Lektsii_-_osnovy_zh_b_konstruktsy

72

монолитных фундаментов и не менее 150 мм для сборных. Сборные столбчатые фунда-

менты могут быть цельными или состоящими из блока и плиты или из нескольких раз-

личных блоков и плит (рис. 9.5). Цельные фундаменты невелики по размерам и весу. Под подошвы фундаментов устраивают подготовку: при плотных и сухих грунтах песчанную или щебеночную толщиной 100 - 150 мм, при слабых или влажных грунтах бетонную та-

кой же толщины. Сборные плиты и подстаканники укладывают друг на друга на слое це-

ментного раствора. Столбчатые фундаменты выполняют из тяжелого бетона классов В15

и выше. Подошвы фундаментов армируют сварными сетками из арматуры класса A300

или класса A400 диаметром не менее 10 мм (рис. 9.6). Защитный слой бетона принима-

ют: при бетонной подготовке 35 мм и 70 мм при песчаной или щебеночной подготовке.

Армирование стакана выполняют в виде арматурной обоймы. При высоком столбчатом фундаменте (рис. 9.6,б), его армирование выполняют аналогично армированию колонны.

Плитные фундаменты применяются при слабых грунтах в основании сооружений,

при ограниченной допустимой величине осадок здания, при различной высоте отдельных частей здания в плане, при необходимости изоляции сооружения от грунтовых вод и в других случаях. Такие фундаменты всегда выполняются в монолитном железобетоне.

Плита фундамента может быть плоской, ребристой или коробчатой, в зависимости от на-

грузок и конструктивных требований к сооружению. Для каркасных зданий наибольшее распространение получили фундаменты из плоских плит с подколонниками (рис 9.7).

Рис. 9.7. Сплошной фундамент в виде плиты:

а- фундаментная плита с монолитными колоннами;

б- плита с подколонниками стаканного типа

Такая фундаментная плита по характеру статической работы подобна безбалочному пе-

рекрытию, в котором роль нагрузки выполняет реактивное давление грунта основания,

роль опор колонны каркаса. Поэтому толщина плиты составляет 1/30 ÷ 1/35 пролета ко-

лонн. Плоские фундаментные плиты армируют сварными сетками и вдоль рабочей арма-

73

туры их соединяют внахлестку без сварки, а в нерабочем направлении располагают встык.

Что касается свайных фундаментов, то это тема отдельного рассмотрения и в пределах данного курса не рассматривается. Отметим только, что при слабых грунтах монолитные ленточные и плитные фундаменты могут применяться в сочетании со свайными.

Расчет и конструирование фундаментов следует производить на основе мо-

дели, учитывающей совместное деформирование основания и несущих конструкций зда-

ния. Эти расчеты достаточно сложны и требуют применения мощных программных ком-

плексов по статическому расчету конструкций. Здесь мы рассмотрим расчеты ленточного железобетонного фундамента и отдельного стоящего железобетонного фундамента под колонну на простейшие виды нагружения.

Расчет ленточных фундаментов состоит в определении следующих параметров: ши-

рины подошвы b на основе расчетного сопротивления грунтов основания R при воздей-

ствии нормативных нагрузок; высоты консоли ленточного фундамента H и площади по-

перечного сечения рабочей арматуры AS при воздействии на консоль фундамента реак-

тивного давления грунта pрас от действия расчетных нагрузок. Расчет производится для отрезка фундамента единичной длины, например 1 м.

Стена верхнего строения на уровне обреза ленточного фундамента передает на него

воздействия вышележащих конструкций в виде сжимающей силы N и изгибающего мо-

мента M (рис. 9.8). Необходимая ширина фундамента b определяется из соотношения

где: Nn - нормативная сжимающая сила действующая на единицу длины фундамента;

R – расчетное сопротивление грунта основания; γcр – усредненный объемный вес фунда-

мента и грунта на уступах фундамента (принимается равным 2 тс/м3 ); H1 - глубина зало-

жения фундамента. После определения, ширина фундамента округляется до величины кратной модулю и производится проверка краевого давления на основание (рис. 9.8 б,в).

Сначала вычисляется среднее давление фундамента на основание

где: MN – изгибающий момент от действия нормативных нагрузок; p1,2 – макси-

мальное и минимальное краевые давления.

Необходимо чтобы соблюдались условия

Расчет ленточного фундамента по прочности заключается в проверке прочности выступающей за грани стены части фундаментной ленты как консоли, нагружен-

ной реактивным давлением основания, причем это давление вычисляется от дейст-

вия расчетных нагрузок.

Рис. 9.8. К расчету основания под ленточным фундаментом:

а – схема; б , в – эпюры отпора грунта

Необходимая рабочая высота фундамента h0 определяется по сопротивлению

подушки фундамента на продавливание стенкой. Возможный срез происходит по ли-

нии, которая начинается от грани стенки фундамента и пересекает рабочую арматуру подошвы в точке 3, отстоящей от грани стенки на половину рабочей высоты фунда-

pрас – среднее значение расчетного отпора грунта основания на участке от точки 3 до края фундамента; bст - ширина стены фундамента. Подставляя Q из (9.6) в (9.5) и раз-

решая относительно h0 , получим

75

Площадь сечения растянутой арматуры в подошве железобетонного фундамента опре-

деляется по сечению вдоль наружной грани стены при действии изгибающего момента

по правилам расчета изгибаемых железобетонных прямоугольных сечений.

Расчет отдельного фундамента под колонну выполняется по той же схеме, что и расчет ленточного фундамента. Сначала по нормативной нагрузке определяем требуемую площадь подошвы фундамента Афт

Рис.9.9. К расчету фундамента под колонну:

1- пирамида продавливания; 2 - основание пирамиды продавливания

Затем, в зависимости от характера нагрузки, принимаем квадратную или прямоугольную форму подошвы размерами в плане a x b, кратные модулю. Далее вы-

числяется среднее давление под подошвой фундамента:

Аф = a x b; pср = (Nn / Аф) + γcр H1, (9.11)

Если фундамент нагружен изгибающим моментом, необходимо определить величины реактивного отпора грунтового основания по краям подошвы, в плоскости действия момента. Краевые давления определяются по соотношению

Далее определяем требуемую высоту фундамента Н из условия продавливания фун-

дамента расчетным усилием сжатия N, передающимся на фундамент от колонны.

Предполагается, что продавливание может происходить по поверхности пирамиды,

верхнее основание которой образует контур колонны в плоскости верха фундамента, а

нижнее основание расположено в плоскости растянутой арматуры, на расстоянии h0

от верха, и образовано гранями, отходящими под углом 450 от верхнего основания

(рис. 9.9, сеч.III - III). Условие прочности в этом случае записывается в виде

Подставляя (9.15), (9.16) и (9.17) в соотношение (9.14) и преобразуя его, получим со-

отношение для определения необходимой рабочей высоты фундамента

По рабочей высоте определяем высоту фундамента Н. По конструктивным соображе-

ниям, высота фундамента должна приниматься не менее определенной величины

Н ≥ (1 ÷ 1,5) hk + 25 см.

Количество ступеней определяется в соответствии с конструктивными требованиями,

приведенными выше. Армирование подошвы фундамента выполняется в виде сварных сеток с рабочей арматурой, расположенной в двух направлениях. Площадь сечения ар-

матуры в каждом направлении при ступенчатых фундаментах можно определить по из-

гибающим моментам, действующим на единице ширины в начале каждой ступени

(рис. 9.9, сечения I - I и II - II). Рабочая арматура окончательно принимается по макси-

мальной площади поперечного сечения из вычисленных величин в каждом направле-

77

По этим моментам рассчитываются необходимые площади поперечного сечения арма-

туры AS1 и AS2 и и из них выбирается максимум Asa = мах (AS1,AS2) . Далее, необхо-

димо вычислить изгибающие моменты в перпендикулярном направлении

78

Лекция 10

Каменные и армокаменные конструкции

Камень – древнейший строительный материал, из которого возводились и возво-

дятся несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений. Каменная кладка состоит из камней и раствора, в армированной каменной кладке в швы закладывают стальную арматуру и сетки.

Материалы для каменных конструкций классифицируются по различным при-

знакам. Их разделяют по происхождению: на природные, добываемые в карьерах, и

искусственные – изготовляемые на заводах. Природные камни добывают из пород -

доломитов, известняков, песчаников, гранитов, туфов и т.д. Они применяются в виде пиленного или рваного камня, а также плитняка. Искусственные камни это кирпич,

мелкие и крупные блоки. По размеру камни разделяют на кирпич и керамические пус-

тотелые камни, мелкоштучные камни из тяжелого, легкого или ячеистого бетонов вы-

сотой до 200 мм и крупные блоки, высотой более 500 мм, из бетона или виброкирпич-

ные. Кирпич выпускается следующих видов: обожженный плотный глиняный, сили-

катный, шлаковый, пористый и пористо-дырчатый, а также кирпич и щелевые керами-

ческие камни пластического или полусухого формования. Стандартный кирпич имеет размеры 250 х 120 х 65 мм. Пористый кирпич и щелевые керамические камни выпус-

каются одинарной высоты - 65 мм, полуторной или модульной высоты - 88 мм или двойной высоты - 138 мм, (рис. 10.1). При этом вес одного камня не должен превышать

4,2 кг (из условий производства работ вручную). Прочность камней характеризуются их маркой. Марка определяется по пределу прочности при сжатии образцов кубиче-

ской формы для камней, а для кирпича в зависимости от его предела прочности при сжатии и изгибе. По марке каменные материалы делятся на высокопрочные (марки 250

– 1000), средней прочности (75 – 200) и малой прочности ( от 4 до 50). Долговечность каменных материалов определяется их морозостойкостью, т.е. числом циклов замора-

живания и оттаивания в водонасыщенном состоянии. Марки по морозостойкости ус-

тановлены от F10 до F300.

Раствор обеспечивает связь между отдельными камнями, создавая из кладки единый монолит. Раствор в горизонтальных швах обеспечивает равномерную передачу усилий от вышележащих рядов кладки на нижележащие. В зависимости от вида вяжу-

щего растворы бывают цементные, известковые, глиняные и смешанные. Цементные растворы имеют высокую прочность и атмосферостойкость, но относительно дороги и имеют повышенную жесткость при малом водоцементном отношении. Для экономии

79

цемента к ним в качестве пластификаторов добавляют известь, глину, каменную пыль или искусственные химические добавки. Такие растворы называются смешанными.

Рис. 10.1 Типы кирпича и мелкоштучных камней:

а - кирпич пластического прессования сплошной и дырчатый; б - кирпич полусухого прессования; в, г - керамические пустотелые камни; д, е - бетонные пустотелые камни

По плотности растворы разделяются на тяжелые – объемным весом в сухом со-

стоянии более 1500 кгс/м3 и легкие – при меньшем объемном весе. Прочность раство-

ров характеризуется их маркой от 4 до 200. Марка раствора определяется по прочности на сжатие кубического образца с ребром 70,7 мм, после 28 суточной выдержки при нормальных условиях твердения.

Типы перевязки кладки стен. Для того, чтобы обеспечить прочность стен, клад-

ку из мелкоштучных камней и кирпича выполняют с перевязкой швов. При этом лож-

ковые ряды (при укладке кирпича вдоль фронта стены) перекрываются тычковыми ря-

дами (при укладке кирпича поперек фронта стены) с перекрытием вертикальных швов раствора. Сплошная кирпичная кладка может выполняться по однорядной или по многорядной системам перевязки. При однорядной системе, тычковые ряды череду-

ются через один с ложковыми, а при многорядной тычковые ряды укладываются через три, пять, или более, ложковых рядов. На рис. 10.2 представлены некоторые варианты перевязки кладки стен толщиной в полтора кирпича - 38 см, и в два кирпича - 51 см.

80

Рис. 10.2 Примеры систем перевязки кладки из кирпича:

а- цепная перевязка из кирпича толщиной 65 мм; б - то же из кирпича 88 мм; в, г - многорядная перевязка из кирпича соответственно 65 мм и 88 мм

Прочность каменной кладки, в основном, зависит от прочности камня и раствора и наличия косвенного армирования. При сжатии кладки из камней правиль-

ной формы, нагрузка от вышележащих рядов кладки на нижележащие, передается че-

рез горизонтальные швы. В горизонтальном шве плотность и другие механические свойства отвердевшего раствора неоднородны, а поверхность прилегающих камней не строго горизонтальна, поэтому передача усилий от камня к камню происходит не по всей поверхности контакта, а по отдельным зонам. В результате этого камни подвер-

жены не только усилиям сжатия, но и изгибу и срезу. При сжатии в кладке возникают поперечные деформации, они передаются как на кирпич, так и на раствор в швах. Бла-

годаря сцеплению между кирпичом и раствором эти деформации совместны, но по-

скольку, модуль упругости кирпича больше, чем модуль упругости раствора (раствор более податлив) кирпичи растягиваются в горизонтальном направлении.

Различают четыре стадии работы кирпичной кладки при сжатии ( рис. 10.3).

Первая стадия соответствует нормальному эксплуатационному состоянию кладки, ко-

гда в ней не происходит никаких структурных изменений. С увеличением нагрузки в отдельных кирпичах возникают вертикальные трещины, которые могут распростра-

няться до трех рядов по высоте. Это соответствует II стадии деформирования кладки.