Арматура от продавливания фундамента

Расчет фундаментной плиты на прочность и продавливание

Расчет фундаментной плиты на продавливание позволяет обеспечить запас прочности основания, вычислить размеры монолитного блока. На изготовление основания затрачивается треть бюджета строительства, поэтому естественным желанием заказчика является максимальная экономия средств.

Расчет фундаментной плиты на прочность необходим для того чтобы знать марку бетона, количество арматуры, а также толщину самой плиты.

Расчет на продавливание необходим для определения минимально возможного класса бетона, толщины фундаментной плиты, количества арматуры внутри нее.

При проектировании зданий на плиту опирают либо стены по периметру, либо колонны, на которые крепятся материалы стен. Поэтому расчеты всегда индивидуальны для каждого объекта.

Конструирование плит с колоннами внутри периметра

Толщина монолитного фундамента под колонну в этом случае рассчитывается исходя из конструктивных особенностей основания:

Схема устройства плитного фундамента.

• плита может находиться между колоннами;
• колонна опирается на монолит сверху;
• ж/б элементы основания сопрягаются друг с другом.

Общим условием является меньшее значение сосредоточенной силы от нагрузок, чем усилия, воспринимаемого бетоном данного сечения (F My/Mmax + Mx/Mult + F/Fmax

Где Mx, My – сосредоточенные моменты, действующие в соответствующих направлениях, Mult, Mmax – предельные моменты, которые может воспринимать бетон в этих же направлениях. Величина F – это сила от внешних нагрузок, Fmax – усилие, воспринимаемое бетоном в расчетном сечении.

При вычислении расчетной площади продавливания учитываются расстояния между гранями колонны, краем плиты (c), размеры сечения (b, a), толщина монолита (h):

A = 0,5h(a + a(c/0,5h) + 2b + 2c + h)

Фундамент часто имеет технологические, эксплуатационные люки, проемы, отверстия. Специальные расчеты проводятся лишь при малом их удалении от места положения колонн (меньше 6h). В вычислениях оперируют сосредоточенными моментами, нормальными силами, они полностью идентичны предыдущим вариантам. Однако имеются специфические особенности расчетов:

• от центра сечения проводят две прямые к краям отверстия;
• расчет фундаментной плиты производят без учета получившегося между ними сектора.

Таким образом, расчет фундамента обеспечивает запас прочности для повышения ресурса основания здания, сооружения.

Расчет на продавливание возле стен

При расположении в сложных конструкциях колонн вблизи стен прочности фундамента должно хватать для выдерживания сосредоточенных в этих зонах нагрузок. Поэтому в данном случае используются дополнительные вычисления. Правила расчета при этом не изменяются, однако учитывается сосредоточенный момент лишь в одном направлении (из плоскости стены в колонну). Его принимают равным половине разности моментов изгиба монолитного основания.

Расчет плитного фундамента, в котором колонна находится возле угла стен, не учитывает момент, берется лишь значение продольной силы. Вычисления на отрыв присутствуют в схемах подвешивания плиты к стене, они проводятся в дополнение к вышеуказанным. Отгибы арматуры в зоне опирания колонны принимаются за концентрированное продольное армирование. В этом случае в расчет на прочность добавляется поперечное сечение отгибов, угол их наклона к плите.

Таблица: Необходимое количество бетона в зависимости от толщины фундаментной плиты.

В качестве поперечной концентрированной арматуры также рассматриваются элементы из профилированной стали. Расчет плиты проводится согласно общим правилам, площадь сечения вычисляют в зависимости от толщины полок, стенок профиля.

Существуют методики экспериментального продавливания кусков ж/б плит специальными штампами, повторяющими форму основания колонн (крестообразное, угловое, квадратное сечение). При эксперименте исключается разрушение от изгибающих нагрузок, для чего задаются необходимые параметры армирующего слоя (шаг, диаметр стержней), образцы плит берутся равными 20 см в толщину. Толщина пластин штампов также равна 20 см.

Сложность моделирования поведения железобетона заключается в нелинейности материалов, анизотропности бетона. Касательные напряжения внутри монолитных оснований с опиранием на них колонн имеют следующие изометрические линии. Пример расчета по методике конечных элементов для 20 см плиты с нижней, верхней армосетками из прутков класса А400С диаметром 1 см с шагом в перпендикулярных направлениях 15 см показал:

• разрушение происходит на шестой ступени приложения продавливающей нагрузки;
• предельно-полезная нагрузка для заданных условий не превышает 27 кН на квадрат;
• пределы прочности железобетона равны: растяжения – 1,05 МПа, сжатия – 14,5 МПа;
• модуль упругости равен 30 ГПа.

В большинстве случаев расчеты показывают, что трещинообразование в монолитном бетоне происходит в направлении 45 градусов от осей, арматурным стержням присущи пластические деформации.

Источник

Расчет на продавливание

Премеры расчетов на продавливание:

Любую плитную конструкцию (плиту перекрытия, фундаментную плиту или плитный ростверк) при наличии сосредоточенной силы необходимо проверять на продавливание. Причем, сосредоточенной силой может выступать и обыкновенное наличие опоры (колонны или сваи), т.к. в данном месте нагрузка в плите концентрируется и стремится «продавить» плиту.

Обратите внимание, на продавливание проверяют только плитные конструкции! Балки (в том числе балочные ростверки) на продавливание считать не нужно.

В чем суть продавливания? Чем оно опасно?

Если на плиту давить сосредоточенная нагрузка, она пытается выдавить под собой кусочек плиты. Если прочностных характеристик бетона и толщины плиты достаточно, чтобы выдержать продавливающую силу, то конструкция выстоит. Иногда случается, что продавливающая сила превышает несущую способность плиты, тогда в ход идет поперечная арматура. Если и этого недостаточно, приходится увеличивать (иногда локально – в виде капителей под перекрытиями или банкеток над фундаментными плитами) толщину плиты.

При этом сосредоточенная сила пытается именно выдавить кусочек плиты.

Предположим, у нас есть плита определенной толщины, на которую давит сила F. Давление этой силы распределяется по небольшой площадке (на рисунке показана черным) – это и будет верхнее основание пирамиды продавливания. В железобетоне любое усилие распространяется (расширяется) под углом 45 градусов. Поэтому действующая сила будет пытаться выколоть участок плиты, имеющий форму пирамиды и расширяющийся к низу под углом 45 градусов. Нижнее основание пирамиды (показано бордовым) ограничивает контур продавливания внизу плиты. В итоге, мы имеем вот такую пирамиду, пытающуюся выколоться из плиты, и каждая грань этой пирамиды (при отсутствии ограничений, о которых поговорим ниже) наклонена под углом 45 градусов.

Какие факторы влияют на продавливание?

1) Толщина плиты – чем она меньше, тем больше риск продавливания.

2) Величина защитного слоя до рабочей арматуры в основании пирамиды продавливания – чем больше защитный слой, тем меньше рабочая высота сечения, и тем больше риск продавливания (причем, каждые 10 мм играют значительнейшую роль).

3) Величина сосредоточенной нагрузки – чем больше нагрузка, тем хуже для плиты.

4) Размеры площадки, по которой распределена сосредоточенная нагрузка – чем меньше площадка, тем хуже.

5) Класс бетона по прочности – чем меньше, тем хуже.

6) Площадь поперечной арматуры (если она есть) – чем больше площадь, тем лучше плита держит продавливание; хотя здесь есть ограничение в условиях формулы (201) – до бесконечности площадь увеличивать не получится.

В каких случаях необходимо выполнять расчет на продавливание?

1) Если на плите (будь то фундамент или перекрытие) есть сосредоточенная нагрузка – опирается какая-то стойка, оборудование установлено и т.п. В этом случае эта сосредоточенная нагрузка служит продавливающей силой, и чем меньше площадь ее опирания, тем больше вероятность риска продавливания.

2) Если плита опирается на колонну или фундаментная плита – на сваю. В этом случае нагрузка от плиты концентрируется на опоре, и реакция этой опоры служит продавливающей силой, пытающейся выдавить вверх пирамиду из плиты.

3) Если в плитном ростверке колонна опирается где-то между сваями. Здесь, как и в первом случае, нагрузка от колонны служит продавливающей силой.

4) В расчете столбчатого фундамента под колонну подошва также проверяется на продавливание от действия нагрузки от колонны. Обычно в ходе расчета на фундаменте наращиваются ступени до тех пор, пока не будет удовлетворено условие по продавливанию.

Рассматривать расчет на продавливание мы будем на основании п. 3.96 Пособия по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры к СНиП 2.03.01-84. Обратите внимание, что если считать по российскому пособию к СП 52-101-2003, то там будут другие формулы, и расчет несколько отличается.

Пример 1. Расчет плиты перекрытия на продавливание

На плиту перекрытия давит сосредоточенная нагрузка (допустим, стойка какого-то оборудования или что-то подобное). Сосредоточенная – это не значит, что она приходит в точку, но площадь ее приложения ограничена небольшим участком. Необходимо выполнить расчет плиты перекрытия на продавливание.

Толщина плиты 230 мм, расстояние от нижней грани плиты до оси рабочей арматуры 30 мм, бетон класса В25 (Rbt = 9.7 кг/см² при коэффициенте условий работы 0,9), продавливающая сила F = 3 т, площадка продавливания размером 0,2х0,3 м.

До начала расчета определимся с геометрией пирамиды продавливания. В расчете по высоте участвует не вся плита, а ее рабочая высота h₀ = 230 – 30 = 200 мм. Это объясняется тем, что когда распространяющееся сверху вниз под углом 45 градусов усилие доходит до нижней арматуры, пирамида перестает расширяться, а выкалывается дальше вертикально. Поэтому чем больше рабочая высота сечения, тем лучше для плиты.

Сила F распределена по площадке 0,2х0,3 м, эта площадка служит верхним основанием пирамиды продавливания. Нам необходимо определить размеры основания пирамиды. Сделать это просто графически: т.к. угол наклона граней пирамид 45 градусов, то каждая грань нижнего основания в плане отстоит от каждой грани верхнего основания на величину h₀ = 200 мм (это видно из рисунка).

Если посчитать размеры нижнего основания математически, то мы получим следующие величины:

200 + 2h₀ = 200 + 2∙200 = 600 мм;

300 + 2h₀ = 300 + 2∙200 = 700 мм.

Теперь приступим к расчету. По формуле (200) пособия определим, выдержит ли бетон плиты продавливающую силу.

Найдем периметры нижнего и верхнего оснований пирамиды:

2∙(200 + 300) = 1000 мм = 1 м;

2∙(600 + 700) = 2600 мм = 2,6 м.

Среднеарифметическое значение периметров равно: (1 + 2,6)/2 = 1,8 м (по сути, это периметр, проходящий по средней линии пирамиды).

Найдем правую часть уравнения (200): 1,0∙9,7∙10∙1,8∙0,2 = 34,92 т (здесь 10 – коэффициент перевода кг/см² в т/м²).

Источник

Основы армирования монолитной плиты фундамента с чертежами

Использованием исключительно одного, пусть даже качественного бетона, нельзя обеспечить надежность и долговечность конструкции. В плитном монолитном фундаменте бетон – это только строительный материал, а оптимальную прочность, способность нейтрализовать внешние воздействия от нагрузок можно только благодаря арматурному поясу.

Поэтому надежные и долговечные монолитные фундаменты, на которых часто возводят высотные бетонные здания, имеют мощное армирование, причем в данном случае часто могут применять сразу несколько различных видов арматуры в зависимости от допустимых нагрузок, структуры почвы и размеров плиты.

Какое армирование используется для монолитной плиты?

Так выглядит условно чертеж армирования монолитной плиты. Но в реальности, схема существенно отличается − она более детальная, так как нужно предусматривать множество факторов и параметров.

Учитывая размеры и массу железобетонной плиты, для армирования лучше использовать:

1. Для вертикальных поясов прутья с внешним диаметром до 10 мм.
2. Для горизонтальных поясов – до 14 мм.
3. Для перемычек подходит и 8 мм.

Если используется композитная арматура, то диаметр несущих элементов может быть и меньшим, но количество прутьев нужно увеличивать. В большинстве случаев, схема расположения арматуры предусматривает использование прутьев с диаметром до 5% от толщины самой плиты. Тогда будет достигнута максимальная эффективность конструкции при минимальных финансовых расходах.

В отличие от ленточных фундаментов, монолитная плита армируется неравномерно. В зонах с минимальной нагрузкой каркас будет ослабленным, а вот на углах здания, на пересечения несущих стен, армирование уже будет значительно мощнее, так как это зоны продавливания − максимального давления, где возникают деформационные сдвиги.

Армирование по ширине плиты

Принимается стандартный квадратный размер плиты, где шаг арматурного каркаса будет одинаковым в любых направлениях. Для бетонных зданий армирование делают с интервалом 200−400 мм, для кирпичных зданий достаточно 200 мм, чертеж будет напоминать шахматную доску.

Для легких каркасных зданий шаг будет еще меньшим, ведь нагрузка на фундамент значительно меньшая, но тут также многое зависит от типа почвы и ее несущих способностей. Но, в соответствии с СП «Бетонные и железобетонные конструкции», максимальное расстояние между стержнями не должно составлять 1,5 толщины плиты в целом.

Что такое зоны продавливания и их влияние на армирование

В местах, где на фундамент влияет основная нагрузка от несущих конструкций здания, возникает дополнительное напряжение. Оно влияет не только на распределение бетона, но и на степень его амортизации. Чтобы нейтрализовать влияние массы несущих конструкций, в местах соединения несущих стен и основания используется сплошной ряд армирования.

Если арматура в центре плиты имеет шаг 200 мм, то в зоне продавливания шаг будет уже 100 мм и даже меньше. В расчетах и будущей схеме армирования плиты будет указано максимально допустимое расстояние между вертикальными арматурными звеньями.

Оптимальным решением в таких случаях будет:

1. Разработка подробного проекта арматурного каркаса с указанными расстояниями между поясами.
2. Выполнение рабочей схемы армирования.
3. Вынос вертикальных стержней выше основания, чтобы соединить несущие стены и фундамент арматурным поясом, а не оставлять только бетонное соединение.

На данный момент, в соответствии с ГОСТ 5781-82, существуют следующие типы стальных арматур:

• А240 (АІ). Это гладкие прутья, больше используются для вертикального армирования, в монолитных основаниях не используются.
• А300 (АІІ). Прутья с рабочим диаметром 10-12 мм, имеют внешний периодичный профиль с кольцевыми насечками.
• А400 (АІІІ). Имеет серповидный профиль, большой рабочий диаметр и оптимальный для монолитной плиты.

Выбор арматуры для монолитного фундамента зависит от множества факторов.

Как связывать арматурный каркас

Некоторые чертежи уже предусматривают метод соединения, если проведен расчет допустимой нагрузки на основание. Но большинство строителей используют метод сварки или связывания. Сварку сейчас мало используют, ведь из-за длительного локального нагрева металл меняет свою структуру и слегка деформируется. А вот связывание обеспечивает достаточную гибкость. Для связывания рекомендуется использовать мягкую прочную стальную проволоку диаметром 3−4 мм, а также плоскогубцы или зажимы.

Принцип армирования монолитной плиты:

1. Сначала нужно сделать опалубку, на внутренней части за 5 см от края установить рулонную гидроизоляцию.
2. Затем установить на расстоянии до 5 см от песчано-гравийной подушки горизонтальный арматурный пояс, укрепить его колышками или уплотнителями. Арматура не должна соприкасаться с подушкой и боковыми стенками опалубки.
3. С интервалом 200−400 мм устанавливают вертикальные прутья, в нижней кромке связываются с горизонтальным поясом. С целью увеличить прочность здания, в углах армирование устанавливают чаще, дополнительно усиливают продольными прутьями.
4. Горизонтальные пояса монтируют с интервалом 15 см, но учитывают толщину плиты. В некоторых случаях дистанцию можно уменьшить, но не увеличивать. Последовательно связывают вертикали с горизонтальным поясом.
5. Выводят вертикальный слой арматуры выше залегания верхней кромки фундамента. Она затем свяжется с нижним краем несущих стен.

По окончании армирования вся конструкция заливается бетоном.

Типичный пример расчета арматурного каркаса для монолитного фундамента

Для расчета берется монолитная плита с габаритными размерами 6х6 метров, толщина плиты для частного дома 20 см. В примере будет использоваться расчет арматурного пояса в зоне сопряжения:

1. Площадь фундамента: 1,2 кв. метра.
2. Минимальная площадь арматуры 1,2*0,3% = 36 кв. см.
3. Площадь арматуры для одного горизонтального пояса с учетом интервала между поясами 100 мм составит 36/2 = 18 кв. см.

В ГОСТ 5781-82 есть весь допустимый ассортимент арматурных прутьев с их поперечным сечением и допустимой длиной. Поэтому, для данного примера целесообразно использовать 12 стержней с диаметром 14 мм каждый. Затем нужно сделать чертеж будущего каркаса, чтобы посчитать необходимое количество арматуры. Для стороны длиной 6 метров целесообразно принимать шаг горизонтального пояса 300 мм, а для вертикального – 300 мм с использованием арматуры диаметром 8 мм.

Если свести все данные в таблицы с учетом использования П-образных соединительных арматурных хомутов, тогда для армирования монолитной плиты площадью 36 кв. м придется купить и вложить 515,2 м арматуры с диаметром 12 мм и 56 м с диаметром 8 мм.

Источник