Расчет столбчатого фундамента (Excel)
размещено: 05 Сентября 2020
обновлено: 26 Мая 2021
В программе можно быстро произвести расчет столбчатого фундамента по I и II предельному состоянию.
Все расчеты выполняются по актуальным СП на текущую дату 09.2020.
v.0.2 от 30.12.2020 Исправлено:
— Неправильно выводился минимальный процент армирования
— Вывел минимальную площадь арматуры в см2.
— Графики отражают фундамент полностью
— Опечатки
— На графике исправлена отметка грунта
v.0.3 от 26.05.2021 Исправлено:
— Уменьшил количество ступеней до 3 шт
— Откорректированы примечания
— Улучшена графика
— Расчет в общем стал понятнее и интуитивнее
— Теперь ширина подколонника задается в ручную
— Исправлена ошибка при расчете координаты расчетного сечения вдоль оси Х
— Добавлено правило знаков
— Теперь высота рабочего сечения вдоль оси Х рассчитывается точнее
— На график выведены вспомогательные линии пирамиды продавливания
— Откорректирован расчет на прочность ступеней вдоль оси Х
Всегда рад доброй критике и возможным предложениям.
Комментарии
Добрый день. Недавно закончил делать похожую программу, еще свежи формулы в голове.
Добрая критика и предложения:
1. расчетное сопротивление грунта лучше тоже вычислять, т.к. оно зависит от размеров фундамента. Т.е. на одном и том же основании разные по геометрии фундаменты будут иметь разную R
2. расчет на осадку тоже нужен. Он может быть определяющим для габаритов фундамента.
3. изгибающие моменты можно задать в двух плоскостях — у Вас есть вся геометрия для проверки фундамента в другой плоскости. + проверка угловой точки (R > 1.5P)
4. часто бывает разное кол-во ступеней в двух направлениях фундамента. Расчет на продавливание тоже усложняется для такого случая.
5. минимальный процент армирования подошвы фундаментов не регламентируется. (хотя в современных нормах не нашел этого пункта)
6. удобней задавать высоту фундамента, а не высоту подколонника. А то при изменении кол-ва ступеней, нужно изменять высоту подколонника.
Сообщение #2 от 77867026670
А если сравнить с расчетом:
https://www.gvozdem.ru/stroim-dom/kalkulyatory/raschet-svaynogo-fundamenta.php
в чем преимущество этого расчета?
Сообщение #1 от Евгений Грызунов
Добрый день. Недавно закончил делать похожую программу, еще свежи формулы в голове.
Добрая критика и предложения:
1. расчетное сопротивление грунта лучше тоже вычислять, т.к. оно зависит от размеров фундамента. Т.е. на одном и том же основании разные по геометрии фундаменты будут иметь разную R
2. расчет на осадку тоже нужен. Он может быть определяющим для габаритов фундамента.
3. изгибающие моменты можно задать в двух плоскостях — у Вас есть вся геометрия для проверки фундамента в другой плоскости. + проверка угловой точки (R > 1.5P)
4. часто бывает разное кол-во ступеней в двух направлениях фундамента. Расчет на продавливание тоже усложняется для такого случая.
5. минимальный процент армирования подошвы фундаментов не регламентируется. (хотя в современных нормах не нашел этого пункта)
6. удобней задавать высоту фундамента, а не высоту подколонника. А то при изменении кол-ва ступеней, нужно изменять высоту подколонника.
Сообщение #1 от Евгений Грызунов
5. минимальный процент армирования подошвы фундаментов не регламентируется. (хотя в современных нормах не нашел этого пункта)
Сообщение #6 от Евгений Грызунов
Ну вот фундаментные плиты и столбчатые фундаменты наверно разные вещи.
Источник
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/м 2 ;
- давление ветра — 38 кг/м 2 ;
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:
где P- среднее давление по подошве фундамента, определяем по формуле:
A — площадь подошвы фундамента.
N – вертикальная нагрузка на обрезе фундамента
G – вес фундамента с грунтом на уступах
где γ — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое равным 2 т/м 3 ;
d — глубина заложения;
Для предварительного определения размеров фундаментов, P определяем по таблице В.3 [СП 22.13330.2011]
Р = 250 кПа = 25,48 т/м 2 .
Для фундамента Фм3, N = 35,049 т
A = 35,049 т / (25,48 т/м 2 — 2,00 т/м 3 · 3,300 м) = 35,049 т/18,88 т/м 2 = 1,856 м 2 .
Принимаем габариты фундамента b = 1,5 м
Для фундамента Фм4, N = 57,880 т
A = 57,880 т / (25,48 т/м 2 — 2,00 т/м 3 · 3,300 м ) = 57,880 т / 18,88 т/м 2 = 3,065 м 2 .
Принимаем габариты фундамента b = 1,8 м
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];
kz— коэффициент, принимаемый равным единице при b 3 ;
γ’II — то же, для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м 3 ;
сII— расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (см. 5.6.10[1]), кПа;
d1— глубина заложения фундаментов, м, бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (5.8)[1]. При плитных фундаментах за d1принимают наименьшую глубину от подошвы плиты до уровня планировки;
db— глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом глубиной свыше 2 м принимают равным 2 м);
здесь hs— толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
hcf — толщина конструкции пола подвала, м;
γcf — расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м 3 .
При бетонной или щебеночной подготовке толщиной hn допускается увеличивать d1на hn.
Примечания
1 Формулу (5.7)[1] допускается применять при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А, значение bпринимают равным .
2 Расчетные значения удельного веса грунтов и материала пола подвала, входящие в формулу (5.7)[1] допускается принимать равными их нормативным значениям.
3 Расчетное сопротивление грунта при соответствующем обосновании может быть увеличено, если конструкция фундамента улучшает условия его совместной работы с основанием, например фундаменты прерывистые, щелевые, с промежуточной подготовкой и др.
4 Для фундаментных плит с угловыми вырезами расчетное сопротивление грунта основания допускается увеличивать, применяя коэффициент kd по таблице 5.6 [1].
5 Если d1>d (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)
Для фундамента Фм3 : b = 1,50 м;
Для фундамента Фм4 : b = 1,80 м;
Для фундамента Фм3:
R = (1,10 ·1,00) / 1,00· [0,72 · 1,00 · 1,50 м · 1,780 т/м 3 + 3,87· 3,30 м· 1,691 т/м 3 +
+ (3,87 – 1,00) · 0,0· 1,691 т/м 3 + 6,45·1,1 т/м 2 ] = 1,10· (1,922 т/м 2 +21,596 т/м 2 +
+ 0,0 + 7,095 т/м 2 ) = 33,674 т/м 2 .
Для фундамента Фм4:
R = (1,10 ·1,00) / 1,00 · [0,72 · 1,00 · 1,80 м·1,780 т/м 3 + 3,87 · 3,30 м·1,691 т/м 3 +
+ (3,87 – 1,00) ·0,0·1,691 т/м 3 + 6,45·1,1 т/м 2 ] = 1,10 · (2,307 т/м 2 + 21,596 т/м 2 +
+ 0,0 + 7,095 т/м 2 ) = 34,098 т/м 2 .
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;
σzγ,i — среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта (см. 5.6.33[1]), кПа;
Ее,i — модуль деформации i-го слоя грунта по ветви вторичного нагружения, кПа;
n — число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.
При этом распределение вертикальных напряжений по глубине основания принимают в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 5.2.
DL — отметка планировки; NL — отметка поверхности природного рельефа; FL — отметка подошвы фундамента; WL — уровень подземных вод; В, С — нижняя граница сжимаемой толщи; d и dn — глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; b — ширина фундамента; р — среднее давление под подошвой фундамента; szg и szg,0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; σzp и σzp,0 — вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; σzγ,i — вертикальное напряжение от собственного веса вынутого в котловане грунта в середине i-го слоя на глубине z от подошвы фундамента; Нс — глубина сжимаемой толщи
Рисунок 5.2 — Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве
Примечания:
1 При отсутствии опытных определений модуля деформации Ее,i для сооружений II и III уровней ответственности допускается принимать Ее,i = 5Еi.
2 Средние значения напряжений σzp,i и σzγ,i в i-м слое грунта допускается вычислять как полусумму соответствующих напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя.
5.6.32 Вертикальные напряжения от внешней нагрузки σzp = σz — σzu зависят от размеров, формы и глубины заложения фундамента, распределения давления на грунт по его подошве и свойств грунтов основания. Для прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов значения szp, кПа, на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы, определяют по формуле
где α — коэффициент, принимаемый по таблице 5.8[1] в зависимости от относительной глубины ξ, равной 2z/b;
р — среднее давление под подошвой фундамента, кПа.
5.6.33 Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента σzγ = σzγ — σzu, кПа, на глубине z от подошвы прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов определяют по формуле
где α — то же, что и в 5.6.32[1];
szg,0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента, кПа (при планировке срезкой σzg,0 = γ‘d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой σzγ,0 = γ‘dn, где γ‘ — удельный вес грунта, кН/м 3 , расположенного выше подошвы; d и dn, м, — см. рисунок 5.2[1]).
При этом в расчете σzγ используются размеры в плане не фундамента, а котлована.
5.6.34 При расчете осадки фундаментов, возводимых в котлованах глубиной менее 5 м, допускается в формуле (5.16) не учитывать второе слагаемое.
5.6.41 Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают на глубине z = Нc, где выполняется условие σzp = 0,5σzγ. При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше Нmin, равной b/2 при b ≤ 10 м, (4 + 0,1b) при 10 ≤ b ≤ 60 м и 10 м при b > 60 м.
Если в пределах глубины Нс, найденной по указанным выше условиям, залегает слой грунта с модулем деформации Е > 100 МПа, сжимаемую толщу допускается принимать до кровли этого грунта.
Если найденная по указанным выше условиям нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е ≤ 7 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = Нс, то этот слой включают в сжимаемую толщу, а за Нс принимают минимальное из значений, соответствующих подошве слоя или глубине, где выполняется условие σzp = 0,2szγ.
При расчете осадки различных точек плитного фундамента глубину сжимаемой толщи допускается принимать постоянной в пределах всего плана фундамента (при отсутствии в ее составе грунтов с модулем деформации Е > 100 МПа).
Площадь подошвы фундамента Фм3: S = 2,25 м 2 (габариты 1,50 м × 1,50 м).
Нормативная нагрузка от конструкций N = 29,208 т
при b = 1,5 м ≤ 10 м
Таблица: Осадка фундамента Фм3
Сжимаемая толща основания H = 2,00 м > Hmin = 0,75 м
Осадка фундамента: S = 0,8·0,049 м = 0,0392 м (3,92 см) 2 (габариты 1,80 м × 1,80 м).
Нормативная нагрузка от конструкций N = 47,598 т
при b = 1,8 м ≤ 10 м
Таблица: Осадка фундамента Фм4
Сжимаемая толща основания H = 2,00 м > Hmin = 0,90 м
Осадка фундамента: S = 0,8· 0,061 м = 0,0488 м (4,88 см) p ср = N0 / A = (35,049 т + 2,00 т/м 3 · 3,300 м · 1,500 м · 1,500 м) / (2,250 м 2 ) =
= 49,899 т / 2,250 м 2 = 22,177 т/м 2
QI = 22,177 т/м 2 · 1,50 м · ( 1,50 м – 0,40 м) / 2 = 18,296025 т
QII = 22,177 т/м 2 · 1,50 м · ( 1,50 м – 0,90 м) / 2 = 9,97965 т
Проверяем выполнение условий (2.26)[2], для бетона класса В15,
18,296025 т 2 · 1,5 м · (3,600 м – 0,040 м)
18,296025 т 2 · 1,5 м · (0,300 м – 0,040 м)
9,97965 т 2 · (1,50 м – 0,40 м) 2 · 1,50 м = 5,0314 тм
МII = 0,125 · 22,177 т/м 2 · (1,50 м – 0,90 м) 2 · 1,50 м = 1,4969 тм
В качестве рабочих стержней примем арматуру класса A-III с расчетным сопротивлением Rs = 37206,93 т/м 2 .
Требуемая площадь сечения арматуры по формуле (2.32)[2]
АsI = 5,0314 тм / (0,9 · (3,600 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2 ) =
= 5,0314 тм / 119211,00372 т/м 2 = 0,000042 м 2 = 0,42 см 2 .
АsII = 1,4969 тм / (0,9 · (0,300 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2 ) =
= 1,4969 тм / 8706,421 т/м 2 = 0,000172 м 2 = 1,72 см 2 .
Принимаем 8 Ø10 A-III Аs = 6,280 см 2 , шаг 200 мм.
Для фундамента Фм4
Поперечная сила у грани колонны и грани подошвы (2.25) [2]:
p p ср = N0 / A = (57,880 т + 2,00 т/м 3 · 3,300 м · 1,800 м · 1,800 м) / (3,240 м 2 ) =
= 79,264 т / 3,240 м 2 = 24,464 т/м 2
QI = 24,464 т/м 2 · 1,80 м · ( 1,80 м – 0,40 м) / 2 = 30,82464 т
QII = 24,464 т/м 2 · 1,80 м · ( 1,80 м – 0,90 м) / 2 = 19,81584 т
Проверяем выполнение условий (2.26)[2], для бетона класса В15,
30,82464 т 2 · 1,8 м · (3,600 м – 0,040 м)
30,82464 т 2 · 1,8 м · (0,300 м – 0,040 м)
19,81584 т 2 · (1,80 м – 0,40 м) 2 · 1,80 м = 17,050 тм
МII = 0,125 · 24,464 т/м 2 · (1,80 м – 0,90 м) 2 · 1,80 м = 4,458 тм
В качестве рабочих стержней примем арматуру класса A-III с расчетным сопротивлением Rs = 37206,93 т/м 2 .
Требуемая площадь сечения арматуры по формуле (2.32)[2]
АsI = 17,054 тм / (0,9 · (3,600 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2 ) =
= 17,054 тм / 119211,00372 т/м 2 = 0,000143 м 2 = 1,43 см 2 .
АsII = 4,458 тм / (0,9 · (0,300 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2 ) =
= 4,458 тм / 8706,421 т/м 2 = 0,000512 м 2 = 5,12 см 2 .
Принимаем 9 Ø10 A-III Аs = 7,065 см 2 , шаг 200 мм.
Относительная разность осадок (4,88 см – 3,92 см) / 600 см = 0,0016
Источник