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

Конструкции и расчет и внецентренно нагруженных фундаментов под сборные колонны.

Фундаменты под внецентренно сжатые колонны испытывают воздействие нормальной силы N, изгибающего момента М и поперечной силы V. При небольших моментах фундаменты проектируют квадратными в плане, при значительных – прямоугольными с большим размером в плоскости действия момента. В последнем случае отношение меньшей стороны к большей принимают в пределах 0,6...0,8.

Расчет и конструирование отдельно стоящего внецентренно нагруженого фундамента стаканного типа под сборные железобетонные колонны осуществляется в следующей последовательности:

–назначается глубина заложения и размеры тела фундамента;

–определяются усилия, действующие на фундамент;

–определяются размеры подошвы фундамента и проверяются напряжения в грунте под подошвой;

–проводится расчет плиты фундамента и ее армирование;

–рассчитывается стаканное сопряжение колонны с фундаментом (расчет подколонника и его армирование).

1. Назначение размеров элементов фундамента

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 hc (hc – больший размер сечения колонны) глубина заделки должна быть не менее hc; при e0 > hc глубина заделки принимается не менее 1,4hc. Для двухветвевых колонн при большем размере всего сечения h1 и большем размере сечения ветви bbr глубина заделки должна быть не менее (0,5 0,33h1) и менее 1,5bbr и не более 1,2 м. Кроме того, глубина заделки колонны должна удовлетворять требованиям анкеровки рабочей арматуры колонны в стакане фундамента после замоноличивания.

Толщина стенок армированного стакана принимается не менее 200 мм и не менее 0,2hc (для двухветвевых колонн). Тогда при толщине стенок стакана

δ, требуемые размеры сечения подколонника:

hp hc 2 75 2 ; bp bc 2 75 2 .

Опалубочные размеры фундамента по крайним граням, а также размеры сечения подколонника принимаются кратными 300 мм, с округлением их в большую сторону. Размеры ступеней плитной части фундамента принимаются кратными 150 мм.

2. Определение расчетных усилий

Согласно п. А1.3.1(5) ТКП EN 1990-2011* [1], расчет элементов конструкции (фундаменты, сваи, стены подвалов и т. д.) (STR), учитывающие геотехнические воздействия и сопротивление грунта (GEO, см. п. 6.4.1), рекомендуется производить, используя один из следующих трех подходов, до-

221

полненных с учетом геотехнических воздействий и сопротивления указаниями, приведенными в EN 1997: «Подход 1: расчетные значения согласно таблице А1.2(С) и расчетные значения согласно таблице А1.2(В) применяются в отдельных расчетах как для геотехнических воздействий, так и для других воздействий на конструкцию или для воздействий, создаваемых конструкцией. Как правило, размеры фундаментов определяют на основе таблицы А1.2(С), а несущую способность конструкции – на основе таблицы А1.2(В)».

Определение расчетных усилий, действующих на фундамент относительно оси симметрии, производится после получения внутренних усилий в результате расчета поперечной рамы, без учета собственного веса самого фундамента и грунта на его уступах по формулам:

M Ed M Ed ,4 4 VEd ,4 4 hf GEd ,w ew

NEd NEd ,4 4 GEd ,w

где MEd,4-4, NEd,4-4, VEd,4-4 – соответственно изгибающий момент, продольная и поперечная силы в нижнем сечении колонны (на уровне верха фундаменты), полученные в результате статического расчета поперечной рамы;

hf – высота фундамента;

– расчетная продольная сила от веса фундаментной балки и опирающихся на нее стеновых панелей (стены) и элементов остекления:

GEd ,w GEd ,ф.б. GEd ,ф

GEd,ф.б. – расчетная нагрузка от веса фундаментной балки;

GEd,ф – расчетная нагрузка от веса стеновых панелей (стены) и элементов остекления, опирающихся на фундаментную балку;

ew – расстояние от оси фундамента до оси фундаментной балки. Определение характеристических значений внутренних усилий MEk и NEk

производится с использованием аналогичных формул, в которые подставляются характеристические значения внутренних усилий, полученных в результате статического расчета поперечной рамы, а также характеристические значения внутренних усилий от веса фундаментных балок и элементов стенового ограждения, опирающихся на фундаментную балку.

3. Определение размеров подошвы плитной части фундамента

Размеры подошвы фундамента можно определять, руководствуясь двумя нормативными документами ТКП ЕN 1997-1 (приложение D) и ТКП 45-5.01- 67-2007 (п. 5.3) [8]. Ниже приведена методика расчета по второму документу.

Определение размеров подошвы фундамента можно производить без расчета основания по деформациям, если среднее давление от нормативных усилий pm по подошве не превышает сопротивления грунта R0, а максималь-

ное pmax,k не превышает 1,2R0.

В одноэтажных промышленных зданиях с кранами грузоподъемностью

до 75 т минимальное давление под подошвой должно быть pmin,k ≥ 0, т.е. эпюра давления на грунт может быть треугольной (p = 0) или трапециевидной

(pmin,k > 0), т.е. случай неполного касания подошвы фундамента основания не рассматривается.

222

Определение размеров подошвы фундамента производится с использованием метода последовательных приближений (аналогично центрально нагруженному фундаменту). 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.

Затем при заданном соотношении сторон фундамента 0,6…0,9, определяется длина и ширина подошвы, при этом размеры назначаются кратными 300 мм с округлением в большую сторону. После этого определяется фактическая площадь фундаментной плиты, а также момент сопротивления Wf.

После этого, для всех расчетных комбинаций усилий определяются максимальные pmax,k, минимальные pmin,k, а также средние pm,k характеристические значения давления под подошвой фундамента:

В случае, если pmin,k, pmax,k или pm,k не удовлетворяют критериям расчета основания по деформациям (условиям, перечисленным выше), необходимо

изменить соотношение сторон подошвы или увеличить (а в случае больших недонапряжений уменьшить) их размеры.

4. Расчет плитной части фундамента

Расчет плитной части фундамента заключается в определении ее высоты hpl и площади сечения арматуры, устанавливаемой вблизи подошвы для восприятия растягивающих усилий, возникающих вследствие изгиба консольных выступов от реактивного давления грунта (рис. 4.49).

223

и момент от среднего давления под плитой в поперечном (у) направлении:

Miy pm L li2 , 2

где B, L – ширина и длина фундаментной плиты соответственно,

pmax, pm, pi – расчетные значения давления под подошвой фундамента, определенные в соответствии с п. А1.3.1 [1].

Площадь сечения арматуры подошвы в х (у) направлении определяется с использованием общей либо упрощенной деформационной модели.

Размеры ступеней рекомендуется принимать такими, чтобы контур плиты или хотя бы нижняя часть нижней ступени находились внутри призмы продавливания.

5. Расчет подколонника, подбор армирования

Стаканная часть фундамента рассчитывается как внецентренно сжатый железобетонный элемент и армируется продольной (вертикальной) и поперечной (горизонтальной) арматурой. Поперечная арматура выполняется в виде горизонтальных сварных сеток, хомутов либо отдельных стержней. Продольная арматура располагается в вертикальных стенках стакана в виде гнутых арматурных стержней.

Согласно [7, п. 10.9.6] фундаменты стаканного типа делятся на два вида:

– с профилированной поверхностью в зоне контакта стакана с колонной

(рис. 4.50,а);

– с гладкой поверхностью (рис. 4.50,b).

Расчет фундаментов с шпоночной поверхностью приближен к расчету фундаментов под монолитную колонну. В строительной отрасли РБ более распространены фундаментаы с гладкой внутренней стенкой стакана.

Рис. 4.50. Фундаменты стаканного типа:

а – с профилированной поверхностью; b – с гладкой поверхностью Действующие напряжения и расчетная схема представлены на рис. 4.51.

225

Рис. 4.55. Схематичное изображение горизонтальной и вертикальной арматуры подколонника

Конструкции и расчет ленточных фундаментов под несущими стенами и рядами колонн.

Ленточные фундаменты устраивают под сплошными несущими стенами (рис. 4.41,в,г) и под рядами колонн в виде отдельных или перекрестных лент

(рис. 4.41,д).

Фундаменты под несущие стены проектируют преимущественно сборными. Они состоят из блоков-подушек трапецеидального (рис. 4.41,в,г) или прямоугольного сечения. По конструкции блоки могут быть сплошными, ребристыми или пустотелыми. Наибольшее распространение получили сплошные блоки трапецеидального профиля. Они имеют простую геометрическую форму и армируются понизу одной сеткой и поэтому более просты в изготовлении, чем блоки других типов.

Ширину подушки фундамента определяют делением характеристической нагрузки на сопротивление грунта R. Если полученная ширина подушки окажется меньше, чем соответствующая ширина подушки из каталога, то рекомендуется применять последнюю. В этом случае подушки укладывают с зазорами.

Расчет прочности подушки производят только в поперечном направлении, рассматривая выступы как консоли, загруженные реактивным давлением грунта р. Площадь арматуры подбирают по моменту М = рl2/2, (где l – вылет консолей подушки). Высоту подушки назначают из условия воспринятия поперечной силы V = pl одним бетоном (без поперечной арматуры), но не менее 200 мм. Армируют подушки сварными сетками.

Ленточные фундаменты под рядами колонн (рис. 4.41,д) выполняют обычно монолитными, таврового сечения с полкой понизу. Их возводят в виде отдельных лент в поперечном или продольном направлении в соответствии с рядами колонн. Однако иногда целесообразно устраивать перекрестные ленты-ростверки (рис. 4.41,д). Толщину края полки принимают не менее 200 мм и назначают из условия воспринятия поперечной силы одним бетоном (без поперечного армирования). Выступы тавра работают как консоли, защемленные в ребре. При малых вылетах полку принимают постоянной высоты, при больших – переменной, с утолщением к ребру. Полки подушки лент армируют так же, как и подушки ленточных фундаментов под стены.

229

Для армирования полок целесообразно применять сварные сетки с рабочей арматурой в двух направлениях. При этом поперечную арматуру используют как арматуру полки, а продольные стержни включают в площадь нижней рабочей арматуры.

В продольном направлении отдельная лента работает на изгиб, как балка, находящаяся под воздействием сосредоточенных нагрузок от колонн и отпора грунта снизу (рис. 4.56).

Рис. 4.56. Ленточные фундаменты под колонны: 1 – рабочая арматура

Ребра армируют подобно неразрезным балкам. Продольную арматуру определяют расчетом прочности нормальных сечений на изгибающий момент, поперечную – расчетом наклонных сечений на поперечную силу. Фундаменты армируют сварными или вязаными каркасами. При армировании сварными каркасами в ребре должно быть не менее двух каркасов при b < 400 мм, не менее трех – при b = 400...800 мм и не менее четырех – при b > 800 мм. Плоские каркасы объединяют в пространственные. Для этого к верхним продольным стержням приваривают соединительные стержни или на них укладывают сварные сетки.

230