48.Отдельные фундаменты

Отдельные фундаменты (монолитные и сборные) обычно при­меняют при редком расположении незначительно нагруженных колонн.

Монолитные фундаменты под монолитные колонны имеют сту­пенчатую или пирамидальную форму (см. рис. 24.1). Ступенча­тые фундаменты предпочтительнее из-за более простой опалубки. Для сопряжения с монолитной колонной предусматривают вы­пуски арматуры с длиной заделки не менее 25 диаметров и пло­щадью сечения, соответствующей площади сечения арматуры ко­лонны у обреза фундамента. Вязаные или сварные стыки выпусков располагают выше уровня пола.

Типовые монолитные фундаменты под сборные колонны состоят из плитной части, подколонника со стаканом для заделки колонны (рис. 24.5) и запроектированы высотой от 1,5 до 4,2 с размерами подошвы от 1,5X1,5 до 6x5,4 м.

Монолитные фундаменты выполняют из бетона класса В15 или В20 с арматурой классов A-I...A-III. Арматуру в виде сварных или вязаных сеток устанавливают по подошве фундамента с защитным слоем 35 мм при слое подготовки толщиной 100 мм из бетона класса В5.

Подколонник армируется пространственным каркасом. Глубину стакана принимают равной (l...l,5)h_K, толщину стенок стакана — не менее 200 мм, зазоры между стенками стакана и колонны долж­ны быть не менее 75 мм поверху и 50 мм понизу.

При монтаже колонну устанавливают в гнезде с помощью кон­дуктора или подкладок и клиньев, рихтуют, после чего зазоры за­полняют бетоном класса В17,5...В20 на мелком заполнителе.

Монолитные унифицированные фундаменты подбирают по таб­лицам и графикам в. зависимости от размеров колонны, свойств грунта, значений усилий М, N, Q на уровне верха подколонника, глубины заложения фундамента и т. д.*.

Сборные фундаменты под колонны выполняют одно- и много­блочными (см. рис. 24.2 и 24.6). Масса сборных элементов фунда­ментов достигает 15 т и более и ограничивается грузоподъемно­стью транспортных и монтажных средств.

Для снижения массы фундамента предложены различные ий типы, в том числе фундаменты-оболочки, работающие совместно с грунтом как пространственные системы. Размеры фундамента и его армирование определяют по форму­лам расчета железобетонных конструкций на прочность по уси­лиям от расчетных значений нагрузок.

Центрально-нагруженные фундаменты. Фундамент рассматри­вают как абсолютно жесткий, давление на грунт под его подошвой принимают равномерно распределенным.

Минимальную высоту фундамента с квадратной подошвой опре­деляют из условия его прочности на продавливание по поверхно­сти пирамиды, боковые стороны которой начинаются у граней колонн и наклонены под углом 45°.

Фундаменты армируют сварными сетками, укладываемыми понизу. Площадь сечения арматуры фундамента определяют из расчета фундамента на изгиб. Под воздействием реактивного давления грунта по подошве фундамент работает как консоль заделанная в сечении: по грани колонны, по грани верхней ступени, по границе пирамиды продавливания. Наибольший изгибающий момент возникает в сечении по грани колонны, поэтому по изгибающему моменту определяют необходимое сечение растянутой арматуры, а в местах изменения высоты фундамента проверяют достаточность поставленной арматуры.

Внецентренно нагруженные фундаменты. На верхнем уровне фундамента действуют расчетные усилия от колонны (при у/>1). Давление по подошве фундамента принимают рас­пределенным по линейному закону. Размеры подошвы определяют по значениям N_f и М_f (при у_f=1) на уровне подошвы фундамента.

Подошвы внецентренно нагруженных фундаментов проектируют симметричными и несимметричными относительно оси колонны.

Размеры подошвы фундамента определяют в результате пробных расчетов.

Размеры конструкции фундамента и необходимое сечение арматуры рассчитывают по опорной реакции грунта, эпюру которой вычисляют при расчетных усилиях Nk, Mk, Qk. Расчет на продавливание производят по формуле; при этом при расчете в плоскости действия изгибающего момента значение p_s, принимают равным наибольшему краевому давлению на грунт, а при расчете в перпендикулярной плоскости — среднему давлению на грунт в пределах расчетной подошвы фундамента.

Изгибающие моменты в консольных частях фундамента определяют, исходя из принятой эпюры давления грунта p_s, заменяя трапецеидальную нагрузку на рассматри­ваемом участке эквивалентной равномерно распределенной.

Внецентренно нагруженные фундаменты конструируют подобно центрально-нагруженным.

49.Ленточные фундаменты.Под несущими стенами ленточные фундаменты выполняют преимущественно сборными. Они состоят из блоков-подушек и фундаментных блоков. Блоки-подушки могут быть постоянной и переменной толщины, сплошными, ребристыми, пустотными. Укладывают их вплотную или с зазорами. Рассчитывают только подушку, выступы которой работают как консоли, загруженные реактивным давлением грунта р (без учета массы веса и грунта па ней). Сечение арматуры подушки подбирают по моменту

М = 0,5р1², где I — вылет консоли.

Толщину сплошной подушки h устанавливают по расчету на поперечную силу Q=pl, назначая ее такой, чтобы не требовалось постановки поперечной арматуры.

Ленточные фундаменты под рядами колонн

Ленточные фундаменты под рядами колонн возводят в виде отдельных лент продольного или поперечного (относительно рядов колонн) направления и в виде перекрестных лент. Ленточные фундаменты могут быть сборными и монолитными. Они имеют тавровое поперечное сечение с полкой понизу. При грунтах высокой связности иногда применяют тавровый профиль с полкой поверху. При этом уменьшается объем земляных работ и опалубки, но усложняется механизированная выемка грунта.

Выступы полки тавра работают как консоли, защемленные в ребре. Полку назначают такой толщины, чтобы при расчете на поперечную силу в ней не требовалось армирования поперечными стержнями или отгибами. При малых вылетах полку принимают постоянной высоты; при больших — переменной с утолщением к ребру.

Отдельная фундаментная лента работает в продольном направлении на изгиб как балка, находящаяся под воздействием сосредоточенных нагрузок от колонн сверху и распределенного реактивного давления грунта снизу. Ребра армируют подобно многопролетным балкам. Продольную рабочую арматуру назначают расчетом по нормальным сечениям на действие изгибающих моментов; поперечные стержни (хомуты) и отгибы — расчетом по наклонным сечениям на действие поперечных сил.

Для повышения жесткости фундаментов их поперечное сечение подбирают при низких процентах армирования, однако не ниже минимально допустимого по нормам для изгибаемых элементов. При конструировании необходимо предусматривать возможность неравномерного загружения фундамента в процессе возведения сооружения и неравномерных осадок основания. С этой целью в ребрах устанавливают непрерывную продольную верхнюю и нижнюю арматуру μ=0,2...0,4 % с каждой стороны.

Ленты армируют сварными или вязаными каркасами. Плоских сварных каркасов в поперечном сечении ребра должно быть не менее двух при ширине ребра b 400 мм, не менее трех при Ь=400... 800 мм и не менее четырех при b>800мм.

Расчет ленточных фундаментов

Расчет ленточного железобетонного фундамента охватывает: определение давления грунта по подошве фундамента с учетом его совместного деформирования с основанием; вычисление внутренних сил и моментов, действующих в фундаменте; установление размеров поперечного сечения ленты и ее необходимого армирования.

Ленточный фундамент и его основание работают под нагрузкой совместно, образуя единую систему. Результатом их взаимодействия является давление грунта, развивающееся по подошве. При расчете различают фундаменты: жесткие, перемещения которых вследствие деформирования конструкции малы по сравнению с перемещениями основания; деформируемые, перемещения которых соизмеримы с перемещениями основания.

К жестким фундаментам могут быть отнесены ленты большого поперечного сечения и сравнительно малой длины, нагруженные колоннами при небольших расстояниях между ними. Ленты большой длины, нагруженные колоннами, расположенными на значительных расстояниях, относятся к деформируемым фундаментам.

Расчет ленточного фундамента как балки на линейно-деформируемом полупространстве. Непрерывную связь между балкой и основанием в расчетной системе заменяют сосредоточенными абсолютно жесткими стержнями. Усилия в стержнях принимают равновеликими равнодействующей давления, равномерно распределенного по площади подошвы, соответствующей каждому стержню. Обычно расстояния между стержнями назначают одинаковыми, а число участков — 9...11..

Расчет ленточного фундамента как балки на упругом основании с коэффициентом постели. Предпосылкой расчета является гипотеза о том, что осадка в данной точке основания не зависит от осадки других точек и прямо пропорциональна давлению в этой точке.

Согласно этой предпосылке основание проседает только в пределах подошвы сооружения. В действительности же основание вовлекается в работу и за пределами фундамента.

Для балки на упругом основании с коэффициентом постели с_у погонное давление со стороны грунта в месте, фиксированном расстоянием х.

q(x) = bp = bc_yy, (12.20)

где с_у — коэффициент постели, ориентировочно равный: при весьма слабых грунтах —0,3... 1, при слабых грунтах—1...3, при грунтах средней плотности — 3...8 кг/см³; b — ширина подошвы; р — отпор грунта (давление на грунт); у — осадка грунта и балки на расстоя­нии х от ее конца (начало координат).

Продифференцировав дважды это выражение, получают

q"=bc_yy". 1

Принимают во внимание зависимости, известные из сопротивления материалов:

у" =_ (MIEI); q— л, = М." или q" = M^1V, 2

где под р₀ подразумевается линейная функция нагрузки. Подставляя 1 в 2 и продифференцировав получаем

0,25s⁴/W^IV + M = 0, 3

в котором

Величина s имеет линейную размерность и называется линейной характеристикой балки на упругом основании.

При l/s<0,75 (где / — длина балки) балки называются жесткими (в них деформациями изгиба можно пренебречь); при 0,75<l/s<3 — короткими; при l/s>3 — длинными. Указанные границы условны, поэтому в практике допустимы некоторые отклонения.

Общее решение уравнения (3) имеет следующий вид:

М= C_t е-^ф cos ф + С₂ е^-ф sin ф+ С₃е^ф cos ФН-С₄е^ф sin ф, где ф—xls, причем х — текущая координата.

Перекрестные ленточные фундаменты. Приближенный расчет перекрестных ленточных фундаментов выполняют в предположении распределения давления на грунт по закону плоскости для сооружения в целом. Более точно их рассчитывают как деформируемые балки на упругом основании. Неизвестные силы и моменты взаимодействия лент одного и другого направлений определяют из условия равенства прогибов в местах пересечения. Крутящие моменты ввиду их малого влияния не учитывают.

Расчет перекрестных ленточных фундаментов как системы балок двух направлений в плане, взаимосвязанных с основанием, согласно методу упругого полупространства, весьма трудоемок.

Расчет перекрестных фундаментов как балок на упругом основании с коэффициентом постели значительно проще; в этом случае в дополнение к изложенному выше возникает задача о расчете узла, состоящего из жесткого подколонника и четырех длинных балок..