Порядок расчёта и конструирования

 

В курсовом проекте рассчитываем фундамент под колонну крайнего ряда.

Данные для проектирования фундамента:

- класс бетона;

- расчётное значение призменной прочности бетона ;

 

- расчётное значение сопротивления бетона растяжению ;

- расчётное значение сопротивления бетона растяжению для предельных состояний второй группы ;

- начальный модуль упругости бетона ;

- класс арматуры;

- расчётное значение сопротивления арматуры ;

- модуль упругости арматуры ;

Прочностные и деформативные характеристики бетона и арматуры выбрать из СНиП 52–01 или СП 52–101.

Из итоговой таблицы расчёта поперечной рамы выбрать три комбинации расчётных значений усилий , а также расчётные значения усилий от действия постоянной нагрузки в сечении 2–1 колонны. Усилиями от длительно действующей части временных нагрузок (в данном случае – только снеговой) пренебрегаем.

Расчёт следует выполнять на все три комбинации усилий. И в качестве расчётной площади сечения арматуры по подошве фундамента, продольной и поперечной арматуры стенок стакана принимают наибольшие из полученных результатов. Однако анализом усилий можно установить одну, наиболее невыгодную, расчётную комбинацию и ограничиться расчётом лишь на эту комбинацию.

Принять соответствующие значения коэффициента для комбинаций усилий.

Деля расчётные значения усилий на среднее значение коэффициента надёжности по нагрузке 1,15 , получить нормативные значения усилий при коэффициенте 1: и .

Подчеркнём, что моменты и поперечные силы должны участвовать во всех вычислениях со своими знаками. Правило знаков усилий было сформулировано в расчёте поперечной рамы.

Назначить высоту плитной части фундамента и подколонника , глубину стакана , толщину дна стакана , учитывая изложенные в пункте 1 требования.

При назначении следует также выполнять условие, согласно которому подошва фундамента должна располагаться ниже расчётной глубины сезонного промерзания грунтов в районе строительства, если эти грунты обладают пучинистыми свойствами. В задании на проектирование район строительства цеха задан. Что же касается грунтов, то единственным параметром, характеризующим их свойства, является условное расчётное сопротивление грунта, соответствующее фундаментам шириной 1 м и глубиной заложения 2 м. Нет в задании полного наименования грунтов в геологическом разрезе, информации об их напластовании, мощности, наличии и глубине залегания подземных вод. Эти параметры обязательны при выполнении курсового проекта по дисциплине «Основания и фундаменты», в настоящем курсовом проекте достаточно сравнить назначаемую глубину заложения фундамента 0,15 м с нормативной глубиной промерзания по карте, составленной для всей территории России для глин и суглинков.

Кроме усилий, выбранных из итоговой таблицы расчёта поперечной рамы в сечении 2–1 колонны, не следует забывать о вертикальной нагрузке, передающейся на фундамент через фундаментную балку, от собственной массы нижней стеновой панели высотой 1,2 м (вес 2,5 кН/м2) и основной ленты остекления (вес 0,4 кН/м2). При статическом расчёте поперечной рамы эти нагрузки учтены не были и считались приложенными непосредственно к фундаменту. Нормативное значение веса фундаментной балки при шаге колонн 6 м принять 16 кН, при шаге колонн 12 м – 32 кН. При переходе к расчётному значению нагрузки от стенового ограждения и фундаментной балки учесть коэффициент надёжности по нагрузке 1,1 и коэффициент надёжности по назначению здания 0,95.

Сложить расчётные значения вертикальных нагрузок:

, (2.1)

. (2.2)

Разделив суммы на 1,15, получить:

, (2.3)

. (2.4)

Определить эксцентриситет приложения нагрузки относительно материальной оси подкрановой части колонны (а, следовательно, и оси симметрии подошвы фундамента), зная, что линия действия нагрузки проходит посередине стеновой панели толщиной 0,3 м.

Вычислить расчётное значение момента . Разделив его на 1,15, получить нормативное значение . Заметим, что, следуя правилу знаков, значения момента следует принять отрицательными, так как он действует против хода часовой стрелки.

Вычислить значения момента сил и относительно подошвы:

и .

Значения момента всех усилий (без учёта собственной массы фундамента и грунта на его уступах) относительно оси симметрии подошвы фундамента вычислить по формулам:

, (2.5)

, (2.6)

, (2.7)

. (2.8)

Ориентировочно площадь подошвы фундамента определить с использованием максимального значения по формуле

(2.9)

где средняя объёмная масса материала фундамента и грунта на его уступах (грунто-бетонного массива), принимаемая обычно 20 кН/м3.

По , задавшись отношением сторон подошвы 0,8 , вычислить размеры сторон подошвы: , ; округлить их в большую сторону, сделав кратными 0,3 м. По этим размерам определить новое значение и момент сопротивления подошвы: , .

Если бы в задании на проектирование имелась полная информация о грунтах основания, то следовало бы уточнить заданное значение . Для этого существуют соответствующие формулы при 2 м и 2 м. В нашем случае ориентировочные размеры подошвы можно считать подобранными.

Нормативное значение нагрузки от массы фундамента и грунта на его обрезах: . Расчётное значение вычислить при коэффициентах 1,1 и 0,95.

Определить эксцентриситет по формуле

. (2.10)

Если , то растягивающие напряжения в подошве отсутствуют, эпюра напряжений имеет вид трапеции (что требуется при кранах грузоподъёмностью 750 кН) или треугольника (при кранах грузоподъёмностью 750 кН). Случая, когда эпюра напряжений имеет вид треугольника при неполном касании подошвы фундамента с грунтом ( ), в зданиях с крановыми нагрузками допускать нельзя, и требуется увеличение размеров подошвы.

При вычислить краевое давление по формуле

. (2.11)

Проверить выполнение условий:

, (2.12)

. (2.13)

При невыполнении хотя бы одного из условий требуется увеличение размеров подошвы.

Принять толщину стенок стакана по верху , учитывая изложенные в пункте 1 требования. Размеры подколонника в плане составят: и (в мм). Если меньше 0,75 глубины стакана или высоты подколонника, стенки необходимо армировать.

Расчётное значение момента нагрузок на уровне низа подколонника определить по формуле

. (2.14)

Ещё раз подчеркнём, что при вычислениях следует соблюдать принятое правило знаков усилий.

Эксцентриситет (по абсолютной величине) определить по формуле

. (2.15)

При глубине стакана меньшей, чем высота подколонника, момент и эксцентриситет определить на уровне дна стакана.

Толщину защитного слоя бетона для арматуры стенок стакана принять 50 мм. Тогда расстояние от наружной грани стенки до оси арматуры составит: 6 см.

Эксцентриситет продольной силы относительно арматуры равен: .

Площадь сечения продольной арматуры при симметричном армировании определить по формуле

, (2.16)

где статический момент коробчатого сечения, равный

,

здесь и размеры днища стакана;

.

По сортаменту выбрать количество стержней необходимого диаметра.

Если вычисленное по формуле (2.16) значение окажется отрицательным, минимальное армирование принять из конструктивных соображений:

Поперечное армирование запроектировать в соответствии с требованиями, изложенными в пункте 1. Необходимую площадь поперечной арматуры определить расчётом по наклонному сечению, проходящему через верхнее ребро стакана и условную ось поворота колонны. Расстояние от оси колонны до условной оси поворота колонны принять равным при или при . Площадь сечения поперечной арматуры стенок стакана в первом случае определить по формуле

, (2.17)

во втором случае – также по формуле (2.17), но с добавлением в виде множителя ко всему выражению коэффициента 0,8 , учитывающего влияние продольной арматуры. в формуле (2.17) – сумма расстояний от верхнего обреза фундамента до плоскости каждой сетки в пределах расчётной высоты стакана.

Разделив полученное значение на количество горизонтальных сеток в стенках стакана, получить площадь сечения арматуры, приходящуюся на одну сетку. При малом или отрицательном значении армирование выполнить по конструктивным соображениям.

Расчёт плитной части фундамента начать с определения напряжений в грунте под подошвой от расчётных значений нагрузок без учёта массы фундамента и грунта на его уступах:

. (2.18)

Рабочая высота плиты у основания подколонника из условия прочности на продавливание должна быть не менее

. (2.19)

Сравнить полученное значение с ранее принятой высотой плиты , уменьшенной на толщину защитного слоя сварной сетки плюс 2 см.

Расчётное значение изгибающего момента в направлении длинной стороны в сечении I–I, проходящем по грани подколонника, определить по формуле

, (2.20)

где ;

.

Вычислить параметр : . По таблице [1] определить соответствующее значению значение параметра .

Требуемую площадь сечения арматуры сетки плиты в направлении длинной стороны определить по формуле

. (2.21)

По сортаменту выбрать количество стержней необходимого диаметра на ширине . Шаг стержней рекомендуется принять 200 мм. Коэффициент армирования % должен быть больше минимального значения коэффициента армирования 0,001.

Расчётное значение изгибающего момента в направлении короткой стороны в сечении II–II, проходящем по грани подколонника, определить по формуле

, (2.22)

где .

Вычислить параметр : . По таблице [1] определить соответствующее значению значение параметра .

Требуемую площадь сечения арматуры сетки плиты в направлении короткой стороны определить по формуле

. (2.23)

По сортаменту выбрать количество стержней необходимого диаметра на ширине . Шаг стержней рекомендуется принять 200 мм. Коэффициент армирования должен быть больше минимального значения коэффициента армирования 0,001.

При размере стороны подошвы 3 м и более в целях экономии стали следует применять сетку, в которой половину стержней в направлении этой стороны не доводят до конца на 10 % длины. Если таковыми являются обе стороны подошвы, стержни укорачивают в обоих направлениях.

Расчёт заканчивается проверкой трещиностойкости сечений фундамента. Для этого в сечении I–I вычислить нормативное значение момента , разделив на 1,15 , и сравнить его с моментом трещинообразования, определённым по формуле

(2.24)

где .

Если , трещиностойкость обеспечена.

Ту же проверку сделать в сечении II–II:

; ; ; .

В случае образования трещин в сечении произвести проверку раскрытия трещин.

Если раскрываются трещины, нормальные к длинной стороне подошвы, то ширину их раскрытия , мм, следует определять по формуле

(2.25)

где коэффициент, учитывающий продолжительность действия нагрузки, принимаемый при продолжительном действии нагрузки равным 1,4;

коэффициент, учитывающий профиль продольной арматуры, принимаемый для арматуры периодического профиля равным 0,5;

коэффициент, учитывающий характер нагружения, принимаемый для изгибаемых элементов равным 1,0;

коэффициент, учитывающий неравномерное распределение относительных деформаций растянутой арматуры между трещинами; допускается принимать его равным 1,0 при выполнении условия при невыполнении этого условия

здесь предельно допустимая ширина раскрытия трещин, равная 0,3 мм для арматуры классов А240 – А600 при продолжительном раскрытии;

напряжение в продольной арматуре в нормальном сечении с трещиной,

базовое (без учёта вида поверхности арматуры) расстояние между смежными нормальными трещинами.

Высоту сжатой зоны сечения с трещиной определить по формуле

, (2.26)

где коэффициент приведения растянутой арматуры к бетону, определяемый по формуле

(2.27)

здесь приведённый модуль деформации сжатого бетона, учитывающий неупругие деформации сжатого бетона и определяемый по формуле

. (2.28)

Площадь приведённого поперечного сечения, определённая с учётом площади сечения только сжатой зоны и площади сечения арматуры с коэффициентом приведения арматуры к бетону

. (2.29)

Статический момент площади приведённого поперечного сечения относительно оси, проходящей по нижней грани сечения

. (2.30)

Расстояние от подошвы до центра тяжести приведённого поперечного сечения

(2.31)

Расстояние от верха плиты до центра тяжести приведённого поперечного сечения

. (2.32)

Момент инерции приведённого поперечного сечения элемента относительно оси, проходящей через центр тяжести приведённого сечения:

. (2.33)

Напряжение определить по формуле

. (2.34)

Базовое расстояние между трещинами определить по формуле

(2.35)

где площадь сечения растянутого бетона; для прямоугольного сечения . Значение принимают не менее 10 и 10 см и не более 40 и 40 см.

Если , раскрытие трещин является допустимым. В случае невыполнения этого условия армирование в направлении длинной стороны следует увеличить.

Если раскрываются трещины, нормальные к короткой стороне подошвы, то ширину их раскрытия следует определить аналогично.

Если , раскрытие трещин является допустимым. В случае невыполнения этого условия армирование в направлении короткой стороны следует увеличить.