Грунт основания – глина, условное расчётное сопротивление грунта R 0 = 0,29 МПа. Бетон тяжелый класса В25. Расчетное сопротивление растяжению Rbt = 1,05 МПа, γb 1 = 0,9. Арматура класса А500С, Rs = 435 МПа = 43,5кН/см2. Вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его обрезах γm = 20 кН/м3. Высоту фундамента предварительно принимаем 90 см. C учётом пола подвала глубина заложения фундамента Н1 = 105 см. Расчетное усилие, передающееся с колонны на фундамент, N = 3728,17 кН. Нормативное усилие;
Nn = N / γfm = 3728,17/1,15 = 3241,89 кН,
где γfm = 1,15 – усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке.
Площадь подошвы центрально нагруженного фундамента определяется по условному давлению на грунт R 0 без учета поправок в зависимости от размеров подошвы фундамента и глубины его заложения
Размер стороны квадратной подошвы фундамента:
Давление на грунт от расчетной нагрузки:
< R0
Рабочая высота фундамента из условия продавливания
Полная высота фундамента устанавливается из условий:
1) Продавливания
2) Заделки колонны в фундаменте
3) Анкеровки сжатой арматуры
Базовая длина анкеровки, необходимая для передачи усилия в арматуре с полным расчетным сопротивлением на бетон, определяется по формуле:
где и – соответственно площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры и периметр его сечения (в нашем случае для арматуры Ø32 .
– расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки ;
где η 1 – коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры. Для горячекатаной арматуры периодического профиля η 1 = 2,5;
η 2 - коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, принимаемый равным
1,0 – при диаметре продольной арматуры
Требуемая расчетная длина анкеровки арматуры с учетом конструктивного решения элемента в зоне анкеровки определяется по формуле:
где и – площади поперечного сечения арматуры, соответственно требуемая по расчету и фактически установленная (для нашего случая
– коэффициент, учитывающий влияние на длину анкеровки напряженного состояния бетона и арматуры. Для сжатых стержней периодического профиля . Тогда:
Кроме того, согласно требованиям [3], фактическую длину анкеровки необходимо принимать и
Из четырех величин принимаем максимальную длину анкеровки, т.е.
Следовательно, из условия анкеровки арматуры
Принимаем трехступенчатый фундамент высотой 130 см с высотой ступеней 40 см и 50 см. При этом ширина первой ступени а 1 = 1,8 м, а второй а 2=2,7 м.
Проверяем, отвечает ли рабочая высота нижней ступени h03 = 50 – 5 = 45 см
условию прочности при действии поперечной силы без поперечного армирования в наклонном сечении. Для единицы ширины этого сечения (b = 100 см) должно выполняться условие:
Поперечная сила от давления грунта:
Проверяем нижнюю ступень фундамента на прочность против продавливания. Расчет элементов без поперечной арматуры на продавливание при действии сосредоточенной силы производится из условия (8.87 [2]):
где F − продавливающая сила, принимаемая равной продольной силе в колонне подвального этажа на уровне обреза фундамента за вычетом нагрузки, создаваемой реактивным отпором грунта, приложенным к подошве фундамента в пределах площади с размерами, превышающими размер площадки опирания (в данном случае второй ступени фундамента a × a =2,7×2,7 м) на величину h 0во всех направлениях; Ab – площадь расчетного поперечного сечения, расположенного на расстоянии 0,5 h0 от границы площади приложения силы N с рабо-
чей высотой сечения h0. В нашем случае h0 = h0 3 = 0,45 м. Площадь Ab определяется по формуле:
где U – периметр контура расчетного сечения
Площадь расчётного поперечного сечения:
Продавливающая сила равна:
p =287,67 кН/м2, − реактивный отпор грунта,
A1 − площадь основания продавливаемого фрагмента нижней ступени фундамента в пределах контура расчётного поперечного сечения, равная:
т.е. прочность нижней ступени фундамента против продавливания обеспечена.
Рис. 12. К расчету фундамента на продавливание: 1 – расчетное поперечное сечение;
2 – контур поперечного сечения; 3 – контур площадки приложения нагрузки
Подбор арматуры производим в 3-х вертикальных сечениях фундамента, что позволяет учесть изменение параметров его расчётной схемы, в качестве которой принимается консольная балка, загруженная действующим снизу вверх равномерно распределенным реактивным отпором грунта. Для рассматриваемых сечений вылет и высота сечения консоли будут разными, поэтому выявить наиболее опасное сечение можно только после определения требуемой площади арматуры в каждом из них (см. рис. 13).
Сечение I-I
Площадь сечения арматуры определяем по формуле:
Сечение II-II
Площадь сечения арматуры определяем по формуле:
Сечение III-III
Площадь сечения арматуры определяем по формуле:
Из трёх найденных значений подбор арматуры производим по максимальному значению, т.е.
Шаг стержней принимается от 150 мм до 300 мм (кратно 50 мм). При ширине подошвы фундамента а ≤ 3 м минимальный диаметр стержней dmin = 10 мм, при а > 3 м dmin = 12 мм.
Принимаем нестандартную сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях арматурой из стержней 14Ø16 А500С с шагом 300 мм.
Определяем процент армирования и сравниваем его с минимально допустимым:
Сечение I-I
Сечение II-II
Сечение III-III
Так как во всех сечениях , выбранная арматура удовлетворяет условию армированию. В случае , диаметр принятой арматуры следует увеличить диаметр арматуры или уменьшить ее шаг. Конструкция фундамента на рис. 13.
Рис. 13. Конструкция центрально нагруженного фундамента