Рис.6.1 Основные размеры отдельного фундамента под колонну.

Определение высоты ступеней

Высота ступеней назначается кратной 50 мм. Принимаем высоту первой (нижней) и второй (средней) ступеней h1 = h2 = 350 мм, а третьей (верхней) ступени h3 = 450 мм.

Принимаем расстояние от нижней грани фундамента до центра тяжести растянутой арматуры подошвы а = 5 см, тогда рабочая высота фундамента:

h0 = hf - a = 115 - 5 = 110 см.

Рабочая высота первой и второй ступеней:

h0,1 = h1 - a = 35 - 5 = 30 см; h0,2 = h1 + h2 - a = 35 + 35 - 5 = 65 см.

Определение глубины заделки колонны в фундаменте

Сборные колонны соединяют с фундаментами путём их заделки в специальные гнёзда (стаканы), оставляемые в фундаментах при бетонировании.

Глубина заделки колонны в фундаменте Han должна быть не менее:

Han ³ 1,4hk = 1,4×450 = 630 мм; Han ³ 25D = 25×18 = 450 мм;

здесь D - диаметр продольной арматуры колонны; при классе бетона фундамента ниже В25 требуется Han ³ 30D.

Принимаем Han = 630 мм, предусматриваем зазор между нижней гранью колонны и дном стакана D = 50 мм, тогда глубина стакана:

Hg = Han + D = 630 + 50 = 680 мм.

Толщина дна стакана должна быть не менее 200 мм:

tg = hf - Hg = 1150 - 680 = 470 мм > tg,min = 200 мм.

Условие выполняется. Определение размеров ступеней в плане.

Определяем минимальные размеры ступеней из условия работы фундамента на продавливание:

a2 ³ hk + 2h3 = 450 + 2×450 = 1350 мм;

a1 ³ hk + 2 (h2 + h3) = 450 + 2× (350 + 450) = 2050 мм.

Назначаем ширину выноса b0 всех ступеней примерно одинаковой:

b0 = (af - hk) /6 = (3000 - 450) /6 = 425 мм.

Тогда ширина верхней и средней ступени составит:

a2 = hk + 2b0 = 450 + 2×425 = 1300 мм < 1350 мм; a2=1350

a1 = hk + 4b0 = 450 + 4×555 = 2670 мм > 2050 мм; a1=2050

Консольные вылеты ступеней:

l1 = (af - a1) /2 = (3000 - 2050) /2 = 475 мм;

l2 = (af - a2) /2 = (3000 - 1350) /2 = 825 мм;

l3 = (af - hk) /2 = (3000 - 450) /2 = 1275 мм.

Назначаем зазоры между стенками стакана и гранями колонны: поверху d¢ = 75 мм, понизу d = 50 мм.

6.4 Расчёт фундамента на продавливание

Условие расчёта фундамента на продавливание имеет вид (формула (107) СНиП [2]):

F £ a Rbt gb2 um h0,

где a - коэффициент, учитывающий вид бетона; для тяжелого бетона a = 1,00; um×h0 - площадь боковой поверхности пирамиды продавливания; сторона верхнего основания пирамиды равна ширине колонны hk, сторона нижнего основания

a0 = hk + 2h0 = 45 + 2×110 = 265 см;

um - среднеарифметическое между периметрами верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания:

um = (4hk + 4a0) /2 = 2 (hk + h0) = 2× (45 + 110) = 310 см;

F - продавливающая сила, равная разности усилий, приложенных к верхнему и нижнему основаниям пирамиды продавливания:

F = Nk - psf × (a0) 2 = 2175 - 0,024× (265) 2 = 489,6 кН > 0.

Если F < 0, то основание пирамиды продавливания выходит за пределы подошвы фундамента и продавливания не происходит.

Предельное усилие, которое может воспринять фундамент из условия работы на продавливание:

Fult = a Rbt gb2 um h0 = 1,00×0,105×0,9×310×110 = 3222 кН > F = 489,6 кН.

Проверка выполняется.

6.5 Проверка прочности плиты по наклонному сечению

Рабочая высота нижней ступени фундамента должна соответствовать условию прочности бетона по наклонному сечению на действие поперечной силы при отсутствии поперечного армирования в сечении, начинающемся на нижней границе пирамиды продавливания для первой ступени.

Условие расчёта имеет вид: Q £ Qb,min, где Q - поперечное усилие в конце наклонного сечения, вызванное реактивным давлением грунта:

Q = psf ×af × (l1 - h0,1) = 0,024×300× (47,5 - 30) = 126 кН,

Qb,min - минимальное поперечное усилие, воспринимаемое бетоном в наклонном сечении:

Qb,min = 0,6 Rbt gb2 a h0,1 = 0,6×0,105×0,9×300×30 = 510,3 кН > Q = 126 кН,

поэтому прочность плиты по наклонному сечению обеспечена.

6.6 Подбор арматуры подошвы фундамента

Под действием реактивного давления грунта psf ступени фундамента работают на изгиб как консольные элементы (см. рис.6.1). Растягивающие усилия воспринимает продольная арматура, расположенная возле подошвы фундамента. Подбор продольной арматуры производится для сечений, проходящих по грани средней ступени (1-1), по грани верхней ступени (2-2) и по грани колонны (3-3).

Расчётный изгибающий момент в каждом исследуемом сечении определяется как в консоли вылетом li:

.

Плечо внутренней пары сил при расчёте фундамента допускается принимать равным zb = 0,9h0. Тогда требуемая площадь сечения арматуры составит:

,

где для арматуры класса А 400 (А-III) расчётное сопротивление Rs = 36,5 кН/см2.

Расчёт требуемой площади арматуры для трёх сечений приведён в табл.6.1.

Таблица 6.1. Определение площади арматуры подошвы фундамента

Фундаментные плиты армируют по подошве сварными сетками; диаметр арматуры составляет 10…16 мм, шаг стержней s = 100…200 мм [4].

Применим для армирования сетку с ячейками 100´100 мм, расстояние от вертикальной грани подошвы до первого стержня назначим равным 50 мм. Тогда в каждом направлении сетка будет состоять из af /100 = 3000/100 = 30 стержней.

Требуемая площадь одного стержня: As,1 ³ 16, 20/30 = 0,54 см2.

Принимаем в итоге по сортаменту 38Æ10 А 400 (А-III), шаг s = 100 мм;

площадь одного стержня Аs,1 = 0,785 см2, всех стержней Аs,f = 38 Аs,1 = 29,83 см2.

Толщина защитного слоя бетона фундамента ab должна быть выше минимально допустимой ab,min (при наличии подготовки под фундаментом ab,min = 35 мм):

ab = a - 0,5D = 50 - 0,5×10 = 45 мм > ab,min = 35 мм.