H0мин = - 0.25 * (hкол + bкол) + 0.5 * (N / (0.85 * gb2 * gb9 * Rbt + P))0.5,

H0 = - 0.25 * (0.8 + 0.4) + 0.5 * (734.7 / (0.85 * 1 * 1 * 900 + 121.74))0.5 = 0.155 м.

Минимальная высота плитной части:

Hмин = H0 + а,

где а – расстояние от подошвы фундамента до центра тяжести рабочей арматуры плитной части.

Hмин = 0.155 + 0.05 = 0.205 м.

Вылет плитной части по длине:

lв = (l - lп) / 2,

lв = (3 - 1.5) / 2 = 0.75 м.

Вылет плитной части по ширине:

bв = (b - bп) / 2,

bв = (2.4 - 0.9) / 2 = 0.75 м.

Принимаем фундамент Ф7-1-3-1 с подошвой 3 * 2.4 м, одноступенчатый в двух направлениях, с подколонником размером 1.5 * 0.9 м, высотой 1.5 м, высотой плитной части H = 450 мм:

- по длине фундамента – 1 ступень высотой h1 = 450 мм, вылетом l1 = 750 мм,

- по ширине фундамента – 1 ступень высотой h1 = 450 мм, вылетом l1 = 750 мм.

7.3.2 Проверка плитной части фундамента на продавливание

Проверим условие:

hn - hз < bw + 0.075

где hn – высота подколонника:

hn = Hf - H,

hn = 1.5 - 0.45 = 1.05 м.

1.05 - 0.9 = 0.15 < 0.175 + 0.075 = 0.25, следовательно, необходимо произвести расчет на продавливание фундамента колонной дна стакана и на раскалывание фундамента колонной при действии только расчетной нормальной силой N0’.

а) Расчет на продавливание фундамента колонной дна стакана

Прочность фундамента на продавливание колонной дна стакана обеспечена при выполнении условия:

N0’ ≤ b * l * Rbt / (a’ * A0) + Um * hbot,0,

где N0’ = A0 * Pmax,

A0 – площадь многоугольника продавливания:

А0 = 0.5 * b * (l - lс - 2 * hbot.0) - 0.25 * (b - bc - 2 * hbot.0)2,

lс, bc – длина и ширина стакана:

hbot.0 – рабочая высота дна стакана:

hbot.0 = hbot - а,

hbot.0 = 0.55 - 0.05 = 0.5 м.

А0 = 0.5 * 2.4 * (3 - 0.9 - 2 * 0.5) - 0.25 * (2.4 - 0.5 - 2 * 0.5)2 = 1.118 м2,

N0’ = 1.118 * 199 = 224.48 кН.

Um – средний размер грани и пирамиды, образующейся при продавливании, в пределах рабочей высоты:

Um = bc + hbot,0,

Um = 0.5 + 0.5 = 1 м.

a’ – коэффициент, учитывающий частичную передачу продольной силы на плитную часть фундамента через стенки стакана:

a’ = 1 - 0.4×* Rbt * Ащ / N0’ ≥ 0.85,

Ащ – площадь боковой поверхности колонны, заделанной в стакан фундамента:

Ащ = 2 * hз * (bкол + hкол),

Ащ = 2 * 0.9 * (0.4 + 0.8) = 2.16 м2.

a’ = 1 - 0.4 * 900 * 2.16 / 224.48 = -2 < 0.85 принимаем a’ = 0.85.

N0’ = 224.48 ≤ 0.4 * 0.8 * 900 / (0.85 * 1.118) + 1 * 0.5 = 305.56 кН - условие выполняется, следовательно, прочность фундамента на продавливание колонной дна стакана обеспечена.

б) Расчет на раскалывание фундамента

Расчет на раскалывание фундамента производим на действие расчетной нормальной силы.

Площади вертикальных сечений фундамента в плоскостях, проходящих по осям колонны параллельно длинной и короткой сторонам подошвы фундамента, за вычетом стакана фундамента, соответственно (см. рисунок 8):

Рисунок 8. Схема к определению площадей вертикальных сечений фундамента

Afl = 2.05 м2,

Afb = 1.53 м2.

bкол / hкол = 0.4 / 0.8 = 0.5 < Afb / Afl = 1.53 / 2.05 = 0.75, следовательно, проверку фундамента по прочности на раскалывание производим из условия:

N ≤ 0.975 * Afl * Rbt * (1 + bкол / hкол),

N = 734.7 кН < 0.975 * Afl * Rbt * (1 + bкол / hкол) = 0.975 * 2.05 * 900 * (1 + 0.4 / 0.8) = 2698 кН - условие выполняется, следовательно, прочность фундамента на раскалывание обеспечена.

в) Проверка ступени по прочности на продавливание

Условие прочности ступени на продавливание:

F < Rbt * bm1 * gb2 * h01,

где bm1 = h01 + bп = 0.4 + 0.9 = 1.3 м,

F – расчетная продавливающая сила:

F = A0 * Pmax,

где А0 = 0.63 м2 – площадь многоугольника продавливания (см рисунок 9).

F = 0.63 * 199 = 125.37 кН.

F = 125.37 кН < Rbt * bm1 * gb2 * h01 = 900 *1.3 * 0.9 * 0.4 = 421.2 кН - условие выполняется, следовательно, прочность ступени на продавливание обеспечена.

Рисунок 9. Схема к определению площади продавливания

7.3.3 Армирование подошвы фундамента

Армирование подошвы фундамента размером 3 м * 2.4 м производится одной сеткой С1 с рабочими стержнями с шагом S = 200 мм в продольном и поперечном направлениях.

Площадь сечения арматуры на всю ширину (длину) подошвы фундамента:

Asl(sb) = Mbi(li) / (0.9 * Rs * h0i),

где Mbi(li) – изгибающий момент в i - ом сечении фундамента проходящий через центр тяжести сечения и параллельный стороне b (l):

Mbi = Nсоот * cli2 / (2 * l) * (1 + 6 * e0 / l - 4 * (e0 * cli / l2)),

Mli = Nсоот * cbi2 / (2 * b),

cli (cbi) – расстояние от наиболее нагруженного края до рассматриваемого сечения,

е0 – эксцентриситет:

е0 = (Mmax + Qсоот * d) / (Nсоот + 20 * b * l * d),

h0i – рабочая высота плитной части фундамента в i - ом сечении.

Сечение на границе первой ступени и подколонника:

h01 =0.4 м,

cl1 = 0.75 м,

cb1 = 0.75 м,

е0 = (322.5 + 38.9 * 1.65) / (734.7 + 20 * 2.4 * 3 * 1.65) = 0.398 м,

Mb1 = 734.7 * 0.752 / (2 * 3) * (1 + 6 * 0.398 / 3 - 4 * (0.398 * 0.75 / 32)) = 114.567 кН,

Ml1 = 734.7 * 0.752 / (2 * 2.4) = 86.098 кН,

Asl1 = 114.57 / (0.9 * 0.355 * 0.4) = 896 мм2,

Asb1 = 86.098 / (0.9 * 0.355 * 0.4) = 674 мм2.

Количество стержней в сетке по длине и ширине:

nl(b) = b (l) / S,

nl = 2400 / 200 = 12 шт,

nb = 3000 / 200 = 15 шт.

Минимальный диаметр стержней в сетке по длине и ширине:

dsl(b) = (4 * Asl1(sb1) / (π * nl(b))0.5,

dsl = (4 * 896 / (π * 12)0.5 = 9.8 мм.

dsb = (4 * 674 / (π * 15)0.5 = 7.6 мм.

Принимаем сетку С1 – .

7.4 Расчёт и конструирование подколонника

7.4.1 Проверка прочности подколонника по нормальным сечениям

Проверка прочности подколонника проводится по двум сечениям: в уровне плитной части (сечение 1-1) и в уровне торца колонны (сечение 2-2) (см. рисунок 9).

а) Сечение 1-1

Случайный эксцентриситет:

ea = lп / 30,

ea = 1.5 / 30 = 0.05 м.

Приведенный момент в сечении:

M1 = Мmax + Ncooт * ea + Qcooт * hп,

M1 = 322.5 + 734.7 * 0.05 + 38.9 * 1.05 = 400.08 кН*м.

Эксцентриситет продольного усилия:

е1 = M1 / Nсоот + еа,

е1 = 400.08 / 734.7 + 0.05 = 0.595 м.

Площадь сжатой зоны:

Аbc = bп * lп * (1 - 2 * h * е1 / lп),

Аbc = 0.9 * 1.5 * (1 - 2 * 1 * 0.595 / 1.5) = 0.279 м2.

Проверяем условие прочности подколонника в уровне плитной части:

Nсоот < gb3 * gb9 * Rb * Abc,

gb3 * gb9 * Rb * ABC = 0.85 * 0.9 * 11500 * 0.279 = 2454 кН.

Nсоот = 734.7 кН < gb3 * gb9 * Rb * Abc = 2454 кН - условие выполняется, следовательно подколонник между сечениями 1-1 и 2-2 армируется конструктивно.