Колонны и фундаменты многоэтажных каркасных зданий

Методические указания к курсовому проекту по дисциплине

«Железобетонные и каменные конструкции»

для студентов всех форм обучения специальностей:

270102 - Промышленное и гражданское строительство

270104 - Гидротехническое строительство

270105 - Городское строительство и хозяйство

270115 - Экспертиза и управление недвижимостью

Краснодар

Составители: канд. техн. наук, доц. М. А. Тамов.

УДК 624.15: 725.94

КОЛОННЫ И ФУНДАМЕНТЫ МНОГОЭТАЖНЫХ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ. Метод. указания к курсовому проекту по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» для студентов всех форм обучения специальностей: 270102 – Промышленное и гражданское строительство,270104 - Гидротехническое строительство,270105 - Городское строительство и хозяйство,270115 - Экспертиза и управление недвижимостью/Сост.: М.А. Тамов; Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. строительных конструкций и гидротехнических сооружений. – Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2002.- 24 с.

Изложены порядок и общие положения проектирования сборных железобетонных колон и фундаментов многоэтажных зданий с неполным каркасом, позволяющие студенту целенаправленно пользоваться нормативной, справочной и учебной литературой. Приведены основные правила конструирования колонн и их стыков, сборных и монолитных фундаментов.

Ил. 5. Табл. 4. Библиогр.: 8 назв.

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Кубанского государственного технологического университета

Рецензенты: канд. техн. наук, доц. В. А. Гуминский

канд. техн. наук, доц. Х.С.Хунагов

ВВЕДЕНИЕ

Проектирование железобетонных конструкций представляет собой комплексную задачу, включающую расчеты и конструирование элементов, а также выполнение графических работ. Вопросы проектирования регламентированы СНиП 2.03.01-84 и освещены в руководствах по проектированию и конструированию железобетонных конструкций .

Однако, выполняя первый курсовой проект по дисциплине «Железобетонные конструкции», студенты сталкиваются с определенными трудностями, вызванными, главным образом, отсутствием опыта проектирования железобетонных элементов.

Цель настоящих методических указаний в том, чтобы оказать помощь студентам в преодолении этих трудностей. Однако они не могут в полной мере заменить соответствующую нормативную и справочную литературу.

В методических указаниях приведены общие положения проектирования условно центрально-сжатых колонн и фундаментов. Даны алгоритмы расчетов и правила конструирования этих элементов.

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН

МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

1. 1. Общие положения

В первом курсовом проекте рассматриваются задания с неполным железобетонным каркасом и наружными несущими каменными стенами. В таких зданиях элементы каркаса воспринимают только вертикальные нагрузки от покрытия и перекрытий. Горизонтальная (ветровая) нагрузка воспринимается наружными несущими продольными и поперечными стенами.

Ригель проектируют неразрезным многопролетным с шарнирным опиранием на несущие стены.

При жестком сопряжении ригеля с колонной в условиях неодинакового загружения смежных пролетов в сечениях колонны возникают изгибающие моменты. Эти моменты обычно невелики, поскольку погонные жесткости ригелей, как правило, значительно превышают погонные жесткости колонн. Поэтому допускается с определенной погрешностью в расчетах колонн изгибающие моменты не учитывать

На несущую способность длинных (гибких) сжатых элементов заметное влияние оказывают случайные эксценрисистеты, явление продольного изгиба, длительное воздействие нагрузки. Однако для колонн прямоугольного сечения с симметричным армированием стержня из стали классов А-I, A-II, A-III при l₀ ≤ 20 h_col(где l₀ – расчетная высота колонны, h_col – размер стороны поперечного сечения колонны) допускается производить расчет прочности по упрощенной методике, рассматривая колонны как центрально-сжатые элементы.

1. 2. Конструкция колонны

Центрально-нагруженные колонны следует проектировать квадратного сечения с постоянными размерами по высоте здания. Размеры сечения принимают такими, чтобы гибкость колонны l₀/r не превышала 120 (для прямоугольных сечений l₀/h_col≤35). Унифицированные размеры сечения центрально-сжатых колонн приняты равными 30´30 или 40´40 см.

Подвальную часть колонны рекомендуется делать в виде сборного элемента длиной на один этаж, надземную часть колонны следует разрезать на элементы длиной в два или один этаж.

Стыки сборных элементов колонны устраивают на расстоянии 0,5 – 0,6 м от уровня перекрытий для удобства выполнения монтажных работ.

Для опирания ригелей перекрытия в колоннах устраивают консоли.

Бетон для колонн применяют классов по прочности на сжатие не ниже В15.

Колонны армируют продольными стернями диаметром 16-40 мм(рабочая арматура) преимущественно из стали класса А-III, а также поперечными стержнями из стали классов А-III, A-II, A-I и проволочной арматуры Вр-I.

Все стержни продольной рабочей арматуры рекомендуется назначать одинакового диаметра. В случае необходимости армирования стержнями разного диаметра допускается применение не более двух разных диаметров, не считая конструктивных стержней. При этом стержни большего диаметра следует располагать в углах поперечного сечения колонны.

Конструкция поперечной арматуры должна обеспечивать закрепления сжатых стержней от их бокового выпучивания в любом направлении. Поперечная арматура должна устанавливаться у всех поверхностей колонны, вблизи которых ставиться продольная арматура.

Диаметры стержней поперечной арматуры в зависимости от конструкции арматурного каркаса и диаметров продольных стержней следует принимать не менее указанных в табл. 1.

Таблица 1

Наименьший допускаемый диаметр поперечной арматуры

Конструкция каркаса	Наименьший допускаемый диаметр, мм, стержней поперечной арматуры при диаметре продольных стержней, мм
Сварной Вязаный	12 16 18 20 22 25 28 32 36 40
3 4 5 5 6 8 8 8 10 10 5 5 5 5 6 8 8 8 10 10

Поперечные стержни ставят без расчета, но с соблюдением требований норм. Расстояние между ними должно быть при сварных каркасах не более 20d, при вязаных – 15d, но не более 500мм (здесь d – наименьший диаметр продольных сжатых стержней). Шаг стержней принимают кратно50мм.

Толщина защитного слоя бетона для продольной рабочей арматуры принимается: для колонн из бетона класса В15 не менее 20 мм и не менее диаметра продольной арматуры, для колонн из бетона класса В20 и более-не менее20 мм и не менее диаметра арматуры, уменьшенного на 5 мм.

Толщина защитного слоя бетона для поперечной арматуры принимается не менее 15 мм и не менее диаметра стержней.

Концы продольных стержней, не привариваемые к анкерующим деталям, должны отстоять от торца элемента на расстоянии не менее:

10 мм – для сборных колонн длиной до 18 м включительно;

15 мм – для сборных колонн длиной более 18 м.

Торцы поперечных стержней сварных каркасов колонн должны иметь защитный слой не менее 5 мм.

1.3. Расчет колонны на сжатие

1.3.1.Расчетная схема колонны

Колонну первого (подвального) этажа рассчитывают как стойку длиной от оси ригеля до обреза фундамента. Нижний конец стойки защемлен, верхний конец имеет шарнирно неподвижное опирание. Расчетная длина колонны при этом составит:

(1)

где H₁ – высота первого(подвального) этажа (разница отметок уровня пола первого и второго этажей, либо подвала и первого этажа);

h₁ – расстояние от пола междуэтажного перекрытия до оси ригеля;

0,15 м - расстояние от пола первого этажа (подвала) до верха фундамента.

Колонны всех остальных этажей рассчитывают как стойки длиной, равной высоте этажа с шарнирно-неподвижными опорами на концах. Расчетная длина этих колонн равняется высоте этажа.

1.3.2.Определение расчетных усилий в колонне

Расчетную продольную силу в колонне устанавливают по величинам постоянных и временных нагрузок, действующих на покрытие и междуэтажные перекрытия.

Нагрузки на 1 м²покрытия складываются из постоянной нагрузки от массы кровли, плит покрытия, ригеля и временной (снеговой) нагрузки. Последняя подразделяется на кратковременную и длительную части в зависимости от района строительства .

Нагрузки на 1 м²перекрытия складываются из веса конструкции пола, временных перегородок, плит перекрытия, ригеля и временной (полезной) нагрузки. Последняя подразделяется на кратковременную и длительную части в зависимости от назначения здания.

Грузовую площадь, с которой собирается нагрузка на колонну, определяют как произведение расстояний между разбивочными осями.

Собственный вес колонны в пределах одного этажа вычисляют по формуле

(2)

где H – высота колонны в пределах этажа;

h_col, h_col – соответственно высота и ширина поперечного сечения колонны;

ρ = 25 кН/м³ – объемный вес железобетона.

Расчетные продольные сжимающие силы в сечениях колонны на уровнях перекрытий этажей и на уровне обреза фундамента вычисляют последовательным суммированием продольных сил в сечениях ярусов сверху вниз. Для всех рассматриваемых сечений колонны вычисляют полную расчетную продольную силу и ее длительно действующую часть.

1.3.3.Расчет прочности колонны

Условие прочности сжатых элементов прямоугольного сечения со случайным эксцентриситетом имеет вид

(3)

где А – площадь бетона в поперечном сечении;

φ – коэффициент, учитывающий гибкость элемента, длительность загружения, характер армирования, вычисляемый по зависимости:

(4)

где φ₁ и φ₂ - коэффициенты, принимаемые по табл. 2, в которой N_l – продольная сила от постоянных и временных длительных нагрузок; в числителе приведены значения φ₂ при площади сечения промежуточных стержней A_s,i<(A_s+A'_s)/3 (рис. 1), в знаменателе при A_s,i ³ (A_s+A'_s)/3; A_s, A'_s – половина площади сечения всей арматуры в поперечном сечении элемента, включая и промежуточные стержни, расположенные у граней, параллельных рассматриваемой плоскости.

Таблица 2

Коэффициенты φ₁ и φ₂ для элементов из тяжелого бетона

Отношение l0/hcol	Коэффициенты φ1 Для значений Nl/N	Коэффициенты φ2 для значений Nl/N
	0,5			0,5
	0,93 0,91 0,89 0,86 0,83 0,80	0,92 0,90 0,85 0,80 0,73 0,65	0,92 0,89 0,81 0,74 0,63 0,55	0,93/,92 0,91/0,91 0,89/0,87 0,87/0,84 0,84/0,80 0,81/0,75	0,92/0,92 0,91/0,90 0,87/0,83 0,84/0,79 0,80/0,72 0,75/0,65	0,92/0,92 0,90/0,89 0,86/0,80 0,82/0,74 0,77/0,66 0,70/0,58

1-1 – рассматриваемая плоскость

2 – промежуточные стержни

Рис. 1. К определению коэффициента φ₂

Несущую способность элемента при заданном поперечном сечении, армировании и нагрузке проверяют по формуле (3), для чего предварительно по формуле (4) и табл. 2 определяют коэффициентφ.

Если размеры поперечного сечения элемента заданы и необходимо найти площадь арматуры, то используют формулу (3), из которой искомая площадь сечения арматуры будет:

(5)

Значение φ определяют путем последовательных приближений, принимая в первом приближенииφ = φ₂(см. прил. 1).

При подборе площади сечения бетона и арматуры при заданной нагрузке, расчетной длине и материалах задаются φ = 1, . Тогда из формулы (3) вычисляют

(6)

Назначают размеры сечения с учетом унификации и уточняют площадь арматуры. Подбор площади арматуры производят в соответствии с приведенными выше указаниями. Если коэффициент армирования не будет удовлетворять условию μ_min ≤ μ ≤ μ_max, то изменяют поперечное сечение или класс бетона и проводят повторный расчет.

Минимальный процент армирования устанавливают в зависимости от гибкости элемента . В элементах со случайным эксцентриситетом при гибкости l₀/h < 5 μ_min = 0,1 %, при 5 < l₀/h < 10 μ_min = 0,2 %, при 10 < l₀/h <24 μ_min = 0,4 %

Рекомендуется принимать коэффициент армирования не более μ_max = 3%.

1.4. Расчет и конструирование коротких консолей

Размеры опорной консоли (рис. 2, а) определяют в зависимости от опорного давления ригеля Q; при этом считают, что ригель оперт на расположенную у свободного края консоли площадку длиной

(6)

где b_bm – ширина ригеля.

При определении длины l_sup следует учитывать особенности передачи нагрузки при различных схемах опирания конструкций на консоли (свободно опертые или защемленные балки и т. д.). В стыках с обетонированием опорное давление ригеля от нагрузки, приложенной после замоноличивания, можно уменьшить на 25%.

Наименьший вылет консоли с учетом зазора δ между торцом ригеля и гранью колонны l = l_sup+δ. Зазор δ принимают равным для бетонируемого стыка ригеля с колонной не менее 5 см, для небетонируемого – не менее 2 см. Размер вылета консоли принимают кратным 5 см. Обычно принимают l = 200-300 мм. Расстояние от грани колонны до силы Q: c = l-l_sub/2.

У коротких консолей (l ≤ 0,9 h₀) угол наклона сжатой грани к горизонтали принимается, как правило, равным 45 %.Высота консоли в сечении у грани колонны h = (0,7…0,8) h_bm, у свободного края h₁ ³ h/2, где h_bm – высота ригеля.

`

Рис.2. Схема армирования коротких консолей; а – к расчету короткой консоли; б – армирование наклонными хомутами; в – армирование отогнутыми стержнями и горизонтальными хомутами; г – армирование горизонтальными хомутами; 1 – каркас колонны; 2 – продольная рабочая арматура консоли; 3 – наклонные хомуты; 4 – отгибы; 5 - хомуты

Конструкция консоли у грани колонны должна отвечать условию, обеспечивающему прочность бетона по наклонной сжатой полосе между грузом и опорой (рис. 2, а):

(7)

где θ – угол наклона расчетной сжатой полосы к горизонтали; l_b = l_supSinθ – ширина сжатой полосы;

коэффициент φ_w2, учитывающий влияние хомутов, расположенных по высоте консоли, определяется по формуле

(8)

где

где A_sw – площадь сечения хомутов в одной плоскости;

S_w – расстояние между хомутами, измеренное по нормали к ним.

При этом учитываются хомуты горизонтальные и наклонные под углом не более 45 % к горизонтали.

Высоту короткой консоли в опорном сечении проверяют также по условиям:

(9)

(10)

Площадь сечения продольной арматуры консоли подбирают по изгибающему моменту у грани колонны, увеличенному на 25 %:

(11)

(12)

Продольная арматура выполняется в виде 2-3 стержней. Площадь ее должна быть не менее расчетной и не менее A_s = 0,005bh₀/

Поперечную арматуру коротких консолей конструируют следующим образом:

при h ≤ 2,5 С – в виде наклонных хомутов по всей высоте консоли (рис. 2,б);

при h > 2,5 С – в виде отогнутых стержней и горизонтальных хомутов по всей высоте консоли (рис. 2, в);

при h > 3,5 c и Q ≤ R_btbh₀ в виде горизонтальных хомутов без отогнутых стержней, которые в этом случае допускается не предусматривать; здесь h₀ принимается в опорном сечении консоли.

Во всех случаях шаг хомутов должен быть не более h/4 и не более 150 мм; рекомендуемые диаметры хомутов 8-10 мм.

Диаметр отогнутых стержней должен быть не более 25 мм. При этом суммарная площадь сечения наклонных хомутов (рис. 2, б) и отогнутых стержней (рис. 2,в), пересекающих верхнюю половину линии длиной l_w, соединяющей точки приложения силы Q и сопряжения нижней грани консоли с гранью колонны, должна быть не менее 0,002 bh₀

1.5. Конструкции стыков колонн

Стыковые соединения центрально-сжатых колонн выполняют двух типов : сухой стык с торцовыми листами и центрирующей прокладкой (рис. 3,а) и обетонированный стык с ванной сваркой выпусков продольной рабочей арматуры (рис. 3, б).

В любом из этих стыков в местах контактов концентрируются напряжения, поэтому торцовые участки колонн усиливают косвенным армированием. Косвенное армирование препятствует поперечному расширению бетона, благодаря чему увеличивается прочность бетона при продольном сжатии. Косвенное армирование стыков колонн устраивают в виде пакета поперечных сварных сеток. Для сеток применяют арматурную сталь классов A-I, A-II, A-III и В_р-I диаметром не более 14 мм, преимущественно 5-10 мм.

В курсовом проекте допускается армирование стыков колонн принимать конструктивно, соблюдая следующие условия:

- шаг сеток должен быть не менее 60 мм, не более 1/3 размера меньшей стороны сечения и не более 150 мм;

- размеры ячеек сеток должны назначаться не менее 45 мм, не более 1/4 меньшей стороны сечении элемента и не более 100 мм;

- сетки должны устанавливаться у торца элемента числом не менее 4 шт. и располагаться на длине 10 d от торца элемента (d – наибольший диаметр продольной арматуры);

- первая сварная сетка располагается на расстоянии 15-20 мм от нагруженной поверхности элемента.

Жесткие стыки сборных колонн выполняют с ванной сваркой выпусков продольной арматуры, расположенных в специальных подрезках с последующим замоноличиванием этих подрезок.

В таких стыках между торцами стыкуемых колонн предусматривают центрирующий бетонный выступ или прокладку в виде стальной пластинки, заанкеренной в бетоне, либо приваренной при монтаже к распределительному листу закладной детали (рис. 3,б). Центрирующая прокладка (или бетонный выступ) принимается с размерами в плане не более 1/4 соответствующего размера сечения колонны и толщиной 20-25 мм.

Форма и размеры подрезок определяются числом стыкуемых стержней. Суммарная высота подрезок принимается не менее 30 см и не менее 8 d (d – диаметр выпусков).

Класс бетона замоноличивания принимается не менее В 25.

Рис.3. Конструкции стыков колонн: а – сухой стык с торцовыми листами и центрирующей прокладкой; б – жесткий стык колонн с ванной сваркой арматурных выпусков

1.6. Расчет сборных элементов многоэтажной колонны

на воздействия в период транспортирования и монтажа

Элементы сборных конструкций при подъеме, транспортировании и монтаже испытывают нагрузку от собственной массы. При этом расчетные схемы элементов могут существенно отличаться от расчетных схем в проектном положении. Сечение элемента, запроектированное на восприятие усилий в проектном положении, в процессе транспортирования и монтажа в ряде случаев может оказаться недостаточным. В связи с этим необходимо расчетные схемы элементов назначать так, чтобы усилия, развивающиеся при транспортировании и монтаже, были возможно меньшими. Для этого надо устанавливать соответствующее расположение сторповочных отверстий и мест опирания колонны в период транспортирования. Расчетные схемы для элемента сборной колонны и эпюры изгибающих моментов приведены на рис. 4.

Рис. 4. Расчетные схемы колонны: а – в стадии транспортирования;

б – в стадии монтажа

Проверку прочности сечений сборных элементов производят на нагрузку от собственной массы с коэффициентом динамичности: при транспортировании – 1,6, при подъеме и монтаже – 1,4. Коэффициент надежности по нагрузке при этом принимают γ_f = 1.

Вычисляют изгибающий момент, воспринимаемый сечением колонны. При симметричном армировании М = R_sA_sZ_s, где Z_s = h_col – a - a', здесь а,а' – защитный слой бетона.

Прочность сечений колонны обеспечена, если расчетный изгибающий момент больше моментов, возникающих в сечениях от собственной массы, по двум рассмотренным схемам (рис. 4,а,б).

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОТДЕЛЬНОГО ЦЕНТРАЛЬНО-НАГРУЖЕННОГО

ФУНДАМЕНТА

2.1.Общие положения

Фундамент под колонны выполняют из монолитного или сборного железобетона.

Глубину заложения фундамента назначают в зависимости от гидрогеолгогических условий на площадке строительства, глубины промерзания грунта и других условий в соответствии с пп. 2.25 – 2.33 СНиП 2.02.01-83, а также с учетом необходимой заделки колонн.

Верхний обрез фундамента обычно находится на отметке -0,15 м, что связано с окончанием работ нулевого цикла до монтажа колонн каркаса.

Центрально-нагруженные фундаменты проектируют квадратным в плане.

Фундаменты состоят из плитной части и подколонника со стаканом для заделки сборной колонны. Плитная часть имеет обычно ступенчатую форму. Количество ступеней – не более трех. Высоту ступеней принимают равной 300, 450 и при большой высоте плитной части фундамента – 600 мм. Размеры по высоте подколонника и плитной части назначают кратными 150 мм.

Размеры в плане подошвы фундамента, ступеней подколонника должны быть кратны 300 мм.

Зазоры между стенками стакана и колонной для возможности рихтовки и качественного заполнения бетоном принимают в нижней части стакана 50 мм, в верхней – 75 мм.

Глубину заделки колонны в стакан назначают не менее большего размера сечения колонны h_col. Глубина заделки колонны также должна удовлетворять требованию заделки рабочей продольной арматуры колонн. Сжатая рабочая арматура прямоугольных колонн должна иметь глубину заделки не менее величин, указанных в табл. 3.

Толщину стенок неармированного стакана поверху следует принимать не менее 200 мм и не менее 0,75 глубины стакана (при глубине стакана меньшей, чем высота подколонника) или не менее 0,75 высоты верхней ступени фундамента (при глубине стакана большей, чем высота подколонника).

Таблица 3

Анкеровка рабочей арматуры колонн

Класс рабочей арматуры	Глубина заделки рабочей арматуры колонн при классе бетона колонн lan
В15	В20 и выше
A-II A-III

Если эти условия не соблюдаются, стенки стакана следует армировать поперечной и продольной арматурой. При этом толщина стенок стакана должна быть не менее 150 мм и не менее 0,2 высоты сечения колонны.

Поперечное армирование стенок стакана следует выполнять в виде сварных плоских сеток с расположением стержней у наружных и внутренних поверхностей стенок.

Диаметр стержней сеток принимают не менее 8 мм и не менее четверти диаметра продольных стержней.

Расстояние между сетками назначают не более четверти глубины стакана и не более 200 мм.

Стержни продольной арматуры подколонника (стенок стакана) должны проходить внутри ячеек сварных сеток. Диаметр продольных стержней принимается не менее 12 мм. Расстояние между продольными стержнями принимается не более 400 мм.

Под монолитные фундаменты предусматривают бетонную подготовку толщиной 100 мм из тощего бетона, а под сборными – из среднезернистого песка слоем 100 мм.

Монолитные фундаменты изготавливают из бетона классов В12,5 и В15, сборные – В15, В20 и В25.

Фундаменты по подошве армируют сварными сетками из стали классов A-II и A-III. Шаг стержней в обоих направлениях принимают 200 мм, диаметр – не менее 10 мм.

Толщину защитного слоя бетона для рабочей арматуры подошвы монолитных фундаментов принимают не менее 35 мм при наличии бетонной подготовки, а при ее отсутствии – 70 мм. В сборных фундаментах защитный слой должен быть не менее 30 мм.

Минимальный процент армирования подошвы фундамента не регламентируется.

2.2. Расчет фундамента

Исходными данными для проектирования фундамента являются расчетные значения продольных сил, передаваемых на фундамент, уровень верха фундамента, характеристики грунта.

Расчетную продольную силу N для расчета тела фундамента подсчитывают при коэффициенте надежности по нагрузке γ_f > 1. (принимают из расчета колонны первого этажа).

Нормативную продольную силу N_n для расчета основания (размеров подошвы) фундамента подсчитывают при γ_f = 1. Приближенно это значение может быть установлено по формуле:

(13)

где γ_f = 1,15- усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке.

Высоту фундамента назначают по условиям заглубления или условиям заделки колонн.

В целях ограничения объема расчетной части в курсовом проекте допускается принимать, что требуемая высота фундамента по условиям его заглубления меньше, чем по условиям заделки колонн. Тогда высота фундамента должна удовлетворять условиям:

(14)

(15)

где h_col – высота сечения колонны;

h_an – длина анкеровки арматуры колонны в стакане фундамента, определяемая по табл. 3;

h_g – высота фундамента от подошвы до дна стакана;

0,05 м – требуемый зазор между торцом колонны и дном стакана.

Приняв h_g = 200 мм, устанавливают предварительно высоту фундамента. Принимаемая большей из рассчитанных по формулам (14) и (15) величина h округляется до размера, кратного 15 см. Глубину заложения фундамента принимают равной

(16)

где 0,15 м – расстояние от уровня чистого пола до верха фундамента.

Размер стороны подошвы квадратного в плане фундамента определяют по формуле

(17)

где R₀ – расчетное сопротивление грунта основания; в курсовом проекте допускается принимать без поправок на ширину и заложения подошвы фундамента;

γ_m = 20 кН/м³ – усредненный объемный вес материала фундамента и грунта на его ступенях.

Порядок расчета тела фундамента зависит от конструктивного решения сопряжения колонны с фундаментом. Возможны монолитное или стаканное сопряжение сборной колонны с фундаментом. Тип сопряжения определяет схемы продавливания тела фундамента и соответствующий порядок расчета.

В настоящих методических указаниях рассматривается стаканное сопряжение сборной колонны с фундаментом (сборным или монолитным).

Определяют минимальную рабочую высоту фундамента из условия его продавливания по поверхности пирамиды (рис. 5):

(18)

где - отпор грунта от расчетного продольного усилия без учета веса фундамента и грунта на его ступенях.

Тогда полная высота фундамента будет:

(19)

где а₁ – толщина защитного слоя бетона.

Полученную по формуле (19) высоту h округляем в большую сторону до размера, кратного 15 см.

Окончательную высоту фундамента принимают как большую из значений, определенных по формулам (14), (15) и (19).

Высоту ступеней назначают в зависимости от полной высоты плитной части фундамента в соответствии с табл. 4.

Размеры ступеней в плане определяют геометрическим построением, соблюдая условие, чтобы вертикальные грани ступеней не пересекали поверхности пирамиды продавливания. Окончательные размеры ступеней назначают с учетом унификации размеров фундаментов.

Таблица 4

Высоты ступеней плитной части фундамента

Высота плитной части Фундамента h, см	Высота ступени, см
h1	h2	h3
		- -	- - - -

Проверку фундамента на продавливание производят не только по всей высоте, но и под каждой из ступеней.

Поскольку фундамент не имеет поперечной арматуры, высоту нижней ступени проверяют на прочность по наклонному сечению по условию восприятия поперечной силы бетоном (рис. 5):

(20)

Причинами разрушения фундаментов под сборные колонны могут также быть продавливание дна стакана (рис. 5) и раскалывание фундамента. Проверку фундамента по прочности на продавливание колонной от дна стакана производят из условия:

(21)

где - расчетная продавливающая сила;

- среднее арифметическое периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания колонной от дна стакана.

Проверку прочности фундамента на раскалывание производят из условия

(22)

где μ = 0,75 – коэффициент трения бетона по бетону;

γ = 1,3 – коэффициент условия работы фундамента в грунте;

А₁ – площадь вертикального сечения фундамента в плоскости, проходящей по оси сечения колонны за вычетом площади стакана.

Прочность фундамента считается обеспеченной, если удовлетворяется хотя бы одно из условий (21) или (22).

Рис. 5. Схемы образования пирамид продавливания

от действия нормальной силы

Армирование фундамента по подошве определяют расчетом на изгиб по нормальным сечениям по граням ступеней и грани колонны как для консольных балок. Например, при двухступенчатом фундаменте значения расчетных изгибающих моментов в сечениях I-I и II-II (рис. 5) равны:

(23)

(24)

Сечение рабочей арматуры на всю ширину фундамента можно вычислить, принимая

(25)

(26)

Из двух значений A_S1 и A_S2 выбирают большее, по которому и производят подбор диаметра и количества стержней. В начале задаются шагом стержней, затем определяют их количество, на единицу большее числа шагов. Деля A_S на число стержней, получают требуемую площадь одного стержня, по которой подбирают диаметр. При ширине подошвы фундамента более трех метров в целях экономии стали половину стержней можно не доводить до конца на 1/10 длины в каждую сторону.

При армировании подошвы фундамента стержня класса A-I и A-II проверку ширины раскрытия трещин не производят.

Блок – схема Приложение 1

расчета условно центрально-сжатых элементов при l₀/h_col ≤ 20

Исходные данные: N, N_l, b_col, h_col, l₀,

R_b, R_sc, μ_min, μ_max, D » 5%.

ß

1 Вычислить (A_s + A'_s)_min1 = μ_min b_col h_col

ß

2 Вычислить (A_s + A'_s)_max = μ_max b_col h_col

ß

3 Установить число продольных стержней

n и схему их расположения в сечении элемента

ß

4 Вычислить (A_s + A'_s)_min2 = 2,01×n, см²

ß Положить

5 (A_s + A'_s)_min1 > (A_s + A'_s)_min2 Þ ( нет) (A_s + A'_s)_min =

ß = (A_s + A'_s)_min2

(да) ß

6 Положить (A_s + A'_s)_min = (A_s + A'_s)_min1 ß

ß

7 Определить φ₁ и φ₂ по табл. 2 Ü

ß

8 Положить φ = φ₂

ß

9 (A_s + A'_s)₁ по формуле (5)

ß на поз. <Исходные данные>

Ý

10 (A_s + A'_s)₁ > (A_s + A'_s)_min Þ(нет) Уменьшить класс бетона

или размеры сечения

ß на поз. <Исходные данные>

(да) Ý

11 (A_s + A'_s)₁<(A_s + A'_s)_max Þ(нет) Увеличить класс бетона

ß или размеры сечения

(да)

12 Положить (A_s + A'_s) = (A_s + A'_s)₁

ß

13 Вычислить φ по формуле (4) Ü

ß Ý

14 Вычислить (A_s + A'_s)₂ по формуле (5) Ý

ß Ý

15 Þ(нет) Положить

(A_s + A'_s) = (A_s + A'_s)₂

ß

(да)

16 По сортаменту подобрать диаметр рабочих стержней

ß

КОНЕЦ

ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП 2.01.07. – 85. Нагрузки и воздействия/ Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 34 с.

2. СНиП 2.02.01 – 83. Основания зданий и сооружений/ Госстрой СССР. – М.: Стройиздат, 1985. – 40 с.

3. СНиП 2.03.01. – 84. Бетонные и железобетонные конструкции/ Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. 79 с.

4. Руководство по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения). – М.: Стройиздат, 1977. – 328 с.

5. Руководство по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений промышленных предприятий. – М.: Сройиздат, 1978. – 175 с.

6. Руководство по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного наряжения). – М.: Стройиздат, 1978. – 175 с.

7. Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции: Общий курс. Учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. – М.: Стройиздат, 1985. – 728 с.

8. Попов Н. Н., Забегаев А. В. Проектирование ирасчет железобетонных конструкций: Учеб. пособие для строит. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 1985. – 319 с.

КОЛОННЫ И ФУНДАМЕНТЫ МНОГОЭТАЖНЫХ

КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ.

Составители: Тамов Мухамед Алиевич

Редактор

Технический редактор

________________________________________________________________

Подписано в печать Формат 60х84/16

Бумага оберточная №1 Офсетная печать

Печ. л. Изд. №

Усл. печ. л Тираж экз.

Уч.-изд.л. Заказ №

Цена

Издательство КубГТУ: 350072, Краснодар, ул. Московская, 2, кор. А

Типография КубГТУ: 350058, Краснодар, ул. Старокубанская, 88/4