Расчет монолитного центрально – нагруженного фундамента. Расчет фундамента монолитного

Расчет армирования ленточного фундамента: определение количества материалов

Монолитный ленточный фундамент можно сделать своими руками, технологический процесс его строительства не столь сложен. Если лента будет бутобетонная, то не потребуется усиливать конструкцию путем армирования, и совсем не обязательно знать, какова технология вязки арматуры. При строительстве сборного ленточного фундамента без специальной техники не обойтись.

Схема армирования ленточного фундамента.

Самым проблемным звеном технологической цепочки окажется не армирование, а заливка бетона. Эту операцию желательно выполнять как можно быстрее. Данная проблема возникнет как при строительстве армированного ленточного фундамента, так и бутобетонного монолитного ленточного фундамента. Нелишне знать, как соединить фундамент со стенами.

О прочности ленточных фундаментов

Рассчитывать армирование и прочность ленточного фундамента необходимо с учетом свойств металла и бетона.

Расчет на прочность армирования выполняют для сечений, расположенных нормально и наклонно относительно действующей нагрузки. Рассчитывают железобетон на раскрытие и сжатие трещин. Выполняют расчет по деформациям и на выносливость. Понятно, насколько сложно рассчитать армирование ленточного основания.

Приемы вязки проволокой пересечений арматурных стержней.

Для ленточных фундаментов ситуация усугубляется, так как предусмотреть виды нагрузок, которые могут воздействовать на них, практически невозможно. В идеальном случае на него воздействует только равномерно распределенная по площади нагрузка. Это если не учитывать его вес.

В идеальных условиях монолитный фундамент имеет равномерно распределенную нагрузку, которую можно заменить эквивалентной силой действующей посредине балки. Реакцию со стороны основания также можно считать равномерно распределенной. Вся конструкция находится в равновесии, и никаких напряжений внутри нее не возникает. То есть в идеальном варианте армирование ленточного основания и не требуется.

Однако, например, зимой возникают вертикально направленные силы за счет увеличения объема при замерзании воды в порах грунта, летом, наоборот, возможно оседание грунта, в результате которого распределенный вес здания может превышать реакцию основания. Это означает, что монолитная балка будет прогибаться, и ее обязательно необходимо армировать. В верхней части ее возникнут сжимающие силы, а в нижней части, в подошве — растягивающие. И в этом случае армирование необходимо.

Для того чтобы самостоятельно построить ленточный фундамент и армировать его, можно воспользоваться требованиями, изложенными в нормативных документах. Эти требования обоснованы расчетами, которые выполнены специалистами, и практикой строительства монолитного ленточного основания зданий. Выполнение этих требований в результате армирования обеспечит прочность всей конструкции, позволит заранее определить требуемое количество материала, что очень важно. В этих же документах указано, как правильно армировать.

Вернуться к оглавлению

Несиловой расчет ленточного фундамента

Под таким расчетом ленточных фундаментов следует понимать определение количества материалов, необходимых для строительства. Для сборного ленточного основания определить требуемое количество железобетонных блоков особой сложности не представляет. Для армирования ленточного фундамента рассчитать требуемое количество металла сложнее. Чтобы, не выполняя сложных расчетов, армировать ленточный фундамент, достаточно воспользоваться указаниями, имеющимися в нормативной документации и строительными нормами. Требования, которые необходимо обязательно выполнять, сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

№ п/п	Требование	Значение
1	Площадь, занимаемая арматурой, должна составлять от площади поперечном сечении	менее 0,1%
2	Если длина блока превышает 3 м, а для ленточного монолитного фундамента это так и есть, то диаметр арматуры должен быть	не менее 12 мм
3	Минимальный диаметр стержня для армирования при длине балки, превышающей 3 м	12 мм
4	При наращивании арматуры по длине внахлест величина перекрытия должна быть	не менее 1 м
5	Толщина слоя бетона, защищающего арматуру от ржавления, должна быть	не менее 40 мм
6	Максимальное расстояние между стержнями продольной арматуры не должно быть	не более 400 мм
7	Диаметр поперечной арматуры должен быть меньше диаметра продольной арматуры	в 4 раза, но не менее 6 мм
8	При высоте связанного каркаса более 80 см диаметр поперечной арматуры должен быть	не менее 8 мм
9	Смещать арматуру верхнего ряда относительно нижнего	запрещено
10	Расстояние между поперечными стержнями	не более 600 мм

Определить необходимое количество цемента, песка и щебня для монолитного ленточного основания не трудно. Для ответственных конструкций подойдет бетон марки М300 (класс В22,5). Изготавливая бетон этой марки самостоятельно, необходимо выдерживать пропорцию цемент/песок/щебень 1:1,9:3,7.

Вернуться к оглавлению

Определение количества арматуры для армирования

Рис. 1. Прямой крючок вращают вручную. Инструмент используют для упрощения процесса связывания арматуры.

Покажем этот расчет на конкретном примере.

Строим дом 8×10 м в Подмосковье. По ширине дома внутри имеется несущая перегородка. Надежный сборный ленточный фундамент должен иметь подошву, расположенную ниже глубины промерзания примерно на 20 см. Исходя из этого, в Подмосковье, где среднестатистическая глубина промерзания составляет 1,4 м, высота h должна быть как минимум 1,6 м. При толщине d=0,5 м площадь поперечного сечения фундамента S будет равна:

S=h×d=1,6×0,5=0,80 м²=8000 см²,

следовательно, (см. п.1, таблица 1) площадь, занимаемая арматурой, должна быть не менее 8 см.

Приобретая арматуру, уточните, о каком диаметре говорит продавец. Для расчета площади необходимо знать номинальный, а не наружный диаметр, который больше номинального. Так, номинальному диаметру арматуры в 12 мм соответствует максимальный диаметр 13,5 мм.

Определим, какое минимальное количество стержней потребуется, если воспользоваться минимально разрешенным номинальным диаметром d=12 мм (см. п.3, таблица 1). Площадь поперечного сечения стержня равна:

Sст= π d2/4=3,14·122/4=113,4 мм2=1,134 см2,

а необходимое количество стержней будет равно:

n=S/Sст = 8/1,134=7,07.

Рис. 2. Винтовой крючок вращается сам, что в несколько раз ускоряет вязку арматуры.

То есть потребуется 8 стержней, по 4 сверху и снизу. Если приобрести стержень номинальным диаметром 14 мм, то потребуется 6 стержней, то есть по 3 сверху и снизу. Такой диаметр и выберем.

Общая длина фундамента составит:

L=2×10+3×(8-2×0,4)=41,6 м.

Промышленность выпускает арматуру длиной 6 и 12 м. Следовательно, для одной линии потребуется 6-тиметровых стержней:

n6=41,6/6≈7 шт.

Чтобы правильно армировать, к этому необходимо добавить по 2 м на каждом соединении стержней внахлест (см. п.4, таблица 1). На 6 соединений необходимо добавить еще 12 м. Общая длина одной линии составит:

L6=6×7+12=54 м,

а для всего фундамента (6 линий) потребуется как минимум 54×6=324 м или 54 стержня длиной 6 м и диаметром 14 мм. Естественно, приобретать необходимо хотя бы с небольшим запасом.

Определим расстояние между стержнями. Стержни должны находиться от края фундамента на расстоянии 40 мм (см. п.5, таблица 1). Поэтому при его ширине в 500 мм расстояние между стержнями будет равно:

l= (500-2·40)/2= 210 мм,

то есть требование (см. п.6, таблица 1) выполняется.

Вернуться к оглавлению

Как правильно вязать арматуру

Рис. 3. Бобышки отделяют арматуру от опалубки, обеспечивая неизменность формы ленточного фундамента.

Определим диаметр, который должна иметь проволока для вязки арматуры (см. п.7, таблица 1)

Dпа= 14/4=3,5 мм.

Следовательно, с учетом того, что высота каркаса превышает 80 см, приобретаем проволоку с минимально допустимым диаметром, равным 8 мм (см. п.8, таблица 1).

Необходимое количество проволоки Lпр для поперечной арматуры определим, исходя из расстояния между поперечными соединениями, равного 0,5 м:

nв= L/0,5=41,6/0,5=83 шт.

Lпр=[2(h+l)]·L/0,5=[2·(1,68+0,29)]41,6/0,5=328 м.

Примечание. Высоту фундамента и расстояние между стержнями увеличили на 8 см, чтобы с каждой стороны стержни выступали на 4 см .

Вязка арматуры — ответственная операция, от которой зависит надежность армирования. Технология армирования предусматривает три варианта соединений: внахлест без сварки, со сваркой и с применением специальных механических приспособлений.

В свою очередь, соединение внахлест при диаметре стержней до 40 мм можно выполнить, оставляя стержни прямыми и укладывая по длине нахлестки поперечные стержни. Армирование ленточного монолитного блока при соединении стержней допускает гнуть их в крюки и петли. Опытные строители не рекомендуют сваривать стержни. При сварке нарушается структура металла и, следовательно, его прочность.

Лучшим способом соединения стержней в процессе армирования является соединение стержней обожженной проволокой обязательно круглого сечения диаметром 1 мм. Эта тягучая проволока при скручивании не рвется. Необожженная проволока хрупкая, может обрываться, и вязать ею очень трудно. В качестве самого надежного инструмента используют простой крючок, показанный на рисунок 1, или винтовой, рисунок 2. Обычно применяют простейший вариант вязки: петлю из проволоки пропускают под сложенными накрест стержнями, загибают, второй конец пропускают в петлю и затем работают крючком.

Совершенно необходимой деталью являются бобышки, показанные на рисунок 3. Эти элементы устанавливают так, чтобы надежно отделить арматуру от опалубки и обеспечить требуемую величину ее покрытия бетоном, и, что очень важно, они обеспечивают неизменность формы ленточного монолитного каркаса.

Пользуясь требованиями, которые изложены в СНиП и не проводя сложных расчетов, можно рассчитать количество материала, необходимого для армирования фундамента.

moifundament.ru

6. Расчет монолитного столбчатого фундамента под колонну.

При выполнении расчета фундамента считается, что грунты основания не имеют пучинистых свойств. Поэтому глубина заложения фундамента не связывается с глубиной промерзания грунта. Также учитывается, что нагрузка на фундамент передается от колонны (Мmax=157,69 кНм, N=723,16 кН, Q=18,18 кН) и панелей ограждения (Nпанел.=(17,83+13,3)1,10,95+21,21,050,95=69,7+2,4=72,1 кН, М=72,10,4=28,84 кНм). Направление действия нагрузок см. рис.6.1.

Исходные данные:

усилия: N=723,16+72,1=795,26 кН, М=157,69+28,84=186,53 кНм, Q=18,18 кН,
материалы: бетон В15 (Rbt=0,75 МПа), арматура класса А400,
условное расчетное сопротивление грунта R0=0,25 МПа

Определение размеров подошвы фундамента

Площадь подошвы фундамента:

Nn=795,26/1,15=691,53 кНм

R0=0,20МПа- условное расчетное сопротивление грунта;

m=20кН/м3 – среднее значение объемного веса материала фундамента и грунта на обрезе фундамента,

Н=1м – предварительно назначенная высота фундамента.

стороны фундамента Размеры подошвы фундамента принимаютсяb=1,8 м, а=2,1м (а/b1,2). Площадь подошвы фундамента составляет А=1,82,1=3,78 м2, момент сопротивления – W=

Определение высоты фундамента

Высота фундамента назначается из условийанкеровки колонны и арматуры колонны в фундамент. Высоту фундамента составляет длина анкеровки плюс 250 мм (смотри рисунок 6.1).

Высота фундамента из условия анкеровки колонны:

Нф=hk+250=700+250=950 мм=0,95м

Высота фундамента из условия анкеровки арматуры колонны 20 А400 :

Нф=lan+250=300+250=550мм

, .

При определении расчетного сопротивления сцепления арматуры с бетоном Rbond принимаются следующие значения коэффициентов: 1=2,5 (для класса арматуры А400) и 2=1 (для 20). Подставляя в формулу базовой длины анкеровки l0,anзначения коэффициентов 1, 2, а также выражая площадь поперечного сечения арматуры и периметр арматуры через диаметр (), преобразуем формулу:

Длина анкеровки арматуры колонны при  =0,75 (для сжатых стержней периодического профиля) и отношении площади поперечного сечения арматуры колонны требуемой по расчету и фактически установленной 0,68/12,56=0,054 составляет:

Вычисленную длину анкеровки арматуры необходимо сравнить с минимально допустимой: 0,3l0,an=0,3947=285 мм, 15d=15х20=300 мм и 200 мм.

Окончательно высота фундамента принимается - Нф=0,95 м. По высоте фундамент формируется из трех ступеней. Высота ступеней 350+300+300=950 мм. Минимальная толщина стенок неармированного стакана должна приниматься не менее 0,75 высоты верхней ступени, то есть 0,75300=225 мм (см. рис.6.1).

Проверка прочности основания под подошвой фундамента.

Нормативное значение нагрузок на уровне подошвы фундамента:

Мn=,

Gn=abНфmn=2,41,80,95200,95=77,98 кН,

Nn= 691,53+77,98=769,51 кН.

Максимальное значение давления под подошвой фундамента:

pmax=>1,2R0=

=1,2250=300 кН/м2, условие не выполняется. Требуется увеличение размеров подошвы фундамента: а=2,4 м, b=1,8 м. При этом изменяются A=4,32 м2, W=1,73 м3, Gn=77,98 кН, Nn= 691,53+77,98=769,51 кН.

Максимальное значение давления под подошвой фундамента:

pmax= - условие выполняется.

Минимальное значение давления под подошвой фундамента:

Pmin=- условие выполняется.

Определение площади рабочей арматуры.

Расчет ведется в плоской постановке: рассматривается сечение по фундаменту в плоскости рамы и в перпендикулярном плоскости рамы направлении (см. рис. 6.1).

Фундамент будет изгибаться под действием давления грунта р. Так как высота фундамента переменная, то расчет ведется в предположении изгиба как консоли нижней ступени (сечение 1-1), затем вместе нижней и средней ступеней (сечение 2-2) и, наконец, всего фундамента (сечение 3-3). На рис. 6.1 показаны ординаты эпюры давления грунта от расчетных нагрузок, необходимые для выполнения вычислений. Значения определены графически.

Момент в консоли определяется по формуле М=(нагрузка равномерно распределенная со средним значениемр в пределах длины консоли). Длина консоли l, например при расчете нижней ступени, равна . Размерностьр в формуле определения момента М - в кН/м, в то время как до этого р было определено в кН/м2. Для перехода к размерности плоской задачи: p=pb (сечение в плоскости рамы), p=pа (сечение перпендикулярное плоскости рамы)

М=.

Фундамент армируется сеткой, укладываемой с соблюдением защитного слоя 40 мм у подошвы фундамента. Для армирования фундамента диаметр арматурных стержней принимается не менее 12. Площадь рабочей арматуры определяется по формуле алгоритма расчета изгибаемых элементов по нормальному сечению:

Рабочая высота сечения составляет h0=h-a (a принимается 0,05 м, где а - расстояние от середины сечения продольной рабочей арматуры до нижней грани поперечного сечения фундамента).

Краевые ординат эпюры давления грунта (расчетные нагрузки):

М=,

G=abНфmnf=2,41,80,95200,951,1=85,78 кН,

Nn= 795,26+85,78=881,0 кН.

Максимальное значение давления под подошвой фундамента:

pmax=.

Минимальное значение давления под подошвой фундамента:

Pmin=.

Результаты расчета сведены в таблицу 6.1.

Таблица 6.1

№ сечения	Момент, кНм	h0, м	Площадь рабочей арматуры, см2
1-1	М= 0,125307,0(2,4-1,8)1,8=41,44	0,30
2-2	М= 0,125294,7(2,4-1,3)1,8=72,94	0,60
3-3	М= 0,125275,7(2,4-0,7)1,8=105,45	0,90
4-4	М= 0,125203,9(1,8-0,4)2,4=85,64	0,89*

*-для верхних стержней сетки

Для сетки армирования фундамента принимаются стержни 10А400 с шагом S=300 мм (подбор сетки смотри в разделе 7).

Рис. 6.1. К расчету монолитного столбчатого фундамента под колонну

studfiles.net

Расчет монолитного центрально – нагруженного фундамента

Рассчитать и сконструировать железобетонный фундамент под колонну среднего ряда. Бетон фундамента класса В15, арматура нижней сетки из стали класса А-II, конструктивная арматура класса А-I. Согласно СНиП, условное расчетное сопротивление основания (пески средней плотности, маловлажные) R0=0,3 МПа. Глубина заложения фундамента h2=1,7 м. Средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах γmf=20 кН/м3.

Расчетные характеристики материалов: для бетона класса В15, Rb=8,5 МПа; Rbt=0,75 МПа, γb2=0,9; для арматуры класса А-II Rs=280 МПа.

Расчетная нагрузка на фундамент от колонны первого этажа с учетом γn=0,95, N1=2220 кН. (см. табл. 4.2). Сечение колонны 35 35 см. Определяем нормативную нагрузку на фундамент по формуле

Nn=N1 /γf=2220/1,15=1930 кН,

где γf- средний коэффициент надежности по нагрузке (приближенно 1,15 1,2).

Требуемая площадь фундамента

Размеры колонн квадратного в плане фундамента принимаем размер подошвы фундамента 3 3 м (кратно 300 мм) Af=9 м2.

Определяем высоту фундамента. Вычисляем наименьшую высоту фундамента из условий продавливания его колонной по поверхности пирамиды при действии расчетной нагрузки, используя приближенную формулу

где psf =N1 /Af=2220/9=247 кН/м2 – напряжение в основании фундамента от расчетной нагрузки; Rbt=0,75 МПа=0,75·103 кН/м2.

Полная минимальная высота фундамента

Hf,min=h0+ab=61+4=65 см,

где ab=4 см – толщина защитного слоя бетона.

Высота фундамента из условий заделки колонны в зависимости от размеров ее сечения

H=1,5hc+25 см=1,5· 35+25=78 см.

Из конструктивных соображений, учитывая необходимость надежно заанкерить стержни продольной арматуры при жесткой заделке колонны в фундаменте, высоту фундамента рекомендуется также принимать павной не менее

где hg – глубина стакана фундамента, равная 30 d1+δ=30·2,5+5=80 см; d1 – диаметр продольных стержней колонны; δ=5 см – зазор между торцом колонны и дном стакана.

Принимаем высоту фундамента Hf=100 см, число ступеней три. Высоту ступеней назначаем из условий бетона достаточной прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении. расчетные сечения: 3 – 3 по грани колонны, 2 – 2 по грани верхней ступени и 1 – 1 по нижней границе пирамиды продавливания.

Минимальную рабочую высоту первой (снизу) ступени определяем по формуле

h2=h01+4 см=14,8+4=18,8 см.

Конструктивно принимаем h2=35 см, h01=35 – 4 =31 см.

Проверяем соответствие рабочей высоты нижней ступени фундамента h01=35 – 4 =31 см условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающемся в сечении 1 – 1 . На 1 м ширины этого сечения поперечная сила

Минимальное поперечное усилие Qb, воспринимаемое бетоном

где φb3=0,6 – для тяжелого бетона; φf=0 – для плит сплошного сечения; φn=0 ввиду отсутствия продольных сил.

Так как Q1=65,4 кН<Qb=125 кН, то условие прочности удовлетворяется.

Размеры второй и третьей ступени фундамента принимают так, чтобы внутренние грани ступеней не пересекали прямую, проведенную под углом 450 к грани колонны на отметке верха фундамента.

Проверяем прочность фундамента на продавливание по поверхности пирамиды, ограниченной плоскостями, проведенными под углом 450 к боковым граням колонны

где

площадь основания пирамиды продавливания при квадратных в плане колонне и фундаменте; um – среднее арифметическое между параметрами верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания в пределах полезной высоты фундамента h0, равное: um=2(hc+bc+2) или при hc= bc, um=4(hc+ h0)=4(35+96)=524 см.

Подставляем в вычисленные значения, тогда F=950·103 Н < 0,9·0,75×

× (100) ·96·524=3380·103 Н; условие против продавливания удовлетворяется.

При подсчете арматуры для фундамента за расчетные принимаем изгибающие моменты по сечениям, соответствующим расположению уступов фундамента как для консоли с защемленным концом:

где psf =247 кН/м2.

Подсчет потребного количества арматуры в разных сечениях фундамента в одном направлении:

Принимаем нестандартную сетку из арматуры диаметром 14 мм класса А-II по сечению 3 – 3 с ячейками 16 16 см, As=27,7 см2 в одном направлении.

Процент армирования

что больше μmin=0,1%, установленного нормами. В случае необходимости в дальнейшем проверяют сечение фундамента по второй группе предельных состояний по раскрытию трещин, выполняемому аналогично балочным изгибаемым элементам прямоугольного сечения.

Верхнюю ступень армируют конструктивно горизонтальными сетками С-2 из арматуры диаметром 8 класса А-I, устанавливаемыми через 150 мм по высоте; расположение сеток фиксируют вертикальными стержнями диаметром 8 класса А-I.

5. РАСЧЕТ ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННОГО МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ФУНДАМЕНТА

сравнению с размерами поперечного сечения колонны, что необходимо для удобства установки опалубки колонны.

Размеры подошвы фундамента назначают, рассчитывая основание по несущей способности и по деформациям. Расчет выполняют на действие усилия NSd/ , вычисленного при коэффициенте безопасности по нагрузкеγF = 1,0.

Максимальное давление на грунт под подошвой центрально нагруженного фундамента не должно превышать его расчетного сопротивления R.

Расчетное давление R зависит от вида и состояния грунта, его принимают по результатаминженерно-геологическихизысканий площадки строительства и по указаниям норм. Давление на основание по подошве фундамента в общем случае распределяется неравномерно в зависимости от жесткости фундамента, свойств грунта, интенсивности среднего давления. При расчете условно принимают, что давление распределено равномерно под подошвой фундамента.

Размеры сечения фундамента и его армирование определяют из расчета прочности по расчетному усилию NSd, передаваемому колонной и вычисленному приγF > 1,0.

Высоту фундамента Hf назначают также исходя из глубины его заложения и из условия заделки выпусков арматуры в фундаменте. Высота плитной части фундамента определяется из условия обеспечения прочности по наклонному сечению и на продавливание.

Класс бетона для монолитного железобетонного фундамента принимается в соответствии с требованиями [1] и не менее C16/20.

Монолитные фундаменты устраивают на бетонной подготовке из бетона классом не ниже C8/10 и толщиной не менее 100 мм.

Армирование плитной части фундамента осуществляется сварными или вязаными сетками из арматуры класса S400 или S500 диаметром стержней не менее 10 мм и не более 18 мм и шагом 100…200 мм. Минимальная толщина защитного слоя бетона в монолитном фундаменте при наличии бетонной подготовки – 45 мм, а при ее отсутствии – 80 мм.

Связь фундамента с монолитной железобетонной колонной осуществляется с помощью выпусков арматуры, диаметры и расположение которых должны соответствовать арматуре колонны.

Выпуски из фундамента следует назначать с таким расчетом, чтобы стержни бóльшей длины и бóльшего диаметра располагались по углам попе-

studfiles.net