6. Расчёт и конструирование монолитного внецентренно нагруженного фундамента под колонну.

Для предварительного определения размеров подошвы фундамента находим усилия Nf и Mf на уровне подошвы фундамента для комбинации усилий.

Анализируя значения в таблицы находим, что наиболее неблагоприятной комбинацией для предварительного определения размеров подошвы фундамента по условию максимального момента эксцентриситета (отрыва фундамента) является вторая комбинация усилий. В этом случае получим следующие значения усилий на уровне подошвы фундамента:

Nⁿ_f =Nⁿ=706,68 кН;

Mⁿ_f=Mⁿ+Qⁿh_f=-146,91-14,113,0=-189,24 кНм;

e₀=Mⁿ_f/Nⁿ_f=189.24/706.68=0.268 м.

С учётом эксцентриситета продольной силы воспользуемся формулами табл. XII.I. [9] для предварительного определения размеров подошвы фундамента по схеме 2:

Принимаем предварительно размеры подошвы фундамента а=3 м, b=2.4м. Уточняем расчётное сопротивление песчаного грунта оснований согласно приложения 3 [10]:

R=R_o[1+k₁(b-b_o)/b_o]+k₂_m(d-d_o)=200[1+0.125(2.4-1)/1]+0.2520(3.15-2)=240.75 МПа, где k₁=0.125 и k₂ = 0,25 принято для расчетных грунтов по [10].

Определим усилия на уровне подошвы фундамента принятых размеров от нормативных нагрузок и соответствующие им краевые давления на грунт по формулам: Nⁿ_inf=Nⁿ+abd_m_n; Mⁿ_inf=Mⁿ+Qⁿh_f; pⁿ_л(п)=Nⁿ_inf/A_fMⁿ_inf/W_f; где _n = =0,95- для класса ответственности здания II; A_f=ab=3·2.4=7,2 м; W_f=ba²/6=2.4·3²/6=3.6м³.

Результаты вычисленных усилий, краевых и средних давлений на грунт основания приведен в табл. 1.8

Таблица1.8

Комбинация усилий от колонны	Усилия		Давления
	Nninf , кН	Mninf , кН·м	Рnл	Рnп	рnm
Первая Вторая Третья	1160,28 1160,28 1429,65	170,07 -189,24 -135,72	113,91 213,72 236,26	208,39 108,58 160,86	161,15 161,15 198,56

Так как вычисленные значения давлений на грунт основания рⁿ_max =236,26< 1.2·R=1.2·240,75=288,9 МПа; pⁿ_min=108,58 кПа >0 и pⁿ_m=198,56 кПа <R=240.75кПа, то предварительно назначенные размеры подошвы фундамента удовлетворяют предъявляемым требованиям по деформации основания и отсутствия отрыва части фундамента от грунта при краевых нагрузках. Таким образом, оставляем окончательно размер подошвы фундамента а=3 м, b=2,1 м.

Расчёт тела фундамента выполняем для принятых размеров ступени и стакана. Глубина стакана назначаем в соответствии с типом опалубки колонны по приложению V, а поперечное сечение подколонника имеет размеры типовых конструкций фундаментов под колонны промышленных зданий.

Расчёт на продавливание ступеней фундамента не выполняем, т. к. размеры их входят в объём пирамиды продавливания.

Для расчёта арматуры в подошве фундамента определяем реактивное давление грунта основания при действии наиболее неблагоприятной комбинации расчётных усилий (третье) без учёта собственного веса фундамента и грунта на его обрезах. Находим соответствующие усилия на уровне подошвы фундамента: N_inf=N_c=1122.46 кН; M_inf=M_c+Q_ch_f=-127.17-9.65·3=-156.12 кН.

Тогда реактивное давление грунта будут равны:

P_max=1122.46/7.2+156.12/36=199.26 кПа:

P_min=1122.46/7.2-156.12/36=112.53 кПа;

Расчётные изгибающие моменты в сечениях 1-1 и 2-2 вычисляем по формуле: M_i-i=ba²_i(2p_max+p_i)/6;

M_1-1=2.4·0.35²(2·199.26+189.14)/6=28.79 кН·м;

M_2-2=2.4·0.65²(2·199.26+180.47)/6=97.85 кН·м;

Требуемое по расчёту сечение арматуры составит:

A_s,1-1=M_1-1/(R_s·0.9h₀₁)=28.79·10⁶/(280·0.9·260)=439 мм²,

A_s,2-2=M_2-2/(R_S·0.9·h₀₁)= 97.85·10⁶/(280·0.9·560)=693 мм²

Принимаем минимальный диаметр арматуры для фундамента при а  3 м равным 10 мм. Для основного шага стержней в сетке 200 мм на ширине b=1.8 м будем иметь в сечении 2-2 10  12 A-II, A_s=1131 мм². Процент армирования будет равна

=A_s·100/(bh₀₂)= =1131·100/(2400·560)=0.08%>_min=0.05%.

Расчёт рабочей арматуры сетки плиты фундамента в направлении короткой стороны выполняем на действие среднего реактивного давления грунта p_m=231.57 кПа, соответственно получим:

M_3-3=p_mab²₁/2=199.26·3·0.6²/2=107.6 кН·м;

A_s,3-3=M_3-3/(R_s·0.9h₀)=107.6·10⁶/(280·0.9·260)=1633 мм².

По конструктивным требованиям принимаем минимальное армирование  16 A-II, с шагом 200 мм рис. 6,7

Рис. 6.1. К определению размеров подошвы фундамента.

а – расчетная схема;

б – эпюры давления на грунт;

в – плен фундамента.

Результаты диалога с ЭВМ к расчету и конструированию фундамента.