Столбчатый фундамент состоит из плиты и подколонника, который имеет углубление (стакан) для заделки сборной железобетонной колонны или выполняется без него (при сопряжении фундамента с металлической или железобетонной фахверковой колонной).

Конструирование фундамента под железобетонную колонну начинают с определения размеров подколонника и стакана. Рекомендуется принимать типовые размеры верха фундамента (в зависимости от сечения колонны). Для колонн с размером поперечного сечения 400х300 мм, 400х400 мм сечение подколонника принимать 900х900 мм; для колонн с поперечным сечением 500х400 мм, 500х500 мм, 600х400 мм, 600х500 мм сечение подколонника принимать 1200х1200 мм, а для колонн с поперечным сечением 700х400мм, 800х400 мм, 800х500 мм – 1500х1200 мм. Глубина стакана при этом составляет

Размеры фундамента должны быть модульными, в плане и по высоте кратны 300 мм, при этом высота ступеней равна 300 и 600 мм (рис. 1).

Конструирование фундамента ступенчатой формы выполняют вначале в плоскости большего размера l . Для этого на отметке (– 0,150) откладывают соответствующий размер подколонника симметрично оси фундамента. Количество ступеней - от одной до трех. При этом вылет ступеней по размеру должен быть не меньше высоты ступени (300, 450, 600 и 900 мм). Аналогично конструируют фундамент в направлении короткой стороны b. В результате число ступеней по обеим его сторонам не должно отличаться более чем на одну. Желательно же одинаковое их количество.

На строительной площадке предпочтительно применять столбчатые фундаменты из монолитного тяжелого бетона классов В10, В12,5, В15, В20 (с минимальной маркой по морозостойкости F50).

Плитная часть фундамента проверяется расчетом на продавливание /10/. При этом продавливающая сила должна быть воспринята бетонным сечением, как правило, без постановки поперечной арматуры.

		≥ 175
	Высота ступеней
	300 или 600 мм
h f- кратна
				D кратна
			Вылет ступеней 300,450,600, 900 мм
b- кратна
		l –кратна 0,3м

Рис. 1. Столбчатый фундамент под крайнюю рядовую колонну

Следует различать две схемы расчета на продавливание:

при сопряжении сборной колонны с высоким фундаментом с высотой

подколонника, удовлетворяющей условию hc f - dp ≥ 0,5(l c f - l c ), где hc f – высота подколонника; dp – глубина стакана; l c f – длина поперечного сечения подколонника; l c – длина поперечного сечения колонны (в этом случае продавливание плитной части рассматривается от низа подколонника на действие продольной силы N и изгибающего момента M);

при сопряжении сборной колонны с низким фундаментом (в этом случае расчет ведется на продавливание колонной от дна стакана при действии только продольной силы N).

Фундамент армируется следующим образом: плита - сеткой С1 из стержней класса AIII и диаметром не менее 10 мм вдоль стороны с размером до 3 м и 12 мм при размере больше 3 м с шагом 200 мм (рис.1); подколонники - двумя сетками С2 из стержней класса AI и AIII. Продольная рабочая арматура класса АIII диаметром не менее 10 мм ставятся с шагом 200 мм, а поперечная арматура класса АI диаметром не менее 6 мм с шагом 600 мм. Подбор диаметра арматуры осуществляется в результате расчета фундамента по прочности при руководстве пособием /10/.

Кроме этого, армируется стакан столбчатого фундамента. Поперечную

арматуру назначают конструктивно в виде сеток С-3 из парных стержней 8 AIII с шестью сетками при наибольшем значении эксцентриситета (е >l c /2) и с пятью сетками в остальных случаях. Шаг сеток в первом варианте 50+2х100+2х200, во втором варианте 50+2х100+200. Верхняя сетка заглублена от обреза на 50 мм, нижняя ставится выше торца колонны не менее чем на 50мм. Пример конструирования столбчатого фундамента приведен в приложении 1.

Под фундаментом, как правило, устраивается подготовка из бетона В 3,5 толщиной 100 мм (с выпуском за грань плиты фундамента не менее чем на 150 мм). При этом толщина защитного слоя бетона принимается равной 35 мм. Подготовку можно не устраивать на крупнообломочных грунтах, в этом случае защитный слой бетона имеет толщину 75 мм.

Для опирания наружных стен и сооружения цоколя необходимо предусмотреть фундаментные балки (табл.15). Размеры их зависят от шага колонн, ширины наружных стен и размеров подколонника.

Для зданий с навесными панелями и шагом колонн 6 м рекомендуется применять балки 2БФ и 3БФ, а при шаге колонн 12 м – балки 5БФ и 6БФ.

Фундаментные балки, как правило, опираются на бетонные столбики, ширина которых должна быть не менее максимальной ширины балки, а обрез на отметке - 0,35м или - 0,65 м (в зависимости от ее высоты).

Таблица 15

Типоразмер

Эскиз поперечного сечения балки

Длина балки,

Серия балок

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ
ЛЕНИНГРАДСКИЙ ПРОМСТРОЙПРОЕКТ ГОССТРОЯ СССР
ПОСОБИЕ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ФУНДАМЕНТОВ
НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ
ПОД КОЛОННЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
(к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83)
Утверждено
приказом Ленпромстройпроекта от 14 декабря 1984 г.
Москва
Центральный институт типового проектирования
1989
Изменение в "Пособии по проектированию фундаментов
на естественном основании под колонны зданий и сооружений
(к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83)"
Внесено изменение ГПИ Ленпромстройпроекта, измененные пункты отмечены *.
Рекомендовано к изданию решением технического совета Ленпромстройпроекта Госстроя СССР.
Приведены указания по проектированию различных типов фундаментов и их расчет с помощью ЭВМ.
Для инженерно-технических работников проектных организаций.
При пользовании Пособием необходимо учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов, публикуемые в журнале "Бюллетень строительной техники" Госстроя СССР, "Сборнике изменений к строительным нормам и правилам" и информационном указателе "Государственные стандарты СССР" Госстандарта СССР.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Пособие разработано к СНиП 2.03.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции" и СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений".
В Пособии содержатся основные положения по проектированию монолитных и сборных фундаментов под железобетонные и стальные колонны, их расчет и конструирование; приводятся указания по выбору оптимального варианта проектирования фундаментов, расчет и проектирование анкерных болтов и приемы армирования фундаментов.
Для облегчения труда проектировщиков приведены графики и таблицы для определения размеров фундаментов, примеры расчета и конструирования различных типов фундаментов.
Пособие разработано Ленпромстройпроектом - канд. техн. наук М.Б.Липницкий, В.А.Егорова; совместно с ЦНИИпромзданий - кандидаты техн. наук Н.А.Ушаков, А.М.Туголуков, Ю.В.Фролов; ПИ-1 - канд. техн. наук А.Л.Шехтман, А.В.Шапиро; НИИЖБом - кандидаты техн. наук Н.Н.Коровин, М.Б.Краковский; НИИОснований - д-р техн. наук Е.А.Сорочан.
Замечания и предложения по содержанию Пособия просьба направлять по адресу: 186190, Ленинград, Ленинский пр., 160, Ленпромстройпроект.
1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
1.1. Настоящее Пособие, разработанное к СНиП 2.03.01-084 и СНиП 2.02.01-83, распространяется на проектирование отдельных железобетонных фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений.
1.2. Проектирование оснований зданий и сооружений, то есть подбор размеров подошвы фундамента из расчета оснований, рекомендуется выполнять в соответствии со СНиП 2.02.01-83 и "Пособием по проектированию оснований зданий и сооружений" (к СНиП 2.02.01-83).
1.3. Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами сооружений, должны устанавливаться расчетом, как правило, исходя из рассмотрения совместной работы сооружения и основания или фундамента и основания. Учет нагрузок и воздействий в расчетах оснований рекомендуется выполнять в соответствии со СНиП 2.02.01-83 и "Пособием по проектированию оснований зданий и сооружений".
1.4. Проектирование фундаментов, эксплуатирующихся в агрессивной среде, производится с учетом требований СНиП 2.03.11-85.
1.5. Применяемые в строительстве железобетонные фундаменты могут быть представлены следующими типами:
монолитные с применением многооборачиваемой инвентарной опалубки (черт. 1, 2);
сборные железобетонные из одного блока (черт. 3);
сборно-монолитные (черт. 4, 5).

Черт. 1. Монолитные фундаменты стаканного типа
со ступенчатой плитной частью

Черт. 2. Монолитные фундаменты с пирамидальной плитной частью

Черт. 3. Сборные железобетонные фундаменты
а - пирамидальные; б - с уширением плитной части

Черт. 4. Сборно-монолитные фундаменты с подколонниками рамного типа
а - для зданий без подвала; б - для зданий с подвалом

Черт. 5. Сборно-монолитные фундаменты с подколонником,
состоящим из сборных плит и монолитного бетона
1 - сборные железобетонные плиты; 2 - монолитный бетон; 3 - металлические скрутки; 4 - петлевые выпуски
При этом рекомендуется расширять область применения монолитных конструкций фундаментов с учетом повышения технического уровня монолитного фундаментостроения. Сборные и сборно-монолитные фундаменты рекомендуется применять при технико-экономическом обосновании, подтверждающем целесообразность их применения, в соответствии с "Руководством по выбору проектных решений фундаментов".
2. РАСЧЕТ ОТДЕЛЬНО СТОЯЩИХ ФУНДАМЕНТОВ
ПОД ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОЛОННЫ
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2.1. Расчет прочности фундаментов и определение ширины раскрытия трещин производится в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений", СНиП 2.03.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции", СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия", а также "Пособия по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры".
2.2. Расчет фундаментов по прочности включает определение высоты плитной части фундамента, размеров ступеней, арматуры плитной части, расчет поперечных сечений подколонника и его стаканной части и производится на основное или особое сочетание расчетных нагрузок, вводимых в расчет с коэффициентом надежности по нагрузке f > 1.
2.3. Расчет элементов фундамента (плитной части и подколонника) по образованию и раскрытию трещин производится на основное или особое сочетание расчетных нагрузок при f = 1.
2.4. Исходными данными для расчета фундаментов по прочности, кроме сочетаний расчетных нагрузок, являются:
размеры в плане b и l подошвы плитной части фундамента, определяемые в соответствии с п. 1.2;
полная высота фундамента h, определяемая глубиной заложения и отметкой обреза фундамента;
сечения колонны bc, lc и подколонника в плане bcf, lcf.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ ПЛИТНОЙ ЧАСТИ ФУНДАМЕНТА И РАЗМЕРОВ СТУПЕНЕЙ РАСЧЕТОМ НА ПРОДАВЛИВАНИЕ
2.5. Минимальная высота плитной части фундамента при соотношении сторон его подошвы b/l 0,5 определяется из расчета на продавливание. При этом продавливающая сила должна быть воспринята бетонным сечением плитной части фундамента, как правило, без постановки поперечной арматуры. В стесненных условиях (при ограничении высоты фундамента) допускается поперечная арматура.
2.6. Следует различать две схемы расчета на продавливание в зависимости от вида сопряжения фундамента с колонной:
1-я - при монолитном сопряжении колонны с фундаментом (черт. 6, а) или подколонника с плитной частью фундамента при высоте подколонника hcf 0,5 (lcf - lc) (черт. 6, б), а также при стаканном сопряжении сборной колонны с высоким фундаментом - при высоте подколонника, удовлетворяющей условию hcf - dp 0,5 (lcf - lc) (черт. 6, в). В этом случае продавливание плитной части рассматривается от низа монолитной колонны или подколонника на действие продольной силы N и изгибающего момента М;
2-я - при стаканном сопряжении сборной колонны с низким фундаментом - при высоте подколонника, удовлетворяющей условию hcf - dp 0,5 (lcf - lc) (черт. 7). В этом случае фундаменты рассчитываются на продавливание колонной от дна стакана и на раскалывание от действия только продольной силы Nc (п. 2.20).

Черт. 6. Виды сопряжений фундамента с колонной по 1-й схеме расчета на продавливание
а - монолитное сопряжение колонны с плитной частью фундамента; б - то же при высоте подколонника hcf 0,5 (lcf - lc); в - стаканное сопряжение колонны с высоким фундаментом при hcf - dp 0,5 (lcf - lc)

Черт. 7. Сопряжение сборной колонны с низким фундаментом
при hcf - dp 0,5 (lcf - lc)
2.7. При опирании на фундамент двух или более колонн, а также двухветвевых колонн продавливание рассматривается при воздействии на фундамент условной колонны, размеры которой равны габаритам по наружным граням колонн, а глубина стакана принимается в уровне наиболее заглубленной колонны (черт. 8).

Черт. 8. Схемы продавливания фундамента при опирании на него
двух колонн
а - расположение колонн в одном уровне; б - расположение колонн в разных уровнях; 1 - внутренняя грань стакана; 2 - наружная грань условной колонны
Расчет на продавливание по схеме 1 (см. черт. 6)
2.8. Расчет на продавливание плитной части центрально-нагруженных квадратных железобетонных фундаментов производится из условия
F Rbt um h0,pl , (1)
где F - продавливающая сила;
Rbt - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, принимаемое с необходимыми коэффициентами условий работы b2 и b3 в соответствии с табл. 15 СНиП 2.03.01-84 как для железобетонных сечений;
um - среднеарифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды, образующейся при продавливании в пределах рабочей высоты сечения h0,pl
um = 2 (bc + lc + 2 h0,pl) . (2)
При определении величин um и F предполагается, что продавливание происходит по боковой поверхности пирамиды, меньшим основанием которой служит площадь действия продавливающей силы (площадь сечения колонны или подколонника), а боковые грани наклонены под углом 45° к горизонтали (черт. 9).

Черт. 9. Схема образования пирамиды продавливания в центрально-нагруженных квадратных железобетонных фундаментах
В формуле (2) и последующих формулах раздела величины bc, lc заменяются размерами в плане сечения подколонника bcf, lcf, если продавливание происходит из нижнего обреза подколонника.
Величина продавливающей силы F принимается равной величине продольной силы N, действующей на пирамиду продавливания, за вычетом величины реактивного давления грунта, приложенного к большему основанию пирамиды продавливания (считая до плоскости расположения растянутой арматуры).
2.9. Расчет на продавливание центрально-нагруженных прямоугольных, внецентренно нагруженных квадратных и прямоугольных фундаментов (черт. 10) также производится в соответствии с п. 2.8 и условием (1). При этом рассматривается условие прочности на продавливание только одной наиболее нагруженной грани пирамиды продавливания.
Величина продавливающей силы F в формуле (1) принимается равной
F = Аo рmax , (3)
где Ao - часть площади основания фундамента, ограниченная нижним основанием рассматриваемой грани пирамиды продавливания и продолжением в плане соответствующих ребер (многоугольник abcdeg, см. черт. 10).

Черт. 10. Схема образования пирамиды продавливания
в центрально-нагруженных прямоугольных, а также
внецентренно нагруженных квадратных к прямоугольных фундаментах
Ао = 0,5b (l - lc - 2h0,pl) - 0,25 (b - bc - 2h0,pl)2 , (4)
при b - bc - 2h0,pl 0

6.1. РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ ПОД КОЛОННЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

6.1.1. Общие положения

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 [ , ].

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 H 1 ≥ (b uc - b c )/2 — от верха плитной части (рис. 6.1, б), а при меньшем H 1 — от низа колонны (рис. 6.1, в).

Рис. 6.1.

а — монолитное сопряжение плитной части с колонной; б — то же с высоким подколонником; в — то же, с низким подколонником; 1 — колонна; 2 — плитная часть; 3 — подколонник

Проверка выполнения этого условия производится в обоих направлениях .

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 конструкции

При 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 ≤ kR bt b a h 0

где F — расчетная продавливающая сила; k — коэффициент, принимаемый равным 1; R bt — расчетное сопротивление бетона на растяжение; b a — среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания, образующейся в пределах рабочей высоты сечения h 0 , (расстояния от верха плитной части до середины арматуры).

Рис. 6.2.

Величины F и b a определяются по формулам:

b a = 2(l c + b c + 2h 0);

F = A 0 p ,

где р — давление на грунт без учета веса фундамента и грунта на его уступах;

A 0 = A - A p ;

здесь A — площадь подошвы фундамента; A p — площадь нижнего основания пирамиды продавливания.

Для центрально нагруженных прямоугольных и внецентренно нагруженных квадратных фундаментов принимают схему, в которой рассматривается условие прочности одной грани, параллельной меньшей стороне основания фундамента (рис. 6.2). Условие прочности проверяется по формуле (6.1).

Расчет производится на действие вертикальной силы N , приложенной по обрезу фундамента, и момента на уровне подошвы М . В этом случае сила и размер стороны пирамиды продавливания будут:

F = A 0 p; F = A 0 p max ,

A 0 = 0,5b (l - l c - 2h 0) - 0,25(b - b c - 2h 0) 2 ;

b p = b c + h 0 ;

р, р max — среднее или наибольшее краевое давление на грунт от расчетных нагрузок:

При центральном нагружении

p = N/A;

При внецентренном нагружении

p max = N/A + M/W,

здесь W — момент сопротивления подошвы фундамента.

b - b c < 2h 0 ,

b p = 0,5(b - b c ),

A 0 = 0,5b (l - l c - 2h 0).

Число и высота ступеней назначаются в зависимости от полной высоты плитной части h в соответствии с табл. 4.25 и с учетом модульных размеров.

Вначале определяется (см. гл. 4) вынос нижней ступени фундамента с 1 (рис. 6.3) и проверяется условие

F ≤ R bt h 01 b p ,

где h 01 — рабочая высота нижней ступени фундамента.

Рис. 6.3.

Сила F и b р вычисляются по формулам:

F = A 01 p max ;

b p = b 1 + h 01 ,

где A 01 — площадь многоугольника a 1 b 1 c 1 d 1 e 1 g 1 ;

A 01 = 0,5(l - l 1 - 2h 01) - 0,25(b - b 1 - 2h 01) 2 ,

если b - b 1 < 2h 01 , то

A 01 = 0,5b (l - l 1 - 2h 01).

Рис. 6.4. К определению высоты ступеней

Вынос нижней ступени c 1 принимается не более величин, указанных в табл. 4.28 с учетом модульных размеров.

Минимальные размеры остальных ступеней фундамента в плане определяются после установления выноса нижней ступени c 1 пересечениями линии АВ с линиями, ограничивающими высоты ступеней (рис. 6.4). Для двухступенчатых и трехступенчатых фундаментов эти размеры должны быть не менее:

l 1 ≥ l - 2c 1 ;

b 1 ≥ ml 1 ;

l 2 ≥ (l - 2c 1 - l c )h 3 / (h 2 + h 3) + l c ;

b 2 ≥ ml 2 + l c ;

здесь m — отношение меньшей стороны фундамента к большей, принимаемое равным 0,6-0,85.

Окончательные размеры ступеней назначаются с учетом унификации размеров фундаментов (см. гл. 4).

Необходимо учитывать, что вынос ступеней, особенно нижней, определяет количество арматуры. В этой связи назначенные по приведенной выше методике размеры ступеней могут быть скорректированы из условия экономичности армирования.

При некоторых характерных соотношениях размеров ступеней проверка несущей способности плитной части производится следующим образом.

Для центрально и внецентренно нагруженных прямоугольных фундаментов с верхней ступенью, одна сторона которой l 1 > l c + 2h 2 , a другая b 1 ≤ b c + 2h 2 (рис. 6.5), расчет на продавливание производится из условия

F ≤ R bt (h 01 b 1p + h 2 b 2p ).

Значение F b 1р и b 2р — по формулам:

b 1p = b 1 + h 01 ;

b 2p = (b 1 + b c )/2.

Площадь многоугольника abcdeg

A 0 = 0,5b (l - l c - 2h 0) - 0,25(b - b 1 - 2h 01) 2 .

Рис. 6.5.

Рис. 6.6. Схема образования пирамиды продавливания для прямоугольных фундаментов, имеющих в двух направлениях разное число ступеней

Если b - b 1 < 2h 01 , то A 0 определяется по формуле (6.12).

Для центрально и внецентренно нагруженных прямоугольных фундаментов, имеющих в двух направлениях разное число ступеней (рис. 6.6), расчет на продавливание осуществляется по формуле

F ≤ R bt [(h 0 - h 3)b 1p + h 3 b c ].

Значение F определяется по формуле (6.5), b 1р — по формуле

В этой статье рассмотрим расчёт фундамента под колонну по 1-му предельному состоянию при нагружении фундамента вертикальной нагрузкой и горизонтальной нагрузкой с изгибающим моментом, действующими в одной плоскости.

Исходные данные

Исходными данными для расчёта фундамента будут нагрузки, приходящие на фундамент от колонны и инженерно-геологические изыскания.

В результате расчёта рамы в расчётной программе получили следующие нагрузки на фундамент:

Mx=14.8 т*м (изгибающий момент)

My=0, Qy=0 (Расчёт при действии моментов в 2-х плоскостях рассмотрю отдельно в следующих статьях)

Хочу отметить, что лучше всего проверить 2-а расчётных сочетания:

1. Полная ветровая, снеговая, вес конструкций, равномерно-распределённая
2. Полная ветровая и вес конструкций

Дело в том, что одно из условий расчёта является недопущение отрыва края фундамента от земли и при отсутствии снеговой нагрузки вертикальная нагрузка будет меньше и соответственно меньше сопортивления изгибающему моменту.

Инженерно-геологические изыскания:

Глубина сезонного промерзания – 1,79 м;

Уровень грунтовых вод 1,6 м;

Свойства грунтов:

Прочностные свойства грунтов определяются по инженерно-геологическим изысканиям. Для этого ищем инженерно-геологический разрез под нужный фундамент и таблицу с нормативными и расчётными характеристиками грунтов. Для расчёта по 1-му предельному состоянию (расчёту на прочность) необходимы расчётные характеристики при α=0.95 (доверительная вероятность расчётных значений), согласно п.5.3.17 СП 22.13330.2016.

ИГЭ-1 — насыпной грунт — песок разной крупности c вкл. строительного мусора до 15-20%, комки суглика, обломки ж.д. плит (в расчёте не участвует т.к. отметка низа фундамента находится ниже этого слоя грунта);

ИГЭ-2 — песок средней крупности, средней плотности, водонасыщенный: (e=0.65, ρ=1,8 т/м³, Е=30 МПа, ϕ=35°, С=1 кПа).

ИГЭ-3 — песок средней крупности, с редкими прослоями текучей супеси, суглинка, глиниcтый средней плотности, водонасыщенный: (e=0.6, ρ=1,82 т/м³, Е=35 МПа, ϕ=36°, С=1,5 кПа).

Уровень грунтовых вод 1,8 м от уровня земли.

Расчёт фундамента

Схема приложения нагрузок на фундамент выглядит следующим образом:

Глубина заложения фундамента

Глубину заложения фундамента определяем в зависимости от максимальной глубины сезонного промерзания, которая дана в отчёте по инженерно-геологическим изысканиям. В моём случае нормативная глубина сезонного промерзания равна d fn =1,79м.

Расчётная глубина сезонного промерзания вычисляется по формуле 5.4 СП 22.13330.2016

где k h — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений — по таблице 5.2 СП 22.13330.2016; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений k h =1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой;

В нашем случае здание неотапливаемое, поэтому

d f =1.1*1.79=1.969≈2 м

Глубина заложения фундамента должна быть не выше расчётной глубины промерзания (согласно таблице 5.3 СП 22.13330.2016). Для отапливаемых зданий допускается устраивать фундаменты внутри здания (не под наружными стенами) выше глубины промерзания, но должно быть гарантировано, что в холодное время года будет отопление здания. Если же допускается, что здание могут подвергнуть консервации или отключить отопление, тогда и внутренние фундаменты также должны быть заложены на расчётную глубину промерзания.

Предварительные размеры фундамента

Определяем предварительно площадь основания фундамента.

Предварительные размеры фундамента определяем по формуле:

N — вертикальная нагрузка от колонны, которую мы получили при расчёте каркаса здания (N=21,3 т=213 кН);

R 0 – расчётное сопротивление грунта, предназначенное для предварительного расчёта приведены в Приложении Б СП 22.13330.2016 (в нашем случае Таблица Б.2 для песка средней крупности и средней плотности R 0 = 400кПа, для глины и других грунтов см. другие таблицы в приложении Б);

Таблица Б.2 — Расчетные сопротивления R 0 песков

ȳ — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, предварительно принимаемое ȳ=20 кН/м³;

d – глубина заложения фундамента (в нашем случае d=2 м)

А=N/(R 0 -ȳd)=213,246/(400-20*2)=0,6 м²

20% т.к. фундамент внецентренно сжатый 0,72 м²

Размеры подошвы фундамента назначаются с шагом 0,3 м, размером не менее 1,5х1,5м (Таблица 4 Пособия по проектированию фундаментов на естественном основании)

Таблица 4 Пособия по проектированию фундаментов на естественном основании

Эскиз фундамента	Модульные размеры фундамента, м, при модуле, равном 0,3
	h	h pl	соответственно h pl			подошвы		подколонника
			h 1	h 2	h 3	квадратной b ´ l	прямоугольной b ´ l	под рядовые колонны b cf ´ l cf	под колонны в температурных швах b cf ´l cf
	1,5	0,3	0,3	—	—	1,5 ´ 1,5	1,5´1,8	0,6´0,6	0,6´1,8
	1,8	0,6	0,3	0,3	—	1,8´1,8	1,8´2,1	0,6´0,9	0,9´2,1
	2,1	0,9	0,3	0,3	0,3	2,1´2,1	1,8´2,4	0,9´0,9	1,2´2,1
	2,4	1,2	0,3	0,3	0,6	2,4´2,4	2,1´2,7	0,9´1,2	1,5´2,1
	2,7	1,5	0,3	0,6	0,6	2,7´2,7	2,4´3,0	0,9´1,5	1,8´2,1
	3,0	1,8	0,6	0,6	0,6	3,0´3,0	2,7´3,3	1,2´1,2	2,1´2,1
	3,6	—	—	—	—	3,6´3,6	3,0´3,6	1,2´1,5	2,1´2,4
	4,2	—	—	—	—	4,2´4,2	3,3´3,9	1,2´1,8	2,1´2,7
	Далее с шагом	—	—	—	—	4,8´4,8	3,6´4,2	1,2´2,1	—
						5,4´5,4	3,9´4,5	1,2´2,4	—
	0,3 м	—	—	—	—	—	4,2´4,8	1,2´2,7	—
	или	—	—	—	—	—	4,5´5,1	—	—
	0,6	—	—	—	—	—	4,8´5,4	—	—
		—	—	—	—	—	5,1´5,7	—	—
		—	—	—	—	—	5,4´6,0	—	—

Предварительно назначаем фундамент 1,5х1,5=2,25 м², что больше предварительного минимума 0,72 м².

Расчёт максимального и минимального краевого давления

Максимальное и минимальное краевое давление находим по формуле 5.11 СП 22.13330.2016

Где N=21,3т=213 кН вертикальная нагрузка от колонны в кН;

А ф =2,25 м² – площадь фундамента, м²;

γ mt – средневзвешенное значение удельных весов тела фундамента, грунтов и полов, принимаемое 20 кН/м³;

d=2 – глубина заложения фундамента, м;

M-момент от равнодействующей всех нагрузок, действующий по подошве фундамента в кН*м, находим по формуле:

М=Mx+Qx*d=14,8+2.8*2=20.4т*м=204кН*м

W – момент сопротивления подошвы фундамента, м³. Для прямоугольного сечения находится по формуле W=bl²/6 где в нашем случае b – это сторона подошвы фундамента вдоль буквенной оси, l – длина стороны подошвы фундамента вдоль цифровой оси (см. картинку ниже).

Т.к. предварительно мы приняли фундамент с размерами 1,5х1,5 м, то

W= bl²/6=1.5*1.5²/6=0.5625 м³

При действии вертикальной нагрузки на фундамент совместно с изгибающим моментом у нас может быть 3 варианта эпюр давления на грунты:

1. Трапециевидная

1. Треугольная

1. Треугольная с отрывом края фундамента

Нельзя допускать, чтобы происходил отрыв фундамента, т.е. Pmin всегда должен быть ≥0.

В нашем случае Pmin<0, поэтому нужно увеличить ширину фундамента таким образом, чтобы Pmin стал больше или равен нулю. Далее увеличиваем размеры фундамента методом подбора. При этом шаг изменения размера фундамента равен 300 мм.

Назначаем фундамент согласно модульным размерам с шагом 0,3 м. Лучше использовать фундамент прямоугольной формы 2,1х1,8 м (l=2.1м, b=1.8м)

А ф =2,1*1,8=3,78 м² – площадь фундамента, м²;

W= bl²/6=1.8*2.1²/6=1.323 м³

Остальные параметры остаются те же.

Снова Pmin<0, снова увеличиваем размеры фундамента:

Назначаем фундамент размером 2,4х1,8 м (l=2.4м, b=1.8м)

А ф =2,4*1,8=4,32 м² – площадь фундамента, м²;

W= bl²/6=1.8*2.4²/6=1.728 м³

Опять Pmin<0, как вы уже поняли мы будем увеличивать размер фундамента до тех пор, пока Pmin не станет больше или равен нулю.

В результате подбора мы получили, что фундамент должен иметь размеры 3,0х2,4 м (l=3.0м, b=2.4м)

А ф =3,0*2,4=7,2 м² – площадь фундамента, м²;

W= bl²/6=2.4*3.0²/6=3.6 м³

Для фундаментов колонн зданий, оборудованных мостовыми кранами грузоподъёмностью выше 75 т и выше, а также для фундаментов колонн открытых крановых эстакад грузоподъёмностью выше 15 т, для сооружений башенного типа, а также для всех типов сооружений при расчётном сопротивлении грунта основания R<150кПа размеры фундамента нужно назначать такими, чтобы эпюра давлений была трапециевидной и Pmin/Pmax≥0.25 (п.5.6.27 СП 22.13330.2016). В нашем случае мы должны проверить расчётное сопротивление грунта, и если оно будет меньше 150кПа, то нужно ещё увеличить размеры фундамента.

Расчёт сопротивления грунта

Расчётное сопротивление грунта основания рассчитываем по формуле 5.7 СП 22.13330.2016

γ с1 =1,4 (таблица 5.4 СП 22.13330.2016)

γ с2 =1,2 (таблица 5.4 СП 22.13330.2016)

Таблица 5.4 СП 22.13330.2016

Грунты	Коэффициент γс1	Коэффициент γс2 для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к высоте L /H , равном
		4 и более	1,5 и менее
Крупнообломочные с песчаным заполнителем и пески, кроме мелких и пылеватых	1,4	1,2	1,4
Пески мелкие	1,3	1,1	1,3
Пески пылеватые: маловлажные	1,25	1,0	1,2
и влажные, насыщенные водой	1,1	1,0	1,2
Глинистые, а также крупнообломочные с глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя I L ≤0,25	1,25	1,0	1,1
То же, при 0,25< I L ≤0,5	1,2	1,0	1,1
То же, при I L >0,5	1,1	1,0	1,0
Примечания 1 К сооружениям с жесткой конструктивной схемой относят сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформации оснований, в том числе за счет мероприятий, указанных в 5.9. 2 Для зданий с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента γс2 принимают равным единице. 3 При промежуточных значениях L /H коэффициент γс2 определяют интерполяцией. 4 Для рыхлых песков γс1 и γс2 , принимают равными единице.

k=1 (п.5.6.7 СП 22.13330.2016 коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта (φ II и С II) определены непосредственными испытаниями, и k =1,1, если они приняты по таблицам приложения А).

My=1,68 (таблица 5.5 СП 22.13330.2016)

Mq=7,71 (таблица 5.5 СП 22.13330.2016)

Mc=9,58 (таблица 5.5 СП 22.13330.2016)

Тут хочу обратить внимание, несмотря на то, что мы опираемся на грунт ИГЭ-3, грунт ИГЭ-2 имеет более низкие прочностные характеристики и он заложен ниже грунта ИГЭ-3, поэтому мы принимаем считаем несущую способность основания по ИГЭ-2.

Таблица 5.5 СП 22.13330.2016

Угол внутреннего трения φ II , град.	Коэффициенты
	My	Mq	Mc
0	0	1,00	3,14
1	0,01	1,06	3,23
2	0,03	1,12	3,32
3	0,04	1,18	3,41
4	0,06	1,25	3,51
5	0,08	1,32	3,61
6	0,10	1,39	3,71
7	0,12	1,47	3,82
8	0,14	1,55	3,93
9	0,16	1,64	4,05
10	0,18	1,73	4,17
11	0,21	1,83	4,29
12	0,23	1,94	4,42
13	0,26	2,05	4,55
14	0,29	2,17	4,69
15	0,32	2,30	4,84
16	0,36	2,43	4,99
17	0,39	2,57	5,15
18	0,43	2,73	5,31
19	0,47	2,89	5,48
20	0,51	3,06	5,66
21	0,56	3,24	5,84
22	0,61	3,44	6,04
23	0,66	3,65	6,24
24	0,72	3,87	6,45
25	0,78	4,11	6,67
26	0,84	4,37	6,90
27	0,91	4,64	7,14
28	0,98	4,93	7,40
29	1,06	5,25	7,67
30	1,15	5,59	7,95
31	1,24	5,95	8,24
32	1,34	6,34	8,55
33	1,44	6,76	8,88
34	1,55	7,22	9,22
35	1,68	7,71	9,58
36	1,81	8,24	9,97
37	1,95	8,81	10,37
38	2,11	9,44	10,80
39	2,28	10,11	11,25
40	2,46	10,85	11,73
41	2,66	11,64	12,24
42	2,88	12,51	12,79
43	3,12	13,46	13,37
44	3,38	14,50	13,98
45	3,66	15,64	14,64

k z =1 (п.5.6.7 СП 22.13330.2016 коэффициент, принимаемый равным единице при b <10 м);

b=2.4 (ширина фундамента);

γ II — (осредненное (см. 5.6.10) расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³) на глубину, равную z=b/2=0.75м. Если быть проще, удельный вес грунта – это плотность грунта в кН/м³. Чтобы перевести плотность грунта в т/м³ в кН/м³ значение умножают на 10 (1,8т/м³=18 кН/м³).

Т.к. у нас грунты водонасыщенные, то в нашем случае определяем с учётом взвешивающего действия воды по формуле 36 Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений

γ sb = (γ s – γ w )/(1 + e ))

где γ w – удельный вес воды, равный 10 кН/м³,

e=0.65 — коэффициент пористости, принимаемый по данным инженерно-геологических изысканий,

γ II = (γ s – γ w )/(1 + e )) =(18-10)/(1+0.65)=4.84 кН/ м³ ;

γ’ II — (расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента). В нашем случае это будет обратная засыпка, поэтому удельный вес грунта без учёта взвешивающего действия воды 16 кН/м³.

Коэффициент пористости задаётся не менее 0,65. Глубина грунтовых вод 1.6 м от поверхности земли. Поэтому удельный вес грунта с учётом взвешивающего действия воды

γ sb = (γ s – γ w )/(1 + e )) =(16-10)/(1+0,65)=3,64 кН/м³ (на глубине от 2 до 1,6 м, т.е. мощность слоя 0,4 м);

Расчётное значение вычисляем как осреднённое значение удельного веса грунта по формуле

γ’ II =Σ γ’ i *h/Σhi=(3.64*0,4+16*1,6)/2=13,528 кН/м³;

d 1 =2.0м (глубина заложения фундамента от уровня планировки);

d b =0 (глубина подвала, при его отсутствии равно нулю согласно примечанию 5 к п.5.6.7 СП 22.13330.2016);

С II =1кПа (расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под фундаментом, принимаемое по данным изысканий, либо согласно Приложению А СП 22.13330.2016);

Рассчитываем расчётное сопротивление грунта под основанием:

При действии изгибающего момента на фундамент краевое давление Rmax=R/1.2=0.330 МПа (п.5.6.26 СП 22.13330.2016).

Pmax=127кПа < R=330кПа

Также мы видим, что R>150 кПа, поэтому увеличивать размеры фундамента нет необходимости.

Следовательно, фундамент удовлетворяет требованиям по несущей способности основания.

После этого нужно сконструировать фундамент, назначить размеры, арматуру, бетон, что обязательно рассмотрю в следующих статьях.

Расчётную программу в Excel можно скачать по ссылке

Posted in , Tagged