Стрічкові монолітні фундаменти зазвичай робляться під суцільні стіни і в цьому випадку армування фундаменту за розрахунком начебто і не потрібно.
Стрічка такого фундаменту з точки зору будівельної механіки є балкою на пружній основі - грунті, і до цієї балці прикладена рівномірно розподілене навантаження - суцільні стіни. А тому така балка розглядається як абсолютно жорстка і в додатковому посиленні арматурою не потребує.
До того ж будували якось наші предки будинку без арматури, а іноді і взагалі без фундаменту і нічого, деякі з цих будівель стоять і досі.
Однак все не так просто, як може здатися на перший погляд, по ряду причин:
1. Грунт під фундаментом можна розглядати як пружне підставу з постійними фізичними властивостями далеко не завжди. Більш точну відповідь на питання, як змінюються властивості грунту під фундаментом, може дати тільки геологорозвідка. Але в будь-якому випадку, чим більше розміри будови в плані, тим більша ймовірність, що властивості грунту під стрічковим фундаментом будуть не однаковими.
2. Згодом фізичні властивості грунту можуть змінюватися в результаті життєдіяльності людини або за природними причинами (наприклад при зміні рівня ґрунтових вод). Це може призводити до нерівномірного осідання підстави.
Для стін з натурального або штучного каменю найбільш несприятливою буде ситуація, коли найбільше осідання відбудеться під одним або кількома кутами будівлі. В цьому випадку в перетинах стіни з'являться додаткові напруження розтягу, що може привести до утворення тріщин. Втім і додаткові стискають напруги при осіданні ґрунту ближче до середини стрічки також можуть виявитися не бажаними.
3. мелкозаглубленних стрічкові фундаменти можуть зазнавати додаткових навантаження через пучения замерзлого ґрунту.
4. Прийнята при розрахунках навантаження на фундамент далеко не завжди є рівномірно розподіленим по всій довжині стрічки фундаменту. Наявність вікон і дверей призводить як мінімум до зміни значень навантаження, а під досить широкими дверима навантаження на стрічку фундаменту може взагалі не бути. Крім того, навантаження на фундамент в літній і зимовий час може бути різною.
5. У кутах сполучення перпендикулярних стрічок фундаменту можливі скачки напруги, якщо ширина стрічок фундаменту визначена неправильно або ці стрічки робляться однієї ширини з технологічних міркувань.
Як бачимо, причин для армування стрічкового фундаменту цілком достатньо, навіть якщо армування з розрахунку не потрібно. Таке армування називається конструктивним, тобто який приймається без розрахунку. При цьому звичайно ж повинні дотримуватися загальні вимоги з армування балок. а також по анкеруванням арматури. Якщо ж стрічковий фундамент робиться ступінчастим, то розрахунок армування підошви фундаменту - окрема тема.
На чому заснована дана рекомендація, я не знаю. Певною мені технічній літературі подібних рекомендацій немає. Втім ця література призначена для фахівців, а не для любителів. Від себе можу додати, що при виборі діаметра арматури для конструктивного армування крім вищевикладеного слід керуватися наступними параметрами:
1. Довжина стрічки - чим більше довжина, тим більший діаметр арматури слід приймати).
2. Висота і ширина стрічки - чим більше висота і ширина, тим менший діаметр арматури можна приймати.
3. Розрахункові навантаження - тут все просто, чим менше навантаження тим менший діаметр арматури можна приймати.
Проте, щоб все вищесказане було більш наочно, уявімо собі таку ситуацію: планується стрічковий фундамент (замість фундаментної плити), довжина стрічки по одній з зовнішніх стін 8 м, висота 1 м і ширина 0.5 м, ширина підошви фундаменту 0.8 м висота підошви 0.2 м.
Якщо під одним з зовнішніх стін, наприклад А3 (крайня ліва стіна на малюнку 345.1.в) грунт в правому верхньому куті просяде сильніше, ніж посередині, то в цьому випадку стрічку фундаменту під цією стіною можна розглядати, як консольну балку довжиною 4 м, відповідно буде потрібно армування в верхній частині стрічки фундаменту.
Малюнок 345.1. Приблизний план 1 поверху для розрахунку фундаментної плити.
Як ми вже з'ясували, рівномірно розподілене навантаження на цю стіну. становить q = 6976 ≈ 7000 кг / м. Але це було навантаження, рівномірно розподілена як по фундаменту, так і на підставі, а при осіданні підстави навантаження, яке діє на консольну балку, буде описуватися рівнянням прогину.
Щоб спростити завдання, припустимо, що ця додаткове навантаження описується рівнянням квадратної параболи, тобто змінюється від максимуму на кінці до нуля на опорі. Тоді вигинає момент на опорі складе:
М = (ql / 3) 3l / 4 = ql 2/4 = 7000 · 4 2/4 = 28000 кгс · м або 2800000 кгс · см
Примітка. в даному випадку ми визначили значення моменту графоаналітичним методом, тобто помножили площа епюри навантаження на відстань від центра ваги епюри до розглянутої точки - опори балки.
Так як в даному випадку стрічка фундаменту являє собою таврову балку через наявність підошви, то спочатку потрібно визначити, де знаходиться межа стиснутої зони:
Це означає, що межа стиснутої зони знаходиться в полиці балки, тоді
Примітка. якщо для спрощення розрахунків дану балку розглядати як прямокутну шириною 0.5 м, то необхідна площа перерізу складе 8.23 см 2. тобто не набагато більше.
Тобто для армування верхньої зони перетину стрічки фундаменту під розглянутої стіною в цьому випадку знадобиться не менше 3 стрижнів Ø 20 мм, площа перерізу складе 9.41см 2. Такі справи.
Примітка. якщо арматурні стержні будуть і в нижній частині перетину, тобто в стислій зоні, то їх теж можна врахувати в розрахунках. Втім це збільшить несучу здатність балки на 3-5%, а в нас і так прийнята арматура з хорошим запасом.
Визначення прогину при такому навантаженні - окрема складна тема, але знову спростимо задачу і припустимо, що прогин буде такою ж (хоча в дійсності прогин буде трохи менше), як при рівномірно навантаженню, що змінюється і складе (згідно з розрахунковою схемою 2.6. Таблиці 2):
f = 0.86 · 11ql 4 / 120EI
де 0.86 - коефіцієнт що враховує зміну висоти стиснутої зони перетину, який теж вимагає більш точного визначення.
Початковий модуль пружності для бетону класу В20 становить Е = 275000 кг / см 2. Для визначення моменту інерції приведеного перерізу слід вирішити кубічне рівняння. яке тут не наводжу. Скажу лише, що кордон стислій області бетону буде проходити в ребрі балки і тому момент інерції приведеного перерізу становитиме приблизно I = 750000 см 4.
При таких вихідних даних максимальний прогин складе:
f = 0.86 · 11 · 70 · 400 4 / (120 · 275000 · 750000) = 0.685 см
Це означає, що якщо осідання основи під цим кутом буде навіть трохи більше, ніж під серединою фундаменту, то вже включиться в роботу арматура. А якщо різниця досягне 7 мм і більше, то арматура буде працювати на повну потужність. Крім того в матеріалі стіни з'являться додаткові напруження розтягу, для сприйняття цих напруг в стінах їх натурального і штучного каменю зазвичай робиться арматурний пояс по периметру.
А крім того, наявність арматури в фундаменті дозволить дотримати вимоги нормативних документів, зокрема СНиП 2.02.01-83 * "Підстави будівель і споруд", згідно з яким відносна різниця осідання по відношенню до довжини не повинна перевищувати 0.002 для багатоповерхових безкаркасних будівель з несучими стінами з великих блоків або цегли (згідно з таблицею 391.2).
У нашому випадку δs / L = 0.7 / 400 = 0.00175 <0.002.
Тут може виникнути цілком логічне запитання, а що станеться, якщо даний фундамент армований 2 стрижнями діаметром 12 мм у верхній зоні, згідно з численними рекомендаціями?
Так в принципі нічого страшного не станеться: стрічка фундаменту остаточно трісне в найбільш напруженому поперечному перерізі і після цього таку стрічку можна розглядати як 2 балки на пружній основі, що лежать поруч і несуча здатність таких балок збільшиться в кілька разів.
Ось тільки якщо різниця осідань основи під кутом і в середині буде збільшуватися, то будуть рости і розтягують напруги в матеріалі стіни, а якщо ніяких армуючих поясів при будівництві не було передбачено, то можуть з'явитися і тріщини на стінах.
Стрічка фундаменту під примикає стіною в лівому верхньому кутку буде довшою, близько 12 м, проте і навантаження на цю стрічку майже в 2 рази менше. Проте, якщо і цю частину стрічки фундаменту розглядати як консольну балку довжиною 6 м заввишки 1 м і шириною 0.5 м, то максимальний момент на опорі складе:
М = ql 2/4 = 3600 • 6 2/4 = 32400 кгс · м або 3240000 кгс · см
Це в 1.16 рази більше, ніж можливий вигинає момент в примикає більш навантаженої стрічці. Якщо врахувати, що ми прийняли перетин арматури з хорошим запасом (в 1.154 рази), і наявність арматури в стислій зоні, то цього повинно вистачити навіть не дивлячись на те, що в даному випадку у нас не тавровим, а звичайна прямокутна балка.
До того ж можливий прогин такої балки при нерівномірному осіданні фундаменту буде більше, а значить у балки з'явиться додаткова опора - стрічка фундаменту стіни, що примикає. Все це може трохи збільшити навантаження на стрічку, яку розглянуто нами раніше і зменшити навантаження на примикає стрічку.
Ну а наскільки подібна ситуація може бути ймовірна - вирішувати вам. Я ж тріщини на цегляних стінах приблизно посередині (часто в районі віконного отвору) спостерігав неодноразово.