Конструирование фундамента

Фундаменты под колонны принимают стаканного типа из сборного или монолитного железобетона. Конструирование включает в себя операции: по назначению числа и размеров ступеней; по проверке высоты фундамента; по расчету его на продавливание и раскалывание; по подбору арматуры.

Конструктивные указания.

Независимо от грунтовых условий под фундаментами устраивают подготовку: под монолитными – бетонную толщиной 100 мм из бетона класса В3,5; а под сборными – из песка средней крупности слоем 100 мм. Для монолитных фундаментов принимают бетон класса не ниже В12,5, а для сборных – не ниже В15. Отметка верха фундаментов принимается на 150 мм ниже отметки чистого пола зданий. Минимальная толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры: у сборных фундаментов – 30 мм, у монолитных фундаментов – 35 мм (при наличии бетонной подготовки). Монолитные фундаменты рекомендуется проектировать с плитной частью ступенчатого типа. Высоту фундамента и размеры в плане плитной части и подколонника следует назначать кратными 300 мм. Толщина дна стакана фундамента назначается по расчету, но не менее 200 мм. Зазоры между стенками стакана и колонны принимаются по низу 50 мм, а по верху – 75 мм. Для возможности рихтовки колонны глубина стакана принимается на 50 мм больше глубины заделки.

Расчет фундаментной плиты на продавливание.

Расчет на продавливание производится из условия, чтобы действующие усилия были восприняты бетонным сечением фундамента без установки поперечной арматуры. Это достигается соблюдением условия

, (5.23)

где Q – продавливающая сила, кН;
a – коэффициент, зависящий от вида бетона (для тяжелого бетона a = 1);
b_p – средний периметр граней пирамиды продавливания, учитываемых в расчете, м;
h₀ – высота пирамиды продавливания, м;
R_bt – расчетное сопротивление бетона растяжению, кПа (для бетона класса по прочности В12,5 R_bt = 660 кПа; для В15 R_bt = 750 кПа).

Меньшим основанием пирамиды продавливания является опорное сечение колонны или подколонника. Большим основанием пирамиды продавливания является площадь подошвы фундамента, ограниченная линиями пересечения подошвы фундамента с боковыми гранями пирамиды продавливания. Боковые грани пирамиды продавливания наклонены к горизонтальной плоскости под углом 45°. Высота пирамиды продавливания h₀ измеряется от опорного сечения колонны (подколонника) до центра тяжести нижней рабочей арматуры в фундаментной плите (рис. 5.6). В сборно-монолитных фундаментах допускается опорное сечение колонны принимать на уровне обреза фундамента. При этом пирамида продавливания не должна выходить за границы фундамента. Последнее может иметь место при высоком подколоннике (рис. 5.6, б). Если указанное выше имеет место, высота пирамиды продавливания измеряется от опорного сечения подколонника.

Рис. 5.6. Схема образования пирамиды продавливания: а – монолитное сопряжение плитной части с колонной; б – то же, с высоким подколонником; в – то же, с низким подколонником.

В зависимости от вида расчетов на продавливание (по четырем сторонам для центрально нагруженных квадратных в плане фундаментов или по короткой стороне во всех остальных случаях) определяются величины Q и b_p.

При расчете на продавливание по четырем сторонам средний периметр боковой поверхности пирамиды продавливания b_p равен

; (5.24)

где b_uc и l_uc – соответственно ширина и длина меньшего основания пирамиды продавливания (рис. 5.6).

Продавливающая сила Q определяется по формуле

, (5.25)

где F_v – результирующая вертикальная сила на обрез фундамента, кН;
A – площадь подошвы фундамента, м²;
A_p – площадь большего основания пирамиды продавливания, м²,

. (5.26)

При расчете на продавливание по короткой стороне продавливающую силу Q определяют по формуле

(5.27)

где A₀ – площадь подошвы фундамента за пределами пирамиды продавливания, отнесенная к рассматриваемой грани пирамиды продавливания (рис. 5.7)

; (5.28)

P_max – максимальное давление грунта на площадь А₀ определяется без учета веса фундамента и грунта на его уступах, кПа

. (5.29)

Рис. 5.7. Схема образования пирамиды продавливания при внецентренной нагрузке.

Полусумма оснований расчетной боковой грани пирамиды продавливания определяется по формуле

. (5.30)

Если фундаментная плита имеет переменное ступенчатое сечение, выполняются проверки на ее продавливание под каждой ступенью, которая рассматривается как подколонник. Если условие (5.23) не выполняется, необходимо увеличение толщины плиты или применение более высокого класса бетона по прочности.

Расчет фундаментной плиты на изгиб. Расчету подлежат нормальные сечения плиты в месте изменения ее толщины. Такими сечениями являются сечения по грани подколонника или по грани ступени. Плита рассчитывается как консольная балка длиной с, защемленная в расчетном сечении и загруженная давлением грунта (рис. 5.8). Эпюра давлений грунта принимается трапециевидной с максимальным давлением P_max по краю консоли. Расчет ведется на единицу ширины плиты. Изгибающий момент в расчетном сечении плиты (на единицу ее ширины) определяется по формуле:

(5.31)

где Р_с – давление в расчетном сечении, кПа;
a – длина l или ширина b подошвы фундамента, м.

По определенным изгибающим моментам в соответствии с [9] назначается площадь сечения рабочей арматуры плиты A_s в продольном и поперечном направлении. Плита армируется сетками в нижней зоне. С целью оптимизации армирования плиты рабочая арматура может иметь обрывы при приближении к краям фундаментной плиты.

При P_min < 0 выполняется проверка нормального сечения плиты на действие обратного изгибающего момента от нагрузки консоли весом грунта, лежащего выше подошвы фундамента. Проверка выполняется на единицу ширины плиты по формулам:

(5.32)

где s – напряжение в расчетном сечении, кПа;
h_p – толщина фундаментной плиты в расчетном сечении;
W_p – пластический момент сопротивления расчетного сечения плиты единичной ширины [9].

Расчет подколонника. Расчет продольной арматуры подколонника выполняется на внецентренное сжатие [9, 13] в двух сечениях по высоте: прямоугольного сечения на уровне плитной части и коробчатого сечения стаканной части в уровне пяты колонны. Изгибающий момент в расчетном сечении подколонника определяется по формуле

(5.33)

где z – расстояние от обреза фундамента до расчетного сечения подколонника.

Продольная сила N в расчетном сечении подколонника принимается равной ее значению на обрезе фундамента.

При подколоннике стаканного типа производится проверка на смятие бетона под колонной. При этом должно выполняться условие

, (5.34)

где j_loc – коэффициент, равный 1,0 при малых эксцентриситетах приложения нагрузки (e₀ £ a / 6) и 0,75 при больших эксцентриситетах (e₀ > a / 6);
А_под – площадь поперечного сечения подколонника, м²;
R_b – расчетное сопротивление бетона сжатию, кПа.

Расчет стакана. Стенки стакана армируются горизонтальными сварными сетками, площадь поперечной арматуры которых определяется в зависимости от эксцентриситета приложения вертикальной нагрузки e₀ = (M+F_h×z)/F_v:

– при e₀ < l_uc / 6 поперечное армирование назначается конструктивно;

– при e₀ > l_uc / 2 площадь сечения поперечной арматуры A_sw определяется по формуле

(5.35)

где z_c – глубина стакана, м;
R_sw – расчетное сопротивление поперечной арматуры, кПа;
z_{sw, i} – расстояние от i ^–го стержня поперечной арматуры до дна стакана, м;

– при l_uc / 2 ³ e₀ ³ l_uc / 6 площадь сечения поперечной арматуры A_sw определяется по формуле

(5.36)

Проверка на раскалывание. Рассматриваются две возможные схемы раскалывания фундамента по продольной и поперечной оси. Проверка на раскалывание фундамента сводится к выполнению двух условий

(5.37)

где m – коэффициент трения, принимаемый равным 0,75;
g_s – коэффициент, равный 1,3.