Столбчатый фундамент под стальную колонну расчет

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

Как рассчитывается фундамент под металлические колонны

Несмотря на огромную популярность каркасных ленточных или монолитных фундаментов, в некоторых случаях они не могут использоваться из-за особенностей почвы, нагрузок на единицу площади конструкции, особенностей самого здания. Как правило, колонные фундаменты часто строятся для промышленных предприятий тяжелой энергетики, машиностроения и для военных нужд.

Такие бескаркасные фундаменты выдерживают огромные нагрузки, но расчет делается всегда каждой колонны отдельно, ведь тут проводится полный сбор всех допустимых нагрузок со стороны самого здания, почвы и климатических условий в регионе строительства.

Какие бывают колонны?

Железобетонные. Они отличаются прочностью, производятся в промышленных условиях, поэтому соответствуют всем нормам качества, а также марке бетона. Внутри таких колонн уже предусмотрено несущее армирование, но колонны такого типа тяжелые и для их монтажа приходится использовать мощную строительную технику.

Металлические. Они более легкие, чем железобетонные, но при этом тут используются совсем иные методы монтажа. К тому же, при расчете нужно однозначно определиться изначально, какой тип колонны лучше использовать.

Какие данные нужно собрать для правильного расчета фундамента под колонны?

Расчет колонного фундамента провести довольно сложно, ведь тут проводится сбор сразу многих факторов. Понятно, что самостоятельно такие сложные вычисления сделать практически невозможно, нужно специальное образование и навыки. Поэтому, перед началом расчета колонного фундамента, нужно получить следующие данные:

• особенности климатических условий в регионе строительной площадки, тип и мощность ветров, а также периодичность ливней;
• создать подробную геодезическую карту, причем лучше делать скважинный анализ с целью получить данные о структуре почвы, толщине мягких и прочных пород. Также нужно получить данные о залегании грунтовых вод, их сезонном движении;
• масса самого здания. Чем она больше, тем и колонны должны быть мощнее. Понятно, что для железобетонных колонн используются фундаменты стаканного типа, а для металлических – совсем другие;
• тип колонны, ее несущие характеристики, степень растяжения и сжатия при воздействии повышенных и пониженных температур;
• тип бетона, его марка, состав и эксплуатационные характеристики;
• структура будущего сооружения, материал несущих стен и перекрытий, высота сооружения.

Раньше расчет колонного основания делали на глаз, используя стандартные показатели допустимых нагрузок. Например, стандартная глубина погружения подушки составляла до 200 мм, а верхняя ее часть выступала из грунта на высоту до 50 мм.

Такие колонны не способны выдерживать подвижки почвы, ведь подушка быстро вымывалась и основание разрушалось. Теперь в расчете четко указывается максимально допустимая глубина погружения подушки, она должна быть ниже глубины промерзания почвы, где нагрузок уже практически нет.

Как делается расчет колонного фундамента

Как правило, расчет фундамента для металлической колонны подразумевает, способен ли грунт выдержать расчетную нагрузку фундамента, с которой он будет воздействовать на квадратном сантиметре площади, и сбор всех данных о будущем строительстве. Фактически, нужно получить полную информацию о здании, грунтах и грунтовых водах, провести сбор и систематизацию полученных данных и уже на их основании передать строителям готовый проект. Для этого нужно:

• получить от архитектора проект будущего здания, спецификацию строительных материалов и коммуникаций;
• рассчитать полную площадь опоры;
• сделать сбор всех параметров, систематизировать их и получить фактическое расчетное давление здания в целом.

Как узнать нагрузку, которая будет создавать само здание? Для этого нужно получить подробные данные о самом здании, сделать сбор массы и характеристик всех материалов, которые могут использоваться при его возведении, а также проектируемых коммуникаций, будущей мебели, количества снега на крыше. Такой расчет состоит из нескольких частей:

1. Расчет перекрытий зданий и стальных колонн. Сначала нужно узнать массу самой металлической колонны, ведь она также, хоть и незначительно, создает давление на грунт. Для этого требуется посчитать объем конструкции. Делается это по геометрической формуле вычисления объема цилиндра. Так получится объем, который затем умножается на плотность металла для получения массы стальной колонны.
2. Затем нужно узнать массу перекрытий. Как правило, это фабричные изделия и каждый производитель уже указывает их массу. Поэтому, достаточно связаться с поставщиками.
3. Бывают случаи, когда на металлические колонны устанавливается ростверковая конструкция. Ее массу также не проблема рассчитать, ведь для этого достаточно знать, какое количество бетона или готовых бетонных конструкций пойдет на строительство ростверка.
4. Расчет массы стен. Тут многое зависит от материала, ведь кирпич весит меньше, чем бетон, но больше, чем пеноблоки. Соответственно, стоит провести сбор данных обо всех строительных материалах, используемых при строительстве здания.
5. Расчет крыши. Сюда входит спецификация материалов, из которых сделано чердачное помещение, а также спецификация всех материалов крыши, вплоть до внешнего покрытия. При проектировании сооружения архитектор предоставляет подробную спецификацию, поэтому посчитать суммарную массу конструкций не составит труда.
6. После суммирования всех полученных данных будет вычислена цифра, которая характеризует максимально допустимую нагрузку на опоры фундамента.

Чтобы узнать, какая сила давит на единицу площади опоры, нужно знать ее габаритные размеры. Если стальной столб имеет квадратное сечение 50 х 50 см, то площадь опоры будет составлять 2500 см². Тогда давление, которое будет воздействовать на единицу площади грунта, вычисляется методом деления массы здания на площадь одной опоры.

Теперь самый важный этап расчета фундамента для стальной опоры – это исследование характеристик грунта и сбор данных о его расчетном сопротивлении. Такие данные предоставит геодезическая служба. Если сопротивление грунта будет больше, чем расчетное от самого здания, тогда опора выдержит нагрузку и не деформируется со временем. Если показатели меньше, тогда нужно увеличивать количество столбов.

Но всегда существует правило: большее количество опор не будет лишним, поэтому часто проектировщики устанавливают опоры с интервалом приблизительно 1,5 – 3 м. Это делается с целью предоставления необходимого резерва прочности на конструкции, связанные с несанкционированной достройкой, обустройством помещений или установкой тяжелого промышленного оборудования. Как правило, при расчетах предоставляют обязательный 50% резерв прочности на каждую опору.

Дополнительные расчеты фундаментов для металлических колонн

Также проводится дополнительный расчет под существующие и перспективные геодезические изыскания. Для правильного обеспечения геодезии проводится контроль анкерных соединений, а именно высотное расположение их головок. Для этого используются шаблоны или кондуктор.

Шаблон – это металлическая плоская рама с готовыми гнездами для болтовых соединений. Они соединяются на опалубке с основными осями фундамента, затем закрепляются. Для получения более точных данных, на колонне изначально указывается уровень установки шаблона с целью контроля степени его смещения.

Анкера шаблона рекомендуется приварить к арматуре колонны, чтобы устранить вертикальное смещение во время крепежа конструкций. После заливки бетоном основания колонны, проводится первичный контроль над месторасположением шаблона и при необходимости делается корректировка еще до того, как бетон застынет.

Сейчас, увеличения прочности каркаса основания для стальной колонны достигают с помощью соединения стали и размещения в специальных колодцах. Такие углубления изначально предусматриваются в чаше основания, оно постоянно остается открытым, и бетоном не заливается на первом этапе строительства. Только, когда болт будет установлен, зафиксирован и его расположение точно замерено, тогда колодец закрывают.

Источник

buildingbook.ru

Информационный блог о строительстве зданий

• Home
• /
• Железобетонные конструкции
• /
• Конструкции зданий и сооружений
• /
• Расчёт столбчатого фундамента под колонну при действии вертикальной нагрузки и момента в одном направлении

Расчёт столбчатого фундамента под колонну при действии вертикальной нагрузки и момента в одном направлении

В этой статье рассмотрим расчёт фундамента под колонну по 1-му предельному состоянию при нагружении фундамента вертикальной нагрузкой и горизонтальной нагрузкой с изгибающим моментом, действующими в одной плоскости.

Исходные данные

Исходными данными для расчёта фундамента будут нагрузки, приходящие на фундамент от колонны и инженерно-геологические изыскания.

В результате расчёта рамы в расчётной программе получили следующие нагрузки на фундамент:

N=21.3 т (вертикальная нагрузка)

Mx=14.8 т*м (изгибающий момент)

My=0, Qy=0 (Расчёт при действии моментов в 2-х плоскостях рассмотрю отдельно в следующих статьях)

Qx=2.8 т (поперечная нагрузка)

Хочу отметить, что лучше всего проверить 2-а расчётных сочетания:

1. Полная ветровая, снеговая, вес конструкций, равномерно-распределённая
2. Полная ветровая и вес конструкций

Дело в том, что одно из условий расчёта является недопущение отрыва края фундамента от земли и при отсутствии снеговой нагрузки вертикальная нагрузка будет меньше и соответственно меньше сопортивления изгибающему моменту.

Глубина сезонного промерзания – 1,79 м;

Уровень грунтовых вод 1,6 м;

Прочностные свойства грунтов определяются по инженерно-геологическим изысканиям. Для этого ищем инженерно-геологический разрез под нужный фундамент и таблицу с нормативными и расчётными характеристиками грунтов. Для расчёта по 1-му предельному состоянию (расчёту на прочность) необходимы расчётные характеристики при α=0.95 (доверительная вероятность расчётных значений), согласно п.5.3.17 СП 22.13330.2016.

ИГЭ-1 — насыпной грунт — песок разной крупности c вкл. строительного мусора до 15-20%, комки суглика, обломки ж.д. плит (в расчёте не участвует т.к. отметка низа фундамента находится ниже этого слоя грунта);

ИГЭ-2 — песок средней крупности, средней плотности, водонасыщенный: (e=0.65, ρ=1,8 т/м³, Е=30 МПа, ϕ=35°, С=1 кПа).

ИГЭ-3 — песок средней крупности, с редкими прослоями текучей супеси, суглинка, глиниcтый средней плотности, водонасыщенный: (e=0.6, ρ=1,82 т/м³, Е=35 МПа, ϕ=36°, С=1,5 кПа).

Уровень грунтовых вод 1,8 м от уровня земли.

Расчёт фундамента

Схема приложения нагрузок на фундамент выглядит следующим образом:

Глубина заложения фундамента

Глубину заложения фундамента определяем в зависимости от максимальной глубины сезонного промерзания, которая дана в отчёте по инженерно-геологическим изысканиям. В моём случае нормативная глубина сезонного промерзания равна d_fn=1,79м.

Расчётная глубина сезонного промерзания вычисляется по формуле 5.4 СП 22.13330.2016

где k_h — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений — по таблице 5.2 СП 22.13330.2016; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений k_h=1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой;

В нашем случае здание неотапливаемое, поэтому

Глубина заложения фундамента должна быть не выше расчётной глубины промерзания (согласно таблице 5.3 СП 22.13330.2016). Для отапливаемых зданий допускается устраивать фундаменты внутри здания (не под наружными стенами) выше глубины промерзания, но должно быть гарантировано, что в холодное время года будет отопление здания. Если же допускается, что здание могут подвергнуть консервации или отключить отопление, тогда и внутренние фундаменты также должны быть заложены на расчётную глубину промерзания.

Предварительные размеры фундамента

Определяем предварительно площадь основания фундамента.

Предварительные размеры фундамента определяем по формуле:

N — вертикальная нагрузка от колонны, которую мы получили при расчёте каркаса здания (N=21,3 т=213 кН);

R₀ – расчётное сопротивление грунта, предназначенное для предварительного расчёта приведены в Приложении Б СП 22.13330.2016 (в нашем случае Таблица Б.2 для песка средней крупности и средней плотности R₀ = 400кПа, для глины и других грунтов см. другие таблицы в приложении Б);

Таблица Б.2 — Расчетные сопротивления R₀ песков

Пески	Значения R0, кПа, в зависимости от плотности сложения песков
плотные	средней плотности
Крупные	600	500
Средней крупности	500	400
Мелкие:
маловлажные	400	300
влажные и насыщенные водой	300	200
Пылеватые:
маловлажные	300	250
влажные	200	150
насыщенные водой	150	100

ȳ — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, предварительно принимаемое ȳ=20 кН/м³;

d – глубина заложения фундамента (в нашем случае d=2 м)

+20% т.к. фундамент внецентренно сжатый 0,72 м²

Размеры подошвы фундамента назначаются с шагом 0,3 м, размером не менее 1,5х1,5м (Таблица 4 Пособия по проектированию фундаментов на естественном основании)

Таблица 4 Пособия по проектированию фундаментов на естественном основании

Эскиз фундамента	Модульные размеры фундамента, м, при модуле, равном 0,3
	h	hpl	соответственно hpl			подошвы		подколонника
			h1	h2	h3	квадратной b ´ l	прямоугольной b ´ l	под рядовые колонны bcf ´ lcf	под колонны в температурных швах bcf ´lcf
1,5	0,3	0,3	—	—	1,5´1,5	1,5´1,8	0,6´0,6	0,6´1,8
1,8	0,6	0,3	0,3	—	1,8´1,8	1,8´2,1	0,6´0,9	0,9´2,1
2,1	0,9	0,3	0,3	0,3	2,1´2,1	1,8´2,4	0,9´0,9	1,2´2,1
2,4	1,2	0,3	0,3	0,6	2,4´2,4	2,1´2,7	0,9´1,2	1,5´2,1
2,7	1,5	0,3	0,6	0,6	2,7´2,7	2,4´3,0	0,9´1,5	1,8´2,1
3,0	1,8	0,6	0,6	0,6	3,0´3,0	2,7´3,3	1,2´1,2	2,1´2,1
3,6	—	—	—	—	3,6´3,6	3,0´3,6	1,2´1,5	2,1´2,4
4,2	—	—	—	—	4,2´4,2	3,3´3,9	1,2´1,8	2,1´2,7
Далее с шагом	—	—	—	—	4,8´4,8	3,6´4,2	1,2´2,1	—
	5,4´5,4	3,9´4,5	1,2´2,4	—
0,3 м	—	—	—	—	—	4,2´4,8	1,2´2,7	—
или	—	—	—	—	—	4,5´5,1	—	—
0,6	—	—	—	—	—	4,8´5,4	—	—
—	—	—	—	—	5,1´5,7	—	—
—	—	—	—	—	5,4´6,0	—	—

Предварительно назначаем фундамент 1,5х1,5=2,25 м², что больше предварительного минимума 0,72 м².

Расчёт максимального и минимального краевого давления

Максимальное и минимальное краевое давление находим по формуле 5.11 СП 22.13330.2016

Где N=21,3т=213 кН вертикальная нагрузка от колонны в кН;

А_ф=2,25 м² – площадь фундамента, м²;

γ_mt – средневзвешенное значение удельных весов тела фундамента, грунтов и полов, принимаемое 20 кН/м³;

d=2 – глубина заложения фундамента, м;

M-момент от равнодействующей всех нагрузок, действующий по подошве фундамента в кН*м, находим по формуле:

W – момент сопротивления подошвы фундамента, м³. Для прямоугольного сечения находится по формуле W=bl²/6 где в нашем случае b – это сторона подошвы фундамента вдоль буквенной оси, l – длина стороны подошвы фундамента вдоль цифровой оси (см. картинку ниже).

Т.к. предварительно мы приняли фундамент с размерами 1,5х1,5 м, то

W= bl²/6=1.5*1.5²/6=0.5625 м³

При действии вертикальной нагрузки на фундамент совместно с изгибающим моментом у нас может быть 3 варианта эпюр давления на грунты:

1. Треугольная с отрывом края фундамента

Нельзя допускать, чтобы происходил отрыв фундамента, т.е. Pmin всегда должен быть ≥0.

В нашем случае Pmin 0,5 1,1 1,0 1,0 Примечания

1 К сооружениям с жесткой конструктивной схемой относят сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформации оснований, в том числе за счет мероприятий, указанных в 5.9.

2 Для зданий с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента γс2 принимают равным единице.

3 При промежуточных значениях L/H коэффициент γс2 определяют интерполяцией.

4 Для рыхлых песков γс1 и γс2 , принимают равными единице.

k=1 (п.5.6.7 СП 22.13330.2016 коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта (φ_II и С_II ) определены непосредственными испытаниями, и k=1,1, если они приняты по таблицам приложения А).

My=1,68 (таблица 5.5 СП 22.13330.2016)

Mq=7,71 (таблица 5.5 СП 22.13330.2016)

Mc=9,58 (таблица 5.5 СП 22.13330.2016)

Тут хочу обратить внимание, несмотря на то, что мы опираемся на грунт ИГЭ-3, грунт ИГЭ-2 имеет более низкие прочностные характеристики и он заложен ниже грунта ИГЭ-3, поэтому мы принимаем считаем несущую способность основания по ИГЭ-2.

Таблица 5.5 СП 22.13330.2016

Угол внутреннего трения φII, град.	Коэффициенты
My	Mq	Mc
0	0	1,00	3,14
1	0,01	1,06	3,23
2	0,03	1,12	3,32
3	0,04	1,18	3,41
4	0,06	1,25	3,51
5	0,08	1,32	3,61
6	0,10	1,39	3,71
7	0,12	1,47	3,82
8	0,14	1,55	3,93
9	0,16	1,64	4,05
10	0,18	1,73	4,17
11	0,21	1,83	4,29
12	0,23	1,94	4,42
13	0,26	2,05	4,55
14	0,29	2,17	4,69
15	0,32	2,30	4,84
16	0,36	2,43	4,99
17	0,39	2,57	5,15
18	0,43	2,73	5,31
19	0,47	2,89	5,48
20	0,51	3,06	5,66
21	0,56	3,24	5,84
22	0,61	3,44	6,04
23	0,66	3,65	6,24
24	0,72	3,87	6,45
25	0,78	4,11	6,67
26	0,84	4,37	6,90
27	0,91	4,64	7,14
28	0,98	4,93	7,40
29	1,06	5,25	7,67
30	1,15	5,59	7,95
31	1,24	5,95	8,24
32	1,34	6,34	8,55
33	1,44	6,76	8,88
34	1,55	7,22	9,22
35	1,68	7,71	9,58
36	1,81	8,24	9,97
37	1,95	8,81	10,37
38	2,11	9,44	10,80
39	2,28	10,11	11,25
40	2,46	10,85	11,73
41	2,66	11,64	12,24
42	2,88	12,51	12,79
43	3,12	13,46	13,37
44	3,38	14,50	13,98
45	3,66	15,64	14,64

k_z=1 (п.5.6.7 СП 22.13330.2016 коэффициент, принимаемый равным единице при b 150 кПа, поэтому увеличивать размеры фундамента нет необходимости.

Следовательно, фундамент удовлетворяет требованиям по несущей способности основания.

После этого нужно сконструировать фундамент, назначить размеры, арматуру, бетон, что обязательно рассмотрю в следующих статьях.

Расчётную программу в Excel можно скачать по ссылке

This article has 3 Comments

Для всех типов фундаментов для ввода нагрузок на основания применяются результаты статического расчета от действия какого-либо загружения или комбинации загружений. В качестве альтернативы возможен и «ручной» ввод в соответствии с расчетной схемой.

Большое спасибо за программку! Очень сократили время расчетов!

Источник