Внецентренно нагруженные фундаменты под колонны делают

Обновлено: 17.05.2024

Расчет внецентренно нагруженного фундамента под металлическую колонну

Расчет центрально нагруженных отдельных фундаментов под колонны.

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.

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

Значение продольного усилия принимают с коэффициентом надежности по нагрузке Yf = 1поскольку расчет основания производят по деформациям. Обозначив глубину заложения подошвы фундамента Н получают:

По найденной площади устанавливают размеры сторон подошвы фундамента, округляя их в большую сторону до значения, кратного 30 см, если применяют металлическую инвентарную опалубку, и 10 см 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 0 к вертикали.

Расчет на продавливание выполняют по периметру колонн и по пирамиде, наклоненной под углом 45 0 и 26,6 0 .

Расчет на продавливание по периметру колонны ведут исходя из условия:

где – касательные напряжения среза при продавливании, – сопротивление на срез при продавливании.

– периметр колонны

Расчет на продавливание по пирамиде ведут исходя из условия:

c – расстояние от грани колонны до рассматриваемого сечения

– периметр нижнего основания пирамиды продавливания

– коэффициент продольного армирования

Если – то высота ступеней достаточна, если – то недостаточна. Создаем фундамент в котором не будет происходить продавливания.

Расчет арматуры по подошве фундамента:

Особенности расчета внецентренно нагруженных отдельных фундаментов под колонны.

Фундаменты под внецентренно сжатые колонны испытывают воздействие нормальной силы N, изгибающего момента М и поперечной силы Q (рис. 10.4,а). При небольших моментах фундаменты проектируют квадратными в плане, при значительных — прямоугольными с большим размером в плоскости действия момента.

Требуемую площадь фундамента определяют предварительно по формуле с коэффициентом 1,2. 1,6, учитывающим влияние момента:

Вычислив площадь подошвы фундамента и задавшись соотношением сторон b/a= (0,65. 0,85), определяют a и b.

Затем находят максимальное и минимальное давление под краем подошвы в предположении линейного распределения напряжений в грунте (рис. 10.4, б,г):

— эксцентриситет продольной силы относительно центра тяжести подошвы фундамента.

При этом должны выполняться условия

Расчет на продавливание такой же как для центрально-нагруженных фундаментов (напряжение среза сравниваем с максимальным сопротивлением срезу).

Расчет армирования подошвы:

В направлении действия момента:

В направлении перпендикулярном плоскости действия момента:

После определения моментов подсчитывают требуемое количество арматуры в каждом направлении по формуле

Внецентренно нагруженный фундамент под колонну

негодяй со стажем

смущает наклонный витраж, который, как я предполагаю, будет крепиться к колоннам с помощью каких-нибудь консолей и в связи с этим будет передавать на фундамент большой момент, так как будет большой эксцентриситет приложения нагрузки.

Вопрос:
1. Нужно ли для выделенных на чертеже фундаментов смещать подколонник, так как будет момент от стены и витража. Если нужно, то подскажите пожалуйста где найти расчет такого фундамента.

Пересохранил в 2004

olf_ , да я новичок, в нашей молодой организации ГИПа можно сказать что нету, так что посоветоваться особо не с кем.

В учебных заведениях учили, но одно дело в теории (в курсовике), а другое на практике (в реальном проекте).

Каркас толком еще не конструировался, просто заказчик просит план фундаментов.

Пример расчета внецентренно нагруженных фундаментов

Решение. При действии внецентренно приложенной нагрузки форму подошвы фундамента целесообразно назначить в виде прямоугольника. Зададимся соотношением длины подошвы фундамента к его ширине l/b=1,5.

В первом приближении определим площадь подошвы фундамента в предположении, что на него действует только вертикальная центрально приложенная сила. Условное расчетное сопротивление грунта основания составит R =0,15 МПа. Тогда ориентировочная площадь фундамента определяется по формуле:

=1,0/(0,15—1,2-0,02) = 7,81 м 2 .

Учитывая, что фундамент является внецентренно нагруженным, увеличиваем размеры фундамента на 20 %. Тогда ориентировочная площадь подошвы фундамента составит А_ф = 9,4 м 2 .

При соотношении l/b=1,5 получим: b = = 2,5 м; l = 2,5·1,5=3,75 м.

Вычислим значение 0,03l_к=0,024 м. Значение е=0,6 м>0,03l_к= 0,024 м, поэтому данный фундамент необходимо рассчитать, как внецентренно сжатый.

Для соотношения L/H=84/20,5=4,1 по табл. 1.15(Приложение I) найдем значения коэффициентов условий работы = l.l и =l,0. Коэффициент k= 1,0.

Рис. III.1

Для прямоугольного фундамента шириной b=2,5 м найдем расчетное сопротивление грунта основания, определив предварительно значения безразмерных коэффициентов (см. табл. 1.13 Приложение 1) =0,98, = 4,93 и = 7,40:

В соответствии с требованиями строительных норм, для внецентренно нагруженных фундаментов максимальное краевое давление под подошвой фундамента не должно превышать 1,2R = 0,24 МПа.

Найдем вес грунта, лежащего на обрезах фундамента:

Вес фундамента (см. рис. 2.17):

Найдем максимальное и минимальное краевые давления под подошвой фундамента при внецентренном нагружении по формулам:

Проверим выполнение условий:

Окончательно принимаем в качестве фундаментной подушки монолитную железобетонную плиту размером 2,5x4x0,8 м (см. рис. III.1).

ПРИЛОЖЕНИЕ IV.

Пример расчета осадки фундамента.

Определить методом элементарного суммирования, осадку фундамента под колонну каркаса здания. Ширина фундамента b=1,8 м, длина l=1,8 м, глубина заложения d=0,9 м. Среднее давление под подошвой фундамента p_cp=0,352 МПа. Грунтовые условия строительной площадки приведены в таблице IV.1.

Таблица IV.1.

Название грунта	Глубина подошвы слоя, м	Пластичность	Удельная масса, γ_s, кг/м 3	Объемная масса, γ_p, кг/м 3	Влажность, w,%	Е, МПа	е
w_L	w_p
Песок средней плотности	3,5	22,0	25,0	0,663
Суглинок тугопластичный	6,5	32,0	19,0	25,0	12,0	0,805
Глина полутвердая	10,0	43,0	23,0	27,0	20,5	0,746

Решение. Воспользовавшись данными табл. IV.2, определяем удельный вес грунтов первого и третьего слоев, залегающих в основании фундамента: γ₁= ρg = 2000·10=0,02 МН/м 3 , γ₃ = 2000·10=0,02 МН/м 3 .

Удельный вес песка первого слоя и суглинка второго слоя с учетом взвешивающего действия воды найдем по формуле:

Грунт третьего слоя представляет собой глину полутвердую, которая является водоупорным слоем, поэтому в ней взвешивающее действие воды проявляться не будет. Определим ординаты эпюры вертикальных напряжений от действия собственного веса грунта по формуле и вспомогательной эпюры 0,2 :

на поверхности земли:

на уровне подошвы фундамента:

в первом слое на уровне грунтовых вод:

на контакте первого и второго слоев с учетом взвешивающего действия воды:

на подошве суглинка с учетом взвешивающего действия воды:

Ниже слоя суглинка залегает глина в полутвердом состоянии, являющаяся водоупорным слоем, поэтому к вертикальному напряжению на кровлю глины добавятся:

гидростатическое давление столба воды, находящегося над глиной

полное давление на кровлю глины:

σ_zg4= 0,053 + 0,108 = 0,161 МПа; 0,2 σ_zg4 = 0,032 МПа;

давление на подошве третьего слоя:

Полученные значения ординат природного напряжения и вспомогательной эпюры перенесем на геологический разрез (рис. IV.1).

Рис. IV.1

1 — песок средней плотности (γ₁=0,02 МН/м 3 , h₁=3,9 м, E₁=25 МПа); 2 — суглинок тугопластичный (γ₂=0.0094 МН/м 3 , h₂=4,3 м, E₂=12 МПа); 3 — глина полутвердая (γ₃=0,02 МН/м 3 , h₃=3,3 м, E₃=20,5 МПа)

Найдем дополнительное давление по подошве фундамента:

Соотношение n=l/b—1,8/1,8= 1, Чтобы избежать интерполяции по табл. 1.16(Приложение I), зададимся соотношением m = 0,4, тогда высота элементарного слоя грунта h_i = 0,4·1,8/2 = 0,36 м.

ВНЕЦЕНТРЕННО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Заложение фундамента – важная часть любого строительства, без которой не обходится ни одно построение. К этому процессу стоит подойти со всей ответственностью, ведь фундамент в прямом смысле слова является основой дома, и от качества его заложения зависит все строение. Существует много различий в процессе заложения, различающиеся как по форме, так и по используемым материалам. Рассмотрим фундаменты мелкого заложения, отличающиеся некоторыми конструктивными особенностями от обычного процесса.

В этом виде фундаментов учитывается глубина заложения и придается большое значение конструкции всего дома. Кроме того, процесс будет зависеть от видов грунта. Поэтому, при выборе вида фундамента, нужно определиться с проектом дома, и тем, сколько этажей будет намечено, будет ли иметь место цокольный этаж или подвальное помещение, и еще другие факторы, так или иначе влияющие на конкретный выбор.

Фундаменты мелкого заложения специально разработаны для экономии лишних трудовых ресурсов. При таком заложении не требуется глубокая укладка, как при свайном фундаменте, не нужны огромные траты денежных средств, как при ленточном фундаменте.

Сферой применения фундамента с мелким заложением являются малоэтажные строения, заложения для устранения вспучивания грунтов, которые возникают в основном в холодных климатических зонах.

Внешний вид такого фундамента очень похож на обычные фундаменты, но отличия в глубине заложения есть. Глубина расположения подошвы фундамента 30-70 см, что меньше классических видов заложения. С внешней стороны подошвы расположена вертикальная изоляция, а для регионов с суровым климатом такая изоляция ставится в горизонтальном положении относительно подошвы, в виде «крыльев».

Технология заложения мелкого фундамента подразделяется на:

Составляющие компоненты фундамента могут быть разными материалами:

Особенности фундаментов с мелким заложением заключается в первую очередь в экономии всех видов ресурсов. Не нужно рыть глубоких ям и траншей, не требуется использование толстой подошвы, состоящей из гальки и щебня. Экономится при этом и бетон. Так по сравнению с ленточным фундаментом, экономия составляет 60-80%. А трудозатраты и общая стоимость уменьшаются примерно в 2 раза.

Малое заглубление означает и то, что фундамент находится в слоях почвы, замерзающих зимой почти полностью, отсюда следует, что его нужно бережно утеплять. Этого добиваются добавлением утеплителей типа пеноплекса.

Фундаменты с мелким заложением хорошо подходят под здания с отсутствием отопления. Но основное применение — это для строительства небольших кирпичных построек или деревянных домов.

Устойчивость кранов

Под устойчивостью крана понимается его способность противодействовать опрокидывающим моментам.

Расчет устойчивости крана производится при действии испытательной нагрузки, действии груза (грузовая устойчивость), отсутствии груза (собственная устойчивость), внезапном снятии нагрузки и монтаже (демонтаже).

Расчет устойчивости производится в соответствии с нормативными документами, например, РД 22-145-85 «Краны стреловые самоходные. Нормы расчета устойчивости против опрокидывания». Соотношение между восстанавливающим и опрокидывающим моментами определяет степень устойчивости крана против опрокидывания. Для разных положений крана значения опрокидывающих и восстанавливающих моментов различны, так как изменяются значения действующих сил, их плечи и положение центра тяжести крана. Устойчивость крана должна быть обеспечена для всех его положений при любых возможных комбинациях нагрузок. К этим нагрузкам для передвижного поворотного крана относятся:

- вес поднимаемого груза;

- инерционные силы при пуске или торможении механизмов крана;

- центробежные силы, возникающие при вращении поворотной части крана;

- сила давления ветра на груз и элементы крана.

Таким образом, различают грузовую устойчивость, то есть способность крана противодействовать опрокидывающим моментам, создаваемыми весом груза, силами инерции, ветровой нагрузкой рабочего состояния, и собственную устойчивость — способность крана противодействовать опрокидывающим моментам при нахождении крана в рабочем (в том числе без груза) и нерабочем состояниях.

Условия проверки грузовой устойчивости (рис. 3.26,а): кран стоит на наклонной местности, подвержен действию ветра (по нормам для рабочего состояния) и поворачивается, одновременно тормозится спускаемый груз; стрела установлена поперек пути (при установке стрелы вдоль пути может одновременно происходить и торможение движущегося крана); на кран действуют вес груза, силы инерции, возникающие при торможении спускаемого груза и движущегося крана, силы инерции от вращения крана, ветровая нагрузка. Расчет устойчивости производится для всех вылетов.

3.26. Схема расчета устойчивости стрелового крана

Условия проверки собственной устойчивости (рис. 3.26, б): кран стоит на наклонной местности, вылет стрелы минимальный; кран подвержен только действию ветра (по нормам для нерабочего состояния). Расчет производится только для минимального вылета. Величина запаса устойчивости характеризуется коэффициентом устойчивости и устанавливается нормативными документами.

Коэффициентом грузовой устойчивости называют отношение момента относительно ребра опрокидывания, создаваемого весом крана с учетом дополнительных нагрузок (ветровая нагрузка, силы инерции, возникающие при пуске или торможении механизмов подъема груза, поворота или передвижения крана) и влияния наибольшего допускаемого при работе крана уклона, к моменту, создаваемому рабочим грузом относительно того же ребра. Этот коэффициент должен быть не менее 1,15, то есть:

Ребром опрокидывания является линия, проходящая через точку контакта колеса и рельса, относительно которой кран стремится опрокинуться.

Коэффициентом собственной устойчивости называют отношение момента, создаваемого весом крана, с учетом уклона пути в сторону опрокидывания относительно ребра опрокидывания к моменту, создаваемому ветровой нагрузкой при нерабочем состоянии крана относительно того же ребра опрокидывания. Этот коэффициент также должен быть не менее 1,15.

Для определения числовых значений коэффициентов устойчивости необходимо определить силы, действующие на кран; плечи, на которых действуют эти силы и создаваемые ими моменты. На рис. 3.26, а показан железнодорожный кран в рабочем состоянии и действующие на него силы. Точка О представляет собой ребро опрокидывания, а точка цт — положение центра тяжести крана.

Силы, действующие на кран, и плечи этих сил следующие:

= Qcos — нормальная составляющая веса крана, действующая на плече (а+в) относительно ребра опрокидывания;

— составляющая веса крана, действующая параллельно плоскости вращения крана на плече h2;

— сила давления ветра, действующая на плече h1 на подветренную площадь крана Fk и зависящая от удельного давления ветра р при рабочем

W2 = pFг — сила давления ветра на подветренную площадь груза Fг, действующая на плече h3 при ветре рабочего состояния;

Gr — вес наибольшего рабочего груза, действующего на плече (L- в)cos + h3 sin ;

Gит— сила инерции груза при торможении, действующая на плече (L-в)cos+ + h3 sin ; величина этой силы равна:

где tт - время торможения, с;

vоп - скорость опускания груза, м/с, принимаемая как vоп=1,5 vп;

vп - скорость подъема груза, м/с;

Gив - центробежная сила груза, возникающая при вращении крана и действующая на плече h3 относительно ребра опрокидывания. Величина этой силы:

где ;

R – радиус вращения груза, м.

При вращении крана канат, на котором висит груз, под действием силы инерции отклонится от вертикали на угол . Следовательно, радиус вращения груза превысит вылет крана на некоторую величину с. Угол отклонения каната определится из равенства

откуда следует, что

а радиус вращения груза

Окружная скорость груза, м/с, составляет:

где n – скорость вращения крана, мин-1.

Теперь легко получить значение силы Gив:

Подставляя в исходную формулу центробежной силы полученные выражения легко убедиться, что:

Суммарный восстанавливающий момент равен сумме моментов, создаваемых силами Q, Gит, Gив, W1 и W2. Опрокидывающий момент создается силой Gг. Тогда коэффициент грузовой устойчивости может быть вычислен по формуле:

Угол наклона принимают равным для башенных строительных кранов примерно 1,5°, для железнодорожных, пневмоколесных, гусеничных, автомобильных и других подобных кранов, работающих без выносных опор, примерно 3°, при работе на выносных опорах — 1,5°.Нормами предусмотрена проверка коэффициента грузовой статической устойчивости, то есть устойчивости крана, находящегося только под воздействием весовых нагрузок (без учета дополнительных сил и уклона площади):

Коэффициент собственной устойчивости крана

где MQ — момент, создаваемый весом крана с учетом уклона пути в сторону опрокидывания;

Мв — момент ветровой нагрузки при нерабочем состоянии крана относительно ребра опрокидывания.

13. Расчет устойчивости против плоского сдвига производится по формуле:

где - сила трения, возникающая при давлении на грунт вертикальных нагрузок.

где Ктр- коэффициент трения, зависящий от угла внутреннего трения грунта, в котором находится фундамент.

- сумма сдвигающих горизонтальных сил, действующих на фундамент. В данном случае на фундамент действует одновременно 2 горизонтальные нагрузки Т и R. Поэтому необходимо определить их геометрическую сумму:

Фундамент устойчив против плоского сдвига.

Расчет фундаментов на устойчивость против глубинного сдвига производится по методу кругло-цилиндрических поверхностей скольжения. Для этого через угол подошвы фундамента проводят наиболее вероятную дугу кривой скольжения, затем полученную призму грунта разбивают на ряд отсеков, имеющих в полученном вертикальном сечении вид простых фигур: треугольников, трапеций. После этого находят вес каждого отсека и сносят векторы веса на кривую скольжения. Разложив каждый из этих векторов на составляющие: нормальную и касательную, определяют силы трения. Аналогично поступают и с вектором веса сооружения.

Затем определяют силы сцепления как произведение длины дуги L в глинистом грунте на величину сцепления С.

Получив значение сил, действующих на систему "грунт-сооружение", составляют выражение условия устойчивости по формуле

К= 1,5,

где М - момент сил, удерживающих систему против сдвига;

М - момент сил, сдвигающих систему "грунт-сооружение".

Устойчивость сооружения против глубокою сдвига считается обеспеченной, если при наиболее невыгодной поверхности скольжения соблюдается условие К 1,5. Для этого задаются другими положениями поверхностей скольжения, проводя из новых центров О1, О2 дуги, проходящие на чертеже через угол подошвы фундамента.

Проводим дугу поверхности скольжения с центра О1 :

М = ·R+ =220,67*9+0,017*14,8=1986,28 кНм;

К1= > 1,5.

В первом случае условие устойчивости фундамента против глубинного сдвига выполняется.

Схема к расчету фундамента на глубинный сдвиг изображена на рис.1.7.1

Проводим дугу поверхности скольжения с центра О2 :

М = ·R+ =478,4*10,9+19,1*0,017=5214,56 кНм;

К= > 1,5.

Во втором случае условие устойчивости фундамента против глубинного сдвига выполняется.

ВНЕЦЕНТРЕННО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Размеры внецентренно нагруженных фундаментов определяются исходя из условий:

где р — среднее давление под подошвой фундамента от нагрузок для расчета оснований по деформациям; pmax — максимальное краевое давление под подошвой фундамента; рcmax — то же, в угловой точке при действии моментов сил в двух направлениях; R — расчетное сопротивление грунта основания.

Максимальное и минимальное давления под краем фундамента мелкого заложения при действии момента сил относительно одной из главных осей инерции площади подошвы определяется по формуле (5.53)

где N — суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его обрезах, кН; A — площадь подошвы фундамента, м2; Мх — момент сил относительно центра подошвы фундамента, кН·м; y — расстояние от главной оси инерции, перпендикулярной плоскости действия момента сил, до наиболее удаленных точек подошвы фундамента, м; Ix — момент инерции площади подошвы фундамента относительно той же оси, м4.

Для прямоугольных фундаментов формула (5.53) приводится к виду

,(5.54)

где Wx — момент сопротивления подошвы, м3; ex = Mx/N — эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента, м; l — размер подошвы фундамента в направлении действия момента, м.

При действии моментов сил относительно обеих главных осей инерции давления в угловых точках подошвы фундамента определяется по формуле

(5.55)

или для прямоугольной подошвы ,(5.56)

где Мх, My, Iх, Iy, ex, ey, x, у — моменты сил, моменты инерции подошвы эксцентриситеты и координаты рассматриваемой точки относительно соответствующих осей; l и b — размеры подошвы фундамента.

Условия (5.50)—(5.52) обычно проверяются для двух сочетаний нагрузок, соответствующих максимальным значениям нормальной силы или момента.

Рис. 5.25. Эпюры давлений под подошвой фундамента при действии центральной и внецентренной нагрузки

В последнем случае максимальное краевое давление определяется по формуле

, (5.57)

Следует отметить, что при отрыве подошвы крен фундамента нелинейно зависит от момента.

,(5.58)

где id — крен заглубленного фундамента; ci — коэффициент неравномерного сжатия.

5 Расчет и конструирование монолитного внецентренно нагруженного фундамента под колонну

Глубину заложения подошвы принимаем из условия промерзания грунта равной d = 2,55 м. Обрез фундамента - на отм. -0,15 м. Расчетное сопротивление грунта основания R = 0,30 МПа, средний удельный вес материала фундамента и грунта на нем γ_т = 20 кН/м. Бетон фундамента класса В 20 с расчетными характеристиками при :;. Под фундаментом предусматривается бетонная подготовка толщиной 100 мм из бетона класса В3,5.

На фундамент в уровне его обреза передаются от колонны следующие усилия:

комбинация М_т_in

N_n = 507,3 кН; М = -102,5кН·м; Q_n = 17,46 кН;

комбинация N_т_ax

N_n = 670,6 кН; М = -92,17кН·м; Q_n = 20,41 кН

Эксцентриситет приложения нагрузки от стены , тогда изгибающие моменты от веса стены относительно оси фундамента:

Расчетная схема усилий для фундамента показана на рис. 4.2.

5.2 Определение размеров подошвы фундамента и краевых давлений

Примем соотношением сторон т =b / l = 0,8 и предварительно установим размер меньшей стороны как для центрально нагруженного фундамента

Размер большей стороны .

Принимаем унифицированные размеры , тогда площадь подошвы, а момент сопротивления

Проверка давлений под подошвой фундамента. Проверяем наибольшее р_п,тах и наименьшее р_п,т_in краевые давления и среднее р_п,т давление под подошвой. Принятые размеры подошвы должны обеспечивать выполнение следующих условий:

Давление на грунт определяем с учетом веса фундамента и грунта на нем по формуле

где - усилия на уровне подошвы фундамента.

Замечание к выбору знака момента от поперечной силы Q. При расчете поперечной рамы за положительное принималось направление упругой реакции колонны слева направо. Тогда положительный знак поперечной силы Q соответствует ее направлению справа налево. Следовательно, момент, создаваемый поперечной силой Q относительно подошвы фундамента, при положительном знаке Q действует против часовой стрелки и принимается со знаком "минус".

Комбинация М_т_in

Комбинация N_т_ax

В обеих комбинациях давления р_п не превышают допускаемых, т.е. принятые размеры подошвы фундамента достаточны.

Расчетной оказывается комбинация N_т_ax, при которой давление на грунт больше.

5.3 Определение конфигурации фундамента и проверка нижней ступени

Учитывая значительное заглубление подошвы, проектируем фундамент с подколонником и ступенчатой плитной частью.

Размеры подколонника в плане:

где и - соответственно толщина стенок стакана и зазор между гранью колонны и стенкой стакана в направлении сторон l и b.

Рабочую высоту плитной части фундамента предварительно можно установить из условия продавливания от граней подколенника по формуле

Принимая и, получим

По расчету можно принять плитную часть в виде одной ступени высотой . Тогда консольные выносы ступеней составят:

первой (нижней) - ;

второй -.

Глубина стакана под колонну; размеры дна стакана:.

Проверка высоты нижней ступени. Высота и вынос нижней ступени проверяются на продавливание и поперечную силу. Проверку на продавливание выполняем из условия

где - продавливающая сила;

- размер средней линии грани пирамиды продавливания.

тогда продавливающая сила

- продавливание нижней ступени не произойдет.

Проектирование внецентренно нагруженных свайных фундаментов под колонны

При внецентренном загружеиии фундамента различают два случая: I случай — момент действует постоянно; II случай— момент непостоянен и может действовать то справа, то слева. В I случае стремятся совместить центр тяжести сечении свай в кусте с точкой приложения равнодействующей. Тогда свайный куст будет испытывать центральное загружение, и нагрузку на сваи проверяют по формулам (11.20) и (11.21). Размещать сван с большей частотой у наиболее загруженного края ростверка нежелательно из-за возможного крена ростверка.

Во II случае при проектировании таких фундаментов удается несколько снизить влияние момента на их работу частичным смещением центра тяжести сечений свай в кусте относительно оси конструкции. Число свай виецентренно нагруженного фундамента обычно определяют по формуле (11.19) и увеличивают приблизительно на 20 %.

Расчёт осадки свайных фундаментов

Свайные фундаменты передают усилия на основание через боковую поверхность и через свою подошву, ограничиваемую плоскостью, проведенной на уровне острия забивных свай. Осадка фундамента из свай-стоек обычно не рассчитывается из-за ее малости. Тело свайного фундамента образуют собственно сваи и заполняющие межсвайное пространство грунты. Свайный фундамент имеет подошву большую, чем подошва ростверка, и к контуру свайного поля добавляется со стороны ширины и длины величина , где - средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунта в пределах высоты фундамента, равной h. При подсчете нагрузки на уровне подошвы фундамента в нее включаются вес грунта и вес свай. Поскольку при подсчете осадок расчет ведется на величину давления за вычетом природного, то практически вес фундамента на осадку почти не влияет, а осадка формируется за счет нагрузки, приходящейся на фундамент от сооружения. Так как величина сжимаемой толщи под свайным фундаментом получается существенно меньшей, чем под фундаментом мелкого заложения при тех же нагрузках, то и осадка свайного фундамента также обычно получается меньшей, чем у фундамента мелкого заложения.

Расчёт горизонтально нагруженного свайного фундамента

На свайные фундаменты горизонтальные составляющие передаются во многих случаях. Когда эти усилия сравнительно невелики (при угле отклонения равнодействующей от вертикали ) их обычно передают на вертикально забитые сваи (рис. 11.21, а) за исключением случаев, когда верхние части сваи окружены слабыми грунтами. Горизонтальную нагрузку, действующую на фундамент, равномерно распределяют на сваи.

При больших углах отклонения равнодействующей от вертикали часть свай забивают наклонно, т. е. устраивают козловые сваи. Последние обеспечивают жесткость фундамента при действии горизонтальной силы. Сваи, забитые в двух направлениях, рассчитывают путем разложения равнодействующей на эти два направления.

При действии горизонтальной составляющей на свайный фундамент с высоким свайным ростверком сваи с ростверком рассчитывают как рамную конструкцию с учетом упругой заделки свай в грунте.

44.Железобетонные фундаменты. Конструкция и расчет внецентренно нагруженных фундаментов под отдельную колонну.

Железобетонные фундаменты. Конструкция и расчет внецентренно нагруженных фундаментов под отдельную колонну. Выполняют прямоуг подошвой, вытянутой в плоскости действия М. Краевые давления под подошвой: σ_max₍_min₎=, где -сила на уровне подошвы. Среднее давление на грунт:

σ_max= при действии М в 2-х направлениях ≤1,5R

σ_min=

Необходимая площадь подошвы:

), γ_m = 20 кН/м 3 – усред нагр от веса 1 м 3 ф-та и грунта на его уступах. Обычно центр-нагр ф-ты делают квадратн.

Высоту ф-та опред из усл:

где u_m = 2(h_k + b_k +2h₀) -сред арифметич между периметрами верх и ниж оснований пирамиды продавливания в пределах h₀.

Продавливающая сила: , где p = Ν/Α;

A₁-площадь основания пирамиды продавливания.

Внешние части ф-та под действием реактивного давления грунта снизу работают подобно изгиб консолям. Значение расчетных изгибающих моментов в сечениях: ;

Сеч рабочей ар-ры: ;

h₀ нижней ступени опред из усл прочности по попереч силе без поперечного армирования в наклон сеч, начинающемся в сеч III - III. Для единицы ширины этого сеч: где

h₀ нижней ступени также должна быть проверена по прочности на продавливание:

45.Случаи расчета отдельного фундамента на продавливание. Критерий выбора случая, расчет фундамента по второму случаю.

Необходимая площадь подошвы:

)

γ_m = 20 кН/м 3 – усред нагр от веса 1 м 3 ф-та и грунта на его уступах. Обычно центр-нагр ф-ты делают квадратн. Высоту ф-та опред из усл:

где u_m = 2(h_k + b_k +2h₀) -сред арифметич между периметрами верх и ниж оснований пирамиды продавливания в пределах h₀. Продавливающая сила:

A₁-площадь основания пирамиды продавливания.

Внешние части ф-та под действием реактивного давления грунта снизу работают подобно изгиб консолям. Их рассчитывают в сечениях: I -I - по грани колонны,

II - II - по грани верхней ступени, III - III - по границе пирамиды продавливания. Армирование ф-та по подошве опред расчетом на изгиб по норм сечениям I - I и II - II. Значение расчетных изгибающих моментов в этих сечениях:

;

Сеч рабочей ар-ры: ;

h₀ нижней ступени также должна быть проверена по прочности на продавливание:

46.Ленточные фундаменты. Конструкция, принципы армирования.

Под несущими стенами ленточные фундаменты выполняют преимущественно сборными. Они состоят из блоков-подушек и фундаментных блоков. Ленточные фундаменты под рядами колонн возводят в виде отдельных лент продольного или поперечного (относительно рядов колонн) направления и в виде перекрестных лент (рис. 12.10). Ленточные фундаменты могут быть сборными и монолитными. Они имеют тавровое поперечное сечение с полкой понизу. Ребра армируют подобно многопролетным балкам. Продольную рабочую арматуру назначают расчетом по нормальным сечениям на действие изгибающих моментов; поперечные стержни (хомуты) и отгибы - расчетом по наклонным сечениям на действие поперечных сил. Для повышения жесткости фундаментов их поперечное сечение подбирают при низких процентах армирования, однако не ниже минимально допустимого по нормам для изгибаемых элементов. Ленты армируют сварными или вязаными каркасами. При армировании ребер вязаными каркасами число вертикальных ветвей хомутов в поперечном сечении должно быть не менее четырех. Расстояние между стержнями продольной рабочей арматуры можно назначать по общим правилам. Все сетки укладывают без нахлестки, за исключением верхних, которые в продольном направлении соединяют внахлестку без сварки по правилам соединения сварных сеток в рабочем направлении.

Пример 6.4. Определение размеров фундамента под колонну (внецентренно-сжатый фундамент)

Требуется определить основные размеры фундамента под колонну общественного здания. По обрезу фундамента действует сжимающая сила N_II = 1000 кН и изгибающий момент M_II = 600 кНм. Длина здания: L = 84 м. Высота здания: Н = 20,5 м. Глубина заложения фундамента: d₁ = 1,2 м. Грунт под подошвой фундамента: песок пылеватый, средней плотности, влажный. Плотность грунта: ρ = 1850 кг/м 3 (удельный вес γ_II = 18,5 кН/м 3 ). Коэффициент пористости грунта: е = 0,65. Прочностные характеристики грунта: ϕ_II = 28°, c_n = 3,7 кПа.

Решение.

Назначаем форму подошвы фундамента в виде прямоугольника. Задаем соотношение длины подошвы фундамента к его ширине: η =l/b = 1,5.

В первом приближении определяем площадь подошвы фундамента в предположении, что на него действует только вертикальная центрально приложенная сила.

Расчетное сопротивление песка пылеватого влажного R₀ = 150 кПа.

Значение βγ = 20 кН/м 3 .

Ориентировочная площадь подошвы фундамента:

Учитывая тот факт, что фундамент является внецентренно-нагруженным, увеличиваем размеры фундамента на 20%. Тогда ориентировочная площадь подошвы фундамента составит:

А = 7,94×1,2 = 9,53 м 2 = 9,6 м 2 .

Ориентировочная ширина подошвы фундамента при соотношении η =l/b = 1,5:

Ориентировочная длина фундамента: l = 2,5×1,5 = 3,75 м.

Назначаем размеры подошвы фундамента b × l =2,5 × 4 м.

Коэффициент условий работы: γ_с1 = 1,1.

Коэффициент условий работы при соотношении L/H = 84/20,5 = 4,1: γ_с2 = 1,0.

Коэффициент М_γ = 0,98.

Коэффициент М_q = 4,93.

Коэффициент М_c = 7,4.

Коэффициент k = 1,0.

Расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента определяем по формуле:

Вес материала фундамента (железобетона): 25 кН/м 3 .

Вес 1 м фундамента: G_ф = 25(0,8×4×2,5 + 1,6×1,2×0,8) = 248,0 кН.

Момент сопротивления подошвы фундамента:

W = bl 2 /6 = 2,5×4,0 2 /6 = 6,66 м 3 .

Максимальное краевое давление под подошвой фундамента определяем по формуле:

Проверка условий: p_max < 1,2R; 220,9 кПа < 240 кПа – условие выполнено.

Минимальное краевое давление под подошвой фундамента по формуле:

Проверка условий: p_min > 0; 40,7 кПа > 0 – условие выполнено.

Среднее фактическое давление под подошвой фундамента определяем по формуле:

Проверка условия p_ср ≤ R; 130,8 кПа < 200 кПа – условие выполнено.

Open Library - открытая библиотека учебной информации

Открытая библиотека для школьников и студентов. Лекции, конспекты и учебные материалы по всем научным направлениям.

Категории

Военное дело Конструктивные решения фундаментов под внецентренно нагруженные колонны.

Расчет и конструирование фундаментов под внецентренно-нагруженные колонны

Фундаменты устраивают, как правило, из железобетона. Οʜᴎ бывают отдельно стоящими, ленточными и плитными. В одноэтажных каркасных сельскохозяйственных зданиях применяют отдельно стоящие (столбчатые) фундаменты.

По способу изготовления фундаменты бывают сборными и монолитными. Конструктивно они практически не отличаются друг от друга. Разница заключается лишь в том, что сборные фундаменты доставляют на объект в готовом виде, а монолитные бетонируют на месте.

Фундаменты и фундаментные балки для зданий с шагом колонн 6 м

I — фундамент рядовой колонны; 2 — фундамент парных колонн в температурном шве; 3 — колонна; 4 — фундаментная балка рядовая; 5 — то же, укороченная; 6 — столбики

Типы столбчатых железобетонных фундаментов

а, б – одно- и двухступенчатые сборные; в, г двух и трехступенчатые монолитные; д – с повышенным стаканом; е, ж – монолитные фундаменты под монолитны колонны

В современном строительстве обычно применяют сборные фундаменты. В плане они имеют квадратную или прямоугольную форму с большей стороной в направлении действия изгибающего момента. Отношение сторон должно быть в пределах 0,6÷0,85. Их размеры рекомендуется принимать кратными 300 мм.

Из условий выполнения работ нулевого цикла отметку верха фундаментов принимают на 150 мм ниже отметки чистого пола зданий.

Высота фундамента Н назначается в зависимости от его заглубления, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ зависит от грунтовых условий, уровня грунтовых вод, расположения других близлежащих фундаментов, заделки колонн и требуемой толщины плитной части. Эту высоту рекомендуется принимать кратной 300 мм.

Учитывая зависимость отвысоты фундаменты под колонны бывают одноступенчатыми при Н < 600 мм, двухступенчатыми при 600 мм < Н < 900 мм и трехступенчатыми при Н > 900 мм. Высоту ступеней рекомендуется назначать равной 300, 450, 600 мм, а их размеры в плане – кратными 300 мм. В случае если высота фундамента получается больше высоты нижней плитной части Н_р, требуемой по расчету, то она увеличивается за счет подколенника.

Для заделки колонн в фундаменты устраивают стаканы, глубина которых принимается равной глубине заделки колонны плюс 50 мм для рихтовочного подстилающего слоя раствора. Глубина заделки колонны должна удовлетворять требованиям анкеровки ее рабочей арматуры и принимается равной (1. 1,5) большого размера сечения колонны, но не менее 25d, где d – диаметр продольных рабочих стержней колонны.

Размеры подошвы фундаментов зданий (если основание сложено нескальными грунтами) определяются из расчета оснований по деформациям (по второму предельному состоянию) на невыгоднейшие комбинации изгибающих моментов и нормальных сил от нормативных нагрузок. Для облегчения расчета по деформациям допускается определять суммарную нормативную нагрузку на основание по усилиям от расчетных нагрузок путем деления последних на осредненный коэффициент перегрузки 1,2.

Верхний обрез монолитных фундаментов под монолитные колонны (рис. 5.4, е, ж) принимается на уровне верха фундаментной балки, а при ее отсутствии – на отметке –0,05, то есть на 50 мм ниже уровня пола. Для монолитных колонн размер подколенника увеличивают на 50 мм в каждую сторону по сравнению с размерами колонны для установки опалубки.

Классы бетона для монолитных фундаментов рекомендуется назначать В12,5, В15, для сборных — В15, В20. Бетон для замоноличивания колонны в стакане должен быть не ниже класса В 12,5 и не менее чем на одну ступень выше класса бетона фундамента.

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры подошвы монолитных фундаментов должна приниматься не менее 35 мм при наличии бетонной подготовки и 70 мм при ее отсутствии. Толщина защитного слоя в сборных фундаментах должна быть не менее 30 мм.

Подколенники армируют продольной и поперечной арматурой по принципу армирования колонн. Площадь сечения продольной арматуры с каждой стороны подколонни-ка должна быть не менее 0,05 % площади его поперечного сечения. Диаметр продольных стержней не менее 12 мм.

В фундаментах под монолитные колонны продольная арматура должна иметь выпуски для стыковки с арматурой колонн. Длина выпусков назначается в зависимости от класса бетона и арматуры в пределах (З0 ÷ 45)d, где d – диаметр выпускаемых стержней.

Поперечное армирование стенок стакана следует выполнять в виде сварных сеток с расположением стержней у наружных и внутренних поверхностей. Диаметр этих стержней следует принимать по расчету, но не менее 8 мм и не менее четверти диаметра продольных стержней подколонника. Расстояние между сетками следует назначить не более четверти глубины стакана и не более 200 мм.

Читайте также: