1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0/10 0,00оценок: 0

Фундамент на глине, американские методики расчёта

Тема в разделе "Плитные фундаменты", создана пользователем PavelVP, 17.02.13.

  1. PavelVP
    Регистрация:
    05.08.11
    Сообщения:
    12
    Благодарности:
    2

    PavelVP

    Участник

    PavelVP

    Участник

    Регистрация:
    05.08.11
    Сообщения:
    12
    Благодарности:
    2
    Адрес:
    Левашово, Санкт-Петербург
    Фундамент на глине, американские методики расчёта
    Приходится строить дом на глине, занимаюсь подбором фундамента.

    Решил поискать американские материалы на этот счёт, поделюсь что нашёл здесь, может будет кому-то полезно. Сразу оговорюсь, я не являюсь строителем-конструктором, поэтому предлагаю относиться к моим выводам и комментариям с некоторой осторожностью, также мне бы очень хотелось услышать мнение специалистов.

    Нашёл документ от "Института по вопросам армирования": http://www.wirereinforcementinstitute.org/pages/pubs/pdf/TF 700-R-07_Slab_on_Ground.pdf в котором приводится описание и пример расчёта монолитной плиты фундамента с рёбрами жёсткости для частных домов до 3-х этажей на основе модификации метода, изначально описанного в отчёте Building Research Advisory Board (BRAB) Report #33 от 1968 года: http://www.nap.edu/openbook.php?record_id=9804&page=R1

    Самые жёсткие нормативы на фундаменты, которые использовались до того момента, были разработаны FEDERAL HOUSING ADMINISTRATION SAN ANTONIO и назывались LAS-22. Эта схема показана на странице 2 (Figure 1):
    - ребра жёсткости толщиной 10 дюймов (25 см) с расстоянием между ними не более 15 футов (5 м) армированные в два слоя двумя прутками диаметром 20 мм (#6 rebar) каждый слой
    - полная высота бетона для ребер жёсткости - 30 дюймов (75 см)
    - рёбра связаны между собой монолитной плитой в 10 см армированной сеткой из прутков #3 (9.525 мм) с ячейкой в 25 см (первый ряд от больших прутков должен располагаться на расстоянии в 17,5 см)
    Однако, как отмечено в BRAB Report #33, даже эта конструкция фундамента не обеспечивала необходимые характеристики в 30% случаев:
    First designs to follow the BRAB Report required foundations heavier even than the San Antonio FHA office standard LAS-22 (Fig. 1). LAS-22 was thought to be the heaviest design ever needed, but a local study showed it was inadequate perhaps 30% of the time.)

    Далее на стр. 3-5 описываются важность проведения исследований почвы и метод определения общей оценки, который показывает "качество" подстилающей почвы (“effective P. I.”) на 15 футов вглубь. Далее эта оценка будет использоваться для определения некоторых коэффициентов.
    По графику Figure 5 определяется коэффициент, учитывающий несущую способность грунта основания "Unconfined Compressive Strength" в тоннах на кв. фут (TSF)
    Также на стр. 6 ("WARNING") имеется оговорка, что даже при правильном использовании всех перечисленных исследования и методов проектирования, с построенным фундаментом. тем не менее, могут возникнуть проблемы по вине непредвиденных факторов .. =)

    LOADING CONSIDERATIONS, стр. 7 - в расчётах принимается что нагрузка конструкции на фундамент распределена равномерно и предполагается, что при твердых глинах, лежащих в основании (несущая способности грунтов не менее 1 TSF (10 тонн/м2 = 1 кг/см2) основную угрозу по возникновении нагрузок представляет не (неравномерная) осадка, а изменение объёма глины из-за изменений её влажности. Также ясно, что в дальнейших расчётах не учитывается дополнительное расширение от морозного пучения, которое может быть в наших климатических условиях и от него нужно избавляться другими способами, как я представляю - тёплой отмосткой

    SUPPORT CONDITIONS - самая интересная часть, где показываются различные варианты возникновения неравномерных осадок, которые и приводят к возникновению изгибающих моментов конструкции фундамента (Figure 9, Figure 10)

    Как я понял из этой части: "The moment equations developed by BRAB give a maximum moment, both positive and negative at midspan (Fig. 10). This is not a simple cantilever moment. For short slabs it is a reasonable analysis. For longer slabs it quickly becomes excessive." в данном методе (он называется WRI - по имени организации) по сравнению с методикой расчёта BRAB используются уточнённые данные по возможным значениям "длины провисания" частей фундамента, что позволяет уменьшить требования к прочностным характеристикам фундамента, т. к. особенно для длинных фундаментов методика BRAB приводит к излишней "перезакладке" в надёжности.

    Далее перечисляются возможные улучшения в методе расчёта:
    a: принимать в расчётах длину фундамента (эффективное значение), как не превышающую некое значение - т. о. график на Figure 11 'а' ограничен сверху
    b: Подсчитывать эффективную длину фундамента на основе формул, приведённых в BRAB, по-видимому, кривая построенная на основе этих формул, приведена на Figure 11 'b'
    c: использовать при расчётах момента, которых должен выдерживать конструкция фундамента, некую "длину вылета" (cantilever length) - видимо этот метод и описывается далее
    Далее идёт обсуждение некоторых моментов и графики на Figure 12 и Figure 13, по которым надо будет находить поправочные коэффициенты, их лучше будет показать прямо на примере

    На Figure 14 показана карта США и изолиниями, ограничивающими участки с одинаковым «климатическим индексом» Cw, который определяет равномерность увлажнения почв и чем он больше, тем в более лёгких условиях будет находиться фундамент (!). Самые лучшие значения – для северных территорий около океана (наверное, соответствуют нашей Ленобласти и Петербургу). Самые худшие – для южных территорий, где, по всей видимости условия осложняются, возможными сильными засухами с последующими ливнями (A very low number indicates an arid climate which will be very low humidity and low ground moisture except for a few weeks or months of the year when a heavy rainfall will occur and the ground will take on a considerable amount of mois-ture creating a potential for a large volumetric change in a short period of time.).

    Как это точно перенести на наши условия непонятно, но так-так этот индекс, совместно с аналогично непонятным для нас значением PI (plasticity index, индекс пластичности почвы), используется для определения сводного коэффициента «soil-climate support index» (1-С) по графику Figure 15, то каждый может выбрать для своих расчётов то значение коэффициента, которое ему кажется допустимым в его случае.

    Например можно взять самое «плохое» значение (1-С), которое можно найти на графике - 0,4 – в таком случае мы точно получим запас по прочности на непредвиденные случаи.

    THE SLAB DESIGN – со страницы 10 идёт описание процедуры расчёта фундамента, но её будет лучше показать на примере, который начинается со стр. Appendix B-1. где принимаем:

    Effective P. I. и Climati crating C– не рассчитываем, а сразу, как оговорено выше, принимаем (1-С) на основе Figure 15 в 0,4

    Slope (уклон) = 0%
    Unconfined compression (несущая способность грунта) принимаем > 3 TSF (3 кг/см2), так чтобы коэфф. qu был равен единице (в случае другого значения на этот коэффицент, также как и на коэфф. уклона участка, получаемый из Figure 4, умножается значение PI, полученное в результате исследования почвы, так что они таким образом учавствуют в определении ключевого коэфф (1-С) по графику на Figure 15 - однако мы этот коэфф. выбираем сами.

    Unit weight (усреднённую нагрузку) принимаем 275 lbs./sq. ft. (1300 кг/м2 – усреднённая суммарная нагрузка на почву для двухэтажного каркасного дома)
    У меня размер фундамента похожа на ту, что показано на рисунке на Appendix B-2, а именно 10.8х7.8 м (36х26 футов), нахожу нужные мне значения:
    Из Fig. 15, 1-C = 0,4 – как оговорено ранее
    Из Fig. 17, максимальное расстояние между ребрами жёсткости S = 14 футов
    Из Fig. 12, Ic = 10,5 фута
    Из Fig. 13:
    (исходя из длины длинной стороны фундамента в 36 футов) KI = .94 KIIc = .94 x 10,5 = 9,87
    (исходя из длины длинной стороны фундамента в 26 футов) Ks = .85 KsIc = .85 x 10.5 = 8.925
    Количество ребер жёсткости вдоль длинной стороны: 26/14+1 = 2,7 - округляем до 3
    Количество ребер жёсткости вдоль короткой стороны: 36/14+1 = 3,57 - округляем до 4
    Рассчитываем моменты, формулы занесены в файл https://docs.google.com/spreadsheet/pub?key=0AtP0ZZnHFFr7dEg0dzY3YkdwclJINjZ6ejJ0SEFjamc&output=html в строчки 14 и 15 получаем:
    по длинной стороне ML: 348 kip-ft (для перевода в кН м надо умножить на 1.356 итого 472 кН м)
    по короткой стороне Ms: 394 kip-ft

    Затем предлагается рассчитать требуемую высоту ребер жёсткости, коэффициент 664 возможно учитывает характеристики бетона, поэтому в наших условиях будет другим.

    Также, по той же причине, нужно уточнять требуемую схему армирования с использованием наших российских нормативов. Это будет следующий этап моего расчёта =)
     
    PavelVP , 17.02.13
    #1 + Цитировать
  2. nir
    Регистрация:
    07.06.08
    Сообщения:
    7.214
    Благодарности:
    4.188

    nir

    Завсегдатай

    nir

    Завсегдатай

    Регистрация:
    07.06.08
    Сообщения:
    7.214
    Благодарности:
    4.188
    Адрес:
    Псков
    Любопытно к чему придете...:))
    Потом сравним с моим прогнозом-400 мм-ширина, 200 мм-высота, 4 нитки 12 арм с хомутами через 600 мм.
    На песчаногравийной подушке 30 см с дренажем и теплой отмосткой.
     
    nir , 17.02.13
    #2 + Цитировать
  3. PavelVP
    Регистрация:
    05.08.11
    Сообщения:
    12
    Благодарности:
    2

    PavelVP

    Участник

    PavelVP

    Участник

    Регистрация:
    05.08.11
    Сообщения:
    12
    Благодарности:
    2
    Адрес:
    Левашово, Санкт-Петербург
    Нет, такой вариант даже не рассматривается =) В самом оптимистичном варианте который я рассчитывал (1-С) = 0,21 и ширине ребёр по 25 см - требуемая высота ребер составляет 75 см по длинной стороне (3 штуки) и 70 по короткой (4 штуки)

    Вот таблица с расчётами по формулам, указанным в документе (внимание, всё в американских единицах измерения):
     

    Вложения:

    PavelVP , 17.02.13
    #3 + Цитировать
  4. nir
    Регистрация:
    07.06.08
    Сообщения:
    7.214
    Благодарности:
    4.188

    nir

    Завсегдатай

    nir

    Завсегдатай

    Регистрация:
    07.06.08
    Сообщения:
    7.214
    Благодарности:
    4.188
    Адрес:
    Псков
    Кроме формул-есть еще здравый смысл..Который утверждает, что основа-подошва под любое строение-должна быть не менее 35-40 см. Ваши 25 см-ниочем.
    Да..нормативные документы (переведенные на русский от американских коллег) утверждают тоже самое.
     
    nir , 17.02.13
    #4 + Цитировать
  5. PavelVP
    Регистрация:
    05.08.11
    Сообщения:
    12
    Благодарности:
    2

    PavelVP

    Участник

    PavelVP

    Участник

    Регистрация:
    05.08.11
    Сообщения:
    12
    Благодарности:
    2
    Адрес:
    Левашово, Санкт-Петербург
    Как это понятно, увеличение сечения в ширину даёт меньший эффект, чем увеличение высоты. Для 35 см получается 68 и 62 см (коэфф (1-С) = 0,21)
     
    PavelVP , 17.02.13
    #5 + Цитировать
  6. uvl77
    Регистрация:
    05.06.09
    Сообщения:
    779
    Благодарности:
    628

    uvl77

    Инженер

    uvl77

    Инженер

    Регистрация:
    05.06.09
    Сообщения:
    779
    Благодарности:
    628
    Адрес:
    Томск
    Насколько я понял из этого документа TF 700-R-07_Slab_on_Ground.pdf (бегло посмотрев его) - несущей конструкцией фундамента являются как раз ребра. Сама плита очень тонкая и выполнят только роль монолитного перекрытия и не является несущей плитой по грунту.

    Тогда...
    Увеличение высоты ребер влияет на увеличение жесткости самих ребер. (т.е прочность по материалу)

    А уменьшение ширины балок-ребер уменьшает несущую способность фундамента по грунту (тем самым увеличиваются осадки фундамента).
     
    uvl77 , 18.02.13
    #6 + Цитировать
  7. PavelVP
    Регистрация:
    05.08.11
    Сообщения:
    12
    Благодарности:
    2

    PavelVP

    Участник

    PavelVP

    Участник

    Регистрация:
    05.08.11
    Сообщения:
    12
    Благодарности:
    2
    Адрес:
    Левашово, Санкт-Петербург
    Именно так, кроме того для лёгких домов допускается формировать объём, который обеспечивает поддержку плиты на этапе заливки бетона из местного грунта, и никаких требований по его уплотнению не предъявляется:
    Таким образом, эта засыпка будет обладать выскоким потенциалом уплотнения и не будет передавать никакие значимые нагрузки на плиту (т.о. плита как бы "повиснет" и её жёсткость должна быть достаточна лишь для того чтобы выдерживать свой собственный вес и эксплуатационные нагрузки).

    Тогда у меня возникает вопрос, какими причинами могли в принципе руководствоваться, добавляя её в конструкцию и почему мы не можем от неё отказаться вообще и рассчитывать по этой методике просто монолитную ленту?
     
    PavelVP , 19.02.13
    #7 + Цитировать

Смотрите также