Расчет железобетонных фундаментов под колонны
|
В отличие от расчета других строительных конструкций расчет фундаментов имеет свои особенности, заключающиеся в том, что общие его размеры — площадь подошвы и глубина заложения — определяются расчетом основания, а также условиями промерзания, гидрогеологическими особенностями и т.д. Расчет высоты плитной части, площади поперечных сечений подколонника, количества горизонтальной и наклонной арматуры производят, как для обычных железобетонных конструкций. Этот расчет, в частности, включает определение площади сечений рабочей продольной арматуры плитной части и горизонтальной арматуры стаканной части подколонника; определение высоты плитной части и отдельных ступеней (при действии поперечной силы); расчет площади поперечного сечения подколонника и расчет консолей ступеней на обратный момент. Особое внимание следует уделять расчету фундамента по второму предельному состоянию, включающему определение ширины раскрытия трещин. Условия эксплуатации фундаментов во многих случаях являются весьма неблагоприятными и изменяются, как правило, в отрицательную сторону. Практика показывает, что происходит увеличение влажности грунта вокруг фундамента в результате подъема подземных вод и непрерывных утечек производственных вод. При этом в грунт поступают, как правило, агрессивные сточные воды, что способствует более интенсивной коррозии бетона и арматуры. Невозможность осмотра конструкций фундамента в процессе эксплуатации не позволяет принимать своевременные меры для их усиления.  Расчет фундаментов по первому и второму предельным состояниям производят на основное или особое сочетание действующих нагрузок. Расчет конструкций по прочности осуществляют по расчетным усилиям, принимаемым с коэффициентом нагрузки больше единицы, с учетом указаний действующих СНиП по нагрузкам: при расчете ширины раскрытия трещин этот коэффициент считают равным единице. Кроме внешних нагрузок, следует учитывать и другие усилия, например возникающие от температурных деформаций. Полные усилия от них учитывают в месте заделки колонны в тело фундамента, а на уровне его подошвы их принимают в 2 раза меньшими, При расчете в действующие нагрузки не включают вес фундамента и грунта на его обрезах. Высоту плитной части фундамента под колонны и отдельных ступеней определяют расчетом на продавливание. При этом предполагают, что действующие усилия должны восприниматься бетоном. В этом случае отпадает необходимость армировать фундамент поперечной арматурой, вследствие чего упрощается производство работ и уменьшается расход металла. При расчете принимают, что продавливание фундамента происходит по боковым граням пирамиды, стороны которой образуют с горизонтальной плоскостью угол, равный 45° (рис. 5.1). При этом низ пирамиды располагается на уровне рабочей продольной арматуры, а верх — в зависимости от вида соединения фундамента с колонной. При монолитном сопряжении колонны или подколонника расчет производят от верха плитной части (рис. 5.1, а, б), при стаканном сопряжении колонны с плитной частью — от низа колонны (рис. 5.1, в). Исходя из указанных предпосылок, расчет фундамента на ирода вливание осуществляют по формуле  Средний арифметический периметр определяют по формуле  Продавливающую силу P для центрально загруженных фундаментов принимают равной разности нормальной силы, передаваемой на фундамент, и суммарной силы реактивного давления грунта в пределах нижнего основания пирамиды   Для центрально нагруженных прямоугольных и внецентренно нагруженных квадратных и прямоугольных фундаментов расчет производят по меньшей стороне фундамента (рис. 5.2) на действие силы N, приложенной по обрезу фундамента, и момента на уровне его подошвы. В этом случае продавливающую силу и среднюю ширину плоскости продавливания определяют по формулам:   Среднее краевое давление вычисляют по формулам:  Если наклонная грань пирамиды продавливания выходит за пределы площади, т. е.  Для некоторых характерных соотношений размеров ступеней проверку несущей способности фундамента производят по приводимым ниже формулам. Расчет на продавливание центрально и внецентренно нагруженных прямоугольных фундаментов с верхней ступенью, одна из сторон которой l1≥lc+2h2, а другая b1≤bc+2h2 (рис. 5.3), осуществляют из условия:  Продавливающую силу определяют по формуле (5.4), в которой площадь A0 (площадь многоугольника abcdeg) вычисляют по формуле   Центрально и внецентренно нагруженные прямоугольные фундаменты, имеющие в двух направлениях разное число ступеней (рис. 5.4), рассчитывают на продавливание по формуле  Силу F определяют по формуле (5.4), а величину b1р — по формуле  Площадь A0 (многоугольника abcdeg), входящую в формулу (5.4), находят по формуле  Если b—bc≤(h0—h3), то площадь A0 определяют по формуле (5.11). Проверку фундамента по прочности на продавливание колонной от дна стакана как при центральной, так и внецентренной нагрузке производят только от действия нормальной силы (рис. 5.5) из условия   В этом случае площадь A0 (площадь многоугольника abcdeg) вычисляют по формуле  где h0g — рабочая высота пирамиды продавливання от дна стакана до центра растянутой арматуры; lg и bg — размеры дна стакана; величину bg находят по формуле  Такие фундаменты проверяют, кроме того, по прочности на раскалывание от действия нормальной силы N в сечении колонны у обреза фундамента по формулам:  При bc/lc≤Ab/Al расчет ведут по формуле (5.22), при bc/lc≥Ab/Al — по формуле (5 23). При определении N по формуле (5.22) величина bc/lc должна приниматься более 0,4, а по формуле (5.23) — не менее 2,5. Из расчетов на продавливание и раскалывание принимают большую несущую способность фундамента.  При устройстве неармированного стакана дополнительно для всех фундаментов производят расчет на продавливание внецентренно нагруженных квадратных и прямоугольных в плане фундаментов от верха стакана. При этом в формуле (5.1) коэффициент k принимают равным 0,75. Высоту ступеней назначают в зависимости от полной высоты плитной части фундамента в соответствии с табл. 1.7, а также с учетом модульных размеров. Вынос нижней ступени фундамента сI (см. рис. 5.2) находят из условия  Вынос нижней ступени cI принимают не более значений, указанных в табл. 1.7, с учетом модульных размеров. Минимальные размеры остальных ступеней фундамента определяют после установления выноса нижней ступени cI. Для двух и трехступенчаты к фундаментов они должны быть не менее:  Окончательные размеры ступеней назначают с учетом унификации размеров фундаментов Необходимо учитывать, что размеры выноса ступеней, в особенности нижней ступени, определяют армирование подошвы. Поэтому назначенные по приведенной выше методике размеры ступеней могут быть скорректированы из условия экономичного армирования. Площадь сечения рабочей арматуры Fa в обоих направлениях определяют из расчета на изгиб консольного выступа плитной части фундамента в сечениях по грани колонны (подколонника) и по граням ступеней от действия давления грунта. Площадь сечения арматуры на всю ширину фундамента находят по формуле  Изгибающие моменты Mi во всех расчетных сечениях определяют от давления грунта р, создаваемого расчетной нормальной силой N, приложенной но обрезу фундамента, и от изгибающего момента на уровне подошвы фундамента, действующего в плоскости момента. При действии на фундамент вертикальной силы и момента эпюра реактивного давления имеет вид трапеции. Изгибающий момент от действия реактивного давления грунта в направлении большего размера подошвы равен:  а в направлении меньшего размера подошвы   При одновременном действии моментов в двух направлениях Mx=Nex и My=Ncy (рис. 5 6) краевое давление по краю ab определяют по формуле  Давление по краю ef вычисляют по формуле  Подставляя значения угловых напряжений из формул (5 40) и (541) в формулу (5.39), имеем  Подставляя значения угловых напряжений из формул (5.43) и (5.44) в формулу (5 42), получаем  Таким образом, при одновременном действии момента в двух направлениях краевые напряжения определяются моментом, действующим в одном направлении. Отсюда следует, что в таких случаях площадь сечения арматуры в каждом направлении определяется моментом, действующим в одном направлении. При частичном отрыве подошвы фундамента от грунта производят проверку прочности на изгиб консольного выступа фундамента в сечениях по граням ступеней, расположенных в пределах участка отрыва подошвы. В качестве нагрузки в расчете принимают вес грунта на уступах фундамента и нагрузки на пол над фундаментом, вызывающие обратный момент. Этот момент должен быть воспринят бетонным сечением плитной части без постановки горизонтальном арматуры в растянутом сечении:  Изгибающий обратный момент Мir определяют как сумму изгибающих моментов в рассматриваемом сечении от действия веса фундамента с вышележащим грунтом и нагрузки на полы:  Момент сопротивления бетонного сечения находят по формуле  |
