Армирование ростверка на одиночной свае

На эту статью меня вдохновил вопрос Владимира Б., присланный на почту. В исходных данных был вот такой фундамент, требовалось правильно заармировать ростверк.

Скажу сразу, что при наличии изгибающего момента, ростверк нужно проектировать на двух сваях – тогда момент раскладывается на пару сил, и сваи испытывают только сжимающую и выдергивающую нагрузку, их просто посчитать и законструировать. Работа же сваи под действием момента вызывает сомнения, лучше такого варианта избегать. Но вопрос меня все равно заинтересовал, и я решила написать статью для развития конструкторского мышления (с допущением, что наша свая уже рассчитана, законструирована, и выдерживает все нагрузки с запасом). Буду рада обсуждению в комментариях.

Ростверк на одиночной свае

Итак, в исходных данных у нас монолитный ростверк 800х600 мм, высотой 500 мм, опирающийся на одиночную железобетонную сваю сечением 300х300 мм. Сверху на ростверк опирается металлическая колонна. Вертикальная нагрузка от колонны N = 18 т, момент вдоль оси 2 Mx = 4.5 тм, поперечная сила вдоль оси 2 Qy = 1 т. База колонны и расстояние между болтами показаны на рисунке ниже.

База колонны

Давайте рассмотрим, какую расчетную схему следует принять для ростверка. У нас имеется жесткое опирание на сваю. Нагрузка от колонны передается точно по оси сваи, без сбивок. Но у нас имеется изгибающий момент, который передается через фундаментные болты, положение которых выходит за пределы сваи. По сути, если изобразить расчетную схему для ростверка, мы увидим следующее.

Нагрузка на ростверк

Вертикальная сила N = 18 т распределяется по длине пластины базы колонны 0,62 м и превращается в равномерно распределенную нагрузку q = 18/0,62 = 29 т/м.

Изгибающий момент Мх = 4,5 т∙м раскладывается на пару сил Р, находящихся на расстоянии 0,5 м, и действующих одна – вверх, другая – вниз. Каждая сила Р = 4,5/0,5 = 9 т.

Учитывая то, что расчетная длина консоли равна свесу консоли, мы получим для каждой консоли следующую расчетную схему с защемлением посередине:

Расчетная схема для ростверка

У нас будет три нагрузки:

1) равномерно-распределенная qс.в. = 0,5∙0,6∙2,5 = 0,75 т/м – нагрузка от собственного веса ростверка сечением 0,5х0,6 м (2,5 т/м3 – собственный вес бетона);

2) равномерно распределенная q – нагрузка от колонны (от вертикальной силы N);

3) вертикальная сила Р (вниз и вверх) – нагрузка от колонны (от изгибающего момента Мх).

Длина каждой консоли равна длине свеса ростверка. Привязка вертикальной силы Р и распределенной нагрузки q – согласно реальным привязкам пластины и болтов.

Теперь нам нужно найти максимальный изгибающий момент М и максимальную поперечную силу Q в консоли.

Для расчета армирования нам понадобятся нормативное и расчетное значение М и Q, причем с выделением постоянных и временных нагрузок. Нагрузка от собственного веса – постоянная. Нагрузки N и Мх включают в себя постоянную и временную части, для уточнения задания следует обратиться к расчетчику металлоконструкций, но мы для примера просто придумаем, что кратковременная часть нагрузки составляет 30%.

Для удобства расчета консоли нагрузки на нее сведем в таблицу:

Нагрузка

Нормативное значение

Коэффициент надежности по нагрузке

Расчетное значение

Исходные данные

Постоянная нагрузка от собственного веса qс.в

0,75 т/м

1,1

0,75∙1,1 = 0,83 т/м

Нагрузка q (постоянная часть, 70%)

29∙0,7 = 20,3 т/м

1,1

20,3∙1,1 = 22,3 т/м

Нагрузка q (кратковременная часть, 30%)

29∙0,3 = 8,7 т/м

1,2

10,4 т/м

Нагрузка ±Р (постоянная часть, 70%)

±0,7∙9 = ±6,3 т

1,1

±6,3∙1,1 = ±6,9 т

Нагрузка ±Р (кратковременная часть, 30%)

±0,3∙9 = ±2,7 т

1,2

±2,7∙1,2 = ±3,2 т

 

В результате расчета мы получим следующие эпюры М и Q:

Эпюры М и Q

Что означают эти эпюры? Как их прочитать?

По эпюре моментов мы видим, что при такой нагрузке, как у нас в примере (когда момент пытается повернуть колонну против часовой стрелки, и она давит через болты на левую часть ростверка, а правую при этом пытается поднять вверх), максимальный момент в левой части ростверка, причем он на эпюре поднимается вверх над нулевой линией – а значит требует установить верхнюю рабочую арматуру вдоль ростверка, чтобы она восприняла растяжение от изгиба. Момент на эпюре сверху – значит, растянута верхняя часть сечения. Точно так же в правой части ростверка мы видим, что эпюра момента сначала уходит вниз (требуется нижняя рабочая арматура), а потом в месте установки болта выныривает вверх – там появляется растяжение, требующее уже верхнюю арматуру. Таким образом, нам нужно установить в ростверке и верхнюю, и нижнюю рабочую арматуру. Верхнюю мы рассчитаем, исходя из величины М1 (он больше, чем М3), а нижнюю – исходя из величины М2.

Из эпюры поперечной силы мы можем увидеть потребность в поперечной арматуре. Очень напряженные участки у нас Q1-Q3 и Q2-Q5, на них будет максимальная поперечная арматура. Это и логично, т.к. в точках Q3 и Q5 у нас расположены сосредоточенные силы от болтов, и по правилам конструирования мы должны поставить надежную поперечную арматуру от опоры до места приложения сосредоточенной нагрузки – это и подтвердилось расчетом.

Рассмотрим же, какие усилия получились в нашем ростверке.

 

Значения эпюр сведены в таблицу:

 

Нормативная постоянная нагрузка

Нормативная кратковременная нагрузка

Расчетная постоянная нагрузка

Расчетная кратковременная нагрузка

М1, т∙м

-0,91

-0,38

-1,0

-0,45

М2, т∙м

0,35

0,16

0,38

0,19

М3, т∙м

-0,045

-0,016

-0,05

-0,019

Q1, т

9,74

4,09

10,7

4,86

Q2, т

-2,86

-1,31

-3,12

-1,54

Q3, т

7,63

3,22

8,36

3,82

Q4, т

1,33

0,52

1,46

0,62

Q5, т

-4,97

-2,18

-5,44

-2,58

Q6, т

1,33

0,52

1,46

0,62

Как мы видим, максимальный момент М1, максимальная поперечная сила Q1.

 

Имея на руках результаты расчета, мы можем посчитать арматуру и заняться конструированием ростверка. Процент армирования по результатам расчета получился маленьким – всего лишь 0,05%, но минимальный процент армирования ростверков не нормируется.

У нас получилась по расчету верхняя рабочая арматура площадью 1,5 см², нижняя рабочая арматура площадью 0,6 см² (и это логично, момент М1 больше момента М2), поперечная арматура площадью 0,28 см² при шаге 200 мм. Теперь нам нужно законструировать ростверк.

Рекомендуемый шаг арматуры в ростверке – 200 мм. Еще ростверк рекомендуется армировать сварными сетками (сварка обязательно должна быть контактной, и ни в коем случае – ручной дуговой!), если же сетки вязанные, то по периметру ростверка два ряда пересечений стержней должны быть соединены сваркой. Помимо этого для анкеровки рабочих стержней на расстоянии 25 мм от их края должен быть приварен перпендикулярный стержень половинного (по сравнению с рабочими стержнями) диаметра. Все эти требования взяты из пособия «Армирование элементов монолитных железобетонных зданий», Тихонов И.Н.

Обратите внимание, т.к. ростверк – не плитный, а балочный, мы не должны пренебрегать конструктивными требованиями к армированию балок (их можно изучить в том же пособии).

Итак, верхнюю и нижнюю сетки ростверка мы принимаем сварными, рабочая арматура – продольная (вдоль ростверка), диаметром 12 мм с шагом 200 мм, класс арматуры А400С – всего получится 4 стержня арматуры, площадь армирования 4,52 см² (это значительно больше, чем 1,5 см² и 0,6 см², но арматуру меньших диаметров в балочном ростверке лучше все-таки не устанавливать). Перпендикулярно этой арматуре установим стержни диаметром 6 мм (как раз выдерживается требование по половинному диаметру – 12/2 = 6 мм) с шагом 200 мм, класс арматуры А400С или А240С.

Теперь разберемся с поперечной арматурой, ростверк мы будем армировать сварными каркасами, в которых установим поперечную арматуру с нужным нам шагом. При шаге 200 мм площадь сечения всех стержней должна быть не менее 0,28 см² - выходит, нам достаточно одного стержня диаметром 6 мм в сечении. Но теперь заглянем в рисунок 3.1 пособия. При ширине балки более 350 мм мы должны установить даже не два, а три каркаса с поперечной арматурой. Далее, уточним шаг арматуры. Согласно рисунку 3.10 пособия и пояснениям под ним, на длине Lsup мы должны установить поперечную арматуру с шагом Sw1, который не должен превышать 500 мм или треть высоты сечения балки (500/3 = 160 мм). В нашем случае Lsup равна расстоянию от опоры до места приложения сосредоточенной нагрузки (т.е. до фундаментного болта). На остатке консоли мы можем установить арматуру с шагом 3h/4 = 3∙500/4 = 375 мм, но при нашей длине консоли такой шаг будет слишком велик, от фундаментного болта до края ростверка у нас остается всего 150 мм, поэтому мы принимаем для всей балки шаг поперечных стержней 150 мм (что меньше 160 мм, т.е. допустимо). Такие величины, как 160 мм лучше не применять, а придерживаться размеров, кратных 50 мм.

Продольную арматуру каркасов примем такую же, как и поперечная – диаметром 6 мм, это будет два стержня – вверху и внизу каркаса.

Итак, мы определились с армированием ростверка. У нас есть две сетки с рабочей арматурой и три каркаса – с поперечной. Между собой в объемный каркас строители соединят их вязальной арматурой.

 

Комментарии   

0 #1 Владимир 03.05.2015 17:40
Вертикальная сила N = 18 т распределяется по длине пластины базы колонны 0,62 м и превращается в равномерно распределенную нагрузку q = 18/0,62 = 29 т/м.
Что-то мне кажется, что распределенная нагрузка
q = 18 х 0,62 = 11,16 т/м и далее
Цитировать
0 #2 Иринa 03.05.2015 17:49
А Вы с единицами измерения произведите действия.
N/L = т/м
N*L = т*м
Если Вы будете умножать силу на длину, получите момент, а не распределенную нагрузку
Цитировать
0 #3 Иринa 03.05.2015 17:51
Да и чисто по логике. Что значит 29 т/м? Это значит, что на каждый 1 метр длины балки приходится 29 тонн. А у нас не 1 м, а 0,62 м. Найдем нагрузку, приложенную на участке длиной 0,62м: 29т/м*0,62м=18т . Обратная задачка тоже решается ;-)
Цитировать
0 #4 Евгений 15.08.2015 21:07
Ирина,здравствуйте!
Очень понравилась Ваша статья "Армирование ростверка на одиночной свае" для установки металлической колонны. А попал к Вам на огонёк, потому что искал то же самое, только под железобетонную колонну квадратного сечения 40х40 см, которую хочу установить на буронабивную сваю d40. Друг просит ему помочь в постройке дома на склоне с перепадом по диагонале 2,5 м без цокольной части. Я не сильный спец по конструкциям, но логика подсказывает, что дешевле забурить сваи, установить на оголовник сваи ростверк 80х80, заармировав по типовым узлам, а затем выставить колонны разной высоты и связать на нулевой отметке единым ростверком под дальнейшую установку плит перекрытия и монолитных полов по скошенным углам дома. Грунты крепкие и сухие, под слоем чернозёма 1,1-1,3 м толстый слой крепкой глины с мелким известковым гравием, глубины в 3-4 м для свай будет достаточно. Размер дома 17х17 м, свайное поле из 28 свай, можно сделать и 38 с средним расстоянием между осями свай 2,2-3,0 м.
Если сталкивались с подобным вариантом, подскажите, прав я или нужно делать всё-таки типовые фундаменты под колонны.
Заранее благодарен, с уважением к Вам за правильное и полезное ведение сайта, которое несомненно поможет другим, как специалистам, так и ....!
Бог Вам в помощь, добра и счастья Вашей семье!
Цитировать
0 #5 Иринa 16.08.2015 17:12
А может довести все сваи до отметки ноль, объединить их ленточным монолитным ростверком, а по нему уже возводить стены?
Цитировать
0 #6 Евгений 16.08.2015 20:56
Ирина,здравствуйте!
Участок уходит вниз по склону, - на плане дома перепад 2,5 м. Производство работ по этапам:
1)-земляные: планировка и выравнивание рельефа, формирование 4-х осей дома под капитальные стены вниз по склону шириной 80 см, бурение скважин под сваи d400 с последующим бетонированием и одновременной установкой на оголовки свай ростверков-площ адок 800х800х250 с выпуском вертикальной арматуры под будущие колонны 400х400.
2)-установка опалубки и бетонирование колонн под отметку -0,2 м ленточного монолитного ростверка с поперечными балками между осями.
Кстати, в этом пункте можно использовать Ваш вариант с металлической колонной.
3)-установка опалубки монолитного ростверка, армирование и бетонирование.
4)-монтаж плит перекрытия и монолит пола.
Все эти этапы разбиты по времени и средствам+дом за городом в станице-сохранн ость материалов не гарантирована.
Спасибо, что ответили! С уважением, Евгений.
Цитировать
0 #7 Иринa 17.08.2015 08:33
Евгений, Вы прочли мой вопрос? Обдумали? Я не понимаю, зачем в промежутке, где-то в воздухе использовать огромную монолитную штуку, чтобы перейти от сваи к колонне, а потом по колоннам снова делать монолитную обвязку. Зачем это Вам? Забурите сваи (к тому же, они одного диаметра с колоннами), установите арматурные каркасы от низа сваи до нуля, над уровнем земли выставьте обсадные трубы (несъемную опалубку) и бетонируйте одним махом.
Довольно часто такое решение применяется, когда сваи выныривают из земли и служат опорами для чего-то. Единственное, конечно, нужен расчет этих свай. Но он в любом случае нужен.
Цитировать

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Поиск

Подписка на статьи

Комментарии

  • Женя 02.12.2016 14:17
    Здравствуйте!Оч ень хотелось бы статью о плоской кровле, о правильных подсчетах ...

    Подробнее...

     
  • Тамара 02.12.2016 12:18
    Добрый день!Хотела бы спросить литературу о шпонках в фундаментах, в ...

    Подробнее...

     
  • Алексей 01.12.2016 08:50
    Не проще ли сразу плиты положить как положено на фундамент. А так вам ...

    Подробнее...

     
  • Александр 30.11.2016 20:47
    Здравствуйте! У меня два вопроса к вашему рамному узлу: зачем заводить ...

    Подробнее...

     
  • Айгуль 30.11.2016 14:22
    а можно ли тогда допустим, положить плиты ПК (пустотки) на землю в ...

    Подробнее...

Яндекс.Метрика