Пример расчета армирования столбчатого фундамента

Методы армирования и примерный расчет столбчатого фундамента

Основным конструкционным материалом столбчатого фундамента является бетон. Он прочен, надежен, долговечен. Он выдерживает значительные нагрузки на сжатие, а потому основание дома остается целым на протяжении всего времени эксплуатации здания, независимо от давления грунта на него. Однако существуют еще нагрузки на растяжение и изгиб. Они возникают при давлении всей конструкции на подземную часть постройки. Кроме того в холодное время года, когда грунт промерзает на значительную глубину, заледенелая земля пытается вытолкнуть из себя столбы фундамента, когда как не промерзший грунт удерживает его внутри. Чтобы под подобными нагрузками основание дома не потеряло своей целостности, используется армирование столбчатого фундамента.

Способы армирования столбчатого фундамента

Сегодня в строительном мире существуют следующие виды армирования столбчатого фундамента:

• вертикальное – оно же и основное. Выполняется из ребристой арматуры, класса не ниже А-III. Толщина материала может лежать в пределах 10-15 мм. Данный показатель зависит от предполагаемых нагрузок на фундамент и вычисляется, исходя из табличных данных нормативной документации и полевых исследований. Фактурная поверхность арматуры обеспечивает улучшение ее степени сцепления с бетоном, что только усилит конструкцию. Вертикальная арматура проходит вдоль всего столба фундамента. В зависимости от площади сечения последнего вертикальных армирующих прутов может быть от 2 штук до 6 штук. Чем больше количество армирующих прутков содержит столб, тем равномернее распределится нагрузка на изгиб и растяжение, а следовательно долговечнее будет фундамент. Однако здесь нужно выполнять определенные требования к армированию столбчатого фундамента: армирующий каркас не должен проходить ближе, чем на 5 см к краю бетонного столба;
• горизонтальное – считается вспомогательным. Выполняется из гладкой арматуры, диаметром не более 6 мм. Она необходимо лишь для обвязки каркаса. В таком случае последний не потеряет свой первоначальной формы.

Чаще всего столбчатый фундамент заканчивается горизонтальным ростверком. Данная конструкция также подлежит армированию, так как на нее действуют переменные нагрузки. С одной стороны от тяжелых несущих и ограждающий конструкций здания, а с другой – от вспучивания грунта. Последние передаются от столбов основания строения. Армирование ростверка проходит по принципу усиления армирующим каркасом ленточного конструкции.

Совет. Диаметр лучей арматуры рассчитываются исходя из относительного содержания железных прутьев в бетонном столбе. Так, общее сечение арматуры не должно быть меньше 0,1% от общего сечения столба основания дома.

Нормативная документация по армированию столбчатого фундамента

Армирование столбового фундамента проходит согласно следующего ряда нормативных документов:

• СНиП 52-01-2003 о бетонных и железобетонных конструкциях;
• СНиП 2.01.07-85 о нагрузках и воздействии;
• СП 50-101-2004 проектирование и устройство различных оснований здания;
• СНиП 3.02.01-87 основания и фундаменты, другие земляные сооружения.

Пример расчета армирования столбчатого фундамента

Примерный расчет армирования столбчатого фундамента:
Согласно СНиПу 52-01-2003, для армирования стандартного двухметрового столба, диаметром 200 мм необходимо 4 стальных прута с площадью поперечного сечения каждого до 10 мм. Согласно стандартам такой каркас должен закрепляться в минимум четырех местах горизонтальным армирование. Оно выполняется проволокой 6 мм в диаметре.

Итак, для одного столба для вертикального армирования нужно 8 м ребристой арматуры, для горизонтального армирования 1,2 м обычной стальной проволоки. Если фундамент е из приведенных значений умножаем на 30. Получаем необходимую для армирования столбчатой основы длину стальной проволоки.

Вывод

Итак, для усиления столбчатого фундамента необходимо вертикальное и горизонтальное армирование. Усилению стальной проволокой подлежит и горизонтальный ростверк. Армирование проводится только в полном соответствии с нормативной документацией. Согласно установленным нормам проводятся и предварительные расчеты относительно требуемого количества арматуры.

Видео-обзор заливки столбчатого фундамента:

Источник

Расчет столбчатого фундамента (Excel)

размещено: 05 Сентября 2020
обновлено: 26 Мая 2021

В программе можно быстро произвести расчет столбчатого фундамента по I и II предельному состоянию.
Все расчеты выполняются по актуальным СП на текущую дату 09.2020.

v.0.2 от 30.12.2020 Исправлено:
— Неправильно выводился минимальный процент армирования
— Вывел минимальную площадь арматуры в см2.
— Графики отражают фундамент полностью
— Опечатки
— На графике исправлена отметка грунта

v.0.3 от 26.05.2021 Исправлено:
— Уменьшил количество ступеней до 3 шт
— Откорректированы примечания
— Улучшена графика
— Расчет в общем стал понятнее и интуитивнее
— Теперь ширина подколонника задается в ручную
— Исправлена ошибка при расчете координаты расчетного сечения вдоль оси Х
— Добавлено правило знаков
— Теперь высота рабочего сечения вдоль оси Х рассчитывается точнее
— На график выведены вспомогательные линии пирамиды продавливания
— Откорректирован расчет на прочность ступеней вдоль оси Х

Всегда рад доброй критике и возможным предложениям.

Комментарии

Добрый день. Недавно закончил делать похожую программу, еще свежи формулы в голове.

Добрая критика и предложения:
1. расчетное сопротивление грунта лучше тоже вычислять, т.к. оно зависит от размеров фундамента. Т.е. на одном и том же основании разные по геометрии фундаменты будут иметь разную R
2. расчет на осадку тоже нужен. Он может быть определяющим для габаритов фундамента.
3. изгибающие моменты можно задать в двух плоскостях — у Вас есть вся геометрия для проверки фундамента в другой плоскости. + проверка угловой точки (R > 1.5P)
4. часто бывает разное кол-во ступеней в двух направлениях фундамента. Расчет на продавливание тоже усложняется для такого случая.
5. минимальный процент армирования подошвы фундаментов не регламентируется. (хотя в современных нормах не нашел этого пункта)
6. удобней задавать высоту фундамента, а не высоту подколонника. А то при изменении кол-ва ступеней, нужно изменять высоту подколонника.

Сообщение #2 от 77867026670

А если сравнить с расчетом:
https://www.gvozdem.ru/stroim-dom/kalkulyatory/raschet-svaynogo-fundamenta.php
в чем преимущество этого расчета?

Сообщение #1 от Евгений Грызунов

Добрый день. Недавно закончил делать похожую программу, еще свежи формулы в голове.

Добрая критика и предложения:
1. расчетное сопротивление грунта лучше тоже вычислять, т.к. оно зависит от размеров фундамента. Т.е. на одном и том же основании разные по геометрии фундаменты будут иметь разную R
2. расчет на осадку тоже нужен. Он может быть определяющим для габаритов фундамента.
3. изгибающие моменты можно задать в двух плоскостях — у Вас есть вся геометрия для проверки фундамента в другой плоскости. + проверка угловой точки (R > 1.5P)
4. часто бывает разное кол-во ступеней в двух направлениях фундамента. Расчет на продавливание тоже усложняется для такого случая.
5. минимальный процент армирования подошвы фундаментов не регламентируется. (хотя в современных нормах не нашел этого пункта)
6. удобней задавать высоту фундамента, а не высоту подколонника. А то при изменении кол-ва ступеней, нужно изменять высоту подколонника.

Сообщение #1 от Евгений Грызунов

5. минимальный процент армирования подошвы фундаментов не регламентируется. (хотя в современных нормах не нашел этого пункта)

Сообщение #6 от Евгений Грызунов

Ну вот фундаментные плиты и столбчатые фундаменты наверно разные вещи.

Источник

Расчет столбчатых фундаментов металлического каркаса

Уважаемые коллеги, продолжаем рассматривать небольшие примеры использования ФОК Комплекс для расчета фундаментов. Сегодня мы рассмотрим примеры расчета столбчатых фундаментов металлического каркаса. В начале произведем ручной расчет 2-х фундаментов с дальнейшим сравнением с полученными результатами по ФОК Комплекс.

Пример расчета столбчатых фундаментов. Исходные данные

Площадка строительства характеризуется следующими атмосферно-климатическими воздействиями и нагрузками:

• вес снегового покрова (расчетное значение) — 240 кг/м 2 ;
• давление ветра — 38 кг/м 2 ;

Геология

Относительная разность осадок (Δs/L)_u = 0,004;
Максимальная S_{umax или средняя Su осадка = 15 см;}
Нагрузки на столбчатые фундаменты получены из ПК ЛИРА.
Для ручного расчета рассмотрим фундаменты Фм3 и Фм4

Ручной расчет

Определение размеров подошвы фундамента

Основные размеры подошвы фундаментов определяем исходя из расчета оснований по деформациям. Площадь подошвы предварительно определим из условия:

где P- среднее давление по подошве фундамента, определяем по формуле:

A — площадь подошвы фундамента.

N – вертикальная нагрузка на обрезе фундамента

G – вес фундамента с грунтом на уступах

где γ — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое равным 2 т/м 3 ;

d — глубина заложения;

Для предварительного определения размеров фундаментов, P определяем по таблице В.3 [СП 22.13330.2011]

Р = 250 кПа = 25,48 т/м 2 .

Для фундамента Фм3, N = 35,049 т

A = 35,049 т / (25,48 т/м 2 — 2,00 т/м 3 · 3,300 м) = 35,049 т/18,88 т/м 2 = 1,856 м 2 .

Принимаем габариты фундамента b = 1,5 м

Для фундамента Фм4, N = 57,880 т

A = 57,880 т / (25,48 т/м 2 — 2,00 т/м 3 · 3,300 м ) = 57,880 т / 18,88 т/м 2 = 3,065 м 2 .

Принимаем габариты фундамента b = 1,8 м

1. Определение расчетного сопротивления грунта основания

5.6.7 При расчете деформаций основания фундаментов с использованием расчетных схем, указанных в 5.6.6, среднее давление под подошвой фундамента р не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, определяемого по формуле

где γ_с1 и γ_с2 коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 5.4[1];

k— коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта (φ_п и с_п) определены непосредственными испытаниями, и k=1,1, если они приняты по таблицам приложения Б[1];

k_z— коэффициент, принимаемый равным единице при b 3 ;

γ’_II — то же, для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м 3 ;

с_II— расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (см. 5.6.10[1]), кПа;

d₁— глубина заложения фундаментов, м, бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (5.8)[1]. При плитных фундаментах за d₁принимают наименьшую глубину от подошвы плиты до уровня планировки;

d_b— глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом глубиной свыше 2 м принимают равным 2 м);

здесь h_s— толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf — толщина конструкции пола подвала, м;

γ_cf — расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м 3 .

При бетонной или щебеночной подготовке толщиной h_n допускается увеличивать d₁на h_n.

Примечания

1 Формулу (5.7)[1] допускается применять при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А, значение bпринимают равным .

2 Расчетные значения удельного веса грунтов и материала пола подвала, входящие в формулу (5.7)[1] допускается принимать равными их нормативным значениям.

3 Расчетное сопротивление грунта при соответствующем обосновании может быть увеличено, если конструкция фундамента улучшает условия его совместной работы с основанием, например фундаменты прерывистые, щелевые, с промежуточной подготовкой и др.

4 Для фундаментных плит с угловыми вырезами расчетное сопротивление грунта основания допускается увеличивать, применяя коэффициент k_d по таблице 5.6 [1].

5 Если d₁>d (d— глубина заложения фундамента от уровня планировки), в формуле (5.7)[1] принимают d₁ = d и d_b = 0.

6 Расчетное сопротивления грунтов основания R, определяемое по формулам (В.1)[1] и (В.2)[1] с учетом значений R₀ таблиц B.1-В.10[1] приложения B[1], допускается применять для предварительного назначения размеров фундаментов в соответствии с указаниями разделов 5-6[1].

Исходные данные:

Основание фундаментом являются — суглинком лессовидным непросадочным полутвёрдой консистенции, желто-бурого цвета, с включением прослоев супеси, ожелезненный. (ИГЭ 2)

Для фундамента Фм3 : b = 1,50 м;

Для фундамента Фм4 : b = 1,80 м;

Для фундамента Фм3:

R = (1,10 ·1,00) / 1,00· [0,72 · 1,00 · 1,50 м · 1,780 т/м 3 + 3,87· 3,30 м· 1,691 т/м 3 +

+ (3,87 – 1,00) · 0,0· 1,691 т/м 3 + 6,45·1,1 т/м 2 ] = 1,10· (1,922 т/м 2 +21,596 т/м 2 +

+ 0,0 + 7,095 т/м 2 ) = 33,674 т/м 2 .

Для фундамента Фм4:

R = (1,10 ·1,00) / 1,00 · [0,72 · 1,00 · 1,80 м·1,780 т/м 3 + 3,87 · 3,30 м·1,691 т/м 3 +

+ (3,87 – 1,00) ·0,0·1,691 т/м 3 + 6,45·1,1 т/м 2 ] = 1,10 · (2,307 т/м 2 + 21,596 т/м 2 +

+ 0,0 + 7,095 т/м 2 ) = 34,098 т/м 2 .

2. Определение осадки

5.6.31 Осадку основания фундамента s, см, с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства (см. 5.6.6[1]) определяют методом послойного суммирования по формуле

где b — безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σ_zp,i — среднее значение вертикального нормального напряжения (далее — вертикальное напряжение) от внешней нагрузки в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента (см. 5.6.32[1]), кПа;

h_i — толщина i-го слоя грунта, см, принимаемая не более 0,4 ширины фундамента;

E_i — модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения, кПа;

σ_zγ,i — среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта (см. 5.6.33[1]), кПа;

Е_е,i — модуль деформации i-го слоя грунта по ветви вторичного нагружения, кПа;

n — число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При этом распределение вертикальных напряжений по глубине основания принимают в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 5.2.

DL — отметка планировки; NL — отметка поверхности природного рельефа; FL — отметка подошвы фундамента; WL — уровень подземных вод; В, С — нижняя граница сжимаемой толщи; d и d_n — глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; b — ширина фундамента; р — среднее давление под подошвой фундамента; s_zg и s_zg,0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; σ_zp и σ_zp,0 — вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; σ_zγ,i — вертикальное напряжение от собственного веса вынутого в котловане грунта в середине i-го слоя на глубине z от подошвы фундамента; Н_с — глубина сжимаемой толщи

Рисунок 5.2 — Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве

Примечания:

1 При отсутствии опытных определений модуля деформации Е_е,i для сооружений II и III уровней ответственности допускается принимать Е_е,i = 5Е_i.

2 Средние значения напряжений σ_zp,i и σ_zγ,i в i-м слое грунта допускается вычислять как полусумму соответствующих напряжений на верхней z_i-1 и нижней z_i границах слоя.

5.6.32 Вертикальные напряжения от внешней нагрузки σ_zp = σ_z — σ_zu зависят от размеров, формы и глубины заложения фундамента, распределения давления на грунт по его подошве и свойств грунтов основания. Для прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов значения s_zp, кПа, на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы, определяют по формуле

где α — коэффициент, принимаемый по таблице 5.8[1] в зависимости от относительной глубины ξ, равной 2z/b;

р — среднее давление под подошвой фундамента, кПа.

5.6.33 Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента σ_zγ = σ_zγ — σ_zu, кПа, на глубине z от подошвы прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов определяют по формуле

где α — то же, что и в 5.6.32[1];

s_zg,0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента, кПа (при планировке срезкой σ_zg,0 = γ‘d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой σ_zγ,0 = γ‘d_n, где γ‘ — удельный вес грунта, кН/м 3 , расположенного выше подошвы; d и dn, м, — см. рисунок 5.2[1]).

При этом в расчете σ_zγ используются размеры в плане не фундамента, а котлована.

5.6.34 При расчете осадки фундаментов, возводимых в котлованах глубиной менее 5 м, допускается в формуле (5.16) не учитывать второе слагаемое.

5.6.41 Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают на глубине z = Н_c, где выполняется условие σ_zp = 0,5σ_zγ. При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше Н_min, равной b/2 при b ≤ 10 м, (4 + 0,1b) при 10 ≤ b ≤ 60 м и 10 м при b > 60 м.

Если в пределах глубины Н_с, найденной по указанным выше условиям, залегает слой грунта с модулем деформации Е > 100 МПа, сжимаемую толщу допускается принимать до кровли этого грунта.

Если найденная по указанным выше условиям нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е ≤ 7 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = Н_с, то этот слой включают в сжимаемую толщу, а за Н_с принимают минимальное из значений, соответствующих подошве слоя или глубине, где выполняется условие σ_zp = 0,2_szγ.

При расчете осадки различных точек плитного фундамента глубину сжимаемой толщи допускается принимать постоянной в пределах всего плана фундамента (при отсутствии в ее составе грунтов с модулем деформации Е > 100 МПа).

Площадь подошвы фундамента Фм3: S = 2,25 м 2 (габариты 1,50 м × 1,50 м).

Нормативная нагрузка от конструкций N = 29,208 т

при b = 1,5 м ≤ 10 м

Таблица: Осадка фундамента Фм3

Сжимаемая толща основания H = 2,00 м > H_min = 0,75 м

Осадка фундамента: S = 0,8·0,049 м = 0,0392 м (3,92 см) 2 (габариты 1,80 м × 1,80 м).

Нормативная нагрузка от конструкций N = 47,598 т

при b = 1,8 м ≤ 10 м

Таблица: Осадка фундамента Фм4

Сжимаемая толща основания H = 2,00 м > H_min = 0,90 м

Осадка фундамента: S = 0,8· 0,061 м = 0,0488 м (4,88 см) p _ср = N₀ / A = (35,049 т + 2,00 т/м 3 · 3,300 м · 1,500 м · 1,500 м) / (2,250 м 2 ) =

= 49,899 т / 2,250 м 2 = 22,177 т/м 2

Q_I = 22,177 т/м 2 · 1,50 м · ( 1,50 м – 0,40 м) / 2 = 18,296025 т

Q_II = 22,177 т/м 2 · 1,50 м · ( 1,50 м – 0,90 м) / 2 = 9,97965 т

Проверяем выполнение условий (2.26)[2], для бетона класса В15,

18,296025 т 2 · 1,5 м · (3,600 м – 0,040 м)

18,296025 т 2 · 1,5 м · (0,300 м – 0,040 м)

9,97965 т 2 · (1,50 м – 0,40 м) 2 · 1,50 м = 5,0314 тм

М_II = 0,125 · 22,177 т/м 2 · (1,50 м – 0,90 м) 2 · 1,50 м = 1,4969 тм

В качестве рабочих стержней примем арматуру класса A-III с расчетным сопротивлением R_s = 37206,93 т/м 2 .

Требуемая площадь сечения арматуры по формуле (2.32)[2]

А_sI = 5,0314 тм / (0,9 · (3,600 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2 ) =

= 5,0314 тм / 119211,00372 т/м 2 = 0,000042 м 2 = 0,42 см 2 .

А_sII = 1,4969 тм / (0,9 · (0,300 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2 ) =

= 1,4969 тм / 8706,421 т/м 2 = 0,000172 м 2 = 1,72 см 2 .

Принимаем 8 Ø10 A-III А_s = 6,280 см 2 , шаг 200 мм.

Для фундамента Фм4

Поперечная сила у грани колонны и грани подошвы (2.25) [2]:

p p _ср = N₀ / A = (57,880 т + 2,00 т/м 3 · 3,300 м · 1,800 м · 1,800 м) / (3,240 м 2 ) =

= 79,264 т / 3,240 м 2 = 24,464 т/м 2

Q_I = 24,464 т/м 2 · 1,80 м · ( 1,80 м – 0,40 м) / 2 = 30,82464 т

Q_II = 24,464 т/м 2 · 1,80 м · ( 1,80 м – 0,90 м) / 2 = 19,81584 т

Проверяем выполнение условий (2.26)[2], для бетона класса В15,

30,82464 т 2 · 1,8 м · (3,600 м – 0,040 м)

30,82464 т 2 · 1,8 м · (0,300 м – 0,040 м)

19,81584 т 2 · (1,80 м – 0,40 м) 2 · 1,80 м = 17,050 тм

М_II = 0,125 · 24,464 т/м 2 · (1,80 м – 0,90 м) 2 · 1,80 м = 4,458 тм

В качестве рабочих стержней примем арматуру класса A-III с расчетным сопротивлением R_s = 37206,93 т/м 2 .

Требуемая площадь сечения арматуры по формуле (2.32)[2]

А_sI = 17,054 тм / (0,9 · (3,600 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2 ) =

= 17,054 тм / 119211,00372 т/м 2 = 0,000143 м 2 = 1,43 см 2 .

А_sII = 4,458 тм / (0,9 · (0,300 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2 ) =

= 4,458 тм / 8706,421 т/м 2 = 0,000512 м 2 = 5,12 см 2 .

Принимаем 9 Ø10 A-III А_s = 7,065 см 2 , шаг 200 мм.

Относительная разность осадок (4,88 см – 3,92 см) / 600 см = 0,0016

Источник