Расчет армирования ростверка свайного фундамента основывается на определении нагрузки, передаваемой на ростверк, и выборе подходящих параметров арматуры. Обычно используется продольная и поперечная арматура, которая должна быть спроектирована так, чтобы обеспечить необходимую прочность и жесткость конструкции, а также учитывать факторы, такие как морозоустойчивость и коррозионная стойкость, в зависимости от условий эксплуатации.
Для примера, если известна расчетная нагрузка на ростверк и его размеры, можно использовать формулы для определения требуемого сечения арматуры. Например, исходя из расчетного момента, допускаемого растяжения и сжатия, подбирается количество и диаметр стержней арматуры, что позволяет достичь необходимой прочности и соответствия строительным нормам.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Пособие по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений составлено к СНиП 2.03.01-84 „Бетонные и железобетонные конструкции” и распространяется на проектирование монолитных ростверков квадратной и прямоугольной формы в плане, с кустами из двух, четырех и более свай, под сборные и монолитные железобетонные колонны и под стальные колонны.
Примечание. Свайные фундаменты с кустами из двух свай рекомендуется применять только в каркасных бескрановых зданиях при условии расположения свай в створе пролета здания и величине эксцентриситета приложения нагрузки в перпендикулярном направлении не превышающей 5 см.
При проектировании ростверков, предназначенных для эксплуатации в сейсмических районах, а В агрессивных средах должны соблюдаться дополнительные требования, регламентированные соответствующими нормативными документами.
1.2. Ростверк является элементом свайного фундамента, опирающимся на куст свай (черт. 1.). Проектировать куст свай следует в соответствии со СНиП II-17-77 „Свайные фундаменты”.
Сопряжение ростверков со сборными железобетонными колоннами предусматривается стаканным (с подколонником или без него) с монолитными железобетонными колоннами — монолитным, со стальными колоннами — с помощью анкерных болтов.
Черт. 1. Схема образования пирамиды продавливания под сборной железобетонной колонной прямоугольного сечения
1.3. Расчет ростверков производится по предельным состояниям первой группы (по прочности) и по предельным состояниям второй группы (по раскрытию трещин).
Величины нагрузок и воздействий, значения коэффициентов надежности по нагрузке и коэффициентов сочетаний, а также подразделения нагрузок на постоянные и временные — длительные, кратковременные, особые — должны приниматься в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" и СНиП 2.03.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции", а значения коэффициентов надежности по назначению — согласно „Правилам учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкций”.
При определении нагрузок от колонн на ростверки следует учитывать увеличение моментов в месте заделки колонн от действия вертикальных нагрузок при прогибе колонн.
При расчете ростверков расчетные сопротивления бетона следует умножать на коэффициент условий работы бетона g b2, принимаемый равным 1,1 или 0,9 в зависимости от длительности действия нагрузок. Коэффициент условий работы бетона g b2 принимается равным 1.
1.4. Расчет ростверков на сваях сплошного круглого сечения производится так же, как и на сваях квадратного сечения. При этом в расчете ростверка сечения круглых свай условно приводятся к сваям квадратного сечения, эквивалентного круглым сваям по площади, т.е. с размером стороны сечения, равным 0,89 dsv, где dsv — диаметр свай.
2. РАСЧЕТ РОСТВЕРКОВ ПО ПРОЧНОСТИ
А. РАСЧЕТ ПО ПРОЧНОСТИ РОСТВЕРКОВ ПОД СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОЛОННЫ
2.1. Расчет по прочности плитной части ростверков под сборные железобетонные колонны производится: на продавливание колонной; продавливание угловой сваей; по прочности наклонных сечений на действие поперечной силы; на изгиб по нормальному и наклонному сечениям; на местное сжатие (смятие) под торцами колонн. Помимо этого проверяется прочность стакана ростверка.
Расчет ростверков на продавливание колонной
2.2. Расчет на продавливание колонной центрально-нагруженных ростверков свайных фундаментов с кустами из четырех и более свай производится по формуле (1) из условия, что продавливание происходит по боковой поверхности пирамиды, высота которой равна расстоянию по вертикали от рабочей арматуры плиты до низа колонны, меньшим основанием служит площадь сечения колонны, а боковые грани, проходящие от наружных граней колонны до внутренних граней свай, наклонены к горизонтали под углом не менее 45° и не более угла, соответствующего пирамиде с c=0,4h0 (см. черт. 1):
где Fper — расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций всех свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания, определяемая из условия
При этом реакции свай подсчитываются только от продольной силы N, действующей в сечении колонны у верхней горизонтальной грани ростверка;
здесь n — число свай в ростверке;
n1 — число свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания;
Rbt — расчетное сопротивление бетона растяжению для железобетонных конструкций с учетом коэффициента условий работы бетона;
h0 — рабочая высота сечения ростверка на проверяемом участке, равная расстоянию от рабочей арматуры плиты до низа колонны, условно расположенного на 5 см выше дна стакана;
иi — полусумма оснований i-й боковой грани фигуры продавливания с числом граней m;
сi — расстояние от грани колонны до боковой грани сваи, расположенной за пределами фигуры продавливания;
a — коэффициент, учитывающий частичную передачу продольной силы на плитную часть через стенки стакана, определяемый по формуле
здесь Af — площадь боковой поверхности колонны, заделанной в стакан фундамента, определяемая по формуле
здесь bcol, hcol — размеры сечения колонны;
hапс — длина заделки колонны в стакан фундамента.
При расчете на продавливание центрально-нагруженных ростверков колонной прямоугольного сечения формула (1) приобретает следующий вид:
c1 — расстояние от грани колонны с размером bcol до параллельной ей плоскости, проходящей по внутренней грани ближайшего ряда свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания;
c2 — расстояние от грани колонны с размером hcol до параллельной ей плоскости, проходящей по внутренней грани ближайшего ряда свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания.
Отношение принимается не менее 1 и не более 2,5.
При сi>h0 ci принимается равным h0; при сih0 сi принимается равным 0,4h0.
При расчете на продавливание колонной квадратного сечения центрально нагруженных ростверков при c1=с2=с формула (4) будет иметь следующий вид:
При установке в пределах пирамиды продавливания поперечной арматуры расчет должен производиться из условия
но не более 2Fb. Сила Fb принимается равной правой части условия (1).
Сила Fsw определяется как сумма всех поперечных усилий, воспринимаемых хомутами, пересекающими боковые грани пирамиды продавливания, по формуле
где Rsw — расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению при расчете наклонных сечений на действие поперечной силы;
Asw — суммарная площадь сечения поперечной арматуры, пересекающей боковые грани пирамиды продавливания.
В этом случае реакции свай подсчитываются от продольной силы и момента, действующих в сечении колонны у верхней горизонтальной грани ростверка.
При моментах, действующих в поперечном и продольном направлениях, величина , определяется в каждом направлении отдельно; в расчет принимается большая из этих величин.
Примечание. При стаканном сопряжении колонны с ростверком и эксцентриситете продольной силы в колонне величину , допускается определять, принимая величину момента, передающегося на ростверк от колонны, равной Если при этом дно стакана располагается выше плитной части ростверка, должна быть дополнительно выполнена проверка ростверка на продавливание при полном моменте и соответствующей ему сумме реакций свай из условия, что меньшим основанием пирамиды продавливания служит площадь подколонника.
2.4. При сборных железобетонных двухветвевых колоннах, имеющих общий стакан, расчет ростверка на продавливание выполняется как при колонне со сплошным прямоугольным сечением, соответствующим внешним габаритам двухветвевой колонны (черт. 2).
Черт. 2. Схема образования пирамиды продавливания под сборной железобетонной двухветвевой колонной
2.5. При многорядном расположении свай (черт. 3) помимо расчета на продавливание колонной по пирамиде продавливания, боковые стороны которой проходят от наружной грани колонны до ближайших граней свай, должна быть проведена проверка на продавливание ростверка колонной в предположении, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, две или все четыре боковые стороны которой наклонены под углом 45°; при этом реакции свай, находящихся в пределах площади нижнего основания пирамиды продавливания, не учитываются.
Черт. 3. Схема образования пирамид продавливания под сборной железобетонной колонной при многорядном расположении свай за наружными гранями колонны
2.6. Расчет на продавливание колонной центрально-нагруженных ростверков свайных фундаментов с кустами из двух свай (черт. 4) производится из условия
где Fper — расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций обеих свай от продольной силы N, действующей в колонне;
Rbt, h0; c1; bcol, hcol, a — обозначения те же, что в формулах (1) и (3);
с2 — расстояние от плоскости грани колонны с размером hcol до наружной грани штатной части ростверка.
Черт. 4. Схема образования пирамиды продавливания под сборной железобетонной колонной в двухсвайном фундаменте
2.7. Расчет на продавливание колонной внецентренно нагруженных ростверков свайных фундаментов с кустами из двух свай также производится по формуле (8), но при этом расчетная величина продавливающей силы принимается равной Fper=2Fi, где Fi — реакция наиболее нагруженной сваи от продольной силы N и момента М, действующих в колонне.
2.8. При стаканном сопряжении колонны с ростверком, когда стенки стакана подколонника имеют большую толщину (ds>0,75hp), или в штатных ростверках (черт. 5) при заглублении колонны в штатную часть ростверка не менее чем на 1/3 ее высоты, помимо расчета ростверка на продавливание в соответствии с пп. 2.2 — 2.7 следует производить расчет ростверка на раскалывание колонной от силы N по формуле
где N — продольная сила, действующая в сечении колонны у верхней горизонтальной грани ростверка;
m — коэффициент, вычисляемый по формуле
здесь s sid — напряжение бокового обжатия, МПа, определяемое по формуле
здесь Ab — наименьшая площадь вертикального сечения ростверка по оси колонны за вычетом вертикальной площади сечения стакана и площади трапеции, расположенной под колонной, с наклоненными под углом 45° сторонами (на черт. 5 площадь трапеции показана пунктирными линиями);
Rbt, a — обозначения те же, что в формуле (1);
а — условное обозначение вводимой в расчет стороны сечения колонны (bcol или hcol);
Допускается принимать m =0,75.
Найденная по формуле (9) несущая способность ростверка по раскалыванию сравнивается с его несущей способностью на продавливание ( ) и принимается большая из этих величин.
Черт. 5. Схема свайного фундамента с плитным ростверком
При этом несущая способность ростверка, определенная по формуле (9), должна приниматься не более его несущей способности на продавливание колонной от верха ростверка от продольной силы и момента, действующих в этом сечении. Расчет на продавливание от верха ростверка производится по пп. 2.2 — 2.7 с введением в правую часть формул (1); (4); (5); (8) коэффициента 0,75 и принимая h0 равным расстоянию от рабочей арматуры плиты до верхней горизонтальной грани ростверка.
Расчет ростверков на продавливание угловой сваей
где Fai — расчетная нагрузка на угловую сваю с учетом моментов в двух направлениях, включая влияние местной нагрузки (например, от стенового заполнения);
h01 — рабочая высота сечения на проверяемом участке, равная расстоянию от верха свай до верхней горизонтальной грани плиты ростверка или его нижней ступени.
иi — полусумма оснований i-й боковой грани фигуры продавливания высотой h01, образующейся при продавливании плиты-ростверка угловой сваей;
b i — коэффициент, определяемый по формуле
здесь k — коэффициент, учитывающий снижение несущей способности плиты ростверка в угловой зоне.
В преобразованном виде формула (12) будет иметь вид
b01; b02 — расстояния от внутренних граней угловых свай до наружных граней плиты ростверка (черт. 6);
c01; c02 — расстояния от внутренних граней угловых свай до ближайших граней подколонника ростверка или до ближайших граней ступени при ступенчатом ростверке;
b 1 и b 2 — значения этих коэффициентов принимаются по табл. 1.
Черт. 6. Схема продавливания ростверка угловой сваей
Как армировать ростверк свайного фундамента?
Нередко при частном строительстве именно свайно-ростверковый фундамент является оптимальным выбором. Свайное основание позволяет возводить здания на подвижных глинистых и песчаных основаниях, а также на рельефах с перепадами. Благодаря ростверку можно равномерно распределить нагрузку от всего строения, не опасаясь перекоса из-за просадки грунта под одной из свай. Для того чтобы придать данному виду свайного фундамента необходимую прочность, выполняют армирование ростверка.
Роль армирования
Зачем армировать свайную, подземную, часть фундамента понятно – на неё оказывается значительное влияние от пучения почвы. А бетон, как известно, плохо работает на растяжение, из-за чего в сваях могут появиться трещины, снижающие прочность и долговечность конструкции.
Пример схемы устройства армирование ростверка свайного фундамента.
Но не менее важно армировать и ростверк. Ведь на него приходится значительная нагрузка от здания, построенного на основании. То есть, наблюдается нагрузка не только на сжатие (которую бетон переносит без вреда для себя), но и на изгиб. При всех своих достоинствах бетон не способен выдерживать значительные нагрузки на изгиб – ростверк может не выдержать.
Поэтому очень важно подобрать подходящую арматуру и правильно провести армирование ростверка. Лишь в этом случае владелец дома сможет быть уверен, что здание прослужит многие годы, и не будет нуждаться в скором ремонте.
Выбор подходящей арматуры
Важнейшим подготовительным этапом к устройству фундамента является подбор подходящих материалов. Чтобы обеспечить высокое качество армирования монолитного ростверка, нужно создать два продольных пояса – верхний и нижний. Между собой их следует соединять при помощи вертикальных и горизонтальных перемычек, либо хомутами из гладкой арматуры класса А240 или рифленой класса А3.
Для устройства продольных поясов следует использовать горячекатаный профиль с рифленой поверхностью, улучшающей сцепление с бетоном. Самая популярная для этих целей арматура А500С. Оптимальный диаметр – от 12 до 16 миллиметров, все зависит от того, какие нагрузки примет на себя фундамент.
Для изготовления хомутов используют гладкую арматуру А1(А240), а в роли основной рифленую класса А3 или А500С.
Соединяющие по вертикали и горизонтали перемычки могут быть разными – в зависимости от используемого варианта установки. К примеру, если планируется приваривать отдельные прутки к уже подготовленным продольным поясам, то желательно использовать прочный материал, схожий с тем, который использовался при изготовлении продольных поясов. Это легче и проще, но в тоже время дороже.
Поэтому некоторые специалисты рекомендуют сгибать более тонкую арматуру, придавая перемычкам прямоугольную форму. Тогда один прута арматуры будет связывать нижний и верхний пояса в двух местах, обеспечивая повышенную прочность. В этом случае допустимо использование более тонкой арматуры – достаточно диаметра в 8-10 мм. Благодаря такой форме сокращается количество сварных швов, что повышает долговечность и надежность всей конструкции.
Подсчет необходимого количества арматуры
Прежде чем приступать непосредственно к армированию свайно ростверкового фундамента, важно рассчитать требуемое количество арматуры. Сделать это не на глаз, а максимально точно, чтобы после работы не осталось слишком много невостребованного материала или же чтобы в процессе не оказалось, что арматуры не хватает.
Пример армирования свайного ростверка в виде плиты.
Для формирования продольного пояса потребуется от четырех до шести стержней – в зависимости от нагрузки и размеров ростверка. При этом расстояние между прутьями не должно превышать 10 см.
Вертикальные стержни должны располагаться таким образом, чтобы расстояние между ними составляло около 15-40 см.
Нельзя забывать о том, что арматура не должна находиться с краю фундамента – толщина защитного слоя бетона составляет не менее 5 сантиметров.
Пример установки пластикового фиксатора под арматуру, для обеспечения необходимого защитного слоя.
Желательно заранее составить соответствующий чертеж с нанесением всех размеров, указанием выбранной арматуры. Это значительно облегчает дальнейший процесс расчетов и снижает вероятность допущения ошибки.
Пример расчета
Для наглядности проведем расчет условного фундамента для дома габаритами 8х6 метров с габаритами обвязки 40х40 см.
В первую очередь рассчитываем количество основной арматуры. Чтобы армировать ростверк шириной в 40 см, потребуется три прута: отступаем по 5 см с каждой стороны и оставшееся пространство армируем с шагом в 10 см. Между собой арматура соединяется в пояс, для чего потребуются хомуты. Подойдет арматура класса А1 диаметром в 8-10 мм. Располагать их следует на расстоянии 20 см друг от друга.
Производим нехитрые расчеты:
- Высчитываем периметр фундамента: 6+6+8+8 = 30 метров.
- Так как пояс требует использовать три стержня в ряд, увеличиваем 30 на 3 и получаем 90 метров.
- Применение двух поясов дополнительно умножает длину на два – итого 180 метров рифленых стержней сечением 16 мм. Вес арматуры: 180*1,58=284,4 кг.
Дальше подсчитываем, сколько нужно арматуры для хомутов. Располагать их предстоит на дистанции 0,2 метра друг от друга. Поэтому сразу делим периметр дома на шаг расположения хомутов: 30/0.2 – получаем 150 штук. Длина арматуры для изготовления 1 хомута равна 1.4 метра, следовательно: 150*1,4= 210 метров гладкой арматуры диаметром 8-10 мм.
Многие начинающие строители забывают об установке фиксаторов защитного слоя под арматуру, изготовленных из пластика. Если не использовать их, то арматуру придется укладывать прямо на сваи фундамента. В этом случае не удастся обеспечить достаточный уровень защищенности бетоном – толщина должна составлять не меньше 5 см. Некоторые мастера используют кирпичи, но в этом случае защита не будет достаточно надежной – лучше всего взять специализированные инструменты, благодаря которым стальные прутья будут защищены бетоном со всех сторон. Стоимость строительства это повысит незначительно, а рисковать долговечностью и прочностью конструкции не придется.
Подготовительные работы
Когда все необходимые расчеты проведены и материалы закуплены, можно приступать непосредственно к подготовке.
Монтаж опалубки лучше всего проводить после сборки армирующего каркаса. В качестве основного материала можно использовать горбыль, фанеру, ДСП и другие имеющиеся под рукой материалы. Главное, чтобы они могли выдержать нагрузку от бетона, не ломаясь и не деформируясь. Обычно проблем на этом этапе не возникает.
Следующий шаг – установка гидроизоляции, она не всегда необходима, все зависит от вида грунта. Материалы можно использовать разные – от плотного строительного полиэтилена до рубероида. При этом желательно брать рубероид нижнего слоя – без посыпки каменной крошкой. Он весит легче и стоит заметно дешевле, а со своей задачей справляется отлично.
Перед армированием ростверка выравнивается грунт, если он насыпной то следует его уплотнить трамбовкой. После заливает подготовка из бетона марки 100, толщиной 8-10 см. Это требуется для соблюдения геометрии будущего фундамента, а также упрощает процесс монтажа опалубки.
Пример основания подготовленного для устройства армирования ростверка.
Если сваи перелиты или недобиты их выравнивают в проектную отметку согласно чертежа. Обрисовывается линия, и по ней с помощью “болгарки” делается прорез, а затем дорабатываем перфоратором.
Пример выполнения армирования свайного ростверка
После завершения подготовительных работ начинается монтаж каркаса.
Нарезаем арматуру на прутья нужной длины – для этого потребуется болгарка и не стоит забывать о защитном снаряжении. Справиться с задачей, имея перед глазами чертеж, не сложно. Да, это займет какое-то время. Зато впоследствии не придется постоянно отвлекаться от сборки каркаса, чтобы отрезать ещё кусок арматуры.
Пример армирующего каркаса для ростверка свайного фундамента шириной 50 см и высотой 40 см.
С помощью станка для гибки арматуры (арматурогиба), сгибаем хомуты необходимого размера согласно чертежа. При этом следует соблюдать радиусы загиба арматуры, для того чтобы сталь не теряла свои первоначальные прочностные характеристики. Также следует согнуть элементы для армирования углов ростверка, размером 1 на 1 м.
Работа выполняется следующим образом:
- Удобнее всего собрать части каркаса по отдельности, а после, смонтировать их на сваи.
- На поставки укладываются 4 продольных стержня, они будут находиться по углам каркаса. По чертежу армирования свайного ростверка, размечаем на них расположение хомутов, затем 2 прута снимаем. К двум оставшимся докладывает остальные стержни согласно схеме, и одеваем на них хомуты.
- Далее по меткам привязываем хомуты к арматуре, затем заводим 2 других размеченных прута в хомуты и так же по меткам производим вязку арматуры, простым узлом крест-накрест, либо «мертвым» (так его называют арматурщики).
- Сборку желательно производить при помощи вязальной проволоки, оптимальный диаметр 1,2 мм.
- После того как все части каркаса свайного ростверка собраны, монтируем их на сваи, а углы связывает прямоугольными элементами из арматуры таким же диаметром как и основные пруты.
- Устанавливаем фиксаторы защитного слоя, производим монтаж опалубки. Вот и все наш фундамент готов к бетонированию.
Правильно собранный каркас обеспечит ему многие десятилетия комфортной эксплуатации без лишних проблем. Устройство фундамента – важнейший этап строительства любого здания. Поэтому проводить его следует особенно ответственно, не стараясь сэкономить где-то лишнюю тысячу рублей.
