В) изгибающим моментом

6 Проектирование конструкций плитных фундаментов

6.1 Общие положения (расчетные условия)

6.1.1 Проектирование конструкций плитных фундаментов должно осуществляться с учетом указаний разделов 4 и 5, а также включать в себя:

а) расчет тела фундамента по 6.1.2 – 6.3.5;

б) конструирование фундамента по 6.4.1 – 6.4.12.

6.1.2 Расчет плитного фундамента производится на основное и особое сочетание нагрузок
по 4.5.1 – 4.5.7 в соответствии с действующими ТНПА по видам материалов, используемых для его конструкции (бетон, железобетон, камни, грунтобетон и др. по 6.4.2) согласно 4.3.1 – 4.3.3:

— по прочности (первая группа предельных состояний) на действие изгибающих моментов, поперечных сил и продавливание — по 6.1.3 – 6.1.6 — для бетонных фундаментов;

— по раскрытию трещин (вторая группа предельных состояний) — согласно 6.1.8 — для железо­бетонных фундаментов.

Конструирование плитных фундаментов включает в себя назначение размеров плитной части
в плане, по высоте и, дополнительно для бетонных и железобетонных конструкций, размеров подколон­ника и стаканной части (при необходимости), а также их армирования с определением площади сечений арматуры.

6.1.2.1 При расчете прочности плитных фундаментов и их элементов на действие центрально приложенной сжимающей силы следует учитывать случайный эксцентриситет, принимаемый равным 2 см для бетонных и железобетонных и 3 см — для каменных конструкций.

6.1.2.2 Расчет конструкций фундаментов должен производиться с учетом двух стадий их работы:

стадия 1 — для незавершенного строительства сооружения — на нагрузки от веса уложенного материала до приобретения им заданной прочности и на внешние усилия, действующие на соответ­ствующих этапах строительства;

стадия 2 — для завершенного строительства сооружения — на нагрузки от внешних усилий и воз­действий по 4.5.1 – 4.5.7, возможные в эксплуатационный период (после приобретения материалом конструкций заданной прочности).

В стадии незавершенного строительства следует проверять устойчивость конструкций и прочность свежеуложенного материала, а сборные изделия — дополнительно проверять на транспортные и мон­тажные нагрузки с учетом коэффициента динамичности. В случае необходимости, в проектах следует предусматривать временные крепления и технологическую последовательность работ во времени.

6.1.2.3 Проектирование плитных фундаментов для стадий по 6.1.2.2 производится в следующем порядке:

1 — оценка грунтовых условий строительной площадки по данным инженерно-геологических изысканий;

2 — оценка конструктивных особенностей сооружения, его чувствительности к неравномерным осадкам и назначение предельных значений деформаций;

3 — сбор нагрузок от надземных конструкций сооружения, установление других силовых и несило­вых воздействий, назначение наиболее невыгодных их сочетаний и соответствующих им коэффициентов надежности;

4 — предварительное назначение (расчеты) размеров подошвы фундамента, глубины его заложения с учетом инженерно-геологических условий строительства, конструктивных и эксплуатационных особенностей сооружения согласно 5.1.2;

5 — проверочные расчеты материала фундаментов по двум группам предельных состояний в со­ответствии с нормами проектирования каменных, бетонных, железобетонных, металлических (заклад­ных) и других конструкций. (Для бетонных и железобетонных фундаментов по результатам расчета
на продавливание по 6.1.3 – 6.1.6 назначаются размеры общей высоты фундамента и его ступеней или проверяется несущая способность фундамента при заданных его размерах, производится расчет армирования плитной части, подколонника фундамента и их конструирование);

6 — окончательное назначение размеров фундаментов с учетом конструктивных требований настоящего технического кодекса, раздела 11 СНБ 5.03.01 и СНиП II-22.

6.1.3 Расчет бетонных и железобетонных плитных фундаментов по несущей способности должен производиться согласно требованиям СНБ 5.03.01 из условий:

(6.1)

(6.2)

(6.3)

где М_Sd — расчетный изгибающий момент от внешних нагрузок, действующий на фундамент
в рассматриваемом сечении, кН·м;

М_Rd — допускаемая прочность рассматриваемого сечения фундамента при изгибе, кН·м, определяемая по подразделу 7.1 СНБ 5.03.01;

V_Sd —расчетная поперечная сила в рассматриваемом сечении фундамента от внешних нагрузок (без учета веса фундамента и грунта на его обрезах), в том числе результирующая сила, действующая по длине критического периметра пирамиды продавливания, кН (кН/м), (рисунки 6.1 – 6.3);

V_{Rd . ct} — допускаемая расчетная поперечная сила, воспринимаемая фундаментом в рассматриваемом сечении без поперечной арматуры, кН (кН/м), определяемая по подразделу 7.2 СНБ 5.03.01;

V_{Rd . c} — допускаемая расчетная поперечная сила, воспринимаемая расчетным (критическим) сечением плиты без поперечного армирования по расчетному периметру пирамиды продавливания (см. рисунки 6.1 – 6.3), кН (кН/м), определяемая по формуле

но не менее (6.4)

здесь и принимается не более 2;

d — средняя рабочая высота сечения, м,

d = 0,5(d_x + d_y),

d_x, d_y — рабочая высота плиты в направлениях осей x и y соответственно, определяемая в критическом сечении, м;

— расчетный коэффициент армирования,

и принимается не более 0,02,

= — коэффициенты продольного армирования в направлениях осей x и y соответственно, рассчитанные для ширины плиты, равной ширине колонны плюс 3 d;

f_ck — нормативное сопротивление бетона осевому сжатию по таблице 6.1 СНБ 5.03.01, МПа;

f_ctd — расчетное сопротивление бетона растяжению по 6.1.2.11 СНБ 5.03.01, МПа;

s_ср— напряжение в бетоне от осевого усилия, МПа,

s_ср

— нормальные напряжения в бетоне для расчетного сечения по направлениям осей x и y (знак «минус» принимается при сжатии), МПа.

6.1.4 Проверку прочности на продавливание (местный срез) плитного фундамента необходимо производить исходя из того, что толщина его элементов является достаточной для восприятия бетоном перерезывающей силы, вызванной продавливающей нагрузкой вдоль расчетного критического периметра согласно расчетным моделям, приведенным на рисунках 6.1 – 6.2 для столбчатого и рисунке 6.3 — для ленточного фундаментов. Расчет поперечного армирования фундаментов не производят, если выполняется условие (6.2).

За пределами критического периметра расчет плиты на срез выполняется согласно подразде-
лу 7.2 СНБ 5.03.01.

6.1.4.1 Расчет на продавливание выполняется для следующих типов площадей приложения нагрузки к фундаменту:

— круговых, с диаметром не более 3,5 d (где d — рабочая высота сечения плитной части фундамента);

— прямоугольных, с периметром не более 11 d и отношением длины к ширине не более 2;

— другой формы при ограничении размеров по аналогии со стандартными формами, описанными выше.

В остальных случаях производится расчет на срез согласно подразделу 7.2 СНБ 5.03.01.

6.1.4.2 Критический периметр для круговых и прямоугольных в плане площадей приложения местной нагрузки, расположенных на удалении от свободных краев плиты, определяется как периметр, отстоящий на расстоянии 1,5 d от внешней грани площади приложения нагрузки А (см. рисунки 6.1 – 6.3).

 

1 — плитная часть фундамента; 2 — боковая грань пирамиды продавливания

 

Рисунок 6.1 — Расчетная модель столбчатого плитного фундамента
(вариант монолитного сопряжения с колонной)
для определения его прочности на продавливание
и расчета на изгиб

Рисунок 6.2 — Расчетная модель столбчатого плитного фундамента
(вариант стаканного сопряжения с колонной в плитной части)
для определения его прочности на продавливание
и расчета на изгиб

 

1 — плитная часть фундамента; 2 — боковая грань пирамиды продавливания

 

Рисунок 6.3 — Расчетная модель ленточного фундамента для определения его прочности на продавливание и расчета на изгиб

6.1.5 При расчете на продавливание погонную поперечную силу v_Sd, вызванную нагрузкой от колонн и стен, следует определять по формуле

(6.5)

где V_Sd — результирующая поперечная сила, действующая по длине критического периметра, образованного от низа колонны, верха фундамента или ступени согласно 6.1.4.2
(см. рисунки 6.1 – 6.3), за вычетом нагрузки от давления грунта по площади, находящейся внутри критического периметра, кН;

u — длина критического периметра, м;

— коэффициент, учитывающий влияние внецентренного приложения нагрузки, принимаемый согласно 7.4.3.8 СНБ 5.03.01 (в случае отсутствия эксцентриситета = 1,0).

6.1.6 Если условие прочности плиты без поперечного армирования (см. формулу 6.3) не выполняется, следует устанавливать рассчитанное согласно требованиям 7.4.3.11 и 7.4.3.12 СНБ 5.03.01 поперечное армирование в виде вертикальных хомутов или стержней, отогнутых под углом 45° £ a £ 90°. При этом минимальная толщина армированной плиты должна составлять не менее 200 мм, а в качест­ве поперечного армирования, обеспечивающего прочность плиты на продавливание, допускается применять арматуру классов S240 и S400.

6.1.6.1 Возможность установки поперечного армирования для обеспечения прочности плиты
на продавливание (местный срез) следует проверять из условия

(6.6)

где v_Sd и v_{Rd . c} определяются согласно требованиям 6.1.3 и 6.1.5.

Для плит с поперечным армированием следует выполнять проверку по прочности из условия раздавливания бетона сжатой зоны по периметру U ₀.

(6.7)

где V_Sd — расчетная поперечная сила, кН;

U ₀ — расчетный периметр, м, принимаемый равным:

для средних колонн — периметру колонны,

для крайних колонн — U ₀= c_x +3 d, но не более c_x + 2 с_y,

для угловых колонн — U ₀=3 d, но не более c_x + с_y,

здесь с_x и c_y — размеры сечения колонны (размер c_x относится к грани колонны, параллельной свободному краю плиты), м;

здесь f_ck — см. формулу (6.4);

d — см. формулу (6.4).

6.1.6.2 Прочность плиты с поперечным армированием на продавливание (местный срез) следует проверять из условий:

(6.8)

(6.9)

где v_{Sd . i} — определяется по формуле (6.5) при длине периметра u_i, кН;

v_{Sd . a} — определяется по формуле (6.5) при длине периметра u_a, кН;

v_{Rd . syi} — определяется согласно требованиям 7.4.3.11 и 7.4.3.12 СНБ 5.03.01, кН;

v_{Rd . ca} — определяется согласно требованиям 7.4.3.11 СНБ 5.03.01, кН.

6.1.7 Пример расчета плитных фундаментов по прочности на продавливание приведен в приложении Г (см. пример Г.6).

6.1.8 Расчет конструкций плитных фундаментов по второй группе предельных состояний (по раскрытию трещин) необходимо производить согласно подразделу 8.2 СНБ 5.03.01 из условия

w _lim ³ w_k = b s_rm e _sm, (6.10)

где w _lim — предельно допустимая ширина раскрытия трещин, мм, принимаемая по таблице 5.1
СНБ 5.03.01;

w_k — расчетная ширина раскрытия трещин, мм;

s_rm — среднее расстояние между трещинами, мм;

e _sm — средние относительные деформации арматуры для заданных сочетаний нагрузок;

b — коэффициент, учитывающий степень раскрытия трещин, принимаемый по 8.2.1.8 СНБ 5.03.01.