ТАБЛИЦА 4.25. РАЗМЕРЫ РЯДОВЫХ ФУНДАМЕНТОВ
ТАБЛИЦА 4.26. РАЗМЕРЫ ФУНДАМЕНТОВ ПОД ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШВЫ
| Эскиз | Марка фундамента | Размеры, мм | Объем бетона, м 3 | |||||
| b | l | b1 | h1 | h1 | hf | |||
 | ФАТ3-1 ФАТ3-2 ФАТ3-3 ФАТ3-4 ФАТ3-5 ФАТ3-6 | 1800 | 2100 | – | 300 | – | 1500 1800 2400 3000 3600 4200 | 3,4 4,0 5,1 6,2 7,4 8,5 |
 | ФАТ6-1 ФАТ6-2 ФАТ6-3 ФАТ6-4 ФАТ6-5 ФАТ6-6 | 2400 | 2100 | 1500 | 300 | 300 | 1500 1800 2400 3000 3600 4200 | 4,2 4,7 5,9 7,0 8,1 9,3 |
| ФАТ7-1 ФАТ7-2 ФАТ7-3 ФАТ7-4 ФАТ7-5 ФАТ7-6 | 2700 | 2100 | 1800 | 300 | 300 | 1500 1800 2400 3000 3600 4200 | 4,5 5,1 6,2 7,4 8,5 9,6 | |
Для опирания фундаментных балок предусмотрена подбетонка (рис. 4.9). Пример конструктивного решения фундамента приведен на рис. 4.10.
Габариты монолитных фундаментов под типовые колонны двухветвевого сечения, в частности для серии КЭ-01-52 одноэтажных промышленных зданий, принимаются по серии 1.412-2/77. Размеры подколонной части таких фундаментов приведены в табл. 4.27. Габариты плитной части имеют типоразмеры от 1 до 18, а также типоразмер 19, при котором размер подошвы составляет 6×5 м. По высоте фундаменты могут быть 1—6-го типа. Остальные параметры такие же, как и в серии 1.412-1/77.
Железобетонные фундаменты под типовые колонны прямоугольного сечения, например по сериям ИИ-04, ИИ-20 и 1.420-6 для многоэтажных производственных зданий, принимаются по серии 1.412-3/79.
ТАБЛИЦА 4.27. ТИПЫ И РАЗМЕРЫ ПОДКОЛОННИКОВ
| Размеры колонн, мм | Рядовой фундамент | Фундамент под температурный шов | Размеры стаканов, мм | Объем стакана, м 3 | |||||||
| lc | bc | тип подколон- ников | размеры, мм | тип подколон- ников | размеры, мм | hg | lg | bg | |||
| luc | buc | luc | buc | ||||||||
| 300 | 300 | А | 900 | 900 | AT | 900 | 2100 | 450 450 | 400 | 400 | 0,08 0,12 |
| 400 | 400 | 650 1050 | 500 | 500 | 0,18 0,29 | ||||||
| 600 | 400 | Б | 1200 | 1200 | БТ | 1200 | 2100 | 650 1050 | 700 | 500 | 0,25 0,40 |
Отличие в маркировке фундаментов по сравнению с другими сериями заключается в том, что после цифры, обозначающей типоразмер подошвы, приводится высота плитной части. Размеры подколонной части фундамента приведены в табл. 4.27. Габариты плитной части включают типоразмеры от 1 до 18 и типоразмер 19 (с размером подошвы 5,4×6 м). по высоте фундаменты могут быть 1—6-го типа. Остальные параметры такие же, как и в серии 1.412-1/77. Монолитные железобетонные фундаменты под железобетонные типовые фахверковые колонны прямоугольного сечения, в частности по шифрам 460-75, 13-74 и 1142-77, принимаются по серии 1.412.1-4. Размеры фундаментов приведены в табл. 4.28. Сопряжение колонны с фундаментом шарнирное. Фундаменты разработаны для давления 0,15- 0,6 МПа. Применяется бетон класса В10. Армирование осуществляется сварными сетками из арматуры классов A-I, А-II и А-III. Пример узла опирания колонны на фундамент дан на рис. 4.11.
Под колонны зданий применяются сборные фундаменты из одного или нескольких элементов. на рис. 4.12 приведены решения сборных фундаментов под колонны каркаса для многоэтажных общественных и производственных зданий из элементов серии 1.020-1. Элементы фундамента типа Ф применяются на естественном основании, типа ФС — для составных фундаментов (табл. 4.29). Толщина защитного слоя бетона нижней рабочей арматуры принимается 35 мм, а остальной арматуры — 30 мм. Глубина заделки колонны в фундамент должна быть не менее величин, приведенных в табл. 4.30.
Ленточные фундаменты под стены выполняются в монолитном или сборном варианте (см. гл. 4). При наличии подвала фундаментная стена является одновременно стеной подвала, которая работает совместно с элементами сооружения.
По конструктивному решению стены подвалов зданий и сооружений подразделяются на массивные (рис. 6.14, а) и гибкие (рис. 6.14, б, в). Массивные стены применяются в подвалах зданий и сооружений и выполняются из кирпича, крупных бетонных блоков, панелей и т.д.
Гибкие стены выполняются, как правило, в виде железобетонных навесных панелей, работающих на изгиб в вертикальной плоскости. Стены подвалов опираются на перекрытия, располагаемые выше или ниже поверхности грунта.
Стены подвала, опертые на колонны, рассчитываются по схеме разрезной балки с расчетным пролетом, равным расстоянию между осями колонн, на равномерно распределенную нагрузку от давления грунта, равного среднему давлению в пределах условно принятой расчетной ширины панели.
Наружные стены подвалов, опертые на перекрытия, рассчитываются: по первой группе предельных состояний — на устойчивость положения стен подвалов против сдвига на подошве фундамента (при отсутствии специальных конструктивных мероприятий, удерживающих стену от сдвига); на устойчивость основания фундамента стены (для нескальных грунтов); на прочность скального основания (для скальных грунтов); на прочность элементов конструкций и узлов соединений; по второй группе предельных состояний — на деформации оснований фундаментов стен, на образование трещин в элементах конструкций.
Все эти расчеты, за исключением расчетов на устойчивость основания, в которых следует использовать метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, выполняются так же, как и для свободно стоящих подпорных стен (см. далее гл. 7). Расчеты на устойчивость с использованием метода круглоцилиндрических поверхностей скольжения производятся при фиксированном центре этих поверхностей. За центр поверхности скольжения в этих случаях принимается нижняя точка опирания стены на перекрытие.
6.2.2. Расчет ленточных фундаментов
Ленточные фундаменты наружных стен зданий с подвалами рассчитываются на нагрузки, передаваемые стеной подвала, и на действующее на них давление грунта.
Расчет ленточных фундаментов производится по сечению I-I, проходящему по краю фундаментной стены (рис. 6.15), а при ступенчатой форме фундаментов — и по грани ступени. Расчетные усилия в сечении на 1 м длины фундамента при центральной нагрузке определяются по формулам:
(6.50)
(6.51)
где р — среднее давление по подошве фундамента, передаваемой на грунт от расчетных нагрузок; а — выступ консоли фундамента.
Расчетные усилия в сечении на 1 м длины фундамента при внецентренной нагрузке (см. рис. 6.15) вычисляются по формулам:
(6.52)
(6.53)
где рmax и p1 — соответственно давления от расчетных нагрузок, передаваемые на грунт под краем фундамента в расчетном сечении.
Расчет по прочности нормальных сечений производится на момент от расчетных нагрузок. Подбор площади
сечения продольной арматуры производится по формуле
,
(6.54)
где Rs — расчетное сопротивление арматуры растяжению; v — коэффициент, определяемый по табл. 6.2 в зависимости от параметра А´0 ; h0 — рабочая высота сечения, принимаемая равной расстоянию от верха фундамента до центра арматуры.
ТАБЛИЦА 6.2. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА v
| A´0 | v | A´0 | v |
| 0,039 | 0,98 | 0,139 | 0,92 |
| 0,058 | 0,97 | 0,164 | 0,91 |
| 0,077 | 0,96 | 0,18 | 0,90 |
| 0,095 | 0,95 | 0,204 | 0,88 |
| 0,113 | 0,94 |
Параметр А´0 определяется по формуле
,
(6.55)
где Rb — расчетное сопротивление бетона для предельного состояния первой группы; b — ширина сечения фундамента.
При расчете наклонных сечений на действие поперечной силы должно соблюдаться условие
(6.56)
Расчет на действие поперечной силы не производится при
(6.57)
где k1 — коэффициент, принимаемый для тяжелого бетона равным 0,75; Rbt —расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельного состояния первой группы.
Расчет элементов без поперечной арматуры производится из условия
(6.58)
где Q — поперечная сила, действующая в наклонном сечении, т.е. равнодействующая всех поперечных сил от внешней нагрузки, расположенных по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения; Qb — поперечное усилие, воспринимаемое бетоном сжатой зоны в наклонном сечении:
(6.59)
где k2 — коэффициент, принимаемый для тяжелого бетона равным 1,5; с — длина проекции наклонного сечения на продольную ось.
Железобетонные фундаменты рассчитываются по раскрытию трещин, при этом ширина раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, определяется по формуле
,
(6.60)
где η — коэффициент, принимаемый равным при стержневой арматуре периодического профиля 1,8, гладкой 1,3, при проволочной арматуре периодического профиля 1,2, гладкой 1,4; σs —напряжение в стержнях растянутой арматуры; μ — коэффициент армирования сечения, принимаемый равным отношению площади сечения арматуры к площади сечения b × h0 , но не более 0,02; d — средний диаметр растянутой арматуры:
(6.61)
где d1 , …, dk — диаметры стержней растянутой арматуры; n1 , …, nk — число стержней соответствующе арматуры.
Напряжение в арматуре определяется по формуле
(6.62)
где M1 — момент от действия расчетной нагрузки при коэффициенте надежности по нагрузке γf = 1:
(6.63)
М — момент от действия расчетной нагрузки при коэффициенте надежности по нагрузке γf > 1; А´s — фактическая площадь принятой арматуры; А´´s — площадь арматуры, требуемая по расчету прочности.
Пример 6.2. Рассчитать фундаментную плиту с угловыми вырезами (рис. 6.16). На 1 м длины фундамента передается нагрузка 450 кН. Бетон класса В10, имеющий Rbt = 0,63 МПа и Rb = 7 МПа.
Решение. Среднее давление по подошве фундамента
р = 450 · 240/(0,4 · 1,6 + 0,6 · 2,4) = 0,52 МПа,
а с учетом коэффициента надежности по нагрузке
р´ = 1,2 · 0,52 = 0,62 МПа.
Нагрузка на 1 м ширины фундаментной плиты составит:
q1 =0,62 · 1,6 = 995 кН/м; q2 = 0,62 · 2,4 = 1490 кН/м.
Расчет проводим в трех сечениях: I–I — по грани стеновой панели; II–II — по грани угловых вырезов с учетом анкеровки арматуры на величину lа , равную примерно 9 см; III–III — то же, без учета анкеровки. Расчетные усилия в этих сечениях будут:
MI–I = 995 · 0,42 2 /2 + (1490 – 995) 0,285 2 /2 = 101,3 кН·м
QI–I = 995 · 0,185 + 1490 · 0,235 = 534 кН;
MII–II = 995 · 0,275 2 /2 + (1490 – 995) 0,09 2 /2 = 39,6 кН·м;
QII–II = 995 · 0,2 = 199 кН;
QIII–III = 168 кН.
а — план плиты; б — поперечное сечение плиты; в — схема реактивного давления грунта; 1 — стена подвала; 2 — фундаментная плита; 3, 4 — расчетные наклонные сечения
Определяем необходимую площадь сечения арматуры при h0 = 0,3 – 0,033 = 0,267 м:
сечение I–I
;
по табл. 6.2 находим v = 0,955; площадь сечения арматуры
см 2 ;
сечение II–II
;
при v = 0,983 площадь сечения арматуры
см 2 ;
сечение III–III
A0 = 0,0472; v = 0,976; As = 4,23 см 2 .
Армируем двумя сетками — нижней, рабочая арматура которой принята диаметром 8 мм из стали класса А-III в количестве 16 стержней общей площадью 8,04 см 2 , и верхней из арматуры диаметром 5 мм класса Вр-I в количестве 24 стержней общей площадью 4,73 см 2 . Общая площадь арматуры в сечении I–I составляет 12,77 см 2 .
Рассматриваем наклонные сечения 3 и 4. Определяем по формуле (6.56):
Q = 0,35 Rbbh0 = 0,35 · 0,7 · 26,7 = 1516 кН > 534 кН.
Находим по формуле (6.57):
т.е. требуется расчет на действие поперечной силы. В сечении 3 с = 26 см. Тогда а´ = а – с = 42 – 26 = 16 см. Высота сечения для а´ :
h´ = 10 + 16 (30 – 10)/20 = 26 см;
h01 = 26 – 4 = 22 см;
h0 = (22 + 26) /2 = 24 см.
Определяем усилие, воспринимаемое бетоном, и действующее усилие:
Qb = k2Rbtbh 2 0/c = 1,5 · 0,063 · 238 · 24 2 /26 = 108,3 кН;
Q = QI–I – qc = 534 – 1496 · 0,235 – 995 (0,26 – 0,235) = 159 кН < 408,3 кН.
В сечении 4 принимаем с = 37 см. Тогда а´ = 42 – 37 = 5 см и h0 = 18,6 см, откуда:
Qb = 1,5 · 0,053 · 160 · 18,5/37 = 140 кН;
Q = 534 – 1490 · 0,235 – 995 (0,37 – 0,235) = 50 кН < 140 кН.
Расчет по трещиностойкости производим для сечения I–I по расчетным нагрузкам с коэффициентом надежности по нагрузке, равным 1:
M´1 = M/ γf = 101,3/1,2 = 84,4 кН·м;
μ = AI–I /(bh0) = 12,77 /(240 · 26,7) = 0,002;
M1 = MA´s/A´´s = 101,3 · 12,77/11,68 = 110 кН·м;
σs = RsM´1/M1 = 34 · 103 · 844 · 104/11 · 105 = 259 МПа;
d = (24 · 0,52 + 16 · 0,8) = 6,6 мм;
ас = 1,2 · 120 (3,5 – 100 · 0,002) = 0,191 мм < 0,3 мм.
Читайте также: