Расчет ленточного фундамента под колонны
Обновлено: 01.06.2024
Онлайн калькулятор расчета размеров, арматуры и количества бетона монолитного ленточного фундамента
Онлайн калькулятор монолитного ленточного фундамента предназначен для расчетов размеров, опалубки, количества и диаметра арматуры и объема бетона, необходимого для обустройства данного типа фундамента. Для определения подходящего типа фундамента, обязательно обратитесь к специалистам.
Все расчеты выполняются в соответствии со СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции», СНиП 3.03.01-87 и ГОСТ Р 52086-2003Л енточный фундамент представляет собой монолитную замкнутую железобетонную полосу, проходящую под каждой несущей стеной строения, распределяя тем самым нагрузку по всей длине ленты. Предотвращает проседание и изменение формы постройки вследствие действия сил выпучивания почвы. Основные нагрузки сконцентрированы на углах. Является самым популярным видом среди других фундаментов при строительстве частных домов, так как имеет лучшее соотношение стоимости и необходимых характеристик.
С уществует несколько видов ленточных фундаментов, такие как монолитный и сборный, мелкозаглубленный и глубокозаглубленный. Выбор зависит от характеристик почвы, предполагаемой нагрузки и других параметров, которые необходимо рассматривать в каждом случае индивидуально. Подходит практически для всех типов построек и может применяться при устройстве цокольных этажей и подвалов.
П роектирование фундамента необходимо осуществлять особенно тщательно, так как в случает его деформации, это отразится на всей постройке, а исправление ошибок является очень сложной и дорогостоящей процедурой.
При заполнении данных, обратите внимание на дополнительную информацию со знаком Дополнительная информацияД алее представлен полный список выполняемых расчетов с кратким описанием каждого пункта.
Расчет монолитного столбчатого фундамента вручную
Добрый день!
Мне дали задание просчитать фундаменты под стальные колонны полигона. Фундаменты монолитные, столбчатые, с одной ступенью.
Считать все фундаменты я буду в Мономахе или в BASE, но сейчас села разбираться с ручным расчетом по ПОСОБИЮ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ФУНДАМЕНТОВ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ ПОД КОЛОННЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ (к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83), чтоб понять вообще как это считается и проверить затем машинный расчет на одном из фундаментов.
Кто-нибудь вообще считал вручную когда-нибудь такие фундаменты?
У меня дело застопорилось пока на нескольких вопросах.
1. Расчет плитной части на обратный момент..
- нужно ли его делать, если у меня трапецивидная эпюра давления на грунт?
- там в пособии нагрузка от пола дана на всю длину фундамента? а на самом же деле нагрузка только внутри здания. поэтому какие величины b и l брать в формулах - фактические?
- в данном расчете вообще никак не учитывается момент от колонны?
2. Подбор арматуры плитной части фундамента
- как найти Nci - что это вообще такое?
- если у меня всего 1 ступень в фундаменте, то я считаю арматуру в одном сечении и ее же принимаю для всей плитной части?
6.5. РАСЧЕТ ПЛИТНЫХ И ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПОД КОЛОННЫ
Расчет ленточных и плитных фундаментов, работающих на изгиб, проводится с учетом совместной работы конструкции и грунтового основания согласно теории конструкций на упругом основании. В этом случае предположение о линейном распределении реактивных давлений уже не может рассматриваться как достаточно точное, так как изгиб конструкции изменяет распределение этих давлений и, следовательно, отражается и на усилиях в балках и плитах. Линейное распределение давлений используется лишь для предварительного определения сечений конструкций.
6.5.2. Предварительное назначение размеров сечений
Предварительное назначение размеров сечений рассмотрим на примере ленточного фундамента под колонны, исходя из схемы линейного распределения реактивных давлений. Изгибающие моменты в каждом сечении ленты определяются по формуле
M = Ml – ΣPili + ΣMi,
где Ml — момент в данном сечении от площади эпюры реактивных давлений, расположенной левее данного сечения; ΣPili — сумма моментов для данного сечения от нагрузок, передаваемых колоннами, расположенными левее сечения (здесь Рi — нагрузка от колонны i ; li —расстояние от колонны до сечения); ΣМi — сумма внешних моментов, передаваемых колоннами, расположенными левее данного сечения.
За положительное направление моментов принимается направление по часовой стрелке.
Таким образом, изгибающие моменты определяются простейшим способом по схеме статически определяемой балки. Не рекомендуется пользоваться расчетом статически неопределимой неразрезной балки, нагруженной трапецеидальной эпюрой давлений, при котором опорные реакции оказываются отличными от расчетных нагрузок, передаваемых на балку колоннами; кроме того, такой расчет сложнее. Использование схемы неразрезной балки оправдано лишь в случае, если жесткость верхнего строения очень велика и не позволяет смещаться опорным точкам колонн нелинейно относительно друг друга. В этом случае учитывается перераспределение внешней нагрузки по колоннам исходя из учета жесткости верхнего строения.
6.5.3. Расчет фундаментных балок и плит как конструкций на упругом основании
Для учета влияния изгиба на распределение реактивных давлений используется одно из двух предположений.
1. Основание работает согласно гипотезе коэффициента постели (Винклера). Эта гипотеза предполагает, что осадка какой-либо точки (элемента) поверхности основания s пропорциональна давлению р , приложенному в той же точке, т.е. что p = kss . Коэффициент ks , Па/м, называется коэффициентом постели. Осадка данной точки (элемента) зависит только от давления, приложенного в этой точке, и не зависит от давлений, действующих по соседству (рис. 6.32, а).
2. Основание работает как среда, к которой применимы формулы теории упругости, связывающие напряжения и осадки. Грунт принимается за однородное упругое тело, бесконечно простирающееся вниз и в стороны и ограниченное сверху плоскостью (упругое полупространство), а соответствующее предположение называется гипотезой упругого полупространства. Поверхность упругого полупространства деформируется не только непосредственно под нагрузкой, но и по соседству с ней (рис. 6.32, б). Деформационные свойства грунта характеризуются в основном модулем деформации Е0 , МПа.
Согласно гипотезе коэффициента постели, грунт лишен распределительной способности, т.е. деформации соседних с нагрузкой элементов поверхности грунта отсутствуют. Коэффициент постели для данного типа основания предполагается величиной, не зависящей от площади фундамента (в действительности — зависит).
В гипотезе упругого полупространства распределительная способность преувеличена. Модуль деформации является характеристикой, представляющей одновременно как упругие, так и остаточные деформации. При многократном приложении нагрузки остаточные деформации исчезают, модуль общей деформации Е0 переходит в модуль упругости Е , значительно больший, чем Е0 , При ширине фундамента примерно от 70 см до 7 м значение модуля деформации меняется незначительно. При превышении ширины 7 м модуль деформации заметно возрастает.
6.5.4. Связь между расчетными значениями модуля деформации и коэффициента постели
Между расчетными значениями модуля деформации Е0 и коэффициентом постели, исходя из приравнивания осадок, вычисленных по той и другой гипотезе, устанавливается связь
Значение k0 определяется по рис. 6.33 в зависимости от отношения сторон прямоугольного фундамента α, его опорной площади А и коэффициента Пуассона грунта ν0 , принимаемого для песков ν0 = 0,3, для суглинков и супесей ν0 = 0,35, для глин ν0 = 0,4.
Осадки жесткого прямоугольного фундамента на однородном основании определяются по формуле
где Р — суммарная центрированная нагрузка на фундамент.
Осадки жесткой плиты лишь немного меньше (на 7 %) средних осадок гибкой плиты при равномерной нагрузке.
Расчеты по обеим гипотезам, даже при использовании формулы (6.126), дают, как правило, различные результаты в отношении изгибающих моментов в конструкции и ее изгиба. Только для узких балок при α ≥ 10 можно подобрать отличное от определяемого формулой (6.127) значение коэффициента постели, при котором результаты расчета будут близки. Однако при равномерной нагрузке или при нагрузке, приближающейся к ней, получить близкие результаты расчета при любом соотношении между E0 и k невозможно. Формула соотношения между Е0 и k , для узких балок шириной В имеет вид:
Гибкие фундаменты в настоящее время рассчитываются преимущественно по гипотезе упругого полупространства. Этот расчет при фундаментах большой опорной площади, в десятки или сотни квадратных метров, дает, однако, преувеличенное значение осадки, изгиба и изгибающих моментов, так как гипотеза игнорирует уплотнение грунта с глубиной, вызванное действием его собственного веса. Кроме того, при больших опорных площадях грунт под фундаментом сжимается в основном без возможности бокового расширения, что не учитывается при опытном определении модуля деформации штампом.
Чтобы приблизить расчетные условия к действительным, при больших опорных площадях используют схему, согласно которой основание представляет собой сжимаемый слой, подстилаемый несжимаемым основанием. Удобно также использовать схему однородного полупространства с повышенным модулем деформации так, чтобы расчет по этой схеме давал значение, равное ожидаемой осадке.
6.1. РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ ПОД КОЛОННЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Размеры подошвы и глубина заложения фундаментов определяются расчетом основания, приведенным в гл. 5. Расчет конструкции фундамента (плитной части и подколонника) производится по прочности и раскрытию трещин и включает: проверку на продавливание и на «обратный» момент, определение сечений арматуры и ширины раскрытия трещин, а также расчет прочности поперечного сечения подколонника.
Исходными данными для расчета являются: размеры подошвы плитной части; глубина заложения и высота фундамента; площадь сечения подколонника; сочетания расчетных и нормативных нагрузок от колонны на уровне обреза фундамента.
Расчет фундаментов по прочности и раскрытию трещин производится на основное и особое сочетания нагрузок. При расчете фундамента по прочности расчетные усилия и моменты принимаются с коэффициентом надежности по нагрузке по указаниям действующих СНиП, а при расчете по раскрытию трещин — с коэффициентом надежности по нагрузке, равным единице.
При проверке прочности плитной части фундамента на обратный момент необходимо учитывать нагрузки от складируемого на полу материала и оборудования.
При расчете фундаментов по прочности и по раскрытию трещин возникающие в них усилия от температурных и им подобных деформаций принимаются изменяющимися по вертикали от полного их значения на уровне обреза фундамента до половинного значения на уровне подошвы фундамента.
Расчетные характеристики бетона и стали приведены в гл. 4 и принимаются с учетом соответствующих коэффициентов условий работы [5, 9].
6.1.2. Расчет фундаментов на продавливание
Расчет на продавливание производится из условия, чтобы действующие усилия были восприняты бетонным сечением фундамента без установки поперечной арматуры: при монолитном сопряжении колонны с плитной частью — от верха последней (рис. 6.1, а), при монолитном сопряжении подколонника с плитной частью независимо от вида соединения колонны с подколонником (монолитные или стаканные) при расстоянии от верха плитной части до низа колонны H1 ≥ (buc – bc)/2 — от верха плитной части (рис. 6.1, б), а при меньшем H1 — от низа колонны (рис. 6.1, в).
Проверка выполнения этого условия производится в обоих направлениях [8].
Руководство по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения) Руководство по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений промышленных предприятий СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкцииПри расчете фундамента на продавливание определяется минимальная высота плитной части h и назначаются число и размеры ее ступеней или проверяется несущая способность плитной части при заданной ее конфигурации. При расчете на продавливание от верха плитной части принимается, что продавливание фундамента при центральном нагружении происходит по боковым поверхностям пирамиды, стороны которой наклонены под углом 45° к горизонтали (см. рис. 6.1).
Квадратный фундамент рассчитывается на продавливание из условия
F ≤ kRbtbah0
где F — расчетная продавливающая сила; k — коэффициент, принимаемый равным 1; Rbt — расчетное сопротивление бетона на растяжение; ba — среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания, образующейся в пределах рабочей высоты сечения h0 , (расстояния от верха плитной части до середины арматуры).
6.1.5 Пример расчета фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений
Пример 6.1. Определить размеры и площадь сеченая арматуры внецентренно нагруженного фундамента со ступенчатой плитной частью и стаканным сопряжением с колонной размером сечения lс × bс = 400 × 400 мм. Глубина заделки колонны 0,75 м. Отметки: низа колонны — 0,90 м, обреза фундамента — 0,15 м, низа подошвы — 2,65 м. Размер подошвы 3,3 × 2,7 м.
Расчетные нагрузки на уровне обреза фундамента приведены в табл. 6.1.
ТАБЛИЦА 6.1. К ПРИМЕРУ 6.1
| Расчетное сочетание | При γf = 1 | При γf > 1 | ||||||||
| N , кН | Mx , кН·м | Qx , кН | Mу , кН·м | Qy , кН | N , кН | Mx , кН·м | Qx , кН | Mу , кН·м | Qy , кН | |
| 1 | 2000 | 80 | 30 | 50 | 20 | 2400 | 96 | 36 | 60 | 24 |
| 2 | 800 | 110 | 50 | 70 | 30 | 960 | 132 | 60 | 84 | 36 |
| 3 | 1750 | 280 | 60 | 10 | 5 | 2100 | 336 | 72 | 12 | 6 |
Примечание. Индексы обозначают; х — направление вдоль большого размера подошвы; у — то же, вдоль меньшего.
Материалы: сталь класса А-III, Rs = 360 МПа ( ø 6-8 мм), Rs = 375 МПа ( ø 10 мм), бетон тяжелый класса В10 (В15).
Расчетные сопротивления приняты со следующими коэффициентами условий работы: γb1 = 1; γb2 = 0,9; γb4 = 0,85.
Решение. 1. Назначение предварительных геометрических размеров фундамента (рис. 6.12). Определим необходимую толщину стенок стакана по сочетанию 3:
е0 = Mx/ N = 336/2100 = 0,16 м, т.е. е0 < 2 lc = 2 · 0,4 = 0,8 м.
Толщина стенок должна быть δ > 0,2 lс = 0,2 · 0,4 = 0,08 м, но не менее 0,15 м. Тогда размеры подколонника luc = buc = 2 · 0,15 + 2 ·0,075 + 0,4 = 0,85 м. Принимаем с учетом рекомендуемого модуля 0,3 м.
Высоты ступеней плитной части hi = 0,3 м. Площадь подошвы фундамента A = 3,3 · 2,7 = 8,92 м 2 . Момент сопротивления в направлении большего размера
Wx = l 2 b /6 = 3,3 2 · 2,7/6 = 4,9 м 2 .
Рабочая высота плитной части h = 0,3 · 2 – 0,05 = 0,55 м. Глубина стакана hg = 0,75 + 0,05 = 0,8 м.
2. Расчет фундамента на продавливание. Расстояние от верха плитной части до низа колонны 1,05 м, в то время как huc = (luc – 1c) /2 = 0,25 м, следовательно, проверка на продавливание плитной части производится от низа подколонника.
Максимальное краевое давление на грунт (6.9):
pmax = N/A + (Mx+QxH)/Wx = 2400/8,92 + (96 + 36 · 2,4)/4,9 = 0,268 + 0,033 = 0,306 МПа;
pmax = 2100/8,92 + (336 + 72 · 2,4)/4,9 = 0,339 МПа.
Принимаем наибольшее значение pmax = 0,339 МПа. Продавливающая сила F = А0pmax .
Тогда F = 1,64 · 0,339 = 556 кН.
Задаемся классом бетона В10 с Rbt = 0,57 МПа. С учетом γb2 = 0,9 и γb4 = 0,85 Rbt = 0,57 · 0,9 · 0,85 = 0,436 МПа.
По формуле (6.7) bр = bс+ h0 = 0,9 + 0,55 = 1,45 м.
Следовательно, принятая высота плитной части фундамента недостаточна. Переход на бетон класса В15 повысит несущую способность на продавливание в 250/150 = 0,7/0,57 = 1,2 раза, чего также недостаточно. Следует либо увеличить высоту верхней ступени (например, с 0,3 до 0,45 м), либо внести еще одну (третью) ступень, т.е. принять высоту плитной части h = 0,9 м; h0 = 0,85 м.
Принимаем трехступенчатый фундамент. Проверку на продавливание производим (при разном числе ступеней плитной части) в двух направлениях по формулам (6.27) и (6.28):
F´ = 0,85 · 0,339 = 288 кН; b1p = buc + (h0 – h3) = 0,9 + (0,85 – 0,3) = 1,45 м.
Несущая способность фундаментов по формуле (6.26)
F = 0,436 [(0,85 – 0,3)1,45 + 0,3 · 0,9] = 465 кН > 288 кН.
Принятый фундамент удовлетворяет условию прочности на продавливание
Рассмотрим дополнительно вариант при двухступенчатом фундаменте с высотой верхней ступени 0,45 м. Тогда (при h0 = 0,7 м):
F´ = 1,31 · 0,339 = 444,1 кН;
b1p =0,9 + 0,7 = 1,6 м.
Несущая способность фундамента по формуле (6.1)
F = 1 · 0,436 · 1,6 · 0,7 = 488,3 кН > 444 кН,
т.е. и такой фундамент удовлетворяет прочности на продавливание.
Покажем, однако, что последний вариант менее экономичен. Действительно, объем плитной части высотой 0,9 м при трехступенчатом фундаменте
V3 = 3,3 · 2,7 · 0,3 + 2,4 · 1,8 · 0,3 + 1,5 · 0,9 · 0,3 = 4,37 м 3 , а при двухступенчатом фундаменте с учетом дополнительного объема подколонника на высоте 0,9 – 0,75 = 0,15 м
V2 = 3,3 · 2,7 · 0,3 + 2,4 · 1,8 · 0,45 + 0,9 · 0,9 · 0,15 = 4,74 м 3 > 4,37 м 3 .
Итак, принимаем трехступенчатый фундамент с высотой плитной части 0,9 м.
Проверим прочность нижней ступени при заданном ее выносе 450 мм и h01 = 0,25 м:
P = 0,5 · 0,339 = 169 кН:
b1p = 1,8 + 0,25 = 2,05 м.
Несущая способность ступени F = 1 · 0,436 · 2,05 · 0,25 = 223 кН > 169,5 кН.
Размеры лежащих выше ступеней назначаются пересечением линии AB с линиями, ограничивающими высоты ступеней (рис. 6.13).
Определение площади сечений арматуры плитной части фундамента проведем на примере нижней арматуры (направленной вдоль большей стороны подошвы фундамента) класса А-II.
Расчетные усилия на уровне подошвы принимаем по сочетанию 3 без учета веса фундамента:
N = 2100 кН; M = 336 + 72 · 2,4 = 509 кН·м; е0x = 509/2100 = 0,242 м.
Определим давление на грунт в расчетных сечениях (см. рис. 8.12)
Pmax = N/ A + M/ W = 2100/8,92 + 509/4,9 = 370 кН/м 2 ;
pI = N/A + k´IM/W = 236 + 0,73 · 135 = 345 кН/м 2 .
pII = 236 + 0,45 · 135 = 297 кН/м 2 .
pIII = 236 + 0,28 · 135 = 274 кН/м 2 .
кН·м;
кН·м;
кН·м.
Принимаем арматуру класса А-II с Rs = 285 МПа:
см 2 ;
см 2 ;
см 2 .
Расчёт ленточных фундаментов под ряды колонн по методу общих упругих деформаций. Армирование ленточных фундаментов
Значения неизвестных находят из решения системы m уравнений совместности деформаций и двух уравнений равновесия:
| — уравнения совместности деформаций, |
| — уравнения равновесия, |
4 Рис. 32. К расчёту ленточного фундамента под ряды колонн по методу общих упругих деформаций: а – схема расположения внешних нагрузок, б – расчётная схема фундаментной ленты, в – основная система смешанного метода расчёта, г – эпюры реактивных давлений грунта, д – перемещение ленты и осадка основания от единичных сил, е – то же, но от осадки и угла поворота условной заделки, ж – эпюры изгибающих моментов от единичных сил и внешних нагрузок
Осадку основания уkj определяют на основе решения задачи теории упругости о деформировании упругого полупространства (рис. 32, д):
где Fkj — функция осадки поверхности основания в точке k при воздействии единичной силы в точке j. Для определения Fkj в технической литературе приведены соответствующие таблицы (В.Н. Байков, Э.Е. Сигалов. «Железобетонные конструкции. Общий курс»).
После определения значений неизвестных сил zj (j = 1…m) вычисляют ординаты эпюры отпора грунта:
Эпюра отпора грунта получается ступенчатой, разрывы в ней сглаживают.
Диаметр продольной рабочей арматуры ребра ленточного фундамента определяют из его расчёта на действие изгибающего момента. Около 70 % её требуемого количества в нижней зоне устанавливают в пределах ширины ребра, а 30 % распределяют по всей ширине подошвы bf вместо конструктивной арматуры сетки С-1 (рис. 33).
Процент армирования поперечного сечения ребра фундаментной ленты верхней и нижней продольной рабочей арматурой должен быть не менее минимально допустимого по конструктивным соображениям, учитывающего возможность неравномерного загружения фундамента в процессе возведения здания и неравномерность осадок основания:
Ленточные фундаменты под ряды колоннрассчитывают не только в продольном, но и в поперечном направлении. Здесь расчётным является сечение 1-1, которое проводят по грани ребра ленты. Этот расчёт аналогичен расчёту блок-подушки ленточного фундамента под несущие стены. Его производят, выделяя отрезок фундаментной ленты длиной один метр в зоне максимального значения эпюры отпора грунта. Результатом расчёта является подбор поперечной арматуры сетки С-1.
Рис. 33. Армирование ленточного фундамента под ряды колонн: а – продольный разрез, б – поперечный разрез, в – корытообразные и плоские каркасы и сетки
Для ленточных фундаментов в качестве рабочей используют арматуру класса А400 (A-III), а в качестве конструктивной — А240 (A-I). Бетон принимают класса В15 и выше. Под фундаментом устраивают бетонную или песчано-гравийную подготовку. После подбора армирования фундамента выполняют расчёты ленты на продавливание от низа монолитной колонны, подколонника или дна стакана сборной колонны, а также расчёты по образованию и раскрытию трещин.
Расчётные схемы внецентренно нагруженных ленточных фундаментов под несущие стены. Расчёт и конструирование ленточных фундаментов под ряды колонн. Метод прямолинейной эпюры
Существуют две основные расчётные схемы внецентренно нагруженных ленточных фундаментов под несущие стены в зависимости от очерёдности устройства пола подвала, надподвального перекрытия и производства обратной засыпки грунта.
Схема 1.Обратная засыпка грунта за пазухи фундамента производится до устройства пола подвала и надподвального перекрытия. Расчётная схема фундамента принимается в этом случае в виде консольного стержня с жёстким защемлением в уровне его подошвы (рис. 19, а). В результате изгибающий момент от активного давления грунта может быть вычислен по формулам:
Схема 2. Обратная засыпка грунта за пазухи фундамента производится после устройства пола подвала и надподвального перекрытия. Расчётная схема фундамента в этом случае принимается в виде вертикального стержня с шарнирно неподвижной опорой в уровне перекрытия над подвалом и жёстким защемлением в уровне подошвы фундамента (рис. 19, б). Изгибающий момент от активного давления грунта вычисляют по следующим зависимостям:
hпод — высота подвала,
hf — высота блок-подушки (монолитной ленты).
При устройстве мягкой гидроизоляции поверху блок-подушки (рис. 20, а) в расчётной схеме фундамента принимают шарнирное закрепление в нижней части стены подвала (схема 3), согласно которому изгибающие моменты от внешней нагрузки и от активного давления грунта в этом уровне равны нулю:
Рис. 19. Расчётные схемы внецентренно нагруженного ленточного фундамента при производстве обратной засыпки грунта: а – до устройства пола подвала и надподвального перекрытия, б – после устройства пола подвала и надподвального перекрытия
Рис. 20. Расчётные схемы внецентренно нагруженного ленточного фундамента: а – при устройстве мягкой гидроизоляции поверху блок- подушки, б – для сборных фундаментов при bfb / bf > 0,7 и bf < 1 м
Проверку краевых давлений на грунтпо подошве фундамента выполняют по формулам:
При невыполнении указанных условий увеличивают ширину блок-подушки, а при их выполнении производят расчёты основания по второй и первой группе предельных состояний. Затем переходят к расчёту самого фундамента по несущей способности. Реактивное давление грунта в этом случае вычисляют по формулам:
Вес блок-подушки не учитывают.
При расчёте блок-подушки на продавливание проверяют одну наиболее нагруженную грань призмы продавливания по формуле
h0,f — рабочая высота сечения блок-подушки.
При невыполнении условия прочности на продавливание увеличивают высоту блок-подушки или высоту монолитной фундаментной ленты.
При проверках прочности по нормальному и наклонному сечениям расчёт блок-подушки производят как консольного стерженя с вылетом с1 . Расчётным является сечение 1-1, проходящее по грани фундаментных блоков со стороны максимального отпора грунта. Методика расчёта прочности аналогична центрально нагруженным ленточным фундаментам под несущие стены. Поперечную силу и изгибающий момент вычисляют по формулам:
Также аналогичен расчёт блок-подушки в сечении 1-1 по образованию и раскрытию трещин.При этом изгибающий момент Мn,1 и отпор грунта (pn,max , pn,min , pn,1) вычисляют от нормативных нагрузок. Первоначально проверяют условие
Если оно не соблюдается, то расчёт ширины раскрытия трещин acrc,2 и acrc,1 выполняют по аналогии с проверками плитной части отдельных фундаментов под колонны.
Ленточные железобетонные фундаменты под ряды колонн выполняют с тавровым поперечным сечением и преимущественно монолитными (рис. 21, поз. 1). Ширину подошвы bf (рис. 21, поз. 6) ленточного фундамента обычно принимают постоянной по длине. В том случае, если имеются участки с резко повышенной нагрузкой, устраивают местное уширение подошвы фундамента. Толщину полки у наружного края принимают не менее 200 мм (рис. 21, б), а толщину полки у ребра hpl (рис. 21, поз. 9) из расчёта, чтобы поперечная сила от отпора грунта могла быть воспринята только бетоном без поперечного армирования ленты.
Рис. 21. Конструктивные элементы ленточного фундамента под ряды колонн: а – продольный разрез, б – опирание монолитной колонны, в – опирание сборной колонны
Характер напластования грунтов (их податливость) определяет выбор метода расчёта ленточного фундамента, а его геометрические характеристики и, прежде всего, высота ребра hr — категорию жёсткости. Ленточные фундаменты под колонны разделяют на две основные категории:
Рис. 22. Эпюры реактивного давления грунта и изгибающих моментов в ленточных фундаментах под ряды колонн: а – условно абсолютно жёсткий фундамент, б – гибкий фундамент
В настоящее время нет единого метода расчёта ленточных фундаментов под ряды колонн. Существуют три принципиальных метода, каждый из которых имеет свои достоинства, недостатки и преимущественную область применения: метод прямолинейной эпюры, метод местных упругих деформаций, метод общих упругих деформаций (деформаций полупространства). Однако все эти методы требуют предварительного определения ширины подошвы фундамента bf . Её значение устанавливают расчётом на суммарное действие нормативных вертикальных нагрузок с учётом веса фундамента и грунта на его уступах:
lf — длина фундаментной ленты (определяется габаритами здания в плане);
— сумма продольных сил от нормативных вертикальных нагрузок на все колонны ленточного фундамента.
При монолитных ленточных фундаментах величину bf принимают в большую сторону кратно 100 мм, а при сборных подбирают блок-подушку большего размера по каталогу. После этого уточняют значение расчётного сопротивления грунта основания R.
Для жёстких ленточных фундаментов дальнейшие расчёты выполняют по методу прямолинейной эпюры. Для гибких ленточных фундаментов этот метод используют как предварительный с целью подбора размеров поперечного сечения фундаментной ленты. Согласно этому методу реактивное давление принимают по прямолинейной эпюре, которое при симметричном нагружении ленты вдоль её оси имеет вид прямоугольника, а при несимметричном нагружении – вид трапеции (рис. 23, а). Первоначально проверяют краевые давления на грунт от нормативных нагрузок с учётом собственного веса фундамента и грунта на его уступах:
— момент сопротивления подошвы фундамента;
— сумма всех нормативных вертикальных нагрузок на фундаментную ленту;
— сумма моментов от всех нормативных вертикальных нагрузок на фундаментную ленту (за положительный принимают момент против хода часовой стрелки);
xi — расстояние от левого конца фундаментной ленты до оси i-ой колонны.
При выполнении указанных условий производят расчёт основания по второй и первой группе предельных состояний, а затем переходят к расчётам фундаментной ленты по несущей способности. В этом случае реактивное давление грунта определяют от расчётных нагрузок без учёта собственного веса фундамента и грунта на его уступах по формулам:
Рис. 23. Расчётные схемы ленточного фундамента под ряды колонн по методу прямолинейной эпюры: а – вдоль оси ленты, б – в поперечном направлении, в – при определении внутренних усилий
Изгибающие моменты и поперечные силы в фундаментной ленте вычисляют как в консольной балке, вводя условную заделку в заданном сечении x (рис. 23, в):
Mgr — изгибающий момент в заданном сечении от реактивного давления (отпора) грунта,
— сумма изгибающих моментов от вертикальных нагрузок, расположенных левее заданного сечения;
— сумма изгибающих моментов, передаваемых колоннами, расположенными левее заданного сечения.
По величине найденного максимального изгибающего момента Мx,max определяют необходимый по условию прочности (как для бетонного фундамента) момент сопротивления поперечного сечения W, а по нему уточняют ранее принятые конструктивные размеры фундаментной ленты и вычисляют её его изгибную жёсткость EJ:
Rbt — расчётное сопротивление бетона фундаментной ленты растяжению;
Wpl , W — соответственно упругопластический и упругий моменты сопротивления поперечного сечения фундаментной ленты;
Ленточные фундаменты на естественном основании под колонны
В случае, если требуемые по расчету подошвы фундаментов соседних колонн близко подходят друг к другу, применяют ленточные фундаменты под рядами колонн в виде отдельных лент или в виде перекрестных лент (рис. ниже). Также применяют ленточные фундаменты при неоднородных грунтах или резко различных нагрузках, поскольку они выравнивают осадки основания. Фундаменты под колонны связевых панелей также часто делают ленточными, поскольку такие фундаменты увеличивают жесткость основания панели, что существенно уменьшает деформативность всего каркаса. Еще больше можно увеличить жесткость основания связевой панели, распространив ленточный фундамент на соседние с панелью колонны (рис. ниже).
Ленточные монолитные фундаменты под колонны
а - отдельные ленты; б - перекрестные ленты
Обычно ленточные фундаменты имеют постоянное тавровое сечение с полкой понизу.
Выступы полки тавра работают как консоли, защемленные в ребре. Полку назначают толщиной не менее половины вылета консоли.
Фундаментная лента рассчитывается и конструируется так же, как монолитная неразрезная балка, в которой опорами служат колонны, а нагрузкой - давление грунта на подошву.
Пример ленточного фундамента под связевой панелью
Эпюру давления грунта рекомендуется определять, принимая основание как линейно деформируемое полупространство.
Расчет производится смешанным способом. Для этого непрерывную связь балки с основанием представляют в виде системы абсолютно жестких стержней, усилия в которых принимают равными равнодействующей давления грунта, равномерно распределенного по площади подошвы, соответ-
ствующей каждому стержню (рис. ниже). Обычно расстояния между стержнями с принимают одинаковыми, а число стержней (участков разбивки) равным 9-11.
К расчету ленточного фундамента как балки на линейно-деформируемом полупространстве
а - расчетная схема; б
основная система; в - перемещения ленты под действием силы х = 1; г - то же, поверхности основания; д - перемещения ленты под действием внешних нагрузок Р,
Основную систему получают, отделив балку от основания, заменив при этом стержни силами х0. х„ и введя опору в точке приложения равнодействующей внешних сил от колонн. Неизвестными при этом являются силы х0. ,хn и осадка фиктивной опоры y0. Система уравнений имеет вид
где п - число участков; ΣP - сумма сил в колоннах, приложенных к ленте.
Коэффициент δki, представляет собой сумму смещений балки Vki и основания Yki в точке k от действия единичной силы, приложенной в точке i. Поскольку фиктивная опора, помещенная в точке приложения равнодействующих сил Pj, не может поворачиваться, эту опору представляют как жесткую заделку, и значения Vki определяют как прогибы консоли. При постоянной жесткости балки EI значение Vk, равно
Осадку основания Yki от единичной силы определяют по формуле
где Ей и μо - модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта, определяемые согласно СНиП 2.02.01-83 прил. 1 и 2; с - расстояние между стержнями; Fu - функция осадки основания в точке к при действии единичной силы в точке i.
Значения функции Fki, вычисленные на основе теории упругости, приведены в табл. ниже, где х/с - число участков от точки к до точки i; b - ширина подошвы.
Заливка ленточного фундамента под колонны: пошаговый процесс работы
Какие виды фундаментов подходят для колонн
Подвидов оснований много, но лучше рассмотреть четыре вида фундаментов, на основании описанных критериев делать выбор.
Столбчатая опора
Предполагает сильное заглубление столбов, ниже уровня промерзания грунта, часто глубже 2 м.
Столбы могут быть готовыми, то есть, из железа или железобетона. Остается купить материал, привезти, нанять спецтехнику – оборудование, которое будет вбивать опоры в грунт на нужных точках.
Заливные конструкции предполагают копку точечных углублений с бетонированием. Столбы создают на месте, путем заливки раствора с каркасным усилением из арматуры.
Подходит для болотистых мест, слабых грунтов, но углублять элементы нужно сильно, иначе зимой почва начнет пучиниться и выдавит столпы.
Столбчатый фундамент, обычно, задействуют для легких построек, по типу маленького дачного домика или сооружения технического назначения.
Ленточная заливка
Если по утвержденной планировке свободное пространство между колоннами будет заполняться кладкой кирпичей, газобетонными блоками или шлакоблоками, используют ленточный фундамент.
Бетон заливается по контуру каждой стены, но внутри, там, где должен быть пол, нет ничего, свободное пространство. Значительно экономятся временные, финансовые ресурсы, готовое основание по техническим параметрам не уступает наиболее прочному аналогу – монолиту.
Монолитное основание
На нужном участке размечается внешний контур здания, внутренняя часть отмеченной территории освобождается от плодородного слоя земли. Затем, выполняется засыпка подушки из песка, щебня, устилается площадь строительного полиэтилена в два слоя, либо рубероида. Изоляцию кладут сильно внахлест.
Для укрепления, вяжут несколько отдельных участков арматуры, укладывают на места, последовательно соединяют. Остается навести бетонный раствор, выполнить постепенно полную заливку, придавая усадку строительным вибратором.
Для заливки монолита лучше брать большую бетономешалку, которая обеспечит наведение наиболее качественного раствора. Можно наводить порции больше, чем можно вылить за один подход – постоянное вращение не даст цементу затвердеть.
После снятия опалубки, конструкцию оставляют просыхать еще минимум на месяц.
Упор на сваи
Свайные опоры сильно схожи со столбчатыми, но различаются. Применяются на участках с насыпным грунтом, болотистых почвах с высоким уровнем протекания подземных вод.
Сваи имеют сверху приваренную площадку, а внизу винтовые режущие кромки, которые позволяют вкручивать изделие глубоко внутрь почвы.
В зависимости от конкретного участка, величины предполагаемой нагрузки, выбирают сваи подходящего размера.
Для вкручивания элементов используют оборудование, либо приглашают пару помощников, берут пару ломов и отрезков трубы. Ручное вкручивание предполагает, что сначала в технические отверстия под верхней свайной площадкой заводят концы ломов, а с другой стороны насаживают патрубки.
Один человек остается в середине удерживать сваю, выравнивать ее по уровню, пока двое других вкручивают. Когда столб войдет в грунт хотя бы на половину, можно продолжить работу одному.
Предварительные расчеты
Перед заливкой выполняют обязательные вычисления. Нужно правильно рассчитать будущую нагрузку от здания, с учетом облицовочной отделки, техники, мебели, людей.
По результатам вычислений находят предполагаемую массу, уровень давления на местную почву. Чем тяжелее конструкция, либо рыхлее грунт, тем глубже должен закладываться фундамент.
Плотность земли на участке важна. Перед строительством рекомендуется изучить грунт, собрать сведения об особенностях климата.
Плотная земля лучше воспринимает нагрузку от здания. Чем больше опорная площадь у фундамента, тем большую нагрузку основание сможет распределить без разрушений. Даже если грунтовая влага пролегает высоко, почва может промерзать несколько ниже, эти два параметра могут быть одинаковыми, но это не всегда так.
Засчитываются неровности ландшафта, разные вкрапления в общий состав почвы. Требуется сделать фундамент, чтобы возлагаемая масса перераспределялась равномерно.
Этапы процесса сооружения фундамента
Начало заложения фундамента знаменуется расчисткой строительного участка, нанесением разметки. Чтобы сформировалась ровная лента, по схеме вбивают колышек в вершину одного из углов, от него отмеряют нужное расстояние до следующей точки. Вбивают колышки, с шагом до 2,5 м, очерчивая внешний контур, затем внутренний, либо наоборот.
На каждую вбитую деревяшку последовательно наматывается, сильно натягивается шнур. Получается физическая проекция, позволяющая поставить штык лопаты наиболее ровно.
Затем, выкапывается траншея, выполняется насыпная прослойка, устилается гидроизоляция. Остается поставить опалубку, положить арматуру, залить бетон.
Ленточный монолит
Сразу размечается вся постройка, точнее, каждая стена и перегородка, выкапывается единая траншея по контуру будущего дома. Стенки заравнивают, дно уплотняют, устилают геотекстилем. Вниз засыпают слой щебня, тщательно трамбуют, затем, насыпают песок, увлажняют чистой водой и тоже уплотняют. Общая толщина каждого слоя составляет 10-15 см.
Поверх насыпной подушки настилают гидроизолирующий материал, чаще используют рубероид.
Опалубку (форму для бетона) собирают из деревянных досок, формируя щиты. Элементы соединяются гвоздями, поперечными балками, шпильками для фиксации углов. Сначала, заготавливают щиты, потом, их ставят на место, скрепляя между собой. Снаружи выставляют боковые подпорки, чтобы форму не повело под давлением бетона.
Чтобы древесина не вытягивала влагу из раствора, не поглощала цементное молочко, стенки изнутри устилают полиэтиленовой пленкой.
Внутрь опалубки укладывают арматурные заготовки, сцепляют, усиливая угловые повороты, приступают к заливке раствора.
Смесь наводят порционно, после заливки выполняют разравнивание, усаживают вибратором, либо много раз протыкают тонким прутом арматуры. По завершении, укрывают полиэтиленом. Через 7-10 дней опалубку демонтируют, спустя еще 3 недели начинают строительство.
Фундамент влияет на целостность, сохранность здания. Колонны обладают точечной нагрузкой, большой массой, что потребует прочного, устойчивого к давлению основания. Ленточная форма доступна к самостоятельному исполнению.
Основные универсальные рекомендации по возведению основания под колонны можно посмотреть в следующем видео:
Читайте также: