5. 3. Вопросы проектирования фундаментов
Фундаменты — важнейший конструктивный элемент, от работы которого зависит несущая способность здания в целом. Стоимость фундаментов составляет 4 ÷ 6 % от общей стоимости всего здания. Поэтому тщательная проработка конструкции фундаментов является весьма ответственной задачей.
Фундаменты устраивают, как правило, из железобетона. Они могут быть отдельно стоящими (рис. 5.4), ленточными и плитными. В одноэтажных каркасных сельскохозяйственных зданиях применяют отдельно стоящие (столбчатые) фундаменты.
По способу изготовления фундаменты могут быть сборными (рис. 5.4а, б) и монолитными (рис. 5.4, в, г, д, е, ж). Конструктивно они практически не отличаются друг от
друга. Разница заключается лишь в том, что сборные фундаменты доставляют на объект в готовом виде, а монолитные бетонируют на месте.
Рис. 5.4. Типы столбчатых железобетонных фундаментов
а, б – одно- и двухступенчатые сборные; в, г двух и трехступенчатые монолитные; д – с повышенным стаканом; е, ж – монолитные фундаменты под монолитны колонны
В современном строительстве обычно применяют сборные фундаменты. В плане они имеют квадратную или прямоугольную форму с большей стороной в направлении действия изгибающего момента. Отношение сторон должно быть в пределах 0,6÷0,85. Их размеры рекомендуется принимать кратными 300 мм.
Из условий выполнения работ нулевого цикла отметку верха фундаментов принимают на 150 мм ниже отметки чистого пола зданий.
Высота фундамента Н назначается в зависимости от его заглубления, которое зависит от грунтовых условий, уровня грунтовых вод, расположения других близлежащих фундаментов, заделки колонн и требуемой толщины плитной части. Эту высоту рекомендуется принимать кратной 300 мм.
В зависимости от высоты фундаменты под колонны могут быть одноступенчатыми при Н < 600 мм, двухступенчатыми при 600 мм < Н < 900 мм и трехступенчатыми при Н > 900 мм (рис. 5.4). Высоту ступеней рекомендуется назначать равной 300, 450, 600 мм, а их размеры в плане – кратными 300 мм. Если высота фундамента получается больше высоты нижней плитной части Нр, требуемой по расчету, то она увеличивается за счет подколенника (рис. 5.4, д).
Для заделки колонн в фундаменты устраивают стаканы, глубина которых принимается равной глубине заделки колонны плюс 50 мм для рихтовочного подстилающего слоя раствора. Глубина заделки колонны должна удовлетворять требованиям анкеровки ее рабочей арматуры и принимается равной (1...1,5) большого размера сечения колонны, но не менее 25d, где d – диаметр продольных рабочих стержней колонны.
Размеры подошвы фундаментов зданий (если основание сложено нескальными грунтами) определяются из расчета оснований по деформациям (по второму предельному состоянию) на невыгоднейшие комбинации изгибающих моментов и нормальных сил от нормативных нагрузок. Для облегчения расчета по деформациям допускается определять суммарную нормативную нагрузку на основание по усилиям от расчетных нагрузок путем деления последних на осредненный коэффициент перегрузки 1,2.
Верхний обрез монолитных фундаментов под монолитные колонны (рис. 5.4, е, ж) принимается на уровне верха фундаментной балки, а при ее отсутствии – на отметке –0,05, то есть на 50 мм ниже уровня пола. Для монолитных колонн размер подколенника увеличивают на 50 мм в каждую сторону по сравнению с размерами колонны для установки опалубки.
Классы бетона для монолитных фундаментов рекомендуется назначать В12,5, В15, для сборных — В15, В20. Бетон для замоноличивания колонны в стакане должен быть не ниже класса В 12,5 и не менее чем на одну ступень выше класса бетона фундамента.
Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры подошвы монолитных фундаментов должна приниматься не менее 35 мм при наличии бетонной подготовки и 70 мм при ее отсутствии. Толщина защитного слоя в сборных фундаментах должна быть не менее 30 мм.
Подколенники армируют продольной и поперечной арматурой по принципу армирования колонн. Площадь сечения продольной арматуры с каждой стороны подколонни-ка должна быть не менее 0,05 % площади его поперечного сечения. Диаметр продольных стержней не менее 12 мм.
В фундаментах под монолитные колонны продольная арматура должна иметь выпуски для стыковки с арматурой колонн. Длина выпусков назначается в зависимости от класса бетона и арматуры в пределах (З0 ÷ 45)d, где d – диаметр выпускаемых стержней.
Поперечное армирование стенок стакана следует выполнять в виде сварных сеток (рис. 5.4 д) с расположением стержней у наружных и внутренних поверхностей. Диаметр этих стержней следует принимать по расчету, но не менее 8 мм и не менее четверти диаметра продольных стержней подколонника. Расстояние между сетками следует назначить не более четверти глубины стакана и не более 200 мм .
Расчет фундаментов состоит из двух этапов: расчета основания, в результате которого вычисляют размеры подошвы, и расчета тела фундамента, на основе которого определяют общую высоту, высоту отдельных ступеней и армирование.
Размеры подошвы фундаментов (первый этап расчета) назначают согласно указаниям норм проектирования оснований зданий и сооружений, рассчитывая основание по несущей способности и по деформациям. Методика этого расчета изложена в курсе оснований и фундаментов. Предварительное определение указанных размеров производят исходя из того, чтобы среднее давление рт на основание под подошвой фундамента от нормативной нагрузки не превышало расчетного сопротивления грунта Rser.
Рис. 5.6. К расчету центрально нагруженных фундаментов
Опыты показали, что давление под подошвой фундамента в общем случае распределяется неравномерно. Однако при расчетах условно принимают, что оно распределено равномерно по одной из указанных на рис. 5.6 и 5.7а эпюр.
Рис. 5.7. К расчету внецентренно нагруженных фундаментов
а – эпюры давления грунта и пирамида продавливания; б – продавливание подколонника через фундамент при большей толщине дна стакана; в – продавливание колонны через фундамент при малой толщине дна стакана; г – продавливание колонны через фундамент его верхней грани
Размеры подошвы фундамента считаются достаточными, если
Для определения площади сечения рабочей арматуры подошвы фундамента выбирают сечения по грани колонны т по граням ступеней фундамента параллельно его сторонам и рассматривают сечения в качестве защемления консольных выступов фундаментов (рис. 5.8).
Рис. 5.8. К расчету арматуры по подошве фундамента
Продольную арматуру железобетонного подколонника рассчитывают как для внецентренно сжатого элемента коробчатого сечения (рис. 5.9 а) на уровне дна стакана (сечение 1 – 1), приводя его к двутавровому и прямоугольного сечения в месте подколонника с плитной частью фундамента (рис. 5.9).
Рис. 5.9. К расчету подколонника
Сборные фундаменты для трехшарнирных рам конструируют и рассчитывают. Особенность этих фундаментов заключается лишь в том, что стойки рам сопрягаются с ними шарнирно и в связи с необходимостью восприятия распора в плоскости рамы они делаются несимметрично, вытянутыми в направлении действия раствора (рис.5.10).
Рис. 5.10. Сборные фундаменты под трешарнирные рамы