4.2 Определение площади продольной арматуры

Колонна изготавливается из бетона класса С 20/25, продольная арматура из стали класса S500, монтажную арматуру принимаем класса S240. Площадь сечения рабочей арматуры определяем по формулам центрального сжатия, при этом значения эксцентриситета принимают равным случайному эксцентриситету. Ориентировочно примем сечение колонны 400х400 мм.

Значение случайного эксцентриситета назначают максимальное из трех:

где - расчетная длина колонны;

- размер колонны в основании.

Принимаем мм.

Определяем значение коэффициента , учитывающего влияние продольного изгиба и случайного эксцентриситета:

; (4.10)

(4.11)

где - случайный эксцентриситет (наибольший);

- начальный эксцентриситет продольной силы ;

- коэффициент, учитывающий ползучесть бетона, допускается в расчеты не водить.

Получаем, что .

Подставляем необходимые данные в формулу (4.10) и получаем:

.

Проверяем сечение колонны:

(4.12)

.

Окончательно принимаем сечение колонны 400х400 мм.

Расчет центрально сжатой колонны производим из условия:

(4.13)

где - продольная сила, вызванная действием внешних нагрузок,

- внутреннее усилие бетона и арматуры.

(4.14)

где - расчетное сопротивление бетона МПа;

МПа (арматура класса S500);

- площадь бетона, 0,4*0,4=0,16;

- площадь продольной арматуры.

(4.15)

.

Т.к. <0, то арматура по расчету не требуется, но она ставится по конструктивным требованиям с диаметром арматуры 12мм.

5 Расчет центрально-нагруженного отдельного фундамента под монолитную колонну

Расчет фундамента состоит из двух частей: первая включает определение формы и размеров подошвы фундамента, вторая – определение высоты фундамента, размеров его ступеней, сечения арматуры подошвы фундамента.

Для бетона класса С 16/20 принимаем по таблице 6.1 из СНБ нормативные и подсчитанные характеристики:

- нормативное сопротивление бетона осевому сжатию МПа;

- коэффициент безопасности по бетону ;

- расчетное сопротивление бетона сжатию МПа.

5 Расчет центрально-нагруженного отдельного фундамента под монолитную колонну

5.1 Определение размеров фундамента в плане

Расчет фундамента состоит из двух частей: первая включает определение формы и размеров подошвы фундамента, вторая – определение высоты фундамента, размеров его ступеней, сечения арматуры подошвы фундамента.

Для бетона класса С ¹⁶/₂₀ принимаем по таблице 6.1 из СНБ нормативные и подсчитанные характеристики:

- нормативное сопротивление бетона осевому сжатию МПа;

- коэффициент безопасности по бетону ;

- расчетное сопротивление бетона сжатию МПа.

Глубину заложения фундамента принимается в зависимости от глубины промерзания грунта в неотапливаемых зданиях и минимальная глубина заложения фундамента во всех грунтах, кроме скальных, не менее 0,5м от поверхности наружной планировки.

Глубина промерзания для г. Витебска: Н_пром=1,42м.

Таким образом, по технологическим и конструктивным соображениям принимаем высоту фундамента 1,4м.

Глубина заложения фундамента:

Н_f= h + =1,42 + 0,05=1,47м > Н_min=0,5м

Принимаем Н_f=1,5м.

- отметка верха фундамента.

Размеры фундамента в плане определяют из расчёта оснований по деформациям. При этом должно соблюдаться условие:

(5.1)

Р – среднее давление на грунт;

R – расчётное сопротивление грунта.

Расчёт ведётся методом последовательного приближения. В первом приближении определяем размеры подошвы фундамента по условному расчётному сопротивлению грунта.

Площадь подошвы фундамента:

(5.2)

N_n – нормативная продольная сила, передаваемая колонной на уровне пола первого этажа кН;

(5.3)

- усреднённый коэффициент надёжности по нагрузке, принимаемый 1,4;

- средний удельный вес материала фундамента грунта на его уступах;

d – глубина заложения фундамента.

Размеры подошвы фундамента:

Принимаем фундамент квадратного сечения в плане (размеры кратны 300)

Уточняем расчётное сопротивление грунта с учётом принятых размеров фундамента: (5.4)

где g_С1 и g_С2 – коэффициенты условий работы, g_С1 =1,25 и g_С2 =1,1;

k – коэффициент, принимаемый: k=1,1;

k_Z – коэффициент принимаемый k_Z=1 при b<10м;

b – ширина подошвы фундамента;

g_II = 19 кН/м³- усредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;

g¹_II – то же, залегающих выше подошвы фундамента;

С_II=4 – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d_b=0 – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м;

М_g, М_q, М_с – безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице, в зависимости от угла внутреннего трения φ;

d₁=1,5 – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений;

При φ=36⁰ M_γ=1.81, M_q=8.24, M_c=9.97.

Уточняем размеры подошвы фундамента по расчётному сопротивлению грунта R=473,1кПа

Площадь подошвы фундамента:

Размеры подошвы фундамента:

Принимаем размеры кратно 300:

условие выполняется.

Высоту фундамента определяют из условия его прочности на продавливание в предположении, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, боковые стороны которой начинаются у колонны и наклонены под углом 45⁰ к вертикали. Необходимо, чтобы контур фундамента охватывал пирамиду продавливания.

Рабочая высота центрально-нагруженного фундамента определяется по формуле:

(5.5)

где размеры сечения колонны;

расчетное сопротивление бетона растяжению;

;

Таким образом, минимальная высота фундамента равна:

с – толщина защитного слоя;

Т.к. =0,45м<0,509< 0,9м, то фундамент двухступенчатый с высотой ступени 300мм.

Поскольку фундамент не имеет поперечной арматуры, высота ступени должна быть проверена на прочность по наклонному сечению по условию восприятия поперечной силы бетоном:

(5.6)

(5.7)

Получаем:

По формуле (5.6) получаем:

Условие прочности выполняется, поэтому принимаем двухступенчатый фундамент с высотой ступени h=300мм.

Армирование фундамента осуществляется сварными сетками арматуры класса S240 в обоих направлениях. Шаг арматуры принимаем S=50-200мм; диаметр d 10мм.

Площадь арматуры определяем из расчёта на изгиб консольного выступа плитной части фундамента от действия давления грунта в сечениях, на грани колонны и на гранях ступеней.

Изгибающие моменты в расчётных сечениях:

Площадь сечения рабочей арматуры:

По наибольшей требуемой площади сечения арматуры принимаем 918 с A_st=22,90см , устанавливая их с шагом 200 мм (графическая часть поз.15).

Принимаем сетку С5 из арматуры класса S400 диаметром 18 мм с ячейкой размером 200х200.

Рисунок 5.1 – Конструкция монолитного фундамента