Проектирование внецентренно нагруженного фундамента под колонну

На фундамент передаются усилия, возникающие в нижнем сечении колонны M_IV, N_IV, Q_IV. При этом учитывать три невыгоднейших расчетных сочетания. Расчет тела фундамента выполняют на действие отпора (реактивного давления) грунта Р_гр, возникающего под подошвой фундамента.

Расчет фундамента состоит в определении:

а) размеров подошвы фундамента l x b;

б) общей высоты фундамента Н и высоты нижней ступени h₁;

в) требуемой площади арматуры сетки С-1, укладываемой у подошвы фундамента;

г) требуемой площади продольной и поперечной арматуры подколонника.

Для фундаментов принимать тяжелый бетон классов В15¸В25; рабочую арматуру сетки С-1 классов А-III, A-II (Æ10¸18 мм) с шагом 100÷250 мм.

 

Расчетная схема фундамента показана на рис. 5.1, а алгоритм его расчета приведен в табл. 5.1 и 5.2.

5.1. Определение размеров фундамента и армирования его плитной части

Размеры подошвы фундамента определяют из расчета грунта основания по 2-й группе предельных состояний (по деформативности). Поэтому краевые напряжения в грунте необходимо вычислять от действия нормативных значений усилий M_n, N_n, Q_n.

После окончательного установления размеров подошвы дальнейший расчет тела фундамента ведут на действие отпора грунта от расчетных значений усилий M, N, Q.

Расчет выполнять по таблице 5.1.

 

Таблица 5.1 - Расчет плитной части фундамента под колонну

№ п/п	Алгоритм	Пояснения
1	2	3
	Назначить величину из условий: а) ; б) , где принимать: для колонн со сплошной подкрановой частью , ;	- глубина заложения подошвы фундамента от дневной поверхности грунта; - глубина промерзания грунта для заданного района строительства по СНиП "Геофизика и климатология"

 

а) конструкция фундамента; б) расчетная эпюра отпора грунта (Р_гр); в) расчетная схема плиты фундамента (на примере сечения 3-3); г) пирамида продавливания;

 

Рисунок 5.1 - К расчету фундамента

 

 

Продолжение табл. 5.1

1	2	3
	для колонн с двухветвевой подкрановой частью . Окончательно величину принимать по большей из приведенных величин.	h - высота сечения ветви колонны (см. рис. табл. 4.1); d – максимальный диаметр арматуры для нижнего сечения колонны; 200 мм – минимальная толщина плиты под торцом колонны из условия прочности на продавливание; 150 мм – расстояние от уровня чистого пола до верхнего обреза фундамента; 50 мм - на растворную "подушку" под торец колонны; - длина анкеровки колонны (и арматуры колонны), которая обеспечи­вает ее жесткое защемление в фундаменте.
	Предварительно принять фундамент, состоящий из одной ¸ двух ступеней, высотой 300 ¸ 500 мм каждая. Размеры стакана и стенок подколонника принимать по рекомендациям [2, c. 335÷340] с учетом размеров сечения колонны. Размеры ступеней в плане принимать так, чтобы контур фундамента находился за пределами пирамиды продавливания (рекомендуется определить на миллиметровой бумаге), кратными 300 мм.	Пирамида продавливания имеет в качестве верхнего основания опорное сечение колонны, а ее боковые грани наклонены под Ð45°. Нижнее основание пирамиды продавливания образуется при пересечении боковых ее граней с осью арматурной сетки, которая отстоит от подошвы фундамента на величину 35¸70 мм (рис. 5.1).
	Определить усилия, действующие на основание фундамента для трех невыгоднейших комбинаций усилий в опорном сечении колонны:	- нагрузка от веса части стены, передаваемая на фундамент рандбалкой; - расстояние от оси фундамента до оси рандбалки (эксцентриситет); - усилия в опорном сече-нии колонны (из таблицы сочетаний). Величины M, N подсчитывать как от расчетных, так и от нормативных значений нагрузок.
	Предварительные размеры подошвы фундамента определить по площади: , где - наибольшее значение нормативной продольной силы для опорного сечения колонны (из таблицы сочетаний). Задаваясь соотношением сторон m = b/l =0.8, определить размеры подошвы фундамента из Af = b × l. При этом размеры b и l принимать с учетом требований унификации (кратными 300 мм).	Нормативные значения усилий могут быть получены путем деления соответствующего расчетного значения усилия на осредненный коэффициент надежности по нагрузке ; условное расчетное сопротивление грунта (указано в задании на проектирование); - средняя плотность материала фундамента и грунта на его обрезах.

Продолжение табл. 5.1.

1	2	3
	Уточнить расчетное сопротивление грунта основания где d = (м), =2 м, b – ширина подошвы фундамента, =1 м. Если R несущественно отличается от , допускается не уточнять размеры подошвы. При существенной разнице между ними уточнить размеры подошвы по п. 4 алгоритма с учетом величины R вместо .	Коэффициенты принимать по [10, прил. 3]. Например при глинистых грунтах =0.05, =0.15; при крупнообломочных =0.125, =0.25. g - объемный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента. При в выражении для R второе слагаемое принимать равным 0.
	Для принятых размеров подошвы фундамента вычислить геометрические характеристики: .
	Для каждой из трех расчетных комбинаций усилий вычислить краевые напряжения в грунте под подошвой фундамента:
	Проверить предварительно принятые размеры подошвы фундамента из условий:	Если хотя бы одно из условий п. 8 не выполняется, то изменить предваритель-но принятые размеры b и l так, чтобы условия выполнялись. Размеры b и l изменить также и в том случае, если условия п. 7 показывают значительный запас по напряжениям (в этом случае размеры сторон необходимо уменьшить). После проверки краевых напряжений по каждой из трех комбинаций расчетных усилий размеры подошвы фундамента считаются окончательными.
	Определить напряжения в грунте от расчетных усилий M и N без учета массы грунта и фундамента (для всех трех комбинаций усилий):

 

Окончание табл. 5.1

1	2	3
	Определить требуемую рабочую высоту фундамента из условия прочности на продавливание , где =1 для тяжелого бетона. Если условие не выполняется, увеличить высоту плитной части фундамента за счет увеличения высоты ступеней или добавляя еще одну¸две ступени, и заново проверить условие п.10, чтобы оно выполнилось.	Здесь - средний периметр оснований пирамиды продавливания, равный - продавливающая сила, равная - напряжения в грунте для сечения 2-2; определять по рис. 5.1.
	Проверить достаточность рабочей высоты нижней ступени из условия прочности по поперечной силе в сечении 2-2 (см. рис. 5.1) с учетом работы только бетона (т.е. без поперечного армирования): .	= 2 - для тяжелого бетона. Если условие не выполняется, увеличить высоту нижней ступени так, чтобы оно выполнилось.
	Определить требуемую площадь продо­льной рабочей арматуры сетки в фунда­ментной плите из условия прочности по моменту в сечениях 3-3, 4-4 (для длинных стержней) и 5-5, 6-6 (для коротких стержней): По большему из вычисленных значений назначить необходимое количество стержней, располагая их с шагом 100, 150, 200, 250 мм на всю ширину подошвы. В коротком направлении стержни назначить по большему из значений и .	Моменты ¸ определять по во всех трех расчетных комби­на­­­циях усилий (см. п. 9 алгоритма). При стороне подошвы фундамента ³3м стержни соответствующего направления через один не доводить до краев фундамента на 1/10 длины (в целях экономии металла).