Строительство и архитектура /3. Современные технологии
строительства, реконструкции и реставрации.
к.т.н. Грязнов М.В.,
Юдина Т.А., Шохин П.Б.
Владимирский
государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая
Григорьевича Столетовых, Россия
К
вопросу усиления отдельных фундаментов при реконструкции зданий
Реконструкция зданий часто связана с
надстройкой, а следовательно с увеличением нагрузки на фундаменты, что требует
проведение мероприятий по усилению, как самих фундаментов, так и грунтов
основания. При оценке технического состояния фундаментов, повреждения в кладке
достигают 200…300 мм, что приводит к снижению прочности материала кладки и
уменьшению ширины подошвы. Следовательно, требуется проведение мероприятий по
усилению фундаментов с уширением подошвы. Эффективным известным способом
усиления является устройство
железобетонной обоймы вокруг отдельно стоящего фундамента. Поскольку единой
методики назначения армирования пока нет, то возможно следующее решение.
После разборки и удаления поврежденного
материала отдельно стоящий фундамент получает форму усеченной многогранной пирамиды. В расчетах ее заменяем усеченным конусом. Для
определения армирования принятой конической оболочки используем цилиндрическую
систему координат. Центральная ось системы и вертикальная ось фундамента
совмещены. Считая материал кладки сплошным как в случае бетонного фундамента, кольцевые усилия и соответствующее
кольцевое армирование конусной оболочки
(обоймы) определяем из условия совместного деформирования материала
фундамента и обоймы (см. рис. 1).
Нормальные напряжения в принятой системе координат определим, используя
зависимости [2]:
,
где Az –площадь сечения фундамента с координатой z; - средний объемный
вес тела фундамента; μ – коэффициент поперечной деформации материала усиливаемого фундамента.
Напряжения, нормальные к внутренней
поверхности обоймы равны:
,
где α – угол наклона боковых граней
(образующей) фундамента к горизонту.
В пределах малой величины Az, принята равной 1 см, изменением величины напряжений и диаметра d(z) конической
оболочки можно пренебречь, соответственно в интервале [z, z+1] эти значения постоянны, а растягивающие усилия
в сечении z для кольца высотой равны:
,
где t – толщина
оболочки обоймы.
В предельном состоянии материала
фундамента , что соответствует максимальному значению усиления в сечении z. С учетом значений при имеем выражение для (z):
(1)
Выражение (1) позволяет построить эпюру (z), в соответствии с которой следует
выполнять кольцевое армирование железобетонной обоймы.
Вертикальное армирование обоймы назначим
из условия восприятия усилия N от колонны в
любом горизонтальном сечении:
(2)
где
обозначения согласно норм.
При наличии анкерных болтов кольцевое
армирование в зоне их отгибов
назначается из условия
,
где Na – суммарное усилие
растяжения, воспринимаемое
анкерами, либо от затяжки анкерных болтов. Верхнюю часть оболочки - обоймы необходимо усиливать косвенным
армированием для исключения разрушения бетона обоймы под базой колонны при увеличении ее площади.
Толщина бетона оболочки-обоймы назначается
в пределах 150…200 мм.
Рис. 1. Схема усиления фундамента - увеличение ширины существующего фундамента по периметру; h1 – высота кольца, Аsp – напрягаемая арматура кольцевая; а
– элемент конусной оболочки – обоймы; - усиливаемый фундамент.
Для обеспечения совместной работы обоймы и тела фундамента следует применять бетон класса В15…20 на
безусадочном цементе; арматура А300, А400.
В случае, если фундаменты под колонны
находятся в работоспособном состоянии, но площадь подошвы недостаточна из-за
роста нагрузок, снижения несущей способности грунтов, следовательно, необходимо
увеличение площади подошвы.
Требуемая
дополнительная площадь фундамента (без учета веса усиления) определили выражением
(3)
где - величина
разгружения; Аф площадь подошвы старого фундамента.
Сцепление старого и
нового бетона крайне неопределенно, поэтому целесообразно для обеспечения
надежной совместной работы старой и новой части фундамента применить
предварительное напряжение, поэтому рациональна кольцевая форма обоймы. Натяжение может выполнять
электромеханическим или механическим методом
усиления, а также используя для усиления самонапряженный железобетон.
Требуемое напряжение
обжатия определится из условия равновесия сил трения по поверхности контакта
старого и нового бетона и реакции грунта
под усиливающей частью фундамента (обоймы):
,
где – реактивное давление грунта
под дополнительной площадью подошвы
фундамента; a и b – размеры
подошвы старого фундамента; h1 – высота
ступени старого фундамента; f – коэффициент трения бетона по бетону.
Изгибающий момент в
нижней точке контакта старого и нового
бетона вызывает напряжения , значения которых не
должны превосходить
.
Для полосы единичной
ширины
.
Момент в консольной
части усиливающего кольца
,
где - радиус обоймы
усиления, - радиус вписанной
окружности.
Усилия в кольце определяем согласно [2, c. 661]. Включения в совместную работу со старым
фундаментом возрастут изгибающие моменты в его нормальных сечениях, прочность
которых удобно обеспечить увеличением
плеча внутренней пары за счет наращивания высоты сечения каждой ступени (). Требуемая высота сечения равна:
,
где - площадь сечения
арматуры усиливаемого фундамента;
- момент в сечении уступов;
- момент в том же сечении, от отпора грунта под усиливающей частью
().
Соответственно: ;
.
Если неизвестно, то
площадь может быть назначена по требованиям ранее действовавших норм.
Литература:
1.
СНиП 2.02.01-83.
Основания зданий и сооружений. – М., 1985, с. 2-15.
2.
Справочник
проектировщика. Расчетно-теоретический. – М., 1980.– 661с.