Расчет фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов

 

S1= 161,45×0,45+137,53×0,45+104,71×0,45+72,9×0,45+48,72×0,45+35,1×0,45+

+27,925×0,45+23,02×0,2 ] = 0,0078=0,78 см;

S2= 18,02×0,45+14,8×0,45+13,78×0,1  ] = 0,00215=0,215 см;

Грунт непросадочный.

3. Сравниваем полученное расчетное значение вероятной осадки S со значением предельных деформаций основания Su, принимается в зависимости от конструктивной системы здания или сооружения по прил. 7 настоящих методических указаний.

 

Sобщ= S1+ S2=0,78+0,215=0,995 см <S*u=8 см, условие выполняется.

 

4.6.Расчет тела  фундамента.

 

4.6.1.Конструирование  фундамента.

 

Конструирование  фундамента выполняем в следующей последовательности.

4. Назначаем количество и высоту ступней фундамента, принимая их кратно 0,15 м.

Так как 0,29= hopl£450 мм, то принимаем фундамент одноступенчатым, при этом высоту h1 ступени назначаем равной 0,3 м.

Тогда окончательно высота плитной части фундамента принимается равной hpl=0,45 м, а окончательная рабочая высота плитной части фундамента hоpl= hpl-аs=0,45-0,04=0,41 м.

5. Назначаем размеры консолей ступени с1 плитной части фундамента, принимая кратно 0,15 м.

В направление действия момента – в направлении большей стороны:

     с1=(1¸2,5)h1=1,5×0,3=0,45 м, принимаем с1=0,45 м.

В направление  перпендикулярном плоскости действия момента:

     с1=(1¸2,5)h1=1×0,3=0,3 м, принимаем с1=0,3 м.

4.6.2.Расчет прочности  фундамента на продавливание.

 

4.6.2.1.Расчет прочности плитной  части на продавливание.

 

При расчете плитной части фундамента на продавливание рассматривается условие прочности только одной наиболее нагруженной грани пирамиды продавливания в предположение, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, меньшим основанием которой служит площадь действия продавливающей силы, боковые грани которой начинают  у колонны и направлены по углом 45° к горизонтали.

              F£jbRbtbmhopl=1×900×1,2×0,41=442,8 кН

Где jb-коэффициент, для тяжелого бетона кл. В20 jb=1; Rbt-расчетное сопротивление бетона растяжению принимается по прил. 8, табл. 8.1. настоящих методических указаний, для бетона кл. В20 Rbt=0,9 Мпа; hopl-рабочая высота плитной части фундамента, hopl=0,41; bm-средний размер проверяемой грани пирамиды продавливания при bf-bc£2 hopl определяется по формуле**

               bm=0,5 (bc+ bf)=0,5(0,9+1,5)=1,2

Где bc - размер сечения колонны или подколонника, являющейся верхней стороной рассматриваемой грани пирамиды продавливания, bc= bn=0,9 м; F-продавливающая сила, принимаемая равной расчетной продольной силе Ni, приложенной к верхнему основанию пирамиды продавливания за вычитом отпора грунта, приложенного к нижнему основанию и сопротивляющемуся продавливанию, определяется по формуле:

              F=рmax×Ао=300,74×0,273=82,1 кН

Где рmax-максимальное краевое давление под подошвой внецентренно нагруженного фундамента без учета давления грунта на его уступах, определяется по формуле

             

Ао- часть площади подошвы фундамента, ограниченная нижним основанием рассматриваемой грани пирамиды продавливания и продолжением в плане соответствующих ребер определяется по формуле:

Ао= 0,5bf(lf-ln-2hopl)-0,25(bf-bn-2hopl)2 = 0,5×1,5(1,8-0,9-2×0,41)-0,25(1,5-0,9-2×0,41)2=0,273 м2

Итак F=78,72 кН £ 442,8 кН, условие выполняется, следовательно продавливание дна стакана не произойдет и высота плитной части достаточна.

 

4.6.3.Расчет фундамента по прочности  на раскалывание.

 

Проверку фундамента по прочности на раскалывание от действия продольной силы Nс производится из условий п. 2.22 [8]:

                  При bc/hc£Ab/Al      Nс£(1+ bc/hc)mg1 AlRbt

                  При bc/hc>Ab/Al      Nс£(1+ hc / bc)mg1 AbRbt

Где m-коэффициент трения бетона по бетону, m=0,75; ) g1 – коэффициент, учитывающий совместную работу фундамента с грунтом, ) g1=1,3; Al- площадь вертикального сечения фундамента в плоскости, проходящей по оси стакана колонны, за вычетом площади стакана фундамента в направление действия изгибающего момента, Al=0,738 м2 ; Ab-то же, в направление, перпендикулярном плоскости действия изгибающего момента, Ab=0,615 м2  Rbt-расчетное сопротивление бетона растяжению принимается по прил. 8, табл. 8.1. настоящих методических указаний, для бетона кл. В20 Rbt=0,9 Мпа; Nс- расчетная продольная сила на уровне орца колонны или ветви двухветвевой колонны, определяется

 

                   Nс=a N1=0,85×612=520,2 кПа

Где a-коэффициент, учитывающий частичную передачу продольной силы N1 на плитную часть фундамента через стенки стакана, но не менее 0,85, определяется по формуле

 

                

Где gb2- коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки, gb2=1; gb9- коэффициент, учитывающий вид материала фундамента, gb9=0,9; Rbt- расчетное сопротивление бетона замоналичивания стакана растяжению; N1- продольная сжимающая сила от местной нагрузки, N1=612 кН; Ас – площадь боковой поверхности колонны, заделанной в стакан фундамента, определяется по формуле

             Ас =2(bc+hc) hcf=2(0,3+0,3)0,41=0,492 м2

Вследствие того, что 0,74<0,85, принимаем a=0,85

Так как 0,3/0,3>1,015/1,67, то

             Nс=520,2 кН<(1+0,3/0,3) 0,75×1,3×0,615×900=1079,325 кН

Условие выполняется, следовательно, раскалывание фундамента не произойдет.

 

4.6.4.Расчет прочности фундамента  на смятие.

 

Расчет прочности фундамента  на смятие (местное сжатие) под торцом колонны (или ветви двухветвевой колонны) сводится к проверке следующего условия пп. 3.39,3.41 [5]:

                    Nс£0,9Y locAloc1Rb,loc

Где Y loc-коэффициент ,зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия, при равномерном распределении, как в случае с колонной, Y loc=1; Aloc-фактическая площадь смятия, Aloc1= bc×hc=0,3×0,3=0,09 м2; Rb,loc- расчетное сопротивление бетона смятию, определяется по формуле

                   Rb,loc=aj loc Rb=1×2,1×11500=24150 кПа

Где a-коэффициент, a=1; Rb-расчетное сопротивление бетона сжатию принимается по прил. 8, табл. 8.1. настоящих методических указаний, для тяжелог бетона кл. В20

Rb=11,5 Мпа; j loc - коэффициент, учитывающий повышение несущей способности бетона при местном сжатии, для бетона кл. В7,5 не более 2,5, определяется по формуле

т.к. 2,1<2,5, то принимаем j loc =2,1

Здесь Aloc2-расчетная площадь смятия Aloc2=lnbn=0,9×0,9=0,81 м2. Тогда

           520,2 кН<0,9×1×24150×0,09=1956,15 кН

Условие выполняется, следовательно смятия бетона под колонной не произойдет, значит, ниже стакана сетки косвенного армирования не устанавливаются.

 

4.6.5.Расчет прочности фундамента  по поперечной силе.

 

Расчет прочности фундамента  по поперечной силе заключается в проверке прочности рабочей высоты нижней ступени фундамента по наклонному сечению на восприятие поперечной силы Q одним бетоном, исходя из условий

где Q=ргр(с1-со)bf=97,14(0,6-0,3)1,5=43,71 кН; с1-выле нижней ступени фундамента,

с1=0,6 м;  со- длина проекции рассматриваемого наклонного сечения, со=0,3 м.

Правая часть неравенства принимается не менее 0,6Rbtbfho1=0,6×900×1,5×0,26=210,6 кН и не более 2,5Rbtbfho1=2,5×900×1,5×0,26=877,5 кН. Все условия выполняются.

Итак, Q= 43,71 кН<228,15 кН, условие выполняется, следовательно, прочность нижней ступени по поперечной силе обеспечена.

 

4.6.6.Определение площади сечения  арматуры  плитной части фундамента.

 

Площадь сечения рабочей арматуры  плитной части фундамента определяется из расчета на изгиб консольных выступов вдоль сторон фундамента lf и bf в сечениях, проходящих

по граням колонны и подколонника и по граням ступней фундамента.

Расчет выполняется в следующей последовательности:

1. В сечениях 1-1,2-2 определяем изгибающие моменты.

В плоскости действия момента – в направление большей стороны:

для сечения 1-1:

для сечения 2-2:

В направление, перпендикулярном плоскости действия момента, от реактивного давления грунта ргр=97,14 кПа

для сечения 1-1:

для сечения 2-2:

2. В тех же сечениях определяем требуемую площадь сечения рабочей арматуры Asтр в плитной части фундамента. Подбор арматуры ведется на всю ширину или длину фундамента.

В плоскости действия момента – в направление большей стороны:

для сечения 1-1:

для сечения 2-2:

В направление, перпендикулярном плоскости действия момента

для сечения 1-1:

для сечения 2-2:

где hо1 и hо2 – расчетная рабочая высота фундамента соответственно в сечение 1-1,2-2: hо1 = h1 –аs=0,3-0,04=0,26 м, hо2 = hрl –аs=0,45-0,04=0,41 м.

М1-1,М2-2- изгибающие моменты соответственно в сечении 1-1,2-2;

Rs - расчетное сопротивление арматуры растяжению, определяется по прил. 8 табл.8.1 настоящих методических указаний, для арматуры кл. А-3  Rs =365 Мпа.

3. Из двух значений Аs1-1 и Аs2-2 в соответствующем направление выбираем большее, по которому и производим подбор диаметра и количество стержней. Для этого задаемся шагом стержней, обычно S=150¸200 мм. Принимаем S=150 мм.

В плоскости действия момента – в направление большей стороны:

Принимаем шаг стержней S=150. Аsmax=14,9 см2. Количество стержней принимаем n=10 шт. Тогда

Принимаем диаметр одного стержня Æ= 14 (Аs =1,539 см2). Окончательно принимаем 10Æ14.

В направление, перпендикулярном плоскости действия момента

Принимаем шаг стержней S=150. Аsmax=2,72 см2. Количество стержней принимаем n=12 шт. Тогда

Принимаем диаметр одного стержня Æ= 8 (Аs =0,503 см2).  Так как минимально допустимый диаметр арматуры должен быть не менее 10 мм, окончательно принимаем 12Æ10 Аs =0,785 см2.

4.6.7.Расчет подколонника  фундамента.

 

4.6.7.1.Конструирование подколонника.

 

Стаканная часть фундамента должна удовлетворять следующим требованиям.

Толщина стенок стакана определяется расчетом на прочность, но принимается не менее 0,15 м. Толщину защитного слоя бетона назначаем равной аs= аs’=35 мм. Размеры подколонника в плане и высоте принимаются кратно 0,15 м. Зазоры между колонной и стенками стакана для возможности рихтовки и качественного заполнения бетоном должны быть понизу не менее 50 мм, а по верху - не менее 75 мм. После монтажа колонны в стакан фундамента зазоры заполняют бетоном кл. В17,5 на мелком заполнителе. Принимаем симметричное армирование.

 

4.6.7.2.Расчет прочности подколонника  по нормальным сечениям.

 

Расчет прочности подколонника по нормальным сечениям сводится к определению требуемой площади продольной рабочей арматуры Аsmр. Для этого рассматриваются два нормальных сечения: первое – сечение 1-1 – по обрезу стакана и второе – сечение 2-2 – по плитной части фундамента.

 

Расчет по сечению 1-1 выполняем в следующей последовательности.

1. Определяем значение расчетного эксцентриситета ео:

       ео=M1/N1=60/612=0,098 м.

2. Проверяем условие:

      N1=612 кН<Rbbnbcf= 11500×0,9×0,225=2328,75 кН,

Условие выполняется следовательно нейтральная ось проходит в пределах полки, следовательно, арматуру рассчитываем как для прямоугольного сечения шириной bn=b’n=0,9 м и толщиной стенки стакана, bcf=0,225 м.

3. Определяем высоту сжатой зоны х бетона:

4. Определяем относительную высоту сжатой зоны x бетона:

где hоп- рабочая высота подколонника, hоп=ln-as=0,9-0,035=0,865 м.

5. Определяем граничное значение высоты xR сжатой зоны бетона по формуле

где w- коэффициент, характеризующий деформативность сжатой зоны бетона, определяется по формуле w=0,85-0,008Rb=0,85-0,008×11,5=0,758.

6. Проверяем условие х£хR:

х=0,079< хR=xRhоп=0,59×0,865=0,51 м, условие верно, следовательно, граница сжатой зоны проходит в полке.

7. Определяем требуемую площадь продольной арматуры:

где ;

здесь е- эксцентриситет, определяется по формуле

е=еоh+0,5ln-as=0,098×0,9545+0,5×0,9-0,035=0,51 м,

где h=1-0,5x=1-0,5×0,091=0,9545

Во9=

Где aо9= ; здесь A’of – площадь сжатой зоны

A’of =b’fxx=0,9×0,093×0,11=0,009 м2

8. Расчет по сечению 2-2.

Так как х=0,079< хR=xRhоп=0,59×0,865=0,51 м, то

По расчету продольная арматура в подколоннике не требуется, следовательно, она устанавливается конструктивно. Назначаем шаг продольных стержней S=400 мм. Тогда минимально допустимый диаметр, который можно применить в этом случае , равен 12 мм. Принимаем 3Æ12 А-3 (Аs =1,313 см2). Поперечная арматура в каркасах КР-1 и КР- принимается кл. Вр-1, либо кл. А-1 и устанавливается из условия свариваемости ds/4=12/4=3 мм, но не менее 5 мм, где ds- диаметр продольной арматуры. Принимаем поперечную арматуру Æ5мм кл Вр-1 (Аs =0,154 см2).

4.6.7.3. Расчет прочности подколонника  по наклонным сечениям.

 

Расчет прочности подколонника по наклонным сечениям сводится к определению

требуемой  площади поперечной арматуры. Для этого в зависимости от значения расчетного эксцентриситета  в сечениях 3-3 или 4-4 определяем соответствующие значения изгибающих моментов МА или МВ

Так как hc/6=0,05 м<ео=0,098 м <0,5 hc=0,15 м, расчет ведем по наклонному сечению 4-4, проходящему через точку В. значение изгибающего момента в этой точке будет определятся по формуле

МВ= М1+Qhcf - 0,7eo=60-0,7×0,098=41,16 кН×М

где Rs-расчетное сопротивление арматуры растяжению принимается по прил. 5[4], для поперечной арматуры кл. А-3 Rsw=285 Мпа; Szsw-сумма расстояний от каждого ряда поперечной арматуры до нижней грани колоны

Szsw= z1+ z2+ z3+ z4+ z5=0,05+0,15+0,25+0,35+0,45=1,25 м.

Sw-шаг поперечной арматуры, принимается исходя из следующих условий:

Sw£ hcf/4=500/4=125 мм и Sw£ 200 мм, где hcf- высота стакана. Принимаем Sw=100мм

Доля на число стержней сетки, воспринимающих растягивающие усилия от изгибающего момента, получаем требуемую площадь  одного стержня, по которой, используя сортамент арматуры по рил. 9 настоящих методических указаний, подбираем диаметр одного стержня