5 Проектирование фундамента

5.1 Исходные данные для расчета

Для проектируемого здания применены отдельные железобетонные фундаменты ступенчатого типа под колонны из бетона класса В20 армированные арматурой класса А400.

Характеристики арматуры класса А400:

R_s = 350 МПа; R_sc = 350 МПа; R_sw = 280 МПа; E_s = 200000 МПа.

Характеристики бетона класса В20:

R_bt.ser = 1,35 МПа; R_b.ser = 15 МПа; R_bt = 0,9 МПа; R_b = 11,5 МПа; γ_b2 = 0,9; E_b = 27500 МПа.

Расчетное сопротивление грунта – R₀ = 0,16 МПа.

Расчетные и нормативные усилия на уровне обреза фундамента (сечение 4-4):

М_max = 363,7 кН*м;

N_соот = 405,2 кН;

Q_соот = 59 кН;

М_ser = М_max / 1,15 = 315,8 кН*м;

N_{о ser} = N_соот / 1,15 = 352,3 кН;

Q_ser = Q_соот / 1,15 = 51,3 кН.

5.2 Расчет глубины промерзания, высоты фундамента

Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов:

d_fn = d₀ * М_t^0.5,

где d₀ = 0,23 – для суглинков и глин;

M_t = 0,2 = 0,2 – коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе.

d_fn = 0,23 * 0,2^0,5 = 0,2 м.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта:

d_f = k_h * d_fn,

где k_h = 0,5 – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания без подвалов при температуре внутреннего воздуха +20^оС.

d_f = 0,5 *·0,2 = 0,1 м.

Предварительно принимаем минимальную глубину заложения фундаментов: d = 1,65 м.

Величина заделки сплошной колонны в фундамент:

h_з = h_кол = 0,7 м.

Глубина стакана:

h_с = h_з + 0,05,

h_с = 0,7 + 0,05 = 0,75 м.

Принимаем h_с = 0,75 м, тогда h_з = 0,7 м.

Минимальная высота фундамента:

H_{f min} = h_с + 0.2,

H_{f min} = 0,75 + 0,2 = 0,95 м.

Принимаем для дальнейшего расчета высоту фундамента: H_f = 1,5 м.

5.3 Расчет основания, определение размеров подошвы фундамента

Расчетное значение момента на уровне подошвы фундамента:

М = М_ser + Q_ser* H_f,

М = 315,8 + 51,3 * 1,5 = 392,2 кН*м.

Длина и ширина подошвы:

l = (N_{о ser} / (m * (R₀ -  * d))^0.5, b = l * m,

l = (352,3 / (0,8 * (160 - 20 * 1,65)))^0.5 = 1,86 м,

b = 1,86 * 0,8 = 1,49 м.

Принимаем предварительно размеры подошвы: l = 3 м, b = 2,4 м.

Для внецентренно нагруженного фундамента должны выполняться следующие условия:

1) для среднего давления:

Р < R₀,

где Р – среднее давление на грунт:

Р = N_ser / (b * l),

N_ser – сила под подошвой фундамента:

N_ser =  * b * l * d + N_{о ser},

N_ser = 20 * 2,4 * 3 * 1,65 + 352,3 = 496,3 кН.

Р = 496,3 / (2,4 * 3) = 68,9 кПа < R₀ = 160 кПа - условие выполняется.

2) для максимального краевого давления при эксцентриситете относительно одной главной оси инерции подошвы фундамента:

P_max  1,2 * R₀,

где P_max – максимальное давление на грунт:

P_max = N_ser / (b * l) + М_ser / (b * l² / 6),

P_max = 496,3 / (2,4 * 3) + 315,8 / (2,4 * 3² / 6) = 178,2 кПа < 1,2 * R₀ = 1,2 * 160 = 192 кПа - условие выполняется, принимаем размеры подошвы: l = 3 м, b = 2,4 м.

5.4 Конструирование тела фундамента

Минимальные длина и ширина подоколонника:

l_п = h_кол + 2 * 0,075 + 2 * l_w,

b_п = b_кол + 2 * 0,075 + 2 * b_w,

где l_w = b_w = 0,175 м – минимальные толщины стенок стакана расположенные соответственно параллельно и перпендикулярно плоскости действия изгибающего момента.

l_п = 0,7 + 2 * 0,075 + 2 * 0,175 = 1,2 м,

b_п = 0,4 + 2 * 0,075 + 2 * 0,175 = 0,9 м.

Принимаем следующие размеры подоколонника:

l_п = 1,2 м,

b_п = 0,9 м.

Толщина стенки стакана расположенной параллельно плоскости действия изгибающего момента:

l_w = (l_п - h_кол - 0,15) / 2,

l_w = (1,2 - 0,7 - 0,15) / 2 = 0,175 м.

Толщина стенки стакана расположенной перпендикулярно плоскости действия изгибающего момента:

b_w = (b_п - b_кол - 0,15) / 2,

b_w = (0,9 - 0,4 - 0,15) / 2 = 0,175 м.