На цю статтю мене надихнув питання Володимира Б. присланий на пошту. У вихідних даних був ось такий фундамент, потрібно правильно заармовані ростверк.
Отже, у вихідних даних у нас монолітний ростверк 800х600 мм, висотою 500 мм, що спирається на одиночну залізобетонну палю перетином 300х300 мм. Зверху на ростверк спирається металева колона. Вертикальне навантаження від колони N = 18 т, момент уздовж осі 2 Mx = 4.5 тм, поперечна сила уздовж осі 2 Qy = 1 т. База колони і відстань між болтами показані на малюнку нижче.
Давайте розглянемо, яку розрахункову схему слід прийняти для ростверку. У нас є жорстке спирання на палю. Навантаження від колони передається точно по осі палі, без сбивок. Але у нас є згинальний момент, який передається через фундаментні болти, положення яких виходить за межі палі. По суті, якщо зобразити розрахункову схему для ростверку, ми побачимо наступне.
Вертикальна сила N = 18 т розподіляється по довжині пластини бази колони 0,62 м і перетворюється в рівномірно розподілене навантаження q = 18 / 0,62 = 29 т / м.
Згинальний момент М х = 4,5 т ∙ м розкладається на пару сил Р, які перебувають на відстані 0,5 м, і діючих одна - вгору, інша - вниз. Кожна сила Р = 4,5 / 0,5 = 9 т.
З огляду на те, що розрахункова довжина консолі дорівнює свесу консолі, ми отримаємо для кожної консолі наступну розрахункову схему з защемлением посередині:
У нас буде три навантаження:
1) рівномірно-розподілена qс.в. = 0,5 ∙ 0,6 ∙ 2,5 = 0,75 т / м - навантаження від власної ваги ростверку перетином 0,5х0,6 м (2,5 т / м 3 - власна вага бетону);
2) рівномірно розподілена q - навантаження від колони (від вертикальної сили N);
3) вертикальна сила Р (вниз і вгору) - навантаження від колони (від згинального моменту М х).
Довжина кожної консолі дорівнює довжині схилу ростверку. Прив'язка вертикальної сили Р і розподіленого навантаження q - відповідно до реальних прив'язки пластини і болтів.
Тепер нам потрібно знайти максимальний згинальний момент М і максимальну поперечну силу Q в консолі.
Для розрахунку армування нам знадобляться нормативне і розрахункове значення М і Q, причому з виділенням постійних і тимчасових навантажень. Навантаження від власної ваги - постійна. Навантаження N і М х включають в себе постійну і тимчасову частини, для уточнення завдання слід звернутися до розраховувачеві металоконструкцій, але ми для прикладу просто придумаємо, що короткочасна частина навантаження складає 30%.
Для зручності розрахунку консолі навантаження на неї зведемо в таблицю:
В результаті розрахунку ми отримаємо наступні епюри М і Q:
Що означають ці епюри? Як їх прочитати?
За епюрі моментів ми бачимо, що при такому навантаженні, як у нас в прикладі (коли момент намагається повернути колону проти годинникової стрілки, і вона тисне через болти на ліву частину ростверку, а праву при цьому намагається підняти вгору), максимальний момент в лівій частині ростверку, причому він на епюрі піднімається вгору над нульовою лінією - а значить вимагає встановити верхню робочу арматуру уздовж ростверку, щоб вона сприйняла розтягнення від вигину. Момент на епюрі зверху - значить, розтягнута верхня частина розтину. Точно так же в правій частині ростверку ми бачимо, що епюра моменту спочатку йде вниз (потрібно нижня робоча арматура), а потім в місці установки болта виринає вгору - там з'являється розтягнення, що вимагає вже верхню арматуру. Таким чином, нам потрібно встановити в ростверку і верхню, і нижню робочу арматуру. Верхню ми розрахуємо, виходячи з величини М1 (він більше, ніж М3), а нижню - виходячи з величини М2.
З епюри поперечної сили ми можемо побачити потреба в поперечній арматурі. Дуже напружені ділянки у нас Q1-Q3 і Q2-Q5, на них буде максимальна поперечна арматура. Це і логічно, тому що в точках Q3 і Q5 у нас розташовані зосереджені сили від болтів, і за правилами конструювання ми повинні поставити надійну поперечну арматуру від опори до місця докладання зосередженої навантаження - це і підтвердилося розрахунком.
Розглянемо ж, які зусилля вийшли в нашому ростверку.
Значення епюр зведені в таблицю:
Як ми бачимо, максимальний момент М1, максимальна поперечна сила Q1.
Маючи на руках результати розрахунку, ми можемо порахувати арматуру і зайнятися конструюванням ростверку. Відсоток армування за результатами розрахунку вийшов маленьким - всього лише 0,05%, але мінімальний відсоток армування ростверків не нормується.
У нас вийшла за розрахунком верхня робоча арматура площею 1,5 см², нижня робоча арматура площею 0,6 см² (і це логічно, момент М1 більше моменту М2), поперечна арматура площею 0,28 см² при кроці 200 мм. Тепер нам потрібно законструйовані ростверк.
Рекомендований крок арматури в ростверку - 200 мм. Ще ростверк рекомендується армувати зварними сітками (зварювання обов'язково повинна бути контактною, і ні в якому разі - ручного дугового!), Якщо ж сітки в'язані, то по периметру ростверку два ряди перетинів стрижнів повинні бути з'єднані зварюванням. Крім цього для анкерування робочих стрижнів на відстані 25 мм від їх краю повинен бути приварений перпендикулярний стрижень половинного (в порівнянні з робочими стержнями) діаметру. Всі ці вимоги взяті з посібника «Армування елементів монолітних залізобетонних будівель», Тихонов І.М.
Зверніть увагу, тому що ростверк - НЕ плитний, а балочний, ми не повинні нехтувати конструктивними вимогами до армуванню балок (їх можна вивчити в тому ж посібнику).
Отже, верхню і нижню сітки ростверку ми приймаємо звареними, робоча арматура - поздовжня (уздовж ростверку), діаметром 12 мм з кроком 200 мм, клас арматури А400С - всього вийде 4 стержня арматури, площа армування 4,52 см² (це значно більше, ніж 1,5 см² і 0,6 см², але арматуру менших діаметрів в балочному ростверку краще все-таки не встановлювати). Перпендикулярно цій арматурі встановимо стрижні діаметром 6 мм (якраз витримується вимога по половинному діаметру - 12/2 = 6 мм) з кроком 200 мм, клас арматури А400С або А240С.
Тепер розберемося з поперечною арматурою, ростверк ми будемо підсилювати звареними каркасами, в яких встановимо поперечну арматуру з потрібним нам кроком. При кроці 200 мм площа перетину всіх стрижнів повинна бути не менше 0,28 см² - виходить, нам достатньо одного стрижня діаметром 6 мм в перетині. Але тепер зазирнемо в рисунок 3.1 допомоги. При ширині балки більше 350 мм ми повинні встановити навіть не два, а три каркаса з поперечною арматурою. Далі, уточнимо крок арматури. Згідно малюнку 3.10 посібники та пояснень під ним, на довжині Lsup ми повинні встановити поперечну арматуру з кроком Sw1, який не повинен перевищувати 500 мм або третину висоти перерізу балки (500/3 = 160 мм). У нашому випадку Lsup дорівнює відстані від опори до місця докладання зосередженої навантаження (тобто до фундаментного болта). На залишку консолі ми можемо встановити арматуру з кроком 3h / 4 = 3 ∙ 500/4 = 375 мм, але при нашій довжині консолі такий крок буде занадто великий, від фундаментного болта до краю ростверку у нас залишається всього 150 мм, тому ми приймаємо для всій балки крок поперечних стержнів 150 мм (що менше 160 мм, тобто допустимо). Такі величини, як 160 мм краще не застосовувати, а дотримуватися розмірів, кратних 50 мм.
Подовжню арматуру каркасів приймемо таку ж, як і поперечна - діаметром 6 мм, це буде два стержня - вгорі і внизу каркаса.
Отже, ми визначилися з армуванням ростверку. У нас є дві сітки з робочою арматурою і три каркаса - з поперечною. Між собою в об'ємний каркас будівельники з'єднають їх в'язальної арматурою.