Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине Строительные конструкции для студентов специальности 1-70 01 01 - Производство строительных изделий и конструкций

две группы: фундаменты неглубокого заложения, возводимые в открытых котлованах на естественном основании, и специальные (глубокого заложения и свайные).

Наибольшее распространение в промышленном и гражданском строительстве нашли фундаменты неглубокого заложения. Они бывают трех типов:

–отдельные – под каждой колонной (рис. 4.41,а),

–ленточные – под рядами колонн в одном или двух направлениях (рис. 4.41,д) или стенами (рис. 4.41,в,г),

–сплошные – под всем сооружением (см. рис. 4.41,б).

Рис. 4.41. Типы фундаментов

Отдельные фундаменты устраивают при относительно небольших нагрузках и достаточно редком расположении колонн. При больших нагрузках и относительно слабых грунтах делают ленточные фундаменты. Последние особенно целесообразны при неоднородных грунтах и различных нагрузках. Если несущая способность грунтового основания фундаментов недостаточна, устраивают сплошные фундаменты (например, под высотные каркасные здания, сооружения башенного типа и т.п.).

Тип фундамента выбирают, исходя из их стоимости, расхода материалов и трудоемкости с учетом эксплуатационных и конструктивных требований.

Виды фундаментов под отдельные колонн.

По способу изготовления различают фундаменты сборные и монолитные. По форме они могут быть ступенчатыми (рис. 4.42,а,в) или пирамидальными (рис. 4.42,б). Последние экономичнее по расходу материалов, но сложнее в изготовлении и применяются реже.

Сборные фундаменты проектируют под сборные колонны, а монолитные – под сборные и монолитные. Сборные колонны жестко заделываются в специальные гнезда-стаканы, оставленные в теле фундамента при бетонировании. Колонны в стакане закрепляют заливкой цементного раствора между стенкой и колонной. Стенки стакана допускается не армировать, если толщина их поверху более 200 мм и более 0,75 глубины стакана. Если эти условия не выполняются, то стенки стакана следует армировать продольной и поперечной арматурой, диаметр которой принимают не менее 8 мм.

211

Конструкции и расчет отдельно стоящих фундаментов под сборные колонны

Глубина заложения фундаментов должна приниматься с учетом назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения и глубины сезонного промерзания грунтов.

Высота отдельно стоящего фундамента стаканного типа под колонну назначается из конструктивных условий, исходя из требований, обеспечивающих достаточную прочность заделки колонны в фундаменте, сопротивление плитной части фундамента продавливанию при монтаже, возможность выверки колонны при установке, а также из условий глубины заложения фундамента, диктуемых глубиной сезонного промерзания грунтов и конструктивным решением здания (отметка верха фундамента, наличие подвалов, технологических приямков и т.д.). Минимальная глубина заложения фундамента составляет 0,7 м [8, п. 5.2].

Основные размеры фундамента проверяются расчетом, а его полная высота Hf, кроме того, зависит от глубины заложения подошвы, требуемой глубины стакана для надежной заделки колонны и анкеровки ее продольной арматуры. Количество ступеней фундамента принимают в зависимости от высоты плитной части: при hpl < 450 мм – одна ступень; при 450 hpl < 900 мм

– две ступени; при hpl > 900 мм – три ступени; высота ступеней кратна

150 мм.

Размеры в плане подошвы и ступеней принимают кратными 300 мм. Полную высоту фундамента и размеры в плане подколонника принимают кратными 100 мм.

Минимальная глубина заделки сборных центрально нагруженных колонн принимается hbd = max{hs, lbd}.

Глубина стакана lk должна быть на 50 мм больше требуемой глубины заделки колонны, а толщина дна стакана – не менее 200 мм. Стенки стакана можно не армировать, если их толщина поверху > 200 мм и > 0,75hs.

Размеры подошвы фундамента назначают, рассчитывая основание по деформациям. Расчет выполняют на действие усилия NEd, определенного с учетом частных коэффициентов по нагрузке для расчета оснований [1,

табл. А.1.2(c)].

Размеры сечения фундамента и его армирование определяют из расчета сопротивления на действие расчетных усилий, передаваемых колонной и вычисленных при F > 1,0.

Класс бетона для железобетонного фундамента для сборных колонн принимается в зависимости от класса условий эксплуатации [7, п. 4.2(3)].

Фундаменты для сборных колонн устраивают на бетонной подготовке из бетона классом не ниже C8/10 по СТБ 1544 и толщиной не менее 100 мм.

Армирование плитной части фундамента осуществляется сварными или вязаными сетками из арматуры класса S500 диаметром стержней не менее 10 мм и не более 20 мм и шагом 100…200 мм. Минимальная толщина защит-

215

ного слоя бетона в фундаменте при наличии бетонной подготовки – 45 мм, а при ее отсутствии – 80 мм.

Поперечное армирование подколонника принимается из арматуры классов S500. Шаг стержней назначают с учетом конструктивных требований:

1. Расстояние между поперечной арматурой подколонника не должно

быть больше scl,tmax.

2. Значение scl,tmax, равно меньшему из трех следующих расстояний:

–20-кратный диаметр наименьшего продольного стержня;

–наименьший размер колонны;

–400 мм.

Расчет фундамента состоит из двух частей:

–расчет основания (определение формы и размеров подошвы);

–расчет тела фундамента (определение высоты фундамента, размеров его ступеней, расчет арматуры плиты и подколонника).

Конструкции и расчет центрально нагруженных фундаментов

Под центрально-нагруженными понимают фундаменты, испытывающие воздействие внешней силы N, приложенной по отношению к центральной оси фундамента с эксцентриситетом е0 еа (рис. 4.45).

Рис. 4.45. Схема фундамента под колонну

216

Центрально-нагруженные фундаменты обычно выполняют квадратными в плане, за исключением случаев, когда они не могут быть развиты во все стороны из-за близости других подземных сооружений.

Максимальное давление на грунт под подошвой центрально нагруженного фундамента не должно превышать величины его сопротивления R0, которое зависит от вида и состояния грунта. Его принимают по результатам инженерно-геологических изысканий площадки строительства и по указаниям норм. Давление на основание по подошве фундамента в общем случае распределяется неравномерно в зависимости от жесткости фундамента, свойств грунта, интенсивности среднего давления. При расчете условно принимают, что давление распределено равномерно под подошвой фундамента.

Общая последовательность расчета столбчатого фундамента: 1. Определение размеров подошвы фундамента

Определение размеров подошвы фундамента производится с использованием метода последовательных итераций (приближений). Первым шагом является определение площади подошвы фундамента по сопротивлению R0

Af NEk Q ,

R0 q

где NEk – расчетная вертикальная нагрузка на фундамент от надземных конструкций (без учета веса фундамента), определенная с учетом частных коэффициентов по нагрузке для расчета оснований [1, табл. А.1.2(c)], кН(кН/м);

Q – нагрузка от веса фундамента Gф и грунта на его обрезах Gгр, кН(кН/м); (усредненный объемный вес бетона и грунта на его уступах может быть принят равным 20 кН/м3); следовательно Q = df 20 кН/м3;

df – глубина заложения фундамента;

– коэффициент затухания напряжения по глубине основания, принимаемый в диапазоне 0,11 … 0,5 (принимается 0,5);

q – усредненная расчетная нагрузка от пола, транспорта и складируемых материалов, кН/м2. Если нагрузка q не оговаривается в техническом задании на проектирование, ее допускается принимать для производственных зданий равной 20 кН/м2, в остальных случаях – 10 кН/м2.

Центрально нагруженные фундаменты принимают квадратными в плане. Размер стороны фундаментной плиты определяется

L B Af .

Размеры подошвы фундамента округляют в бóльшую сторону и принимают кратными 300 мм, после чего определяется фактическая площадь фундаментной плиты

Af L B.

2. Определение высоты фундамента стаканного типа

Глубина заделки колонны в фундамент зависит от величины эксцентриситета продольной силы от расчетных нагрузок, определяемых без учета веса фундамента и веса грунта на его уступах. При e0 hs (hs – больший размер

217

сечения колонны) глубина заделки должна быть не менее hs. Кроме того, глубина заделки колонны должна удовлетворять требованиям достаточной анкеровки рабочей арматуры колонны в стакане фундамента после ее замоноличивания.

Первоначально назначенная высота плиты hpl проверяется расчетом на продавливание по поверхности усеченной пирамиды с верхним основанием в виде нижнего сечения колонны и боковыми гранями, наклоненными к горизонту под углом с соотношением сторон 1:2. Если пирамида продавливания выходит за пределы плиты, то проверка прочности на продавливание не производится (продавливания не происходит).

Если же контуры плиты находятся за пределами пирамиды продавливания, то производится проверка прочности в соответствии с п. 6.4 [7]. При невыполнении условия прочности на продавливание необходимо увеличить высоту плиты, а при большой высоте увеличить количество ступеней плиты.

3. Подбор рабочей арматуры подошвы фундамента

Под действием реактивного давления грунта p ступени фундамента работают на изгиб как консоли, защемленные в теле фундамента (рис. 4.46).

Рис. 4.46. Расчетная схема фундамента при расчете его плитной части

Изгибающие моменты определяют в сечениях по граням уступов

Mi p B li2 , 2

где p – реактивное давление грунта под подошвой фундамента; B – ширина фундамента;

li – расстояние от края фундамента до расчетного сечения. Площадь сечения арматуры подошвы определяют по формуле:

218

Наибольшая из полученных площадей арматуры проверяется на соответствие условию [7, п. 9.2.1.1]

где B – ширина плитной части фундамента,

As,all – площадь всей арматуры плитной части в одном из направлений, di – полезная высота фундамента в рассматриваемом сечении.

По бóльшему из значений площади арматуры, полученных в расчетных сечениях, принимается диаметр и шаг стержней.

Диаметр рабочих стержней арматуры подошвы фундамента – 12…20 мм. Шаг стержней принимается не менее 100 мм и не более 200 мм. В обоих направлениях принимается одинаковое количество стержней с одинаковым шагом. Площадь принятых стержней в каждом направлении

равна As.

Для обеспечения анкеровки концы рабочих стержней сетки должны быть отогнуты на 90 в соответствии с требованиями п. 8.3(2) [7].

Рис. 4.47. Анкеровка стержней арматурной сетки 4. Проверка сопротивления фундамента на продавливание

Согласно требованиям п. 6.4.4(2) [7] сопротивление продавливанию фундаментов колонн необходимо определять для контрольного периметра в пределах 2d от края колонны.

На продавливание проверяются фундаментная плита и ступени фундамента. Расчет прочности фундамента на продавливание заключается в проверке достаточности толщины бетона фундаментной плиты для восприятия напряжений среза, вызванных локальной продавливающей нагрузкой

vEd ≤ vRd,c,

VEd ,red B L Acrt pm – продавливающая сила, вызванная давлением

грунта на подошву фундамента вне расчетной (критической) площади; рm – среднее давление грунта под подошвой фундамента;

Acrt (bs 2a) hs (hs 2a) bs bs hs a2 – критическая площадь (рис. 4.48);

219