Проектирование фундаментов под колонны

7.1. Общие положения

Для проектирования фундамента необходимо знать состав грунтов под подошвой фундамента, их расчетное сопротивление R₀, а также класс бетона по прочности на сжатие и класс арматуры и соответствующие им расчетные сопротивления R_b, R_bt, R_s (табл. П2 и П6 приложения).

Расчет выполняют на возможные три расчетные сочетания усилий (M_max, N, Q; M_min, N, Q; N_max, M, Q) в колонне в месте ее заделки в фундамент. Площадь подошвы фундамента определяют по нормативным усилиям, которые получают путем деления расчетных значений усилий на усредненный коэффициент надежности по нагрузке _f = 1,15. При этом к каждому сочетанию усилий необходимо добавлять усилия от фундаментных балок, стеновых панелей, фундаментных блоков в случае их наличия с коэффициентом надежности по нагрузке _f = 1,0.

Фундаменты под колонны многоэтажных промышленных зданий возводят монолитными или сборными из бетонов класса В15…В20. Все размеры фундаментов принимают кратными 300 или 100 мм из условия изготовления с применением инвентарной щитовой опалубки. Общий вид монолитного фундамента со всеми размерами, которые необходимо определить в курсовом проекте, представлен на рис. 7.1. Высота фундамента h назначается с учетом глубины заложения и размеров подошвы.

7.2. Определение геометрических размеров фундамента Определение размеров стакана

Определение геометрических размеров фундамента начинают с определения размеров стакана под сборную колонну. Для этого вначале вычисляют максимальное значение эксцентриситета продольной силы е = М/N из трех комбинаций усилий.

Глубина стакана d_p принимается на 50 мм больше глубины заделки колонны d_c, но не менее чем по условиям заделки рабочей арматуры колонн, указанной в табл. 7. В таблице 8 приведены размеры унифицированных размеров подколонников под стаканы

Рис. 7.1. Конструкция фундамента с эпюрой реактивного давления грунта

Таблица 7

Минимальная заделка рабочей арматуры колонн в стакан фундамента

Класс рабочей арматуры	Колонна	Глубина заделки рабочей арматуры d при проектном классе бетона
		В15	В20
A400	Прямоугольного сечения	30d (18d)	25d (15d)
A300	Прямоугольного сечения	25d (15d)	20d (10d)

d – диаметр арматуры. Значения в скобках относятся к сжатой рабочей арматуре.

Таблица 8

Типы и унифицированные размеры подколонников под колонны

Сечение колонн, мм	Тип подколонников	Размеры сечения, мм	Размер стакана, мм			Объем стакана, м
			Глубина, мм	в плане, 1 × b
				по низу	по верху
300×300	А	900×900	700	400×400	450×450	0,13
400×300			700	500×400	550×450	0,16
400×400			800, 900	500×500	550×550	0,22; 0,25
500×400	Б	1200×1200	800	600×500	650×550	0,26
500×500			800, 900	600×600	650×650	0,31; 0,35
600×400			800, 900	700×500	750×550	0,3; 0,34
600×500			800	700×600	750×650	0,36
700×400	В	1500×1200	950	800×500	850×550	0,41
800×400			900, 950	900×500	950×550	0,44; 0,46
800×500			900	900×600	950×650	0,52

Определение размеров подошвы и глубины заложения фундамента Согласно указаниям СП 22.13330.2011 "Основания зданий и сооружений" и СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений» основные размеры фундаментов мелкого заложения назначаются со следующими ограничениями.

Давление на грунт у края подошвы внецентренно нагруженного фундамента (вычисленное в предположении линейного распределения давления под подошвой фундамента при нагрузках, принимаемых для расчета оснований по деформациям), как правило, должно определяться с учетом заглубления фундамента в грунт и жесткости надфундаментных конструкций. Краевое давление при действии изгибающего момента вдоль каждой оси фундамента не должно превышать 1,2 R и в угловой точке - 1,5R, а среднее давление (здесь R – расчетное сопротивление грунта основания, определяемое в соответствии с [9, 10]).

При трапециевидной эпюре давлений с отношением краевых давлений p_min /p_max  0,25, эксцентриситет вертикальной нагрузки на фундамент равен e  l/10, где l – размер подошвы фундамента в направлении действия момента.

Краевые давления р, кПа, при относительном эксцентриситете e/l  1/6 определяют по формуле (п. 5.5.28 [10])

(7.1)

где N – сумма вертикальных нагрузок, действующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его обрезах, и определяемых для случая расчета основания по деформациям, кН;

А – площадь подошвы фундамента, м²;

γ_mt – средневзвешенное значение удельных весов тела фундамента, грунта и пола, расположенных над подошвой фундамента; принимают равным 20 кН/м³;

d – глубина заложения фундамента, м;

М – момент от равнодействующей всех нагрузок, действующих по подошве фундамента, найденных с учетом заглубления фундамента в грунте и перераспределяющего влияния верхних конструкций или без этого учета, кН·м;

W – момент сопротивления площади подошвы фундамента, м³;

е – эксцентриситет нагрузки по подошве фундамента, м, определяемый по формуле

(7.2)

Коэффициент надежности по нагрузке _f принимают при расчете оснований:

- по первой группе предельных состояний (по несущей способности) – по СП 20.13330.2011;

- по второй группе предельных состояний (по деформациям) - равным единице.

Глубина заложения фундаментов должна приниматься с учетом:

- назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на него;

- существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

- инженерно-геологическх условий площадки строительства;

- глубины сезонного промерзания грунтов.

Минимальная глубина заложения подошвы фундамента d_min исходя из условия минимальной высоты фундаментов зданий м, составляет м. Здесь d_p – глубина стакана; 0,2 – минимальная толщина плиты под стаканом; 0,15 – расстояние от обреза фундамента до пола первого этажа. При этом минимальную высоту фундамента желательно назначать кратной 300 мм.

Размеры подошвы фундамента при относительном эксцентриситете продольной силы e = l/10 назначают из условия (7.1), принимая p_max = 1,2R₀, p_min = 0,25p_max

(7.3)

при относительном эксцентриситете продольной силы e = l/6 размеры подошвы назначают из условия (7.1), принимая p_max = 1,2R₀, p_min =0

При незначительном эксцентриситете продольной силы размеры подошвы можно назначать из условия

где R₀ – расчетное сопротивление грунта, фиксированное для фундаментов шириной 1 м на глубине 2 м, принимаемое по результатам инженерно-геологических изысканий площадки строительства и по указаниям норм.

Далее задаются соотношением размеров подошвы фундамента b/l= 0,8 и вычисляют ее размеры

; b = 0,8 l.

(7.4)

Полученные значения размеров подошвы фундамента округляют до стандартных размеров кратных 300 или 100 мм. Окончательные размеры подошвы фундамента принимают после проверки несущей способности основания.

Расчетное сопротивление грунта R вычисляют после определения размеров подошвы фундамента.