Строй Эксперт Технологии. Испытательная лаборатория

Выбор наиболее рационального варианта монолитного перекрёстного ленточного фундамента

Р.Р. Сахибгареев

В последние 5-10 лет в России ведётся интенсивное проектирование и строительство объектов из монолитного железобетона. Почти каждое монолитное сооружение рассчитывается методом конечных элементов с помощью программно-вычислительных комплексов, в которых заложена линейная зависимость между напряжениями и деформациями. Многие программно-вычислительные комплексы позволяют выполнить нелинейный расчёт и увидеть истинную работу сжатых конструкций. Учесть действительную работу изгибаемых конструкций очень сложно. В программно-вычислительных комплексах в качестве деформационной характеристики заложен начальный модуль упругости бетона соответствующего класса. В итоге жёсткость изгибаемого стержневого элемента не зависит от заложенной в него арматуры. Чем больше раз система статически неопределима, тем большее влияние жёсткостные характеристики оказывают на распределение усилий в системе.

Предлагаю найти деформации системы (прогибы балки) по СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции» при предполагаемом количестве арматуры и заложить истинные деформационные характеристики в схему. В случае несовпадения полученных усилий с усилиями, воспринимаемыми предполагаемым количеством арматуры операцию подбора необходимо повторить.

Для примера можно привести систему перекрёстного монолитного ленточного фундамента под колонны и ребристое монолитное перекрытие. Остановимся на выборе наиболее рационального варианта перекрёстного монолитного фундамента под колонны с помощью современных программно-вычислительных комплексов. Данную систему можно представить как перевёрнутую неразрезную балку, где опорами являются колонны, а нагрузкой - реакция отпора грунта. Сечение фундамента - перевёрнутый тавр. Колонны монолитного каркаса моделируются стержнями, как и сам фундамент. Такая расчётная схема позволяет оперативно варьировать размеры сечения фундамента.

Следует отметить, что нагрузки необходимо задавать с учётом длительности действия (постоянные, временные длительные, кратковременные). Это позволяет наиболее рационально запроектировать конструкцию при расчёте на образование трещин. Подбирать размеры сечения необходимо руководствуясь опытом проектирования и проверяя их варьированием (зная цены на арматуру и бетон).

Важную роль для более точного моделирования конструкции (особенно при наличии пилонообразных колонн) играют жёсткие вставки, которые моделируют абсолютную жёсткость системы в месте стыка монолитной колонны с фундаментом и уменьшают эффективный пролёт. Их нужно устанавливать на стержнях фундамента размером с поперечное сечение колонны.

Не последнюю роль в экономии арматурной стали в данной системе играют пластические шарниры. Тавровое сечение наиболее эффективно работает, когда полка сечения сжата. Поэтому предлагаю рассчитать систему на нормативную нагрузку и заложить в сечении фундамента под колоннами арматуру, необходимую для обеспечения трещиностойкости. Потом приложить расчётную нагрузку и полученный дополнительный момент распределить в пролёт между колоннами и подобрать арматуру, рассчитав по первой группе предельных состояний.

Использование в расчётах истинной жёсткости является перспективным направлением в расчётах железобетонных статически неопределимых конструкций, позволяющим описать действительную работу конструкции и запроектировать её наиболее рационально.

Эпюра изгибающего  момента

Рисунок 1 - Эпюра изгибающего момента на участке монолитного ленточного фундамента, рассчитанного без установки жёстких вставок модуль упругости принят начальный по СНиП 52-01-2003.

Эпюра изгибающего  момента на том же участке  ленточного фундамента с уменьшенной (истинной) жесткостью

Рисунок 2 - Эпюра изгибающего момента на том же участке ленточного фундамента с уменьшенной (истинной) жесткостью.

Эпюра изгибающего  момента на том же участке  ленточного фундамента с уменьшенной истинной жесткостью и установленными жёсткими вставками

Рисунок 3 - Эпюра изгибающего момента на том же участке ленточного фундамента с уменьшенной истинной жесткостью и установленными жёсткими вставками

Схема перераспределения изгибающих моментов при образовании пластического шарнира

Рисунок 4 - Схема перераспределения изгибающих моментов при образовании пластического шарнира