Одноэтажное промышленное здание

Анализируя значения усилий в таблице  находим, что наиболее неблагоприятной  комбинацией для предварительного определения размеров подошвы фундамента по условию максимального эксцентриситета (отрыва фундамента) является вторая комбинация усилий. В этом случае получим следующие значения усилий на уровне подошвы фундамента:

N_fⁿ= Nⁿ + Gⁿ₃ = 543,95+34,27 = 578,24 кН;

М_fⁿ=М^п + Q·h_f +G₃ⁿ_·е₃ =–273,03–32,95·2,4–34,27·0,45=–367,53 кН·м;

e₀ = | М_fⁿ / N_fⁿ| = 367,53/578,24 = 0,636 м.

С учетом эксцентриситета  продольной силы воспользуемся формулами табл. XII.I. [1] для предварительного определения размеров подошвы фундамента по схеме 2:

м

b=a·β=2,48·0,8=2,1м

где γ_m= 20 кН/м — средний удельный вес фундамента с засыпкой грунта на его обрезах; R = R₀ = 0,3 МПа = 300 кПа — условное расчетное сопротивление грунта по индивидуальному заданию, где β=0,7…0,8

Принимаем предварительно размеры подошвы фундамента а =2,7 м и b= 2,1 м. Уточняем расчетное сопротивление песчаного грунта основания согласно прил. 3 [9]:

R = R₀[1 + k₁(b – b₀)/ b₀] + k₂·γ_m(d -d₀) =300·[1+0.125·(2.1-1)/1+0.25·20·(2.55-2)=341.5кПа,

где k₁ = 0,125 и ki — 0,25 принято для песчаных грунтов по [9].

Определим усилия на уровне подошвы фундамента принятых размеров от нормативных нагрузок и соответствующие им краевые давления на грунт по формулам: Nⁿ_inf= Nⁿ + Gⁿ₃ +a·b·d·γ_m·γ_n;     Мⁿ_inf=М^п + Q·h_f +G₃ⁿ_·е₃;   Pⁿ_л(п)= Nⁿ_inf/A_f±Мⁿ_inf/A_f: где γ_m = 0,95-для класса ответственности здания II; A_f= ab = 2,72,1 =5,67 м²;W_f = ba²/6 = 2,1·2,7²/6=2,55 м³.

Рис. 2.35. К определению размеров подошвы  фундамента

Таблица 2. Постоянные нагрузки на 1 м² покрытия:

Комбинация усилий от колонны	Усилия		Давление к.Па.
	Мninf	Nninf	Pnл	Pnп	Pnm
Первая	701,4	76,93	93,53	153,85	123,7
Вторая	852,9	–367,53	165,14	137,72	154,43
Третья	1128,0	-249,0	296,5	101,4	198,5

 

Так как вычисленные  значения давлений на грунт основания Р_mах =296.5кПа < l,2R = 1,2·336 = 403 кПа; P_min = 93.53 кПа > О; и P^п_m= 198.5 кПа < R = 336 кПа, то предварительно назначенные размеры подошвы фундамента удовлетворяют предъявляемым требованиям по деформациям основания и отсутствию отрыва части фундамента от грунта при крановых нагрузках. Таким образом, оставляем окончательно размеры подошвы фундамента а = 2,7 м и Ь = 2.1 м.

Расчет тела фундамента выполняем для принятых размеров ступеней и стакана согласно рисунку . Глубина стакана назначена в соответствии с типом опалубки колонны по приложению V, а поперечное сечение подколенника имеет размеры типовых конструкций фундаментов под колонны промышленных зданий.

Расчет на продавливание  ступеней фундамента не выполняем, так  как размеры их входят в объем пирамиды продавливания.

Для расчета арматуры в  подошве фундамента определяем реактивное давление грунта основания при действии наиболее неблагоприятной комбинации расчетных усилий (третьей) без учета собственного веса фундамента и грунта на его обрезах. Находим соответствующие усилия на уровне подошвы фундамента:

N_inf= N_c + G₃ = 942,76+37,7=980,46 кН;

M_inf= М_С + G₃e₃ + Q_ch_t = –177,65–37,7·0,45–32,95·2,4=–273,7 кН·м.

Тогда реактивные давления грунта будут равны: р_шах = 980,46/5,67 + 273,7/2,55 = 280,2 кПа;  P_min = 65,65 кПа; P_m = 172,9 кПа Р₁ = р_mах – (р_mах – p_min/a)·a₁ = 280,2 – (280,2 – 65,65)/2,7·0,3 = 256,36 кПа; Р₂ = 224,42 – (224,42 – 77,58)/4,2·0,75 = 197,82 кПа;

 Расчетные изгибающие моменты в сечениях 1 – 1, 2 – 2 и т.д. вычисляем по формуле:             М_i-i = b·а_i²·(2·р_mах+ p_i)/6; М_1-1= 2,1·0,3²(2·280,2+256,36)/6 = 25,73 кН·м;

М_2-2 = 2,1·0,6²(2·280,2+256,36)/6 = 102,9  кН·м.

Требуемое по расчету сечение арматуры составит:              A_s,1-1= M_l-1/(R_s·0,9·h₀₁) = 25,73·10⁶/(225·0,9·260) = 448,7 мм²

A_s,2-2= M_2-2/(R_s·0,9·h₀₂) = 102,9·10⁶/(225·0,9·560) = 907,5 мм²; 

Принимаем минимальный диаметр арматуры для фундамента при а=2,1 м равным 12 мм. Для основного шага стержней в сетке 200 мм на ширине b = 2,7 м будем иметь в сечении 2–2 10ø12 А-III, A_s = 1131 мм² > 907,5 мм². Процент армирования будет равен μ =А_s·100/(b·h₀₄) = 1131·100/(2,700·560) = 0,07 % >μ_min = 0,05 %.

Расчет рабочей арматуры сетки плиты фундамента в направлении короткой стороны выполняем на действие среднего реактивного давления грунта р_т = 172,92 кПа, соответственно получим: М_3–3= p_m·a·b₁²/2= 172,92·2,7·0,3²/2 = 21,01 кН·м; A_s,3–3= M_3–3/(R_s·0,9·h₀) = 21,01·10⁶/(225·0,9·250) = 415,0 мм².

  По конструктивным  требованиям принимаем минимальное армирование ø 12 А-III,с шагом 200 мм.

Расчет продольной арматуры подколенника выполняем в ослабленном коробчатом сечении 4–4 в плоскости заделки колонны и на уровне низа подколонника в сечении 5–5. Размеры коробчатого сечения стаканной части фундамента преобразуем к эквивалентному двутавровому с размерами, мм: b = 650; h = 1500; b_f = b'_f = 900; h_f = h'_f  = 175; а = а´ = 50; h₀ = 1450. Вычислим усилия в сечении 4 –4 от второй комбинации усилий в колонне с максимальным изгибающим моментом по следующим формулам: N =N_c+G₃ +a_c·b_c·d_c·γ·γ_m·γ_п= 625,54 + 37,7 + 1,5·1,9·0,9·25·1,1·0,95 = 634,98 кН  M =M_c+Q_c·d_c+G₃·е₃= 313,98 + 37,89·0,9 + 37,7·0,45 = 365,05 кН·м. Эксцентриситет продольной силы будет равен e₀=M/N=365,05/634,98 = 0,525м = 525 мм > е_а = h/30 = 1500/30 = 50 мм. Находим эксцентриситет силы N относительно центра тяжести растянутой арматуры: e = e_о +(h_о – a^´)/2 = 525 + (1450 – 50)/2 = 1225мм. Проверяем положение нулевой линии. Так как R_b·b´_f·h´_f = 8,5·900·175 = 1338,8·10³ Н = 1338,8 кН >N= 634,98 кН, то указанная линия проходит в полке и сечение следует рассчитывать как прямоугольное с шириной b = b'_f = 900 мм. Расчет прочности сечения для случая симметричного армирования выполняем согласно п. 3.62 [3]. Вычисляем коэффициенты: α_n=N/(R_b·b·h₀)=634,95·10³/(11,5·900·1450)=0,0423;

α_m1= N·е/(R_b·b·h₀²) = 634,95·10³·1125/(11,5·900·1450²) = 0,0328; δ = а'/h₀ = 50/1450 = 0,0345.

Требуемую площадь сечения  продольной арматуры вычислим по следующей  эмперической формуле:

 < 0

Армирование назначаем в соответствии с конструктивными  требованиями в количестве не менее 0,05 % площади подколонника: A_s = A'_s = 0,0005·900·1500 = 675 мм². Принимаем A_s = A'_s = 779 мм² (5ø14 А-III).

 

В сечении 5–5 по аналогичному расчету принято конструктивное армирование.

Поперечное армирование  стакана фундамента определяем по расчету  на действие максимального изгибающего момента. Вычисляем эксцентриситет продольной силы в колонне от второй комбинации усилий е₀ = M_c/N_c = 313,98/625,54 = 0,502 м. Поскольку е_o = 0,502 м > h_с/6 = 0,8/2 = 0,1(3) м, то     поперечная арматура стакана требуется по расчету. Так как е_o = 0,502 м > h_c/2 = 0,4 м, то момент внешних сил в наклонном сечении 6–6 вычисляем по формуле*: M_6–6=M_c+Q_c·d_c – 0,7·N_c·е_o= 313,98 + 37,89·0,9 – 0,7·625,54·0,35 = 135,14 кН·м. Тогда площадь сечения одного стержня поперечной арматуры стакана фундамента будет равна: А_s = М_6–6/(4·R_s·Σz_i) = 135,14·10⁶/[4·225(850+750+550+350+150)] = 56,7 мм². Принимаем A_s = 78,5мм² ø10 A-I).