Отдельные фундаменты. 
Понятие и классификация фундаментов

Центрально-нагруженные фундаменты. Эти фундаменты проектируют квадратными в плане.

По форме они могут быть ступенчатыми (рис. 4, а) или пирамидальными (рис. 4, б). Последние экономичнее по расходу материалов, но сложнее в изготовлении и применяются реже.

Обычно фундаменты проектируют так, чтобы нулевой цикл строительных работ мог быть закончен до монтажа колонн и произведена обратная засыпка грунта. Для этого верх фундамента располагают на 15 см ниже уровня чистого пола. Устанавливают фундаменты на естественный грунт, бетонную, щебеночную или песчаную подушку толщиной 10 см.

По способу изготовления различают фундаменты сборные и монолитные. В большинстве случаев применяют монолитные фундаменты. Сборные устраивают, когда они невелики по размерам, в сложных геологических или суровых зимних условиях, а также когда применение их сокращает сроки строительства и дает экономию. Монолитные фундаменты выполняют из бетона классов В12,5 … В15, сборные — В15… В20. Центральнонагруженные фундаменты армируют сварными сетками классов А-II, A-III с одинаковой арматурой в двух направлениях. Шаг стержней обычно принимают равным 150…200 мм, диаметр — не менее 10 мм. Минимальная толщина защитного слоя при возведении монолитного фундамента на бетонной подготовке 35 мм, при ее отсутствии 70 мм, для сборных фундаментов 30 мм.

а — монолитный под сборную колонну; б — сборный под сборную колонну; в — монолитный под монолитную колонну Сборные фундаменты проектируют под сборные колонны, монолитные фундаменты — как под сборные, так и под монолитные. Сборные колонны жестко заделывают в специальные гнезда — стаканы, оставляемые в фундаменте при бетонировании (рис. 4, a, б). Закрепление колонн в стакане осуществляют посредством заливки цементного раствора между стенкой и колонной. Для жесткого соединения монолитных колонн с фундаментами из последних выпускают арматуру с площадью сечения, равной расчетной площади арматуры колонны у обреза фундамента (рис. 4, в). Выпуски арматуры фундамента стыкуют с арматурой колонны дуговой сваркой или внахлестку, без сварки. Стыки устраивают выше уровня пола. В пределах фундамента выпуски арматуры соединяют в каркасы хомутами и доводят до бетонной подготовки. Расчет фундамента состоит из двух частей: расчета основания (определяют форму и размеры подошвы) и тела фундамента (высоту фундамента, размеры его ступеней и сечения арматуры).

1 — пирамида продавливания Расчет основания фундамента. Определение размеров подошвы фундамента производят при допущении, что реактивное давление на грунт по подошве фундамента распределяется по линейному закону, например при центральном нагружении по прямоугольной эпюре. В действительности распределение давления зависит от свойств грунта, жесткости фундамента и имеет более сложный характер. Однако, как показали исследования, принятое допущение упрощает расчет и не приводит к ошибкам.

Нагрузками, создающими давление на грунт, являются продольная сила Ncol, передаваемая колонной, и собственный вес фундамента, включая вес грунта на его ступенях Nfun. Площадь подошвы, А должна быть подобрана так, чтобы среднее давление под подошвой не превышало расчетного давления на грунт R [4]:

(Ncol + Nfun)/A? R.

Значение продольного усилия принимают с коэффициентом надежности по нагрузке гf = 1, поскольку расчет основания производят по деформациям. Обозначив глубину заложения подошвы фундамента Н и принимая нагрузку от средней плотности материала фундамента и грунта на его ступенях гm = 20 кН/м3, из (10.1) получают (Ncol + AHгm)/A? R, откуда.

A? Ncol/(R-гmH).

По найденной площади устанавливают размеры сторон подошвы фундамента, округляя их в большую сторону до значения, кратного 30 см, если применяют металлическую инвентарную опалубку, и 10 см при использовании неинвентарной опалубки.

Расчет тела фундамента. Высоту фундамента определяют из условия его прочности на продавливание в предположении, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, боковые стороны которой начинаются у колонны и наклонены под углом 45° к вертикали. В качестве расчетной продавливающей силы F принимают силу Ncol за вычетом отпора грунта р, распределенного по площади нижнего основания пирамиды продавливания. При квадратной колонне со стороной hcol площадь нижнего основания будет (hcol + 2h0)2, тогда.

F = Ncol — p (hcol + 2h0)2,.

где Ncol — расчетное продольное усилие, передаваемое колонной на фундамент, вычисляемое при гf > 1; p — отпор грунта от расчетного продольного усилия без учета веса фундамента и грунта на его ступенях.

Условие прочности на продавливание имеет вид, где иm — среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания:

um = [4hcol+ 4 (hcol + 2h0)]/2 = 4 (hcol + h0).

Проверку фундамента на продавливание следует производить не только по всей высоте, но и под каждой из ступеней.

Если в стакан фундамента устанавливают сборную колонну, то его глубина (м) должна также удовлетворять конструктивным требованиям обеспечения жесткого защемления колонны в фундаменте и достаточной анкеровки продольной арматуры [6]:

hsoc? (1−1,5)hcol + 0,05;

hsoc? lan + 0,05,.

где lan — длина анкеровки арматуры колонны в стакане фундамента, lan = (20…30)d.

Определив высоты фундамента из расчета на продавливание [см. формулу (10.5)] и конструктивных требований, принимают большую из них. При h? 450 мм фундамент выполняют одноступенчатым, при 450 мм 900 мм — трехступенчатым.

Причинами разрушения фундаментов под сборные колонны могут также быть продавливание дна стакана (см. рис. 4, а) и раскалывание фундамента (см. рис 10.5, в). Это имеет место при отсутствии надежного сопряжения колонны с фундаментом из-за некачественного омоноличивания стыка и т. п. Проверку дна стакана на продавливание осуществляют по формуле (9.2) по аналогии с изложенным ранее. Проверку фундамента на раскалывание (рис. 5, в) делают из условия [11] :

Ncol? 2мг1A1Rb ,.

где м — коэффициент трения бетона по бетону, м = 0,75; г1 — коэффициент условия работы фундамента в грунте, г1 = 1,3; A1 — площадь вертикального сечения фундамента в плоскости, проходящей по оси сечения колонны, за вычетом площади стакана.

Ступени фундамента работают под воздействием реaктивного давления грунта p снизу, подобно консолям, заделанным в массив фундамента (рис. 5, б). Поскольку фундамент не имеет поперечной арматуры, высота нижней ступени должна быть также проверена на прочность по наклонному сечению по условию восприятия поперечной силы бетоном :

Q = p (l — c) b? 1,5Rbt bh20/с, где правую часть неравенства принимают не менее 0,6Rbt bh0 и не более 2,5Rbt bh0; с — длина проекции рассматриваемого наклонного сечения (рис. 5, а).

Армирование фундамента по подошве определяют расчетом по нормальным сечениям 1 — 1, 2 — 2; значения изгибающих моментов в этих сечениях вычисляются как для консольных балок:

M1−1 = 0,125p (a — hcol)2b;

M2−2 = 0,125p (a — a1)2b.

Требуемую площадь арматуры, воспринимающую растягивающие напряжения при изгибе в сечении 1 — 1 на всю ширину фундамента, определяют из условия 1−1 = RsAs1z1, приняв z1?0,9h0 :

As1 = M1−1/(0,9h0Rs)· .

аналогично для сечения 2 — 2 :

As2 = M2−2/(0,9H01Rs).

Из двух значений As1 и As2 выбирают большее, по которому и производят подбор диаметра и количества стержней. Вначале задаются шагом стержней, затем определяют их количество, на единицу больше числа шагов. Деля As на число стержней, получают требуемую площадь одного стержня, по которой подбирают диаметр. При ширине подошвы фундамента более 3 м в целях экономии стали половину стержней можно не доводить до конца на 1/10 длины в каждую сторону.