Расчет столбчатого фундамента на опрокидывание: Расчет столбчатого фундамента на опрокидывание

Содержание

2.5. Расчет фундамента на устойчивость против опрокидывания и

сдвига

Устойчивость конструкций против опрокидывания следует рассчитывать по формуле

,

где и – моменты соответственно опрокидывающих и удерживающих сил относительно оси возможного поворота (опрокидывания) конструкции, проходящий по крайним точкам опирания, кН·м;

–коэффициент условий работы, принимаемый при проверке конструкции, опирающихся на отдельные опоры, для стадии строительства равным 0,95; для стадии постоянной эксплуатации равным 1,0; при проверке сечений бетонных конструкций и фундаментов на скальных основаниях, равным 0,9; на нескальных основаниях – 0,8;

–коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,1 при расчетах для стадии постоянной эксплуатации и 1,0 при расчетах для стадии строительства.

Опрокидывающие силы следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке, большим единицы.

Удерживающие силы следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке для постоянных нагрузок < 1, для временной вертикальной подвижной нагрузки от подвижного состава железных дорог, метрополитена и трамвая=1.

При расчете фундаментов опор мостов на устойчивость против сдвига по основанию сила стремится сдвинуть фундамент, а сила трения его о грунт(по подошве фундамента) сопротивляется сдвигу. Силаравна

,

где – коэффициент трения фундамента по грунту.

В соответствии с требованиями СНиП 2.05.03 –84 устойчивость конструкций против сдвига (скольжения) следует рассчитывать по формуле

,

где – сдвигающая сила, кН, равная сумме проекций сдвигающих сил на направление возможного сдвига;

–коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,9;

–коэффициент надежности по назначению сооружения, принимае

мый равным 1,1;

–удерживающая сила, кН, равная сумме проекций удерживающих сил на направление возможного сдвига.

Сдвигающие силы следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке, большим единицы, а удерживающие силы – с коэффициентом надежности по нагрузке, указанные выше.

В качестве удерживающей горизонтальной силы, создаваемой грунтом, допускается принимать силу, значение которой не превышает активного давления грунта.

При расчете фундамента на сдвиг принимают следующие значении коэффициентов трения кладки по грунту:

Таблица 2.5.1. — Значении коэффициентов трения

Грунты

Глины во влажном состоянии

0,29

Глины в сухом состоянии

0,30

Суглинки и супеси

0,30

Гравийные и галечниковые

0,50

Пески

0,40

Скальные с омыливающейся поверхностью

(глинистые сланцы, известняки и т.

п.)

0,25

Скальные с неомыливающейся поверхностью

0,6

Пример 2.5.1.Определить устойчивость фундамента опоры моста против опрокидывания, если дано: вертикальная сила =7704 кН; момент опрокидывающих сил=2190 кН·м.Размеры фундамента и другие характеристики приведены на рис.5.

Рис.5. Схема к расчету фундамента на устойчивость против опрокидывания

Решение. Устойчивость конструкций против опрокидывания следует рассчитывать по формуле

.

кН·м

Принимаем и.

Тогда .

Следовательно, проверка на устойчивость против опрокидывания обеспечена.

Пример 2.5.2. Определить устойчивость фундамента опоры моста, опирающейся на глину, против сдвига, если дано: вертикальная сила =7704 кН; момент опрокидывающих сил=2190 кН·м.Размеры фундамента и другие характеристики приведены на рис.5.

Решение. Устойчивость конструкций против сдвига (скольжения) следует рассчитывать по формуле

.

Принимаем и. Из табл.2.5.1. значение коэффициента принимаем равным 0,3.

Тогда удерживающая сила будет равна

кН.

Сдвигающую силу определим по формуле

кН.

кН.

Так как728 < 1891,следовательно, устойчивость фундамента против сдвига по подошве обеспечена.

Как произвести расчет фундамента на опрокидывание: формула, примеры

    Точные расчеты на этапе проектирования помогают определить и необходимое количество материалов и составить точную смету. В настоящей статье мы расскажем, как делать расчет фундамента частного дома на опрокидывание.

Читайте также: Какие существуют размеры блоков ФСБ для фундамента

Типы фундаментов

В настоящее время применяется несколько типов фундаментов для различных видов сооружений и грунтов.

Ленточный вариант наиболее простой – по сути, это сравнительное невысокое основание, построенное под всеми стенами дома. Оно принимает на себя нагрузку и распределяет ее по поверхности земли. Такой фундамент, в свою очередь, опирается на плиты. Обычно сооружается для домов от трех этажей и выше. Причем внутреннее пространство используют для обустройства подвального помещения.

Здесь не требуется специальное оборудование и особо сложные технологии. Кроме того, популярность данной конструкции обусловлена простотой, долговечностью и устойчивостью к разрушению.

Конструкция столбчатого фундамента совершенно другая. Представляет она собой совокупность опор, погруженных в землю на определенное расстояние.

Используется для решетчатой (каркасной) либо бревенчатой постройки до 2-х этажей. Данный вид целесообразен в тех местностях, где на почву не влияют температурные изменения.

Плиточный фундамент представляет собой монолитное основание из железобетона, уложенное на дно котлована уплотненное предварительно:

  • щебнем;
  • песком;
  • бетоном.

Применяют в тяжелых плотных грунтах для больших многоэтажных сооружений (башни водонапорные, ретрансляционные и пр.).

Такой вариант также подойдет для отдельно стоящей дымовой трубы. Существенным недостатком считают высокую стоимость работ и материалов.

Свайный тип фундамента представляет собой конструкцию, состоящую из множества длинных столбов, объединенных поверху либо плитами или балками из бетона. Устраивают такие фундаменты в слабых почвах, неспособных удерживать тяжелые строения.

Данный тип основания применяют для строительства многоэтажек.

По СНиПам для всех крыш необходим еще расчет ветровой нагрузки.

Расчет веса дома

Прежде чем приступить к расчетам, нужно узнать ряд параметров.

Так, для метра квадратного стен дома:

  • каркасного, утепленного минеральной ватой, вес удельный составляет от 30 до 50 килограммов на метр квадратный;
  • бревенчатого – 70-100;
  • кирпичного (толщина до 15 см) – от 200 до 270;
  • железобетонного (15 см) – 300-350.

Вес перекрытий:

  • чердачных с деревянными балками и утеплителем плотностью 200 кг на метр кубический – 70-100;
  • цокольных деревянных (при тех же параметрах теплоизоляции) – 100-150;
  • железобетонных – 500.

Вес крыши:

  • из жести – от 20 до 30 килограммов на метр квадратный;
  • рубероида – 30-50;
  • шифера – 40-50;
  • черепицы керамической – 60-80.

Как показывает практика, правильнее всего учитывать максимальные значения, приведенные выше – это позволит обеспечить фундаменту наибольший запас прочности.

Примем, что будущий дом (5 на 8 метров) имеет только один этаж, а стены по высоте достигают 300 см. Общая их длина с учетом внутренней перегородки составит 31 метр. Площадь же – 93 м2. Соответственно, вес стен – 25,1 тонны.

Совокупный размер перекрытий (их два – цокольное и чердачное) – 80 м2. Масса – 8 тонн.

Кровля для такого стандартного дома (с учетом всех скатов) будет иметь размер 96 метров квадратных и вес 2,88 тысячи килограммов.

Определение площади фундамента и его веса

Для того чтобы выяснить, сможет ли имеющийся на вашем участке грунт выдержать дом, нужно знать и вес дома, и массу собственно фундамента.

Поскольку чаще всего особняки возводятся на ленточных фундаментах, рассмотрим здесь именно этот вариант.

Для кирпичного дома основание углубляют в почву на 150 сантиметров, то есть ниже точки промерзания. К этому также добавляют еще полметра, выступающие над землей. То есть совокупно высота фундамента составляет 200 см.

Затем требуется выяснить длину всей ленты. Для этого периметр прибавляют к протяженности внутренне перегородки. То есть если основание имеет размер 5 на 8 метров и еще одну поперечную перемычку внутри, то в сумме получится 31 м.

Вслед за этим рассчитывается объем. Здесь длина фундамента умножается сначала на его высоту, а затем на ширину. Последнее значение примем за 50 сантиметров. Результат – 31 кубический метр.

Удельный вес бетона на м3 составляет 2,4 тысячи килограммов. Умножив это значение на 31, получаем массу фундамента – 74,4 тонны.

Результат

Наконец, остается определить опорную площадь для вашего дома. Делается это просто – умножается длина стен фундамента на их ширину. В нашем случае выходит – 15,5 тысячи квадратных сантиметров.

Складываем массу всех конструкций:

  • стены – 25,1 тонны;
  • перекрытия – 8;
  • кровля – 2,88;
  • фундамент – 74,4.

Получается, что весь особняк у нас весит – 110,38 тонны. Этот результат нужно разделить на вышеупомянутую опорную площадь – 15500 см2. У нас выйдет, что на один квадратный сантиметр давит 7,12 килограмма.

Остается только свериться с нормами сопротивления грунтов:

  • крупный песок – от 3,5 до 4,5 килограммов на см2;
  • средний песок – 2,5-3,5;
  • мелкий – 2,5-3;
  • глина твердая – 3-6;
  • пластичная – 1-3;
  • каменистые грунты, галька или щебень – 5-6.

Как видно, особняк вышел слишком тяжелый. В этом случае увеличиваем площадь фундамента за счет толщины стен.

Опрокидывание

Опрокидывающему моменту особого внимания уделять не следует, поскольку геометрия частного дома делает его маловероятным.

В целом расчет осуществляется следующим образом – от минимальной для региона ветровой нагрузки, отнимают подъемную силу, воздействующую на крышу. Расчет данных величин следует поручить архитектору.

Определяя силу, при которой может произойти сдвиг строения, учитывают:

  • рельеф местности;
  • наличие деревьев;
  • расположение прочих построек.

 

Фундамент: расчет возможного опрокидывания

Представить себе опрокинутый фундамент частного дома достаточно сложно. Естественной причиной, по которой возможно опрокидывание небольшого дома, является ветер огромной силы, способный за счет парусности строения опрокинуть его набок. Например, как одиноко стоящую сосну, у которой нет фундамента, но вместо него есть корни.

Рис. 1. Варианты возможных поворотов и смещений фундамента: а – осадка с поворотом, б – осадка с поворотом и смещением, в – сдвиг по подошве.

Какой расчет необходим для основания дома?

Исходя из прямого назначения, которое состоит в равномерной передаче нагрузки сооружения на грунт, необходимо выполнить расчет ширины его опорной части и ее прочность.

Для этого необходимо определить вес сооружения, включая и собственный вес основания.

В расчет на прочность фундамента должны войти и снеговые нагрузки, передающиеся на него от кровли в зимнее время, и вес всего, что будет смонтировано и внесено внутрь помещения (отопительная система, водоснабжение, канализация, мебель и т. п.).

Ветровые нагрузки на невысокое здание в расчет фундамента на прочность не включают. Эти нагрузки учитывают, когда выполняют расчет на прочность такого элемента кровли, как мауэрлат, с помощью которого через стены они передаются на основание дома.

На рис. 1 показаны варианты возможных поворотов и смещений фундамента: а) осадка с поворотом, б) осадка с поворотом и смещением, в) сдвиг по подошве.

Рис. 2. Неправильный расчет прочности фундамента может привести к опрокидыванию всего сооружения.

На мелкозаглубленное основание в зимний период действуют выталкивающие силы, возникающие в результате пучения грунта. Неравномерное распределение этих сил и может привести к потере устойчивости фундамента, показанное на изображении, особенно в том случае, если по каким-либо причинам на основание не было возведено строение. Чтобы в этом случае исключить потерю устойчивости, грунт необходимо защитить от промерзания.

Если произошла потеря устойчивости, когда строительство дома было закончено, следует искать ошибки при расчете требуемой прочности. Но это все же не должно было привести к опрокидыванию всего сооружения, как это показано на рис. 2. Изображен небольшой дом, опрокидывание которого произошло не потому, что не был выполнен соответствующий расчет фундамента. При определении размеров основания и его заглубления, не были учтены физические свойства грунта (на изображении видно, что это песчаный грунт).

Вернуться к оглавлению

Нужен ли расчет основания частного дома на устойчивость?

Фундамент, который под действием внешних сил не опрокинется, не сдвинется в горизонтальной плоскости вместе с грунтом, считают устойчивым. На устойчивость рассчитывают фундаменты таких ответственных элементов, как опоры мостов, заводских труб и т. п.

В отличие от заводских труб расчет фундамента частных домов на опрокидывание можно не выполнять. И причина в том, что эти дома имеют сравнительно небольшую высоту. Если у заводской трубы центр тяжести и равнодействующая силы ветра находятся на значительной высоте от фундамента, в результате чего может образоваться момент достаточный для нарушения устойчивости, то для низкого строения, расчет по этому фактору просто не нужен.

В частном секторе в настоящее время также появляются отдельные строения, которые требуют расчетов их оснований на такое воздействие. Например, ветровые генераторы. На рис. 3 представлен 1 из вариантов основания для такого генератора. Следует обратить внимание на глубину заложения основания. Она явно превышает глубину промерзания грунта. Остальные же размеры на изображении 3 могут служить только для ориентирования и могут отличаться от фактических размеров. Высота вышки – НВ, для надежной работы генератора, зависит от местности, но в среднем ее можно считать равной 20 м.

Вернуться к оглавлению

Определение опрокидывающего момента

Рис. 3. Схема основания ветрового генератора.

На рис. 4 приведена расчетная схема с указанием сил, действующих на фундамент. Основным фактором, создающим опрокидывание, является момент MU, а основным препятствием этому является сила FU. Именно эта составляющая препятствует потере устойчивости.

Равномерно распределенная нагрузка Р представляет собой реакцию грунта на действие силы FU. Сила Qr оказывает влияние на сдвиг в горизонтальной плоскости. При расчете на сдвиг большое значение имеет коэффициент трения кладки по грунту. Для расчета на опрокидывание эту силу не учитывают

Для определения опрокидывающего момента MU необходимо знать скорость ветра и площадь сооружения, на которую он воздействует (парусность). Чтобы обеспечить работу ветрового генератора, необходима минимальная скорость, равная примерно 6-8 м/с. Однако, необходимо учесть, что скорости ветра могут быть значительно больше, поэтому следует рассчитывать на максимально возможную в данном районе скорость. Например, при скорости ветра 10 м/с давление составляет 60 Н/м2, а при скорости 50 м/с это давление составит 1500 Н/м2. В таблице № 1 приведены значения, по которым, зная максимальные скорости ветра, можно определить его давление.

Таблица № 1.

Скорость ветра, м/с
1 5 10 15 20 25 30 40 50
Давление, Н/м2 0,60 15 60 135 240 375 540 960 1500

Зная скорость ветра V и площадь лопастей SЛ, по таблице 1 определяем соответствующее давление и по этой площади вычисляем силу РЛ, приложенную к краю вышки, то есть на расстоянии НВ от поверхности земли. С учетом глубины h, на которой расположена подошва основания, плечо составит:

Н= НВ+h

Ветер будет действовать и на вышку по всей ее длине. Для определения площади, вначале определим среднее значение ширины вышки, LСР

Рис. 4. Схема сил, действующих на фундамент.

LСР= (LВ+LН)/2, где

LВ-ширина вышки в верхней ее части;
LН – ширина вышки у основания.

Определим площадь вышки, нормальную к направлению ветра:

SВ= НВ× LСР,

и теперь определим общую нагрузку РВ как произведение площади SВ на значение давления из таблицы 1. Эта сила будет приложена посредине высоты вышки.

Теперь можно определить опрокидывающий момент.

МU= РЛ×H+ РВ×( НВ/2+h)

http://youtu.be/S33UTty4_Z0

Вернуться к оглавлению

Определение противодействующего момента

Для определения этого момента необходимо знать вес вышки со всеми устройствами, вес фундамента и вес грунта на нем. Анализируя рис. 4 можно сделать вывод, что противодействовать будет и грунт, расположенный по бокам по направлению действия опрокидывающего момента. Это действительно так, но только после того, как грунт станет достаточно плотным. А для этого потребуется определенное время. Поэтому в процессе строительства этот противодействующий фактор учитывать нельзя.

Как видно на рис. 4, расстояние от силы FU до точки О (проекция опорного ребра) равно а. Следовательно, условие устойчивости основания ветрового генератора будет:

МU≤ k×a×FU,

где k >1- коэффициент надежности.

Как предупреждение следует указать, что приведенный расчет не учитывает многих факторов, которые обязательно учитывают при строительстве высотных зданий, заводских труб, железнодорожных и автомобильных мостов. Поэтому имеет смысл привлечь специалиста даже для установки такого, на первый взгляд, не сложного сооружения, как вышка.

Расчеты грибовидного фундамента на сжатие, выдергивание и опрокидывание — SGround.ru

В файле 3 листа:

  1. на первом выполняется расчет грибовидного фундамента или анкерной плиты по устойчивости и деформациям на выдергивание, расчет выполнен по по разделу 11 Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений к СНиП 2. 02.01-83*;
  2. на втором выполняется расчет столбчатого фундамента на сжатие по СП 22.13330.2016 — вычисляется расчетное сопротивление грунта R. Расчет подходит для любого столбчатого, ленточного или плитного фундамента на естественном основании.
  3. на третьем листе выполняется расчет грибовидного фундамента или анкерной плиты по устойчивости и деформациям на опрокидывние (горизонтальную силу и момент), расчет выполнен по по разделу 11 Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83*;

В расчетном файле красным шрифтом в разделе «Исходные данные» выделены те цифры, которые Вам необходимо заменить на свои. Так же необходимо выбрать тип грунта и другие параметры из выпадающих списков. Всё остальное вычисляется автоматически.

 

Особенность расчетов —

  • исправлены некоторые ошибки в формулах пособия к СНиП 2.02.01-83*  при расчете на опрокидывание на основе сравнения с формулами из «Руководства по проектированию опор и фундаментов линий электропередачи и распределительных устройств подстанций напряжением выше 1 кВ» шифр 3041тм-т2 (например в формуле 258 берут арктангенс от угла, а не от тангенса угла как должно быть).
  • Вычисление коэффициентов My, Mc, Mq выполняется по формулам из книги  Сорочан Е.А. «Основания, фундаменты и подземные сооружения» раздел 5.5.2 — дают абсолютно точные результаты как в таблицах СНиП и СП. В нормах этих формул к сожалению нету.

Правильность расчетов проверена на собственном опыте.

При  создании файла использовалась программа Microsoft Exel 2013. Более ранние версии могут открыть файл некорректно (не проверял).

К расчету фундамента на сжатие

Расчет оснований и фундаментов в системе APM Civil Engineering

Владимир Прокопов, Андрей Алехин

Общие принципы расчета фундаментов на упругом основании

Расчет параметров грунта основания

Расчет основания под столбчатый фундамент

Расчет свайного фундамента

Расчет основания под ленточный фундамент

Расчет основания под сплошной фундамент

Совместный расчет сооружения, фундамента и основания

Проектирование оснований и фундаментов является неотъемлемой частью проектирования зданий и сооружений в целом. Расчет фундаментов требуется не только для индивидуальных проектов зданий, но и для типовых серийных проектных решений. Конструктивные и объемно-планировочные решения зданий в значительной мере зависят от инженерно-геологических условий площадки строительства и возможных вариантов фундаментов.

Требованием п. 5.1.4. СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений» является учет взаимодействия сооружения с основанием. Расчетная схема системы «сооружение — основание» или «фундамент — основание» должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, особенностей его возведения, характера грунтовых напластований, свойств грунтов основания, возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения и пр.).

Для совместного расчета сооружения и основания могут быть использованы численные методы и специализированное программное обеспечение. В полной мере такой расчет может быть реализован в модуле APM Structure3D, входящем в систему APM Civil Engineering. APM Structure3D, представляющий собой модуль конечно-элементного анализа, уникальная отечественная разработка, в которой, помимо прочностного расчета пространственных металлических, железобетонных, армокаменных и деревянных строительных конструкций, реализован расчет всех основных типов фундаментов.

Типы фундаментов, расчет которых может быть проведен в модуле APM Structure3D:

  • столбчатые железобетонные фундаменты под колонны;
  • ленточные железобетонные фундаменты;
  • сплошные железобетонные фундаменты;
  • свайные: висячие сваи и сваи-стойки.

Возможен также расчет фундаментов произвольной конфигурации в плане и комбинированных (разных типов для одного здания), а также фундаментов сложной формы, например сплошных с оребрением.

Проектирование оснований фундаментов зданий и сооружений ведется по двум группам предельных состояний. Целью расчета по первой группе предельных состояний является определение несущей способности оснований, обеспечение прочности и устойчивости фундаментов на сдвиг по подошве и опрокидывание. Расчет по второй группе предельных состояний должен ограничить абсолютные и относительные перемещения фундаментов предельными величинами, гарантирующими нормальную эксплуатацию сооружения.

APM Structure3D имеет сертификат РОСС RU.СП15.Н00172 на соответствие расчета оснований и фундаментов следующим нормативным документам:

  • СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений»;
  • СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов»;
  • СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры» (используется для расчета железобетонных ленточных и сплошных фундаментов).

Общие принципы расчета фундаментов на упругом основании

Расчет фундамента начинается с предварительного выбора конструктивного решения и определения глубины заложения. Проверка пригодности принятых размеров, а также выбор размеров отдельных частей фундамента и способов его армирования выполняются исходя из расчета прочности грунта основания. Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия совместной работы сооружения и основания. Совместная деформация основания и сооружения характеризуется абсолютной осадкой (подъемом) основания отдельного элемента фундамента.

При расчете деформаций основания с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания (п. 5.5.8
СП 50-101-2004).

Следует отметить, что для моделирования упругого основания требуется определение коэффициентов пропорциональности, называемых коэффициентами постели. На основании данных инженерно-геодезических изысканий APM Structure3D позволяет задать структуру грунта и определить расчетное сопротивление грунта и коэффициенты постели оснований.

Для всех типов фундаментов для ввода нагрузок на основания применяются результаты статического расчета от действия какого-либо загружения или комбинации загружений. В качестве альтернативы возможен и «ручной» ввод в соответствии с расчетной схемой.

Расчет параметров грунта основания

В текущей версии системы APM Civil Engineering реализована модель грунта основания с использованием двух коэффициентов постели, которую принято называть моделью Пастернака. В случае применения в расчете одного коэффициента постели модель Пастернака сводится к традиционной модели Винклера, регламентированной
СП 50-101-2004. В дальнейших планах разработчиков — создание дополнительных инструментов для моделирования грунта объемными конечными элементами (модели грунта Кулона — Мора и Дрюкера — Прагера).

Понятие «основание» в APM Structure3D включает фундамент одного типа (столбчатый, ленточный, сплошной, свайный) с одинаковыми конструктивными параметрами и установленный на одном грунте.

Рис. 1. Задание параметров грунта основания

Для всех типов фундаментов, за исключением расчета свай-стоек, доступна вкладка Слои грунта (рис. 1), в которой осуществляется задание параметров грунта для данного основания. Одному основанию может соответствовать только один грунт. Для задания грунта прежде всего необходимо выбрать тип грунта (глина или песок). От выбранного типа зависит, каким будет выпадающее меню подтипа: для песка — гравелистый, крупный, средней крупности, мелкий, пылеватый; для глины — несколько вариантов, имеющих разный показателя текучести (IL) — от 0 до 1. Далее для задания доступны все остальные параметры: толщина, плотность, угол внутреннего трения (град.), удельное сцепление, коэффициент поперечной деформации, модуль деформации.

Предусмотрена возможность выбора одного из типов грунтов с предопределенными характеристиками, например Глина IL = 0 или Песок средней крупности с возможностью дальнейшего редактирования параметров грунта. Расчетные сопротивления для каждого слоя грунта вычисляются на основании п. 5.5.8
СП 50-101-2004.

Расчет основания под столбчатый фундамент

Столбчатый фундамент, как правило, устанавливается под колонну. Поэтому для расчета упругого основания под столбчатый фундамент необходимо создать стальной или железобетонный конструктивный элемент «колонна» и установить опоры.

Затем нужно выделить все колонны с опорами и с помощью команды Упругое основание под столбчатый фундамент создать упругое основание. Так автоматически будут созданы соответствующие упругие основания под каждую колонну. Дальнейшее задание параметров (учет наличия подвала, коэффициенты условий работы и пр.) осуществляется во вкладках диалогового окна Фундаменты (рис. 2) для каждого основания или группы оснований. В результате расчета определяются: толщина продавливания грунта с учетом нагрузки на основание, коэффициенты постели, число ступеней фундамента и их геометрические размеры, осадка, крен, необходимое количество арматуры. После выполнения расчета доступна схема расположения ступеней фундамента в грунте, 3D-модель фундамента с армированием отображается на расчетной схеме.

Рис. 2. Расчет столбчатого фундамента под колонну

Расчет свайного фундамента

В основу расчета свайного фундамента положено определение требуемого количества свай в кусте. Необходимо выделить все колонны (ЖБ-колонны или стальные конструктивные элементы) с опорами и с помощью команды Упругое основание под свайный фундамент создать соответствующие упругие основания. Так автоматически будут созданы упругие основания под каждую колонну.

Рис. 3. Порядок расчета свайных фундаментов

Далее во вкладках диалогового окна Фундаменты (рис. 3) для каждого основания или для группы оснований осуществляется задание параметров. Геометрические параметры, такие как сечение и размеры, могут быть выбраны из базы данных стандартных свай или заданы пользователем. Вкладка Конфигурация позволяет выбрать тип свай: сваи-стойки (забивная, оболочка, набивная и буровая) или висячие сваи (забивная, оболочка, оболочка, заполняемая бетоном набивная и буровая, винтовая, бурозавинчиваемая, вдавливаемая). Параметры ростверка применяются для задания геометрических размеров и материала ростверка, а также для учета наличия подвала.

Рис. 4. Результаты расчета и схема свайного фундамента

В результате расчета (рис. 4) определяются следующие параметры: толщина продавливания грунта с учетом нагрузки на основание, коэффициенты постели, осадка, крен, несущая способность сваи по грунту на продавливание и на выдергивание и необходимое количество свай, а также геометрические размеры плиты ростверка, размеры условного фундамента, расчетное сопротивление грунта под условным фундаментом. После выполнения расчета доступна схема расположения куста свай в грунте, 3D-модель ростверка отображается на расчетной схеме.

Расчет основания под ленточный фундамент

Ленточный фундамент представляет собой балку, установленную под стеной или под рядом близко стоящих колонн. Для расчета упругого основания под ленточный фундамент необходимо создать ЖБ-ригель, стальной или деревянный конструктивный элемент, а затем установить опоры по длине конструктивного элемента.

В одно основание ленточного фундамента могут входить несколько конструктивных элементов одного сечения, расположенных на одном грунте. После выделения ригеля или группы ригелей одного сечения с помощью команды Упругое основание под ленточный фундамент создается соответствующее упругое основание (рис. 5).

Рис. 5. Подготовка модели ленточного фундамента

Дальнейшее задание параметров (учет наличия подвала, коэффициенты условий работы и т. д.) и выполнение расчета основания по прочности грунта и осадкам осуществляется во вкладках диалогового окна Фундаменты для каждого основания или группы. Расчет фундамента как железобетонного элемента с подбором арматуры выполняется в диалоговом окне Конструктивные элементы.

Расчет основания под сплошной фундамент

Сплошной фундамент представляет собой плиту. Для расчета упругого основания под сплошной фундамент необходимо создать конструктивный элемент с типом элемента ЖБ-оболочка, а затем установить опоры по всей пластине.

В одно основание сплошного фундамента могут входить несколько конструктивных элементов одинаковой толщины, расположенных на одном грунте. После выделения одного или нескольких конструктивных элементов с помощью команды Упругое основание под сплошной фундамент создается соответствующее упругое основание (рис. 6).

Рис. 6. Конфигурация и результаты расчета сплошного фундамента

Дальнейшее задание параметров и выполнение расчета основания по прочности грунта и осадкам осуществляется во вкладках диалогового окна Фундаменты для каждого основания или группы. Расчет фундамента как железобетонного элемента с подбором арматуры выполняется в диалоговом окне Конструктивные элементы.

Совместный расчет сооружения, фундамента и основания

Расчет внутренних усилий в системе «основание — фундамент — сооружение» допускается выполнять на основании, характеризуемом переменным в плане коэффициентом жесткости (коэффициентом постели). При этом переменный в плане коэффициент постели назначается с учетом неоднородности в плане и по глубине основания. Коэффициенты постели зависят от структуры и физических свойств грунта, а также от нагрузки на основание. В APM Structure3D эти коэффициенты могут быть определены в процессе последовательных приближений:

  1. Расчет сооружения на жестком основании и определение первоначального распределения коэффициентов постели исходя из глубины продавливания толщи грунта.
  2. Расчет совместных перемещений сооружения фундамента и основания с принятым распределением коэффициента постели при действии заданных нагрузок.
  3. Определение осадок основания с использованием принятой модели основания, а также следующего приближения и пересчет коэффициентов постели.
  4. Повторение шагов 2 и 3 до достижения сходимости по контрольному параметру (например, по коэффициенту постели).

В системе APM Structure3D реализован комплексный подход расчета строительного объекта «основание — фундамент — сооружение». Выполнение расчета конструктивных элементов (металлических, железобетонных, армокаменных, деревянных) и фундаментов в «одном окне» имеет ряд очевидных преимуществ:

  • пользователь работает с программным обеспечением одного разработчика;
  • отсутствует лишняя операция переноса результатов и данных из одной программы в другую;
  • возможность реализации итерационного процесса решения нелинейной задачи совместной работы системы «основание — фундамент — сооружение»;
  • одновременная проверка несущей способности стальных, деревянных и армированных (железобетонных и армокаменных) конструктивных элементов.

Такой подход, на наш взгляд, наиболее полно соответствует требованиям современного проектирования.

САПР и графика 2`2009

Принципы проектирования оснований и фундаментов под противотаранные устройства

ЛЮБОЕ ИНЖЕНЕРНОЕ СООРУЖЕНИЕ, В ТОМ ЧИСЛЕ И ПРОТИВОТАРАННОЕ УСТРОЙСТВО (ПТУ) ИМЕЕТ ФУНДАМЕНТ, ОПИРАЮЩИЙСЯ НА ОСНОВАНИЕ.

Онованием сооружения является грунт, несущий все нагрузки от сооружения, как в строительный, так и в эксплуатационный период времени. Основания могут быть естественными, если грунты обладают достаточной прочностью, устойчивостью, не дают недопустимых деформаций и не требуют специальных мероприятий для их укрепления, и искусственными, если грунты слабые и необходимо принять меры по их укреплению. Сооружение оказывает влияние на основание в пределах некоторой области – сжимаемой толщи, размеры которой зависят от площади подошвы фундамента, величины нагрузки и ряда других факторов. Фундаментом называется конструктивная часть сооружения, которая располагается обычно ниже планировочной отметки земли и передает нагрузки от сооружения на основание. Фундамент должен рассматриваться в сочетании с основанием и с вышележащими конструкциями сооружения. В соответствии с СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01–83» проектирование оснований и фундаментов состоит из обоснованного соответствующим расчетом выбора типа основания – естественное или искусственное и конструкции фундамента его материалов и размеров. Основания рассчитываются по двум группам предельных состояний: первая – по несущей способности, вторая – по деформациям. Проектирование оснований осуществляется по следующим основным принципам: Проектирование оснований по предельным состояниям независимо от типа фундамента противотаранного устройства. ♦Учет совместной работы «системы» – основание, фундамент и противотаранное устройство. ♦Комплексный подход при выборе типа фундамента и оценке работы грунтов основания на основе совместного рассмотрения:
  • инженерно–геологических условий территорий строительной площадки;
  • чувствительности основных силовых элементов противотаранного устройства к неравномерным деформациям основания;
  • методов производства строительно–монтажных работ по устройству оснований фундаментов;
  • особенностей эксплуатации противотаранного устройства.
Перечисленные факторы свидетельствуют о сложности выполнения задачи по проектированию оснований и фундаментов под противотаранные устройства. Поэтому зачастую невозможно определить рациональные типы оснований и фундаментов, не рассмотрев предварительно несколько возможных вариантов. Окончательное решение следует принимать на основе технико-экономического сравнения рассматриваемых вариантов оснований и фундаментов. При этом необходимо учитывать стоимость конструкции фундамента, ее долговечность, индустриальность изготовления, трудоемкость, возможность выполнения строительно–монтажных работ в зимнее время. Особое внимание обращается на сохранение естественной структуры грунтов основания во время производства земляных работ. Поэтому перед проектировщиками стоит сложная задача выбора надежного и экономичного типа фундамента, который должен удовлетворять следующим требованиям:
  • Прочности, долговечности и не разрушаться от действия грунтовых вод.
  • Устойчивости по отношению к опрокидывающим силам, сдвигу и скольжению.
  • Не превышать величин осадок, указанных в нормативной литературе.
  • Иметь наиболее экономичные конструктивные формы для конкретного типа противотаранного устройства и основания.
Выполнение указанных требований возможно при правильном вариантном проектировании с учетом всех местных геологических и гидрогеологических условий площадки строительства. В процессе проектирования фундаментов выделяется несколько этапов: 1. Выбор материала и обоснование конструктивных форм фундамента. 2. Расчет глубины заложения фундамента и всех его конструктивных элементов. 3. Подбор размеров подошвы фундамента, определение фактического напряжения по подошве и нормативного давления на грунт. 4. Определение осадки фундамента. 5. Расчет устойчивости фундамента на опрокидывание и сдвиг. 6. Конструктивный расчет фундамента. 7. Выбор рационального способа устройства фундамента. По конструктивной форме можно выделить несколько типов фундаментов под противотаранные устройства: 1. Столбчатый, выполненный в виде отдельных монолитных железобетонных столбов под каждую из силовых опор противотаранного устройства. 2. Плитный, располагающийся под всем противотаранным устройством в виде сплошной монолитной железобетонной плиты. 3. Смешанный – сочетание столбчатого фундамента с основанием в виде плиты, соединяющей между собой столбы. 4. Свайный, состоящий из свай и ростверка. Каждому из перечисленных типов фундаментов свойственны свои преимущества и недостатки. Баланс между «плюсами» и «минусами» конкретно проектируемого фундамента достаточно не устойчив и достоверно может оцениваться только специальными расчетами, охватывающими такие понятия, как жесткость и предельно допустимые деформации конструкции противотаранного устройства, динамика пучинистых явлений и механические характеристики грунта. Фундамент – это неповторимая область строительства, в которой каждый раз при возведении нового объекта возникает иная инженерно–геологическая ситуация, не похожая на предыдущую. Одним из главных конструктивных параметров фундамента является глубина его заложения. Глубина заложения подошвы фундамента назначается с учетом обеспечения прочности, устойчивости и долговечности противотаранного устройства, а также экономичности принятого варианта фундамента. Глубина заложения подошвы фундаментов зависит от: 1. Геологических и гидрогеологических условий площадки строительства. 2. Климатических условий района строительства. 3. Конструктивных особенностей противотаранного устройства. 4. Величины нагрузок, приложенных к основанию и направления их действия. 5. Способа производства строительных работ, связанных с возведением фундаментов. Глубина заложения подошвы фундамента в значительной степени зависит от геологических и гидрогеологических условий площадки, то есть характера напластования грунтов и их физико–механических свойств, положения уровня грунтовых вод и степени их агрессивности. При залегании с поверхности земли на значительную глубину грунтов с высокими значениями прочностных и деформационных характеристик глубина заложения подошвы фундамента может быть принята минимальной и в некоторых случаях может достигать 0,5 м от спланированной поверхности грунта. Если слабый слой грунта, залегающий с поверхности, подстилается более прочными грунтами, то глубина заложения подошвы фундамента будет зависеть от мощности слабого слоя грунта. Необходимость учета положения уровня грунтовых вод и изменение его уровня в период эксплуатации сооружения связана с возможным пучением грунтов при промерзании, а также увеличением стоимости работ по возведению фундаментов с осушением котлованов. Поэтому необходимо по возможности глубину заложения подошвы фундаментов принимать выше уровня грунтовых вод. Для фундаментов под металлические силовые опоры противотаранных устройств, воспринимающих большие нагрузки, глубина заложения подошвы фундаментов должна быть увязана с длиной анкерных болтов. Рис. 1. Общий вид противотаранного устройства установленного на металлический свайный фундамент: 1 – опора; 2 – стрела; 3 – подъемный механизм; 4 – уровень поверхности земли; 5 – металлический свайный фундамент. При действии нагрузки в горизонтальном направлении глубина заложения подошвы фундаментов должна обеспечить устойчивость фундамента на сдвиг и выдергивание. Выбрав глубину заложения фундамента, необходимо определить величину нормативного давления на грунт несущего слоя на уровне подошвы фундамента. Нормативное давление – это механическое напряжение, которое допускается в грунте основания при условии сохранения устойчивости и эксплуатационной пригодности противотаранного устройства установленного на фундамент. Размеры фундамента в плане, такие как ширина, длина или площадь определяются по нагрузкам, действующим на фундамент, и нормативному давлению на грунт несущего слоя. Следует отметить, что для фундаментов под противотаранное устройства необходимо учитывать две комбинации нагрузок. Первая комбинация от действия эксплуатационных нагрузок, вторая от нагрузок, возникающих вследствие таранного удара авто-транспортным средством. Определение осадки фундамента является конечным этапом расчета естественного основания. Оно имеет целью ограничение деформаций противотаранного устройства, установленного на фундамент, происходящих в результате осадок грунтов, такими пределами, которые не нарушали бы безотказную работу изделия в целом. Это условие будет выполнено, если максимальная расчетная величина деформаций основания не будет превосходить предельной величины деформаций, установленной строительными нормами и правилами. В связи с тем, что противотаранное устройство представляет собой две независимые конструктивные части, то кроме вертикальных осадок отдельных фундаментов под каждую из силовых опор противотаранного устройства, необходимо определять разность осадок, а также крен фундаментов. По поводу конструктивного расчета фундамента, а именно его армирования, следует отметить, что это не свалка металла, как это часто бывает, а обоснованный выбор сечений арматуры и организованное с учетом конструктивных требований нормативных документов ее распределение по объему бетонного массива. Проектирование свайных фундаментов должно выполняться в соответствии с нормами СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03–85». Выбор длины свай и типа свайного фундамента зависит от конкретных условий строительной площадки, конструктивных особенностей зданий и сооружений, производственной базы строителей и должен проводиться на основании технико–экономического сравнения различных вариантов с определением оптимального по различным критериям оптимизации, таким как расход материалов, трудозатраты, приведенные расходы. Длина свай должна быть принята также с учетом её заделки в тело ростверка и несущий слой грунта. Наряду с распространенными и рассмотренными выше типами фундаментов для установки противотаранных устройств, такими как свайные и фундаменты на естественном основании, имеются фундаменты с конструктивными особенностями, которые необходимо учитывать в расчетах по предельным состояниям. Таким фундаментов является разработанный и запатентованный металлический свайный фундамент ЗАО «ЦеСИС НИКИРЭТ» под противотаранное устройство облегченного типа ПТУ–Л ПРЕПОНА T1145. На рисунке 1 показан общий вид ПТУ, установленного на предлагаемый металлический свайный фундамент. Сущность металлического свайного фундамента поясняется рисунком 2, где показан фрагмент конструкции. Конструкция, включает сваи и ростверк. Сваи 9 и 10 представляют собой вертикально расположенные стальные трубы, погруженные в грунт до проектной отметки одним из известных способов. При устройстве фундамента проводится оценка инженерно–геологических условий площадки строительства. Определяется слой грунта, в который наиболее рационально заглубить острие свай 9 и 10, тем самым назначается их длина. Сваи, входящие в состав фундамента условно делятся на две группы. Одна группа свай 9, назовем их «не связанные», в оголовке имеют опорные столики 8. Другая группа свай 10 жестко связана попарно посредством стальных горизонтально расположенных балок 6 и 7, эти сваи назовем «связанные». Ростверк выполнен в виде системы Г–образных стальных балок 2 и 3. Система балок состоит из одной главной 2 и двух примыкающих к ней перпендикулярно второстепенных балок 3. Второстепенные балки 3 гарантируют общую устойчивость главной балки 2 из плоскости действия динамической нагрузки. Главная балка 2 и одна второстепенная балка 3 состоят из двух конструктивных элементов соединенных между собой на фланцах 4, обеспечивающих жесткое сопряжение узлов конструкции. Другая второстепенная балка 3 представляет собой один конструктивный элемент, имеющий жесткое сопряжение с главной балкой 2. По двум сторонам система Г–образных стальных балок опирается упорами 1, выполненными из стальных труб, на опорные столики 8 «не связанных» свай 9 без жесткой фиксации, образуя шарнирное соединение. По двум другим – главной балкой 2 и одной второстепенной 3 на нижние объединяющие балки 7 «связанных» свай 10. Эти узлы являются скользящей заделкой. Принцип работы данного фундамента основан на преобразовании полученной им энергии от ударной нагрузки в деформацию грунта основания.
Рисунок 2 – Фрагмент конструкции металлического свайного фундамента: 1 – упор; 2 – главная балка; 3 – второстепенная балка; 4 – фланцевое соединение; 5 – опора барьера; 6 – верхняя объединяющая балка; 7 – нижняя объединяющая балка; 8 – опорный столик; 9 – сваи «не связанные»; 10 – сваи «связанные»
Во время таранного удара главная балка 2 и второстепенные балки 3 раскладывают изгибающие моменты, передающиеся от опоры барьера 5, на две пары сил. Одни силы посредством упоров 1 на конце главной балки 2 и второстепенной балки 3, состоящей из двух конструктивных элементов, через опорные столики 8 вдавливают «не связанные» сваи 9. Эти сваи работают на сжатие. Другие силы свободным концом главной балки 2 и второстепенной балки 3, состоящей из одного конструктивного элемента, посредством верхних объединяющих балок 6 стараются вырвать из грунта «связанные» сваи 10. Эти сваи работают на растяжение. Во время таранного удара кроме изгибающих моментов возникают поперечные силы, которые посредством упоров 1 на конце главной балки 2 и второстепенной балки 3, состоящей из двух конструктивных элементов через опорные столики 8 изгибают «не связанные» сваи 9. В это время свободные концы главной балки 2 и второстепенной балки 3, состоящей из одного конструктивного элемента, проскальзывают между объединяющими балками 6 и 7 «связанных» свай 10.
Рисунок 3 – Монтаж ПТУ на металлический свайный фундамент: а – общий вид; б – фрагмент
 
Рисунок 4 – Общий вид до испытания: а – объект испытания; б – автомобиль ГАЗ–33023
Упоры 1 на концах второстепенной 3 и главной балки 2, а также сваи 9 и 10 являются «зонами программируемой деформации», так как во время таранного удара грунт, контактирующий с указанными элементами, перемещается первым, за счет, преобразования полученной им энергии от динамической нагрузки в деформацию. Этим обеспечивается упругая податливость опор противотаранного устройства установленного на металлический свайный фундамент и достигается технический результат, направленный на снижение усилий возникающих в элементах барьера и как следствие снижение материалоемкости и себестоимости изделия. В сентябре 2013 г. проведено натурное испытание предлагаемой металлоконструкции с установленным на нее ПТУ на территории испытательного центра НИЦИАМТ ФГУП «НАМИ» с целью подтверждения заявленных технических характеристик на изделия.

Рисунок 5 – Общий вид после испытания

Так как фундамент состоит из двух независимых конструкционных частей, строительно–монтажные работы можно вести с минимальным вскрытием дорожного полотна и без остановки движения автотранспортных средств через перекрываемый проезд. Установленное на металлоконструкцию противотаранное устройство, готово к работе сразу же после завершения монтажа. Кроме того, применение металлического свайного фундамента позволяет полностью отказаться от бетонирования, – отпадает необходимость в доставке бетона на объект, установке опалубки, заливке. При этом экономится время, уходившее на ожидание набора прочности бетона, так как только спустя 7 дней после заливки достигаются 70% прочности выбранной марки бетона. Однако изделие следует начинать эксплуатировать лишь при достижении 100% – не ранее, чем через 28 дней после заливки. Отсутствие бетонных работ значительно упрощает рабочий процесс и расширяет возможности монтажа в зимний период и межсезонье. Необходимо отметить ещё одно преимущество металлического свайного фундамента перед железобетонным – возможность оперативно заменять элементы конструкции после запроектного удара. На рисунке 3 показан монтаж противотаранного устройства на рассматриваемую металлоконструкцию. Требование, предъявляемое к объектам испытаний, заключалось в создании непреодолимого препятствия для автотранспорта массой до 3,5 т и скоростью движения до 40 км/ч при попытке несанкционированного въезда на охраняемую территорию объекта. Испытание осуществлялось путем таранного удара по ПТУ, установленного на металлический свайный фундамент автомобилем ГАЗ–33023, массой 3,5 т, движущегося по поверхности дорожного покрытия со скоростью 40 км/ч. Общий вид испытуемых изделий показан на рисунке 4. Для разгона автотранспортного средства (АТС) использовалась горизонтальная дорога с твердым (цементобетонным) покрытием шириной 6 м. Движение АТС в заданном направлении обеспечивалось прямолинейным монорельсом. Разгон осуществлялся автомобилем – тягачом посредством тягового троса, системы подвижных и неподвижных направляющих блоков и ползуна, перемещающегося по монорельсу. Отделение АТС от ползуна осуществлялось автоматически на расстоянии 8 м от места возникновения контакта с ПТУ. Дальнейшее движение АТС происходило по инерции. Скорость таранного удара автомобиля по ПТУ определялась посредством электронного прибора «время – путь» на расстоянии 8 м до места возникновения контакта с ПТУ. Результаты испытания представлены на рисунке 5. Рассмотренная металлоконструкция кроме снижения материалоемкости обладает рядом преимуществ относительно традиционных монолитных железобетонных фундаментов на естественном основании. При монтаже в несколько раз уменьшается объем земляных работ, что приводит к значительному снижению трудоемкости и стоимости строительства. Автор: Денис Тарасов, начальник архитектурно– строительной группы ЗАО «ЦеСИС НИКИРЭТ»   Журнал “ТЕХНИКА ОХРАНЫ ПЕРИМЕТРА” • №1, 2017 г.

ПОДРОБНЫЙ ПРИМЕР РАСЧЕТА СТОЛБЧАТОГО ФУНДАМЕНТА



ПОДРОБНЫЙ ПРИМЕР РАСЧЕТА СТОЛБЧАТОГО ФУНДАМЕНТА
Перед тем как начать строить дом, нужно сначала провести все необходимые расчеты. Есть фундаменты, которые просчитываются достаточно легко – это плитные и ленточные, а есть более сложные варианты – столбчатые.
У этих фундаментов есть одно неоспоримое преимущество – их можно дорабатывать (специальные подошвы и расширения), но это скорее исключение, чем правило.Основываются расчеты столбчатого фундамента сразу на нескольких факторах – масса дома и масса фундамента, а вот масса здания формируется из целого ряда показателей, часть из которых учитывается, а часть (при частном строительстве) можно смело отбросить. Для столбчатого фундамента совершенно не играет роли среднегодовая сила ветра и сейсмическая активность региона, потому что на маленький дом эти силы имеют минимальное воздействие, которое принимается за нуль.
Все основные факторы должны быть учтены максимально верно, чтобы в итоге не возникало неожиданностей.

Пример расчета

Для наглядного объяснения рассмотрен расчет столбчатого фундамента для двухэтажного каркасного дома размерами 6 на 6 метров.

Пример представлен на основе следующих исходных данных:

  • стены толщиной 150 мм, площадь — 100 м2;
  • кровля металлическая по деревянным стропилам с уклоном 25 градусов площадью 40 м2;
  • площадь перекрытий по деревянным балкам 72 м2;
  • снеговой район lV;
  • грунт основания — гравийный с глиной.

Рассчитываем нагрузки с учетом коэффициентов:

  • от стен = 100м 2*50 кг/м2*1,1 = 5500 кг;
  • от перекрытий = 72м2*150кг*1,1 = 11800 кг;
  • от кровли = 40м2*60кг/м2*1,1 = 2640 кг.

Чтобы рассчитать собственный вес фундаментов принимаем его ширину 400 мм. Предварительно принимается 1 столб на каждые 2 метра периметра здания. Для данного примера 24/2 = 12 шт. Глубина промерзания грунта для выбранного климатического района (по СП «строительная климатология») 1,8 м. Столб должен опираться на 0,2 м ниже глубины промерзания и выходить из земли на 0,5 м. Такое заглубление необходимо, чтобы предотвратить опрокидывание или выпирание при воздействии сил морозного пучения. Получаем значение 2,5 м.

  • масса всех столбов равна 1,3 *2,5м*0,4м*0,4м*12шт*2500кг/м3 = 15600 кг;
  • полезная долговременная нагрузка 150кг/м2*72м2*1,2 = 12960 кг;
  • снеговая нагрузка = 240кг/м2*1,4*40м2 = 13440 кг.

Сумма всех значений составляет 61940 кг.

S = 61940кг/4,0 кг/см2 = 15485см2 на все столбы.

Площадь одного столба = 40см*40см = 1600 см2.

Количество столбов в этом примере на весь фундамент = 15485/1600 = 9,67 шт. Принимаем 10 шт.

В данном случае 4 столба будут располагаться по углам, а остальные 6 необходимо расположить по периметру. Части здания, сильно различающиеся по весу необходимо рассчитывать отдельно и располагать на независимых друг от друга фундаментах (например, основная часть дома и летняя веранда).

Общие опоры

Эта программа обеспечивает полный и подробный анализ прямоугольных оснований, подверженных осевым, горизонтальным сдвигающим и моментным нагрузкам вокруг одной или обеих осей. Программа также может обрабатывать:

Анализ двухосного изгиба, моментов, сдвигов и эксцентрических нагрузок можно объединить одновременно для расчета максимального давления почвы в углах основания.
Колонна может быть указана так, чтобы она находилась вне центра от осевой линии основания, в результате чего расчетные давления грунта, сдвиги и моменты принимаются по периметру смещенной колонны.
Собственная нагрузка на перекрывающие породы для учета нагрузок, нагружающих фундамент.
Боковые нагрузки, прикладываемые по одной или обеим осям для создания опрокидывающих моментов из-за их эксцентриситета над нижней частью основания.
Мертвые, живые и кратковременные моменты, приложенные вокруг одной или обеих осей.
Спецификация сейсмической зоны, чтобы указать, используются ли ветровые или сейсмические нагрузки, а также следует ли использовать специальные положения UBC по коэффициенту нагрузки для сейсмических зон 3 и 4.

Пьедестал колонны и эквивалентные размеры колонны могут быть введены для определения местоположения передачи сдвига на основание и размеров, используемых для расчета поперечных напряжений балки и продавливания.

Пользователь может выбрать, следует ли выполнять анализ, применяя поперечный и моменты отдельно по обеим осям, или требуется полный двухосный анализ давления грунта / сдвига / момента. Когда выполняется двухосный анализ, теория косого изгиба коррелируется с уравнениями Эслинга для создания нейтральной оси и матрицы давления грунта в 2500 точках под основанием.Эта сетка давления затем используется для расчета максимальных сдвигов и моментов.

Окончательные расчеты дают результаты для уравнений комбинации коэффициента нагрузки ACI 9-1, 9-2 и 9-3 одновременно. Приведены односторонние и двусторонние ножницы, изгибающие моменты, требования к армированию со всех четырех сторон и коэффициенты устойчивости при опрокидывании по обеим осям.

Базовое использование

«Давление почвы» и «Коэффициент увеличения» определяют допустимое несущее давление почвы для сравнения со значениями анализа.Базовая высота пьедестала определяет высоту, на которой будут применяться все ножницы. Сейсмическая зона устанавливает коэффициент нагрузки ACI для уравнений 9-2 и 9-3. Вес перекрывающих пластов считается статической нагрузкой, приложенной к верхней части фундамента (но исключая зону колонны). Вы можете установить флаг «Биаксиальный анализ», чтобы указать, следует ли использовать сложные процедуры двухосного анализа, одновременно применяя все поперечные нагрузки и моменты к основанию.
Осевые нагрузки могут быть приложены мертвыми, действующими или кратковременными (но должны иметь положительный знак +).Краткосрочная нагрузка будет учитываться на основе сейсмической зоны. Используя X Ecc. и Y Ecc. входов, вы можете сместить точку приложения осевой нагрузки за осевую линию колонны, приложив дополнительный момент к основанию.
Можно ввести размеры основания вместе с эквивалентными размерами колонны, которые будут использоваться для расчета одно- и двусторонних касательных напряжений.
Силы осей Y-Y и X-X позволяют применять рабочие (необработанные) ножницы и моменты к опоре.Разрешены мертвые, активные и кратковременные компоненты, значения могут быть как отрицательными, так и положительными.
ВАЖНО установить систему координат X-Y перед вводом размеров фундамента, приложенных ножниц и моментов, а также эксцентриситетов осевых нагрузок. Мы использовали это соглашение:
Вверху = + Y Внизу = -Y Справа = + X Влево = -X
Расчет программы определит фактическое обслуживание и факторизацию давление почвы, моменты и сдвиги, а также необходимое армирование.Затем вы можете изменить размеры опор для получения оптимального дизайна.

Уникальные особенности

Пользователь может применять моменты и ножницы вокруг двух осей, а также оценивать максимальное и минимальное давление почвы, односторонние ножницы и изгибающие моменты для каждой стороны основания.
Осевая нагрузка может быть приложена эксцентрично от центральной линии основания.
Предоставляется полная комбинация двухосного анализа сдвигов и моментов вокруг каждой оси.
Размер опор можно легко изменять для оптимизации конструкции.
Учитываются вскрыши и вес основания.
Кратковременная нагрузка может быть указана как сейсмическая или ветровая.
Односторонний сдвиг рассчитывается на основе максимального условия для каждой из четырех сторон.
Изгибающий момент и требуемая арматура рассчитываются на основе максимального условия для каждой из четырех сторон в соответствии с методами расчета предельной прочности.

Допущения и ограничения

Ограничение скольжения на опоре не проверено.
Метод расчета соответствует расчету максимальной прочности.
В двухосном анализе используются «теории косого изгиба», коррелированные с уравнениями Слинга для давлений в телах, где растяжение недопустимо. Исходя из положения нейтральной оси и рассчитанного максимального давления почвы, под основанием создается сетка давления на 2500 ячеек.Затем давления в различных областях складываются для расчета односторонних сдвигов, двусторонних сдвигов и изгибающих моментов.
Эта программа предполагает, что на опору будет действовать направленная вверх сила.

Пример

Ввод данных для этого примера показан на снимках экрана, которые сопровождают разделы «Вкладки ввода данных» и «Вкладки результатов и графики», которые следует далее.

Вкладки для ввода данных

Этот набор вкладок содержит записи для всех входных данных в этом расчете.При вводе данных и переключении между этими вкладками вы можете просматривать желаемую результирующую информацию на вкладках в правой части экрана (расчетные значения, эскизы, диаграммы и т. Д.). Пересчет выполняется после изменения любых данных ввода. После каждого ввода данных вы можете просмотреть результаты на правом наборе вкладок.

Вкладка «Общие»

Допустимое давление почвы

Введите максимально допустимое давление на грунт для статической (не кратковременной) нагрузки.

Краткосрочное увеличение

Если допускается кратковременное повышение давления почвы, введите здесь множитель.

Сейсмическая зона

Эта запись используется для управления общим коэффициентом нагрузки ACI. Когда ветровые нагрузки создают кратковременные силы, введите здесь 0 «. Когда сейсмические нагрузки создают кратковременные нагрузки, введите здесь 1» — 4 «, чтобы указать сейсмическую зону UBC. Когда используется зона 3 или 4, специальные Применяются положения о факторинге нагрузки раздела 2625 UBC.

Биаксиальный анализ

Этот флаг ДА / НЕТ указывает программе, следует ли комбинировать все нагрузки и моменты одновременно вокруг каждой оси при выполнении анализа. Если вы ответите НЕТ, моменты и сдвиги по каждой оси применяются отдельно для создания максимального давления на грунт.

Комбайн LL & ST

Эта запись указывает программе, когда включать временную нагрузку с кратковременными нагрузками. Как правило, анализ ветровой нагрузки включает в себя временную нагрузку, в то время как краткосрочные нагрузки из-за сейсмических сил обычно не сочетаются с временными нагрузками.

Вес бетона

Если ввести здесь ненулевое число, вес опоры будет включен в расчеты давления грунта, сдвига и изгиба.

f’c

Допустимое напряжение сжатия для бетона.

Fy

Допустимый предел текучести арматурной стали

Арматура CL к грунту

Введите расстояние от нижней части фундамента до центральной линии арматуры.Это будет вычтено из толщины фундамента для расчета расстояния d арматуры при определении необходимой арматуры и глубины / расстояний сдвига.

Минимальная сталь%

Введите минимальный процент стальной арматуры, который вы хотите использовать при определении требуемой площади армирования. См. «Как требуется» для обсуждения того, как этот элемент используется.

Вкладка «Нагрузки»

Осевые нагрузки

К основанию можно прикладывать постоянную, постоянную и кратковременную осевую нагрузку.Эти нагрузки будут комбинациями DL + LL и DL + ST + [LL] при расчете максимального давления в подшипниках.

Эксцентриситет

Этот эксцентриситет определяет расстояние, на которое колонна смещена от центра основания. Эти эксцентриситет заставляют осевые нагрузки создавать моменты на опоре.

Вес вскрыши

Представляет приложенную равномерную дополнительную нагрузку на фундамент. Это может быть грунт, бетонная плита или складские грузы.

Моменты

Эта программа позволяет применять мертвые, живые и кратковременные моменты на центральной линии основания. Положительные моменты вызывают более высокое давление на почву в верхней и правой части основания. Это соответствует направлениям + Y и + X.

Сдвиг

Вы также можете применять горизонтальные мертвые, действующие и кратковременные ножницы в плоскости верхней части фундамента. Чтобы рассчитать фактические опрокидывающие моменты из-за этих нагрузок, ножницы умножаются на толщину опоры + высоту основания.Положительные ножницы вызовут более высокое давление почвы на верхней и правой стороне основания. Это соответствует направлениям + Y и + X.

Вкладка факторов ACI

На этой вкладке указываются коэффициенты нагрузки, которые будут использоваться программой при расчете факторизованных постоянных, постоянных и кратковременных нагрузок, которые будут использоваться во внутренних комбинациях нагрузок для определения Mu и Vu.

Вкладки результатов и графики

Этот набор вкладок предоставляет рассчитанные значения, полученные в результате ввода данных на «Вкладки ввода данных».Поскольку пересчет выполняется при каждом вводе данных, информация на этих вкладках всегда отражает точные и текущие результаты, эскиз проблемы или диаграмму напряжения / прогиба.

Вкладка «Сводка»

В этом разделе обобщены результаты анализа. Для каждого направления нагрузки указаны максимальные эксплуатационные и приведенные давления на грунт как для статической, так и для кратковременной нагрузки. Обратите внимание, что для рабочего давления нагрузки в качестве комбинаций нагрузок используются только DL + LL и DL + [LL] + ST.Для факторизованного давления нагрузки используются уравнения ACI C-1, C-2 и C-3. Когда используется двухосный анализ, давления слева, справа, сверху и снизу отражают все нагрузки, приложенные одновременно. Для небиаксиального анализа нагрузки прикладываются к каждой оси отдельно, чтобы получить отдельные максимальные давления слева / справа и сверху / снизу.

Макс. & Разрешить давление

Это абсолютное максимальное давление на грунт служебной нагрузки для обоих условий нагрузки, представленное в области под названием «Давление служебной нагрузки» в сводном поле.

X Прим. & Y Ecc.

Эти эксцентриситет — это место действия полной вертикальной силы, равной с учетом эксцентриситета осевой нагрузки, а также приложенных моментов и поперечных сдвигов. Этот эксцентриситет измеряется от средней линии основания.

му

Максимальные учтенные моменты, создаваемые по всем четырем сторонам основания в результате учтенных давлений грунта, создаваемых уравнением ACI 9-1, 9-2 и 9-3.

Vu: односторонний

Используя значения размера колонны для определения плоскости сдвига для одностороннего изгиба, это максимальный сдвиг при проверке всех четырех сторон основания и всех трех уравнений ACI.

Vu: 2-полосный

При использовании значений размеров колонны для определения площади периметра продавливания сдвига, это максимальная штамповка по всем трем уравнениям ACI.

Устойчивость к опрокидыванию

Фактор безопасности от опрокидывания за счет приложения нагрузок и моментов вокруг каждой оси. Биаксиальный анализ не влияет на это число. 999 «означает отсутствие опрокидывания.

Давление рабочей нагрузки

В этой таблице показаны фактические нагрузки на грунт со всех четырех сторон основания из-за сочетания статической и кратковременной нагрузки.

Факторное давление нагрузки

В этой таблице показаны фактические расчетные нагрузки на грунт со всех четырех сторон основания путем объединения всех нагрузок в комбинации нагрузок ACI 9-1,9-2 и 9-3.

Вкладка «Эскиз»

На этой вкладке представлен эскиз балки с показанными нагрузками и результирующими значениями. Использование кнопки [Печать эскиза] позволяет распечатать эскиз в крупном масштабе на одном листе бумаги.

Вкладка печати

Эта вкладка позволяет вам контролировать, какие области расчета следует распечатать.Установка флажка будет означать, что информация, описываемая элементом, будет напечатана. Однако, если для определенного выбора нет информации, он не будет напечатан. Поэтому эти флажки лучше всего описать как «Если эта конкретная область вычислений содержит данные, распечатайте их».

Образец распечатки

URL-адрес справки: http: // www.ec-software.com/help/index.html?footing.htm

Процесс проектирования опор

| SkyCiv Engineering

Конструкция опор: зачем нам основы?

В этом уроке мы кратко рассмотрим процесс проектирования фундаментного фундамента.

Независимо от того, состоят ли современные конструкции из железобетона, стали, дерева или любого другого материала, все они нуждаются в фундаменте для их поддержки. Поскольку на конструкцию действуют различные типы нагрузок, такие как статическая нагрузка, временная нагрузка, ветровая нагрузка, землетрясение и снеговая нагрузка, эти нагрузки в конечном итоге передаются вниз на фундамент, который помогает передавать их на землю под ним.Важно сделать фундамент прочным, чтобы выдерживать эти нагрузки на протяжении всего срока службы конструкции.

Что такое фундаментные фундаменты?

В зависимости от глубины мы знаем, что фундамент может быть неглубоким или глубоким. Фундамент — это мелкий фундамент, который может состоять из таких материалов, как кирпичная кладка или бетон, в основном они возводятся прямо под стеной или колонной конструкции.

Как работает механизм передачи нагрузки в конструкциях?

В гражданском строительстве важно знать, как система нагружения и путь нагрузки работают в конструкции.В любой конструкции нагрузка прилагается к плите, которая передается через балки, а балки, в свою очередь, переносят эти нагрузки на колонну, которые в конечном итоге передаются на фундамент. Отсюда нагрузки «выходят» из вашей структурной системы и передаются на землю или почву под ней. Фундамент должен опираться на твердые слои, поэтому в большинстве структурных проектов земляные работы выполняются, чтобы найти твердый слой, который поможет фундаменту легко опираться на него без каких-либо проблем с осадкой.

Опоры поддерживают статические нагрузки (и другие нагрузки) для обеспечения статичности конструкции

Как устроены фундаментные фундаменты?

Раньше проектирование таких структурных элементов, как балки, колонны, плиты, выполнялось вручную с использованием различных методов для определения поперечной силы, изгибающего момента и других различных свойств, действующих на эти элементы. Но в современной практике проектирование конструктивных элементов с ручным расчетом потребует больше усилий и времени, и все же будет подвержено ошибкам в расчетах, сделанным человеком.

Проектирование фундаментного фундамента основано на сочетании нескольких процессов, в том числе:

Перед проектированием фундамента для какой-либо конструкции нам нужен отчет по исследованию грунта, с помощью которого мы знаем о некоторых важных характеристиках грунта под ним, таких характеристиках, как несущая способность грунта (SBC), различные слои типа грунта, обнаруженные под ним, вся эта информация помогает инженеру определите тип фундамента, подходящий для конструкции.

Существует различное программное обеспечение для проведения структурного анализа конструкции.Обязательно провести структурный анализ, чтобы найти различные реакции, поперечные силы и силы изгибающего момента, действующие на элементы конструкции, в частности на опоры. Предположим, что структура G + 2 должна быть построена, необходимо следовать процессу структурного проектирования, чтобы спроектировать каждый элемент конструкции. Любое программное обеспечение FEA может использоваться для моделирования и структурного анализа конструкции. После завершения структурного анализа нам понадобятся два типа данных: (1) реакции от колонн, которые будут связаны с фундаментом фундамента, и (2) положения колонн или их координаты.

После проведения анализа и получения реакции конечной колонки из программного обеспечения FEA, нам необходимо выполнить проектирование в соответствии с требованиями наших местных стандартов. Это искусство процесса можно рассчитать вручную или с помощью программного обеспечения для проектирования фундамента (примечание: для упрощенного калькулятора попробуйте наш бесплатный калькулятор бетонного основания)

В программном обеспечении для проектирования фундаментов в качестве входных данных вводятся различные значения, такие как тип фундамента, который вы хотите спроектировать, например, изолированный фундамент, марка бетона, марка используемой стали и выбор конструктивного кода для проектирования в соответствии с руководящими принципами страны, в этом случае вы можно выбрать ACI 318.Импорт данных о положении колонны и реакции, экспортированных из программного обеспечения для расчета конструкций.

Программное обеспечение Foundation

Некоторые общие проверки конструкции, выполняемые при проектировании бетонного фундамента:

Проверка при опрокидывании завершается после определения коэффициента безопасности при опрокидывании, который определяется путем деления суммы моментов сопротивления на сумму моментов опрокидывания. Обычно этот коэффициент должен быть больше или равен 1,5.

Проверка скольжения завершается после определения коэффициента запаса прочности при скольжении, который определяется как коэффициент трения между бетоном и почвой, умноженный на вес опоры, разделенной поперечными силами, действующими на опору.Обычно этот коэффициент должен быть больше или равен 1,5.

Проверки конструкции , такие как проверка на сдвиг в одном или двух направлениях и проверка на изгиб в обоих направлениях, чтобы убедиться, что бетонная конструкция достаточно прочна, чтобы выдерживать прилагаемые к ней силы. Эти расчеты конструкции снова зависят от кода проекта (например, в США используется ACI 318).

После определения обоих коэффициентов безопасности при опрокидывании и скольжения и знания коэффициента трения грунта и бетона, эти значения необходимо ввести в программное обеспечение для проектирования, чтобы получить окончательный расчет опорного фундамента.Отсюда компетентный инженер попытается уменьшить количество материала, используемого в виде уменьшения бетона и / или стали, при этом сохраняя минимальные требования, изложенные в нормах проектирования.

Инженеры могут экспериментировать с различными размерами фундамента, расположением арматуры и количеством, необходимым для достижения результата, который сделает проект более экономичным без ущерба для прочности или безопасности конструкции. Обычно смотрят на основной результат и определяют, почему конструкция выходит из строя, а затем корректируют некоторые исходные данные (армирование, размер фундамента) для улучшения конструкции.

Сводка:

Процесс проектирования фундамента зависит от различных структурных процессов. Они включают исследование грунта, выполнение структурного анализа конструкции модели для определения реакции колонны, проектирование фундамента и, наконец, оптимизацию конструкции. Хотя это очень упрощенное объяснение задействованных шагов, оно должно дать хорошее представление о процессе.

(PDF) Давление на грунт от двухосного нагружения

Civil Engineering Journal Vol.5, No. 11, ноябрь, 2019

2427

1.3. Максимальное давление грунта

Максимальное давление грунта — это пиковое давление, которое фундамент оказывает на грунт под фундаментом в

единицах силы на квадрат длины. Ограничения на это значение продиктованы условиями сайта. В этом документе предполагается, что

пределов максимального давления на грунт указываются отдельно. Для целей анализа при известных размерах опоры и нагрузках

максимальное давление грунта регулируется до тех пор, пока расчетная моментная нагрузка не будет соответствовать опрокидыванию.Для целей проекта

изначально предполагается, что ограничения площадки или допустимое давление грунта на грунт определяют размер фундамента. После того, как фундамент

будет рассчитан на соответствие проектным ограничениям и требованиям, можно будет выполнить дальнейшее уточнение максимального давления грунта

, чтобы определить наименьшее значение, уравновешивающее опрокидывающую нагрузку. Основание, отвечающее допустимым пределам давления почвы

, может иметь более низкое фактическое давление почвы.

Опора, подверженная значительному двухосному переворачиванию, должна иметь размер, позволяющий создавать давление почвы на углу.Если допустимое давление на грунт

значительно выше, чем в ненагруженном состоянии (V / A), более высокое опрокидывание может быть выполнено с учетом

. Основание должно быть достаточно большим и достаточно прочным, чтобы использовать разницу между состоянием

без нагрузки и максимально допустимым давлением на углу при опрокидывании. Наиболее экономичным решением является

, когда давление почвы достигает допустимого, а эксцентриситет вертикальной нагрузки уравновешивает опрокидывание.В экономичном решении

используется преимущество допустимого давления на грунт за счет уменьшения размера опоры при достижении других целей устойчивости

и повышении давления в угловой опоре до допустимого. Если имеется запас грунта, раствор

здесь переместится к первому переходному объему. Если вертикальная нагрузка на фундамент мала по сравнению с опрокидывающими моментами

, решение также будет двигаться к первому переходному объему.

1.4. Метод расчета

Для этого метода расчета давления грунта известны нагрузки и размеры опоры и принято максимальное давление грунта

. Затем расчет переходит к вычислению трех переходных объемов, связанных с этими значениями.

Затем расчетная вертикальная нагрузка сравнивается с расчетными переходными объемами.

Здесь вычисление переходит в один из четырех путей. Первый путь выполняется, когда вертикальная нагрузка на фундамент меньше на

, чем первый переходный объем.Второй путь используется, когда вертикальная нагрузка на фундамент находится между

и

вторыми переходными объемами. Третий путь используется, когда вертикальная нагрузка на фундамент находится между вторым и третьим переходными объемами

, а четвертый путь используется, когда вертикальная нагрузка на фундамент превышает третий переходный объем.

Хотя решение разбито на четыре направления, изменение формы давления грунта непрерывно от равномерного давления грунта

до углового тетраэдра.Плоскость контакта с грунтом основания вращается вокруг самого высокого нагруженного угла параллельно оси нулевого давления

. Он начинается по горизонтали и заканчивается по мере приближения к вертикали. Переходные объемы — это места, где он

проходит через другие углы фундамента. Форма давления грунта — это пересечение этих двух плоскостей и вертикальных плоскостей

со сторон основания [4]. Важно распознать структуру строгального станка, чтобы уменьшить количество неизвестных переменных

.

Для всех четырех путей расчета все угловые точки распределения давления записываются с помощью одной переменной

, которая корректируется до тех пор, пока уравнение для объема не сходится с расчетной вертикальной нагрузкой. С помощью всего лишь одной переменной

есть прямое решение. Он просто создает большое сложное уравнение для объема и центра тяжести

. Здесь не делается попыток найти единственную переменную, скорее, в данной статье используется итеративное решение.Этот

упрощает контроль точности, особенно при поддержке автоматизации. Рассмотрите возможность использования различных значений точности

для переменных оси z для корректировки единиц измерения. После схождения вертикальной нагрузки на опору рассчитываются центр тяжести и моментная нагрузка

.

Существует несколько аналитических и графических методов решения этой проблемы [1, 5-8], но введение

тетраэдров и матриц упрощает решение.Конечно, есть и другие численные решения и математические решения более высокого уровня.

Это методичное и прямое решение.

Результатом расчета является моментная нагрузка для данных переменных и предполагаемое давление на грунт. Если

моментная нагрузка слишком мала, увеличивается максимальное давление почвы или увеличиваются размеры основания.

Если моментная нагрузка слишком высока, максимальное давление почвы уменьшается или размеры уменьшаются.Все решения

с избыточной моментной мощностью жизнеспособны, но не самые экономичные. Оптимальное решение находится, когда используется максимальное допустимое давление на грунт

и моментная нагрузка уравновешивает опрокидывающий момент. Для опускания грунта основания

давление прибавить

. Увеличение размера опоры в направлении линии, перпендикулярной оси нулевого давления почвы, является наиболее эффективным средством компенсации опрокидывания. Пек [1] ​​предостерегал: «Однако большая степень уточнения

не может быть оправдана ввиду неопределенностей, связанных с различными допущениями, которые должны быть сделаны при решении любой задачи

этого типа».

Блок-схема этого процесса проектирования показана на рисунке 6.

Инженерная библиотека Tedds (ноябрь 2015 г.)

Последнее обновление 27 марта 2018 г. от Команда разработчиков Tedds [email protected]

Великобритания и Азия

Спецификация бетона (BS8500)

Обновлено в соответствии с BS8500-1: 2015

Другие обновления

2D-анализ

Улучшен, чтобы включить параметр «_analysisCreate», который определяет, создается ли новый экземпляр решателя или используется активная модель.

Конструкция козловой балки крана (BS5950)

Улучшено за счет снятия верхнего предела веса мостового крана, крана и безопасной рабочей нагрузки.

Анализ и проектирование фундамента (EN1992 / EN1997)

В расчет внесены поправки для включения проверок на сдвиг при продавливании по периметру как d, так и 2d от торца любой колонны.
Исправлена ​​ошибка, из-за которой в некоторых проектах не определялось армирование.
Исправлена ​​ошибка равенства размеров, относящаяся к колоннам без компонента вертикальной нагрузки.
Исправлена ​​ошибка создания ненужных моментов в некоторых дизайнах.
В расчет внесены поправки, обеспечивающие правильное обновление при изменении значения y2 в диалоговом окне параметров конструкции.
Изменен способ сообщения шага армирования в выходных данных расчета.

Конструкция опоры для каменной кладки (EN1996)

Фиксированная этикетка, показывающая рекомендуемую максимальную длину расширителя в пользовательском интерфейсе.

Снеговая нагрузка (EN1991)

Исправлена ​​ошибка неопределенной переменной «_snl.Obstruction».

Конструкция стального шпунта (BS8002)

Незначительные изменения в пользовательском интерфейсе, диалоговое окно анализа теперь по умолчанию имеет вертикальную ориентацию.
Восстановлено все элементы, чтобы удалить связанные стили абзацев / символов.

США

Анализ и проектирование фундамента (ACI318)

Новый расчет для анализа и проектирования блочных и ленточных фундаментов (изолированных или комбинированных) в железобетоне. Фундамент может подвергаться вертикальным нагрузкам, горизонтальным нагрузкам и моментам, приложенным к основанию колонн и стен.Он также может подвергаться дополнительным нагрузкам, прикладываемым как поверхностные нагрузки непосредственно к верхней части фундамента. Аналитические расчеты проверяют устойчивость основания в отношении подъема, скольжения и опрокидывания, а также проверяют максимальное давление основания. При проектных расчетах выполняется проверка фундамента на изгиб, плоский сдвиг и сдвиг при продавливании. Новый расчет заменяет расчет «Расчет и проектирование основания (ACI318)» и «Расчет и проектирование ленточного фундамента (ACI318)» единым интегрированным расчетом и предоставляет множество новых преимуществ, в том числе:

  • В комбинированных опорах может быть до 10 колонн или стен
  • Автоматические комбинации нагрузок, включая сервисные комбинации для проверки грунта и устойчивости, а также окончательные комбинации для бетонной конструкции
  • Больше типов нагрузок, включая живую крышу, дождь, снег и сейсмику
  • Определение несущей способности как брутто, так и нетто
  • Повышенная гибкость анализа устойчивости
  • Сейсмическое проектирование
  • Диаграммы моментов и сдвигов включены в выпуск
  • Расчетные нагрузки на сдвиг и момент определяются в местах, указанных в коде, на поверхности колонны / стены или смещении от нее

Бюллетень по продукции ноябрь 2015 г. (PBT-1511-1)

Анализ и проектирование опор (ACI318) — Исправлена ​​потенциально неконсервативная ошибка, влияющая на расчет минимальной площади армирования.Для получения более подробной информации, пожалуйста, обратитесь к «Бюллетеню продукта за ноябрь 2015 г. (PBT-1511-1)» в группе бюллетеней Индекса инженерной библиотеки.

Обновления

2D-анализ

Улучшен, чтобы включить параметр «_analysisCreate», который определяет, создается ли новый экземпляр решателя или используется активная модель.

Конструкция опорной плиты колонны (AISC360)

Пересмотренный расчет, чтобы можно было не ограничивать положение растянутых анкерных болтов. Если распределение нагрузки анкера на секции колонны требует инженерной оценки, вы можете указать критический размер и местоположение сварного шва.

Составная балка (AISC360)

Исправлена ​​неопределенная переменная ошибка, связанная с первичной балкой с центральной точечной нагрузкой.
Исправлена ​​неопределенная переменная ошибка, возникающая, когда диаметр шпильки больше 2,5 x толщина фланца.

Конструкция балки RC (ACI318)

Фиксированная неопределенная переменная ошибка остановки, min в расчете только на проект.

Распределение усилия на жесткой мембране

Исправлена ​​версия для США, сбрасывающая значение модуля упругости для стали (ESASD) на 29000 тысяч фунтов на квадратный дюйм при пересчете существующего расчета.

Австралия

Обновления

2D-анализ

Улучшен, чтобы включить параметр «_analysisCreate», который определяет, создается ли новый экземпляр решателя или используется активная модель.

Канада

Обновления

2D-анализ

Улучшен, чтобы включить параметр «_analysisCreate», который определяет, создается ли новый экземпляр решателя или используется активная модель.

Европа

Обновления

2D-анализ

Улучшен, чтобы включить параметр «_analysisCreate», который определяет, создается ли новый экземпляр решателя или используется активная модель.

Анализ и проектирование фундамента (EN1992 / EN1997)

В расчет внесены поправки для включения проверок на сдвиг при продавливании по периметру как d, так и 2d от торца любой колонны.
Исправлена ​​ошибка, из-за которой в некоторых проектах не определялось армирование.
Исправлена ​​ошибка равенства размеров, относящаяся к колоннам без компонента вертикальной нагрузки.
Исправлена ​​ошибка создания ненужных моментов в некоторых дизайнах.
В расчет внесены поправки, обеспечивающие правильное обновление при изменении значения y2 в диалоговом окне параметров конструкции.
Изменен способ сообщения шага армирования в выходных данных расчета.

Конструкция опоры для каменной кладки (EN1996)

Фиксированная этикетка, показывающая рекомендуемую максимальную длину расширителя в пользовательском интерфейсе.

Снеговая нагрузка (EN1991)

Исправлена ​​ошибка неопределенной переменной «_snl.Obstruction».

Общий

Обновления

2D-анализ

Улучшен, чтобы включить параметр «_analysisCreate», который определяет, создается ли новый экземпляр решателя или используется активная модель.

Опоры

при двухосном изгибе — База знаний ClearCalcs

При проектировании бетонных фундаментов найти их прочностную часть достаточно просто, используя основные принципы бетонного проектирования. Однако определение нагрузок для расчета опоры может быть намного сложнее, особенно в случае, когда изгиб происходит одновременно в направлении X и Y. В этой статье подробно рассказывается о том, как ClearCalcs выполняет эти вычисления — и как вы можете сделать то же самое вручную, если вам хочется приключений.

Во-первых, давайте установим четыре основных измерения, от которых будут зависеть остальные наши вычисления. Размеры нашего плана фундамента определяются шириной $ B $, параллельной оси X, и длиной $ L $, параллельной оси Y.

Взаимосвязь между моментом и осевой нагрузкой лучше всего определяется эксцентриситетами нагрузки, определяемыми как таковые:

$$ e_x = \ frac {\ left | M_x \ right |} {P} \ text {и} e_y = \ frac {\ left | M_y \ right |} {P} $$

Обратите внимание, что для простоты расчета мы берем абсолютные значения моментов, что означает, что результирующая сила всегда будет в первом квадранте.Из-за симметрии все значения, которые мы получаем ниже, будут одинаковыми независимо от того, в каком квадранте это происходит.

Расчет подшипников грунта

Все эти уравнения представлены Джоном Беллосом и Николаосом Бакасом в их статье, доступной здесь, и были независимо проверены нашей командой. Они основаны на первых принципах статики и удовлетворяют равновесию сил и моментов для всех случаев. Условные обозначения, которые мы используем, немного отличаются от бумажных, но уравнения остаются прежними.

Зоны эксцентриситета

Самая трудная часть определения распределения напряжений состоит в том, что, поскольку почва не может сопротивляться поднятию под действием напряжения, при больших эксцентриситетах некоторые части опоры могут оторваться от земли и не нести никакой нагрузки. Форма области, все еще несущей нагрузку, будет варьироваться в зависимости от эксцентриситета нагрузок и будет соответствовать одной из пяти форм, показанных ниже.

Эти уравнения могут быть легко усвоены компьютером, но на них непросто взглянуть, особенно для зон 2–4.Основываясь на пределах эксцентриситета, показанных выше, мы можем нанести на карту пять различных зон на основании, где, если эксцентриситет нагрузки попадает в эту область, форма нагруженной области будет соответствовать формам, показанным выше. Эта карта зон эксцентриситета позволяет намного легче увидеть, где падает эксцентриситет. Мы создали эту карту с помощью графического онлайн-калькулятора Desmos — см. Здесь!

Зоны 3, 4 и 5 простираются довольно далеко от центра основания — в частности, коэффициент безопасности при опрокидывании всегда будет очень низким, если эксцентриситет находится в зоне 5, и конструкция будет далека от эффективности.

Профиль давления подшипника

Как только мы определили зону эксцентриситета, мы узнаем форму, которую примет наша опорная поверхность. На этом этапе нам нужно его определить. В своей статье Bellos и Bakas определяют опорную зону с помощью трех точек — максимального опорного давления ($ q_ {max} $) и двух точек пересечения линии нулевого давления (нейтральной оси опоры) с осями, образованными два верхних правых края основания ($ x_n $ и $ y_n $). Перехваты могут быть вне опоры (низкий эксцентриситет) или внутри (высокий эксцентриситет).

Этот метод окажется довольно удобным позже, когда придет время определить нагрузки на опору от давления опоры, как будет показано позже. Три параметра, $ q_ {max} $, $ x_n $ и $ y_n $, определены в разделах ниже. Они были получены Беллосом и Бакасом с использованием принципов равновесия и статики.

Получив характеристики профиля подшипника, мы можем сравнить максимальное давление в подшипнике с допустимым давлением в подшипнике. Это то, что будет определять размеры фундамента в плане.Как только эти размеры определены, мы переходим к определению поперечных и моментных нагрузок на критическую опорную секцию, которые мы рассмотрим в следующем разделе.

Зона 1

Это зона с наименьшим эксцентриситетом, где вся опора находится под давлением. Перехваты предоставлены:

$$ x_n = L \ times \ dfrac {1 + 6 \ frac {e_x} {L} +6 \ frac {e_y} {B}} {12 \ frac {e_x} {L}} $$

и

$$ y_n = B \ times \ dfrac {1 + 6 \ frac {e_x} {L} +6 \ frac {e_y} {B}} {12 \ frac {e_y} {B}} $$

Максимальное давление в подшипнике:

$$ q_ {max} = \ frac {P} {BL} \ times \ left (1 + 6 \ frac {e_x} {L} +6 \ frac {e_y} {B} \ right) $$

Зона 2

Это проблемная зона, где нет решения в замкнутой форме — в этом случае требуется решение системы двух полиномов 6-го порядка — поэтому мы должны использовать метод численного решения (ClearCalcs использует многомерный метод Ньютона).2}} \ right)} {\ frac {1} {2} — \ frac {e_x} {L}} $$

Зона 5

Это, пожалуй, самая простая зона для расчета, и эти уравнения можно легко вывести графически, используя свойства тетраэдров. Поиск перехватчиков:

$$ x_n = 4 L \ left (\ frac {1} {2} — \ frac {e_x} {L} \ right) $$

и

$$ y_n = 4B \ left (\ frac {1} {2} — \ frac {e_y} {B} \ right) $$

Максимальное давление подшипника также найдено:

$$ q_ {max} = \ frac {P} {BL} \ times \ frac {3} {8 \ left (\ frac {1} {2} — \ frac {e_x} {L} \ right) \ left ( \ frac {1} {2} — \ frac {e_y} {B} \ right)} $$

Опорные нагрузки

Определение нагрузок, действующих на бетонное основание, является следующим шагом в нашем проектировании — он используется для определения толщины основания и необходимого армирования.Общая основа процедуры состоит в том, что мы должны найти объем под профилем давления в подшипнике, чтобы найти полную нагрузку сдвига, и его центр тяжести, чтобы найти изгибающий момент.

Как правило, большинство программных пакетов используют двойное или тройное интегрирование, которое выполняется численно. Однако это происходит относительно медленно и, что более важно, очень «черным ящиком», чего мы стараемся избегать, насколько это возможно. Таким образом, мы разработали собственный метод определения поперечных и моментных нагрузок на опору, которые мы объясним ниже.

Использование тетраэдров для представления профиля давления в подшипнике

Если мы посмотрим на профиль подшипника ниже, мы можем ясно увидеть, что у нас есть тетраэдр (тет), высотой $ q_ {max} $ и основанием размеров $ x_n \ times y_n $.

Это частный случай тетради с тремя прямыми углами в одной вершине — это называется треугольный тетраэдр . Его объем и центроид легко найти:

$$ \ begin {align} Q & = \ frac {1} {6} x_ny_nq_ {max} \\ \ bar {x} & = \ frac {x_n} {4} \\ \ bar {y} & = \ frac {y_n} {4} \ end {align} $$

Проблема возникает, когда наш тетраэдр выходит за пределы ширины основания или за критическое сечение, которое мы определяем как расстояние $ a $ от края основания.Внезапно наша хорошо определенная тетрадь оказывается разорванной, и эти простые свойства не применяются так хорошо. В этом случае нам нужно разделить нашу тетрадь на разные компоненты, как показано ниже:

Теперь мы можем видеть, что у нас есть до четырех различных отдельных тетрадей, которые также имеют треугольную форму и обозначены от A до D. Тет A содержит как B, C, так и D, тогда как Tet B и Tet C содержат Tet D. Это становится важным, когда мы находим наши опорные нагрузки позже. Их свойства зависят от профиля давления грунта, размеров основания и местоположения критического сечения, которое обычно различается по сдвигу и моменту.

Для сдвига:

$$ a = \ frac {L} {2} — \ frac {\ ell} {2} -d $$

А на данный момент:

$$ a = \ frac {L} {2} — \ frac {\ ell} {2} $$

Где $ \ ell $ — длина столбца.

Tet A

Это самый простой способ найти — это идеальный тет, который мы определили выше. 3 \ end {align} $$

Мы находим центроид около критического сечения, но в данном случае он находится ниже критического сечения, поэтому мы добавляем отрицательный знак:

$$ \ bar {y} _C = — \ frac {x_n — a} {4} = \ frac {a-x_n} {4} $$

Тет Д

Эта тетива появляется только в случаях малых эксцентриситетов, когда длина тетивы В больше, чем расстояние до критического сечения:

$$ x_n \ left (1- \ frac {B} {y_n} \ right)> a $$

Это, безусловно, самый сложный предмет, который можно найти, он застрял как внутри Tet B, так и в Tet C.{\ text {Высота}} \\ & = \ frac {q_ {max}} {6} \ left (\ frac {y_n} {x_n} \ left (x_n -a \ right) -B \ right) \ left ( \ frac {x_n} {y_n} \ left (y_n -B \ right) -a \ right) \ left (1- \ frac {a} {x_n} — \ frac {B} {y_n} \ right) \\ \ конец {выровнен} $$

Нахождение центроида, который также находится ниже критического сечения:

$$ \ bar {y} _D = — \ frac {\ frac {x_n} {y_n} \ left (y_n -B \ right) -a} {4} = \ frac {a- \ frac {x_n} {y_n} \ left (y_n -B \ right)} {4} $$

Определение фактических нагрузок на опоры

Теперь, когда у нас есть свойства всех наших узлов, мы можем вернуться к нахождению поперечных и моментных нагрузок.На самом деле это самая простая часть — сдвиг — это просто комбинация объемов, а момент — это комбинация объемов, умноженная на их руки момента! Возвращаясь к нашей диаграмме:

Мы можем придумать общее уравнение, чтобы найти сдвиг:

$$ \ begin {выровнено} V_ {u} & = Q_A- (Q_B-Q_D) — (Q_C-Q_D) -Q_D \\ & = Q_A -Q_B-Q_C + Q_D \ end {выровнено} $$

А на данный момент:

$$ M_u = Q_A \ bar {y} _A -Q_B \ bar {y} _B -Q_C \ bar {y} _C + Q_D \ bar {y} _D $$

В зависимости от значений $ x_n $ и $ y_n $, некоторые из tets могут исчезнуть, и в этом случае связанные с ними члены удаляются из предыдущих уравнений.Есть пять различных возможностей:

С его помощью нам удалось определить как давление в подшипниках, так и нагрузки на нашу опору.

Формула для расчета раздельного фундамента

02.06.2011

Вопрос:
Здравствуйте. У меня есть пилон шириной 18 футов 0 дюймов, высотой 26 футов 0 дюймов и шириной 3 фута 0 дюймов для установки.Как я могу рассчитать размер опоры, которая мне понадобится для этого пилона. Пожалуйста, дайте мне знать формулу, которую вы бы использовали. Спасибо.

Ответ:
Привет,
Опора, которую вы описываете, похожа на опору столба знака или опору электрического фонарного столба, я бы не охарактеризовал ее как опорную стойку.

При таком типе конструкции фундамента наиболее важной нагрузкой, которую следует учитывать, является ветровая нагрузка, вы не хотите, чтобы пилон сдуло и нанесло ущерб другим свойствам. Незнание своего штата и города затрудняет определение точных цифр.В иллюстративных целях было сделано несколько предположений, чтобы получить числа, показанные в таблице выше.

Факторы, влияющие на ветровые воздействия на опору, включают контур земли, здания, деревья, окрестности и т. Д. В приведенной выше таблице предполагается, что земля плоская и очень открытая или экспозиция C при скорости ветра 80 миль в час.

В столбце таблицы P указано давление ветра в фунтах на квадратный фут, полученное в результате умножения столбцов Ce, Cq, qs, Iw. Колонна A — это площадь пилона, подверженная ветру, которая увеличивается с высотой.F — сила ветра, приложенная к пилону.

Как вы можете видеть, во время шторма со скоростью 80 миль в час на пилон толкается 11 874 фунта. Эта сила вызовет опрокидывающий момент 154 356 фунт-фут в верхней части основания. Опора должна быть способна противостоять этому опрокидывающему моменту

.

Это будет метод проб и ошибок, т.е. продолжайте пробовать размер опоры, пока не найдете тот, который работает. Из-за того, что пролет пилона составляет 18 футов, лучшим решением будет 2 или более опор, если предположить, что пилон имеет две точки опоры на расстоянии примерно 18 футов друг от друга.

Просверленный ствол диаметром 2–3 фута на глубину не менее 6 футов, заглубленный в землю. w / 10 # 8 vert & # 4 стяжек @ 12 дюймов o.c. После того, как фундамент будет залит обратной засыпкой, хорошенько уплотните и залейте бетонный фартук на поверхности квадрата 6 футов, толщиной 6 дюймов с # 4 @ 12 EA WY. Бетонный фартук поможет предотвратить ослабление почвы водой по периметру основания.

При расчете момента сопротивления используйте давление почвы на опору. Момент сопротивления из-за веса самой опоры довольно мал по сравнению с моментом сопротивления, создаваемым натиском грунта на опору.

Если пилон имеет постоянную опору на длине 18 футов, вам потребуется сплошная прямоугольная опора. Разделите 11 874 на 18, и вы получите силу ветра на фут, которая составляет 660 фунт-сил. Умножьте это на 13 (половина 26 футов, высота пилона), и вы получите опрокидывающий момент на фут. Используйте это, чтобы определить глубину почвы, на которой вам нужно сопротивляться опрокидыванию. Хорошее начало — стена шириной 14 дюймов и глубиной 3 фута. w / # 5 @ 10 дюймов o.c. EA WY, EA Face

Перед тем, как окончательно подготовить фундамент, наймите лицензированного инженера в вашем районе для проверки информации перед началом строительства.

Удачи
Тонга

Применение фактора сверхпрочности — насколько глубоко он заходит? — S. K. Ghosh Associates LLC

Если требуется, чтобы ваши колонны были рассчитаны на сочетания нагрузок с повышенной прочностью, вам также необходимо спроектировать фундамент, поддерживающий эти колонны для усиленных сил. Давайте выясним это из следующего вопроса, который мы получили недавно, и из предоставленного нами ответа.

Q. Насколько я понимаю, код не требует, чтобы фундамент (только соединения, если применимо) проектировался с учетом фактора сверхпрочности (подъем и опора).Я конкретно имею в виду подъем фундамента на колонне, поддерживающей прерывистую систему. Это правильно?

A. Вы правильно поняли, но за одним исключением в ASCE 7-10, 7-16, раздел 12.2.5.2, Консольные колонные системы . Второй абзац раздела 12.2.5.2 гласит:

Фундамент и другие элементы, используемые для обеспечения сопротивления опрокидыванию у основания консольных элементов колонны, должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать воздействие сейсмических нагрузок, включая чрезмерную прочность, указанную в разделе 12.4.3.

Обратите внимание на исключение из раздела 1810.3.8.3.2 IBC 2018 г., «Сейсмическое армирование в категории C » и исключение из раздела 1810.3.8.3.3 «Сейсмическое армирование в категориях сейсмических расчетов от D до F ». Оба исключения позволяют детализировать SDC B в спирально армированных сборных предварительно напряженных сваях с более высоким SDC, если расчетные нагрузки, передаваемые от надстройки на фундамент, усиливаются применимым коэффициентом сверхпрочности.

Строительный кодекс Калифорнии от 2016 г. внес следующие изменения в ASCE 7-10, раздел 12.13.1, [Foundation] Design Basis , в разделе 1616.10.14, применимом к общественным колледжам в Калифорнии, и в разделе 1616A.1.16, применимо к больницам и школам в Калифорнии:

1616.10.14, 1616A.1.16 ASCE 7, раздел 12.13.1. Измените раздел 12.13.1 ASCE 7, добавив раздел 12.13.1.1 следующим образом:

12.13.1.1 Фундаменты и соединения надстройки с фундаментом. Фундамент должен обеспечивать передачу расчетного сдвига основания и опрокидывающих сил от конструкции на поддерживающий грунт. Устойчивость к опрокидыванию и скольжению должна соответствовать Разделу 1605.1.1.

Кроме того, фундамент и соединение элементов надстройки с фундаментом должны обладать прочностью, чтобы выдерживать, помимо гравитационных нагрузок, меньшую из следующих сейсмических нагрузок:

  1. Прочность элементов надстройки.
  2. Максимальные силы, которые могут быть приложены к фундаменту в полностью податливой конструкционной системе.
  3. Силы от сочетаний нагрузок с коэффициентом превышения прочности в соответствии с ASCE 7, раздел 12.4.3.2.

Исключения:

  1. Там, где есть ссылки, стандарты определяют использование более высоких расчетных нагрузок.
  2. Когда можно продемонстрировать, что неупругая деформация фундамента и соединения надстройки с фундаментом не приведет к слабому этажу или обрушению конструкции.
  3. Если сейсмостойкая система состоит из стен с легким каркасом и панелями, работающими на сдвиг, если стандарт не определяет использование более высоких расчетных нагрузок.

Если расчет сейсмического опрокидывающего момента производится с помощью метода эквивалентной поперечной силы или метода модального анализа, может использоваться уменьшение опрокидывающего момента, разрешенное Разделом 12.13.4 ASCE 7.

Если в основании элементов надстройки предполагается сопротивление моменту, при анализе совместимости сноса и деформации необходимо учитывать вращение и деформацию изгиба фундамента, а также деформацию соединения надстройки с фундаментом.

Мы считаем, что изменения можно было бы написать более четко, и мы предлагаем просто перейти к пункту № 3 и не беспокоиться о двух других. Таким образом, если один или оба других элемента дают меньшие значения, мы консервативны. Если один или оба из двух других элементов дают большие значения, вы по-прежнему соблюдаете требование.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *