16. Железобетонные фундаменты. Конструкция и расчет внецентренно нагруженных фундаментов под отдельную колонну.

В инженерных сооружениях, промышленных и гражданских зданиях широко применяют железобетонные фундаменты. Они бывают 3х типов: отдельные – под каждой колонной; ленточные – под рядами колонн в одном или двух направлениях; а также под несущими стенами; сплошные – под всем сооружением.

Стоимость фундаментов составляет 4..6% общей стоимости здания.

Отдельные фундаменты устраивают при относительно небольших нагрузках и достаточно редком размещении колонн. По способу изготовления фундаменты бывают сборные и монолитные.

Конструирование сборных:

В зависимости от размеров сборные фундаменты колонн выполняют цельными и составными.

Размеры цельных фундаментов относительно не велики размеры подошвы принимаются в пределах 1300…2100 мм, высота h=600…900 мм (кратно 300 мм).

Выполняют фундаменты из тяжелых бетонов В15…В25. В фундаментах предусматривают арматуру по подошве в виде сварных сеток. Минимальная толщина защитного слоя арматуры 30 мм (по СНиП). Сборные колонны заделывают в стакан фундамента, глубину заделки принимают равной 1…1,5 большего размера поперечного сечения колонн.

Толщина дна стакана должна быть не менее 200 мм. Зазор между колонной и стенками стакана принимаются: по низу – не мене 50 мм, по верху - не менее 75 мм.

При монтаже колонну устанавливают в стакан с помощью подкладок и клиньев и заполняют зазоры бетоном класса В17,5 на мелком заполнителе.

Сборные фундаменты больших размеров выполняют составными из нескольких монтажных блоков. На них расходуются больше материалов, чем на цельные. При значительных моментах и горизонтальных распорах блоки соединяют между собой сваркой выпусков, анкеров, закладных деталей и т.п.

Конструирование монолитных фундаментов:

Типовые конструкции монолитных фундаментов, сопрягаемых со сборными колоннами, разработаны под унифицированные размеры (кратно 300 мм) (для стальной опалубки).

Армируют подколонник пространственным каркасом, фундаментную плиту сеткой.

Расчет внецентренно нагруженных фундаментов:

1. Необходимая площадь подошвы при предварительном расчете определяется из:

– нормативная сила, передаваемая на фундамент; – глубина заложения фундамента; =20 кН/м³- усредненная нагрузка от веса 1 м³фкндамента и грунта на его уступах; - расчетное сопротивление грунта.

Подошву выполняют прямоугольной формы, вытянутой в плоскости действия момента. .

2. Необходимо проверить напряжения под подошвой фундамента.

Для этого определяем max и min краевые давления на грунт (от нормативных нагрузок):

– продольная сила в уровне подошвы фундамента, N – продольная сила на обрезе фундамента.

– момент в уровне подошвы фундамента.

Определяем и , при этом и

И среднее давление

Если условия не выполняются, то пропорционально увеличиваем размеры подошвы фундамента.

Если , то будет происходить отрыв фундамента (чего нельзя допускать в зданиях с краном, т.к. постепенно фундамент будет давать осадку ???).

Допустимая степень неравномерности краевых давлений зависит от характера конструкций, опирающихся на фундамент. В зданиях с кранами грузоподъемностью В зданиях с ,

3. Назначение размеров подколонника.

Конструктивно толщина стенки стакана (поверху) принимается

Кроме этого в плоскости изгиба при

Тогда высота и ширина сечения подколонника:

Глубина стакана определяется из двух условий:

1. Из условия размещения колонны в стакане.

2. Из условия анкеровки продольной арматуры колонны в стакане:

м – min защита для колонна > 9 м (< 9 м – 0,01 м)

Минимальная толщина дна стакана – 200 мм.

4. Высота плитной части фундамента определяется из условия продавливания. При этом возможно два случая:

1. Продавливание происходит от подколонника:

2. Продавливание от дна стакана:

1.. Расчет на продавливание от подколонника сводится к проверке условия:

– продавливающая сила; – расчетное сопротивление бетона растяжению;

– часть площади подошвы фундамента, ограниченная нижним основанием рассматриваемой грани пирамиды продавливания и продолжением в плане соответствующих ребер.

– средняя линия грани пирамиды продавливания:

При ;

при

– максимальное краевое давление на грунт от расчетных нагрузок.

2.. Расчёт на продавливание (при продавливании от дна стакана) производится на действие расчетной продольной силы , действующей в уровне торца колонны и сводится к расчету:

- на продавливание фундамента колонной от дна стакана:

- на раскалывания фундамента колонной.

где - коэффициент, учитывающий частичную передачу продольной силы N на плитную часть фундамента через стенки стакана и принимаемый равным:

- площадь боковой поверхности колонны, заделанной в стакан фундамента.

– глубина заделки колонны в стакан.

Проверка фундамента по прочности на продавливание колонной от дна стакана производится из условия:

– рабочая высота толщины дна стакана.

– площадь давления по подошве:

Проверка фундамента по прочности на расклывание от действия продольной силы производится в зависимости от:

где – площади вертикальных сечений фундамента в плоскостях, проходящих по осям сечения колонны параллельно соответственно сторонам и подошвы фундамента, за вычетом площади стакана фундамента.

При При этом .

При При этом .

где коэффициент трения бетона по бетону, принимаемый равным 0,75;

–коэффициент, учитывающий совместную работу фундамента с грунтом, принимаемый равным 1,3.

– максимальное краевое давление на грунт от расчетных нагрузок.

5. Вылет нижней ступени.

6. Армирование

Расчет арматуры подошвы:

Производится из условия изгиба плиты под воздействием реактивного давления грунта в двух направлениях – в плоскости и из плоскости рамы.

Площадь арматуры подбираем на 1 погонный метр по формуле:

М – изгибающий момент на один метр ширины фундамента.

Определяют в плоскости рамы и из плоскости рамы:

Из плоскости: .

При ширине подошвы < 3 м – min 10, при ширине - min 12. Шаг сетки – 200 мм.

Расчет продольной арматуры подколонника:

Рабочая вертикальная арматура устанавливается у коротких граней подколонника. Расчет арматуры производится как внецентренно сжатого элемента по усилиям в сечении с большими моментами (как правило, это сечение у низа подколонника).

У дна стакана (коробчатое сечение, приводимое к тавровому).

Расчет поперечной арматуры подколонника:

Под действиеv момента Ne₀ происходит поворот колонны относительно горизонтальной оси, проходящей через точку К.

При этом момент от поворота уравновешивается моментами усилий в поперечной арматуре, относительно дна стакана.

Различают 3 случая возможного поворота колонны:

1. – сила лежит в пределах ядра сечения. Поворота нет и поперечная арматура ставится конструктивно: расстояние между горизонтальными сетками не более 200 мм и не более глубины стакана. Минимальный диаметр – 10 мм.

2. – поворот происходит вокруг горизонтальной оси, проходящей через точку k. И момент принимается равным:

Этот момент уравновешивается усилием в поперечной арматуре:

– расстояние от дна колонны до сетки.

Отсюда:

– площадь четырех рабочих стержней в каждой сетке, расположенных в двух стенках стакана, параллельных плоскости действия момента.

3. – поворот происходит вокруг горизонтальной оси, проходящей через точку k, расположенную на грани колонны.