Расчет и конструирование фундамента под колонну.

Грунт основания – глина, условное расчётное сопротивление грунта R₀ = 0,29 МПа. Бетон тяжелый класса В25. Расчетное сопротивление растяжению R_bt = 1,05 МПа, γ_b1 = 0,9. Арматура класса А500С, Rs = 435 МПа = 43,5кН/см². Вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его обрезах γ_m = 20 кН/м³. Высоту фундамента предварительно принимаем 90 см. C учётом пола подвала глубина заложения фундамента Н₁ = 105 см. Расчетное усилие, передающееся с колонны на фундамент, N = 3728,17 кН. Нормативное усилие;

N_n = N/γ_fm = 3728,17/1,15 = 3241,89 кН,

где γ_fm = 1,15 – усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке.

 

Площадь подошвы центрально нагруженного фундамента определяется по условному давлению на грунт R₀ без учета поправок в зависимости от размеров подошвы фундамента и глубины его заложения

Размер стороны квадратной подошвы фундамента:

Давление на грунт от расчетной нагрузки:

< R₀

Рабочая высота фундамента из условия продавливания

Полная высота фундамента устанавливается из условий:

1) Продавливания

2) Заделки колонны в фундаменте

3) Анкеровки сжатой арматуры

Базовая длина анкеровки, необходимая для передачи усилия в арматуре с полным расчетным сопротивлением на бетон, определяется по формуле:

где и – соответственно площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры и периметр его сечения (в нашем случае для арматуры Ø32 .

– расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки ;

где η₁ – коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры. Для горячекатаной арматуры периодического профиля η₁ = 2,5;

η₂ - коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, принимаемый равным

1,0 – при диаметре продольной арматуры

Требуемая расчетная длина анкеровки арматуры с учетом конструктивного решения элемента в зоне анкеровки определяется по формуле:

где и – площади поперечного сечения арматуры, соответственно требуемая по расчету и фактически установленная (для нашего случая

– коэффициент, учитывающий влияние на длину анкеровки напряженного состояния бетона и арматуры. Для сжатых стержней периодического профиля . Тогда:

Кроме того, согласно требованиям [3], фактическую длину анкеровки необходимо принимать и

Из четырех величин принимаем максимальную длину анкеровки, т.е.

Следовательно, из условия анкеровки арматуры

Принимаем трехступенчатый фундамент высотой 130 см с высотой ступеней 40см и 50см. При этом ширина первой ступени а₁ = 1,8 м, а второй а₂=2,7 м.

Проверяем, отвечает ли рабочая высота нижней ступени h₀₃ = 50 – 5 = 45 см

условию прочности при действии поперечной силы без поперечного армирования в наклонном сечении. Для единицы ширины этого сечения (b = 100 см) должно выполняться условие:

Поперечная сила от давления грунта:

Проверяем нижнюю ступень фундамента на прочность против продавливания. Расчет элементов без поперечной арматуры на продавливание при действии сосредоточенной силы производится из условия (8.87 [2]):

где F − продавливающая сила, принимаемая равной продольной силе в колонне подвального этажа на уровне обреза фундамента за вычетом нагрузки, создаваемой реактивным отпором грунта, приложенным к подошве фундамента в пределах площади с размерами, превышающими размер площадки опирания (в данном случае второй ступени фундамента a × a =2,7×2,7 м) на величину h₀во всех направлениях; A_b – площадь расчетного поперечного сечения, расположенного на расстоянии 0,5h₀ от границы площади приложения силы N с рабо-

чей высотой сечения h₀. В нашем случае h₀ = h₀₃ = 0,45 м. Площадь A_b определяется по формуле:

где U – периметр контура расчетного сечения

Площадь расчётного поперечного сечения:

Продавливающая сила равна:

p =287,67 кН/м², − реактивный отпор грунта,

A₁ − площадь основания продавливаемого фрагмента нижней ступени фундамента в пределах контура расчётного поперечного сечения, равная:

т.е. прочность нижней ступени фундамента против продавливания обеспечена.

Рис. 12. К расчету фундамента на продавливание: 1 – расчетное поперечное сечение;

2 – контур поперечного сечения; 3 – контур площадки приложения нагрузки

 

Подбор арматуры производим в 3-х вертикальных сечениях фундамента, что позволяет учесть изменение параметров его расчётной схемы, в качестве которой принимается консольная балка, загруженная действующим снизу вверх равномерно распределенным реактивным отпором грунта. Для рассматриваемых сечений вылет и высота сечения консоли будут разными, поэтому выявить наиболее опасное сечение можно только после определения требуемой площади арматуры в каждом из них (см. рис. 13).

 

Сечение I-I

Площадь сечения арматуры определяем по формуле:

Сечение II-II

Площадь сечения арматуры определяем по формуле:

Сечение III-III

Площадь сечения арматуры определяем по формуле:

Из трёх найденных значений подбор арматуры производим по максимальному значению, т.е.

Шаг стержней принимается от 150 мм до 300 мм (кратно 50 мм). При ширине подошвы фундамента а ≤ 3 м минимальный диаметр стержней d_min = 10 мм, при а > 3 м d_min = 12 мм.

Принимаем нестандартную сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях арматурой из стержней 14Ø16 А500С с шагом 300 мм.

Определяем процент армирования и сравниваем его с минимально допустимым:

Сечение I-I

Сечение II-II

Сечение III-III

 

Так как во всех сечениях , выбранная арматура удовлетворяет условию армированию. В случае , диаметр принятой арматуры следует увеличить диаметр арматуры или уменьшить ее шаг. Конструкция фундамента на рис. 13.

Рис. 13. Конструкция центрально нагруженного фундамента