Арматура на фундамент расчет: Расчет арматуры для ленточного фундамента частного дома

Расчет арматуры для фундамента и правильное армирование

От правильного армирования зависит прочность фундамента, а равно и целостность стоящего на нем дома. Фундамент — это основа здания, и ему стоит уделить очень пристальное внимание. Давайте поговорим о том, как работает армирование фундамента, как правильно рассчитать необходимое количество арматуры и о правильной вязке.

Строительная арматура — разбираем сортамент

В СНГ для армирования наиболее популярны изделия из горячекатаной стали по ГОСТ 5781. Это металлические стержни диаметром 6–80 мм с профильными насечками на поверхности. Отличается такой металлопрокат высоким модулем упругости — около 200 кПа.

Отличительной чертой металлической арматуры является наличие так называемой площадки текучести — временного состояния вещества за пределом упругой деформации до физического разрушения. Технические качества арматуры определяются классом стали, используемой в производстве: от наименее прочного A-I до самого крепкого A-VI.

Для конструктивного армирования может использоваться гладкая арматура. Ее основной недостаток — пониженное сцепление металла с бетонной массой, поэтому элементы из гладкой арматуры разумно проектировать с отсутствием высоких осевых нагрузок на растяжение.

Наглядно о работе армирования

Первой рассмотрим модель железобетонной колонны. В нормальных условиях на нее действует осевая нагрузка, ведущая к линейному расширению массива от центра наружу из-за сжатия. Бетон не пластичный и в такой обстановке подвержен усталостному разрушению. Арматура колонны принимает часть нагрузки на себя и вынуждает весь массив не расширяться, а изгибаться в допустимых пределах. Поперечное армирование также укрепляет края и препятствует появлению косых трещин.

Вторая модель — горизонтальная балка, опертая на края с приложенной нагрузкой по центру. Бетон без арматуры в таких условиях может сломаться даже под собственным весом. Сталь в бетоне придает ему упругость, при этом сам бетон препятствует точечной деформации арматуры, так что приложенная нагрузка распределяется по всей длине балки.

Модель балки почти полностью соответствует МЗЛФ, а вот в глубоких сложных фундаментах принцип колонны работает на ребрах жесткости. Нагрузка на фундамент ложится неравномерно из-за наличия проемов в стенах и разного веса отдельных участков, либо из-за прочих конструктивных особенностей. В свою очередь, плотность почвы под фундаментом также неравномерна. Можно сойтись на мнении, что основная работа фундамента — безвредно принять на себя нагрузку от строения, а затем правильно распределить ее по точкам опоры.

Выбор сечения и плотности закладки

Основная отличительная черта ЖБИ — сечение продольных армирующих элементов на поперечном срезе. Отношение этого значения к площади сечения бетонной массы называют плотностью закладки. В зависимости от массы, нагрузки, типа и даже участка конструкции плотность может составлять от 0,1 до 2,5%, для фундамента следует придерживаться значений в 0,1–0,3%. 4 мм², то есть оптимальное сечение продольного армирования составит 360 мм². Согласно СП 52–101–2003 для не напряженного бетона расчетное значение выбирается в большую сторону: либо 5 стержней по 10 мм (если позволяет длина пролета), либо 4 стержня по 12 мм (с существенным запасом прочности).

Обратите внимание, что эквивалентной плотности можно добиться, условно, тремя прутьями по 14 мм или даже двумя по 16 мм, так на чем остановиться? На этот счет четких рекомендаций порой не дают даже опытные проектировщики, однако, руководствуясь здравым смыслом, следует закладывать как можно больше стержней минимально допустимого диаметра. Однако помните, что слишком плотный арматурный каркас может затруднить просыпание и уплотнение бетонной смеси.

Зачем и как распределять линии армирования

Указанная выше техника расчета справедлива для тонких балок, в которых армирование выполняется одним рядом с одинаковыми защитными слоями сверху и снизу. На практике же никогда достоверно не известно, как будет вести себя бетонная балка, в какую сторону изгибаться, где будут зоны напряженного растяжения и сжатия. Поскольку фундамент имеет пропорцию ширины к высоте 1:2 и более, расчетную линию армирования выполняют и под верхней, и под нижней гранью.

Но и это еще не все. Для стабилизации массы и придания монолитности применяется так называемое конструктивное армирование. К нему относят в первую очередь вертикальные и горизонтальные поперечные элементы — стержни или хомуты. Расчет их также ведется по плотности закладки, она составляет не менее 0,025% от сечения, но уже не поперечного, а продольного по вертикальной и горизонтальной секущей плоскости. Обычно хомуты выполняют из арматуры на 1–2 номера ниже основного армирования с шагом установки 0,8–1,4 метра.

Защитные и разделительные слои

Из-за ненулевого водопоглощения железобетона арматура в высокой степени подвергается коррозии. Этот эффект можно свести к минимуму, обеспечивая ограждающие защитные слои для каждой линии армирования. Для подземной части фундамента толщина слоя составляет не менее 40 мм, для конструкций на открытом воздухе — 30–35 мм, для утепленных — 25 мм, а при наличии гидроизоляции — 15–20 мм. В любом случае защитный слой не может быть тоньше используемой арматуры.

Свободное пространство между линиями основного армирования называют разделительным массивом. Поскольку деформационные явления проявляются сильнее у поверхности бетона, ширина неукрепленного участка не должна превышать определенного значения. Какого? Негласно используется значение в 1/4 ширины конкретной грани, то есть по бокам армирующего каркаса нужно добавить 3 или 4 продольных стержня на 1–2 номера меньше основного армирования. Получившиеся в таком случае полосы шире 450 мм нужно укреплять проволочной сеткой.

Укладка, вязка, дистанционные пробки и прочие тонкости

Армирующий каркас в большинстве случаев собирают так:

1.    На дно котлована укладывают продольные стержни нижней линии армирования.

2.   Связывают их между собой с перехлестом в 20 номинальных диаметров, а на поворотах скрепляют Г-образными элементами той же толщины и с таким же перехлестом.

3.   Нижняя линия устанавливается на дистанционные пробки, формирующие нижний защитный слой.

4.   С установленным шагом вяжется поперечная конструкционная арматура. Это могут быть разнонаправленные П-образные хомуты или кольца прямоугольной формы. Важный нюанс: все стержни продольного армирования, включая вспомогательные, устанавливаются внутри хомутов, а не снаружи.

Остается только пропустить в хомуты верхнюю полосу основного армирования, подвязать ее и разделить грани конструктивным продольным армированием. Все элементы рекомендуется скреплять проволочной вязкой, предпочитая ее дуговой сварке. После регулировки защитных слоев можно загружать плиты утеплителя и заливать бетон.

http://www.rmnt.ru/ — сайт RMNT. ru

Арматура и фундамент: расчет сечения.

главная — Фундаменты

Андрей Дачник 11 сентября, 2016

Глава из книги «Мелкозаглубленный ленточный фундамент»

Минимальное содержание арматуры в мелкозаглубленном ленточном фундаменте
Пункт 7.3.5 СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции» определяет минимальное относительное содержание рабочей продольной арматуры в железобетонном элементе не менее 0,1 % от площади рабочего сечения этого бетонного элемента. 

То есть для мелкозаглубленного ленточного фундамента высотой 1 метр  (1000 мм) и шириной 50 см (500 мм) минимальная площадь сечения продольной арматуры  должна составить 500 мм2 .   
 При армировании мелкозаглубленных ленточных фундаментов, служащих опорой под колонны (например, при строительстве монолитного железобетонного каркаса здания) площадь сечения продольной арматуры для ребра Т-образного ленточного фундамента предусматривают с процентом армирования 0,2-0,4 %  в каждом ряду.

Номер (номинальный диаметр) стержней арматуры и их количество в сечении обычной прямоугольной мелкозаглубленной фундаментной ленты можно определить по таблице:

Фундамент стены в соответствии с ACI 318-14 — Пример конструкции

В этом примере конструкции показана типовая конструкция фундамента из железобетона стены под действием концентрических нагрузок. Первоначально он был разработан и использован в следующей ссылке:

Джеймс Уайт, Механика и проектирование железобетона, 7-е издание , 2016 г., Pearson, Пример 15-1

Это очень подробный учебник по железобетону, и мы рекомендуем его в качестве справочника по проектированию бетона в Соединенных Штатах.

Постановка проблемы

Проект железобетона для поддержки бетонной стены в относительно большом здании. Стена имеет толщину 12 дюймов и несет неучтенные постоянные и временные нагрузки 10 тысяч фунтов на фут и 12,5 тысяч фунтов на фут соответственно. Допустимое давление грунта составляет 5000 фунтов на квадратный фут, а его плотность — 120 фунтов на фут. Нижняя часть фундамента должна быть на 5 футов ниже уровня земли. Прочность бетона составляет 3000 фунтов на квадратный дюйм, а прочность арматуры — 60 000 фунтов на квадратный дюйм.

Критерии проектирования

Мы спроектируем нашу основу, чтобы выдержать ее нагрузку, и проверим ее на:

• Давление на грунт
• Сопротивление сдвигу
• Сопротивление изгибу

Вводим данную информацию прямо в ClearCalcs. Поскольку в этом случае нам дана глубина до основания фундамента, мы можем ввести «=5 ft -H», и калькулятор автоматически обновит глубину почвы над фундаментом, когда мы обновим толщину фундамента — точно так же, как Электронная таблица Excel.

Глядя на секцию арматуры, защитный слой бетона уже установлен на 3 дюйма (минимум для фундаментов), а прочность стали уже составляет 60 тысяч фунтов на квадратный дюйм. Все, что осталось здесь, это найти необходимый размер и интервал.

Ввод наших нагрузок:

Обратите внимание, что мы не используем уменьшенную динамическую нагрузку сопутствующего оборудования — в этом случае, поскольку у нас есть только стационарная и динамическая нагрузки, это не повлияет на результаты, а поскольку мы не знаем источник динамической нагрузки, это консервативно. 2}{\text{ft}} $$ Таким образом, мы выбираем ширину фундамента 62 дюйма или 5,17 футов .

Сверяясь с ClearCalcs, мы видим, что фундамент шириной 5,17 фута и толщиной 1 фут эффективно использует всю несущую способность. Однако мы уже видим бурю на горизонте! Нашей прочности на сдвиг может быть недостаточно при толщине всего 12 дюймов, и наша арматура не может полностью развиться — с этим нужно что-то делать…

Прочность на сдвиг

После краткого обзора, который мы видели при проверке сопротивления почвы, мы определенно хотим взглянуть на сдвиг. Обычно это то, что будет определять толщину фундамента при проектировании. Поскольку сейчас мы имеем дело с бетонным проектированием, мы используем стандарт ACI 318-14, основанный на проектировании LRFD. Таким образом, нам необходимо учитывать нагрузки.

Мы можем найти значение $q_u$, давления грунта на факторизованном уровне нагрузки, разделив нашу общую приложенную нагрузку на площадь основания. В этом случае, поскольку у нас есть только постоянные и временные нагрузки, очевидно, что управляющая комбинация нагрузок будет 1,2D + 1,6L. $$ q_u = \frac{1,2 \times 10\text{ тысяч фунтов/фут} + 1,6 \times 12,5 \text{ тысяч фунтов/фут}}{5,17 \text{ футов}} = 6 190 \text{ фунтов на квадратный фут} $$ Примечание что мы берем чистое опорное давление, которое не включает вес грунта над основанием и собственный вес. Это связано с тем, что эти веса компенсируются соответствующей восходящей реакцией почвы, если рассматривать фундамент как свободное тело.

С нашим вновь найденным значением $q_u$ мы можем найти факторизованный сдвиг. Код ACI-318-14 (*Кл. 7.4.3.2*) указывает, что критическое сечение сдвига должно быть взято на расстоянии $d$ от поверхности стены. С нашим основанием толщиной 12 дюймов нам необходимо покрытие минимум 3 дюйма (*ACI 318-14, таблица 20.6.1.3.1*). Предполагая размер арматуры #8 (диаметр 1 дюйм), мы можем найти d: $$ d = 12\text{ in} — 3\text{ in} — \frac{1}{2}\times1\text{ in} = 8. 5\text{ in} $$ Теперь мы можем рассчитать сдвиг в критическом сечении: $$ \begin{aligned} V_u &= q_u \left(\frac{B}{2} -\frac{b}{2} -d \справа) \\ &= 6190 \text{ psf} \left( \frac{62\text{ in}}{2} -\frac{12\text{ in}}{2} — 8.5\text{ in}\right) \\ &= 8.51 \text{ тыс.фунтов/фут} \end{aligned} $$ Теперь мы должны найти сопротивление сдвигу. Фундаменты почти никогда не имеют поперечной арматуры — обычно предпочтительнее увеличить толщину фундамента. Таким образом, нам нужно только рассчитать коэффициент прочности бетона на сдвиг $\phi V_c$, который определяется формулой ACI 318-14 Cl 22.5.5.1 : $$ \phi V_c = \phi 2\lambda \sqrt{f’_c} d $$ На сдвиг, ACI 318-14 Таблица 21.2.1 указывает $\phi = 0,75$, и мы используем бетон нормальной плотности, поэтому $\lambda = 1,0$. $$ \begin{align} \phi V_c &= 0,75 \times 2 \times 1 \times \sqrt{3000} \text{ фунтов на квадратный дюйм} \times 8,5 \text{ дюймов} \\ &= 8,38 \text{ тысяч фунтов/фут } \end{aligned} $$ Как мы и предсказывали с помощью ClearCalcs в предыдущем разделе, мы находим, что $V_u > \phi V_c$. На этом этапе мы могли либо увеличить прочность бетона, либо увеличить толщину фундамента, либо принять решение о добавлении поперечной арматуры. Как обсуждалось ранее, в фундаментах обычно избегают арматуры на сдвиг, а прочность бетона уже указана, поэтому мы решили увеличить толщину.

Увеличение толщины улучшает сопротивление сдвигу двумя способами. Во-первых, он увеличивает пропускную способность, предоставляя большее значение $d$. Это также снижает приложенную поперечную нагрузку, так как мы удаляем нашу критическую секцию от поверхности стены. Мы выбираем 13-дюймовый фундамент толщиной и повторяем предыдущие шаги: &= 9,37\text{ kip/ft} \end{aligned} $$ Мы видим, что увеличение на 1 дюйм одновременно уменьшило $V_u$ и увеличило $\phi V_c$, как нам хотелось. Проверив с помощью ClearCalcs, мы теперь можем снова посмотреть на результаты с фундаментом толщиной 13 дюймов:

Мы видим, что коэффициент использования при сдвиге снизился со 102% до 85%, а увеличение напряжения смятия было незначительным. 2 \\ &= \frac{6192\text{/ft} \times 60000 \text{ psi} \left(9,5\text{ дюйм} — \frac{0,667\text{ дюйм}}{2} \right) \\ &= 14,0 \text{ тыс.фунтов -ft/ft} \end{aligned} $$ Обратите внимание, что в этом примере размер $d$ был сохранен на уровне 9,5 дюймов, хотя он был бы немного больше, поскольку мы используем стержни №4 с половиной диаметра $d_b$. Это консервативно и несколько упрощает расчеты. Тем не менее, мы видим, что $\phi M_n > M_u$, так что наша конструкция адекватна.

Проверка с помощью ClearCalcs:

Мы ясно видим, что у нас действительно больше возможностей. Обратите внимание, что мы автоматически рассчитываем глубину до армирования — таким образом, автоматически рассчитывается увеличение $d$ от использования меньшего стержня, что дает нам немного больше возможностей! Открыв наш селектор размера (кнопка фильтра обведена темно-синим), мы видим, что при таком интервале столбцы #4 являются наиболее оптимальными.

Развитие армирования

Последняя проверка, которую мы выполняем, касается длины развертывания, чтобы убедиться, что у нас есть надлежащее соединение нашей арматуры в критической секции. Мы переходим к главе 25 ACI 314-18, чтобы рассчитать длину соединения. Для простоты мы используем Таблицу 25.4.2.2, которая дает простое уравнение для расчета длины разработки. Мы используем стержень № 4 с большим интервалом, поэтому мы можем использовать наименее консервативную формулу в соответствии с таблицей. В этом случае ни эпоксидная смола, ни положение отливки не учитываются, что еще больше упрощает наши расчеты. $$ \begin{align} \ell_d &= \frac{f_y\psi_t \psi_e}{25 \lambda\sqrt{f’_c}}d_b \\ &= \frac{60000\text{ psi}\times 1 \ раз 1} {25 \ раз 1 \ раз \ sqrt {3000} \ text { фунтов на квадратный дюйм}} \ раз 0,5 \ text { дюймов} \\ &= 21,9\text{ in} \end{aligned} $$ Находим то же значение, что и в примере из учебника. Мы сравниваем это с расстоянием до критического сечения: $$ \frac{B}{2}-\frac{b}{2} = \frac{5.17 \text{ футов}}{2}-\frac{1 \ text{ ft}}{2} =2,09 \text{ ft} = 25 \text{ in} $$ Поскольку 25 дюймов больше, чем 21,9 дюйма, мы знаем, что наши стержни развернуты в соответствии с требованиями. Если бы это было не так, мы могли бы использовать крюки на концах стержня, чтобы значительно уменьшить длину разработки, или использовать более подробные расчеты, которые могут быть менее консервативными и более точными. С ClearCalcs так же легко выполнять более подробные расчеты длины разработки, поэтому это то, что нужно сделать, чтобы обеспечить безопасные и экономичные проекты.

Длина разработки значительно сокращается при использовании подробного уравнения! В основном это происходит из-за фактора локализации, поскольку у нашего фундамента большое покрытие и расстояние между стержнями, что значительно увеличивает длину разработки.

Типы армирования фундаментов

Несколько типов армирования используются в фундаментах для требований к натяжению. Доля арматуры в фундаментах остается в пределах 0,5-0,8%. Обычно инженер-строитель проектирует тип сетки в фундаментах на основе анализа нагрузки.

В фундаментах и ​​фундаментах используются следующие виды арматуры: –

1. Плоская сетка: этот тип сетки обычно поставляется в простых, изолированных или комбинированных основаниях и полезен для малоэтажных зданий. Прежде чем использовать простую сетку, необходимо проверить нагрузку на основе этой сетки и определить, способен ли этот тип сетки бороться с нагрузкой или нет.

В этом типе столбцы располагаются в виде сетки. Он может содержать стержни различного диаметра и расстояния между ними в любом направлении. Расстояние может варьироваться или не изменяться в обоих направлениях.

2. Сетка с крючками (Hook Mesh): Этот тип сетки подходит для малоэтажных и многоэтажных зданий. Фундамент армирован сеткой, а на концах сетки закреплены стержни. Идеальное крепление арматуры может быть достигнуто путем сгибания концов стержней. Здесь длина крюка равна 9D, а D обозначает диаметр стержня.

3. Фундаментная сетка на глубину Фундамент: Имеет сходство с обычным фундаментом. При этом типе стержни загибаются на концах до высоты фундамента. Здесь бетонное покрытие от 1″ до 4″ расположено со всех сторон фундамента.

4. Плотная сетка: этот тип сетки идеально подходит для плотного основания. Сплошной фундамент можно использовать, когда несущая способность грунта очень низкая. В этом типе сетка разделена на две части: верхняя сетка и нижняя сетка.

Первоначально сетка дна устанавливается на блоки покрытия, концы сетки дна загибаются под углом 90 градусов до высоты 50D, где D — диаметр прутка. После этого верхняя сетка соединяется с нижней сеткой в ​​обратном направлении. Кроме того, верхняя сетка идентична нижней сетке, изогнутой с помощью 90 градусов, но дополнительная планка 50D не ставится, так как она уже предусмотрена на нижней сетке.

Дополнительная планка 50D устанавливается либо на нижнюю, либо на верхнюю сетку.