Глава XII. Железобетонные фундаменты

§ XII.1. Общие сведения

В строительстве инженерных сооружений,

промышленных и гражданских зданий широко применяют

железобетонные фундаменты. Они бывают трех типов (рис.

ХИЛ): отдельные (под каждой колонной), ленточные

(под рядами колонн в одном или двух направлениях, а

также под несущими стенами), сплошные (под всем

сооружением). Фундаменты возводят чаще всего на

естественных основаниях (они преимущественно и

рассматриваются здесь), но могут быть и на сваях; тогда группа

свай, объединенная по верхней их части

распределительной железобетонной плитой —- ростверком, образует

свайный фундамент.

Отдельные фундаменты устраивают при относительно

небольших нагрузках и достаточно редком размещении

колойн.'

Ленточные фундаменты под рядами колонн делают

тогда, когда подошвы отдельных фундаментов близко

подходят друг к другу, что обычно бывает при слабых

грунтах и больших нагрузках. Целесообразно применять

ленточные фундаменты при неоднородных грунтах и

внешних нагрузках, различных по величине, так как

ленточные фундаменты выравнивают неравномерные

осадки основания.

Если несущая способность ленточных фундаментов

недостаточна или деформации основания под ними

более допустимых, то устраивают сплошные фундаменты.

Они в еще большей мере выравнивают осадки

основания. Эти фундаменты применяют при слабых и

неоднородных грунтах, а также при значительных и

неравномерно распределенных нагрузках.

Стоимость фундаментов составляет 4—6 % общей

стоимости здания. Тщательной проработкой

конструкции фундаментов можно достичь ощутимого

экономического эффекта. Для крупных сооружений конструкцию

фундаментов выбирают из сопоставления стоимости,

расхода материалов и трудовых затрат при различных

вариантах конструктивных решений.

По способу изготовления фундаменты бывают

сборные и монолитные.

341

а)

б)

Рис. XI 1.1. Типы

железобетонных фуидамеитов

а — отдельный; б — ленточный;

в — сплошной

Рис. XI 1.3. Составные

железобетонные фундаменты

/ — подколонннк; 2 —

фундаментная плнта цельная; 3— ю

же, блочная; 4 — подколонные

блокя

а) л

б)

а,ъ

\z

а =1500 .2100

Ъ =1300 2100

h - 600, 900, ¦¦

a,b,h принимаются

кратными 500

Ь*

Рис. Х11.2. Сборные цельные железобетонные фундаменты колонн

а — общий вид; б — сеченне; в — сопряжение сборной колонны с

фундаментом; 1 •—гнездо колонны; 2 — петли; 3 — фундамент; 4 —

подготовка; 5 ¦— сварная сетка

342

§ XII.2. Отдельные фундаменты колонн

1. Конструкции сборных фундаментов

В зависимости от размеров сборные фундаменты

колонн делают цельными и составными. Размеры сборных

цельных фундаментов (рис. XII.2) относительно

невелики. Их выполняют из тяжелых бетонов классов В15—

В25, устанавливают на песчано-гравийную уплотненную

подготовку толщиной 10 см. В фундаментах

предусматривают арматуру, располагаемую по подошве в виде

сварных сеток. Минимальная толщина защитного слоя

арматуры принимается 35 мм. Если под фундаментом

нет подготовки, то защитный слой делают не менее

70 мм.

Сборные колонны заделывают в специальные гнезда

(стаканы) фундаментов. Глубину заделки йъ принимают

равной A—1,5) большего размера поперечного сечения

колонн (рис. XII.2, в). Толщина нижней плиты гнезда

должна быть не менее 200 мм. Зазоры между колонной

и стенками стакана должны быть: понизу не менее

50 мм, поверху не менее 75 мм. При монтаже колонну

устанавливают в гнезда с помощью подкладок и

клиньев или кондуктора и рихтуют, после чего зазоры

заполняют бетоном класса В 17,5 на мелком заполнителе.

Сборные фундаменты больших размеров могут

выполняться составными из нескольких монтажных

блоков (рис. XII.3). На них расходуется больше

материалов, чем на цельные. При значительных моментах и

горизонтальных распорах блоки составных фундаментов

необходимо соединять между собой выпусками,

анкерами, сваркой закладных деталей и т. п.

2. Конструкции монолитных фундаментов

Монолитные отдельные фундаменты устраивают под

сборные и монолитные каркасы зданий и сооружений.

Типовые конструкции монолитных фундаментов, сопря-'

гаемых со сборными колоннами, разработаны (серии

рабочих чертежей 1.412-1 и 1.412-2) под

унифицированные размеры (кратные 300 мм): для подошвы от 1,5Х

XI.5 до 6X5,4 м и высоты фундамента 1,5; 1,8; 2,4; 3;

3,6 и 4,2 м (рис. XII.4). В фундаментах приняты удли-

343

Рис. XII.4. Конструкция монолитного отдельного фундамента,

сопрягаемого со сборной колонной

а — общий вид и схема армирования; б — схема армирования под-

колоииика; / — сборная колонна; 2 — подколенник; 3 — каркас под-

колонника; 4 — фундаментная плита; 5 — арматурные сетки

фундаментной плиты; 6 — сварные сетки стакана; 7 — сетки косвенного

армирования диища стакана; 8 — вертикальные стержни каркаса

" ' подколонника

ненный подколенник, армированный пространственным

каркасом, фундаментная плита с отношением размера

вылета к толщине до 1:2, армированная двойной

сварной сеткой, высоко размещенный армированный подко-

лонник.

Типы монолитных фундаментов, сопрягаемых с

монолитными колоннами, установившиеся в практике,

приведены на рис. XII.5. По форме они бывают ступенчатыми

и пирамидальными; ступенчатые по устройству

опалубки проще. Общая высота фундамента h принимается

такой, чтобы не требовалось его армирования хомутами

и отгибами. Давление от колонн в фундаменте

передается, отклоняясь от вертикали в пределах 45°. Этим

руководствуются при назначении размеров верхних ступеней

фундамента (рис. XII.5, е).

344

I]

±0.00

m

a* 3m

Рис. XI 1.5. Монолитные железобетонные отдельные фундаменты

а — одноступенчатый; б — двухступенчатый; в — трехступенчатый;

г — пирамидальный; д — армирование фундамента по подошве ие-

стакдартными сварными сетками; 1 — выпуски каркасов; 2— второй

хомут каркаса; 3 — первый хомут каркаса; 4 — сварные сетки

Монолитные фундаменты, как и сборные, армируют

сварными сетками только по подошве. При размерах

стороны подошвы более 3 м в целях экономии стали

можно применять нестандартные сварные сетки, в

которых половину стержней не доводят до конца на Vio

длины (рис. ХИ.5,0).

Для связи с монолитной колонной из фундамента

выпускают арматуру с площадью сечения, равной

расчетному сечению арматуры колонны у обреза фундамента.

В пределах фундамента выпускл соединяют в каркас

хомутами и устанавливают на бетонные или кирпичные

прокладки.

Длина выпусков из фундаментов должна быть

достаточной для устройства стыка арматуры согласно

требованиям, указанным в § 1.3. Стыкч выпусков делают

выше уровня пола. Арматуру колонн можно соединять с

выпусками внахлестку без сварки по общим правилам

конструирования таких стыков. В колоннах центрально-

345

8)

ф

ф

ш

ml •

¦ Ф

I;

i

LA_

А-А

V

1 2

Б-Б

т я

т

J-

;

V

2

3

si

К Я

т

Рис. XI Кв. Растворы отдельной опоры

а —план; б —схема внутренних усилий; в —схема армирования;

1 — арматурные контурные пояса для восприятия распора; 2—

арматура центральной зоны ростверка; 3 —хомуты контурных поясов

сжатых или внецентренно сжатых при малых

эксцентриситетах арматуру соединяют с выпусками в одном

месте; в колоннах внецентренно сжатых при больших

эксцентриситетах—не менее чем в двух уровнях с каждой

стороны колонны. Если при этом на одной стороне

сечения колонны находится три стержня, то первым

соединяют средний.

^Арматуру колонн с выпусками лучше соединять

дуговой сваркой. Конструкция стыка должна быть удобной

для монтажа и сварки. Если все сечение армировано

лишь четырьмя стержнями, то стыки выполняют только

сварными.

В свайных фундаментах ростверки предназначены

для передачи давления от опор на сваи. Ростверк

представляет жесткую плиту (рис. XII.6), в которой усилия

давления F\ распространяются от опоры во все стороны

346

плане. По направлениям от центра опоры в стороны

,вай эти усилия передаются непосредственно на сваи; в

пролете между сваями (рис. XII.6, б) они должны быть

уравновешены усилиями F2, которые необходимо

«подвесить» к сжатой зоне ростверка и таким образом также

передать на сваи. В соответствии с этим

устанавливается схема армирования ростверка: арматурные контур-

JLные пояса сдерживают распор от усилий Fi, объемлю-

|' щие их хомуты воспринимают усилия F2 и анкеруются в

|" бетоне сжатой зоны ростверка; понизу в нейтральной

I зоне ростверка размещается пролетная растянутая ар-

| матура (рис. XI 1.6, в).

I 3. Расчет фундаментов

В общем случае размеры подошвы фундаментов

назначают согласно требованиям норм проектирования

, оснований зданий и сооружений, рассчитывая основания

- по несущей способности и по деформациям, что

излагается в курсе оснований и фундаментов. Предварительное

определение размеров подошвы фундаментов зданий

классов I и II, а также окончательное их назначение

для фундаментов зданий и сооружений классов III и IV

при основаниях, сжимаемость которых не увеличивается

с глубиной, допускается производить из условия, чтобы

среднее давление на основание под подошвой фундамента

не превышало давления, вычисляемого по условному

давлению Ro, фиксированному для фундаментов

шириной 1 м и глубиной 2 м.

Расчетное давление принимают по результатам

инженерно-геологических изысканий площадки

строительства и по указаниям норм, где учитывается, что условное

расчетное сопротивление основания Ro зависит от вида

и состояния грунта. Окончательные размеры подошвы

фундаментов в оговоренных условиях принимают по

значению давления на грунт RSCr, вычисленному с учетом

Ro, а также принимаемых размеров подошвы

фундамента и глубины его заложения.

Опыты показали, что давление по подошве

фундамента на основание в общем случае распределяется

неравномерно в зависимости от жесткости фундамента,

свойств грунта, интенсивности среднего давления. При

расчетах условно принимают, что оно распределено

равномерно, что для конструкции отдельных фундаментов

не имеет существенного значения.

347

,U f*

f///////////// Ifie

1.

'//////////////////Л

Л15°

Рис. Х11.7. К расчету

yp.no/ia центрально-иагружен-

иого фундамента

1 — пирамида продав-

ливания; 2

—основание пирамиды про-

давливания

\i \ж \ш

Давление на грунт у

края фундамента,

загруженного внецентренно в

одном направлении, не

должно превышать

l,2Rser, а в углу при

двухосном внецентренном

загружении —1,5 RSer.

Размеры сечения

фундамента и его

армирование определяют как в же-

2 лезобетонных элементах

из расчета прочности на усилия, вычисленные при

нагрузках и сопротивлении материалов по первой группе

предельных состояний.

Центрально-нагруженные фундаменты. Необходимая

площадь подошвы центрально-загруженного фундамента

(рис. XII.7) при предварительном расчете

щ

''Л

\

/

а

¦¦•/

/

с . /

\ \

at

а

«О

где Nser — расчетное усилие, передаваемое фундаменту; d —

глубина заложения фундамента; ут — 20 кН/м3 — усредненная нагрузка

от единицы объема фундамента и грунта на его уступах.

Если нет особых требований, то

центрально-загруженные фундаменты делают квадратными в плане или

близкими к этой форме.

Минимальную высоту фундамента с квадратной

подошвой определяют условным расчетом его прочности

против продавливания в предположении, что продавли-

вание может происходить по поверхности пирамиды,

боковые стороны которой начинаются у колонн и

наклонены под углом 45°. Это условие выражается формулой

(для тяжелых бетонов).

Р<ЯыКит, (XII. 2)

где Rbt — расчетное сопротивление бетона при растяжении; ит —

=2(hh + bh+2h0)—среднее арифметическое между периметрами

348

хнего и нижнего оснований пирамиды продавливаиия в пределах

«зной высоты фундамента h0.

[ Продавливающая сила принимается согласно

расчету по первой группе предельных состояний на уровне

"верха фундамента, за вычетом давления грунта по пло-

Чцади основания пирамиды продавливания:

P = N-AlP, (XII.3)

где

В формуле (ХП.З) масса фундамента и грунта на

нем не учитывается, так как она в работе фундамента

на продавливание не участвует. Полезная высота

фундамента может быть вычислена по приближенной

формуле, выведенной на основании выражений (ХП.2),и

(ХН.З):

hQ = -0,25 (hc + bc)+ 0,5УмПЯы + р) • (XII.4)

Фундаменты с прямоугольной подошвой

рассчитывают на продавливание также по условию (XII.2),

принимая

*'***

(XII.5)

где А2—площадь заштрихованной части подошвы иа рис. XII.7; Ь\

и b2 — соответственно верхняя и нижняя стороны одной грани

пирамиды продавливаиия.

Полную высоту фундамента и размеры верхних

ступеней назначают с учетом конструктивных требований,

указанных выше.

Внешние части фундамента под действием

реактивного давления грунта снизу работают подобно

изгибаемым консолям, заделанным в массиве фундамента; их

рассчитывают в сечениях: /—/ — по грани колонны,

//—II—по грани верхней ступени, ///—///—по границе

пирамиды продавливания.

Полезную высоту нижней ступени принимают такой,

чтобы она отвечала условию прочности по поперечной

силе без поперечного армирования в наклонном сечении,

начинающемся в сечении ///—///. Для единицы

ширины этого сечения на основании формулы (III.85) должно

быть (при qw=0)

(XII. 6)

349

(XII. 7)

где на основании рис. XII.7

/ = 0,5 (я — Лс — 2Л0).

Кроме того, полезная высота нижней ступени должна

быть проверена на прочность против продавливания по

условию (ХП.2).

Армирование фундамента по

подошве определяют расчетом на

изгиб по нормальным сечениям

/—/ и //—//. Значение расчетных

изгибающих моментов в этих

сечениях

М, = 0,125р(а-/гсJ&;

М л = 0,125р (о — aiJ b.

Сечение рабочей арматуры на

всю ширину фундамента можно

вычислить, принимая

А., — М, /0,9/г„# ;

si 10«

Содержание арматуры в

расчетном сечении должно быть не

ниже минимально допустимого

процента армирования в

изгибаемых элементах.

При прямоугольной подошве

сечение арматуры фундамента

определяют расчетом в обоих

направлениях.

Если в результате

окончательного расчета основания

фундамента, согласно указаниям норм

проектирования оснований,

предварительно принятые размеры

подошвы необходимо изменить,

конструкция фундамента

должна быть откорректирована.

Внецеитренно нагруженные

фундаменты целесообразно делать с прямоугольной

подошвой, вытянутой в плоскости действия момента.

Предварительно краевые давления под подошвой фундамента

(рис. XII.8) в случае одноосного внецентренного загруже-

ния определяют в предположении линейного распределе-

Рис. XII.8. К расчету

виецеитреиио

загруженного фундамента

а — расчетная

б, в, г — эпюры

ния

схема;

давле-

350

|дия давления по грунту в направлении действия момента

¦>по формулам:

Pi,2 = Ninf С ± 6е/а)/аЬ,

при e = Min,/Ntnf^a/6; (XII.9)

Pi = 2Wln//W = 2Win//3* @,5a - e),

при e = Minf/Ninf>a/6. (XII. 10)

В этих формулах

M + Qd, (XII. 11)

где /V, M, Q — нормальная сила, изгибающий момент и поперечная

сила, действующие в колонне на уровне верха фундамента,

соответствующие второй группе предельных состояний; Ntnf, Mtnf —

соответственно сила и момент на уровне подошвы фундамента.

Согласно нормам, краевые давления на грунт не

должны превышать 1,2 R, а среднее давление

Рт — * "sec-

по

Допустимая степень неравномерности краевых

давлений зависит от характера конструкций, опирающихся на

фундамент. В одноэтажных зданиях, оборудованных

кранами грузоподъемностью более 75 т, и в открытых

эстакадах по опыту проектирования принимают р2^0,25 р\

(рис. ХП.8,6); в зданиях с кранами грузоподъемностью

менее 75 т допустима эпюра давления по рис. XII.8, в; в

бескрановых зданиях при расчете на дополнительные

сочетания нагрузок возможна эпюра по рис. XII.8, г с

выключением из работы не более 'Д подошвы'фундамента

(l>3Ua).

При подборе размеров подошвы фундаментов с

учетом перечисленных условий можно пользоваться

формулами, приведенными в табл. XII.1.

Конструкцию внецентренно нагруженного

фундамента рассчитывают теми же приемами, что и центрально-

загруженного. При этом расчете давление на грунт

определяют от расчетных усилий без учета массы

фундамента и засыпки на нем, т. е. опуская в первой формуле

(XII.11) второй член.

Изгибающие моменты, действующие в консольных

частях фундамента, можно вычислять, заменяя

трапециевидные эпюры давления равновеликими

прямоугольниками.

351

Таблица XII.1. Формулы для определения размеров подошвы.*

отдельных прямоугольных фундаментов, виецеитренно нагруженных'

в одном направлении

схемы

Эпюра напряжений

под подошвой фундамента

Формулы для определения

размеров

а=еоB+|/ 1,055/С—2,5;

N

(\,2R-ymd)$el

N

a@,QR-ymd)

P,*I,2K

b =

uRa(\,5 — a)

N

В таблице: 0 — заданное отношение сторон подошвы; Vm~20 кН/м3—

усредненная нагрузка от единицы объема фундамента с засыпкой грунта

на его обрезах; d — глубина заложения фундамента; е» — эксцентриситет

силы (без учета массы фундамента н засыпки на нем) на уровне

подошвы фундамента; значения величин в формулах приняты в тс, м.