III.3.7 Розрахунок конструкції дна стакану на зминання (місцеве стиснення).

При розрахунку на місцеве стиснення (зминання) елементів без поперечного армування повинна виконуватись умова:

(3.30)

де: - розрахункова повздовжня сила на рівні торця колони або окремої гілку двох гілкової колони, ;

α – коефіцієнт, що враховує часткову передачу повздовжньої сили N на плитну частину фундаменту через стінки стакану і приймається рівним: , але не менше 0,85;

- розрахунковий опір бетону замонолічування стакану з урахуванням коефіцієнту умови роботи γ_b2=0,9 (табл. №15 СНиП 2.03.01-84), γ_b9=0,9.

- площа бокової поверхні колони замоноліченої в стакані фундаменту, .

Якщо умова міцності дна стакану на зминання не виконується, то необхідно запроектувати побічне армування дна стакану сітками, переріз арматури яких і крок стрижнів визначається за формулою:

(3.31)

де: - розрахункова повздовжня сила в рівні торца колони;

- приведена призменна міцність бетону при роботі на згинання: ;

, але не більше 3,5;

- розрахунковий опір арматури сіток.

;

- площа перетину бетону в середині контуру сіток;

- відповідно число стрижнів, площа поперечного перерізу і довжина стрижня в одному напрямку (рахуючи в вісях крайніх стрижнів);

- відповідно число стрижнів, площа поперечного перерізу і довжина стрижня в іншому напрямку;

S – відстань між сітками;

, тут приймається в МПа.

Мінімальне число сіток приймається рівним 2. При цьому виконується перевірка міцності на зминання в рівні нижньої сітки за умовою: , а визначається за формулою: , де: z – відстань від дна стакану до нижньої сітки.

При необхідності бічного армування дна стакану ставлять зварні сітки (від двох до чотирьох).

III.3.8 Фундамент під металеві колони.

Визначення основних розмірів плитної частини фундаменту під металеву колону виконується за тією ж методикою, що і під залізобетонні колони.

Позначка верху і розміри в плані підколонника встановлюється в залежності від розмірів опорної частини (башмака) колони і прийнятого в проекті способу обпирання башмака і методу монтажу металевої колони. Модульні розміри фундаментів під металеві колони приймаються такими ж як і для залізобетонних колон.

Для передачі зусиль від стальної колони на фундамент, в фундаменті закладаються анкерні болти до яких кріпиться башмак металевої колони. Анкерні болти закладаються в проектне положення і бетонуються одночасно з бетонуванням фундаменту. Закріплення болтів в проектне положення слід виконувати за допомогою кондукторів, виключаючи можливість переміщення болтів під час бетонування. Діаметр анкерних болтів визначається розрахунком, тип анкерних болтів приймається за таблицею в залежності від його діаметру.

Анкерні болти повинні бути защемлені в фундаменті на величину защемлення l_а, яка дорівнює 25d для болтів з відгинами і l_а, що дорівнює 15d анкеру для болтів з анкерною плитою (див. таблицю). В анкерах забезпечених шайбами виконується перевірка бетону на виколювання в відповідності до «Руководство по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения)» При перевірці на зминання бетону під шайбою розрахунковий опір бетону при місцевому стисненні приймається рівним R_ст=1,5 R_б.

Відстань від грані металевої плити башмака колони до грані підколонника повинна бути не менше 50мм. Відстань від осі анкерного болта підколонника повинна бути не менше 4ø і не менше 150мм для анкерних болтів ø≤48мм, і не менше 200мм при діаметрі анкеру ø>48мм. Для болтів з анкерною плитою відстань від грані анкерної плити до грані підколонника повинна бути не менше 70мм. Необхідно обов’язково виконати перевірку міцності верха підколонника на зминання за умовою згідно з пунктом 3.39-3.41 СНиП 2.03.01-84.

Приклад 3.

За даними розрахунку розмірів фундаменту в плані виконати конструювання цього фундаменту і розрахунки по міцності конструкції фундаменту.

Вихідні дані:

Довжина підошви фундаменту l=5,2м; ширина підошви фундаменту b=3,5м; середній тиск під підошвою фундаменту =281 кПа, =330,9 кПа; глибина закладання підошви фундаменту відносно планувальної позначки d=4,0м. Колона залізобетонна, розмірами поперечного перерізу =600 мм, =400мм.

Вибір типу фундаменту:

Якщо ; приймається фундамент без підколонника;

Якщо ; приймається фундамент з підколонником.

назначається фундамент з підвищеною стаканною частиною, з підколонником.

Розміри поперечного перерізу підколонника і приймаються конструктивно за умови: ; , тобто ; .

Визначається оптимальна висота конструкції фундаменту за умови міцності на продавлювання:

=

Таблиця 6

Перевіряється жорсткість конструкції фундаменту при заданій висоті H₀:

b_гр=b_пк+2Н₀=1,0+2·1,0=3,0м b=3,5м b_гр< b: 3,0<3,5м – фундамент гнучкий.

l_гр=а_пк+2Н₀=1,2+2·1,0=3,2м l=5,2м l_гр< l: 3,2<5,2м – фундамент гнучкий.

В зв’язку з тим, що конструкція фундаменту гнучка необхідно виконати перевірку міцності конструкції фундаменту на продавлювання (при Н₀=1,0м).

Н еобхідна висота конструкції фундаменту із умови міцності конструкції на продавлювання визначається за формулою:

=

=

b_ср=b_пк+ b_гр+ а_пк+l_пр=3,0+3,2+1,0+1,2=8,4м

Прийнята конструкція фундаменту висотою Н₀ задовольняє вимогам міцності конструкції фундаменту на продавлювання ; 1,0>0,5м. В кінцевому варіанті приймається конструкція фундаменту висотою h=105 см. Згідно з модулем по висоті приймається три ступені висотою 1_ст=0,3м; 2_ст=0,3м; 3_ст=0,45м.

Визначається максимальний винос нижньої ступені С_н за умови міцності цієї ступені на зріз з рівняння:

;

Таким чином будь-який розмір нижньої ступені, який менше 0,8м задовольняє міцність даної ступені на зріз.

Назначається винос нижньої ступені ┴ «l» відповідно =0,6м; =0,7м; =0,7м.

Назначається винос нижньої ступені ┴ «b» відповідно =0,4м; =0,4м; =0,45м.

Запропонована конструкція фундаменту має вигляд:

Виконується перевірка міцності конструкції фундаментів під збірні залізобетонні колони на розколювання за умовами:

при ; =400мм, =600мм.

µ - коефіцієнт тертя бетону по бетону, приймається рівним µ=0,75;

γ_g = 1 (для варіантів будівлі з підвалом); =4,0-0,15=3,85м;

- площа вертикальних перерізів фундаменту за стороною l;

b_ст, а_ст – розміри стакану в плані; d_ст=0,6+2·0,75=0,75м; b_ст=0,4+0,15=0,55м; h_ст=1,4 а_к=0,6·1,4=0,85м.

=(1+0,667)·0,75·1·7,15·750=6704 кН.

Діюче навантаження N=4800 кН, умова виконується: 4800кН<6704кН. Коефіцієнт надійності К≥1,4.

Армування підошви фундаменту.

Внутрішні зусилля в конструкції фундаменту (згинаючи моменти в заданих перерізах по гранях підколонника і гранях ступіней) визначаються за трапецевидними консолями вздовж сторін b та l.

Згинаючий момент (згинається сторона «l» по трапецевидним перерізам) визначається за формулою:

Переріз I-I: =

Переріз II-II: =

Переріз III-III: =

Згинаючий момент (згинається сторона «b» по трапецевидним перерізам) визначається за формулою:

Переріз I-I: =

Переріз II-II: =

Переріз III-III: =

Визначається необхідна площа поперечного перерізу арматури перпендикулярно сторонам «l» та «b».

;

За розрахованими згинаючими моментами паралельно сторонам «l» та «b» (згинається сторона «l» та «b») визначається необхідна площа арматури перпендикулярна сторонам підошви фундаменту.

Площа арматури перпендикулярна стороні «b».

=

=

=

Площа арматури перпендикулярна стороні «l».

=

=

=

При заданому кроці стрижнів С_l, С_b, що в більшості приймається С_і=200мм визначається кількість стрижнів, які можна розташувати по сторонам «l» та «b».

стрижнів, перпендикулярних стороні «l»;

стрижнів, перпендикулярних стороні «b».

Визначається площа одного стрижня арматури, розташованого по стороні «l» або «b».

По стороні «l»:

Згідно сортаменту арматури, даній площі відповідає ø14мм, з площею поперечного перерізу =1,539см² , з коефіцієнтом надійності К≥1,3.

По стороні «b»:

Згідно сортаменту арматури, даній площі відповідає ø20мм, з площею поперечного перерізу =3,142см² , з коефіцієнтом надійності К≥1,05.

При заданому діаметрі стрижнів, площі кожного стрижня по першому перерізу (I-I) визначається необхідна кількість стрижнів по підошві фундаменту по перерізу II-II.

- практично є можливість 1/3 стрижнів в даному перерізі обрізати, але враховуючи необхідну анкеровку стрижня за межі перерізу, що дорівнює а=20ø, (20ø20=40см), що дорівнює ширині ступені. Таким чином за рахунок анкеровки стрижнів за межі перерізу обрізання стрижнів недоцільне.

Тому кількість стрижнів, їх діаметр для формування арматурної сітки приймається за їх розрахунками по першому перерізу.

Всього арматури на сітку підошви фундаменту:

Ø14 А400с=89 м (88,4м) масою g_l=107,5=108кг.

Ø20 А400с=92 м (91,8м) масою g_b=234,3=235кг.

Розрахунок підколонника і його стаканної частини.

В процесі виконання конструювання підколонника і його стаканної частини розміри поперечного перерізу підколінника в плані назначалися конструктивно: ; . Це значить, що товщина стінок стакану дорівнює 225мм, тобто це більше 200мм. Тому армування стінок стакану виконується конструктивно, тобто стінки стакану армуються сітками з арматури класу А400с, діаметром не менше ø8мм. Арматурна сітка формує стакан з захисним шаром бетону, рівним 50мм від вісі стрижня до паралельної грані стінки стакану, як зовнішньої, так і внутрішньої з кроком по висоті (глибині) стакану, що дорівнює 200мм.

Всього арматури на одну сітку стакану ø8 А400с l=4,2м, масою 1,7кг.

Розрахунок дна стакану на місцеве стиснення (зминання) виконується за формулою:

=8500 кН для класу бетону В15 з коефіцієнтами γ_b2=0,85; γ_b9=0,90; γ₃·γ₉=0,9·0,85=0,765. Ддіюче вертикальне навантаження дорівнює 4800 кН. Умова міцності дна стакану на зминання не виконується 4800>2668 кН. Тому необхідно виконати додаткове армування дна стакану за умови міцності на зминання (місцеве стиснення).

Несуча здатність перерізу при наявності сіток бічного армування визначається за умови: .