Расчёт железобетонных фундаментов

План лекции.

1. Центрально и внецентренно нагруженные фундаменты.

2. Условия прочности фундаментов.

3. Подбор арматуры.

Расчет конструкций центрально нагруженных фундаментов ведут в такой последовательности: 1) проводят проверку несущей способности фундамента на расчетные нагрузки по первой группе предельных состояний; 2) осуществляют проверку фундамента на образование в нем трещин при нормативных нагрузках в соответствии со второй группой предельных состояний. Оба названных способа расчета выполняют в соответствии с нормами проектирования железобетонных конструкций.

Расчет начинают с определения напряжений под подошвой фундамента от расчетных нагрузок:

(7.1)

где – расчетная нагрузка на уровне спланированной отметки земли;

и , – расчетные нагрузки от веса соответственно грунта на обрезах фундамента и самого фундамента.

В основу расчета фундамента положена предпосылка, что внешние части фундамента под действием реактивного давления грунта работают подобно консолям, заделанным в массиве фундамента, и их рассчитывают по этой схеме в сечениях: І–І – по грани колонны (в случае ленточного фундамента по грани стены); ІІ–ІІ – по грани верхней ступени (рис. 7.1,а).

Рис. 7.1. Схема к расчету конструкции центрально нагруженного фундамента

а – вид сбоку; б – план; 1 – пирамида продавливания; 2 – основание пирамиды продавливания

Поперечная сила в сечениях I-I и II-II равна (рис. 7.1,6):

(7.2)

Расчет на действие поперечной силы не производят, если выполняются условия:

(7.3)

где – коэффициент, принимаемый для тяжелого и ячеистого бетонов, равным 0,6;

– расчетное сопротивление бетона растяжению;

- рабочая высота фундамента; – высота защитного слоя бетона.

Если условия (7.3) не выполняются, то необходимо либо устанавливать поперечную арматуру, либо увеличивать высоту поперечного сечения уступов фундамента; в практике проектирования чаще всего прибегают к последнему способу.

Кроме условий (7.3), должно выполняться условие, обеспечивающее прочность по наклонному сечению нижней ступени фундамента из условия восприятия поперечной силы бетоном:

(7.4)

где правую часть неравенства принимают равной не менее и не более ; - длина проекции рассматриваемого наклонного сечения (см. рис. 7.1, а).

Расчет на продавливание выполняют по условию

(7.5)

где – расчетная продавливающая сила;

– коэффициент, принимаемый равным для тяжелых бетонов;

– расчетное сопротивление бетона растяжению;

– среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания в пределах полезной высоты фундамента .

Для фундаментов с квадратной подошвой

(7.6)

где –площадь основания пирамиды продавливания.

Для фундаментов с прямоугольной подошвой

(7.7)

где – площадь заштрихованной части подошвы, (см. рис. 7.1, б).

Армирование фундамента осуществляют по результатам расчета нормальных сечений на действие изгибающих моментов в сечениях I–I и II–II, определяемых по следующим формулам:

(7.8)

Сечение рабочей арматуры на всю ширину фундамента вычисляют по формулам:

(7.9)

где – расчетное сопротивление арматуры растяжению.

Процент армирования в расчетном сечении фундамента должен быть не ниже минимально допустимого процента армирования в изгибаемых элементах:

(7.10)

Шаг рабочей арматуры принимают равным 100 – 200 мм. Нерабочие (конструктивные) стержни поперечной арматуры берут сечением не менее 10 % сечения рабочей арматуры и устанавливают их с шагом 250 – 300 мм, но не более 350 мм. Высоту защитного слоя бетона устанавливают: для монолитных фундаментов не менее 35 мм при наличии песчано-гравийной подготовки и не менее 70 мм без нее; для сборных фундаментов – не менее 30 мм.

При расчете ленточного фундамента необходимо в формулах (7.1) – (7.4) и (7.7) принять м.

При расчете внецентренно нагруженных фундаментов специфика определения поперечных сил и изгибающих моментов в расчетных сечениях обусловлена формой эпюры давления грунта под подошвой фундамента.

Напряжения в любом расчетном сечении подошвы фундамента определяют по следующей формуле:

(7.11)

где и – суммарная вертикальная сила и момент от расчетных нагрузок на уровне подошвы фундамента; – момент сопротивления подошвы фундамента; – расстояние от оси фундамента до рассматриваемого сечения; – длина фундамента.

Поперечную силу в сечении внецентренно нагруженного фундамента находят по следующей формуле:

(7.12)

где — максимальное напряжение в основании под подошвой фундамента от расчетных нагрузок; и — то же, что и в формуле (7.11).

Далее проверяют выполнение условий (7.3) и (7.4). Изгибающие моменты в расчетных сечениях вычисляют по следующей формуле:

(7.13)

где и – то же что и в формуле (7.11).

Затем определяют сечение рабочей арматуры по формулам (2.32) и проверяют выполнение условия (2.33). Заметим, что для жестких бетонных фундаментов проверка прочности их материала не производится, если фундамент проектируют в такой последовательности: на выбранной глубине заложения откладывают необходимую ширину фундамента, а затем в зависимости от угла жесткости назначают необходимую высоту и ширину уступов, при этом высота уступов должна находиться в пределах 30–60 см. Если же эти требования не выполнены, то необходимо осуществлять расчет прочности жесткого фундамента.

После размещения арматурных стержней в плите фундамента расчет по первой группе предельных состояний считается завершенным. Далее переходят к расчету фундамента по второй группе предельных состояний. Расчет начинают с проверки трещиностойкости железобетонного фундамента, для чего находят упругопластический момент его сопротивления по растянутой зоне (при отсутствии сжатой арматуры).

(2.37)

где - коэффициент, учитываемый в случае таврового сечения с полкой в растянутой зоне; для прямоугольного сечения

– коэффициент армирования;

– отношение между модулями упругости арматуры и бетона;

и момент трещинообразования:

(2.38)

где – расчетное сопротивление бетона растяжению по второй группе предельных состояний.

Затем проверяют выполнение условия:

(2.39)

где – момент в поперечном сечении фундамента от нормативных нагрузок, определяемый по формулам (2.31) или (2.36).

Если условие (2.39) не выполняется, то проверяют ширину раскрытия трещин по следующей формуле:

(2.40)

где – коэффициент, принимаемый равным 1;

– коэффициент, при длительном действии постоянных и временных нагрузок принимаемый равным 1,5;

– коэффициент, при использовании стержневой арматуры периодического профиля принимаемый равным 1;

– коэффициент армирования, принимаемый в расчете равным не более 0,02;

– напряжение в растянутой арматуре в сечении с трещиной [здесь - плечо внутренней пары сил (где — относительная высота сжатой зоны в сечении с трещиной, определяемая по формуле:

где ; — диаметр стержневой арматуры, мм.

Ширина раскрытия трещин, определенная по формуле (2.40), сравнивается с максимально допустимой по условию (1.28), в котором величина a и принимается равной 0,2 мм – для фундаментов, находящихся ниже уровня грунтовых вод; 0,3 мм – находящихся выше уровня грунтовых вод.

Если условие (1.28) выполняется, то расчет заканчивают. При невыполнении этого условия необходимо либо изменить конструкцию фундамента, либо увеличить проектный класс бетона и усилить армирование фундамента с последующей корректировкой всех расчетов.

Дата добавления: 2014-05-28; просмотров: 778; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!