Железобетонные фундаменты промышленных и гражданских зданий

Введение
Задание на проектирование
План перекрытия, Поперечный разрез здания, М1:200
1. Компоновка конструктивной схемы здания из сборных железобетонных конструкций……………………………………………………………….1
2. Сбор нагрузок на ленточный фундамент под несущую продольную стену и отдельный фундамент под колонну……………………………..6
3. Оценка инженерно – геологических условий площадки строительства, определение прочности характеристик несущего слоя грунта, выбор глубины заложения фундаментов………………………………………15
4. Назначение предварительных размеров подошвы фундамента……...17
5. Вычисление расчетного сопротивления грунта основания R и проверка средних давлений по подошве фундаментов………………………….19
6. Предварительное конструирование сборного ленточного фундамента и отдельного монолитного фундамента………………………………….21
7. Расчет отдельного фундамента на продавливание и на прочность по нормальным и наклонным сечениям. Подбор армирования………….26
8. Расчет подколонника отдельного фундамента на прочность по нормальным и наклонным сечениям. Расчет на местное сжатие……..31
9. Расчет отдельного железобетонного фундамента по образованию и раскрытию трещин………………………………………………………..35
10. Расчет ленточного фундамента (блок-подушки) на продавливание, на прочность по нормальным и наклонным сечениям. Подбор армирования………………………………………………………………39
11. Расчет ленточного фундамента по образованию и раскрытию трещин……………………………………………………………………..42
12. План фундамента………………………………………………………….44
13. Спецификация арматуры…………………………………………………46
Список литературы

Проверка прочности бетона на местное сжатие в уровне сетки С-3 по формуле:Nc≤ψloc*Rb loc*A*b, locA*b, loc=(lst+2*z*)*(bst+2*z*)=(0.5+2*0.13)2=0.5776м2ψloc*Rb loc*A*b, loc=1*8500*0,9*0,9*1,8*0,5576=7158,2кНNc=2228,1кН ≤7238,2кНПоперечную арматуру в подколоннике устанавливаем с поперечным шагом не более 500мм.9)Расчет подколонника по образованию и раскрытию трещин.Расчет подколонника по образованию и раскрытию трещин не производим, так как он является центрально сжатым и трещины в нем не образуются.Расчет плитной части по образованию трещин производим для сечения 2-2 (тавровое сечение), то есть по грани подколонника, так как в этом сечении по расчету прочности требовалось максимально количество арматуры.Для плитной части фундамента провеку образования трещин производим из условия:Mn ≤ Mcrc=Rbt,n*Wp,lRbt,n-нормативное сопротивление бетона растяжению, Rbt,n=1100кПаWp,l-упругопластический момент сопротивления бетонного сеченияMn-момент в рассчитываемом сечения от нормативных нагрузокMn=pn*bf*c22/2=298,8*2,7*0,952/2=364,1 кН*м,pn=Nn/(lf*bf)=2177,9/(2,7*2,7)=298,8 кН/м2,Wp,l=Wred*γ, где γ=1,25Wred-упругий момент приведенного к бетону сеченияWred определяем по методу приведенных сечений:Ared=b1*h1+b2*h2+αs*As,ef=280*30+180*30+8,33*3,14=13826,2 cм2αs=Es/Eb=2*105/2.4*104=8.33Sred-статический момент относительно нижней грани сечения.Sred=b2*h2*(h1+0.5h2)+b1*h1*0.5*h1+ αs*Aef*as=180*30*(30+0,5*30)++280*30*0,5*30+8,33*3,14*4=369104,6см3У0= Sred/ Ared=369104,6/13826,1=26,7смIred=( b2*h23/12)+ b2*h2*(h1+0.5h2- У0)2+ (b1*h13/12)+ b1*h1*(0.5*h1- У0)2+ αs*As,ef*( У0- αs)2=(180*303/12)+180*30*(30+0,5*30-26,7)2+(280*303/12)++280*30*(0,5*30-26,7)2+8,33*3,14*(26,7-4)2=405000+1808406++630000+1149876+13478=4006760 см4Wred= Ired/ У0=4006760/26,7=150065,9см3Wp,l=152265,9*1,25=188582,4см3Mcrc=Rbt,n*Wp,l*10-6=1100*187582,4*10-6=206,34кНмMn=364,1кНм >Mcrc=206,34кНмПроверка не выполнена. Трещины образуются, проверяем ширину их раскрытия как от постоянных и временно длительных нагрузок (), так и от полных нагрузок (), при этом, если изгибаемый момент от постоянных и временных длительных нагрузок равен или составляет более 2/3 изгибаемого момента от полных нагрузок, то проверяют только .В нашем случае можно определить по соотношению усилий := Nn – Nn,tNn,t = S0∙ l1∙l2 ∙γn∙ψl1= 0,56∙ 8,4∙5,4∙1∙1=25,4 кН = 2177,9– 25,4 = 2152,5 кНСледовательно рассчитывать будем только , которая не должна превышать допускаемого значения равного, из условия сохранностиарматуры класса А400 при нахождении подошвы фундамента выше уровня ГГВ, 0,3мм. Так как все нагрузки, действующие на фундамент, являются постоянными и временно длительными, произведем расчет ширины раскрытия трещин только от указанных нагрузок.Ширину раскрытия трещин от полных нагрузок определяем по формуле:;φ1 — коэффициент, учитывающий продолжительность действия нагрузки (φ1 = 1,4); φ2 — коэффициент, учитывающий профиль продольной рабочей арматуры (φ2= 0,5 при арматуре периодического профиля); φ3 — коэффициент, учитывающий характер нагружения элемента конструкции (при изгибе и внецентренном сжатии φ3= 1); ls—базовое расстояние между смежными нормальными трещинами:ls≤ 40ds= 400ммls≤ 400ммплощадьарматуры, установленная фактически;= 16,956см2ds=10ммAbt - площадь сечения растянутого бетонаAbt=b1∙yt, см2yt-высота растянутой зоны бетонаyt=k∙y0=0.95∙26,7 =25,365 смk =0,95 (для таврового сечения с растянутой полкой внизу);Abt=b1∙yt= 280∙25,365=7102,2 см2=251,3см = 2531мм= 2531мм> 400ммПринимаем ls= 40см=400мм.ψs — коэффициент, учитывающий неравномерное распределение относительных деформаций в растянутой арматуре между трещинами:Mn,l= pn,l∙bf∙ ,кН∙мPn,l = = = 295,3кН/м2Mn,l= 295,3∙2,7∙ 359,8 кН∙м = 0,541σs,l— напряжение в рабочей растянутой арматуре от внешних нагрузок:, МпаMpr — предельный момент по прочности, воспринимаемый в расчётном сечении., кН∙мAs,ef, As,cal— соответственно фактически принятая и требуемая по расчёту прочности площадь рабочей арматуры.As,cal =15∙3,14∙1,22/4 = 16,95см2408,7кН∙м = = 312,5МПаEs — модуль упругости рабочей арматуры, Es=2∙105 МПа; = = 0,23 ммУсловие выполнено.10)Расчет ленточного фундамента (блок-подушки) на продавливание, на прочность по нормальным и наклонным сечениям. Подбор армирования.Как уже отмечалось у сборных фундаментов допускается укладывать с разрывом ∆f=5см, однако, его расчетная величина является незначительной и разрыв ∆f можно не учитывать или напротив учитывать с целью укладки вдоль стен целого числа блок подушек длиной lf,л=1,2м.L=n*l2+2*0.38=64,8мКоличество подушек: 50*1,18=59∆f= (64,8-59)/59=5,8/59=1смВ учебных целях принимаем bf,n,min=1.2мСтены фундаментов собирают из сплошных фундаментных блоков, изготавливаемых из тяжелого бетона.bf,b=0.6м, hf,b=0.6м, lf,b=1.2м, ρf,b=2200кг/м3Фундаментные блоки укладывают с перевязкой швов не менее 0,4* hf,b=0,24мПри расчетах блок подушки на продавливание и на прочность, реактивное давление грунта по ее подошве определяют от расчетных нагрузок, собранных с одного погонного метра длины стены и фундаментных блоков.P===210,3кНGf,b=bfb*hfb* ρf,b*γf*γn*lf*2=0.6*0.6*2.2*1.1*1*1*2=17.424кНРасчет на продавливание выполняют по аналогии с отдельным фундаментом под колонну, но проверяют одну грань призмы продавливания:Fpr ≤ 2*Rbt*γb1*lf*hef=2*750*0.9*1*0.26=351кНFpr=(Nл+Gf)-P(bfb+2*hef) *lf=P*bfл* lf- P*(bfb+2*hef) *lf= P*lf(bfл-bfb-2*hef)==210,3*1(1,2 -0,6-2*0,26)=16,824кНFpr =16,824кН≤ 351кНРасчет прочности блок-подушки по нормальным и наклонным сечениям выполняем как для консольного стержня вылетом с1 с жестким зацеплением, загруженного реактивным давлением грунта.Q1-1= P*lf* c1, кН Q1-1=210,3*1*0,3=63,09 кН M1-1= P*lf* c12/2, кН*м M1-1=210,3*1*0,32/2=9,5 кН*м Проверку прочности наклонного сечения на действие поперечной силы выполняем из условия восприятия этой силы бетоном без установки поперечной арматуры в блок подушке, при с1 меньше 2,4 h0f=0,624м проверку прочности производим по формуле:Q1-1≤2,5*Rbt*γb1* lf * h0f, кН63,09кН≤2,5*750*0,9*1*0,26=438,75кНУсловие выполняется.Проверку прочности по нормальным сечениям выполняют используя два условия:1)Из условия равенства моментов внешних сил и внутренних усилий относительно оси растянутой сетки, укладываемой в уровне подошвы фундамента вычисляем относительную высоту сжатой зоны.∑ M =0M1-1=Rb*γb1*x1-1*(h01-0.5x1-1)*lf= lf* Rb*γb1*(x1-1/h01)* h012*(1-0.5*(x1-1/h01))= =lf* Rb*γb1* h012*ξ1-1*(1-0.5* ξ1-1)= lf* Rb*γb1* h012*A0A0= M1-1/( lf* Rb*γb1* h012)=9,5/(1*8500*0.9*0.262)=0.018Определяем по таблице: при A0=0.018, ξ1-1=0,02ξR =0,8/(1+(εs,el/ εb,ult))=0.8/(1+(1.775/0.0035))=0.531εs,el- относительная деформация растянутой арматуры,εs,el=Rs/As=355/200=1.775εb,ult -предельная относительная деформация сжатой зоны бетона, εb,ult=0,0035ξ1-1=x1-1/h01≤ ξR =0.531ξR – граничное значение относительной высоты сжатой зоныx1-1= ξ1-1*h01=0,02*0,26=0,0052мТак как ξ1-1≤ ξR, то 𝛔s=Rs2)∑N=0; Rb*γb1*lf*x1-1 – Rs*Asl 1-1=0 Asl 1-1=Rb* γb1*lf*x1-1/Rs=8.5*0.9*100*0,52/355=1,1cм2Asl =n*π*ds2/41,1=5*π*ds2/4;ds=1,0смШаг стержней принимают от 10 до 20см кратно 1см, защитный слой арматуры не менее 10мм, нахлёст арматуры не менее 20мм. Для конструктивной арматуры шаг 20см.As, ef=5,55*π*ds2/4=4.36см2μ1-1= As, ef*100%/ (lf* h0f)==4.36*100%/(1*2,6)=0.17%≥ μmin=0.1%11)Расчет ленточного фундамента по образованию и раскрытию трещинРасчет блок-подушки по образованию и раскрытию трещин выполняется для прямоугольного сечения 1-1 по аналогии с отдельно-стоящим фундаментом под колонну. Первоначально проверяем условия:Mn ≤ Mcrc=Rbt,n*Wp,lRbt,n-нормативное сопротивление бетона растяжению, Rbt,n=1100кПаWp,l-упругопластический момент сопротивления бетонного сеченияMn-момент в рассчитываемом сечения от нормативных нагрузок Сечение 1-1Mn=pn*bf*c22/2=227,86*1*0,32/2=10,25 кН*м,pn= ==187,8кНGn,f,b=bfb*hfb* ρf,b*γn*lf*=15,84кНNn/(lf*bf)=2177,9/(2,7*2,7)=298,8 кН/м2,Wp,l=Wred*γ, где γ=1,3Wred-упругий момент приведенного к бетону сеченияAred=lf*hf+αs*As,ef=100*30+8,33*4.36=3036.32 cм2αs=Es/Eb=2*105/2.4*104=8.33Sred-статический момент относительно нижней грани сечения.Sred= lf*hf*0.5*hf+ αs*Aef*as=100*30*0,5*30+8,33*4.36*4=45145.28см3У0= Sred/ Ared=45145.28/3036.32=14.9смIred=( lf*bf3/12)+ bf*hf*(0.5lf- У0)2+ αs*As,ef*( У0-αs)2=(100*303/12)++100*30*(0,5*30-14.9)2+8,33*3,14*(14.9-4)2=229345см4Wred= Ired/ У0=231345/14.9=16492см3Wp,l=15392*1,3=22208.6см3Mcrc=Rbt,n*Wp,l*10-6=1100*20008.6*10-6=22.кНмMn=10.25кНм <Mcrc=22кНмПроверка выполнена. Трещин не образуется.План фундаментаПри составлении плана фундамента следует учитывать следующие факторы:1)Для двух колонн в температурно-усадочном шве проектируют подколонник с двумя стаканами. Привязки колонн к поперечной разбивочной оси составляют по 500мм. Толщина стенок стакана tst≥150мм, поэтому вдоль продольных разбивочных осей будут получены следующие размеры:Нормальная сила в уровне обреза фундамента от нормативных длительно действующих нагрузок увеличиться за счет двух рядов ригелей и колонн.Nn,l*=Nn*+[hp*bp*25*(1/l2)*l1*l2*γn*nэ+( nэ-1)*Gk*γn+Gk,l*γn]*ψd=1980+[0,8*0,3*25*(1/5,4)*8,4*5,4*1*5+( 5-1)*14,5*1+15,5*1]*1=2305,5 кНAf,тр===8.6м2bf,тр===2.71мПринимаю bf=2700мм.При ширине блок-подушки ленточного фундамента bf=1,2м. Их число вдоль поперечных стен может быть определено следующим образом:n1*l1+0.51 – расстояние в осях продольных стенn1*l1+0.51-1,2 – расстояние в свету между блок подушками3*8,4+0,51-1,2=24,51мn===20,77Принимаем 20 подушки, тогда расстояние между ними будет равно:==0,0395м=3,95см.Спецификация арматурыМаркаПози-цияОбозна-чениеНаиме-нованиеДлина, ммКол-воМассаЕд., кг/мОбщая, кгФундамент Ф-1С-11ГОСТ 5781-82Ø14А4002780151,20818,122ГОСТ 5781-82Ø14А4002780151,20818,12С-23ГОСТ 5781-82Ø8А400860200,3956,794ГОСТ 5781-82Ø8А400860200,3956,795ГОСТ 5781-82Ø12А400145080,88810,36ГОСТ 5781-82Ø8А40086040,3951,36С-37ГОСТ 5781-82Ø8А400860180,3956,118ГОСТ 5781-82Ø8А400860180,3956,11Всего∑:73,7Фундамент Ф-2С-49ГОСТ 5781-82Ø10А400115070,6174,9710ГОСТ 5781-82Ø10А400118070,6175,10Всего∑:10,07СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫСП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия (Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*). – М.: Минрегион России, 2011.СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений (Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*). – М.: Минрегион России, 2011.СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Общие положения (Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003). – М.: Минрегион России, 2012.СП 131.13330.2012. Строительная климатология (Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*). – М.: Минрегион России, 2012.Красовицкий М.Ю. Проектирование фундаментов промышленных и гражданских зданий. Курс лекций. – М.: МИИТ,2011.