Тема 3.11 Фундаменты

Классификация фундаментов:

По конструкции:

- ленточные;

- свайные;

- столбчатые;

- в виде сплошной монолитной плиты.

По характеру загружения:

- центрально сжатые;

- внецентренно сжатые.

По способу возведения:

- сборные;

- сборно-монолитные.

Отдельно стоящие фундаменты стаканного типа.

Особенности расчета и конструирования

Центрально загруженные фундаменты имеют квадратную в плане форму, внецентренно сжатые – прямоугольную, с отношением сторон не более 3:1.

Для изготовления фундаментов используют обычно бетон В15, В20, а для сильно загруженных фундаментов В30 и В40.

В качестве рабочей используют арматуру классов А-II, А-III, в качестве конструктивной А-I. Минимальный процент армирования =0,1%.

Величина защитного слоя бетона для фундаментов составляет 35-70мм и она зависит от вида и влажности грунта основания, наличия или отсутствия бетонной подготовки, плотности бетона (чем выше класс бетона, тем выше его плотность).

Требуемая площадь подошвы фундамента определяется по формуле:

(98)

где - нормативная нагрузка;

- расчетное сопротивление грунта, принимаемое по таблицам СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений».

- средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах (в расчет принимаем =20…22кН/м³);

d – глубина заложения фундамента.

Рисунок 29 – К расчету фундамента стаканного типа.

Для центрально нагруженного фундамента размер стороны подошвы определяется и принимается кратным 300мм.

При b 2,1м – фундаменты сборные, при b>2,1м – фундаменты монолитные.

Глубина заделки колонны прямоугольного сечения в стакане фундамента должна приниматься не менее большего размера сечения колонны.

Глубина заделки двухветвевых колонн – не менее ½ размера большей стороны сечения всей колонны и не менее 1,5 размера большей стороны поперечного сечения ветви колонны. В этом случае сопряжение колонны с фундаментом будет считаться жестким.

Высота фундамента Н определяется расчетом в предположении, что разрушение фундамента может произойти по поверхности пирамиды, боковые грани которой наклонены под углом 45⁰.

Высота фундамента Н определяется исходя из трех условий:

1. Условие продавливания колонны через фундамент:

(99)

где - давление грунта на единицу площади подошвы фундамента;

(100)

«А» - определяется по принятым размерам подошвы фундамента «b».

2. Условие заделки колонны в стакан фундамента:

(101)

3. Условие необходимости надежности анкеровки продольной арматуры колонны при жесткой заделке колонны в фундаменте:

(102)

где d – диаметр рабочей арматуры колонны.

Из найденных значений принимается наибольшее значение.

При Н 1м фундамент принимается одноступенчатым, при Н>1м – двух и более ступенчатым.

Площадь сечения арматуры фундамента находят из расчета сечений I-I и II-II по изгибающим моментам, определяемых как в консолях от действия реактивного давления грунта по подошве фундамента:

(103)

(104)

Требуемая площадь рабочей арматуры определяется по формулам:

(105)

где h₀=H-a;

(106)

где .

Арматуру принимают по большему из значений. Диаметр рабочих стержней в сетке С1 принимается не менее 10мм с шагом S=100 200мм.

Таким образом, расчет фундамента состоит из двух частей: расчета основания и расчета самого фундамента. По итогам расчета основания определяют глубину заложения фундамента d и размеры подошвы фундамента.

По итогам расчета фундамента по несущей способности определяют остальные его размеры и площадь арматуры.

Стенки стакана армируют сетками С2, изготовленными из арматуры 8мм класса А-I. Установка сеток С2 по высоте фиксируется стержнями 8мм А-I, соединяющими сетки С2 и С1.

Стенки стакана можно не армировать, если соблюдаются следующие условия:

1. >200мм.

2. >0,75∙ при < .

3. >0,75∙ при < .

При ширине подошвы фундамента более 3-х метров в целях экономии стали половину стержней можно не доводить до конца на 1/10 длины в каждую сторону.

Внецентренно сжатые фундаменты под колонны

Рисунок 30 – Схема нагружения внецентренно сжатого фундамента.

Внецентренно сжатые фундаменты имеют прямоугольную форму в плане, при этом большая сторона располагается в плоскости действия изгибающего момента. Все внешние силы, действующие на фундамент Q, и М приводятся к вертикальной силе N, проходящей через центр тяжести подошвы и к моментам М_х и М_y, действующих на уровне подошвы фундамента.

При этом расчеты производятся на наиболее невыгодные комбинации усилий. Давление под подошвой фундамента при действии моментов в двух плоскостях определяется по формуле:

(107)

где W – момент сопротивления.

Проверка основания фундамента в этом случае или размер подошвы фундамента производят так, чтобы выполнялись следующие условия:

(108)

где R – расчетное сопротивление грунта, определяемое в соответствие со СНиП2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений».

Требуемая площадь подошвы внецентренно нагруженных фундаментов определяется аналогично центрально нагруженному:

Учитывая, что фундамент внецентренно нагруженный увеличиваем требуемую площадь на 20%, тогда . Обычно соотношение сторон прямоугольного в плане фундамента принимается в пределах 1…1,6, тогда а=(1…1,6)b. Например, а=1,5b, тогда .

Ленточные фундаменты. Расчет и конструирование

Железобетонные ленточные фундаменты выполняют сборными или монолитными. В сборных фундаментные подушки укладывают впритык или с небольшими разрывами.

Расчетом определяют требуемую ширину фундаментной подушки «b», её высоту «h» и рабочую арматуру. Ленточные фундаменты обычно загружены равномерно распределенной нагрузкой по всей длине. При расчете выделяют отрезок стены длиной 1м и по приходящейся на него нагрузке определяют требуемую ширину:

(109)

Расчетная схема фундамента имеет вид:

Рисунок 31 – Расчетная схема ленточного фундамента.

(110)

(111)

где =1м.

Рабочую арматуру фундаментной подушки рассчитывают по изгибающему моменту, определяемому в консольной части подушки длиной «с» при загружении её реактивным давлением грунта без учета массы подушки и грунта на её уступах.

Рисунок 32 – Схема армирования подушки.

Высоту фундаментной подушки устанавливают расчетом на поперечную силу:

(112)

Высота принимается таким образом, чтобы не требовалась установка поперечной арматуры, т.е. чтобы соблюдалось условие:

(113)

где =0,6 – для тяжелого бетона.

Сплошные фундаменты

Рисунок 33 – Сплошные фундаменты.

Сплошные фундаменты в виде безбалочных или ребристых плит устраивают при слабых грунтах и значительных нагрузках для выравнивания возможных неровностей осадки колонн.

К сплошным относят также ж/б фундаменты коробчатого типа. Они устраиваются под высотные здания и состоят из верхней, нижней и перекрестных стенок.

Сплошные фундаменты подобны перевернутому перекрытию работающему на нагрузки от реактивного давления грунта, опорами которого являются колонны.

Сплошная фундаментная плита без балок при сетке колонн близкой к квадратной может проектироваться как перевернутое балочное перекрытие.

Ребристые фундаменты армируются как ребристые перекрытия.

Сплошные фундаменты рассчитывают как плиты на упругом основании.

Задача. Рассчитать центрально нагруженный фундамент при следующих данных: N=950кН, =0,18МПа, d=1,6м, х =300х300мм, бетон класса В12,5, рабочая арматура класса А-III. Определить размеры фундамента и диаметр рабочей арматуры.

1. Определяем нормативную нагрузку на фундамент:

= =950/1,15=826,09кН

где - средний коэффициент надежности по нагрузке, принимается равным 1,15…1,20.

2. Определяем требуемую площадь фундамента:

=826,09/(180-20∙1,6)=5,58м²

3. Определяем требуемые размеры фундамента:

= =2,36м

Принимаем b=2400мм кратным 300мм.

4. Определяем давление грунта на единицу площади фундамента:

=950/(2,4∙2,4)=164,93кН/м²

5. Определяем наименьшую высоту фундамента:

5.1 Условие продавливания тела фундамента колонной:

= =0,39м

где =0,66МПа=660кН/м² – для бетона класса В12,5.

h= +а=0,39+0,05=0,44м.

5.2 Условие заанкеривания колонны:

=1∙ + 250=300+250=550мм. Принимаем h=0.6м, =0,6 – 0,05=0,55мм.

Высота ступени – 300мм, = -а=300-50=250мм.

6. Определяем минимальную рабочую высоту первой ступени снизу:

где =(2,4-0,3-2∙0,55)/2=0,5м

=250мм > 164,93∙0,5/660=0,125м=125мм – условие выполняется.

7. Проверяем прочность фундамента на продавливание по поверхности пирамиды, ограниченной плоскостями, проведенными под углом 45⁰ к боковым граням колонны:

где F – площадь основания пирамиды продавливания

где =(300 + 2∙250)²=1.960.000мм²=1,96м².

F=950 - 1,96∙164,93=626,74кН

- среднее арифметическое параметров верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания в пределах полезной высоты фундамента.

=4(0,3 + 0,55)=3,4м

F=626,74кН < 0,9∙660∙0,55∙3,4=1100,8кН – условие выполняется, следовательно высоты, принятой для первой ступени, достаточно.

8. Определяем изгибающие моменты и :

=0,125∙164,93(2,4-0,3)²∙2,4=218,2кН∙м

=0,125∙164,93(2,4-1,17)²∙2,4=74,8кН∙м

9. Определяем площадь арматуры:

=218,2∙100/(0,9∙55∙36,5)=12,08см²

=74,8∙100/(0,9∙25∙36,5)=9,11см²

Принимаем шаг арматуры 200мм (100…200мм), тогда количество арматурных стрежней в сетке n=(2400:200)+1=13стержней, принимаем по таблице сортамента13 12 А-III, =14,70см²> =12,08см².

Процент армирования μ= =14,70/(117∙55) ∙100%=0,23% > =0,1%

10. Конструируем армирование: