2. Расчет отдельно стоящего центрально-сжатого фундамента на изгиб

Расчет фундамента ведется по первой группе предельных состояний. Под подошвой фундамента от центральной нагрузки возникает отпор грунта основания (рис. 47). Подошва фундамента работает как плита на изгиб. При этом чем ниже находятся волокна плиты, тем больше они растянуты. Растягивающие напряжения приводят к образованию трещин в фундаменте по нормальным сечения. Для того, чтобы фундамент мог сопротивляться образованию трещин, применяют стальную арматуру. Фундамент армируется сварными сетками из стержней периодического профиля диаметром не менее 10 мм и шагом 100 – 200 мм. Сварную сетку устанавливают по подошве фундамента с соблюдением защитного слоя, толщина которого должна быть не меньше 30 – 35 мм при наличии под фундаментом песчано-гравийной подготовки и равной 70 мм без подготовки основания.

Наиболее опасными являются сечения 1 и 2 изгибаемого фундамента, где изменяется его высота. Для определения изгибающего момента в этих сечениях рассматривают отсеченную часть фундамента, как консоль, равномерно нагруженную снизу реактивным давлением основания. Равнодействующая реакции грунта на отсеченную часть приложена в центре тяжести опорной поверхности. Для сечений 1 и 2 соответственно получим реакции и

;

, (7.3)

где – геометрические размеры (рис. 47).

Рис. 47. Расчетная схема фундамента при изгибе

Изгибающий момент в сечениях 1 и 2 вычисляется как произведение равнодействующей реакции основания на ее плечо

;

. (7.4)

Для определения площади сечения арматуры по предельному состоянию считается, что при образовании трещины вся нагрузка приходится на стержни арматуры и достигает расчетного сопротивления на растяжение . Для вычисления растягивающего усилия в арматуре составляются условия равновесия для сечений 1 и 2 (рис. 47). Изгибающий момент от давления грунта на подошву фундамента уравновешивается моментом внутренних сил в арматуре относительно центра поворота частей фундамента, разделенных трещиной. Требуемая площадь арматуры определяется по формулам

,

, (7.5)

где – коэффициент работы арматуры.

7.3. Расчет отдельно стоящего фундамента на продавливание

Одним из предельных состояний фундамента является его продавливание колонной. Опытным путем установлено, что разрушение фундамента от продавливания происходит по боковым поверхностям усеченной пирамиды (рис. 48).

Рис. 48. Расчетная схема продавливания фундамента:

1 – колонна; 2 – пирамида продавливания

Разрушающие внутренние усилия возникают в сечениях железобетонного фундамента под углом к основанию. Так как давление грунта равномерно распределено по всей поверхности подошвы фундамента, а вертикальная нагрузка от колонны в момент продавливания будет передаваться на грунт только через основание пирамиды продавливания, то можно вычислить продавливающую силу, как неуравновешенную часть вертикальной нагрузки

, (7.6)

где – давление грунта;

– площадь фундамента;

– площадь основания пирамиды продавливания;

– размеры основания пирамиды.

Как следует из рисунка 48, размеры основания пирамиды продавливания легко вычисляются

,

, (7.7)

где – размеры поперечного сечения колонны.

По боковым граням пирамиды продавливания будут возникать растягивающие напряжения. С учетом этого, можно записать условие прочности фундамента на продавливание (рис. 49)

, (7.8)

где – расчетное сопротивление бетона растяжению;

– площадь боковой поверхности пирамиды продавливания.

Рис. 49. Расчетная схема условия прочности на продавливание

Площадь боковой поверхности пирамиды продавливания можно вычислить по следующей формуле

, (7.9)

где – длина средней линии боковой поверхности пирамиды продавливания.

После подстановки (7.9) в (7.8) получим

. (7.10)