11. Разновидности ж/б фундаментов. Расчет и конструирование

По конструктивному решению и характеру передачи нагрузки на основание фундаменты делятся на три группы: мелкого заложения (в открытых котлованах и траншеях), глубокого заложения, свайные фундаменты. Фундаменты первых двух групп – на естественном основании.

2	3
Монолитный отдельный ж/б фундамент: а – сопрягаемый со сборной колонной, б – то же с монолитной колонной, 1 – колонна, 2 – подколонник, 3- ж/б фундамент, 4 – каркас подколонника, 5 – арматурные сетки фунд плиты	Расчетная схема фундамента глубокого заложения

Фундаменты мелкого заложения передают нагрузку на основание только по подошве. Наиболее распространены в промышленном и гражданском строительстве. Подразделяются на три типа: отдельные (под каждой колонной), ленточные (под несущими стенами или колоннами в одном или двух направлениях), сплошные (под всем сооружением).

Отдельные и ленточные фундаменты могут быть сборными или монолитными, а сплошными монолитными. Технико-экономическое сравнение показывает, что стоимость монолитных фундаментов, как правило, ниже стоимости сборных. Применение сборных фундаментов позволяет сократить сроки строительства, облегчает ведение работ в зимнее время.

Ленточные фундаменты под стены в основном сборные в виде параллельных или пересекающихся лент, состоящих из ж/б блоков – подушек и бетонных фундаментных блоков. Для зданий и сооружений на слабых грунтах – монолитные ленточные фундаменты.

Сплошные фундаменты применяются при значительных нагрузках верхнего строения здания и сооружения или при слабых грунтах. Сплошные фундаментные плиты бывают ребристые, безбалочные и коробчатые.

Фундаменты глубокого заложения передают нагрузку на основания, как по подошве, так и по боковой поверхности, благодаря силам трения. Применяются для заглубленных помещений и в тяжелых грунтовых условиях. Существует три типа: буронабивной столб, опускной колодец, стена в грунте.

Сплошная стена в грунте может быть выполнена из секущихся монолитных или касающихся буронабивных свай, шпунтованных забивных свай, возводимых в коротких траншеях или непрерывно-разрабатываемых траншеях.

В общем случае фундамент глубокого заложения является внецентренно сжатым элементом. Его расчет ведут с учетом заделки, а также сопротивления основания по подошве, передней и задней граням фундамента.

Свайные фундаменты представляют собой группу свай, объединенных поверху ростверком. Получили широкое распространение благодаря значительно более высоким технико-экономическим показателям по сравнению с ж/б фундаментами на естественном основании. Применение свай позволяет повысить степень индустриальности и сборности строительства, резко уменьшить объем земляных работ, механизировать процесс фундаментостроения и снизить трудоемкость работ нулевого цикла.

По способу изготовления разделяют сваи на забивные и набивные. Забивные изготавливают на заводах или полигонах. Погружают их в грунт с помощью молотов или вибровдавливающих агрегатов.

Набивные бетонируют непосредственно в грунте, заполняя бетонной смесью скважину, образованную выбуриванием или пробивкой. Скважина образуется путем погружения и извлечения инвентарных труб.

По способу передачи давления от сооружений на основание различают сваи-стойки и висячие сваи. Сваи-стойки опираются на твердый грунт. Их несущая способность зависит только от несущей способности грунта под острием сваи. В висячих сваях нагрузка воспринимается грунтом как по площади поперечного сечения сваи, так и силами трения по ее боковой поверхности. Наиболее часто применяют сваи длиной 6-12 м, реже длиной 14-24 м.

Особенности расчета и армирование отдельных фундаментов. Усилия в фундаментах и основаниях определяют расчетом из условия совместной работы надфундаментной конструкции, фундамента и основания. Расчет фундамента на изгиб и на продавливание ведется при на расчетные нагрузки. Расчет по деформациям и подбору размеров подошвы фундамента производят при коэффициенте надежности по нагрузке К трещиностойкости предъявляют требования 3-ей категории.

По характеру работы различают центрально- и внецентренно-нагруженные фундаменты.

Центрально-нагруженные фундаменты обычно выполняют квадратными в плане. В монолитных ступенчатых фундаментах под монолитные колонны количество ступеней назначают в зависимости от общей высоты фундамента: при - одноступенчатый; при - двухступенчатый; при - трехступенчатый фундамент. Минимальная высота ступени – 300 мм. Высоты ступеней в фундаментах выбирают так, чтобы не требовалось поперечная арматура. Тогда фундаменты армируют одной сеткой, расположенной в их подошве и предназначенной для восприятия растягивающих усилий от реактивного давления грунта. Расчет центрально-нагруженных фундаментов состоит из двух частей: расчета основания и тела фундамента.

4	5
К расчету центрально-нагруженного фундамента, 1 – пирамида продавливания, 2 – основание пирамиды продавливания	К расчету внецентренно-загруженного фундамента, а – расчетная схема, б, в, г – эпюры давления

По данным расчета основания определяют размеры подошвы фундамента, а по данным расчета тела фундамента – общую высоту фундамента, высоту уступов и необходимое армирование. Расчет прочности основания производят из условия, что давление от внешних нагрузок на подошву фундамента не должно превышать расчетных сопротивлений грунта, приведенных в нормах. Расчетную формулу прочности основания под подошвой фундамента получают из условия равновесия где - нормативное усилие, передаваемое на фундамент - условное расчетное сопротивление основания; - усредненная масса единицы объема фундамента и грунта не его уступах; - глубина заложения фундамента. Высота нижней ступени должна быть проверена на прочность по наклонному сечению на восприятие поперечной силы одним бетоном.

Толщина защитного слоя фундаментов на бетонной подготовке – 35 мм, без подготовки – 70 мм, для сборных – 30 мм. Размеры подошвы монолитных фундаментов кратны 300 мм. Высота – 1,2; 1,5; 1,8; 2,4; 3,0; 3,6; 4,2 м.

Минимальную высоту фундамента определяют условным расчетом его прочности на продавливание по формуле: где - продавливающая сила на уровне верха фундамента за вычетом давления грунта по площади основания пирамиды продавливания; - расчетное сопротивление бетона при растяжении; - среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания в пределах полезной высоты фундамента - площадь основания пирамиды продавливания; и - размеры сечения колонны; - расчетная сила.

Полезная высота фундамента может быть вычислена по приближенной формуле: Полная минимальная высота фундамента где - толщина защитного слоя бетона.

Фундаменты под сборные колонны обычно выполняют стаканного типа. Толщину дна стакана применяют не менее 200 мм. Глубина стакана на 50 мм больше длины заделки колонны. Высота фундамента со стаканной частью из условий заделки колонны в зависимости от размеров ее сечения

Глубину заделки колонн принимают с учетом анкеровки их продольной арматуры. Она должна быть не менее где - диаметр арматуры колонны. Полная высота фундамента при этом

Высота нижней ступени должна быть проверена на прочность по наклонному сечению на восприятие поперечной силы одним бетоном.

Расчет арматуры фундаментной плиты. Под действием реактивного давления основания ступени фундаментной плиты работают под нагрузкой как консоли. Расчетные сечения I-I, II-II. В этих сечениях действуют изгибающие моменты: в направлении стороны а

в направлении меньшей стороны b: где - фактическое напряжение грунта под подошвой фундамента.

Требуемая площадь сечения арматуры на всю подошву фундамента в каждом направлении По подошве фундамента укладывают сварные сетки из арматуры класса А-II, A-III с диаметром > 10мм. Шаг – 150-200мм.

Отдельные внецентренно-нагруженные фундаменты. Под действием больших моментов и поперечных сил внецентренно-нагруженные фундаменты зданий делают прямоугольными, вытянутыми в плоскости действия момента. Конструирование внецентренно-нагруженных фундаментов мало отличается от центрально-нагруженных. Вместо прямоугольной принимают трапецеидальную эпюру напряжений под подошвой фундамента.

Среднее напряжение в грунте под подошвой фундамента от силы принимают не более расчетного давления грунта

при

при где - продольная сила и - изгибающий момент на уровне подошвы фундамента; - размеры сторон подошвы фундамента; - нормальная сила, изгибающий момент и поперечная сила на уровне верха фундамента.

Прочность тела внецентренного-нагруженного фундамента рассчитывают по аналогии с центрально-нагруженным фундаментом.

Ленточные фундаменты под несущие стены. Рассчитывают только подушки как консоли, загруженные реактивным давлением грунта. Ширина подушки где - нормативная нагрузка, - расчетное сопротивление грунта, - длина участка. Сечение арматуры подушки по моменту высоту подушки – по расчету на поперечную силу где - вылет консоли.

Ленточные фундаменты под ряды колонн. Ленты – таврового сечения. Выступы полки тавра работают как консоли, защемленные в ребре. В продольном направлении ленточные фундаменты работают подобно многопролетным балкам таврового сечения, нагружены снизу равномерно распределенным реактивным давлением грунта и опирающимся на колонны. Ж/б гибкие ленточные фундаменты рассчитывают как балки на упругоподатливом полупространстве, либо как балки на упругоподатливой полуплоскости.

Сплошные фундаменты рассчитываются как ребристые или безбалочные плиты, загруженные снизу отпором грунта, а сверху, сосредоточенными или распределенными нагрузками от колонн и стен, по методу предельного равновесия. Плиту рассматривают как перевернутое ж/б плоское перекрытие, нагруженное равномерно распределенным реактивным давлением грунта. Сечение плиты и арматуры подбирают по аналогии с плоскими перекрытиями.

Монолитные колонны опирают на фундаментную плиту через уширение по типу капителей, применяемых в безбалочных перекрытиях. Сборные колонны защемляют в стаканной части фундаментной плиты.

Класс бетона не ниже В15. Армируют сетками в двух направлениях. Рабочие стержни диаметром не менее 14 мм из арматуры класса А-III. Минимальный процент армирования 0,1 или 0,15%.

Статический расчет ребристых и плоских сплошных фундаментов выполняют на ЭВМ с учетом переменного коэффициента жесткости. Применяют удобные для реализации на ЭВМ численные методы (конечных элементов, конечно-разностный, вариационно-разностный).