Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Кальницкий, А. А. Расчет и конструирование железобетонных фундаментов гражданских и промышленных зданий и сооружений учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
16
Добавлен:
21.10.2023
Размер:
9.67 Mб
Скачать

Т огда дл я уточненного значения h0 = 1,3 м получим

 

80 + 2 5 - 1 ,3

0,375 ж;

 

 

 

 

 

 

 

 

300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ро

 

300

( \

±

6 ' 0 ' 375N\

 

 

 

 

 

 

 

5 - 3 , 2 +

 

 

5

) ’

 

 

 

 

 

 

откуда

Ротах =

27,2

Т/м2, Po'min = 10,3

Т/м 2

(10,3 • 104

Н/м2).

 

Средние величины давлений, необходимые для вычисления моментов

в сечениях

 

фундамента / —/,

IIII

и

IIIIII,

показанных на

рис. III. 21

волнистыми линиями, равны

 

 

 

 

Рш = 10,3+

(27' 2~

10’3)-4-’6- =

25,8 Т/м2

(25,8 .

104 Н/м2) и

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

аналогично

 

этому р02'=

24,6 Т/м2\\ р03'=

23,6 Т/м2

(23,6 - 104

Н/м2).

 

Определим в данном примере изгибающие моменты по второму

приему

расчета

(стр. 59). По формулам

(III. 22) значения их в на­

правлении размера а фундамента в Т

м (Н • м) составят

 

М 1а =

0,125 • 25,8(5 — 3,4)2 3,2 = 26,3;

 

 

 

 

 

М иа =

0,12524,6 (5 — 2)2 3,2 =

88,0;

 

 

 

 

 

М Ша = 0,125 • 23,6 (5 — 0,8)2 3,2 = 166,0.

Сечение арматуры, располагаемой параллельно размеру Ь, опре­ деляют по моментам, вычисленным из среднего значения реактив­ ного давления грунта основания, т. е.

р'0ср = = 18,8 Т/м2 (18,8 - 104 Н/м2).

Тогда значения изгибающих моментов, действующих в плоскостях, параллельных размеру Ь (рис. III. 21) по тем же выражениям (III. 22) в Т м (Н • м), составят

М , ь = 0.125 • 18,8 (3,2 — 2,2)2 5 = 11,8;

М п ь = 0,125 • 18,8(3,2— 1,2)а5 = 47;

М ш ь = 0,125 • 18,8 (3,2 — 0,4)2 5 = 92.

Площадь сечения арматуры определяем по выражениям (I. 15) и (1. 16). Для стержней, располагаемых вдоль длинной стороны, она составит; сечение / —/

2

630 000

0,0586,

Аш ~ 320

• 423 • 80

чему по табл. 1.10 соответствует а = 0,06. Тогда получим

0,06 - 320 - 46 - 80

19 С М 2 \

3400

81

сечение

II—II

 

 

 

,

 

8 800 000

Г, Л-7ЛД

 

 

Апи = -------------- = 0,0746,

 

 

011

220 ■822 • 80

 

 

 

чему

по

табл. I.

10 соответствует

а = 0,078 и

0,078 • 220 - 82 - 80 = 33 см2\

 

all

 

3400

 

 

 

сечение

III— III

__ q ц в

чему

п0 табл. 1.Ю соответствует а =

А

= —16 600 000

0111

 

120-1222-80

 

 

 

= 0,124

и

 

 

 

F

=

0,124 • 120 • 122 • 80

= 42,6 см2.

1 alii

 

3400

 

 

Определенная подобным же расчетом площадь сечения арматуры, укладываемой в направлении меньшего размера подошвы фундамен­ та, составляет (промежуточные вычисления опущены) в сл!2.

Сечение I—/

 

Р.! = 8,3

 

 

Сечение II—II

а 1 Г = 17,1

 

 

Сечение III—///

Ра Ш = 22,8

 

 

Подбор

арматуры

произведен

по ее площадям, определенных

рас­

четом для

сечения

III—III в

каждом направлении (рис. III.

21).

В соответствии с этим в длинном направлении подошвы фундамента

устанавливаем 22 0

16 А-Ш (Fa = 44,2 см2), в коротком направлении

принимаем 25 012

А-Ш (Fa — 28,3 см2).

Так как размеры подошвы фундамента превышают 3 м, то половину стержней, расположенных в обоих направлениях, обрываем на рас­ стоянии 0,1 соответствующего размера.

Из расчета видно, что в сечениях I — I и I I —II обоих направлений арматура устанавливается со значительным избытком. Однако умень­ шение высоты первой ступени (для которой этот избыток особенно ве­ лик) в данном случае невозможно по условиям произведенного выше расчета ее прочности на поперечные силы.

Теперь, когда установлены все размеры фундамента, возникает возможность определить величину давления на грунт по фактическим нагрузкам. Опуская промежуточные вычисления, укажем, что объ­ ем Запроектированного выше фундамента составляет 12 м 3, а распо­ ложенного на его уступах грунта 28 м 3. Тогда действующие на по­ дошву фундамента осевая сила и изгибающий момент от нормативных нагрузок, соответственно, составят

Nн = 261 + 12 • 2,5 + 28 • 1,95 = 346 Т\

М" = 69,6 + 21,7 • 1,3 = 98 Т-м.

При этих условиях и эксцентриситете е = 98/346 = 0,283 м, давле­ ние на грунт, подсчитываемое по выражению (III. 26), составит

82

 

346

1 ±

6 0,283

 

р = 5-3,2

 

 

 

откуда

 

 

 

pmin =

14,3

Т1м?> 0 (14,3 •

104 Н/м2);

Ртах =

28,9

Т/м2

(28,9 • 104 Н/м2).

Вычисленная выше (стр.

79) величина нормативного давления на

грунт, соответствующая заданному грунту основания, глубине за­ ложения фундамента и принятой ширине его Ь= 3,2, составляла R" =

= 23,6 Т/м 2 (23,6 •

104 Н /м2).

Так как

ртах = 28,9 «

1,2

• 23,6 =

28,3 Т/м2 (28,3 • 104

Н/м2), то

условие,

необходимое

для

расчета

основания по деформациям, можно считать выполненным.

 

Р а с ч е т п о д е ф о р м а ц и я м

г р у н т а о с н о в а н и я .

Для внецентренно нагруженного фундамента расчет по деформациям грунта основания состоит из определения величины средней осадки фундамента и крена.

Расчет осадки производят по величине среднего дополнительного давления, он не отличается от расчета, приведенного в примере III. 3. Поэтому в данном примере та'кой расчет не приводится.

Расчет крена производим по выражению (I. 33). Входящий в него

коэффициент kxдля нашего случая, т. е. при л =

= 1,57, по гра­

фику на рис. III. 19 равен 0,7. Тогда для заданных значений коэф­

фициента Пуассона |х0 = 0,42 и модуля деформации

Е0 = 200 кГ/см2 —

=

2000 Т/м2 (2000-104

Н/м2) величина крена составит

6

© = (1-0.42») 0,7-98 =

Q 0017 < о 004,

 

2000- 2,53

 

 

что удовлетворяет требованиям «Норм» [3].

Расчет по раскрытию трещин. Производим проверку ширины раскрытия трещин, нормальных к подошве фундамента.

Для выяснения необходимости выполнения этого расчета служит

условие (1.35), по

которому следует проверить сечения II 1а

Ilia и Ш Ь Illb

как наиболее опасные для данного расчета. Дей­

ствующие в этих сечениях моменты от нормативных нагрузок в дан­ ном случае вполне допустимо определять приближенно — по моментам, найденным ранее (при расчете арматуры) от расчетных нагрузок, и усредненной величине коэффициента перегрузки 1,2. Тогда, начав расчет с сечения Ш а 111а найдем

м „ = _166_ = т т .м== 1>38. ю? кг.см (1,3810е Н-м). 1,2

По правилам сопротивления упругих материалов определяем мо­ мент сопротивления для растянутой грани рассматриваемого сече­ ния (рис. III. 21)*

* Учитывая относительно небольшой процент армирования фундаментов, определение геометрических характеристик их достаточно точно производить без учета арматуры, т. е. принимая №т = И^т-

83

_ s

_ 3,2-0,5-0,25+2,2-0,4(0,2+0,5)4-1,2-0,4(0,2+0,4+0.5) _ Q&23

У ~~F

 

3,2 •0,5 + 0,4(2,2+1,2)

 

 

1 = 3 , 2 - 0 . 5 23а— (3 ,2 — 2,2) 0,0233 + 1,2-0,777* + (2 ,2 — 1,2) 0 , 3773 _ g 3Q Mi.

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

0,36

0,69 At3.

 

 

 

 

 

 

 

0,523

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По

табл. 1. 11 применительно к тавровым сечениям с полкой, рас­

положенной в

растянутой

зоне

и

b jb =

3,2/1,2

=

2,67 > 2 и

Лп/А =

0,5/1,3 =

0,38 > 0,2,

имеем

v =

1,75.

Тогда

по

выражению

(I. 39)

получим

 

 

 

 

 

 

 

Wt = 1,75 • 0,69 = 1,2 At3 = 12 • 105 см3.

Проверяем выполнение условия (1.35)

Rr WT= 80 • 1,2 = 96 < Л1Н= 138 Т-м (138 • 10* Н-м),

следовательно, проверка ширины раскрытия трещин необходима. Расчет производим по выражению (1. 36), для чего предварительно вычисляем гх « 0,85 • 1,22 = 104 см.

По (I. 38), (I. 37) и (I. 41), соответственно, получим

М 6т=

0,8 •

1,2 ■ 130 =

125 Т-м (125 • 10* Н-м);

4. =

1,3— 0 ,8 -!^ - =

0,58

 

Та

 

138

 

 

и при

 

 

 

 

*1 =

12

• 1СГ

2 =

28.

44,2 • 104 - 8,7

Далее при

 

 

и =

44,2

= 0,4

и

7j = 0,7

 

3,14-22-1,6

 

 

расстояние между трещинами по выражениию (I. 40) составит

Lj. =

28 • 8,7 • 0,4 • 0,7 =

68 см, а при

=

------= 3 0 0 0

к Г / см г (3 . 1 0 8 Н / м 2\

 

104-44,2

'

ширина раскрытия трещин, определяемая по (I. 36), составит

а, =

0 , 5 8 - ^ - 68 = 0,0591 см « 0,6 мм,

^

2-10°

что превышает максимально допустимую величину, равную согласно п. 4.16 [4 J 0,3 мм.

84

Снижения величины а? до допустимого значения можно добиться посредством соответствующего увеличения высоты фундамента или марки бетона. Можно также отказаться от применения заданной по условиям примера арматуры из стали класса А-Ш и перейти к арми­ рованию стержнями из стали классов A-I или А-П. В этом случае по п. 4.7 [4 ] разрешается расчет по раскрытию трещин, нормальных к подошве фундамента, не производить.

Если пойти по последнему пути и применить арматуру из стали класса А-П, то необходимая площадь поперечного сечения стержней, располагаемых в длинном и коротком направлениях подошвы фун­ дамента, соответственно, составит

F, „ = 3400 = 53,6 см2.

а,а 2700

Принято 11 0 16 Н- 11 0 20 (Fa = 56,7 см2, расстояние между стержнями 150 мм)

Fa „ = = 3400 = 28,7 см2. а.» 2700

Принято 26 0 12 (Fa = 29,4 см2, расстояние между стержнями л;

л; 200 мм).

Проверку величины раскрытия наклонных трещин не производим, так как высота нижней ступени фундамента назначена с соблюдением условия (I. 27).

Законструированный в соответствии с настоящим расчетом фун­ дамент показан на рис. III. 21.

Расчет подколонника и его стаканной части. В соответствии с данными исследований стенки стаканов при отношении толщины их 8С к глубине стакана Лс, равном и более 0,75 (рис. III. 22, а), могут не рассчитываться. Продольная и поперечная арматура таких стака­ нов назначается конструктивно. Первая из них устанавливается в количестве не менее 0,05% от рабочей площади бетона на каждой гра­ ни сечения, нормальной плоскости действия момента. Вторая — по­ перечная арматура — диаметром не менее 8 мм и 0,25 диаметра про­ дольной арматуры, шагом не более 200 мм и 0,25 hc. При отношении ос : hc <0,75 стенки стаканов рассчитывают как железобетонные эле­ менты согласно приводимым ниже рекомендациям [9].

Методика расчета подобных стаканов разработана на основании экспериментальных исследований НИИЖБа Госстроя СССР. Этими исследованиями установлено, что характер работы стаканных стыков

в зависимости от относительной величины эксцентриситета

е0/ак

может классифицироваться на

два случая

(е0 = M 0/N0,

где М 0 и

N0 — соответственно расчетные

момент и

нормальная

сила,

дей­

ствующая на уровне верха стакана):

 

 

 

а. е0/ак <

1/6 — разрушение стенок стакана происходит от возник­

новения в

них предельных сжимающих напряжений, или от нару­

шения сцепления между бетоном замоноличивания и колонной, от раз­ рушения дна стакана. В соответствии с этим площадь продольной арма-

85

туры стенок стакана

должна определяться

из расчета прочности

на внецентренное сжатие коробчатого

сечения

II, а при

высоких

стаканах — также и

прямоугольного

сечения

I I — II

(рис.

III. 22).

Поперечное армирование в этом случае назначается

конструктивно

(см. выше).

 

 

 

 

 

Рис. III.22. К расчету стакана повышенной части фундамента

Кроме того, во избежание разрушения дна стакана от местного

сжатия

(смятия) необходима проверка

соблюдения условия

N 0^ Р 7 Кпр Ксм,

 

 

 

(III.38)

где Fcu = aKbк,

N0 — расчетная нормальная сила,

которая с некото­

рым запасом может приниматься по

ее величине,

действующей на

уровне

верха

стакана (т. е. без учета

сцепления бетона

замоноличй-

вания с

бетоном стенок фундамента);

р.— коэффициент «заполнения»

эпюры напряжений, принимаемый при

центральном сжатии равным

1 и при ед/ак

1/6 — равным 0,75;

j

— коэффициент,

учитываю­

щий повышение прочности бетона при работе его на сжатие; найден­ ное экспериментальным путем его значение равно

(III.39)

но не более 2.

86

Остальные обозначения — согласно рис. III. 22.

 

 

Если условие (III. 38) не выполняется, фундамент под торцом ко­

лонны следует усилить сетчатым армированием.

 

одном

б.

При е0/ак >

1/6 разрушение стакана

происходит по

из наклонных сечений I I I — I I I или 11ГIII',

показанных на

рис.

III. 22,

а. В этом

случае как продольную,

так

и поперечную

арматуры устанавливают по расчету.

 

 

 

Продольная арматура стаканов проектируется, как правило, сим­

метричной. При этом площадь продольной арматуры в сечении

I I

II определяют по формулам расчета внецентренно сжатых элементов,

приведенным в гл. I применительно к сплошным прямоугольным се­

чениям.

 

 

 

а и б). Для рас­

Сечение I — I является коробчатым (рис. III. 22,

чета расположенной здесь арматуры его условно можно представить

в виде таврового сечения

(рис. III. 22, в). Если к тому же принять в

запас прочности, что R &=

Яа.с, то ход расчета такого стакана с сим­

метричной арматурой будет следующим.

Если при принятых выше предпосылках соблюдается условие

N0^ 0 , 5 R nbc{ac — ас) , _

(III.40)

то имеет место случай больших эксцентриситетов, причем нейтраль­ ная ось проходит в полке. Тогда расчетная формула согласно (I. 25), но в обозначениях, приведенных на рис. III. 22, б, будет иметь вид

Е„ =

N0e Ra х ( а 0 с 0 ,5 s)

(III.41)

Та =

 

 

Дь-с (Оос — а')

 

где

е — расстояние от точки приложения силы

до оси растянутой

 

арматуры'.

 

bcxRa> откуда

С учетом того, что при Еа = Е / имеем N0 =

Е» =

NQ(е— а0 с +

0,5х)

(III.42)

Fa —

 

 

^ а .с ( «о.с

а )

 

Если соблюдается приближенное условие

 

0,5 RHbc (ас — ас) < N0<

0,55 R„ (bc Ьё) а 0,с,

(III.40a)

то по-прежнему имеет место случай больших эксцентриситетов, но нейтральная ось пересекает стенки стакана, расположенные в направ­ лении эксцентриситета. Тогда на основании (I. 25), но в обозначе­ ниях, показанных на рис. III. 22, б, получим

N0e < x {bc — Ьё) (а0.с — 0,5х) + 0,8R„ b'c —- ^ с ^а0.с —

---------------- J + Ea R a.c(а о.с — Cl).

87

В результате расчетная формула приобретает вид

=

р -

=

' У - /?„ (бс— б') ( Д0 ,с

0.5-t) +

0,1 b[ (gc— <°c) (4Д0.С— ac+Qc)]

Fn = F a =

 

^ a .c ( flo.c

-

a ')

 

 

 

 

 

(III .43)

Значение x определяют из условия равновесия

 

N0— 0,56с (ас — ас) Rnp — x{bc — b'c) R H= 0,

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

__

о,4б' (дс —Дс)

 

 

 

 

(III.44)

 

 

Вя ( Ь с - Ь ' с)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если, наконец, оказалось, что

 

 

 

 

Na>

0,55 Rn (bc— b'c) а0,с>

 

 

 

(II 1.406)

то имеет место случай малых эксцентриситетов и

расчет следует

производить, исходя из условия (I.

26). Входящий в него статический

момент 50

равен

 

 

 

 

 

5П=

0,5

k

( Ьс — 6 С) d o . С + bQ(йс —

йс) ( Со

 

ис

(III.45)

 

 

где k — коэффициент,

учитывающий полку,

расположенную у менее

сжатой грани сечения;

величина его согласно п. 7.47

[4 ] может быть

принята

равной 1,1.

 

 

 

 

 

Для практических расчетов достаточно точно принять в последнем

выражении 0,25 (йсй') = 0 и положить

для некоторой компенса­

ции возникающей таким образом погрешности k =

1.

В результате

выражение (II 1.45) может быть записано

следующим образом:

S0= 0,5 й0.с[й0.с (bc — b'c) + Ь'с (ас — йё)]

 

 

(III.46)

или с учетом обозначений на рис. III. 22,

б и в

 

 

S0 = а0.Лао.сЬь + М а)-

 

 

 

(II 1.47)

Расчетная формула на основании (I. 26)

приобретает

вид

Ne ^пр

 

 

 

(III.48)

Fs = Fa =

 

 

 

Я а . с ( /г° — а ')

 

 

 

 

где S0 — согласно выражению (III.45)

или (III. 47).

 

При подборе продольной арматуры

по площади,

найденной рас­

четом, необходимо иметь в виду, что процент армирования для каждой из арматур во всех случаях не должен быть меньше 0,1 при бётоне марки R — 200 и 0,15 — при R > 200.

88

Площадь сечения поперечной арматуры, расположенной в одном направлении и каждой плоскости, находят на основании следующего выражения:

т (Мр Н~ О .У и N 0 y )

 

(III.49)

Ra 2 гх

 

 

 

где М 0, N 0 — соответственно момент и нормальная сила в сечении на

уровне верха стакана

от всех вышележащих расчетных

нагрузок;

Q — действующая на

фундамент горизонтальная

сила от

расчетных

нагрузок; уп — расстояние от силы Q до торца колонны (рис. III. 22,а);

Fx = 4fx — суммарная

площадь сечения поперечных стержней, рас­

положенных в направлении плоскости изгиба (рис. III. 22,

а); Ъгх

сумма расстояний от торца колонны до каждой

из сеток;

у — рас­

стояние от оси колонны до точки ее поворота, лежащей на расчетном

наклонном сечении

(рис. III. 22, а);

т — коэффициент

условия ра­

боты.

 

 

установлены

опытным

путем и

приведены в

Значения у н т

табл. III. 13.

 

 

 

 

Т а б л и ц а III Л3

 

 

 

 

 

Значения величин у и т

к выражению (1П.49)

 

 

Значения относительного эксцентриситета

У

m

1

 

е0

1

 

0 ,7 е 0

1.0

6

<

ак

< 2

 

 

 

 

е0

 

1

 

 

0 ,5 ак

0,8

а к

>

2

 

 

 

 

 

 

Полученное расчетом поперечное армирование должно быть не менее мощным, чем это требуется при установке сеток по конструк­ тивным соображениям. Кроме того, первые 2—3 сетки сверху реко­ мендуется располагать с шагом 100 мм и, по крайней мере, две сетки устанавливать ниже дна стакана.

Пример III.7. Рассчитать стаканный стык железобетонной колон­ ны с фундаментом. Усилия, действующие на рассчитываемый стык

от расчетных нагрузок, равны:

 

 

 

 

42,0 Т-м

изгибающий момент

на уровне верха фундамента М 01 =

(42,0 • Ю4 Н-м);

на

том же

уровне Q0 =

13,0 Т

(13,0 • 104 Н);

поперечная сила

нормальная сила на уровне низа колонны

N0 =

150,0

Т.

Колонна

имеет

поперечное

сечение 30x50

см

и

заармирована

стержнями

0

25 A-I.

 

 

 

 

150;

продоль­

Фундамент и стакан проектируют из бетона марки

ная и поперечная арматура из стали класса A-I.

 

 

 

Требуется рассчитать размеры и арматуру

стакана.

 

а.

Находим вначале размеры стакана.

 

2

• 0,5 = 1,0 м,

Так

как

е01 = М х/NQ= 42/150 = 0,28 м < 2ак =

89

то согласно табл. III. 2 8С= 20 см, в результате с учетом зазоров размеры стакана в плане поверху в см составят (рис. III. 23):

ас = 50 + 2 • 20 + 2 • 7,5 = 105,

Ьс = 30 + 2 • 20 + 2 • 7,5 = 85.

Глубина стакана при найденном выше значении эксцентриситета е01по таблице равна hc = ас + 5 см = 55 см.

Из условия анкеровки стержней колонны глубина стакана должна быть не менее 30 диаметров продольной арматуры колонны, т. е. 30 х

 

х2,5 + 5 =

80 см.

Назначаем

оконча­

 

тельно глубину стакана 85 см.

продольно

 

 

б.

 

Определяем площадь

 

арматуры в наиболее опасном для тако­

 

го расчета сечении I— I (место сопряже­

 

ния стенок и дна стакана).

Суммарный

 

момент

в

этом

сечении (рис. III. 23)

 

составит М — 42 + 1 3

• 0,85 = 53 Т ■м,

 

а эксцентриситет приложения нормаль­

 

ной силы равен

 

 

 

 

 

 

 

 

е0 = 53/150 = 0,353

м.

 

 

 

 

 

 

Так

как е0/ак — 0,353/0,5

= 0,7 >

 

1/6,

 

то необходимо произвести расчет как

 

продольной, так и поперечной арматуры.

 

 

При найденном

выше

значении

е0

 

расстояние

 

от

силы до оси растянутой

 

арматуры

определяют

нз

выражения

 

(рис. III. 23)

 

 

 

 

 

 

 

 

е — е0 + 0,5 (а0.

-

а') == 35,3 +

 

 

 

 

+0,5(101 — 4):

84 см.

 

 

 

 

 

 

Для

определения

положения

ней­

 

тральной оси используем вначале вы­

 

ражение (III. 40), по которому получим

 

0,5 R„ bc (ас -

а') =

0,5 • 80 • 85

(105

 

—65) =

136 000

кГ = 136 Т.

 

 

 

(4+4)ФЗА1

Так

как

 

соблюдается

неравенство

 

136 <

N0 =

 

150

Т, то нейтральная ось

 

выходит

за

 

пределы

стенки стакана,

S)

вследствие

чего

характер

случая

вне-

центренного

сжатия

определяем

 

по

Рис. 111.23 К примеру рас­

условию (III.40 а); 0,55 Ru (bc— b[)a0 с=

=

0,55 • 80 (85 -

45) 101 =

178 000 кГ =

чета повышенной стаканной

части:

=

178 Т.

В

результате получим 136 <

а — вертикальный разрез; 6

<

N0 =

150 <С 178 Т,

что свидетельст­

горизонтальный разрез; в — план

вует о наличии случая больших эксцен-

сеток арматуры

90

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ