Анализ и проектирование фундаментов стен из металлоконструкций на основе ACI 318-19

318M-19: Требования строительных норм к бетону и комментарии Проектирование стенового основания, которое также называют ленточным основанием, основано на принципах действия балок с незначительными изменениями.

Стеновые фундаменты должны быть спроектированы для надежной поддержки структурных или неструктурных стен и передачи и распределения нагрузок на грунт таким образом, чтобы несущая способность грунта не была превышена. В дополнение к предотвращению чрезмерной осадки и поворота и обеспечению достаточной безопасности от скольжения и опрокидывания.

Фундамент стены проходит вдоль направления стены. Размер основания и толщина фундаментной стены определяются исходя из типа грунта на участке и условий нагрузки. Площадь и распределение арматуры выполняется на основе требований ACI 319-19 (Требования строительных норм и правил к конструкционному бетону.

  • Прочность бетона на сдвиг
  • Краткое описание процедуры проектирования
  • Анализ стенового фундамента

    Простые принципы действия балок применимы к стеновым фундаментам с незначительными изменениями. На рис. 1 показано основание стены с действующими на него силами. Если из этих сил вычислить изгибающие моменты, то максимальный момент будет приходиться на середину ширины.

    На самом деле, очень большая жесткость стены изменяет эту ситуацию, поэтому удовлетворительно вычислять момент у торца участка стены 1-1. Трещины растяжения образовались под лицевой стороной стены, а не в середине.

    Критические сечения для момента и сдвигающей силы в фундаменте стены Критические сечения для момента и сдвигающей силы в основании стены

    Для фундаментов, поддерживающих стены из каменной кладки, максимальный момент рассчитывается посередине между серединой и лицевой стороной стены, поскольку каменная кладка менее жесткая, чем бетон. Максимальный изгибающий момент (Mu) в фундаменте под бетонными стенами рассчитывается по уравнению 1.

    Уравнение 1

    Где:

    qu: предельная несущая способность грунта под фундаментом стены, которая равна предельной распределенной нагрузке, деленной на требуемую площадь фундамента.

    b: ширина основания стены .

    a: ширина стены, опирающейся на фундамент.

    Вертикальная сдвигающая сила (Vu) может быть рассчитана на участке 2-2, расположенном на расстоянии d от торца стены. Для расчета поперечной силы можно использовать уравнение 2. Расчет длины развития основывается на участке максимального момента (участок 1-1).

    Уравнение 2

    Где:

    d: расстояние между торцом стены и местом приложения вертикальной сдвигающей силы, и оно равно эффективной глубине секции основания стены.

    Размер основания

    Размеры фундаментов определяются для нефактурных нагрузок и эффективного давления грунта (qe), которое рассчитывается на основе допустимого давления на опору (qa). Причина использования неучтенных нагрузок заключается в том, что при проектировании фундаментов безопасность обеспечивается общими коэффициентами безопасности.

    Допустимое опорное давление устанавливается на основе принципов механики грунта, на основании нагрузочных испытаний и других экспериментальных определений. Допустимое опорное давление при эксплуатационных нагрузках рассчитывается с использованием коэффициента безопасности от 2,5 до 3. Этот коэффициент безопасности предотвращает превышение несущей способности грунта и удерживает его осадку в допустимых пределах.

    Площадь основания (Areq) определяется суммой эксплуатационных нагрузок, деленной на допустимое опорное давление с помощью уравнения 3.

    Уравнение 3

    Где

    D: мертвая нагрузка на основание.

    L: живая нагрузка на основание.

    qe: эффективное опорное давление, которое равно допустимой несущей способности-(вес наполнителя+вес бетона).

    Если присутствуют другие нагрузки, такие как ветровые и сейсмические, то для расчета площади основания также следует использовать уравнение 4. Большее значение из этих двух уравнений считается площадью основания.

    Уравнение 4

    w: равен 1,3, если ветровая нагрузка рассчитывается по ASCE, в противном случае он будет равен 1.

    W: ветровая нагрузка

    E: сейсмические силы

    Ширина подножия стены вычисляется из требуемой площади. Длина подножия принимается равной 1 м.

    Глубина заложения фундамента

    Согласно ACI 318-19, раздел 13.3.1.2, общая глубина фундамента должна быть выбрана таким образом, чтобы эффективная глубина заложения нижней арматуры составляла не менее 150 мм.

    В наклонных, ступенчатых или конических фундаментах глубина и расположение ступеней или угол наклона должны быть такими, чтобы проектные требования выполнялись на каждом участке.

    Рассчитайте площадь армирования

    Основное армирование

    Площадь основного армирования вычисляется с помощью следующего выражения.

    Уравнение 5

    As: площадь основного армирования

    Mu: предельный момент, полученный из уравнения 1.

    Phi: коэффициент снижения прочности, равный 0,9.

    fy: предел текучести стали.

    d: эффективная глубина, принимаем бетонное покрытие 75 мм.

    a: глубина прямоугольного напряженного блока.

    Глубина прямоугольного блока напряжения принимается в уравнении 5. Затем методом проб и ошибок вычисляется площадь стали. Рекомендуется провести три испытания, и в качестве первого испытания для a рекомендуется взять (0,2xглубина заложения).

    Минимальное армирование

    Минимальное армирование рассчитывается с помощью следующих выражений:

    Для стали марки менее 420:

    Уравнение 6

    Для стали марки 420:

    Уравнение 7

    b: ширина фундамента

    h: глубина фундамента

    Площадь распределенного армирования равна значению уравнения 7. Таким образом, это значение является распределённое армирование для основания стены.

    Распределение/размещение стержней

    Площадь армирования, рассчитанная по уравнению 5, делится на площадь одного стержня (Ab), чтобы определить количество стержней (n). Затем количество стержней используется для расчета расстояния между основными арматурными стержнями, используя следующее выражение

    Расстояние между основными стержнями:

    Уравнение 8

    Расстояние между распределенными стержнями:

    Количество распределенных стержней равно площади стали из уравнения 7, деленной на площадь одного стержня, используемого для распределенного армирования. Затем расстояние рассчитывается путем деления ширины фундамента на количество распределенных стержней.

    Максимальное расстояние:

    Максимальное расстояние между стержнями — это наименьшее из 3h или 450 мм. поэтому расстояние между стальными стержнями не должно быть больше этого значения.

    Прочность бетона на сдвиг

    Расчетная прочность бетона на сдвиг должна быть равна или превышать предельную сдвигающую силу, вычисленную по уравнению 2, в противном случае глубину фундамента следует увеличить. Прочность бетона на сдвиг рассчитывается следующим образом:

    Уравнение 10

    Vc: прочность бетона на сдвиг

    Phi: коэффициент снижения прочности, равный 0,75.

    Ламда: равна 1 для бетона нормальной прочности.

    fc’: прочность бетона на сжатие, которая должна быть не менее 17 МПа.

    b: ширина подножия.

    d: эффективная глубина фундамента.

    Деталь усиления Детали армирования

    Краткое описание процедуры проектирования

  • Определите толщину основания (h), которая должна соответствовать требованиям по сдвигу и обеспечивать минимальную эффективную глубину 150 мм.
  • Вычислите вес наполнителя и вес основания.
  • Рассчитайте эффективную несущую способность, qe.
  • Рассчитайте необходимую площадь, Areq
  • Рассчитайте расчетное давление (qu) на основание фундамента (Areq) под действием факторизованных нагрузок.
  • Рассчитайте силу сдвига и расчетную прочность бетона на сдвиг для проверки требований к сдвигу.
  • Рассчитайте максимальный момент и площадь армирования.
  • Рассчитайте минимальное армирование и максимальное расстояние между стержнями.
  • Рассчитать расстояние между основными и распределенными стержнями.
  • Начертите проект конструкции.
  • Читайте далее:
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Центрсельстрой