5.3. Основные указания к конструированию

При известной высоте фундамента, размерах подошвы определяются параметры его подколонной и плитной части с учетом следующих указаний [6, 9].

1. При назначении размеров подколонной части учитывается, что толщина стенок неармированного стакана поверху принимается не менее 200 мм, толщина армированного стакана назначается расчетом, но не менее 150 мм [4, 9]. Размеры стакана принимаются больше размера колонны в плане понизу на 100 мм, поверху на 150 мм. Толщина дна стакана назначается по расчету, но не менее 200 мм.

2. Высота ступеней принимается по табл. 4.22 [9] в зависимости от высоты плитной части фундамента.

3. Максимальный вынос нижней ступени жесткого фундамента вычисляется по формуле l = k ∙ h₁, где значение коэффициента k в курсовом проекте ориентировочно принимается равным k = 2,0.

4. Рекомендуемый класс бетона для монолитных железобетонных фундаментов В 12,5, В 15, В 20.

5. Размеры ступеней плитной части фундамента принимаются кратными 0,1 (0,3 м, если предполагается использование унифицированной щитовой опалубки).

6. Замоноличивание колонны производится бетоном класса не ниже В15.

7. Армирование подошвы осуществляется сетками из арматуры периодического профиля классов A-II и A-III. Расстояние между осями рабочих стержней составляется 200 мм, диаметр их при длине до 3 м – не менее 10 мм, при большей длине – 12 мм. Диаметр продольных стержней подколонника принимается не менее 12 мм. Подколонники армируются продольными и поперечными стержнями, площадь сечений стержней определяется расчетом, который в курсовом проекте не производится.

8. Под монолитным фундаментом при любых грунтах предусматривается устройство сплошной бетонной подготовки толщиной 100 мм из бетона класса не ниже В5.

5.4. Расчет конструкций фундамента

Расчет конструкций фундамента (плитной части и подколонника) производится по прочности и раскрытию трещин [6]. В курсовом проекте выполняется только проверка плитной части на продавливание [4].

При стаканном сопряжении колонны с фундаментом, если выполняются условия

h_b ≥ Н + 0,5 (l_cf – h_с) или h_b ≥ H + 0,5 (b_cf – b_c),

расчет тела на продавливание производится от нижнего обреза подколонника.

Здесь h_b – расстояние от дна стакана до подошвы фундамента, м;

Н – высота плитной части фундамента, м;

l_cf и b_cf – соответственно больший и меньший размер сечения подколонника, м;

h_c и b_c – соответственно больший и меньший размер сечения колонны в плане, м.

При этом условие прочности на продавливание имеет вид

N ≤ R_bt ∙ b_т ∙ Н₀,

где b_т – среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания, м, b_т = b_cf + Н₀;

Н₀ – рабочая высота сечения плитной части фундамента, м, исчисляемая до середины рабочей арматуры подошвы;

R_bt – расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельного состояния I группы, кПа, принимаемое с учетом коэффициента условий работы γ_b2 =1,1;

N – расчетное значение продавливающей силы, кН.

Для центрально нагруженных фундаментов N = А_f0 ∙ р₀,

внецентренно нагруженных N = А_f0 ∙ p_max ,

где р₀, р_max – среднее или наибольшее краевое давление на грунт от расчетных нагрузок, кПа;

А_f0 – площадь нижнего основания пирамиды продавливания, м²;

A_{f 0} = 0,5b (l – l_cf – 2H₀) – 0,25 (b – b_cf – 2H₀)².

Если h_b ≤ Н + 0,5(l_сf – h_с ) или h_b ≤ Н + 0,5(b_cf – b_c), тогда расчет тела фундамента на продавливание производится от дна стакана. Условие прочности на продавливание в этом случае записывается как

N ≤ R_bt ∙ b_т ∙ h_0b,

где N – расчетное значение продавливающей силы, N = А_f0 ∙p_max или

N = А_f0 ∙ р₀ , кН;

b, l – ширина и длина прямоугольной в плане подошвы фундамента, м;

h_оb – расстояние от дна стакана до середины рабочей арматуры подошвы, м;

b_m = b_h + h_0b.

A_f0 =0,5b(l – l_h – 2h_0b) – 0,25(b – b_h – 2h_0b)²,

где l_h, b_h – соответственно больший и меньший размер дна стакана, м.

В рассчитываемом варианте: l = 3,8 м, b = 3,8 м,

H_f = 1,3 м, Н = 0,3 м,

h_с = 1,3 м, b_с= 0,5 м,

l_{с f} =1,45 м, b_сf =1,4 м,

l_h =h_с + 2 ∙ 0,05 = 1,4 м, b_h =b_С +2 ∙ 0,05 = 0,6 м,

h_b = Н_f – 1 – 0,05 = 1,3 – 1 – 0,05 = 0,25 м,

h_0b =h_b – 0,046 = 0,25 – 0,046 = 0,204 м (защитный слой бетона при наличии бетонной подготовки – 40 мм, диаметр рабочей арматуры подошвы фундамента при b = l = 3,8 м – 12 мм, расстояние от подошвы фундамента до центра арматуры – 46 мм),

R_bt = γ_b2 ∙ 750 = 1,1 ∙ 750 = 853 кПа для бетона класса В15 с учетом коэффициента условий работы γ_b2 = 1,1 ,

р₀ = 267,55 кПа.

Проверяется выполнение условий h_b ≤ Н + 0,5 (l_сf - h_с).

h_b = 0,25 м < H + 0,5(l_cf – h_с) = 0,3 + 0,5(1,45 – 1,3) = 0,375 м

и h_b = 0,25 м < H + 0,5(b_cf - b_c) = 0,3 + 0,5(1,4 – 0,5) = 0,75 м

Следовательно, расчет тела фундамента на продавливание будет производиться от дна стакана из условия N ≤ R_bt ∙ b_т ∙h_0b.

Тогда:

b_m=b _h+ h_0b = 0,6 + 0,204 = 0,804 м;

A_f0 =0,5b(l – l_h – 2h_0b) – 0,25(b – b_h – 2h_0b)²= 0,5 ∙ 3,8∙(3,8 – 1,4 – 2 ∙ 0,204) – 0,25∙(3,8 – 0,6 – 2 ∙ 0,204)² = 1,84 м²;

N = А_f0 ∙ р₀ = 1,84 ∙ 267,55 ∙ 1,1= 541,5 кН.

Проверяется соответствующее условие прочности N ≤ R_bt ∙ b_т ∙ h_0b.

541,5 < 853 ∙ 0,804 ∙ 0,204 = 349,44 кН.

Условие не выполняется. Следовательно, продавливание тела фундамента происходит и необходимо увеличить высоту фундамента.

В третьем приближении принимаем H_f = 1,6 м, Н = 0,6 м, l = b = 3,8 м. (рис.4).

Пересчитываем п. 5.2.

М_х = 95 + 14  1,6 = 117,4 кН · м.

.

N = 3488 +462,08 = 3950,08 кН.

.

e_x = 0,03м < 0,033  b = 0,033  3,8 = 0,1254 м,

Условие выполняются.

Проверяем условие прочности

H_f = 1,6 м, Н = 0,6 м,

h_с = 1,3 м, b_с= 0,5 м,

l_{с f} =1,45 м, b_сf =1,4 м,

l_h =h_с + 2 ∙ 0,05 = 1,4 м, b_h =b_С +2 ∙ 0,05 = 0,6 м,

h_b = Н_f – 1 – 0,05 = 1,6 – 1 – 0,05 = 0,55 м,

h_0b =h_b – 0,046 = 0,55 – 0,046 = 0,504 м (защитный слой бетона при наличии бетонной подготовки – 40 мм, диаметр рабочей арматуры подошвы фундамента при b = l = 3,8 м – 12 мм, расстояние от подошвы фундамента до центра арматуры – 46 мм),

R_bt = γ_b2 ∙ 750 = 1,1 ∙ 750 = 853 кПа для бетона класса В15 с учетом коэффициента условий работы γ_b2 = 1,1 ,

р₀ = 273,55 кПа.

Проверяется выполнение условий h_b ≤ Н + 0,5 (l_cf – h_с) и h_b ≤ H + 0,5 (b_cf – b_c).

h_b = 0,55 м ≤ H + 0,5(l_cf – h_с) = 0,6 + 0,5(1,45 – 1,3) = 0,675 м

и h_b = 0,55 м ≤ H + 0,5(b_cf - b_c) = 0,6 + 0,5(1,4 – 0,5) = 1,05 м.

Следовательно, расчет тела фундамента на продавливание будет производиться от дна стакана из условия N ≤ R_bt ∙ b_т ∙h_0b.

Тогда:

b_т = b_cf + Н₀ = 1,4 + 0,6 = 2 м;

A_f0 =0,5b(l – l_h – 2h_0b) – 0,25(b – b_h – 2h_0b)²= 0,5 ∙ 3,8∙(3,8 – 1,4 – 2 ∙ 0,504) – 0,25∙(3,8 – 0,6 – 2 ∙ 0,504)² = 2,1 м²;

N = А_f0 ∙ р₀ = 2,1 ∙ 273,55 ∙ 1,1= 631,9 кН.

Проверяется соответствующее условие прочности N ≤ R_bt ∙ b_т ∙ h_0b.

631,9 < 853 ∙ 2 ∙ 0,504 = 859,8 кН.

Условие выполняется. Следовательно, продавливание тела фундамента не происходит. (рис.5).