Сборно-монолитные перекрытия
Сборно-монолитная конструкция перекрытия состоит из сборных элементов и монолитных частей, бетонируемых непосредственно на площадке. Затвердевший бетон этих монолитных участков связывает конструкцию в единую совместно работающую систему.
Сборные элементы перекрытия служат остовом для монолитного бетона и в них размещена основная, чаще всего напрягаемая, арматура. Дополнительную арматуру при монтаже можно укладывать на остов из сборных элементов. Сборные элементы изготовляют из бетона высоких марок, бетон же монолитных участков может быть обычных марок— 150, 200.
Работа сборно-монолитной конструкции характеризуется тем, что деформации монолитного бетона следуют за деформациями бетона сборных элементов и трещины в монолитном бетоне не могут развиваться до тех пор, пока они не появятся в предварительно-напряженном бетоне сборных элементов. Опыты показали, что совместная работа сборных предварительно-напряженных элементов и монолитных частей возможна и при бетонах на пористых заполнителях.
Следует учитывать, что применение сборно-монолитной конструкции перекрытия требует организации на площадке процессов производства работ с различной технологией и применением различных механизмов: монтаж сборных элементов и бетонирование монолитных участков. Поэтому их применение требует соответствующего обоснования.
Конструкции сборно-монолитных перекрытий
При пролетах до 9 м возможны перекрытия с предварительно-напряженными элементами, которые имеют вид железобетонной доски и служат остовом и растянутой зоной балки, снабженной арматурой. На эти элементы устанавливают корытной формы армированные элементы, а по ним, как по опалубной форме, укладывают монолитный бетон. В неразрезных перекрытиях описанного типа над опорами устанавливают дополнительную арматуру.
Конструкция сборно-монолитного перекрытия, в котором объем монолитного бетона составляет 30% общего объема бетона в перекрытии, образована из сборных предварительно-напряженных досок и панелей корытной формы.
Бетон замоноличивания укладывают в пазы, образованные между боковыми гранями смежных панелей. Неразрезность главной и второстепенных балок достигается укладкой на монтаже опорной арматуры. Для лучшей связи между сборным и монолитным бетоном из железобетонной доски — днища главной балки — выпущены хомуты.
Сборно-монолитные ребристые перекрытия рассчитывают с учетом перераспределения моментов, что дает возможность уменьшить количество опорной арматуры, укладываемой на монтаже. Возможность выравнивания моментов для неразрезных сборно-монолитных элементов проведена специальными опытами.
5.7. Расчет сжатых сборных элементов.
1. Виды внецентренно сжатых элементов.
Сжатыми называют такие элементы, которые подвергаются действию продольной сжимающей силы.
В условиях внецентренного сжатия находятся колонны одноэтажных производственных зданий с крановыми нагрузками (Рис. 1, а, б),
а) N P 2 б)
e
0
= M
/ N
P 1 N
H
H
e
0 1
N
= P
1
+ P
2
M
= P
1
e
0 1
h
в ) q q
1
M
N
Q
1
Рис. 1. Виды внецентренно сжатых конструкций.
элементы рамных конструкций, арки (Рис. 1, в); стены прямоугольных резервуаров, воспринимающие боковое давление грунта и т.п. Внецентренно сжатые элементы испытывают воздействие продольной силы N , приложенной с эксцентриситетом относительно центра тяжести (Рис. 1, а) или воздействие силы N и момента М (Рис. 1, б). Одновременное действие силы N и момента М эквивалентно действию только одной силы N, приложенной с эксцентриситетом e 0 = M / N относительно центра тяжести сечения (Рис. 1, б).
Существует класс конструкций, в которых в соответствии со статическим расчетом продольная сила действует по оси, проходящей через центр тяжести сечения. Однако фактически и в этих конструкциях имеет место случайный эксцентриситет e A , обусловленный начальным искривлением элемента, неточностью монтажа, неоднородностью свойств бетона по сечению элемента, неточностью расположения продольной рабочей арматуры и т.п.
Величину e A принимают равной большему из значений e A = L / 600, e A = h / 30, где L, h - длина и высота поперечного сечения. Кроме того, для конструкций, образуемых из сборных элементов, следует учитывать смещение, зависящее от вида конструкции, способа монтажа и т.п.
Согласно нормам при расчете статистически определимых конструкций случайный эксцентриситет e A - суммируют с эксцентриситетом e 0 = M / N, определенным расчетом; для статистически неопределенных конструкций делается послабление, обусловленное возможностью перераспределения усилий в элементах конструкций, и значение эксцентриситета принимается равным расчетному.
2. Конструктивные особенности сжатых элементов.
Поперечные сечения элементов назначают в зависимости от характера их работы. Для элементов, сжатых со случайными эксцентриситетами, применяют преимущественно квадратную, круглую или многоугольную формы поперечного сечения (Рис. 2, а). в целях экономии такие элементы могут быть полыми.
а
)
б)
e
0
*
Рис. 2.Поперечные сечения внецентренно сжатых элементов.
Поперечные сечения элементов, работающих с расчетным эксцентриситетом принимают прямоугольными, тавровыми или двутавровыми (Рис. 2, б). Наиболее распространенными являются прямоугольные сечения.
Размеры поперечного сечения колонн определяют расчетом и в целях унификации опалубки и армирования назначают их кратными 50, если сечения не превышают 500 мм, и кратными 100 при больших размерах. Для повышения качества бетонирования размеры поперечного сечения менее 250 мм для монолитных колонн не рекомендуется.
Для сжатых колонн применяют бетоны классов В15..В30. В последние годы разработаны проекты и начато внедрение элементов из бетонов более высоких классов, что позволяет получить существенную экономию материалов, особенно у элементов со случайным эксцентриситетом.
Системы армирования сжатых элементов классифицируют по виду продольной и поперечной арматуры. Армирование в продольном направлении может выполнятся гибкой или жесткой (несущей) арматурой, в поперечном направлении с помощью хомутов, сеток и спиральной арматуры учитываемых в расчете (так называемое косвенное армирование).
Сжатые элементы проектируют с ненапрягаемой и напрягаемой арматурой. Предварительно напряженную арматуру целесообразно применять при относительно больших эксцентриситетах, когда изгибающие моменты значительны и вызывают растяжение части сечения, а также при большой гибкости элементов. Для гибких элементов предварительное напряжение создает лучшие условия работы в период изготовления, транспортирования и монтажа, так как они работают на поперечный изгиб.
В основном сжатые элементы армируют ненапрягаемой арматурой классов A-II...A-III. В этом случае диаметр продольных стержней обычно назначают не более 40 мм и не менее 16 мм в сборных элементах и 12 мм в монолитных. Стержни диаметром более 40 мм трудно обработать, а менее12...16 мм не обеспечивают жесткости каркаса при монтаже.
Все стержни рабочей арматуры рекомендуется назначать одного диаметра. Если рабочая арматура конструируется из стержней разного диаметра, то допускается применение не более двух разных диаметров. При этом стержни большего диаметра размещают в углах сечения. Рабочие стержни устанавливают в поперечном сечении возможно ближе к поверхности элемента с соблюдением минимальной толщины защитного слоя бетона, которая должна быть не менее диаметра стержня и не менее 20 мм. Расстояние между стержнями назначают не менее 30 мм в сборных колоннах (при горизонтальном бетонировании), и не менее 50 мм в монолитных колоннах (при вертикальном бетонировании) и в обоих случаях не менее диаметра стержня (Рис. 3). Максимальное допустимое расстояние между стержнями составляет 400 мм.
а)
400
400
400
1 2
600
h
1000 1 2
б
)
400
400 3
400
600 h 1000
Рис. 3. Армирование сжатых элементов с гибкой арматурой:
а) сварными каркасами; б) вязаными.
1 сварные каркасы; 2 шпильки; 3 вязаные хомуты.
В элементах со случайным эксцентриситетом продольную арматуру распределяют равномерно по периметру сечения с обязательной постановкой стержней в углах, с тем чтобы колонна могла лучше воспринимать изгибающие моменты от случайных боковых воздействий и расчетных усилий. Колонны сечением до 40 40 см можно армировать четырьмя стержнями, а при расстоянии между ними более 400 мм следует предусматривать промежуточные стержни по периметру сечения.
В элементах с расчетными эксцентриситетами (е 0 е А) продольные рабочие стержни размещают вдоль коротких граней.
Расположение продольной арматуры может быть симметричным относительно центра тяжести сечения и несимметричным. Первый вариант армирования применяют в элементах с малыми эксцентриситетами приложения продольной силы и при действии близких по значению моментов разных знаков. Симметричное армирование проще в изготовлении, но менее экономично в случае больших эксцентриситетов.
Поперечную арматуру (хомуты) в сжатых элементах устанавливают конструктивно для обеспечения проектного положения продольной арматуры и предотвращения ее стержней от выпучивания при действии внешней нагрузки, а при необходимости для восприятия поперечной силы. Исходя из этого расстояния между хомутами назначают: при R S C 400 МПа не более 500 мм и не более 20 d в сварных каркасах или 15 d в вязаных; при R S C 450 МПа не более 400 мм и не более15 d в сварных каркасах или 12 d в вязаных. В местах стыкования рабочих стержней внахлестку без сварки расстояния между хомутами принимают не более 10 d . Во всех случаях шаг хомутов округляют до размеров, кратных 50 мм.
Продольную и поперечную арматуру в сжатых элементах объединяют в пространственные сварные или вязаные каркасы. Сварные пространственные каркасы образуются из плоских каркасов, расположенных у противоположных граней колонны, с помощью поперечных соединительных стержней, привариваемых контактной сваркой к угловым продольным стержням или путем сварки отдельных плоских каркасов между собой. Если каркасы противоположных граней колонны имеют промежуточные продольные стержни, то их по крайней мере через один соединяют с помощью привариваемых поперечных стержней или шпилек (Рис. 3, а). При этом расстояние между закрепляемыми стержнями должно быть не более 400 мм.
Шпильки допускается не ставить при ширине грани колонны 500 мм и менее, если число продольных стержней у этой грани не превышает четырех.
Вязаные пространственные каркасы образуют путем охвата продольных стержней замкнутым хомутом. При этом продольные стержни должны располагаться в местах перегиба хомутов, а расстояние между перегибами должно быть не более 400 мм по ширине грани элемента (Рис. 3, б).
В качестве продольной арматуры целесообразно применять горячекатаные стали классов A-III , A T -III и A-II. Максимальные сжимающие напряжения в арматуре зависят от предельной сжимаемости бетона и S = 400 МПа, а при длительном действии нагрузки S = 500 МПа. Поэтому применение в сжатых элементах арматуры с расчетным сопротивлением R S S невыгодно, так как не используются прочностные свойства стали. При значительных нагрузках и больших эксцентриситетах возможно применение в вязаных каркасах арматуры классов A T - IV, A T - V, A - V диаметром до 32 мм в сочетании с сетками косвенного армирования.
Насыщение поперечного сечения сжатых элементов продольной арматурой оценивают коэффициентом (процентом) армирования ( %). По экономическим соображениям оптимальный процент армирования принимают 1...2 %. Не рекомендуется проектировать элементы с 3 %.
Минимальное содержание арматуры устанавливают в зависимости от гибкости элемента: оно обеспечивает восприятие не учитываемых расчетом воздействий (температурных, усадочных и т.п.) и предотвращает хрупкое разрушение от образования трещин.
3. Основы расчета прочности сжатых элементов.
Опыты показывают, что внецентренно сжатые элементы в стадии 3 напряженно-деформированного состояния разрушаются по нормальным сечениям в двух случаях: в зависимости от армирования сжатой и растянутой зон, а также от эксцентриситета приложения сжимающей силы.
Случай 1. Наблюдается в элементах, которые нагружены с большим эксцентриситетом и имеют незначительную растянутую арматуру. В этом случае, как и при изгибе, задолго до разрушения в растянутой зоне появляются трещины и по мере возрастания нагрузки ширина их раскрытия увеличивается, а нейтральная ось перемещается ближе к сжатой грани. Разрушение начинается с предела текучести (физического или условного) в растянутой арматуре и завершается достижением предельного сопротивления бетона в сжатой зоне (Рис. 4, б).
Случай 2. Наблюдается в элементах со сравнительно малыми эксцентриситетами. Этим случаем охватывается два варианта напряженного состояния сечения. Если сжимающая сила находится в пределах ядра сечения, все сечение будет сжато, но неравномерно (Рис. 4, а). При несколько большем эксцентриситете в части сечения, наиболее отдаленной от точки приложения силы, возникают растягивающие напряжения. В этом случае разрушение элемента происходит в результате достижения предельных сопротивлений в бетоне и арматуре наиболее сжатой части сечения. Напряжения в арматуре, находящейся у противоположной грани, как правило, не достигают предела текучести (Рис. 4, в).
а) б) в)
e e
e
0
e
0
e
0
N N N
S
S
x x
B
T
R B
R B
B R
B
R S C A S R S C A S R B bx R S A S R B bx
R S A S R S C A S R S C A S
A
B
x x
A
S
a A S
a
A
S
b b b
A S
h a h 0 a h 0 A S
h h
Рис. 4. Схемы расчетных усилий в сечениях сжатых железобетонных элементов со случайным (а) и расчетным (б, в) эксцентриситетами.
В сечении с небольшим количеством арматуры при значительной продольной силе, приложенной с небольшим эксцентриситетом, сжимающие напряжения в сечении распределены более равномерно, и разрушение может наступить вследствие достижения предельных сопротивлений в бетоне и арматуре по всему сечению (Рис. 4, а).
Случай 1. Имеет место при =x / h 0 R , случай 2 при R .
относительная высота сжатой зоны.
4. Расчет прочности элементов прямоугольного сечения с несимметричной арматурой.
Случай 1. ( =x / h 0 R). Характеризуется тем, что часть сечения сжата, а часть растянута, и что разрушение начинается с растянутой зоны. Расчетные зависимости получают на основе предпосылок, аналогичных принятым для изгибаемых элементов: расчет ведется по 3 стадии напряженно-деформированного состояния (случай 1); в предельном состоянии по прочности принимают S = R S , S C = R S C , B = R B; эпюра напряжений в бетоне сжатой зоны прямоугольная; работа растянутого бетона не учитывается.
Условие прочности получают, сопоставляя внешний момент М и сумму моментов внутренних сил в сечении относительно центра тяжести растянутой арматуры S:
N e M B + M S = R B bx (h 0 - x / 2) + R S C A S (h 0 - a),(1)
где M B момент воспринимаемый бетоном сжатой зоны; M S момент, воспринимаемый сжатой арматурой e = e 0 + h / 2 - a .
Высоту сжатой зоны бетона находят, проектируя все действующие в сечении силы на горизонтальную ось:
N = N B + N S - N S = R B bx + R S C A S - R S A S .
Пользуясь полученными зависимостями, можно проверить несущую способность сечения или подобрать требуемую арматуру. При определении несущей способности из предыдущей формулы:
x = (N - R S C A S + R S A S) / R B b.
Если x x R = R h 0 (случай 1), то подставляя его в первую формулу (1) и проверяют условия прочности. При x x R расчет ведут по формулам случая 2.
При подборе сечения арматуры по ранее выведенным уравнениям оказывается 3 неизвестных: x, A S , A S . В этом случае наиболее экономичное сечение (как и в изгибаемых сечениях с двойной арматурой) получают, приняв x = x R . Тогда из формулы (1) площадь сжатой арматуры
A S = (N e - R R B b h 02) / R S C (h 0 - a),
а из следующей за (1) формулы площадь растянутой арматуры
A S = (R B b R h 0 + R S C A S - N) / R S .
При симметричном армировании
A S = A S = [N e - R B bx (h 0 - 0,5 x)] / R S C (h 0 - a).
Случай 2. (( =x / h 0 R). Расчетные предпосылки те же, что и в предыдущем случае, однако напряжения в арматуре, наиболее удаленной от продольной силы в предельном состоянии S R S . Условие прочности определяют по формуле (1), а условие равновесия примет вид
N = R B bx + R S C A S - S A S
где S для классов бетона В30 и ниже с ненапрягаемой арматурой определяют по следующей формуле
S = [2 (1 - ) (1 - R) - 1] R S
Из формулы видно, что при = R S = R S ; при = 1 (все сечение сжато) S = - R S = R S C .
Требуемое количество симметричной арматуры в этом случае
A S = A S = [N e - R B bx (h 0 - x / 2)] / R S C (h 0 - a), где х - высота сжатой зоны определяемая из формулы =x / h 0
5. Сжатые элементы, усиленные косвенным армированием.
Если в коротком сжатом элементе установить поперечную арматуру, способную эффективно сдерживать поперечные деформации, то этим можно существенно увеличить его несущую способность. Такое армирование называют косвенным. В практике для элементов с круглым или многоугольным поперечным сечением получило распространение косвенное армирование в виде спиралей или сварных колец. Для элементов с прямоугольным сечением применяют объемное косвенное армирование в виде часто размещенных поперечных сварных сеток. Косвенное армирование в виде поперечных сеток широко используют для местного усиления железобетонных сборных колонн вблизи стыков, а также под анкерами и в зоне анкеровки предварительно напряженной арматуры.
В границах ядра, заключенного внутри спирали или контура сварной сетки, наблюдается повышенное сопротивление бетона. Это объясняется тем, что косвенная арматура сдерживает поперечные деформации бетона, возникающие при продольном сжатии. В результате повышается сопротивление сжатию даже после образования первых продольных трещин. Такое армирование способствует сопротивлению внешним воздействиям даже после отслаивания защитного слоя бетона. Прочность элемента исчерпывается, когда напряжения в поперечной арматуре достигают предела текучести.
Для косвенного армирования применяют арматурную сталь классов A-I, A-II, A-III диаметром 6...14 мм или предварительно напряженную проволоку. В колоннах сетки и спирали должны охватывать всю рабочую продольную арматуру. Минимальный шаг спирали не ограничен, но из удобства бетонирования его назначают не менее 3 см.
При применении косвенного армирования сварными сетками размеры ячеек принимают не менее 45 мм, шаг сеток 60...150 мм.
5.8. Фундаменты.
1. Классификация фундаментов.
Фундаментом называют подземную часть здания, предназначенную для передачи нагрузки от массы сооружения на основание.
В зависимости от назначения и конструктивных особенностей фундаменты подразделяют на две группы: фундаменты неглубокого заложения, возводимые в открытых котлованах на естественном основании, и специальные (глубокого заложения и свайные). Наибольшее распространение в промышленном и гражданском строительстве нашли фундаменты неглубокого заложения. Они бывают трех типов: отдельные – под каждой колонной (Рис. 1, а и б), ленточные – под рядами колонн в одном или двух направлениях или стенами (Рис. 2, а и б), сплошные – под всем сооружением (ленточные и сплошные фундаменты более подробно рассмотрим в следующей лекции).
a
)
200 б)
75 h col 75 0,75 h 2 75 75
150 50 h col
h 2 h
H
h
h 1 200 h 1
a a
в)
10 d
L A
N
h H
a
При а 3000
Рис. 1. Отдельные центрально-нагруженные фундаменты:
а – монолитный под сборную колонну; б – сборный под сборную кол-ну;
в – монолитный под монолитную колонну
Тип фундамента выбирают, исходя из их стоимости, расхода материалов и трудоемкости с учетом эксплуатационных и конструктивных требований.
а
)
б)
h
L
Р ис. 2. Ленточные фундаменты:
а – фундамент под стены без зазоров; б – то же с зазорами
Отдельные фундаменты устраивают при относительно небольших нагрузках и достаточно редком расположении колонн. При больших нагрузках и относительно слабых грунтах делают ленточные фундаменты. Последние особенно целесообразны при неоднородных грунтах и различных нагрузках. Если несущая способность грунтового основания фундаментов недостаточна, устраивают сплошные фундаменты (например, под высотные каркасные здания, сооружения башенного типа и т.п.).
2. Отдельные центрально-нагруженные фундаменты под колонны.
Под центрально-нагруженными понимают фундаменты, испытывающие воздействие внешней силы N, приложенной по отношению к центральной оси фундамента с эксцентриситетом e 0 e A (e A – случайный эксцентриситет). Центрально-нагруженные фундаменты обычно выполняются квадратными в плане, за исключением случаев, когда они не могут быть развиты во все стороны из-за близости других подземных сооружений.
По форме они могут быть ступенчатыми (Рис. 1, а, в) или пирамидальными (Рис. 1, б). Последние экономичнее по расходу материалов, но сложнее в изготовлении и применяются реже.
Обычно фундаменты проектируются 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. Технико-экономическое сравнение показывает, что стоимость монолитных фундаментов, как правило, ниже сборных. Применение сборных фундаментов целесообразно для полносборного строительства, при большой повторяемости элементов, а также при строительстве удаленных объектов. Сборные фундаменты позволяют сократить сроки строительства, облегчают проведение работ в зимних и сложных гидротехнических условиях. Если масса сборного фундамента не соответствует грузоподъемности кранов, то его можно монтировать из отдельных блоков. Однако такой вариант менее экономичен по сравнению с фундаментами, состоящими из единого элемента.
Сборные фундаменты проектируют под сборные колонны, а монолитные под – под сборные и монолитные. Сборные колонны жестко заделываются в специальные гнезда-стаканы, оставленные в теле фундамента при бетонировании. Колонны в стакане закрепляют заливкой цементного раствора между стенкой и колонной. Стенки стакана допускается не армировать, если толщина их поверху более 200 мм и более 0,75 глубины стакана. Если эти условия не выполняются, то стенки стакана следует армировать продольной и поперечной арматурой, диаметр которой принимают не менее 8 мм.
Соединение колонны с фундаментом в монолитном железобетоне осуществляется стыкованием продольной арматуры колонны с выпусками стержней той же площади сечения фундамента (Рис. 1, в). Выпуски арматуры фундамента стыкуются с арматурой колонны с помощью сварки или внахлестку без сварки, при этом стыки устанавливают выше уровня пола.
Центрально-нагруженные фундаменты армируют сварными сетками из стержней периодического профиля классов A – II, A – III с одинаковой арматурой в двух направлениях. Размеры ячеек сетки обычно принимают 100...200 мм, диаметр стержней не менее 10 мм. Если размер стороны фундамента составляет 3 м и более, то длину половины стержней принимают равной 0,8 L (L – размер длинных стержней). Короткие и длинные стержни укладывают через один. Минимальная толщина защитного слоя при возведении монолитного фундамента на бетонной подготовке 35 мм, при ее отсутствии 70 мм, для сборных фундаментов – 30 мм.
Расчет фундамента состоит из 2 частей: расчет 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 давление на грунт по подошве фундамента распределяется по линейному закону.
Нагрузками создающими давление на грунт, являются продольная сила N C O L , передаваемая колонной, и собственный вес фундамента, включая вес грунта на его ступенях N F U N . Площадь подошвы А должна быть подобрана так, чтобы среднее давление под подошвой не превышало расчетного давления на грунт R:
N C O L + N F U N / A R (1)
Значение продольного усилия принимают с коэффициентом надежности по нагрузке F = 1, поскольку расчет основания производят по деформациям. Обозначив глубину заложения подошвы фундамента H и принимая нагрузку от средней плотности материала фундамента и грунта на его ступенях M = 20 кН/м 3 , из (1) получают:
(N C O L + A H M) / A R, откуда площадь равна:
A N C O L / (R M H).
По найденной площади устанавливают размеры фундамента, округляя их в большую сторону до значения, кратного 100 мм. Далее переходят к расчету прочности тела фундамента.
Расчет тела фундамента. Высоту фундамента определяют из условия прочности на продавливание в предположении, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, боковые стороны которой начинаются у колонны и наклонены под углом 45 к вертикали. Если основание пирамиды продавливания выходит за пределы подошвы фундамента, то расчет на продавливание не производят. В качестве расчетной продавливающей силы N принимают силу N C O L за вычетом отпора грунта p , распределенного по площади нижнего основания пирамиды продавливания. При квадратной колонне со стороной h C O L площадь нижнего основания будет (h C O L + 2 h O) 2 , тогда расчетное усилие равно:
N = N C O L – p (h C O L + 2 h O) 2 ,
где N C O L – расчетное продольное усилие, передаваемое колонной на фундамент на уровне его верха и вычисляемое при 1; р – отпор грунта от расчетного продольного усилия без учета веса фундамента и грунта на его ступенях.
Следующим шагом можно рассчитать u M – среднее арифметическое периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания, которое выводиться из условия прочности на продавливание (см. Ранее изученную лекцию “Расчет на продавливание и расчет”):
u M = [4 h C O L + 4 (h C O L + 2 h O)] / 2 = 4 (h C O L + h O)
Минимальная расчетная высота центрально-нагруженного фундамента с квадратной подошвой может быть вычислена по приближенной формуле, выведенной из условия прочности на продавливание, с учетом рассчитанных продольной силы N и среднее арифметического периметров оснований пирамиды продавливания u M :
h
0
= – (h
C
O
L
/ 2) +
тогда полная высота фундамента будет h = h 0 + a, где a – толщина защитного слоя. 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 h CT должна также удовлетворять конструктивным требованиям обеспечения жесткого заземления колонны в фундаменте и достаточной анкеровки продольной арматуры:
h CT (1...1,5) h C O L + 0,05;
h CT L A N + 0,05
где L A N – длина анкеровки арматуры колонны в стакане фундамента L A N принимается равным (20...30) d; 0,05 – расстояние от низа колонны до дна стакана (м).
Определив высоту фундамента из расчета на продавливание и с учетом вышеназванных конструктивных требований принимают большую из них. При h 450 мм фундамент выполняется одноступенчатым, при 450 h 900 мм – двухступенчатым и при h 900 мм – трехступенчатым.
Ступени фундамента работают под воздействием давления грунта снизу, подобно консолям, заделам в массив фундамента. Поскольку фундамент не имеет поперечной арматуры, высота нижней ступени должна быть также проверена на прочность по наклонному сечению по условию восприятия поперечной силы бетоном.
Армирование фундамента по подошве определяют расчетом по нормальным сечениям. Требуемую площадь арматуры, воспринимающей растягивающие напряжения при изгибе в сечении 1—1 , на всю ширину фундамента определяют из условия
M 1—1 = R S A S 1 z 1
Приняв z 1 = 0,9 h 0 , получим требуемую площадь арматуры равной:
A S 1 = M 1—1 / 0,9 R S h 0 .
Аналогично для сечения 2—2
A S 2 = M 2—2 / 0,9 R S h 0 .
Из двух значений A S 1 и A S 2 выбирают большее, по которому и производят подбор количества стержней на ширину b и их диаметр.