Как рассчитывается фундамент под металлические колонны

Изображение металлической колонны на обустроенном фундаменте Несмотря на огромную популярность каркасных ленточных или монолитных фундаментов, в некоторых случаях они не могут использоваться из-за особенностей почвы, нагрузок на единицу площади конструкции, особенностей самого здания. Как правило, колонные фундаменты часто строятся для промышленных предприятий тяжелой энергетики, машиностроения и для военных нужд.

Такие бескаркасные фундаменты выдерживают огромные нагрузки, но расчет делается всегда каждой колонны отдельно, ведь тут проводится полный сбор всех допустимых нагрузок со стороны самого здания, почвы и климатических условий в регионе строительства.

Какие бывают колонны?

Эскиз обустройства фундамента под металлической колонной
Железобетонные. Они отличаются прочностью, производятся в промышленных условиях, поэтому соответствуют всем нормам качества, а также марке бетона. Внутри таких колонн уже предусмотрено несущее армирование, но колонны такого типа тяжелые и для их монтажа приходится использовать мощную строительную технику.

Металлические. Они более легкие, чем железобетонные, но при этом тут используются совсем иные методы монтажа. К тому же, при расчете нужно однозначно определиться изначально, какой тип колонны лучше использовать.

Расчет столбчатого плитного центрально нагруженного фундамента под монолитную колонну

Расчет внецентренно нагруженного фундамента под сборную колонну. Дано: фундамент со ступенчатой плитной частью и стаканным сопряжением с колонной серии 1.

Расчетные нагрузки на уровне обреза фундамента приведены в табл. Сбор нагрузок на поперечную раму. Подбор арматуры в подкрановой части колонны.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны. Компоновка сборного железобетонного каркаса здания с установлением геометрических параметров. Определение нагрузок на раму и ее статический расчет. Конструирование фундамента под колонну.

Определение размеров подошвы фундамента. Расчет сегментной фермы. Расчетные характеристики материалов. Вычисление расчетных пролетов плиты. Характеристики прочности бетона и арматуры. Сбор нагрузки на балку. Расчет прочности балки по сечениям, наклонным к продольной оси. Определение расчетных пролетов.

Какие данные нужно собрать для правильного расчета фундамента под колонны?

Схема соединения металлической колонны с арматурой фундамента
Расчет колонного фундамента провести довольно сложно, ведь тут проводится сбор сразу многих факторов. Понятно, что самостоятельно такие сложные вычисления сделать практически невозможно, нужно специальное образование и навыки. Поэтому, перед началом расчета колонного фундамента, нужно получить следующие данные:

• особенности климатических условий в регионе строительной площадки, тип и мощность ветров, а также периодичность ливней;
• создать подробную геодезическую карту, причем лучше делать скважинный анализ с целью получить данные о структуре почвы, толщине мягких и прочных пород. Также нужно получить данные о залегании грунтовых вод, их сезонном движении;
• масса самого здания. Чем она больше, тем и колонны должны быть мощнее. Понятно, что для железобетонных колонн используются фундаменты стаканного типа, а для металлических – совсем другие;
• тип колонны, ее несущие характеристики, степень растяжения и сжатия при воздействии повышенных и пониженных температур;
• тип бетона, его марка, состав и эксплуатационные характеристики;
• структура будущего сооружения, материал несущих стен и перекрытий, высота сооружения.

Раньше расчет колонного основания делали на глаз, используя стандартные показатели допустимых нагрузок. Например, стандартная глубина погружения подушки составляла до 200 мм, а верхняя ее часть выступала из грунта на высоту до 50 мм.

Такие колонны не способны выдерживать подвижки почвы, ведь подушка быстро вымывалась и основание разрушалось. Теперь в расчете четко указывается максимально допустимая глубина погружения подушки, она должна быть ниже глубины промерзания почвы, где нагрузок уже практически нет.

Требования к применению столбчатых оснований

Низкая стоимость конструкции с опорой на вертикальные столбы делает ее весьма привлекательной для частных застройщиков. Однако этот тип фундаментов имеет ряд ограничений по применению.

К неблагоприятным условиям для применения столбчатых оснований относят:

• вероятность горизонтальной подвижности грунтов и боковые внешние нагрузки;
• склонную к просадке или пучинистости почву;
• высокий уровень грунтовых вод, которые не должны подходить к подошве ближе 500 мм;
• глубина промерзания грунта более 1,5 м;
• перепады высот на участке застройки больше 2-х метров;

Уменьшенная несущая способность позволяет использовать его только для каркасных домов, строительства легких жилых зданий из щитовых и деревянных материалов, а так же небольших бань, веранд, пристроек, хозяйственных сооружений и под каркасный гараж.

Удельный вес стенового материала для одноэтажных зданий не должен превышать 1000 кг/м3, а толщина стен — менее 400 мм. Применение тяжелых железобетонных перекрытий, балок и перемычек не допускается.

Для таких помещений как веранды, пристройки и флигеля, рекомендуется делать собственный фундамент. Вес их конструкций намного меньше самого жилого дома. Поэтому можно использовать более простую и дешевую конструкцию. Кроме того, такое отделение может значительно уменьшить общую площадь дома и приведет к другим расчетным результатам.

Как делается расчет колонного фундамента

Монолитный столбчатый фундамент под металлическую колонну
Как правило, расчет фундамента для металлической колонны подразумевает, способен ли грунт выдержать расчетную нагрузку фундамента, с которой он будет воздействовать на квадратном сантиметре площади, и сбор всех данных о будущем строительстве. Фактически, нужно получить полную информацию о здании, грунтах и грунтовых водах, провести сбор и систематизацию полученных данных и уже на их основании передать строителям готовый проект. Для этого нужно:

• получить от архитектора проект будущего здания, спецификацию строительных материалов и коммуникаций;
• рассчитать полную площадь опоры;
• сделать сбор всех параметров, систематизировать их и получить фактическое расчетное давление здания в целом.

Расчет столбчатых фундаментов металлического каркаса

Уважаемые коллеги, продолжаем рассматривать небольшие примеры использования ФОК Комплекс для расчета фундаментов. Сегодня мы рассмотрим примеры расчета столбчатых фундаментов металлического каркаса. В начале произведем ручной расчет 2-х фундаментов с дальнейшим сравнением с полученными результатами по ФОК Комплекс.

Пример расчета столбчатых фундаментов. Исходные данные

Площадка строительства характеризуется следующими атмосферно-климатическими воздействиями и нагрузками:

• вес снегового покрова (расчетное значение) — 240 кг/м2;
• давление ветра — 38 кг/м2;

Геология

Относительная разность осадок (Δs/L)u = 0,004; Максимальная Sumax или средняя Su осадка = 15 см;Нагрузки на столбчатые фундаменты получены из ПК ЛИРА. Для ручного расчета рассмотрим фундаменты Фм3 и Фм4

Ручной расчет

Определение размеров подошвы фундамента

• Основные размеры подошвы фундаментов определяем исходя из расчета оснований по деформациям. Площадь подошвы предварительно определим из условия:
• P ≤ R,
• где P- среднее давление по подошве фундамента, определяем по формуле:
• P = ( N0 / A )N0 = P · A
• A — площадь подошвы фундамента.
• N0 = N +G
• N – вертикальная нагрузка на обрезе фундамента
• G – вес фундамента с грунтом на уступах
• G = A · γ · d
• где γ — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое равным 2 т/м3;
• d — глубина заложения;
• P · A = N + A · γ · d
• A · (P — γ · d ) = N
• A = N / (P — γ · d )

Для предварительного определения размеров фундаментов, P определяем по таблице В.3 [СП 22.13330.2011]

1. Р = 250 кПа = 25,48 т/м2.
2. Для фундамента Фм3, N = 35,049 т
3. A = 35,049 т / (25,48 т/м2 — 2,00 т/м3 · 3,300 м) = 35,049 т/18,88 т/м2 = 1,856 м2.
4. A = b2
5. Принимаем габариты фундамента b = 1,5 м
6. Для фундамента Фм4, N = 57,880 т
7. A = 57,880 т / (25,48 т/м2 — 2,00 т/м3 · 3,300 м ) = 57,880 т / 18,88 т/м2 = 3,065 м2.
8. A = b2
9. Принимаем габариты фундамента b = 1,8 м
10. 1. Определение расчетного сопротивления грунта основания

5.6.7 При расчете деформаций основания фундаментов с использованием расчетных схем, указанных в 5.6.6, среднее давление под подошвой фундамента р не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, определяемого по формуле

• где γс1 и γс2 коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 5.4[1];
• k- коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта (φп и сп) определены непосредственными испытаниями, и k=1,1, если они приняты по таблицам приложения Б[1];
• Mγ, Мq, Mc- коэффициенты, принимаемые по таблице 5.5[1];
• kz- коэффициент, принимаемый равным единице при bd (d- глубина заложения фундамента от уровня планировки), в формуле (5.7)[1] принимают d1 = d и db = 0.6 Расчетное сопротивления грунтов основания R, определяемое по формулам (В.1)[1] и (В.2)[1] с учетом значений R0 таблиц B.1-В.10[1] приложения B[1], допускается применять для предварительного назначения размеров фундаментов в соответствии с указаниями разделов 5-6[1].
• Исходные данные:

Основание фундаментом являются — суглинком лессовидным непросадочным полутвёрдой консистенции, желто-бурого цвета, с включением прослоев супеси, ожелезненный. (ИГЭ 2)

• γс1= 1,10;
• γс2= 1,00;
• k= 1,00;
• kz= 1,00;
• Для фундамента Фм3 : b = 1,50 м;
• Для фундамента Фм4 : b = 1,80 м;
• γII = 1,780 т/м3;
• γ’II = 1,691 т/м3;
• сII= 1,100 т/м2;
• d1 = 3,30 м;
• db = 0,0 м;
• Mγ = 0,72;
• Мq= 3,87;
• Mc= 6,45;
• Для фундамента Фм3:
• R = (1,10 ·1,00) / 1,00· [0,72 · 1,00 · 1,50 м · 1,780 т/м3 + 3,87· 3,30 м· 1,691 т/м3 +
• + (3,87 – 1,00) · 0,0· 1,691 т/м3 + 6,45·1,1 т/м2] = 1,10· (1,922 т/м2 +21,596 т/м2 +
• + 0,0 + 7,095 т/м2) = 33,674 т/м2.
• Для фундамента Фм4:
• R = (1,10 ·1,00) / 1,00 · [0,72 · 1,00 · 1,80 м·1,780 т/м3 + 3,87 · 3,30 м·1,691 т/м3 +
• + (3,87 – 1,00) ·0,0·1,691 т/м3 + 6,45·1,1 т/м2] = 1,10 · (2,307 т/м2 + 21,596 т/м2 +
• + 0,0 + 7,095 т/м2) = 34,098 т/м2.
• 2. Определение осадки

5.6.31 Осадку основания фундамента s, см, с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства (см. 5.6.6[1]) определяют методом послойного суммирования по формуле

где b — безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σzp,i — среднее значение вертикального нормального напряжения (далее — вертикальное напряжение) от внешней нагрузки в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента (см. 5.6.32[1]), кПа;

hi — толщина i-го слоя грунта, см, принимаемая не более 0,4 ширины фундамента;

Ei — модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения, кПа;

Дополнительные расчеты фундаментов для металлических колонн

Расположение металлической колонны в колодце
Также проводится дополнительный расчет под существующие и перспективные геодезические изыскания. Для правильного обеспечения геодезии проводится контроль анкерных соединений, а именно высотное расположение их головок. Для этого используются шаблоны или кондуктор.

Шаблон – это металлическая плоская рама с готовыми гнездами для болтовых соединений. Они соединяются на опалубке с основными осями фундамента, затем закрепляются. Для получения более точных данных, на колонне изначально указывается уровень установки шаблона с целью контроля степени его смещения.

егтгчд

! I 1 ! ГС L—Кт—‘——я-1

н

4» I. cet

г—• г’»! ГД I—I—-1J—^

Рис. 12. Схема образования пирамиды продавливания три стальных колонках сплошного сечей и я Рис. 13. Схема образования пирамиды продавливали я при сквозных (решетчатых) колоннах, «меющих единую стальную базу 21 1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ 1.1. Настоящие рекомендации по расчету монолитных железобетонных ростверков отдельных свайных фундаментов под колонны зданий н сооружений промышленных предприятий являются дополнением к «Руководству по проектированию свайных фундаментов», М., Стройиздат, 1971 г. Рекомендации разработаны в соответствии с главой СНиП П-В.1-62* «Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования» с развитием пп. 7.62, 7.63 этих же норм, касающихся расчета на продавлива-ние конструкций из тяжелого бетона. Рекомендации распространяются на ростверки квадратной и прямоугольной формы в плане с количеством свай в кусте от четырех и более. 1.2. Расчет ростверков производится по первому предельному состоянию (по несущей способности) на основное, дополнительное н особое сочетание расчетных нагрузок и в необходимых случаях — по третьему предельному состоянию (по раскрытию трещин) на основное и дополнительное сочетание нормативных нагрузок. 1.3. Расчет ростверков на сваях сплошного круглого сечения производится так же, как и на сваях квадратного сечения. При этом в расчете ростверка сечения круглых свай условно приводятся к сваям квадратного сечения, эквивалентного круглым сваям по площади, т. е. с размером стороны сечения, равным 0,89 с?Св, где rfce — диаметр свай. 2. РАСЧЕТ РОСТВЕРКОВ ПО ПРОЧНОСТИ А. РАСЧЕТ РОСТВЕРКОВ ПО ПРОЧНОСТИ ПОД СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОЛОННЫ 2.1. Расчет ростверков по прочности под сборные железобетонные колонны со стаканным сопряжением колонн с ростверком производится: на продавливание ростверка колонной; на продавливание угловой сваей нижней плиты ростверка;!по поперечной силе в наклонных сечениях; на изгиб ростверка; на местное сжатие (смятие) под торцами колонн. Помимо этого, прорерЯ’ ется прочность стакана ростверка. Расчет ростверков на продавливание колонной 2.2. Расчет на продавливание центрально нагруженных железобетонных ростверков свайных фундаментов колонной производится из условия Р < 0,8S Fgok Rp, (1) где Р — расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций всех свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания. При этом реакции свай (подсчитываются только от нормальной силы, действующей в сечении колонны у обреза ростверка; Рбок — боковая поверхность пирамиды продавливания при высоте ее йь где h— рабочая высота сечения ростверка на проверяемом участке, принимаемая от верха нижней рабочей арматуры сетки до дна стакана; /?р — расчетное сопротивление бетона растяжению для железобетонных конструкций; где d — расстояние от плоскости грани колонны до плоскости ближайшей грани свай. В преобразованном виде формула (1) при расчете на продавливание центрально нагруженных ростверков колонной прямоугольного сечения будет иметь следующий вид: Р ^ [ах (Ьк ~Ь с2) Ч» «2 (dK -f- £i)] hx /?р, (2) где Ьк и dK — размеры сечений колонны у подошвы; 5 Ci — расстояние от плоскости грани колонны с размером Ьк до плоскости ближайшей грани свай, расположенных снаружи плоскости, проходящей по стороне колонны с размером Ьк с2 — расстояние от плоскости грани колонны с размером dK до плоскости ближайшей грани свай, расположенных снаружи плоскости, проходящей по стороне колонны с размером rfK; 2 Зак. 649 cti и

■““’M’—г)(*^ + т);

a^= l,6 jl—-j-) (*, +

где *i= =-■ ■

*1 «1

Значения коэффициентов ai и а2 в зависимости от

ki— — принимаются по табл. 1. h%

Таблица 1 Значения коэффициентов ai и а2

При определении величины Р предполагается, что пирамида продавливания ограничивается боковыми сторонами, проходящими от наружных граней колонн до ближайших граней свай, при этом наклон граней принимается при С ^>Н ИЛИ С2>Й1 под углом <�р=45° (рис. 1); при Ci<0,3Ai или c2<0,3fti под углом, соответствующим ci=0,3/ti или c2=0,3Ai. В соответствии с этим коэффициенты k{ и k2 при — > 1 и — >1 принимаются hx hi равными 1, а Ci и с2 — равными hx при <0,3 и hi 6 <0,3 принимаются: £i=0,3 и &2*=0,3, а С и с2 —рав-ными 0,3й|. При квадратной колонне центрально нагруженных ростверков при Ci=c2 формула (2) будет иметь следующий вид: Р < 2 а* (йк Ч* Cj) h • (3) 2.3. Расчет на продавливание внецентренно нагру женных ростверков под колонны прямоугольного сечения производится по тем же формулам, что и расчет на продавливание центрально нагруженных ростверков, но при этом расчетная величина (продавливающей силы принимается: Р=22Рф,*, где ЕРф,<�—сумма реакций всех свай, расположенных с одной стороны от оси колонны в наиболее нагруженной части ростверка за вычетом реакций свай, расположенных в зоне пирамиды продавливания с этой же стороны от оси колонны. При моментах, действующих в двух направлениях, величина ЕРфд определяется в каждом направлении отдельно; в расчете принимается большая из этих величин. Примечание. При стаканном сопряжении сборной колонны с ростверком и эксцентрицитете в >0,5 ак допускается величину 2Рф,< определять» принимая величину момента М=0,5 dKN ери этом высота ростверка определяется из расчета на продавливание по периметру колонны. При полном моменте M=eN и соответствующей ему -сумме реакций 2Рф,< высота ростверка должна, кроме того, проверяться на продавливание по наружному периметру «-стакана». 2.4. При сборных железобетонных двухветвевых колоннах, имеющих общий стакан, высота ростверка на продавливание колонной рассчитывается как при колонне сплошного прямоугольного сечения по общему периметру колонны (рис. 2). 2.5. При многорядном расположении свай (рис. 3) помимо расчета ростверка на продавливание колонной по пирамиде продавливания, боковые стороны которой проходят от наружных граней колонны до ближайших граней свай, должна быть проведена проверка на продавливание ростверка колонной в предположении, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, две или все четыре боковые стороны которой наклонены под углом 45°. 7 2.6. При стаканном сопряжении колонны с ростверком в тех случаях, когда стенки стакана имеют боль- 2* Зак. 64g Рис. I. Схема образования пи- Рис. 2. Схема образования пирамиды <�прода(вли1ва1ния под рамиды продавливая ия под сборной железобетонной колон- сборной железобетонной двух-ной прямоугольного сечения ветвевой колонной шие толщины, например в плитных ростверках (рис. 4), можно производить расчет ростверка на продавли-вание колонной, принимая h от верха ростверка, при условии соблюдения требования Р< 2pF6Rp, (4) где р,=0,8—0,0025сгоб)«; <�т0бж= кг/см?-, йк «к Р — расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций всех свай, подсчитанных от нормальной силы, действующей в сечении колонны у обреза ростверка; Гб—(наименьшая площадь вертикального сечения бетона ростверка по оси колонны за вычетом стакана и площади трапеции, расположенной под стаканом с наклоненными под углом 45° сторонами (на рис. 4 площадь трапеции показана пунктирными линиями). При определении величины Гб высота ростверка должна приниматься не более 2hK (в расчет принимаются ступени, в которые заглублена колонна); 8 п Г L_t _„L, Г’4′, Ч п п г-i сз -5 1 гп 1 г 1__1 | L n т t га Г»1 i ‘ТЗ Yr*- ,Н ТТ Л-1-Н hJ • п UJ й. 1 ‘ /’! VV-/ Лу/ г -1— I— щ ф. йа| м Рис. 3. Схема образования пирамид продавли-вания под сборной железобетонной колонной при многорядном расположении свай за наружными гранями колонны л* Рис. 4. Схема свайного фундамента с плитным ростверком Рис. 5. Схема иродавли вания ростверка угловой ■стаей 9 Ак —глубина заделки колонны в стакан ростверка; dK — размер сечения колонны в плоскости, соответствующей площади /V, Rp— расчетное сопротивление бетона растяжению для железобетонных конструкций. Расчет ростверка на продавливание угловой сваей 2.7. Расчет ростверка на .продавливание угловой сваей производится из условия

Источник: furnilux.ru