Расчет прочности фундамента

Фундамент столбчатый пирамидальной формы. Бетон тяжелый класса прочности на сжатие В15, R_b = 8,5 МПа, R_bt = 0,75 МПа. Рабочая арматура класса А300, R_s = 270 МПа.

Расчетная нагрузка на фундамент, без собственного веса фундамента, N = 838,4 кН.

Требуемая площадь фундамента с учетом гидростатического давления воды на днище

А = N/(R - r*H),

где R = 0,25 МПа – допускаемое давление на днище; r = 1 т/м³=0,01 Н/см³ – плотность воды;

Н = 6,24 м – высота водяного столба.

А = 838400/(0,25*(100) – 0,01*6,24) = 33620 см²

Соответственно сторона квадратного фундамента

По условиям унификации принимаем ближайший больший размер, кратный 100 мм, т.е. а = 190 см.=1,9 м.

Высота фундамента назначается из условия заделки колонны в фундамент и условия продавливания фундамента колонной, кратной 150 мм по условиям унификации.

Глубина заделки колонны в фундамент h_f принимается:

1) исходя из условия заделки колонны в фундамент - не менее h, где h = – высота сечения колонны;

2) исходя из условия анкеровки рабочей продольной арматуры колонны в фундаменте не менее 15d, где d - диаметр рабочей продольной арматуры колонны,

3) не менее ,где , - коэффициент, зависящий от напряженного состояния бетона и арматуры и - площадь продольной арматуры колонны соответственно, требующаяся по расчету и фактически принятая, - коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, - коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, и - соответственно площадь поперечного сечения и периметр анкеруемого арматурного стержня.

4) не менее ,где - относительная длина анкеровки, зависящая от классов арматуры и бетона, равная или принимаемая по табл. 3.3, здесь - коэффициент, учитывающий влияние поперечного обжатия бетона и наличие поперечной арматуры

5) не менее 200 мм.

В нашем случае будем иметь:

1)

2)

3)

и l_an будет близко к нулю

4) . При для арматуры класса А300, для арматуры d<36мм, при отсутствии поперечного обжатия;

5)

Принимаем большее значение из пяти требуемых, округляя до ближайшего большего числа, кратного 50мм, т.е принимаем =450 мм = 45 см = 0,45 м.

Глубина стакана подколонника h_h принимается на 5 см больше величины h_f,

h_h = h_f + 0,5 = 0,45+0,5=0,5 м

Принимаем высоту фундамента Н_f = h_h + 0,25 = 0,75 м, что кратно 150 мм.

Проверка фундамента на продавливание. Условие продавливания:

N_р £ R_bt *b_m*h₀₁,

где N_р – расчетная продавливающая сила; b_m – средний периметр пирамиды продавливания; h₀₁ – расстояние от дна стакана до рабочей арматуры плитной части фундамента при величине защитного слоя бетона 5 см.

N_р = р*(а² – (h₂ + 2*h₀₁)²),

где р – давление под подошвой фундамента;

р = N/а² = 838,4/1,90² = 232,2 кН/м²;

h₂ – ширина для стакана h₂= h + 0,10 = 0,40 + 0,10 = 0,50 м;

h₀₁ = Н_f – h_h – 0,05 = 0,75 – 0,45 – 0,05 = 0,25 м.

N_р = 232,2*(1,90² – (0,50 + 2*0,25)²) = 606 кН;

b_m = 4*( h₀₁ + h₂) = 4*(0,25 + 0,50) = 3,0 м;

R_bt*b_m*h₀₁*(100) = 750*3,0*0,25= 562,5 кН < N_р = 606 кН;

Прочность на продавливание не обеспечивается. Увеличим класс бетона фундамента до B20, R_b=11,5 МПа, R_bt =0,9 МПа

Выполним пересчет прочности на продавливание при классе бетона В20

R_bt*b_m*h₀₁= 900*3,0*0,25 = 675 кН > N_р = 606 кН

Прочность на продавливание обеспечена.

Толщину стенки стакана d_h назначаем из условий: d_h<0,5* h_h =0,5*45=22,5 см

d_h>0,2* h=0,2*40=8 cм; Принимаем d_h=17,5см.(рис.6) Армирование стенок стакана конструктивное.

Высоту плитной части фундамента h₁ принимаем 30 см, в тонкой ее части – 15 см, по требованиям унификации. Рабочая высота сечения плитной части h₀₁ = h₁ – 5 = 30 – 5 =

= 25 см, где 5 см – расстояние от подошвы фундамента до центра тяжести арматуры плитной части.

Армирование плитной части фундамента определяется расчетом по усилиям в сечениях 1 – 1 и 2 – 2. Сечение 1 – 1 – по грани стаканной части фундамента, сечение 2 – 2 – по грани колонны.

Изгибающие моменты в сечениях 1 – 1 и 2 – 2:

М_{1 – 1} = 0,125*р*(а – а₁)²*а = 0,125*232,2 *(1,90 – 1,2)²*1,90 = 27 кН*м;

М_{2 – 2} = 0,125*р*(а – h)²*а = 0,125*232,2 *(1,90 – 0,40)²*1,90 = 124 кН*м.

Соответственно требуемое количество арматуры в сечениях фундамента 1 – 1 и 2 – 2:

А_{s, 1 – 1} = М_{1 – 1}/(0,9*h₀₁*R_s) = 27 /(0,9*0,25*232200) = 0.00067 м²= 5,2 см²

А_{s, 2 – 2} = М_{2 – 2}/(0,9*h₀₂*R_s) = 124 /(0,9*0,7*232200) =0.000848 м² = 8,48 см².

Армирование плитной части фундамента выполняется плоскими сварными сетками из арматуры периодического профиля. Шаг поперечной и продольной арматуры сеток назначается не более 300 мм.

В нашем случае принимаем симметричную сетку с ячейкой 300´300 мм, т.е. 8d12

А300 с площадью поперечного сечения арматуры А_s =9,05 см²