Продавливание фундамента стаканного типа

Расчет фундаментов на продавливание

Расчет на продавливание производится из условия, чтобы действующие усилия были восприняты бетонным сечением фундамента без установки поперечной арматуры: при монолитном сопряжении колонны с плитной частью – от верха последней (рис.2, а), при монолитном сопряжении подколонника с плитной частью независимо от вида соединения колонны с подколонником (монолитные или стаканные) при расстоянии от верха плитной части до низа колонны Н₁ ≥ (b_uc – b_c)/2 – от верха плитной части (рис.2, б), а при меньшем Н₁ – от низа колонны (рис.2, в). Проверка выполнения этого условия производится в обоих направлениях.

Рис.2. Схема образования пирамиды продавливания

а – монолитное сопряжение плитной части с колонной; б – то же, с высоким подколонником; в – то же, с низким подколонником; 1 – колонна; 2 – плитная часть; 3 – подколонник

При расчете фундамента на продавливание определяется минимальная высота плитной части h и назначаются число и размеры ее ступеней или проверяется несущая способность плитной части при заданной ее конфигурации. При расчете на продавливание от верха плитной части принимается, что продавливание фундамента при центральном нагружении происходит по боковым поверхностям пирамиды, стороны которой наклонены под углом 45° к горизонтали (см.рис.2).

Квадратный фундамент рассчитывается на продавливание из условия

где F – расчетная продавливающая сила; k – коэффициент, принимаемый равным 1; R_bt – расчетное сопротивление бетона на растяжение; b_a – среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания, образующейся в пределах рабочей высоты сечения h₀ (расстояния от верха плитной части до середины арматуры).

Величины F и b_a определяются по формулам:

где р – давление на грунт без учета веса фундамента и грунта на его уступах;

здесь А – площадь подошвы фундамента; А_р – площадь нижнего основания пирамиды продавливания.

Для центрально нагруженных прямоугольных и внецентренно нагруженных квадратных фундаментов принимают схему, в которой рассматривается усилие прочности одной грани, параллельной меньшей стороне основания фундамента (рис.3). Условие прочности проверяют по формуле (7).

Рис.3. Схема образования пирамиды продавливания при внецентренной нагрузке

Расчет производится на действие вертикальной силы N, приложенной по обрезу фундамента, и момента на уровне подошвы подошвы М. В этом случае сила и размер сторон пирамиды продавливания будут:

р и р_max – среднее или наибольшее краевое давление на грунт от расчетных нагрузок:

при центральном нагружении

при внецентренном нагружении

здесь W – момент сопротивления подошвы фундамента.

Рис.4. Схема образования пирамиды продавливания для фундамента с многоступенчатой плитной частью

если b – b₁ l_c + 2h₂, а другая b₁ ≤ b_c + 2h₂ (рис.6), расчет на продавливание производится из условия

Площадь многоугольника abcdeg

По прочности на раскалывание эти фундаменты проверяются от действия нормальной силы N в сечении колонны у обреза фундамента по формулам:

где μ` — коэффициент трения бетона по бетону, равный 0,7; γ_c — коэффициент условий работы фундамента в грунте, равный 1,3; A_l, A_b — площади вертикальных сечений фундамента в плоскостях, проходящих по осям колонны параллельно сторонам l и b подошвы фундамента, за вычетом площади сечения стакана.

При b_c/l_c A_b/A_l – по формуле (39). При определении N по формуле (38) отношение b_c/l_c должно приниматься более 0,4, а по формуле (39) отношение b_c/l_c – не менее 2,5.

После проведения расчетов на продавливание и раскалывание принимается большее значение несущей способности фундамента.

Если стакан фундамента не армирован, дополнительно производится расчет на продавливание внецентренно нагруженных квадратных и прямоугольных в плане фундаментов от верха стакана. При этом в формуле (7) коэф. k принимается равным 0,75.

Источник

6.1. РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ ПОД КОЛОННЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

6.1.1. Общие положения

Размеры подошвы и глубина заложения фундаментов определяются расчетом основания, приведенным в гл. 5. Расчет конструкции фундамента (плитной части и подколонника) производится по прочности и раскрытию трещин и включает: проверку на продавливание и на «обратный» момент, определение сечений арматуры и ширины раскрытия трещин, а также расчет прочности поперечного сечения подколонника.

Исходными данными для расчета являются: размеры подошвы плитной части; глубина заложения и высота фундамента; площадь сечения подколонника; сочетания расчетных и нормативных нагрузок от колонны на уровне обреза фундамента.

Расчет фундаментов по прочности и раскрытию трещин производится на основное и особое сочетания нагрузок. При расчете фундамента по прочности расчетные усилия и моменты принимаются с коэффициентом надежности по нагрузке по указаниям действующих СНиП, а при расчете по раскрытию трещин — с коэффициентом надежности по нагрузке, равным единице.

При проверке прочности плитной части фундамента на обратный момент необходимо учитывать нагрузки от складируемого на полу материала и оборудования.

При расчете фундаментов по прочности и по раскрытию трещин возникающие в них усилия от температурных и им подобных деформаций принимаются изменяющимися по вертикали от полного их значения на уровне обреза фундамента до половинного значения на уровне подошвы фундамента.

Расчетные характеристики бетона и стали приведены в гл. 4 и принимаются с учетом соответствующих коэффициентов условий работы [5, 9].

6.1.2. Расчет фундаментов на продавливание

Расчет на продавливание производится из условия, чтобы действующие усилия были восприняты бетонным сечением фундамента без установки поперечной арматуры: при монолитном сопряжении колонны с плитной частью — от верха последней (рис. 6.1, а), при монолитном сопряжении подколонника с плитной частью независимо от вида соединения колонны с подколонником (монолитные или стаканные) при расстоянии от верха плитной части до низа колонны H₁ ≥ (b_uc – b_c)/2 — от верха плитной части (рис. 6.1, б), а при меньшем H₁ — от низа колонны (рис. 6.1, в).

Проверка выполнения этого условия производится в обоих направлениях [8].

При расчете фундамента на продавливание определяется минимальная высота плитной части h и назначаются число и размеры ее ступеней или проверяется несущая способность плитной части при заданной ее конфигурации. При расчете на продавливание от верха плитной части принимается, что продавливание фундамента при центральном нагружении происходит по боковым поверхностям пирамиды, стороны которой наклонены под углом 45° к горизонтали (см. рис. 6.1).

Квадратный фундамент рассчитывается на продавливание из условия

где F — расчетная продавливающая сила; k — коэффициент, принимаемый равным 1; R_bt — расчетное сопротивление бетона на растяжение; b_a — среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания, образующейся в пределах рабочей высоты сечения h₀ , (расстояния от верха плитной части до середины арматуры).

Величины F и b_a определяются по формулам:

Источник

Проектирование элементов каркаса (расчет и конструирование)

Сначала проверяют достаточность площади подошвы фундамента пу­тем определения давления на грунт.

Среднее давление фундамента на грунт определяется по формуле

где N — продольная сила в колонне на уровне верха фундамента; А — пло­щадь подошвы фундамента; γ_mt — среднее значение весов тела фундамента, грунта и пола над фундаментом, принимаемое равным 2 тс/м 3 ; d — глубина заложения фундамента от уровня пола.

Это давление не должно превышать расчетное сопротивление грунта R, определяемое на основе геологического исследования грунта по формуле СНиП 2.02.01-83*.

Краевое давление на грунт определяется по формуле
P_кр=N/A + γ_mtd + 6M_ф/bl 2
где М_ф = М_к + Q_Kh; М_к и Q_K — момент и поперечная сила колонны на уровне верха фундамента; h — высота фундамента; I — длина подошвы фундамента (размер в направлении действия момента); b — ширина подошвы. Это давление не должно превышать 1,2 R.

При действии на фундамент момента М_у в направлении, нормальном на­правлению момента М, определяется угловое давление на грунт по формуле выше
с добавлением к правой ее части 6 М_y /b 2 l
Это давление не должно превышать 1,5R. При этом, если выполняются условия Р_кр ≤ 1,2Rи М_у 1).

На продавливание рассчитывается плитная часть фундамента от низа монолитной колонны или подколонника. При этом рассматривается расчет­ное поперечное сечение плиты, расположенное вокруг колонны (подколон­ника) на расстояниях ho/2, по поверхности которого действуют касательные усилия от продольной силы и момента колонны (рис. ниже). Эти касательные усилия должны быть восприняты бетоном с сопротивлением бетона растя­жению R_bt.

Расчет на продавливание производится из условия
F/u + M/W_b ≤R_bt*h₀

где отношение M/W_b принимается не более F/u, F — продавливающая сила, равная F=Nk*(1-lx*ly/bl)

здесь 1_Х и 1_У — размеры большего основания пирамиды продавливания (см. рис. ниже), равные 1_Х =1_с + 2h₀ и 1_У = Ь_с + 2h₀, но не больше Ь;и- периметр

контура расчетного поперечного сечения, равный и=2(1 _с + b_c +2h₀);М-момент, учитываемый при продавливании и равный

l_С и b_с — размеры сечения колонны (см. рис. ниже); h₀ — рабочая высота плит­ной части фундамента, равная среднеарифметическому значению рабочих высот для арматуры плиты в направлении размеров l и b.

Схема для расчета фундамента на продавливание

При действии добавочного момента М_у в направлении, нормальном действию момента М, левая часть увеличивается на M_y/M_b,y где

Wby — момент сопротивления контура расчетного сечения в направлении момента М; при этом сумма M/Wb+My/Wb,y также принимается не более F/u, а момент Мy_у определяется аналогично моменту М.

Если плитная часть фундамента состоит из нескольких ступеней, то сле­дует аналогично проверять на продавливание плиту из меньшего числа сту­пеней, принимая за Ь_с и 1_С размеры вышерасположенной ступени, а за h₀ — рабочую высоту рассматриваемой части плиты.

При стаканном сопряжении сборной колонны с низким фундаментом, когда высота подколонника удовлетворяет условию h_cf — d_p А_b/А_l N_c ≤((1+ b_t/l_c)A_bR_bt )

где А₁; и А_ь— площади вертикальных сечений фундамента в плоско­стях, проходящих по оси колонны параллельно соответственно сторонам l и b подошвы фундамента, за вычетом площади стакана (рис. ниже).

Бетон под торцом колонны проверяют на местное сжатие из условия N_c ≤ R _b,loc A _b,loc где A _b,loc — площадь торца колонны, R _b,loc = φ_bR_b

φ_b= 0,8√( A _b,max / A _b,loc ), но не более 2,5 и не менее 1. А_Ьтах — площадь сечения подколонника.

К расчету фундамента стаканного типа на раскалывание

При невыполнении условия ниже дна стакана должны быть уста­новлены сетки косвенного армирования в пределах всей площади сечения подколонника и на глубину до 21_с. В этом случае условиедолжно быть выполнено при увеличении значения R_boc на 2φ_s,xyR_s,xyμ_s,xy где φ_s,xy = √(Ab,loc,ef/Ab,loc), Ab,loc,ef = l_yl_x

— площадь, заключенная внутри контура сеток косвенного армирования, считая по их крайним стержням; R_sxy — рас­четное сопротивление растяжению косвенной арматуры;

n_xA_sxl_x — число стержней, площадь сечения и длина стержня, считая в осях крайних стержней в направлении х; n_уА,_у1_у — то же в направлении у; s — шаг сеток косвенного армирования.

При этом правая часть условия (7.6) принимается не более удвоенного его значения без учета косвенного армирования.

Нормальные сечения плитной части фундамента по граням колонны (подколонника) и по граням ступеней проверяются на действие момента от отпора грунта, определенного как для консоли вылетом с и равного

где р_кр — краевое давление грунта, определенное по формуле без учета веса фундамента и грунта на его уступах, т.е. при γ_тd= 0; М_ф — момент, учитываемый в формуле.

При этом должно выполняться условие М≤ R_sA_s(h₀ — х/2),

где х =;R_sA_s/R_bb_v b_v — ширина верхней части рассматриваемого сечения (рис. ниже); A_s — площадь сечения арматуры по всей ширине подошвы b.

Нормальное сечение подколонника на уровне верха плитной части фундамента вне стаканной части рассчитывается аналогично расчету ко­лонн

К расчету нормального сечения плитной части фундамента

Стаканная часть подколонника рассчитывается как изгибаемый эле­мент коробчатого сечения на уровне торца колонны при действии момента, равного:

где М, N и Q — усилия в сечении колонны по верху подколонника.

Если в плитной части фундамента образуются трещины при действии полной нормативной нагрузки, следует провести расчет по продолжитель­ному раскрытию трещин на действие нормативных постоянных и длитель­ных нагрузок.

В нормальных сечениях плитной части трещины образуются, если вы­полняется условие

М > М_сгс; где М— см. формулу выше; М_сгс — момент трещинообразования, равный

Wred — момент сопротивления приведенного сечения для крайнего растяну­того волокна, определенный как для упругого материала.

Приведенное сечение состоит из сечения бетона и сечения арматуры, умноженного на коэффициент а = Е_s/Е,

Ширина продолжительного раскрытия трещин определяется по формуле

где ψ_s — коэффициент, учитывающий неравномерное распределение отно­сительных деформаций растянутой арматуры между трещинами и равный ψ_s =1-0,8*M_crc/M_l, но не менее 0,2, здесь M_l — момент от постоянных и длительных нагрузок; σ_s, — напряжение в арматуре, равное σ_s = Ml_/0,95h₀A_s/, — расстояние между смежными нормальными трещинами, определенное по формуле l_s=0,5*(A_bt/A_s)*d_s и принимаемое не менее 10 d_s и 100 мм и не более 40 d_s и 400 мм ; здесь A_bt — площадь сечения растянутого бетона, определенная с учетом неупругих деформаций растянутого бетона; d_s — диаметр арматурных стержней.

Высоту растянутой зоны бетона допускается принимать равной у = 0,9у_t но не менее 2а и не более 0,5h, где у_t — высота растянутой зоны бетона приве­денного сечения, определяемая как для упругого материала; h — высота плит­ной части фундамента.

Ширина продолжительного раскрытия трещин не должна превосхо­дить 0,3 мм при расположении подошвы фундамента выше верхнего или ниже нижнего уровня грунтовых вод, и 0,2 мм при расположении подошвы в зоне переменного уровня грунтовых вод.

При действии полной нормативной нагрузки осадки фундаментов должны быть не более 80мм, а разность осадок соседних фундаментов должна быть не более 0,002 расстояния между осями этих фундаментов.

Осадки при этом определяются согласно прил. 2 СНиП 2.02.01-83.

Источник