Расчет прочности центрально-сжатых фундаментов по материалу

Фундаменты изготавливают из тяжелых бетонов классов В15 – В25. Армирование подошвы отдельно стоящих фундаментов и фундаментных подушек ленточных фундаментов выполняют арматурными сетками. Рабочую арматуру сеток принимают классов А500, А400, распределительную В500. Расстояние между осями рабочих стержней s = 100−200мм,диаметр рабочих стержней арматуры назначают не менее 10 мм. Фундаментные блоки ленточных фундаментов не армируются.

Расчет прочности тела фундамента ведется по 1-й группе предельных состояний на действие расчетной нагрузки N. Под подошвой фундамента возникает отпор грунта (его реакция р = N / А_f, кН/м²), под действием которого фундамент изгибается. В результате, фундамент работает как изгибаемый элемент.

Расчет прочности нормальных сечений фундаментов

Рассчитывают сечения фундамента, проходящие по краям колонны и в местах изменения высоты фундамента, ленточные фундаменты по краям фундаментных блоков. Часть фундамента (отделенную сечением) рассматри­вают как консоль, равномерно загру­женную снизу реакцией грунта - р.                                                                                                 

Требуемую площадь арматуры определяют по формуле (3.6), где коэффициент η принимается равным 0,9

                                                                                          

                                                                                                                      (6.8)

Расчет отдельно стоящих фундаментов на продавливание

Разрушение отдельно стоящегофундамента может происходить от продавливания его колонной.

Рис.6.3. Расчётная схема продавливания фундамента колоной:

1 – колонна; 2 – расчётные поперечные сечения; 3 – контур расчётных

поперечных сечений в плане

При расчете на продавливание рассматривают расчетное поперечное сечение расположенное вокруг зоны передачи нагрузки  (вокруг граней колонны) на расстоянии h ₀/2, нормально к его продольной оси (рис. 6.3).

В фундаментах должно выполняться условие прочности на продавливание

                    F ≤ F_b,ult,                                                 (6.9)

где F – сосредоточенная продавливающая сила от внешней нагрузки,

                                     F = N – p (A_f – ab),

где р – давление под подошвой фундамента, р = N/А_f;

А_f – площадь подошвы фундамента;

а, b – размеры основания контура расчетных поперечных сечений;

                                          F_b,ult  = R_bt A_b ,                                                              (6.10)

где R_bt – расчетное сопротивление бетона растяжению;

А_b  − площадь боковых поверхностей расчетного поперечного сечения;

А_b = uh ₀ ,                                             (6.11)

где u – периметр контура расчетных поперечных сечений: u = 2 а + 2 b;

h ₀ – рабочая высота сечения.

Расчет прочности фундаментов на действие поперечной силы

Фундаменты не имеют поперечной арматуры, следовательно, прочность нижней ступени фундамента на действие поперечной силы Q следует проверять из условия (3.17) принимая Q_{b 1} = 0,5 R_btbh ₀, значение Q_{sw 1} = 0. При этом проверяются сечения, проходящие по началу нижней ступени фундамента (в ленточных фундаментах сечения, проходящие по граням фундаментных блоков).

 

Примеры расчета к параграфу 6.4

Пример 6.6. Используя данные примера 6.3 рассчитать прочность фундамента по материалу. В фундаменте заделана сборная железобетонная колонна сечением h_с × b_с = 300×300 мм. Глубина стакана 650 мм (рис 6.4).

Решение.

1. Определяем давление под подошвой фундамента

р = N γ _n / А_f = 630·0,95/1,69 = 354,1 кПа.

              

 

Рис. 6.4 Фундамент под колонну. К примеру 6.6:

а – конструкция фундамента; б – расчётная схема и эпюры моментов и поперечных сил

 

2. Назначаем расчетное сечение по грани колонны. Рассматриваем отсеченную часть фундамента как консоль, длинной l ₁ = (а_f – h_с)/2, шириной b_f, загруженную снизу реакцией грунта. Определяем изгибающий момент и поперечную силу со всей ширины фундамента (рис. 6.4, б):

l ₁ = (а_f – h_с)/2 = (1,3 – 0,3)/2 = 0,5 м;

М = рl ₁² b_f /2 = 354,1·0,5²·1,3/2 = 57,54 кН м = 5754 кН см;

Q = рl ₁ b_f  = 354,1·0,5·1,3 = 230,2 кН.

3. Принимаем материалы фундамента: бетон класса В15, арматура класса А400. Определяем расчетные сопротивления (табл. 3.2, 3.3 Приложение 3)  

    R_b = 8,5 МПа = 0,85 кН/см²;         R_bt = 0,75 МПа = 0,075 кН/см²;

                                  R_s = 355 МПа = 33,5 кН/см².

4. Для арматуры фундаментов требуется повышенное значение защитного слоя бетона (табл. 3.4 Приложение 3), назначаем расстояние от низа фундамента до центра тяжести арматуры а = 50 мм. Рабочая высота сечения

h ₀ = h – а = 105 – 5 = 100 см.

5. Определяем требуемую площадь сечения продольной рабочей арматуры пересекающей расчетное сечение по формуле (6.8)

                                                                           

 

Диаметры рабочей арматуры назначаются не менее 10 мм, с шагом s ≤ 200 мм. Принимаем шаг арматуры s = 200 мм, расчетное сечение пересекает n_s стержней арматуры окончательно принимаем

стержней диаметром 10 мм, с площадью сечения больше требуемой, А_s = 6,28 см² (табл. 3.7 Приложение 3).

6. Проверяем фундамент на продавливание, расчетное поперечное сечение принимается вокруг зоны передачи нагрузки (вокруг колонны) на расстоянии h ₀/2 (см. рис. 6.3).

Длина и ширина расчетного сечения а = b = h_с + h ₀ = 30 + 100 = 130 см, что равно длине и ширине фундамента а_f  = b_f = 130 см. Это значит, что передача нагрузки происходит по всему фундаменту и продавливания не возникает.

7. Проверяем прочность фундамента на действие поперечной силы из условия (3.17) принимая       Q_{b 1} = 0,5 R_btbh ₀ = 0,5·0,075·130·100 = 487,5 кН.

                                Q = 230,2 кН < Q_{b 1} = 487,5 кН,  прочность обеспечена.

Рис.6.5. Чертеж фундамента (спецификацию см. в табл.6.2). К примеру 6.6

 

Рис.6.6. Чертёж арматурных изделий фундамента. К примеру 6.6:

а – сетка С-1: 1 – арматура А400, Ø 10 мм, l=1250 мм; б – сетка С-2: 1 – арматура В500,

Ø3 мм, l=950 мм;  в – сетка С-3: 1 – арматура В500, Ø3 мм, l=950 мм; г – монтажная

петля МП-1: 1 – арматура А240, Ø6 мм, l=10125 мм

 

8. Конструируем фундамент. В фундаменте, кроме нижней арматурной сетки устанавливаем: арматурные сетки для армирования стенок стакана, под стаканом устанавливаем арматурную сетку препятствующую продавливанию нижней части фундамента, в случае некачественной заделки колонны в стакане, для монтажа фундамента устанавливаем две монтажные петли (рис. 6.5, 6.6). Сборочная спецификация на фундамент приведена в табл. 6.2.

 

Таблица 6.2