Залізобетонні фундаменти

ЗАЛІЗОБЕТОННІ КОНСТРУКЦІЇ БУДИНКІВ І СПОРУД

Контрольні питання

1. Як підбираються розміри поперечних перерізів елементів

2. Як визначають габарити коротких консолей

3. Від чого залежить вибір захисного шару колони

4. Як проектують розміщення арматур за перерізами

5. Для чого призначається монтажні стержні

6. Які функції виконують поперечні стержні

7. Як вибирається віддаль між поперечними стержнями

Цей розділ присвячується особливостям проекту­вання і взаємному поєднанню залізобетонних конструкцій, їх формоутворенню у розвитку від запозичень до побудов, що-грунтуються на принципі: новому матеріалові повинні відпові­дати нові архітектурно-конструктивні форми.

Залізобетон — молодий матеріал. Його історія, як згадува­лось у вступі, почалася десь з 1850 р., а своє місце він зайняв лише в 90-х роках. Так, наприкінці 1898 р. в Росії Інженерна рада Міністерства шляхів з ініціативи М.А. Белелюбського до­пустила застосування залізобетону на залізницях і шосейних шляхах Росії. Однак аж до 1905 р. французькі банки не вида­вали позичок, якщо в заставу пропонувалися будинки з залізо­бетонними конструкціями.

З другого боку, в цей період становлення залізобетону швид­ко зростало застосування стальних і дерев'яних конструкцій,, вдосконалювались їх конструктивні рішення, а методика розра­хунку спиралась на добре перевірені практикою класичні поло­ження опору однорідних пружних матеріалів.

Доцільність виконання фундамен­тів із залізобетону визначається його здатністю працювати не тільки на стиск, як бутова кладка або бетон, а й на згин. Тому навіть при значних роз­мірах підошви залізобетонні фундаменти набагато нижчі від масивних (рисунок 5.1). Це забезпечує економію за рахунок збірності фундаментів, змен­шення їх власної ваги, витрати матеріалів і зменшення об’єму земляних робіт.

1 – залізобетонний, 2 – бетонний, 3 – бутовий

Рисунок 5.1 – Схематичне зіставлення фундаментів

За призначенням і конструкцією фундаменти поділяють на такі, що стоять окремо, стрічкові і плитні.

Фундаменти, що стоять окремо, розглянемо докладніше, бо вони найбільш поширені. їх розрахунок на продавлювання можна поширити і на розрахунок інших конструкцій, наприклад безбалочних перекриттів.

Окремо поставлені ступінчасті і стрічкові фундаменти з траапецієвидних блоків є типовими.

Розрахунок фундаментів полягає у визначенні їх розмірів і встановленні площі перерізу арматури.

Розміри підошви фундаменту розраховують за нормативни­ми навантаженнями, а інших його частин і площі перерізу ар­матури— за розрахунковими навантаженнями. Щоб не підрахо­вувати навантаження двічі — один раз розрахункові і вдруге — нормативні, можна користуватися осередненим коефіцієнтом пе­ревантаження п_ср =1,2. Тоді

;

Габарити підошви фундаменту визначають з розрахунку ос­нови за деформаціями, але при додержанні певних умов його можна замінити розрахунком за нормативним тиском на грунт основи

Окремі центрально-навантаженіфунда­менти. Під час розрахунку окремий залізобетонний фунда­мент розглядають наближено як абсолютно жорсткий, а тискна грунт під його підошвою вважають рівномірно розподіленим. Площу підошви центрально навантаженого фундаменту, врахо­вуючи наближено власну вагу фундаменту і грунту на ньому, визначають за формулою

, (5.1)

де — нормативне навантаження (стале і тимчасове) на ко­лону в її нижньому перерізі;

—середня об'ємна вага матеріалу фундаменту і грунту, яку беруть звичайно рівною 2 т/м³;

—глибина закладення підошви фундаменту від денної поверхні грунту, яка залежить від глибини промерзан­ня грунту, його характеристики, рівня ґрунтових вод, розміщення інших фундаментів тощо.

Повну мінімальну висоту фундаменту визначають так, щоб виконувалась умова міцності бетону на продавлювання, яку для квадратних центрально навантажених фундаментів, капітелей безбалочних перекриттів, а також плит під місцеві наванта­ження обчислюють за формулою

, (5.2)

де Р — розрахункова продавлююча сила;

0,75 – емпіричний коефіцієнт;

— середнє арифметичне між периметрами верхньої і ниж­ньої основ зрізаної піраміди, яка утворюється при про­давлюванні в межах — робочої висоти перерізу фун­даменту (плити) па перевірній ділянці, що підрахову­ють за формулою

.

Силу Р беруть рівною величині нормальної сили, яка діє в перерізі колони біля верху фундаменту (або біля низу капі­телі безбалочного перекриття) за винятком навантаження, при­кладеного до більшої основи () піраміди продавлювання, визначаючи останню за площиною розміщення розтягнутої ар­матури

, (5.3)

де найбільша напруга на грунт від розрахункового наван­таження (для гюзацентрово навантажених фундамен­тів— з урахуванням момента).

Визначаючи величини Р і, вважають, що продавлювання відбувається по поверхні зрізаної піраміди, бічні грані якої на­хилені під кутом 45° до вертикалі (рисунок 5.1,а).

Розрахунок на продавлювання прямокутних і позацентрово навантажених фундаментів роблять за формулою (5.3), але ве­личину сили Р беруть у цьому разі рівною

, (5.4а)

а величину рівною

.

тут — площа многокутника абвгде (рисунок 5.1,б);

— верхня сторона однієї грані піраміди продавлювання;

— нижня сторона однієї грані піраміди продавлювання на рівні розміщення розтягнутої арматури.

І

а – залізобетонної плити і квадратних у плані фундаментів, б – прямокутних фундаментів

Рисунок 5.2 - До розрахунку плит і фундаментів на продавлювання

Висоту збірних фундаментів з метою їх полегшення роблять мінімальною, керуючись розрахунковими і конструктив­ними вимогами. У монолітних фундаментах, з одного бо­ку, мінімальній висоті відповідає максимальне армування, а з другого — надмірне збільшення висоти фундаменту веде до збільшення його ваги і витрати бетону.

Мінімальну робочу висоту нижнього уступу визначають так, щоб там не потрібна була розрахункова поперечна арматура, тобто щоб була виконана умова (2.56):. У даному разі ця умова набуває такого вигляду

.

Звідси дістаємо формули для визначення мінімальної робо­чої висоти нижнього уступу

(5.5)

Площу перерізу робочої арматури в нижній плиті визнача­ють за більшим результатом розрахунків на згин консольних виступів фундаменту, виміряних від грані колони і граней усту­пів до краю підошви (рисунок 5.1,б).

Переріз арматури в напрямі І—І на всю ширину підошви буде

, (5.6)

де М_к —згинальний момент відносно грані колони (переріз к), який підраховують за формулою

.

Коли визначають момент М_К, вважають, що навантаження на підошву від реактивного тиску грунту діє на заштриховану на рисунок 5.1 площу трапеції.

Звідси після перетворень

. (5.7)

Переріз арматури в напрямі І—І на всю ширину підошви підрахований за моментом відносно грані уступу (переріз с)

, (5.8)

де

. (5.9)

Переріз арматури в напрямі ІІ—ІІ на всю ширину підошви

,

де

, (5.10)

де

. (5.11)

Для армування беруть більше значення щодо кожного напряму.

Окреміпозацентровонавантаженіфунда­менти.Розміри прямокутної підошви фундаменту підбира­ють у першому наближенні до виконання умови

, де, (5.12)

де ексцентриситет поздовжньої сили відносно центра ваги площі підошви фундаменту.

Якщо

тоді

, (5.13)

де.

Рисунок 5.3 – До розрахунку позацунтрово навантажених фундаментів

Залежно від величини е₀ епюра тиску на грунт може бути різною: прямокутною при е₀ = 0; трапецієвидною при е₀ менше 1/6 а₁ і, нарешті, трикутною з відривом підошви від грунту (на довжині частини підошви а₁ – 3f) при е₀ більше 1/6 а₁.

Вибираючи форми епюри тиску на грунт, виходять з такого:

для фундаментів під колони, які несуть кранове навантажен­ня 75т і більше, і колони відкритих естакад, які несуть крани вантажопідйомністю понад 15т, при наявності грунту з розра­хунковим опором <1,75 кгс/см² слід добиватися трапецієвидної епюри тиску з відношенням;

у всіх інших випадках допускають трикутну епюру тисків, але без відриву підошви фундаменту від грунту;

для фундаментів під колони, що не несуть кранового наван­таження, під час розрахунків з урахуванням дії вітру можна допустити неповне стикання підошви фундаменту з грунтом.

Визначивши розміри підошви й епюру тисків на грунт, решту розрахунку роблять так само, як і для центрально навантаже­них фундаментів. Проте замість уформулу (5.4а) для Р, для і у формули (5.7), (5.9) вводять величину;

;

де при прямокутній підошві фундаменту

, (5.14)

А при неповному дотик у підошви

. (5.15)

У цих формулах — розрахункове навантаження в ниж­ньому перерізі колони з урахуванням або без урахування роз­рахункового навантаження О від стінового заповнення.

Згинальні моменти у немоментному напрямі визначають, як і в центрально навантажених фундаментах, при

Якщо підошву фундаменту, щоб уникнути її відриву від грунту, зміщують на величину и, то є₀ відповідно змен­шують, і формула (219) набуває такого вигляду

. (5.16)

Величину зміщення и, коли діють моменти лише від сталих навантажень, можна брати рівною величині ексцентриситета. Якщо величину моменту визначають ще й тимчасові навантаження, то.

Якщо можлива різнозначність М, і якщо см, зміщу­вати підошву фундаменту не слід.

Фундаменти під окремі колони можна робити пірамідаль­ними або ступінчастими. Вартість і тих, і других майже одна­кова, але ступінчасті надійніші та їх простіше виготовляти, тому їм, як правило, віддають перевагу.

Залізобетонну колону і ступінчастий фундамент можна ро­бити як монолітне ціле. Можна також збірну колону ставити в призначений для неї стакан у тілі фундаменту.

Перерізи фундаментів стаканного типу розраховують так само, як і монолітно зв'язаних з колонами. Глибину стакана Н беруть не меншу від більшого розміру перерізу колони, а для двовіткових колон — не менш від полуторного більшого розміру поперечного перерізу окремої гілки і не меншу як 0,5 розміру більшої сторони повного перерізу колони. Глибина стакана, крім того, повинна бути не менша як 20 діаметрів поздовжньої робочої арматури колони при бетоні марки «200» і вище і не менша як 25 діаметрів — при бетоні марки «150».

Решту вимог до габаритів таких фундаментів показано на рисунку 5.4,а.

Рисунок 5.4- Основні габарити та армування ступінчатих фундаментів старанного типу

З метою зниження ваги монтажної одиниці фундамен­ти можна проектувати складе­ними, як показано на рисунку 5.4, в.

Стрічковіфундаменти під суцільні несучі стіни проектують з блоків-подушок трапецієвидного перерізу і з блоків-балок прямокутного пе­рерізу. Подушки виконують су­цільними або ребристими і ук­ладають суцільною стрічкою або з зазорами (рисунок 5.4).

Ширину стрічки (ширину подушки а_р) визначають за формулою:, а допустиме розсунення подушок:.

У цих формулах:

— ширина подушки, потрібна за розрахунком;

—нормативне навантаження на розрахункову довжину стрічки яку приймають звичайно рівною відстані між осями сусідніх прорізів біля найбільш навантаженого між-віконного стовпа;

—ширина блока, яку приймають більшою ніж а_р, округлю­ючи, наприклад, величину а_р до більшого кратного 100 мм.

Рисунок 5.5 – До прикладк розрахунку ступінчатого фундаменту

Згинальний момент для визначення площі перерізу арматури в підошві подушки і поперечну силу для контролювання висоти подушки (щоб виключити поперечне армування) визначають за формулами

М = 0,5 σ_гре²;

Q = σ_грe ≤ R_pbh₀;

;

напруга в грунті під підошвою стрічки, де. Решту величин показано на рисунку.

Приклад 25. Визначити розміри і площу перерізу арматури ступінча­стого фундаменту під колону.

Дано: =150 тс; N=178 тс; розміри перерізу колони на рівні верх­нього уступу фундаменту а= =40см; глибина закладення підошви фунда­менту =1,5 м; бетон марки «150»; арматура із сталі класу А-І; розра­хунковий опір грунту =2,6 кгс/см².

Розрахунок. см²

Беремо см і визначаємо напругу на грунт:

кгс/см².

Мінімальну робочу висоту фундаменту можна визначити за формулою, яку дістають при сумісному розгляді виразів (5.2) і (5.3):

. (5.17)

Підставивши числові величини, матимемо

см.

Отже,

см

Візьмемо висоту фундаменту =70 см.

Мінімальна робоча висота нижнього уступу за формулою (5.4)

см

см

Оскільки повна висота фундаменту =70 см, його беруть двоступін­частим з висотою уступів 30 і 40 см, см.

Обчисливши згинальний момент

кгс/см, знаходимо площу пере­різу робочої арматури за формулою (5.5).

см² =.

Дата добавления: 2014-01-07