Пример расчета усиления ленточного фундамента

Данные для расчета: ширина b существующего фундамента 100 см, расчетное сопротивление грунта R = 2 кг/см², шаг траверс 1 м. После усиления фундамент должен воспринимать нагрузку F = 300 кН/м.

Расчет.Поскольку фундамент ленточный, рассчитываем участок фундамента длиной l = 100 см.

Требуемая ширина подошвы фундамента равна:

b₁ = F/(l∙R) = 30000/(100∙2) = 150 см.

Ширина полос обетонировки d фундамента с каждой стороны:

d = 0,5(b₁ – b) = 0,5(150 – 100) = 25 см.

Нагрузка, воспринимаемая фундаментом от реактивного давления грунта s_гр = R_гр= 2 кг/см² на ширину d = 25cм и длину l = 100 см, равную шагу траверс, равна:

F_d = s_гр∙d∙l = 2∙25∙100 = 5000 кг = 50 кН.

Эта нагрузка будет восприниматься каждой консолью траверсы и вызывать в ней изгибающий момент:

M_d = F_d∙l₁ = 5000∙62,5 = 31,25 кНм,

где l₁ = (b₁ – δ)/2 = (1500 – 250)/2 = 625 мм.

Принимаем сечение траверсы из двух швеллеров. Требуемый момент сопротивления W_тр равен:

W_тр = M_d/R = 312500/2350 = 133 см³,

где R — расчетное сопротивление стали ВСт3пс, принятое по СНиП II-23-81* «Стальные конструкции».

Принимаем по приложению 5 траверсу из двух швеллеров № 14:

2W_x = 2∙70,2 = 140,4>133 см³.

Новые полосы фундамента шириной d работают как неразрезные железобетонные балки. Они воспринимают реактивное давление на грунт и опираются сверху в траверсы.

Расчетный момент в этих балках равен:

M = q_гр∙l²/12 = 50∙100²/12 = 41700 кгсм = 417 кНм,

где q_гр = s_гр∙d = 2∙25 = 50 кг/см, l –шаг траверс.

Задаем высоту фундамента 50 см и защитный слой бетона до рабочей арматуры 70 мм, арматуру Æ10A-III.

Имеем рабочую высоту сечения балок h_o= 50 – 7 – 0,5 = 42,5 см.

Требуемое сечение арматуры класса A-III при R_s = 3750 кг/см²
(по СНиП 2.03.01-84*):

А_s = M / 0,8 h_o∙R_s = 41700/0,8∙42∙3750 = 0,33 см².

По конструктивным соображениям при d ³ 150 мм принимаем два каркаса с верхней и нижней арматурой из Æ8A-III, поперечные стержни арматуры из Æ6A-I с шагом 250 мм. (При d < 150 мм – один каркас, при d ³ 450 мм – три каркаса.)

Варианты заданий

4. Расчет усиления кирпичного простенка
металлическими обоймами

Несущая способность существующих каменных конструкций (столбов, простенков, стен и др.) может оказаться недостаточной при реконструкции зданий, надстройках, а также при наличии дефектов в кладке. Одним из наиболее эффективных методов повышения несущей способности существующей каменной кладки является включение ее в обойму. В этом случае кладка работает в условиях всестороннего сжатия, что значительно увеличивает ее сопротивляемость воздействию продольной силы.

Применяются три основных вида обойм: стальные, железобетонные и армированные растворные.

Основными факторами, влияющими на эффективность обойм, являются: процент поперечного армирования обоймы (хомутами), марка бетона или штукатурного раствора и состояние кладки, а также схема передачи усилия на конструкцию.

С увеличением процента армирования хомутами прирост прочности кладки растет не пропорционально, а по затухающей кривой.

Опытами установлено, что кирпичные столбы и простенки, имеющие трещины, а затем усиленные обоймами (рис. 4), полностью восстанавливают свою несущую способность.

Рис. 4. Схема усиления кирпичных столбов металлической обоймой:
1 — планка f₁ сечением 35´5 …60´12 мм; 2 — сварка

Стальная обойма состоит из вертикальных уголков, устанавливаемых на растворе по углам усиливаемого элемента, и хомутов из полосовой стали или круглых стержней, приваренных к уголкам. Расстояние между хомутами должно быть не более меньшего размера сечения и не свыше 50 см. Стальная обойма должна быть защищена от коррозии слоем цементного раствора толщиной 25-30 мм. Для надежного сцепления раствора стальные уголки закрываются металлической сеткой.

Расчет конструкций из кирпичной кладки, усиленной обоймами, при центральном и внецентренном сжатии при эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения при стальной обойме, производится по формуле:

(4.1)

Коэффициенты y и h принимаются при центральном сжатии y = 1 и h = 1; при внецентренном сжатии (по аналогии с внецентренно сжатыми элементами с сетчатым армированием):

; (4.2)

. (4.3)

В формулах (4.1)-(4.3):

N — продольная сила;

А — площадь сечения усиливаемой кладки;

A¢_s — площадь сечения продольных уголков стальной обоймы или продольной арматуры железобетонной обоймы;

R_sw — расчетное сопротивление поперечной арматуры обоймы;

R_sc — расчетное сопротивление уголков или продольной сжатой арматуры;

j — коэффициент продольного изгиба (при определении j значение a принимается как для неусиленной кладки);

m_g — коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия нагрузки (приложение 4, п.п. 4.1, 4.7);

m_k — коэффициент условий работы кладки, принимаемый равным 1 для кладки без повреждений и 0,7 — для кладки с трещинами;

m — процент армирования хомутами и поперечными планками, определяемый по формуле:

, (4.4)

где h и b — размеры сторон усиливаемого элемента;

s — расстояние между осями поперечных связей при стальных обоймах
(h ³ s £ b, но не более 50 см).

Расчетные сопротивления арматуры, применяемой при устройстве обойм, принимаются по таблице 4.1.

Таблица 4.1

Расчетные сопротивления арматуры