7.Расчет и конструирование фундамента под крайнюю колонну.

В качестве арматуры примем арматуру A-III с R_s=R_sc=365 МПа. Класс бетона В20 с характеристиками R_b=11,5 МПа, R_bt=0,9 МПа. Условное расчетное сопротивление грунта R₀=0,25 МПа. Вес единицы объёма материала фундамента и грунта на его обрезах =20 кН/м³.

Заделка колонны в стакан фундамента принимаем 1000 мм, что не менее H_an≥0,5+0,33∙h_н=0,5+0,33∙1,3=0,929м; H_an≥1,5b_н=1,5∙0,5=0,75м.; H_an≥30d=30∙1,8=54 см, где d=1,8 см – диаметр продольной арматуры колонны. Расстояние от стакана до подошвы фундамента должно быть не менее 250 мм. Тогда полная высота фундамента составит

Н=1000+250=1250мм=1,25м, глубина заложения его подошвы Н₁=1250+150=1400мм=1,4м

По верхнему обрезу фундамента (сечение 4-4 колонны) расчетным может быть одно из сочетаний:

1.М=130 кН∙м; N=1042 кН;Q=12 кН;

2.М=-156 кН∙м; N=826 кН;Q=-25кН;

3.М=-122 кН∙м;N=1236кН;Q=-35кН;

Нормативные значения усилий определим делением расчетных

Рис.12 усилий на усредненный коэффициент надежности по нагрузке _f,n=1,15:

1. М_n=113,04 кН∙м; N_n=906,09 кН; Q_n=10,43 кН;

2. М_n=-135,65 кН∙м; N_n=718,26 кН; Q_n=-21,74 кН;

3. М_n=-106,09 кН∙м; N_n=1074,78 кН; Q_n=-30,43 кН;

Предварительно площадь подошвы фундамента с учетом веса грунта на его обрезах определим для третьего сочетания (N_max) из выражения:

A= 1,05∙N_n/(R₀-∙H₁)=1,05*1074,78/(250-20∙1,4)=5,08 м².

Где 1,05- коэффициент, учитывающий влияние момента.

Принимая отношение сторон b/a=0,8, получаем a=2,7 м, b=2,1 м. Тогда площадь подошвы фундамента А=2,7∙2,1=5,67 м².

Момент сопротивления W =2,1∙2,7²/6=2,55 м³.

Определим краевое давление на основание в каждом сочетании

P_n,max=(N_n+G_n)/A+M_n/W и P_n,min=(N_n+G_n)/A -M_n/W,

учитывая, что изгибающий момент в уровне подошвы M_n= M_n+Q_n∙H, а нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах G_n=b∙a∙H₁∙∙_n (здесь _n=0,95- коэффициент надежности по назначению).

G_n=2,1∙2,7∙1,4∙20∙0,95=150,82 кН.

1. M_n = 113,04 +10,43 ∙1,25 =126,08 кН∙м

p_n,max = (906,09+150,82) / 5,67+126,08 / 2,55 = 235,85 кН/м² < 1,2R₀ = 1,2*250 = 300 кН/м²

p_n,min = (906,09+150,82) / 5,67-126,08 / 2,55 = 136,96 кН/м²> 0

2. M_n = 135,65 +21,74 ∙1,25=162,83 кН∙м p_n,max=(718,26 +150,82) / 5,67 + 162,83/ 2,55 =217,13 кН/м² < 1,2R₀=1,2∙250=300 кН/м²;

p_n,min=(718,26 +150,82) / 5,67 - 162,83/ 2,55 =89,42 кН/м² >0

3. M_n = 106,09 +30,43 ∙1,25=144,13 кН∙м p_n,max=(1074,78 +150,82) / 5,67 + 144,13/ 2,55 =272,68 кН/м² < 1,2R₀=1,2∙250=300 кН/м²;

p_n,min=(1074,78 +150,82) / 5,67 - 144,13/ 2,55 =159,63 кН/м² >0

Конструирование и расчет тела фундамента.

Толщину стенки стаканной части по верху примем 200 мм. Тогда при зазоре между ее внутренней гранью и колонной 75 мм высота сечения стаканной части а_с=275∙2+h_н= 550+1300=1850 мм, а ширина b_c= 550+500=1050 мм.

Рис.13

Определим напряжения в грунте под подошвой фундамента в направлении длинной стороны без учета веса фундамента и грунта на его обрезах от расчетных нагрузок для третьего сочетания, в котором при нормативных нагрузках мы получили максимальное краевое напряжение:

P_max=N/A+(M+Q∙H)/W=1236/5,67+(106,09+35∙1,25)/2,55=276,75 кН/м²;

P_min=N/A - (M+Q∙H)/W=1236/5,67+(106,09+35∙1,25)/2,55=159,23 кН/м²;

Высоту фундаментной плиты по краю примем 250 мм, а в примыкании к стаканной части - 350 мм.

Расстояние от нижней грани до оси продольных стержней при подготовке из тощего бетона примем а=50мм, тогда полезная высота в сечении 1-1 h₀= 35-5=30см.

По линейной интерполяции определим напряжения в основании в сечении 1-1 р₁=258,25 кН/м² и на грани пирамиды продавливания р₂=271,31 кН/м².

Рассматривая полосу шириной 1м, определим погонную силу продавливания

Q=(a – a_c -2h₀)∙(p_max+p₂)/4=1∙(2,7-1,85-2∙0,3)*(276,75+271,31)/4=34,25кН.

Сопротивление продавливанию полосы без поперечной арматуры по п.3.32[2]

φ_b4∙γ_b2∙R_bt∙b∙h²₀/c=1,5∙1,1∙0,9∙1∙0,3²∙10³/0,3=445,5 кН>Q=34,25 кН.

Принятые размеры фундаментной плиты достаточны.

Погонный изгибающий момент от расчетных нагрузок в сечении 1-1:

M=p₁∙(a-a_c)²/8+(p_max-p₁)∙(a-a_c)²/12=258,25∙(2,7-1,85)²/8+(276,75-258,25)∙(2,7-1,85)²/12=24,44 кН∙м.

Требуемое сечение арматуры

A_s=M/0.9∙h₀∙R_s=24,44∙10³/(0,9∙30∙365)=2,48 см²/м.

Принимаем Ø10 A-III с шагом s=200мм (A_s=3,14 см² на 1 п.м.). Процент армирования μ=0,785∙100/(20∙30)=0,105%>μ_min=0,05%.

Арматуру, укладываемую параллельно меньшей стороне фундамента, определим по максимальному погонному изгибающему моменту в сечении 2 -2:

M=p_max∙(b-b_c)²/8=1∙276,75∙(2,1-1,05)²/8=38,14 кН∙м.

Требуемое сечение арматуры:

A_s=M/0,9∙h₀∙R_s=38,14∙10³/(0,9∙30∙365)=3,9 см²/м.

С учетом повышенной коррозионной опасностью принимаем Ø12 A-III с шагом s=200мм (A_s=4,52 см² на 1п.м.). Процент армирования

μ= 1,13∙100/(25∙30)=0,175% >μ_min=0,05%.

В стаканной части фундамента арматуру принимаем также из стержней Ø12 A-III с шагом вертикальных стержней не более 400 мм, а горизонтальных не более 200 мм (20*10). При этом суммарная площадь вертикальных стержней в каждой из коротких стенок должна быть не менее A_s колонны.