Анна конструкции-100% (Реконструкция административного здания в г. Благовещенске)

2.1 Расчет внецентренно - сжатого фундамента Фм-1

2.1.1. Исходные данные для проектирования.

Проектируемый фундамент – на естественном основании. Грунты основания - однородные, преобладающий компонент – супесь. Объемный вес материала фундамента и грунта на его уступах γ = 20кН/м³. Условное расчетное сопротивление грунта R₀=0,33Мпа.

Тип фундамента – столбчатый монолитный из железобетона. Диаметр арматуры колонны -20мм, сечение колонны h₁хb₁– 400х400мм.

Материалы фундамента:

бетон кл. В15, R_b= 8,5 МПа; R_bt =0,75МПа ,γ _b1 =1,0;

арматура класса А400; R_s=355МПа.

Расчетное усилие для фундамента N₁ = -1830,66 кН, и соответствующий изгибающий момент M₁ = -65,14 кНм.

2.1.2. Определение геометрических размеров фундамента.

2.1.2.1. Высота фундамента определяется из условий:

а) обеспечение жесткой заделки колонны вы фундаменте:

Н_ф.з. ≥ h_з + 0,25 (2.1)

где h_{з .} ≥ h₁ = 0,4м и h_{з .} ≥ 1,5b₁= 1,5*0,4=0,6м

Глубина заделки принимается 0,6

Тогда: Н_ф.з. ≥ 0,6 + 0,25 = 0,85м

б) Обеспечение анкеровки рабочей арматуры колонны:

Н_ф.ан ≥ h_ан + 0,25м (2.2)

где 0,25 – минимальная толщина дна стакана с учетом подливки

Основная длина анкеровки, необходимся для передачи усилия в арматуре на бетон определется по формуле:

(2.3)

где A_s –площадь поперечного сечения анкеруемого стержня

u_s – периметр сечения анкеруемого стержня

- расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном,

принимается равномрнораспределенным по длине анкеровки и

определяется по формуле:

(2.4)

где - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;

- коэффициент, учитывает влияние вида поверхности арматуры,

равен 2;

- коэффициент, учитывает влияние размера арматуры, равен 1

Требуемая расчетная длина анкеровки арматуры с учетом конструктивного решения элемента в зоне анкеровки определяется по формуле:

(2.5)

где , - площадь поперечного сечение арматуры в колонне, требуемая

по расчету и фактически установленная

α – коэффициент , учитывающий влияние на длину анкеровки напряженного состояния бетон и арматуры и конструктивного решения в зоне анкеровки, для сжатых стержней равен 0,75

Фактическая длина анкеровки принимается ≥ и не менее

0,3 = 0,3*118,41=35,52см и не менее 15d_s= 2,0*15=30,0см

Окончательно принимается = 90,0 см

Здание с подвалом, температура в подвале равна +5°С. Нормативная глубина промерзания для г. Благовещенска составляет 2,85м. Расчетная глубина промерзания определяется по формуле:

(2.6)

где M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных

значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в

данном районе, принимаемых по [1], составляет:

«минус» (22,3+17,2+7,2+10,4+20,4)= «минус»77,5°С

d₀ - величина, принимаемая равной для супесей - 0,28;

k_h- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый по табл.1[16] равен 0,7.

Принимаем высоту фундамента 1,8м. тогда глубина заложения фундамента d составит: 1,8+0,15=1,95м.

2.1.2.2. Размеры подошвы фундамента

Требуемая площадь подошвы фундамента определяется по офрмуле:

(2.7)

где d-глубина заложения фундамента;

γ_m – усредненная нагрузка от единицы обема фундамента и грунта на

его уступах, равен 1,3;

R₀ - давление грунта

Отношение ширины подошвы фундамента к ее длине задается . Тогда ширина подошвы фундамента определяется как:

, (2.8)

Длина подошвы равна : l=1,2b =1,2*2,29=2.75м

Принимаем подошву фундамента размерами 2,40×2,80м.

Уточненное нормативное давление грунта определяется по формуле:

(2.9)

Где k₁=0,05; d₀ = 2,0м; b₀ = 2,0м

Таким образом, размеры подошвы фундамента: 2,4х2,8м. Высота фундамента - 1.95м. Размеры стакана: l_uc = 1,0м, b_uc = 0,6м, толщина стенки стакана поверху равна 0,2м.

Вынос подошвы фундамента за грань стакана составляет:

Следовательно необходимо выполнить 2 ступени высотой h_f2 = 0,3м, при этом высота стакана h_uc = 0,95м. Вылет верхней ступени принимается с = с₂ - с₁ = 0,9-0,45=0,45м.

Общий вид фундента показан на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 – Схема фундамента, разрез

2.1.3. Расчет прочности элементов фундамента.

Нормативная нагрузка от вес фундамента и грунта на его обрезах определяется по формуле:

(2.10)

(2.11)

, следовательно эпюра напряжений в грунте трапециевидная (см. рисунок 2.2).

(2.12)

Рисунок 2.2 – Эпюра напряжений в грунте

2.1.4. Расчет арматуры подошвы фундамента

; (2.13)

где - момент сопротивления, определяется по формуле:

(2.14)

- площадь подошвы фундамента, равна:2,8х2,4=6,72м²

;

Подбор арматуры производится в трех сечениях фундамента.

Сечение I-I

(2.15)

(2.16)

Рабочая высота подошвы h₀₁ = h_f2 -0,05 = 0,25m

(2.17)

Сечение II - II

(2.18)

(2.19)

Рабочая высота подошвы h01 = 0,55m

Сечение III - III

(2.20)

(2.21)

Рабочая высота подошвы h₀₁ = 1,90m

Максимальное значение – 5,53см².

Примем шаг стержней 200мм, расстояние от края подошвы до первого стержня составляет 50мм, тогда количество равно 15шт, Диаметр арматуры 12мм (A=1,13см²) примем конструктивно.

Процент армирования μ:

Сечение I – I:

(2.22)

Сечение II – II:

(2.23)

Сечение III – III:

(2.24)

Одно из значений процента армирования (μ₃) менее μ_min = 0,1%, следовательно необходимо увеличить количество стержней до 17шт (шаг 200мм+ добавочные по 100мм), тогда:

, условие выполняется.

2.1.5 Армирование стакана фундамента

Принимаем площадь продольной арматуры стакана исходя из минимального процента армирования

(2.24)

,

Примем 4стержня 16А400, (As = 2,01*4=8,04см²)

Поперечное армирование принимается в виде горизонтальных сеток, с заведением их за ближайшую к стакану ступень (шаг сеток 150мм), с расположением стержней у наружной и внутренней поверхности стенок стакана.

Поперечная арматура принимается по конструктивным соображениям из стержней 10мм класса А240.

2.2 Расчет центрально-нагруженного фундамента Фм-2

2.2.1. Исходные данные для проектирования см.п.2.1.1.

Расчетное усилие для фундамента N₁ = -1020,80 кН, М=57,7кН

2.2.2. Определение геометрических размеров фундамента.

2.2.2.1. Высота фундамента определяется из условий:

а) обеспечение жесткой заделки колонны вы фундаменте (2.1)…(2.6):

Н_ф.з. ≥ 0,6 + 0,25 = 0,85м

Фактическая длина анкеровки принимается ≥ и не менее 0,3 = 0,3*118,41=35,52см и не менее 15d_s= 2,0*15=30,0см

Окончательно = 90,0 см

Глубина заложения фундамента d составляет 1,95м.

2.2.2.2. Размеры подошвы фундамента определяется по формуле

Принимаем квадратный фундамент с соотношением сторон 1/1. Тогда сторонаподошвы фундамента определяется как:

,

Принимаем подошву фундамента размерами 1,90×1,90м.

Уточненное нормативное давление грунта определяется по формуле:

где k₁=0,05; d₀ = 2,0м; b₀ = 2,0м

Таким образом, размеры подошвы фундамента: 1,9х1,9м. Высота фундамента – 1.95м, l_uc = b_uc = 0,6м. Толщина стенки стакана поверху – 0,2м.

Вынос подошвы фундамента за грань стакана:

- выполним 2 ступени высотой h_f2 = 0,3м, при этом высота h_uc = 1,35м. Вылет верхней ступени принимается с = с₂ - с₁ = 0,65-0,35=0,3м.Общий вид фундента показан на рисунке 2.3

Рисунок 2.3 – Схема фундамента Фм-2, разрез.

2.2.3. Расчет прочности элементов фундамента.

Давление под подошвой фундамента от расчетной нагрузки определяется по формуле

p_s = N/A_f,tot (2.25)

p_{s t} =1020,80*10³/1900² = 0,283 МПа

Рабочая высота фундамента определяется исходя из трех условий:

-по условию прочности на продавливание, по формуле:

h₀ = (h_c + b_c)/4 + 1/2N/(R_bt + P) (2.26)

h₀ = (400 + 400)/4 +1/21020,810/(0,75 +0,282) = 249,73мм

Тогда высота фундамента определится по формуле

H = h₀ +  (2.27)

где а- толщина бетонной подготовки под фундамент

H = 249,73 +50 = 299,73 мм.

-по условию заделки колонны в фундаменте полная высота фундамента определяется по формуле

H = 1,5h_c + 250 (2.28)

H = 1,5·400 + 250 = 850 мм.

-по требованию анкеровки сжатой арматуры колонны 20 A-III в бетоне класса В20 определится по формуле

H = _and + 250, (2.29)

где _an - коэффициент, определяемый по нормативной литературе.

H = 1720 + 250 = 590 мм

Из трех условий к расчету принимаем фундамент высотой Н = 850 мм, двухступенчатый, с высотой нижней ступени h₁ = 300 мм

С учетом подготовки под подошвой фундамента рабочая высота определится по формуле

h₀ = H –  (2.30)

h₀ = 850 – 50 = 800 мм

Рабочая высота для первой ступени h₀₁ = 300 – 50 = 250 мм.

Ступени фундамента работают под воздействием реактивного давления грунта снизу, подобно консолям, заделанным в массив фундамента. Так как фундамент не имеет поперечной арматуры, высота нижней ступени в наклонном сечении, на действие для единицы ширины этого сечения (b = 1 мм) проверяется по формуле:

Q = 0,5( - h _c – 2h₀)bp, (2.31)

Q = 0,5(1900 – 250 - 2800)10,278 = 7,075 H

Значение поперечной силы, воспринимаемой бетоном, определяется по формуле:

Q_b,min = 0,6 R_btbh₀₁, (2.32)

Q_b,min = 0,60,751250 = 112,5 Н

Так как Q_b,min > Q = 7,075 Н, то прочность нижней ступени по наклонному сечению обеспечена.

Площадь сечения арматуры подошвы квадратного фундамента определяется из условия расчета фундамента на изгиб в сечениях I-I и II-II по формуле

A_s = M/(0,9h₀R_s) (2.33)

где M – изгибающий момент в сечениях.

Изгибающие моменты определяются по формулам: