7. Конструирование фундамента мелкого заложения

Монолитные железобетонные фундаменты применяются из тяжелого бетон класса В15 – В20, в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84. Фундаментная подушка маркируется как ФЛ 6.8. рис.8, где первая цифра ширина подушки в дециметрах 6 = 600 мм, а вторая длинна плиты. Стандартная ширина в – (600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600) при высоте подушки 300мм, (2000, 2400, 2800, 3200) при высоте подушки 500мм – но только две допустимые длинны 800 и 1200.

Рис. 8. Фундаментные плиты и блоки: а) ФЛ 6 – 8; б) ФЛ 10 – 16; в) ФЛ 20 – 32; г) ФБС.

Бетонные фундаментные блоки под стены подвала маркируются как: ФБС 24.3.6 – тип, длина, ширина и высота в дециметрах 24 = 2400мм.

ФБС – фундаментный блок сплошной – L = 880 (900), 1180 (1200) и 2380 (2400). Ширина b = 300, 400, 500, 600. Высота h = 280 (300) и 580 (600). Фундаментные подушки могут укладываться с зазором = 100 – 200 мм, для размещения блоков стандартной длины, пустоты засыпаются песком. ФБС должны укладываться с перевязкой, т.е. верхний блок должен опираться на два нижних. Пустоты замоноличиваются бетоном марки – не ниже блоков.

Схема отдельно стоящего фундамента, показана на рис. 9. Подколонник выполняется со следующими допусками: Верхний обрез фундамента должен находиться ниже уровня земли или пола подвала на 150 мм, верх фундаментной балки должен быть ниже уровня земли на 30 мм . Глубина стакана должна быть  1 ширины или диаметра колонны + 0,050 – для бетонирования. Толщина стенок стакана должна быть не менее 150 мм. Зазор между колонной и стенками стакана должен быть по низу не менее 50 мм, по верху не менее 75 мм. Расстояние от дна стакана до плитной части должно быть не менее 200 мм.

Рис. 9. Схемы фундаментов под колонну Ф.

Высота плитной части фундамента должна быть кратна 150 мм, допускаются ступени высотой по 300 и 450 мм. Максимально допустимый вылет ступеней 600 мм – если у вас больше (рис. 9), то данный вылет необходимо разбить на две часть и устроить вторую подушку. Допускаются только стандартные размеры подушек, минимальный 900 мм и далее размеры кратны 300 мм до 6 м.

Высота ступенчатой часть назначается конструктивно, а затем проверяется расчетом на действие поперечной силы и расчетом на продавливание колонной. Расчет на действие поперечной силы Q: Q  _b3 R_bt L h_o ; Q = P^p L (b – b₁) / 2 ; P^p = (N^p + G^p_гр + G^p_ф) / А_ф. (22)

Где _b3 – коэф. для тяжелого бетона = 0,6; R_bt – расчетное сопротивление бетона растяжению; h_o = (h - а) – высота фундамента в сечении; а – толщина защитного слоя бетона до арматуры; Р^р – среднее напряжение под подошвой фундамента от расчетной нагрузки; N^p – расчетная нагрузка на верхнем обрезе фундамента; G^p_гр, G^p_ф – расчетная нагрузка от веса грунта на обрезах фундамента и от веса фундамента; А_ф – площадь подошвы фундамента; L – длина подошвы фундамента; b – ширина подошвы фундамента; b₁ – ширина фундамента в сечении для которого выполняется проверка. Толщина защитного слоя бетона для монолитного Фундамента не менее 35 мм при наличии песчаной подготовки и не менее 70 мм без нее. При расчете ленточного фундамента L = 1.

Расчет на продавливание фундаментов колонной выполняется F  _b R_bt u_m h_on ; (23)

Где F = (N^p – P^p A_n) – расчетная продавливающая сила; _b – коэф. для тяжелого бетона = 1; R_bt – расчетное сопротивление бетона растяжению, для бетона класса В 20 - R_bt = 900 кПа; u_m – средний периметр пирамиды продавливания; h_on – Рабочая высота продавливания; Р^р – среднее напряжение под подошвой фундамента от расчетной нагрузки; N^p – расчетная нагрузка на верхнем обрезе фундамента; A_n – площадь основания пирамиды продавливания.

Рис. 10. Схемы к расчету конструкций фундаментов.

Необходимо определить размеры пирамиды продавливания по рис. 10. Для этого от крайних точек дна стакана проводят по направлению к подушке линии под углом 45^о. Если пирамида продавливания расположена внутри тела фундамента, то u_m и A_n можно определить по формулам:

u_m = 2(b_k + L_k + 2h_on); A_n = (L_k + 2h_on)*(b_k + 2h_on). (24)

Если условие проверки (23) не выполняется необходимо, повысить класс бетона или увеличить высоту в сечении фундамента.

Сечение рабочей арматуры в подошве фундамента определяется из расчета на изгиб консольных выступов фундамента в сечениях, проходящих по граням ступеней фундамента и по граням колонны, по формулам (25, 26). Армирование подошвы выполняется сварными сетками из арматуры класса А-11 и А-111 с расстоянием между стержнями 200 мм. Диаметр рабочих стержней принимается не менее 10 мм – при длине подошвы до 3 м, и не менее 12 мм при длине больше 3 м. Площадь сечения арматуры А_{а i-i}, параллельной одной из сторон фундамента в i-ом сечении на 1 м ширины фундамента А_{а i-i} = M _i-i / (0,9 h_{o i} R_s), (25)

Где h_oi - рабочая высота фундамента в i-ом сечении; R_s – расчетное сопротивление растянутой арматуры, например для арматуры класса А-11 R_s = 270*10³кН/м²; M _i-i - момент в i-ом сечении, формулам M _i-i = С² _i-i (рⁱ₃ + 2р₂) / 6; рⁱ₃ = р₁ + (l - C _i-i)(р₂ – р₁) / l;

р₁ = N^р / bl – 6M^р / bl²; р₂ = N^р / bl + 6M^р / bl². (26)

C _i-i – расстояние от расстояние от края подошвы до i-го сечения; р₁ и р₂ – краевые давления под подошвой фундамента определяются по расчетным усилиям действующим по верхнему обрезу фундамента.

При действии момента только в одной плоскости фундамента, рабочей арматуры не требуется и поперечная арматура ставиться конструктивно.

Армирование стенок стакана необходимо, если отношение толщины стенки к ее высоте менее 0,75. Минимальное армирование продольной арматурой стакана принимается равным 0,05 площади горизонтального сечения стакана на уровне низа колонны, диаметр арматуры сеток составляет не менее 8 мм. Сетки располагаются в верхней трети высоты стакана через 100 мм, а ниже – через 200 мм, но не более 0,25 глубины заделки колонны. Ниже дна стакана до глубины 0,5 b_к располагается не менее двух сеток.

Пример 7. Выполним проверочный расчет ленточного фундамента.

Ширина фундамента b = 1 м; высота h = 0,3 м. Расчетная нагрузка, действующая по образцу фундамента на 1м длины составляет N^p = 330,05 кН.

Расчетную нагрузку от веса фундаментной плиты и стеновых блоков ФБС определим с коэффициентом по нагрузке _f = 1,1, коэффициент надежности по нагрузке для грунта _f = 1,2.

(См. пример 5)

Нормативные значения веса фундаментной плиты G_ф = 7,5*b = 7,5 кН.

Вес 1 м подземной части стены G_с = 1 * 0,6 * 1,47 * 25 = 22,05 кН.

Вес грунта обратной засыпки на 2-х обрезах фундамента: G_гр = 23,55*b - 14,13 = 9,42 кН.

Получим. G^p= 1,1 * (7,5 + 22,05) + 1,2 * 9,42 = 43,8 кН.

Определим среднее напряжение под подошвой фундамента от расчетных нагрузок определяем по формуле (22): P^p = (N^P+G^P) / А_ф = (330,05 + 43,8) / 1*1 = 373,85 кПа;

Поперечная сила в сечении 1-1 (рис. 12. а): Q_1-1 = 373,85 * 1 * (1 - 0,6) / 2 = 74,77 кН.

В качестве материала фундамента принимаем бетон класса В20 с расчетным сопротивлением растяжению R_bt= 900 кПа. Под подошвой фундамента предусмотрена песчано-гравийная подготовка, поэтому толщину защитного слоя принимаем равной а = 3,5 см, тогда h_o = (0,3 - 0,035) = 0,265 м. Проверяем выполнение условия (22):

Q_1-1 = 74,77 < 0,6 * 900 * 1 * 0,265 = 143,1 кН.

Условие выполняется, следовательно, заданная первоначально высота плиты ленточного фундамента h = 300мм удовлетворяет условию на действие поперечных сил.

Определим сечение рабочей арматуры (25), класс арматуры А - 11, R_s = 270*10³ кН/м², шаг 200 мм. C _1-1 = 200 мм = 0,2 м см. рис. 12 а.

р₁ = р₂ = N^р / bl – 6M^р / bl² = 330,05 / 1*1 –+ 6 * 0 / 1 * 1² = 330,05 кПа.

р¹₃ = р₁ + (l- C _1-1)(р₂ – р₁)/l = 330,05 + (1– 0,2) * (330,05 – 330,05)/1 = 330,05 кПа

M _1-1 = С² _1-1 (р¹₃ + 2р₂) / 6 = 0,2² * (330,05 + 2 * 330,05) / 6 = 6,6 кН*м. h_o1 = 0,265 м.

А_{а 1-1} = M _1-1 / (0,9 h_{o 1} R_s) = 6,6 / (0,9*0,265*270000) = 0,000102 м² = 1,02 см².

По расчету требуется пять стержней арматуры диаметром 4 мм. Исходя из требований норм проектирования, принимаем поперечную 6 штук с основным шагом 200 мм, а крайнюю с шагом 150 мм арматуру принимают класса А - 11 диаметром 10 мм.

Проведем конструктивный расчет фундамента под колонну сечением 400 400мм. Размеры плиты фундамента составляет 1,9 1,9 м первоначально примем плиту фундамента из одной ступени высотой h = 450 мм. Толщину защитного слоя бетона принимаем равной а = 35 мм, тогда ho = 415 мм. Высота фундамента определяется требуемой глубиной заложения и составляет h_ф = 1500 мм (рис. 12. б). Толщину стенок стакана подколенника примем равной 225мм, тогда размеры подколенника в плане составляют 1000 1000мм. Глубину стакана назначаем равной 500мм > b_к = 400 мм. В качестве материала фундамента принимаем бетон класса В20.

Расчетная нагрузка, действующая в уровне верхнего обреза фундамента, составляет N =1376,55 кН. Определяем расчетные нагрузки от веса фундамента (_f =1,1) и вес грунта обратной засыпки на обрезах фундамента (_f =1,2); ¹₁₁ = 17,83 кН/м³.

G^P_ф =1,1 * [1*1*1,5 + (1,9*1,9 – 1*1) * 0,45] * 25 = 73,55 кН;

G^P_гр =1,2* [1,9*1,9*1,65 – 1*1*1,5 - (1,9*1,9 – 1*1) * 0,45] * 17,83 = 70,3 кН.

Среднее напряжение под подошвой фундамента: Р^Р= (1376,55 + 73,55 + 70,3)/ 1,9*1,9= 421,2 кПа.

Поперечная сила: Q₁ = 421,2 * 1,9 * (1,9 - 1) / 2 = 360,13 кН.

Проверяем выполнения условия (22): Q₁ = 360,13 < 0,6 * 900 * 1,9 * 0,415 = 425,8 кН

следовательно принятый размер h = 450 мм удовлетворяет условию.

Рис. 12. Основные размеры: а) ленточного фундамента; б) фундамента под колонну в бесподвальной части здания.

Выполним расчет фундамента на продавливание по условию (23-24). По рис. 12. б видно, что пирамида продавливания не проходит по телу фундамента, следовательно пирамиду продавливания следует чертить не от внутренней грани колонны, а от внешней грани стакана на уровне ступени. В этом случае рабочая высота пирамиды продавливания: h_on = 0,45 - 0,035 = 0,415 м; площадь основания пирамиды продавливания:

A_n = (1 + 2 * 0,415) * (1 + 2 * 0,415) = 3,3489 м² < b * l = 1,9 * 1,9 = 3,61 м².

Условие, по которому площадь основания пирамиды продавливания должна быть меньше площади подошвы фундамента выполняется. u_m = 2 * (1 + 1 + 2 * 0,415) = 5,66 м; N^p – P^p *A_n = 1376,55 – 421,2 * 3,3489 = - 34 кН; _b R_bt u_m h_on = 1 * 900 * 5,66 * 0,415 = 2114,01 кН.

Условие (23) выполняется -34 кН < 2114,01 кН. Это означает, что прочность фундамента обеспечена и продавливания не происходит при принятых размерах.

Определим сечение рабочей арматуры (25), класс арматуры А - 11, R_s = 270*10³ кН/м², шаг 200 мм. C _1-1 = 450 мм = 0,45 м см. рис. 12 б.

р₁ = 1376,55 / 1,9*1,9 – 6 * 115 / 1,9 ³ = 280,72 кПа.

р₂ = 1376,55 / 1,9*1,9 + 6 * 115 / 1,9³ = 481,92 кПа.

р¹₃ = 280,72 + (1,9 – 0,45) * (481,92 – 280,72) / 1,9 = 434,3 кПа.

M _1-1 = 0,45² * (434,3 + 2 * 481,92) / 6 = 47,2 кН*м. Определим площадь сечения арматуры А_{а 1-1}, где h_o1 = 0,415 м. А_{а 1-1} = 47,2 / (0,9*0,415*270000) = 0,000468 м² = 4,68 см².

По расчету требуется 10 стержней продольной арматуры диаметром 10 мм с шагом 200 мм и 10 стержней поперечной арматуры диаметром 10 мм с шагом 200 мм.