Отдельные фундаменты

■ Центрально-нагруженные фундаменты. Эти фундаменты проектируют квадратными в плане.

●По форме они могут быть ступенчатыми (рис. 10.2, а) или пирамидальными (рис. 10.2, б). Последние экономичнее по расходу материалов, но сложнее в изготовлении и применяются реже.

Обычно фундаменты проектируют так, чтобы нулевой цикл строительных работ мог быть закончен до монтажа колонн и произведена обратная засыпка грунта. Для этого верх фундамента располагают на 15 см ниже уровня чистого пола. Устанавливают фундаменты на естественный грунт, бетонную, щебеночную или песчаную подготовку толщиной 10 см.

●По способу изготовления различают фундаменты сборные и монолитные, в большинстве случаев применяют монолитные фундаменты. Сборные устраивают, когда они невелики по размерам, в сложных геологических или суровых зимних условиях, а также когда применение их сокращает сроки строительства и дает экономию. Монолитные фундаменты выполняют из бетона классов В12,5...В15, сборные-ВI5...B20. Центрально-нагруженные фундаменты армируют сварными сетками классов А-II, А-III с одинаковой арматурой в двух направлениях. Шаг стержней обычно принимают 150...200мм, диаметр — не менее 10 мм. Минимальная толщина защитного слоя при возведении монолитного фундамента на бетонной подготовке — 35 мм, при ее отсутствии — 70 мм, для сборных фундаментов — 30 мм.

Сборные фундаменты проектируют под сборные колонны, монолитные фундаменты — как под сборные, так и под монолитные. Сборные колонны жестко заделывают в специальные гнезда — стаканы, оставляемые в фундаменте при бетонировании (рис. 10.2, а, б). Закрепление колонн в стакане осуществляют посредством заливки цементного раствора, между стенкой и колонной. Для жесткого соединения монолитных колонн с фундаментами из последних выпускают арматуру с площадью сечения, равной расчетной площади арматуры колонны у обреза фундамента (рис. 10.2, в). Выпуски арматуры фундамента стыкуют с арматурой колонны дуговой сваркой или внахлестку, без сварки. Стыки устраивают выше уровня пола. В пределах фундамента выпуски арматуры соединяют в каркасы хомутами и доводят до бетонной подготовки.

Рис. 10.2. Отдельные центрально нагруженные фундаменты:

а — монолитный под сборную колонну;

б — сборный под сборную колонну;

в — монолитный под монолитную колонну.

Расчет фундамента состоит из двух частей: расчета основания (определяют форму и размеры подошвы) и тела фундамента (высоту фундамента, размеры его ступеней и сечения арматуры).

■ Расчет основания фундамента. Определение размеров подошвы фундамента производят при допущении, что реактивное давление на грунт по подошве фундамента распределяется по линейному закону, например при центральном нагружении по прямоугольной эпюре (рис. 10.3). В действительности распределение давления зависит от свойств грунта, жесткости фундамента и имеет более сложный характер. Однако, как показали исследования, принятое допущение упрощает расчет и не приводит к ошибкам.

Рис. 10.3. К расчету отдельных центрально нагруженных фундаментов:

1 — пирамида продавливания

Нагрузками, создающими давление на грунт, являются продольная сила N_col, передаваемая колонной, и собственный вес фундамента, включая вес грунта на его ступенях N_fun. Площадь подошвы А должна быть подобрана так, чтобы среднее давление под подошвой не превышало расчетного давления на грунт R [4]:

Значение продольного усилия принимают с коэффициентом надежности по нагрузке γ_f=l, поскольку расчет основания производят по деформациям. Обозначив глубину заложения подошвы фундамента Н и принимая нагрузку от средней плотности материала фундамента и грунта на его ступенях γ_m = 20 кН/м³,из (10.1) получают

откуда

По найденной площади устанавливают размеры сторон подошвы фундамента, округляя их в большую сторону до значения, кратного 30см, если применяют металлическую инвентарную опалубку, и 10см при использовании неинвентарной опалубки.

Далее переходят к расчету прочности тела фундамента.

■ Расчет тела фундамента. Высоту фундамента определяют из условия его прочности на продавливание в предположении, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, боковые стороны которой начинаются у колонны и наклонены под углом 45° к вертикали* (рис. 10.3, а). В качестве расчетной продавливающей силы F принимают силу N_col за вычетом отпора грунта р, распределенного по площади нижнего основания пирамиды продавливания. При квадратной колонне со стороной h_col площадь нижнего основания будет (h_col+2h₀)², тогда

где N_col — расчетное продольное усилие, передаваемое колонной на фундамент, вычисляемое при γ_f>1; р— отпор грунта от расчетного продольного усилия без учета веса фундамента и грунта на его ступенях.

Условие прочности на продавливание имеет вид (6.3), где u_m — среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания,

Рабочая высота центрально-нагруженного фундамента с квадратной подошвой может быть вычислена по приближенной формуле, выведенной из условия (6.3) с учетом (10.3) и (10.4):

тогда полная высота фундамента будет h=h₀+a (рис. 10.3, б).

Проверку фундамента на продавливание следует производить не только по всей высоте, но и под каждой из ступеней.

Если в стакан фундамента устанавливают сборную колонну, то его глубина (м) должна также удовлетворять конструктивным требованиям обеспечения жесткого защемления колонны в фундаменте и достаточной анкеровки продольной арматуры [6]:

где l_an — длина анкеровки арматуры колонны в стакане фундамента, l_an = (20...30)d.

Определив высоту фундамента из расчета на продавливание [см. формулу (10.5)] и конструктивных требований, принимают большую из них. При h≤450мм фундамент выполняют одноступенчатым, при 450мм<h≤900мм — двухступенчатым и при h>900мм — трехступенчатым.

* Если основание пирамиды продавливания выходит за пределы основания фундамента, то расчет на продавливание не производят.

Причинами разрушения фундаментов под сборные колонны могут также быть продавливание дна стакана (см. рис. 10.2, а) и раскалывание фундамента (рис. 10.3, в). Это имеет место при отсутствии надежного сопряжения колонны с фундаментом из-за некачественного омоноличивания стыка и т. п. Проверку дна стакана на продавливание осуществляют по формуле (6.3), по аналогии с изложенным ранее. Проверку фундамента на раскалывание (рис. 10.3, в) делают из условия [11]

где μ — коэффициент трения бетона по бетону, μ = 0,75; γ₁ — коэффициент условия работы фундамента в грунте, γ₁ = 1,3; A₁ — площадь вертикального сечения фундамента в плоскости, проходящей по оси сечения колонны, за вычетом площади стакана.

Ступени фундамента работают под воздействием реактивного давления грунта р снизу, подобно консолям, заделанным в массив фундамента (рис. 10.3, б). Поскольку фундамент не имеет поперечной арматуры, высота нижней ступени должна быть также проверена на прочность по наклонному сечению по условию восприятия поперечной силы бетоном [см. формулу (4.47)]:

где правую часть неравенства принимают не менее 0,6R_btbh₀ и не более 2,5R_btbh₀; с — длина проекции рассматриваемого наклонного сечения (рис. 10.3, а).

Армирование фундамента по подошве определяют расчетом по нормальным сечениям 1—1, 2—2; значения изгибающих моментов в этих сечениях как для консольных балок:

Требуемую площадь арматуры, воспринимающую растягивающие напряжения при изгибе в сечении 1—1 на всю ширину фундамента, определяют из условия M_i-1 = R_sA_s1z₁, приняв z₁≈0,9h₀:

аналогично для сечения 2—2

Из двух значений A_s1 и A_s2 выбирают большее, по которому и производят подбор диаметра и количества стержней. Вначале задаются шагом стержней, затем определяют их количество, на единицу больше числа шагов. Деля A_s на число стержней, получают требуемую площадь одного стержня, по которой подбирают диаметр. При ширине подошвы фундамента более 3м в целях экономии стали половину стержней можно не доводить до конца на ¹/₁₀ длины в каждую сторону.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Классификация плоских железобетонных перекрытий по конструктивной схеме и способу возведения. 2. Компоновка конструктивной схемы сборного балочного перекрытия. 3. Типы сборных железобетонных панелей (по форме поперечного сечения), их основные размеры. 4. Вычертите схемы армирования сборных панелей перекрытий и расскажите о назначении каждого вида арматуры. 5. Какова последовательность расчета панелей перекрытий? 6. Как производится расчет полки ребристой панели на местный изгиб? 7. Расчетная схема ригеля сборных перекрытий в зданиях с полным и неполным каркасом. 8. Основные положения и достоинства метода расчета железобетонных конструкций с учетом перераспределения усилий. 9. Какова последовательность расчета ригеля? 10. Изобразите систему армирования ригеля и объясните ее. 11. Начертите конструкции применяемых стыков ригелей с колоннами. Охарактеризуйте их достоинства и недостатки. 12. Особенности расчета стыков с обетонированием и без обетонирования. 13. Расчет консоли колон­ны. 14. Компоновка конструктивной схемы монолитного балочного перекрытия. 15. Особенности работы балочных плит и плит, опертых по контуру. 16. Расчет балочных плит. 17. Схемы армирования монолитных балочных плит. 18. Расчетная схема второстепенной балки монолитного балочного перекрытия. 19. Определение усилий во второстепенной балке. 20. Расчет сечений второстепенной балки на опоре и в пролете. 21. Начертите схему армирования второстепенной балки и объясните назначение каждого вида арматуры. 22. Расчетная схема главной балки монолитного балочного перекрытия. Схема приложения нагрузок. 23. Особенности расчета и конструирования главных балок монолитных балочных перекрытий. 24. Разновидности монолитных перекрытий с плитами, опертыми по контуру. 25. Конструирование плит, опертых по контуру. 26. Методы, применяемые для расчета плит, опертых по контуру. 27. Расчет плит, опертых по контуру, методом предельного равновесия. 28. Расчет балок перекрытий с плитами, опертыми по контуру. 29. Достоинства и область применения безбалочных перекрытий. 30. Конструкции сборных безбалочных перекрытий. 31. Методы расчета сборных безбалочных перекрытий. 32. Конструкции монолитных безбалочных перекрытий. Схема армирования. 33. Инженерные методы расчета монолитных безбалочных перекрытий.

34. Конструкции сборных и монолитных отдельно стоящих фундаментов. 35. Расчет основания отдельно стоящих центрально-нагруженных фундаментов. 36. Расчет тела отдельно стоящих центрально-нагруженных фундаментов (высоты, размеров ступеней, сечения арматуры).