Пирамида продавливания фундамента — это концепция в строительстве, основанная на распределении нагрузки, которая действующая на фундамент здания. Она визуально представляет собой пирамиду, где основание шире верхней части, что символизирует улучшение устойчивости и прочности конструкций за счёт равномерного распределения веса по большой площади.
Эта модель помогает инженерам и строителям оценивать, как различные факторы, такие как тип грунта и конструктивные особенности здания, влияют на безопасность и долговечность фундамента. Правильное проектирование и понимание этой пирамиды позволяют избежать деформаций и повреждений в будущем, обеспечивая надежность здания.
Конструирование фундамента (1.4)
Фундаменты (1.4) 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 (1.4); по расчету его на продавливание и раскалывание; по подбору арматуры.
Конструктивные указания.
Независимо от грунтовых условий под фундаментами (1.4) устраивают подготовку: под монолитными – бетонную подготовку (3.17) толщиной 100 мм из бетона класса В3,5; а под сборными – из песка средней крупности слоем 100 мм. Для монолитных фундаментов (1.4) принимают бетон класса не ниже В12,5, а для сборных – не ниже В15.
Отметка обреза фундаментов (1.5) принимается на 150 мм ниже отметки чистого пола зданий. Минимальная толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры: у сборных фундаментов (1.4) – 30 мм, у монолитных фундаментов (1.4) – 35 мм (при наличии бетонной подготовки (3.17)). Монолитные фундаменты (1.4) рекомендуется проектировать с плитной частью ступенчатого типа.
Высоту фундамента и размеры в плане плитной части и подколонника (3.12) следует назначать кратными 300 мм. Толщина дна стакана фундамента (1.4) 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
где Q – продавливающая сила (4.7), кН; a – коэффициент, зависящий от вида бетона (для тяжелого бетона a = 1); bp – средний периметр граней пирамиды продавливания (4.6), учитываемых в расчете, м; h0 – высота пирамиды продавливания (4.6), м; Rbt – расчетное сопротивление бетона растяжению, кПа (для бетона класса по прочности В12,5 Rbt = 660 кПа; для В15 Rbt = 750 кПа).
Меньшим основанием пирамиды продавливания (4.6) является опорное сечение колонны или подколонника (3.12). Большим основанием пирамиды продавливания (4.6) является площадь подошвы фундамента (4.3), ограниченная линиями пересечения подошвы фундамента (1.6) с боковыми гранями пирамиды продавливания (4.6).
Боковые грани пирамиды продавливания (4.6) наклонены к горизонтальной плоскости под углом 45°. Высота пирамиды продавливания (4.6) h0 измеряется от опорного сечения колонны (подколонника) до центра тяжести нижней рабочей арматуры в фундаментной плите (рис. 5.6). В сборно-монолитных фундаментах (1.4) допускается опорное сечение колонны принимать на уровне обреза фундамента (1.5).
При этом пирамида продавливания (4.6) не должна выходить за границы фундамента (1.4). Последнее может иметь место при высоком подколоннике (3.13) (рис. 5.6, б). Если указанное выше имеет место, высота пирамиды продавливания (4.6) измеряется от опорного сечения подколонника (3.12).
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 bp.
При расчет е на продавливание по четырем сторонам(4.8) средний периметр боковой поверхности пирамиды продавливания (4.6) bp равен
где buc и luc – соответственно ширина и длина меньшего основания пирамиды продавливания (4.6) (рис. 5.6).
Продавливающая сила (4.7) Q определяется по формуле
где Fv – результирующая вертикальная сила на обрез фундамента (1.5), кН; A – площадь подошвы фундамента (4.3), м 2 ; Ap – площадь большего основания пирамиды продавливания (4.6), м 2 ,
При расчете на продавливание по короткой сторон (4.9) продавливающую силу (4.7) Q определяют по формуле
где A0 – площадь подошвы фундамента (4.3) за пределами пирамиды продавливания (4.6), отнесенная к рассматриваемой грани пирамиды продавливания (4.6) (рис. 5.7)
Pmax – максимальное давление грунта на площадь А0 определяется без учета веса фундамента и грунта на его уступах, кПа
Рис. 5.7. Схема образования пирамиды продавливания при внецентренной нагрузке.
Полусумма оснований расчетной боковой грани пирамиды продавливания (4.6) определяется по формуле
Если фундаментная плита (3.14) имеет переменное ступенчатое сечение, выполняются проверки на ее продавливание под каждой ступенью, которая рассматривается как подколонник (3.12). 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 Pmax по краю консоли. Расчет ведется на единицу ширины плиты. Изгибающий момент в расчетном сечении плиты (на единицу ее ширины) определяется по формуле:
где Рс – давление в расчетном сечении, кПа; a – длина l или ширина b подошвы фундамента, м.
| Рис. 5.8. Схема к определению изгибающих моментов в сечениях фундаментной плиты. |
По определенным изгибающим моментам в соответствии с [9] назначается площадь сечения рабочей арматуры плиты (4.10) As 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.
где s – напряжение в расчетном сечении, кПа; hp – толщина фундаментной плиты (3.14) в расчетном сечении; Wp – пластический момент сопротивления расчетного сечения плиты (4.12) единичной ширины [9].
Расчет подколонника (3.12). Расчет продольной арматуры подколонника (4.13) выполняется на внецентренное сжатие [9, 13] в двух сечениях по высоте: прямоугольного сечения на уровне плитной части (3.4) и коробчатого сечения стаканной части в уровне пяты колонны. Изгибающий момент в расчетном сечении подколонника (3.12) определяется по формуле
где z – расстояние от обреза фундамента (1.5) до расчетного сечения подколонника.
Продольная сила N в расчетном сечении подколонника (3.12) принимается равной ее значению на обрезе фундамента (1.5).
При подколоннике (3.12) стаканного типа производится проверка на смятие бетона под колонной. При этом должно выполняться условие
где jloc – коэффициент, равный 1,0 при малых эксцентриситетах приложения нагрузки (e0 £ a / 6) и 0,75 при больших эксцентриситетах (e0 > a / 6); Апод – площадь поперечного сечения подколонника, м 2 ; Rb – расчетное сопротивление бетона сжатию, кПа.
Расчет стакана. Стенки стакана армируются горизонтальными сварными сетками, площадь поперечной арматуры (4.14) которых определяется в зависимости от эксцентриситета приложения вертикальной нагрузки e0 = (M+Fh×z)/Fv:
– при e0 < luc / 6 поперечное армирование назначается конструктивно;
– при e0 > luc / 2 площадь сечения поперечной арматуры Asw определяется по формуле
где zc – глубина стакана, м; Rsw – расчетное сопротивление поперечной арматуры, кПа; zsw, i – расстояние от i –го стержня поперечной арматуры до дна стакана, м;
– при luc / 2 ³ e0 ³ luc / 6 площадь сечения поперечной арматуры Asw определяется по формуле
Проверка на раскалывание. Рассматриваются две возможные схемы раскалывания фундамента по продольной и поперечной оси. Проверка на раскалывание фундамента сводится к выполнению двух условий
где m – коэффициент трения, принимаемый равным 0,75; gs – коэффициент, равный 1,3.
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2025 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.007 с) .
Отдельные фундаменты
Центрально-нагруженные фундаменты. Эти фундаменты проектируют квадратными в плане.
По форме они могут быть ступенчатыми (рис. 4, а) или пирамидальными (рис. 4, б). Последние экономичнее по расходу материалов, но сложнее в изготовлении и применяются реже.
Обычно фундаменты проектируют так, чтобы нулевой цикл строительных работ мог быть закончен до монтажа колонн и произведена обратная засыпка грунта. Для этого верх фундамента располагают на 15 см ниже уровня чистого пола. Устанавливают фундаменты на естественный грунт, бетонную, щебеночную или песчаную подушку толщиной 10 см.
По способу изготовления различают фундаменты сборные и монолитные. В большинстве случаев применяют монолитные фундаменты. Сборные устраивают, когда они невелики по размерам, в сложных геологических или суровых зимних условиях, а также когда применение их сокращает сроки строительства и дает экономию. Монолитные фундаменты выполняют из бетона классов В12,5 . В15, сборные — В15. В20.
Центральнонагруженные фундаменты армируют сварными сетками классов А-II, A-III с одинаковой арматурой в двух направлениях. Шаг стержней обычно принимают равным 150. 200 мм, диаметр — не менее 10 мм. Минимальная толщина защитного слоя при возведении монолитного фундамента на бетонной подготовке 35мм, при ее отсутствии 70мм, для сборных фундаментов 30 мм.
Рис. 4. Отдельные центральнонагруженные фундаменты:
а — монолитный под сборную колонну; б — сборный под сборную колонну; в — монолитный под монолитную колонну
Сборные фундаменты проектируют под сборные колонны, монолитные фундаменты — как под сборные, так и под монолитные. Сборные колонны жестко заделывают в специальные гнезда — стаканы, оставляемые в фундаменте при бетонировании (рис. 4, a, б). Закрепление колонн в стакане осуществляют посредством заливки цементного раствора между стенкой и колонной.
Для жесткого соединения монолитных колонн с фундаментами из последних выпускают арматуру с площадью сечения, равной расчетной площади арматуры колонны у обреза фундамента (рис. 4, в). Выпуски арматуры фундамента стыкуют с арматурой колонны дуговой сваркой или внахлестку, без сварки. Стыки устраивают выше уровня пола.
В пределах фундамента выпуски арматуры соединяют в каркасы хомутами и доводят до бетонной подготовки. Расчет фундамента состоит из двух частей: расчета основания (определяют форму и размеры подошвы) и тела фундамента (высоту фундамента, размеры его ступеней и сечения арматуры).
Рис. 5. К расчету отдельных центрально нагруженных фундаментов:
1 — пирамида продавливания
Расчет основания фундамента. Определение размеров подошвы фундамента производят при допущении, что реактивное давление на грунт по подошве фундамента распределяется по линейному закону, например при центральном нагружении по прямоугольной эпюре. В действительности распределение давления зависит от свойств грунта, жесткости фундамента и имеет более сложный характер. Однако, как показали исследования, принятое допущение упрощает расчет и не приводит к ошибкам.
Нагрузками, создающими давление на грунт, являются продольная сила Ncol, передаваемая колонной, и собственный вес фундамента, включая вес грунта на его ступенях Nfun. Площадь подошвы А должна быть подобрана так, чтобы среднее давление под подошвой не превышало расчетного давления на грунт R [4]:
Значение продольного усилия принимают с коэффициентом надежности по нагрузке гf = 1, поскольку расчет основания производят по деформациям. Обозначив глубину заложения подошвы фундамента Н и принимая нагрузку от средней плотности материала фундамента и грунта на его ступенях гm = 20 кН/м3, из (10.1) получают (Ncol + AHгm)/A ? R, откуда
По найденной площади устанавливают размеры сторон подошвы фундамента, округляя их в большую сторону до значения, кратного 30 см, если применяют металлическую инвентарную опалубку, и 10 см при использовании неинвентарной опалубки.
Расчет тела фундамента. Высоту фундамента определяют из условия его прочности на продавливание в предположении, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, боковые стороны которой начинаются у колонны и наклонены под углом 45° к вертикали. В качестве расчетной продавливающей силы F принимают силу Ncol за вычетом отпора грунта р, распределенного по площади нижнего основания пирамиды продавливания. При квадратной колонне со стороной hcol площадь нижнего основания будет (hcol + 2h0)2, тогда
F = Ncol — p(hcol + 2h0)2,
где Ncol — расчетное продольное усилие, передаваемое колонной на фундамент, вычисляемое при гf > 1; p — отпор грунта от расчетного продольного усилия без учета веса фундамента и грунта на его ступенях.
Условие прочности на продавливание имеет вид, где иm — среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания:
um = [4hcol+ 4 (hcol + 2h0)]/2 = 4 (hcol + h0).
Проверку фундамента на продавливание следует производить не только по всей высоте, но и под каждой из ступеней.
Если в стакан фундамента устанавливают сборную колонну, то его глубина (м) должна также удовлетворять конструктивным требованиям обеспечения жесткого защемления колонны в фундаменте и достаточной анкеровки продольной арматуры [6]:
hsoc ? (1-1,5)hcol + 0,05;
где lan — длина анкеровки арматуры колонны в стакане фундамента, lan = (20. 30)d.
Определив высоты фундамента из расчета на продавливание [см. формулу (10.5)] и конструктивных требований, принимают большую из них. При h ? 450 мм фундамент выполняют одноступенчатым, при 450мм < h ? 900 мм — двухступенчатым и при h >900 мм — трехступенчатым.
Причинами разрушения фундаментов под сборные колонны могут также быть продавливание дна стакана (см. рис. 4, а) и раскалывание фундамента (см. рис 10.5, в). Это имеет место при отсутствии надежного сопряжения колонны с фундаментом из-за некачественного омоноличивания стыка и т. п. Проверку дна стакана на продавливание осуществляют по формуле (9.2) по аналогии с изложенным ранее. Проверку фундамента на раскалывание (рис. 5, в) делают из условия [11] :
где м — коэффициент трения бетона по бетону, м = 0,75; г1 — коэффициент условия работы фундамента в грунте, г1 = 1,3; A1 — площадь вертикального сечения фундамента в плоскости, проходящей по оси сечения колонны, за вычетом площади стакана.
Ступени фундамента работают под воздействием реaктивного давления грунта p снизу, подобно консолям, заделанным в массив фундамента (рис. 5, б). Поскольку фундамент не имеет поперечной арматуры, высота нижней ступени должна быть также проверена на прочность по наклонному сечению по условию восприятия поперечной силы бетоном :
Q = p(l — c)b ? 1,5Rbt bh20/с,
где правую часть неравенства принимают не менее 0,6Rbt bh0 и не более 2,5Rbt bh0; с — длина проекции рассматриваемого наклонного сечения (рис. 5, а).
Армирование фундамента по подошве определяют расчетом по нормальным сечениям 1 — 1, 2 — 2; значения изгибающих моментов в этих сечениях вычисляются как для консольных балок:
M1-1 = 0,125p (a — hcol)2b;
M2-2 = 0,125p(a — a1)2b.
Требуемую площадь арматуры, воспринимающую растягивающие напряжения при изгибе в сечении 1 — 1 на всю ширину фундамента, определяют из условия 1-1 = RsAs1z1, приняв z1?0,9h0 :
аналогично для сечения 2 — 2 :
Из двух значений As1 и As2 выбирают большее, по которому и производят подбор диаметра и количества стержней. Вначале задаются шагом стержней, затем определяют их количество, на единицу больше числа шагов. Деля As на число стержней, получают требуемую площадь одного стержня, по которой подбирают диаметр. При ширине подошвы фундамента более 3 м в целях экономии стали половину стержней можно не доводить до конца на 1/10 длины в каждую сторону.
