Расчет центрально нагруженного фундамента

Фундамент передает нагрузку от колоны на основание, распределяя ее таким образом, что бы давление под подошвой фундамента не превышало расчетного сопротивления грунта. Глубина его заложения принимается на 30-40 см. ниже уровня промерзания грунта, но не менее 1,5 м. При определении требуемой площади опирания фундамента используется нормативная нагрузка, которая определяется как:

N_bcⁿ=N_bc/γ_f=460,85/1,2=384,05кН

Требуемая площадь опирания фундамента:

A_f^тр= N_bcⁿ/(R₀-γ_mfH_f)=384,05/0,03-20×10^-6 ×10²=13716,43см²

Сторона подошвы центрально нагруженного и квадратного в плане фундамента:

af≥√ (A_f^тр)=117,117 а=120см.

Минимальная рабочая высота фундамента у основания подколонника из условия продавливания по верху пирамиды при действии расчетной нагрузки определяется по формуле:

h₀^min=-(h_f+b_f)/4+1/2√[(N_bc/0,9R_b+((h_f+bf)/2)2]= -=(0,66+0,69)/4+1/2√[(460,86/0,9×1,05×10³+((0,66+0,69)/2)²]=366,73

Полная высота фундаментной плиты определяется с учетом защитного слоя арматуры:

H_fp≥ h₀^min+a_b=4см.

При большой высоте фундаментной плиты, превышающей 45см., фундамент может быть выполнен ступенчатым. Размеры второй, и в случае необходимости третей ступени, принимаются так, что бы их грани пересекали прямую, проведенную под углом 45° к грани подколонника на отметке верха фундаментной плиты. Рекомендуется принимать уступы ступеней плиты квадратными в плане.

Для расчета арматуры фундаментной плиты используется изгибающие моменты, найденные по сечениям с соответствующим расположением уступов фундамента.

Количество определяемых моментов равно количеству ступеней фундамента.

Mi=0,125psf(a_f-a_i)²a_f=0,320×0,125×1,2²=57,6кНм

Поперечное сечение рабочих арматурных стержней находится для каждой ступени фундаментной плиты в соответствии с найденным для нее изгибающим моментом..

A_s,i= Mi/0,9(H_f,i-a_b)R_s= 57,6/0,9(0,6-0,04)365×10³=0,67см.

По наибольшей площади поперечного сечения арматуры назначается сетка. Шаг и диаметр стержней в обоих направлениях равны. Проверяется процент армирования фундамента. μ=(A_s/H_fp×a_f)100%=≥0,1%

Решение опорных узлов

1.Конструирование оголовка колоны

Толщину опорной пластины оголовка назначают конструктивно (25мм.) Предусматривается расположение опорных ребер главных балок по осям ветвей колоны, торцы которых предварительно фризеруются.

2.Расчет и конструирование базы

Нагрузка, передаваемая базой колоны на фундамент, включает собственный вес колоны:

g_cⁿ=2(g₄l_c+7,85×10^-5×V×n)=2(1,2+7,85×10^-5×0,005×8)=12,25кН

Расчетная нагрузка на фундамент составит:

N_bc=N_c+1,05 g_cⁿ=460,86

Предварительно принимаем расчетное сопротивление бетонасмятия при местном сжатии:

R_b,loc=1,5R_bγ_b9=1,5×14,5×0,9=19,575МПа

Требуемая площадь подошвы опорной плиты определяется из условия смятия бетона:

A_hl^тр= N_bc/R_b,loc=460,86/19,575=235,4см²

Размер стороны опорной плиты ,параллельный высоте сечения колоны, принимаем с учетом двусторонних свесов с=60

h_pl=h+2c=14+2×6=26см.

Ширина опорной плиты принимается с округлением 1 см.

b_pl≥ A_hl^тр/ h_pl=235,4/26=9,05см.

Окончательная ширина опорной плиты не должна быть меньше ширины сечения колоны. Размеры верхнего обреза фундамента принимаем с каждой стороны на 15-20см. больше размера опорной плиты.

hf= h_pl+2(15…20)=26+40=66см.

b_f= b_pl+2(15…20)=25+40=65

Фактическая величина расчетного сопротивления бетона при местном сжатии опорной плитой колоны определяется по формуле:

R_b,loc= R_b³√(h_f×b_f/ h_pl× b_pl)= 14,5³√(0,66×0,69/ 0,26×0,29)=27

Нагрузка местного сжатия бетона является реактивным давлением фундамента на опорную плиту, проверяется по формуле:

σ_b=N_loc/ (h_pl× b_pl)=460,86/( 26× 29)=6,29≤19,57

Опорная плита колоны работает на изгиб от реактивного давления фундамента. Наибольшие изгибающие моменты в ней определяются в зависимости от конфигурации рассматриваемых участков.

M _pl1= (σ_b×l²)/2=(6290×0,06²)/2=11,32кНм

M _pl2=α× σ_b×b₂²=

M _pl3=β× σ_b×b₃²=

По наибольшему найденному изгибающему моменту определяем толщину пластины:

t _pl=√(6×M_pl^max/ R_y×γ_c)=

Толщину траверсы базы колоны принимаем конструктивно 18 мм. Ее высоту назначаем из условия полной передачи усилия от ветвей колоны на опорную плиту.

h_d≥(N_bc/β_f×K_f×R_ωf×γ_ωf×γ_c×n_ω)+1=(460,86/0,7×0,4×18×γ_ωf×1×4)+1=23,8

Анкерные болты назначаем конструктивно с диаметром 20 мм. и глубиной заделки не менее 700 мм.

10