Расчет на продавливание фундаментной плиты пример - AUGUST-DOM.RU

Расчет на продавливание фундаментной плиты пример

Расчет фундаментной плиты на продавливание

Произведем проверочный расчет фундаментной плиты на продавливание с учетом усилий, возникающих расчетной схеме в наиболее нагруженной колонне подвального этажа. Помимо продольной силы N в колонных подвального этажа получены изгибающие усилия My и Mz. В этом случае условие прочности при расчете на продавливание будет иметь вид:

,

где F=N=3630 кН – сосредоточенная продавливающая сила;

Mx=Mz/2=5,62/2=2,81 кНм – изгибающий момент в направлении оси OX при расчете на продавливание;

My=My/2=1,6/2=0,8 кНм – изгибающий момент в направлении оси OY при расчете на продавливание;

u – периметр расчетного контура продавливания;

Wb , x – момент сопротивления в направлении момента Mx;w

Wb , y – момент сопротивления в направлении момента My.

,

где a, b – размеры поперечного сечения колонны. a=b=hcol=400 мм.

,

мм 2

,

,

,

условие выполняется, следовательно, момент не корректируем.

,

условие прочности НЕ выполнено. Необходима установка поперечного армирования.

По конструктивным требованиям принимаем шаг поперечных стержней Sw=100 мм h /3=213,3 мм; 300 мм 2 ).

,

условие прочности выполняется, следовательно, несущая способность обеспечена.

Рисунок 4.16 – Схема расстановки поперечного армирования фундаментной плиты

Зону расстановки поперечного армирования принимаем от грани колонны не менее, чем на 1,5h =1,5∙640=960 мм.

Коэффициент запаса при расчете фундаментной плиты на продавливание составляет:

Окончательно принимаем толщину фундаментной плиты h=700 мм.

РАСЧЕТ ДЛИН НАХЛЕСТА И АНКЕРОВКИ

Максимальная длина арматурных стержней, выпускаемых для массового строительства, составляет 11,7 м. Так как габариты фундаментной плиты превышают это значение, то необходима стыковка стержней фонового армирования. Стыковку стержней будем производить внахлестку. Длинна нахлестки принимается не менее значения ll, определяемого по формуле:

,

где l – базовая длина анкеровки;

As , cal – площадь поперечного арматуры, требуемая по расчету;

As , ef – площадь поперечного фактически установленного армирования;

α – коэффициент, учитывающий влияние напряженного состояния арматуры, конструктивного решения элемента в зоне соединения стержней, количества стыкуемой арматуры в одном сечении по отношению к общему количеству арматуры в этом сечении, расстояния между стыкуемыми стержнями. При соединении арматуры периодического профиля с прямыми концами, а также гладких стержней с крюками или петлями без дополнительных анкерующих устройств коэффициент α для растянутой арматуры принимают равным 1,2, а для сжатой арматуры — 0,9. При этом должны быть соблюдены следующие условия:

· относительное количество стыкуемой в одном расчетном сечении элемента рабочей растянутой арматуры периодического профиля должно быть не более 50 %, гладкой арматуры (с крюками или петлями) — не более 25 %;

· усилие, воспринимаемое всей поперечной арматурой, поставленной в пределах стыка, должно быть не менее половины усилия, воспринимаемого стыкуемой в одном расчетном сечении элемента растянутой рабочей арматурой;

· расстояние между стыкуемыми рабочими стержнями арматуры не должно превышать 4ds;

· расстояние между соседними стыками внахлестку (по ширине железобетонного элемента) должно быть не менее 2ds и не менее 30 мм.

В любом случае фактическая длина перепуска должна быть не менее 0,4α⋅l0,an, не менее 20ds и не менее 250 мм.

В качестве одного расчетного сечения элемента, рассматриваемого для определения относительного количества стыкуемой арматуры в одном сечении, принимают участок элемента вдоль стыкуемой арматуры длиной 1,3ll. Считается, что стыки арматуры расположены в одном расчетном сечении, если центры этих стыков находятся в пределах длины этого участка.

Базовая длина анкеровки l вычисляется по формуле:

,

где As – площадь поперечного сечения одного стержня, определяемая по номинальному диаметру;

us – периметр сечения одного стержня, определяемый по номинальному диаметру;

Rbond – расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном.

,

где η1 – коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры, принимаемый для ненапрягаемой горячекатаной и термомеханически обработанной арматуры класса А равным 2,5;

η2 – коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, принимаемый равным:

для ненапрягаемой арматуры:

η2 = 1,0 — при диаметре арматуры ds ≤ 32 мм;

η2 = 0,9 — при диаметре арматуры 36 и 40 мм;

Чтобы обеспечить включение в работу дополнительного армирования необходимо укладывать арматурные стержни таким образом, чтобы они перекрывали зону, в которой возникают пиковые значения изгибающих моментов и заходили за ее границы не менее, чем на длину анкеровки. Требуемая расчетная длина анкеровки вычисляется по формуле:

,

где l , As , cal, As , ef – то же что и в формуле для длины нахлестки;

α – коэффициент, учитывающий влияние на длину анкеровки напряженного состояния бетона и арматуры и конструктивного решения элемента в зоне анкеровки. Для ненапрягаемой арматуры при анкеровке стержней периодического профиля с прямыми концами (прямая анкеровка) или гладкой арматуры с крюками или петлями без дополнительных анкерующих устройств для растянутых стержней принимают α = 1,0, а для сжатых — α = 0,75.

Так как все подобранные арматурные стержни имеют диаметр менее 36 мм, то для принятого класса арматуры А500С в бетоне класса B25:

,

Вычислим базовую длину анкеровки для принятых диаметров арматуры:

ø14А500С:

ø18А500С:

ø20А500С:

В запас несущей способности принимаем . Тогда необходимые по расчету длина анкеровки, длина нахлестки и разбежка стыкуемых стержней представлены в таблице 5.1.

Арматурный стержень

Базовая длина анкеровки,

Арматурные стержни для массового строительства поставляются длиной 11,7 м. Ввиду этого для удобства укладки и минимизации числа арматурных обрезков длина стержней дополнительного армирования принимается делением исходного стержня на равные части (1/2; 1/3; 1/4; 1/5; 1/6). С учетом полученной в проектно-вычислительном комплексе и требуемой длиной анкеровки длина стержней дополнительного армирования под колоннами необходима не менее 3760 мм в направлении оси OX (рисунок 5.1) и не менее 3260 мм в направлении оси OY (рисунок 5.2). Подбираем длину стержней дополнительного армирования 11700/3=3900 мм (3900 > 3760; 3900 > 3260).

Рисунок 5.1 – Подбор длины дополнительного нижнего армирования под колонной в направлении оси OX

Рисунок 5.2 – Подбор длины дополнительного нижнего армирования под колонной в направлении оси OY

В других зонах, требующих установки дополнительного армирования, длину арматурных стержней подбираем аналогичным образом.

Дата добавления: 2019-07-17 ; просмотров: 416 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Расчет фундаментной плиты на продавливание – условия и процесс выполнения

Основной функцией фундамента является принятие и равномерное распределение на грунт нагрузок, поступающих от наземной части здания. Чтобы конструкция оказалась работоспособной и не чрезмерно массивной, на застраиваемом участке требуется провести гидрогеологическое исследование грунтов и выполнить проект фундамента, исходя из конкретных условий. При его разработке учитываются различные факторы, в том числе возможные деформации основания, характерные для всех или только отдельных видов подземных конструкций. К примеру, расчет фундаментной плиты на продавливание относится к специфическим вычислениям, а определение несущей способности производится при проектировании любых фундаментов.

Продавливающая нагрузка

Плитный фундамент представляет собой конструкцию, в которой ширина и длина имеют показатели, значительно превышающие ее толщину. В этом случае сосредоточенные нагрузки могут вызвать локальное продавливание бетонного монолита, к примеру, в месте расположения массивного оборудования малой площади, сваи или одной из колонн. Точно выполненный расчет позволяет обойти подобные явления путем усиления конструкции, а именно:

  • увеличения толщины бетонной плиты, зачастую – только в местах сосредоточения нагрузок;
  • расширения подошвы опирающейся конструкции;
  • укладки дополнительных арматурных стержней и наращивания защитного слоя бетона в зоне действия точечной нагрузки;
  • повышения марки бетонного раствора.

Так как сила давления на фундаментную плиту от колонны или столба затрагивает небольшую площадь, ее показатели могут достигать значительных величин. От основания контактной поверхности вглубь фундамента сосредоточенная нагрузка распределяется под углом 45 градусов, что формирует в теле плиты опорную пирамиду, принимающую на себя основное давление от колонны. В результате, на границе между нагруженной и незадействованной частью бетонного монолита постоянно присутствуют растягивающие усилия, что губительно влияет на искусственный камень.

Чем тоньше фундаментная плита или меньше опорная площадь колонны, тем более пагубное воздействие на монолитный бетон оказывает продавливающая нагрузка.

Наглядным примером может служить человек, шагающий по неутрамбованному снегу. Нагрузка от его веса сосредотачивается то на одной, то на другой ноге, поэтому настил с легкостью продавливается. Но стоит только путнику встать на лыжи, как проблемы исчезают, так как опорная площадь увеличивается, за счет чего масса человека начинает распределяться по поверхности снега равномернее. Что касается плитного фундамента, то увеличение его толщины, также как и расширение контактной площади с колонной, приводит к более удачной дислокации нагрузок.

Читайте также  Устройство фундаментных плит железобетонных плоских

Рассматривая продавливание фундаментной плиты, нельзя обойти частный пример, касающийся точечных свайных опор. В этом случае на плитный ростверк тоже воздействуют сосредоточенные нагрузки, но их распределение в бетонном монолите происходит снизу вверх. Другими словами, схема, описанная выше, получается перевернутой.

Наиболее критичными для бетонной плиты считаются продавливающие нагрузки, действующие сразу в двух направлениях – снизу и сверху, но в разных плоскостях. К примеру, когда колонна расположена между сваями. В этом случае возрастает вероятность продавливания плитного ростверка сразу в нескольких местах.

Расчет на продавливающие нагрузки

Обеспечить запас прочности на продавливание фундаментной плиты, не превысив разумных пределов, поможет соответствующий расчет. Им не стоит пренебрегать в случаях присутствия сосредоточенных нагрузок, иначе затраченные материальные средства на возведение фундамента и наземной части дома окажутся напрасными. Экономия на проекте, в данной ситуации, может привести к фатальным результатам.

Расчет на продавливание плитного фундамента производится для определения основных параметров конструкции, таких как:

  • толщина плиты;
  • общая площадь арматуры – количество и диаметр стержней;
  • класс бетона.

Величины определяются индивидуально, исходя из конструктивных особенностей строения и геологических изысканий грунта на участке. Сам расчет производится по формулам и требованиям государственных или отраслевых нормативов. Привязка объекта к местности выполняется персонально.

Прежде всего, выясняется рабочая толщина монолитной плиты без учета защитного слоя бетона, расположенного с обратной от воздействующей нагрузки стороны. К примеру, если толщина плитного фундамента составляет 500мм, а расстояние от арматурных стержней до ближайшей наружной плоскости монолита – 45мм, то в расчете будет участвовать высота плиты, составляющая 455мм. Этот показатель прибавляется ко всем четырем сторонам опорной части колонны, в результате чего получается размер нижнего основания пирамиды продавливания.

Алгоритм и используемые при расчете плитного фундамента на продавливание формулы зависят от варианта расположения колонн:

  • внутри периметра плиты;
  • у края плиты;
  • возле стен.

Расчетный показатель сосредоточенной силы не должен превышать максимальную нагрузку, которую способен воспринимать бетон определенной марки, усиленный арматурным каркасом. Данное условие является основным для всех расчетов на продавливание. Следует учитывать, что поперечное армирование в значительной степени увеличивает восприятие продавливающих усилий, равномерно распределяя их в толще фундаментной плиты и расширяя зону опорной пирамиды. Дополнительные вертикальные стержни концентрированно располагают в зоне установки колонн, а не по всей площади плиты, в результате чего удается избежать перегруженности фундамента арматурой.

Коэффициент армирования является важной составляющей расчета, поэтому он закладывается еще на стадии проектирования.

Если при расчете плиты на продавливание основное требование по нагрузкам не обеспечивается, то инженеры используют локальное утолщение фундаментной плиты с помощью банкетки. Размеры ее сторон выбирают таким образом, чтобы они могли перекрывать площадь пирамиды продавливания на уровне стыковки банкетки и плиты. Расчет и корректировки продолжают до тех пор, пока значение сосредоточенной нагрузки не окажется ниже максимально возможного усилия, воспринимаемого бетоном.

Расчёт плитной части фундамента на продавливание

При расчётах на продавливание и на прочность реактивное давление грунта по подошве фундамента определяют от расчётных нагрузок без учёта собственного веса фундамента и грунта на его уступах, так как обусловленные этими нагрузками давления на грунт уравновешиваются соответствующим реактивным давлением грунта и не вызывают усилий изгиба в теле фундамента. При центральном и внецентренном нагружении соответствующие зависимости будут иметь следующий вид:

,

,

.

Опыты показывают, что продавливание железобетонных фундаментов от вертикальной нагрузки происходит по поверхностям с углом 45° к горизонтальной плоскости. Различают две схемы работы и соответственно расчёта отдельных фундаментов на продавливание в зависимости от вида сопряжения фундамента с колонной.

Работа по первой схеме происходит при монолитном сопряжении колонны с плитной частью фундамента или её подколонника с плитной частью фундамента, а также при стаканном сопряжении сборной колонны с высоким подколонником, когда выполняется условие . В этом случае продавливание плитной части рассматривается от низа монолитной колонны или подколонника на действие продольной силы N и изгибающего момента M (рис. 7, а, б).

Работа по второй схеме происходит при стаканном сопряжении сборной колонны с низким подколонником, когда выполняется условие . В этом случае фундамент рассчитывается на продавливание плитной части от дна стакана (рис. 8), а так же на раскалывание от продольной силы Nс , действующей в уровне торца колонны (рис. 9).

Продавливание отдельного фундамента происходит при образовании наклонных трещин, по границам которых бетон испытывает разрыв. При угле наклона такой трещины, равном 45°, на её границе действуют главные растягивающие напряжения σmt (касательные напряжения отсутствуют), и при достижении σmt предела прочности бетона на растяжение (при расчётах по несущей способности используют расчётное сопротивление бетона растяжению) возникают трещины.

Рис. 7. Схемы образования пирамиды продавливания при стаканном сопряжении сборной железобетонной колонны с высоким подколонником: а – центрально нагруженный фундамент, б – внецентренно нагруженный фундамент

При продавливании плитной части центрально нагруженного фундамента по первой схеме расчёт производят из условия равенства суммы всех сил на вертикальную ось:

,

ui — полусумма оснований i-ой боковой грани пирамиды продавливания;

h,pl = hplas — рабочая высота сечения плитной части;

— размер грани пирамиды продавливания;

Rbt — расчётное сопротивление бетона осевому растяжению с учётом коэффициента условия работы γb1 , учитывающего длительность действия нагрузки;

as расстояние от подошвы фундамента до оси рабочей арматуры сетки С-1.

При наличии подготовки под подошвой фундамента первоначально принимают as = 40 мм, а при её отсутствии — as = 75 мм. В результате условие прочности может быть записано в следующем виде:

,

где um — среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания, образующейся в пределах высоты h0,pl ,

Как видно из вышеприведенной формулы, продавливающая сила Fpr принимается равной разности значений продольной силы N, действующей на пирамиду продавливания, и произведения величины реактивного давления грунта на площадь большего основания этой пирамиды, расположенного в уровне арматурной сетки С-1. Из рис. 7, а следует, что продавливающая сила численно равна величине отпора грунта, умноженного на разность площадей подошвы фундамента и нижнего основания пирамиды продавливания, так как

Если продавливание происходит от низа монолитной колонны, то в указанных выше формулах вместо размеров подколонника lcf и bcf принимают соответствующие размеры поперечного сечения колонны lc и bc.

При расчёте на продавливание внецентренно нагруженного фундамента по первой схеме проверку прочности упрощают и выполняют для одной наиболее нагруженной грани пирамиды продавливания по формуле

,

bm — средний размер проверяемой грани пирамиды продавливания,

;

F’pr — часть продавливающей силы, приходящаяся на проверяемую грань пирамиды продавливания,

А — часть площади основания фундамента, ограниченная нижним основанием рассматриваемой грани пирамиды продавливания и продолжением в плане её соответствующих рёбер,

Как уже отмечалось, при расчёте внецентренно нагруженного фундамента в плоскости действия изгибающего момента значение pmax вычисляют от расчётных нагрузок, действующих в уровне обреза фундамента. При действии на фундамент изгибающих моментов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях расчёт на продавливание выполняют раздельно для каждого из этих направлений. Если продавливание происходит от низа монолитной колонны, то в расчётных формулах вместо размеров подколонника lcf и bcf принимают соответствующие размеры поперечного сечения колонны lc и bc .

При стаканном сопряжении сборной железобетонной колонны с низким подколонником расчёт выполняют по второй схеме (рис. 8) и продольную силу Nc, действующую в уровне торца колонны, определяют из условия

− коэффициент, учитывающий частичную передачу продольной силы N на плитную часть фундамента через стенки стакана;

Ас — площадь боковой поверхности колонны, заделанной в стакан фундамента,

lc , bc — размеры поперечного сечения колонны;

hc,st — глубина заложения колонны в стакан;

N — продольная сила в уровне обреза фундамента;

R′bt расчётное сопротивление растяжению бетона замоноличивания стакана, принимаемое с учётом коэффициента условия работы γb1 , учитывающего длительность действия нагрузки. Для замоноличивания используют бетон класса не менее В15.

Рис. 8. Схема образования пирамиды продавливания при стаканном сопряжении сборной железобетонной колонны с низким подколонником

Проверку прочности на продавливание производят для одной наиболее нагруженной грани пирамиды продавливания по формуле

,

— часть силы продавливания, приходящаяся на проверяемую грань;

h,st — рабочая высота пирамиды продавливания от дна стакана до плоскости расположения растянутой арматуры сетки С-1;

Читайте также  Как правильно сделать гидроизоляцию фундамента

lst , bst — больший и меньший размеры дна стакана;

bm — средний размер проверяемой грани,

;

При невыполнении проверок на продавливание обычно увеличивают размеры плитной части фундамента и прежде всего её высоту h0,pl . Возможен также вариант установки вертикальных каркасов, что повышает прочность на продавливание, однако плитную часть отдельных фундаментов стремятся армировать только сеткой в уровне их подошвы.

При работе фундамента на продавливание по второй схеме требуется выполнить расчёт его прочности на раскалывание.Если колонна менее развита в поперечном направлении, чем фундамент, т.е. при выполнении условия bc / lc ≤ Аb / Аl , проверку прочности производят по формуле

.

Если колонна более развита в поперечном направлении, чем фундамент, т.е. при выполнении условия bc / lc > Аb / Аl , проверку прочности производят по формуле

,

μb — коэффициент трения бетона по бетону, принимаемый равным 0,75;

kgr — коэффициент, учитывающий совместную работу фундамента с грунтом (kgr = 1,3 при наличии засыпки фундамента грунтом; kgr = 1 при отсутствия засыпки фундамента грунтом в подвалах);

Аl , Аb — площади вертикальных сечений фундамента в плоскостях, проходящих по осям сечения колонны параллельно соответственно сторонам lf и bf подошвы фундамента, за вычетом площади сечения стакана (рис. 9).

Рис. 9. Площади вертикальных сечений фундамента Аl (а) и Аb (б) при его расчёте на раскалывание

Если соотношение размеров поперечного сечения колонны таково, что bc / lc 2,5), то в приведенных выше расчётных формулах принимают bc / lc = 0,4 (lc / bc = 2,5). Во всех остальных случаях используют фактические соотношения размеров.

Расчет фундаментной плиты на прочность и продавливание

Расчет фундаментной плиты на продавливание позволяет обеспечить запас прочности основания, вычислить размеры монолитного блока. На изготовление основания затрачивается треть бюджета строительства, поэтому естественным желанием заказчика является максимальная экономия средств.

Расчет фундаментной плиты на прочность необходим для того чтобы знать марку бетона, количество арматуры, а также толщину самой плиты.

Расчет на продавливание необходим для определения минимально возможного класса бетона, толщины фундаментной плиты, количества арматуры внутри нее.

При проектировании зданий на плиту опирают либо стены по периметру, либо колонны, на которые крепятся материалы стен. Поэтому расчеты всегда индивидуальны для каждого объекта.

Конструирование плит с колоннами внутри периметра

Толщина монолитного фундамента под колонну в этом случае рассчитывается исходя из конструктивных особенностей основания:

Схема устройства плитного фундамента.

  • плита может находиться между колоннами;
  • колонна опирается на монолит сверху;
  • ж/б элементы основания сопрягаются друг с другом.

Общим условием является меньшее значение сосредоточенной силы от нагрузок, чем усилия, воспринимаемого бетоном данного сечения (F My/Mmax + Mx/Mult + F/Fmax

Где Mx, My – сосредоточенные моменты, действующие в соответствующих направлениях, Mult, Mmax – предельные моменты, которые может воспринимать бетон в этих же направлениях. Величина F – это сила от внешних нагрузок, Fmax – усилие, воспринимаемое бетоном в расчетном сечении.

При вычислении расчетной площади продавливания учитываются расстояния между гранями колонны, краем плиты (c), размеры сечения (b, a), толщина монолита (h):

A = 0,5h(a + a(c/0,5h) + 2b + 2c + h)

Фундамент часто имеет технологические, эксплуатационные люки, проемы, отверстия. Специальные расчеты проводятся лишь при малом их удалении от места положения колонн (меньше 6h). В вычислениях оперируют сосредоточенными моментами, нормальными силами, они полностью идентичны предыдущим вариантам. Однако имеются специфические особенности расчетов:

  • от центра сечения проводят две прямые к краям отверстия;
  • расчет фундаментной плиты производят без учета получившегося между ними сектора.

Таким образом, расчет фундамента обеспечивает запас прочности для повышения ресурса основания здания, сооружения.

Расчет на продавливание возле стен

При расположении в сложных конструкциях колонн вблизи стен прочности фундамента должно хватать для выдерживания сосредоточенных в этих зонах нагрузок. Поэтому в данном случае используются дополнительные вычисления. Правила расчета при этом не изменяются, однако учитывается сосредоточенный момент лишь в одном направлении (из плоскости стены в колонну). Его принимают равным половине разности моментов изгиба монолитного основания.

Расчет плитного фундамента, в котором колонна находится возле угла стен, не учитывает момент, берется лишь значение продольной силы. Вычисления на отрыв присутствуют в схемах подвешивания плиты к стене, они проводятся в дополнение к вышеуказанным. Отгибы арматуры в зоне опирания колонны принимаются за концентрированное продольное армирование. В этом случае в расчет на прочность добавляется поперечное сечение отгибов, угол их наклона к плите.

Таблица: Необходимое количество бетона в зависимости от толщины фундаментной плиты.

В качестве поперечной концентрированной арматуры также рассматриваются элементы из профилированной стали. Расчет плиты проводится согласно общим правилам, площадь сечения вычисляют в зависимости от толщины полок, стенок профиля.

Существуют методики экспериментального продавливания кусков ж/б плит специальными штампами, повторяющими форму основания колонн (крестообразное, угловое, квадратное сечение). При эксперименте исключается разрушение от изгибающих нагрузок, для чего задаются необходимые параметры армирующего слоя (шаг, диаметр стержней), образцы плит берутся равными 20 см в толщину. Толщина пластин штампов также равна 20 см.

Сложность моделирования поведения железобетона заключается в нелинейности материалов, анизотропности бетона. Касательные напряжения внутри монолитных оснований с опиранием на них колонн имеют следующие изометрические линии. Пример расчета по методике конечных элементов для 20 см плиты с нижней, верхней армосетками из прутков класса А400С диаметром 1 см с шагом в перпендикулярных направлениях 15 см показал:

  • разрушение происходит на шестой ступени приложения продавливающей нагрузки;
  • предельно-полезная нагрузка для заданных условий не превышает 27 кН на квадрат;
  • пределы прочности железобетона равны: растяжения – 1,05 МПа, сжатия – 14,5 МПа;
  • модуль упругости равен 30 ГПа.

В большинстве случаев расчеты показывают, что трещинообразование в монолитном бетоне происходит в направлении 45 градусов от осей, арматурным стержням присущи пластические деформации.

Расчет фундаментной плиты

Расчет фундаментной плиты является достаточно сложным, поскольку выполняется в 3D постановке с учетом совместной работы дома и основания. Фундаментная плита является одним из наиболее распространенных фундаментов в индивидуальном жилищном строительстве (далее ИЖС). В данной статье рассмотрены основные аспекты расчета, проектирования и строительства фундаментной плиты для ИЖС.

Фундаментная плита. Термины и определения

Фундаментная плита (raft foundation) — это фундамент в виде сплошной бетонной или железобетонной плиты, который передает нагрузки на основание от всего сооружения.

Суть работы и особенности фундаментной плиты

Рассмотрим работу фундаментной плиты под нагрузкой. Основная нагрузка на фундаментные плиты передается через несущие стены и колонны. На рисунке 2 показана деформированная схема системы «фундаментная плита – грунтовое основание» (для наглядности деформации увеличены во много раз и показаны в сечении). Как видно из рисунка 2, под стенами осадки плиты имеют максимальные значения, а между стенами осадки значительно меньше, поэтому формируется выгиб в противоположенную сторону.

Суть работы фундаментной плиты заключается в том, что в совестную работу с основанием включается не только та часть фундамента, на которую непосредственно действуют нагрузки, но относительно свободная от нагрузок часть фундамента. Таким образом, действующие на фундамент нагрузки «размазываются» по всей площади фундаментной плиты, вследствие этого появляются следующие преимущества относительно ленточного и столбчатого фундаментов:

  • значительно снижается удельная нагрузка на грунт;
  • значительно повышаются запасы по несущей способности основания;
  • значительно снижаются осадки основания и их неравномерность.

Исходя из особенностей работы фундаментной плиты, вытекают особенности армирования. Между несущими стенами или колоннами, как правило, рабочее армирование требуется в верхней зоне плиты, а под ними – рабочее армирование требуется в нижней зоне.

Изополя армирования фундаментной плиты в верхней зоне по оси Х

Изополя армирования фундаментной плиты в нижней зоне по оси Y

Область применения фундаментных плит

Фундаментные плиты целесообразно использовать:

  • при возможности резкого ухудшения деформационно-прочностных характеристик грунтов основания (например, вследствие изменения гидрогеологических условий);
  • на площадках, сложенных слабыми грунтами или грунтами с модулем деформации менее 10 МПа;
  • при наличии пучинистых грунтов и значительной чувствительности зданий к неравномерным деформациям;
  • при строительстве на просадочных грунтах;
  • при строительстве на органоминеральных и органических грунтах.

Иными словами, фундаментную плиту нужно применять в сложных инженерно-геологических условиях строительства. Если грунтовые условия достаточно хорошие, то дешевле применить ленточный фундамент с полами по грунту.

В частном строительстве фундаменты делают как правило малозаглубленными или вообще незаглубленными. Исходя из этого, фундаментная плита является предпочтительным вариантом, поскольку в отличие от ленточного фундамента, несущая способность основания будет гарантировано обеспечена даже на слабых грунтах.

Читайте также  Утепление грунта вокруг фундамента

Основные типы фундаментных плит для ИЖС

На участке строительства во многих случаях имеется перепад высот. Чтобы с одной стороны нивелировать этот перепад, а с другой – обеспечить требуемую высоту цоколя, разработаны различные варианты фундаментной плиты. На рисунках 5-11 показаны наиболее распространенные варианты фундаментных плит (подготовка под фундаменты условно не показана).

1. Незаглубленная или малозаглубленная фундаментная плита на участке без перепада.

2. Малозаглубленная фундаментная плита со встроенной подпорной стенкой на участке с перепадом

3. Малозаглубленная фундаментная плита ребрами вниз

4. Малозаглубленная фундаментная плита ребрами вверх

5. Заглубленная фундаментная плита (подземный этаж)

6. Фундаментная плита с ребрами или без на насыпи

7. Фундаментная плита на насыпном основании плюс подпорные стенки

Подробно о том, какие бывают подпорные стены, и как выполняется их расчет, написано здесь.

Расчет фундаментной плиты

Фундаментные плиты являются достаточно сложными конструкциями с точки зрения расчета. Дело в том, что простого способа выполнить их расчет не существует. В отличие от ленточного фундамента, фундаментную плиту можно рассчитать только с применением численных методов.

Расчет фундаментной плиты включает следующие основные пункты:

  1. расчет грунтового основания по несущей способности;
  2. расчет грунтового основания по деформациям;
  3. расчет железобетонных конструкций по первой и второй группам предельных состояний с подбором толщины и армирования;
  4. расчет фундаментной подушки;
  5. расчет теплоизоляции основания и фундамента;
  6. расчет устойчивости склона (откоса), если фундаментная плита расположена вблизи склона(откоса).

Наиболее корректный расчет фундаментной плиты предполагает рассмотрение совместной работы сооружения и основания. Такой расчет требует моделирования как минимум первого этажа, а в идеале – несущих конструкций всех этажей. Чем точнее моделируются условия работы фундаментной плиты, тем больше точность и достоверность расчетов, и тем экономичнее фундамент. Ниже рассмотрим пример расчета фундаментной плиты в пространственной 3D постановке с учетом совместной работы дома с основанием.

Моделируется фундаментная плита и несущие конструкции первого этажа.

Моделируются несущие конструкции второго этажа.

Расчетная модель разбивается на конечные элементы, задаются нагрузки.

Создается трехмерная модель грунтового основания.

Осуществляется привязка модели дома к модели основания.

На рисунке 12 показана модель основания в разрезе.

В результате расчета методом конечных элементов определяются усилия, подбирается толщина и армирование фундаментной плиты в соответствии с требованиями СП 63.13330.2018.

Толщину фундаментной плиты рекомендуется назначить из условия восприятия поперечных сил бетоном плиты, без поперечного армирования.

В результате расчета фундаментной плиты по материалу должны быть определены:

  • толщина фундаментной плиты;
  • требуемые характеристики бетона;
  • требуемые характеристики арматуры;
  • расположение слоев арматуры;
  • требуемое рабочее армирование (диаметр и шаг арматуры).

Подготовка под фундаментные плиты

Состав и объем подготовки под фундаментные плиты сильно разнится в зависимости от условий строительства.

Практически всегда нужно предусматривать бетонную подготовку толщиной 5-10 см из бетона В7,5. В большинстве случаев классическую бетонную подготовку можно заменить профилированной мембраной PLANTER.

Поскольку фундаментные плиты в ИЖС незаглубленные или малозаглубленные, а грунты основания во многих случаях пучинистые, то рекомендуется:

  • во-первых, выполнить подушку расчетной толщины из непучинистого грунта (песок гравелистый, крупный или средней крупности и др);
  • во-вторых, в фундаментной подушке предусмотреть дренажную систему;
  • в-третьих, выполнить теплоизоляцию основания и фундамента в соответствии с СТО 36554501-012-2008.

Пример 1. Подготовка под фундаментную плиту на просадочных грунтах

Пример 2. Подготовка под фундаментную плиту на пучинистых грунтах

Пример 3. Подготовка под фундаментную плиту на насыпных грунтах (непригодных для использования) при высоком уровне подземных вод

В проектах фундаментных плит, если имеется фундаментная подушка, необходимо закладывать контроль качества уплотнения грунтов на каждом квадратном метре. Для этой цели можно использовать динамический плотномер Д-51. Фундаментные подушки необходимо проектировать и устраивать в соответствии с требованиями СП 45.13330.2017.

Пример 4. Подготовка под фундаментную плиту на слабых глинистых грунтах

Помимо бетонной подготовки, в ряде случаев требуется щебеночная подготовка толщиной 10-20 см. Чаще всего используется щебень фракции 20-40 и 5-20 мм (фракция щебня уменьшается по мере приближения к бетонной подготовке).

Конструирование фундаментной плиты (КЖ)

Конструирование фундаментной плиты выполняется в соответствии с требованиями СП 63.13330.2018.

Защитный слой бетона при наличии бетонной подготовки должен быть не менее 40 мм, а при отсутствии подготовки – не менее 70 мм.

Армирование фундаментных плит производится в двух зонах: нижней и верхней. Каждая зона должна иметь рабочую арматуру в двух направлениях.

Армировать фундаментные плиты одной сеткой (совершенно не важно, где она будет расположена) категорически нельзя.

Фундаментные плиты чаще всего армируют отдельными стержнями, значительно реже – готовыми сетками.

Арматурные стержни стыкуются внахлёст. Стыки арматуры внахлестку следует располагать вразбежку. При этом площадь рабочей арматуры, стыкуемой в одном сечении, не должна превышать для периодического профиля — 50%.

Существует два основных подхода к армированию фундаментных плит:

  • первый подход, экономный и сложный в исполнении, предполагает установку нижней и верхней арматуры, соответствующей минимальному проценту армирования, по всей площади плиты, а на участках, где действующие усилия превышают усилия, воспринимаемые этой арматурой, — установку дополнительной арматуры, совместно с вышеуказанной арматурой воспринимающей действующие на этих участках усилия;
  • второй подход, дорогой и простой в исполнении, предполагает установку нижней и верхней арматуры одинаковой по всей площади в соответствии с максимальными значениями усилий.

В проекте необходимо использовать тот подход к армированию, который смогут правильно реализовать подрядчики заказчика.

На концевых участках фундаментных плит следует устанавливать поперечную арматуру в виде П-образных хомутов, расположенных по краю плиты, обеспечивающих восприятие крутящих моментов у края плиты и необходимую анкеровку концевых участков продольной арматуры.

Толщина фундаментной плиты в ИЖС, как правило, не должна быть менее 25 см.

Шаг стержней продольной арматуры рекомендуется назначать не более 200 мм.

В чертежах КЖ обязательно нужно указать, каким образом будет обеспечиваться проектное положение арматуры. Как правило, проектное положение нижней арматуры обеспечивается при помощи пластиковых фиксаторов, а верхней арматуры – при помощи фиксаторов типа «Лягушка». Размеры «лягушек» подрядчик должен уточнять по месту, в зависимости от способа установки.

В проектах фундаментных плит всегда нужно закладывать гидроизоляцию подошвы и торцов.

По итогам конструирования фундаментной плиты выдаются следующие рабочие чертежи:

  • опалубочный план фундаментной плиты с разрезами;
  • схема армирования фундаментной плиты;
  • спецификация материалов.

Чертежи следует оформлять в соответствии с требованиями ГОСТ 21.501-2018.

Пример 1. Конструирование фундаментной плиты

Пример 2. Конструирование фундаментной плиты

Устройство фундаментной плиты

Рассмотрим ключевые этапы устройства фундаментной плиты на конкретном примере.

1. Выполняется разработка котлована под фундаментную плиту

Перерыв между окончанием разработки котлована и устройством фундамента не допускается. При вынужденных перерывах должны быть приняты меры к сохранению природных свойств грунта.

2. Выполняется разработка котлована под дренажную систему

3. Выполняется монтаж дренажной системы, укладка геотекстиля и устройство фундаментной подушки

Фундаментная подушка устраивается путем послойного уплотнения при толщине слоя не более 10-15 см. Уплотнение производится до достижения проектного коэффициента уплотнения.

4. В процессе работ не забываем про коммуникации, которые будут под фундаментной плитой

5. Под ребрами плиты устраивается подготовка, монтируется опалубка, и продолжаем устройство фундаментной подушки

Работы по возведению монолитных железобетонных конструкций следует производить в соответствии с требованиями СП 70.13330.2012.

6. Устраивается теплоизоляция и гидроизоляция подошвы фундамента, выполняется армирование фундамента

7. Фундаментная плита готова к заливке

8. Выполняется бетонирование фундаментной плиты

9. Фундаментная плита почти готова. Выполняем уход за бетоном и ждем набора прочности

Распалубку фундаментной плиты следует производить при достижении бетоном не менее 80% от проектной прочности.

Загружать фундаментную плиту допускается при достижении 100% от проектной прочности (ждем 28 суток после заливки).

Нагружать фундаментную плиту необходимо по возможности равномерно.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: