Fundament ausbreiten, auch als isolierte Fundamente oder Polsterfundamente bekannt, sind Flachgründungselemente, die dazu dienen, Punktlasten von Säulen oder Pfeilern über eine größere Bodenfläche zu verteilen. Dies verhindert ein Versagen der Bodentragfähigkeit und wird häufig in kleinen bis mittleren Bauwerken wie Wohngebäuden eingesetzt. Gespreizte Fundamente können verstärkt oder unbewehrt sein, je nach Belastung und Umgebungsanforderungen.

Die Spreizfundamentierung ist die mit Abstand wirtschaftlichste Lösung, um die Lasten auf den Boden zu übertragen. Denn der Boden ist im Allgemeinen viel schwächer als die gestützten Säulen, Es muss nachgewiesen werden, dass es den einwirkenden Belastungen standhalten kann und dass die daraus resultierenden Setzungen für das Bauwerk und seinen Zweck angemessen sind. Wenn der Boden nicht stark genug ist, Dann sollten andere Lösungen als Floßfundamente analysiert werden, die über eine größere Fläche zur Verteilung der Lasten verfügen, oder Pfähle, die die Spannungen auf tiefere und widerstandsfähigere Bodenschichten übertragen.

• Einfache Fundamente: Am häufigsten verwendet; rechteckig oder quadratisch.
• Abgestufte Fundamente: Wird für höhere Belastungen verwendet.
• Geneigte Fundamente: Auch für höhere Belastungen.

Abbildung 1: Arten von Spread-Fundamenten

Die abgestuften und geneigten Fundamente werden meist für höhere Lasten mit Dicken von mehr als 3 Fuß oder 4 Fuß verwendet, aber aufgrund steigender Arbeitskosten, Ihr Einsatz ist derzeit seltener.

In Bezug auf das Material, Die Streufundamente lassen sich in zwei Gruppen einteilen:

• Einfache Betonfundamente werden idealerweise für leichtere Bauwerke und Flachbauten mit stabil tragfähigen Böden verwendet.
• Stahlbetonfundamente kommen dort zum Einsatz, wo höhere Belastungen wirken oder umgebungsbedingte Haltbarkeit erforderlich ist. Sie werden in schwereren Bauwerken eingesetzt, bei denen die Bodentragfähigkeit eher gering ist.

Gespreizte Fundamente tragen typischerweise konzentrierte Kompressionslasten unter einzelnen Säulen. Der Untergrund sollte so dimensioniert sein, dass er allen aufgebrachten Lasten und induzierten Reaktionen standhält, zu denen auch axiale Belastungen gehören, horizontale Scherkräfte, und Momente an der Basis. Die Prüfung der Bodentragfähigkeit erfolgt anhand des zulässigen Bodendrucks, der aus den vorliegenden Standortdaten und geotechnischen Analysen anhand der unfaktorisierten Betriebslasten ermittelt wird, einschließlich toter, Nutz-, Wind, oder Erdbebenlasten, unter Berücksichtigung der kritischen Kombinationen.

Eine Biegebewehrung wird normalerweise an der Unterseite des Fundaments angebracht, wo Zugspannungen aufgrund der Bodenreaktion auftreten, wenn eine axiale Drucklast auf die Säule ausgeübt wird. Das Design ist vereinfacht, unter der Annahme, dass der Untergrund starr und das Bodenverhalten elastisch ist.

Die Hauptrichtung wird immer parallel zur längeren Seite des Fundaments definiert. Die Nebenrichtung verläuft normalerweise senkrecht zur Hauptrichtung und parallel zur anderen Seite des Fundaments. zusätzlich, Die Bewehrung soll außerdem Schwindungen und Temperaturschwankungen verhindern, die mit einer Mindestbewehrungsfläche berücksichtigt werden.

Die Versagensarten des Streufundaments können als Bodenversagen klassifiziert werden, Stabilitätsfehler, und strukturelle Fehler.

Bodenversagen wird als bodentragendes Versagen gruppiert (wie in Abbildung gezeigt 2), Sie können aber auch Gebrauchstauglichkeitsmängel umfassen, die auf übermäßige Differenzsetzungen zwischen benachbarten Fundamenten oder im Zusammenhang mit Gesamtsetzungen zurückzuführen sind. Die Siedlungen erfolgen in zwei Phasen, Bei der ersten handelt es sich um die sofortige Abwicklung und bei der zweiten um die langfristige Abwicklung, bekannt als Konsolidierung.

Zu den durch die Struktur geregelten Grenzzuständen gehört auch einseitiges Schubversagen, Stanzfehler, Biegeversagen, Lagerausfall, und unzureichende Verankerung. Einige davon sind in der Abbildung beschrieben 2.

Schließlich, Auch die Stabilitätsmängel sollten überprüft werden, die unabhängig von der Bodentragfähigkeit sind.

Abbildung 1: Einige Fehlermodi in Spread-Fundamenten

Aufgrund der verschiedenen Parameter und Variablen, die sich auf die endgültigen Abmessungen und Eigenschaften auswirken, umfasst der Entwurf von Streufundamenten mehrere Schritte.

Schritt 1: Geotechnische Untersuchungen und Überlegungen

Die Bemessung von Fundamenten erfordert im Allgemeinen die Ermittlung des Verhaltens und der spannungsbedingten Verformbarkeit des Bodens unter dem Fundament. Dafür, Es sollen die geotechnischen Eigenschaften des Bodens ermittelt werden, wie etwa die Korngrößenverteilung, die Bodenklassifizierung, Plastizität, Kompressibilität, und Scherfestigkeit. Ziel dieser Untersuchung ist es, die Eignung der verschiedenen Fundamenttypen und die Tragfähigkeit der Böden zu ermitteln. Dies geschieht normalerweise durch die Durchführung einer endgültigen Tragfähigkeitsberechnung und einer Setzungsanalyse, die den zulässigen Tragdruck bestimmt (q_ein) um Schäden jeglicher Art an der Bodentragfähigkeit zu vermeiden. Wenn die Eignung einer Streufundamentierung bestätigt ist, Der Ingenieur kann mit dem folgenden Schritt fortfahren.

Zusätzlich zur Bodentragfähigkeit, Das Fundamentsystem muss gegen Kippen gesichert sein, Gleiten, und vermeiden Sie übermäßigen Auftrieb aufgrund von Exzentrizitäten in beiden Hauptrichtungen.

Schritt 2: Definieren die Grundfläche.

In den USA, Dies wird anhand der zulässigen Spannungs- und Betriebslastkombinationen ermittelt. Die voraussichtlichen Tragfähigkeitswerte (IBC-Tabelle 1806.2) dürfen bei entsprechender Genehmigung ebenfalls verwendet werden. Die zulässige Spannung wird normalerweise im geotechnischen Gutachten angegeben, unter Berücksichtigung der Tragfähigkeit und möglicher Setzungen. Auf gespreiztem Stand, die Bodenspannung für ein Fundament mit axialer Belastung (P.) und Momente (Mx, Mz) an der Basis kann wie in Abbildung dargestellt berechnet werden 3. Die gezeigte Gleichung ist nur gültig, wenn die gesamte Basis komprimiert ist, was nicht immer der Fall ist, vor allem, wenn die aufgebrachten Momente groß sind. In diesem Fall, Es gibt mehrere Modelle, die zur Durchführung der Analyse verwendet werden können. Die einfachste Variante ist die lineare Bodendruckverteilung unter einem starren Fundament. Mehrere Autoren (d.h., Bellos und Bakas) haben eine Lösung zur Bestimmung des maximalen Bodendrucks entwickelt. Das endgültige Ziel besteht darin, einen Fundamentbereich zu finden, in dem die maximale Belastung geringer ist als die definierte zulässige Belastung (q_max<q_ein).

Abbildung 3: Bodenbelastungen

Schritt 3: Definieren Sie die Basisdicke und die Berechnung der Biegebewehrung.

Definition der Basisdicke und Berechnung der Biegebewehrung. Dies erfolgt normalerweise durch ein Versuch-und-Irrtum-Verfahren, um strukturelle Fehler zu vermeiden. In diesem Fall, Es wird eine Fundamentstärke angenommen, Anschließend wird es auf Biege- und Scherfestigkeit geprüft. In diesem Schritt, Der Untergrund muss für Biegemomente ausgelegt sein, ein- und zweiseitige Scherung, die durch den Bodendruck aufgrund faktorisierter Lasten verursacht wird. Eine Mindesttiefe von 6 in sollte berücksichtigt werden (ACI 318-19 c13.3.1.2), und eine Mindestbetondeckung gleich 3 für Beton, der gegen den Boden gegossen wird und dauerhaft Kontakt mit dem Boden hat (ACI 318-19 c20.5.1.3.2). Es ist auch wichtig, die Mindestdicke des Fundaments zu berücksichtigen, basierend auf der Entwicklung der Stäbe, die von der Stützenfläche ausgehen.

Abbildung 4: Verbreiten Sie Standmomente

Wenn das Biegemomentdiagramm analysiert wird (siehe Abbildung 4) für ein quadratisches Fundament mit nur einer axialen Drucklast in einer Säule in der Mitte, Es scheint, dass das maximale Moment im Streifenfundament unter der Mitte der Stütze auftritt, Tests haben jedoch gezeigt, dass dies aufgrund der Steifigkeit der Säule nicht korrekt ist. ACI-Code schlägt vor (ACI 318-19, c13.2.7.1) Berechnen Sie es an der Stirnseite der Säule bei Stahlbetonsäulen oder an einem Abschnitt auf halber Strecke von der Stirnseite der Säule bis zu ihrer Mitte bei Mauerwerks- oder Massivbetonsäulen. In den Berechnungen, Es muss lediglich der Aufwärtsdruck berücksichtigt werden, der durch die auf das Fundament wirkenden äußeren Lasten verursacht wird. Das Eigengewicht und das Abraumgewicht des Bodens sollten vernachlässigt werden. Für die statische Bemessung sollten ausschließlich die Nettodrücke über dem Fundament verwendet werden.

Wenn das Wandfundament so lange belastet wird, bis es durch Scherung versagt, Das Versagen tritt nicht in einer vertikalen Ebene an der Stützenfläche auf, sondern in einem Winkel von etwa 45° zur Stützenfläche, Daher wird der kritische Abschnitt für Scherung im Abstand „d“ von der Fläche berechnet (ACI 318-19c13.2.7.2), wobei „d“ die effektive Tiefe ist, siehe Abbildung 4. Die effektive Tiefe wird berechnet als:

wobei h die Dicke der Fundamentplatte ist, c ist die Abdeckung, und db ist der Stabdurchmesser. Beachten Sie, dass dies in der sekundären Richtung der Fall ist, Die wirksame Tiefe sollte auch den Stabdurchmesser der Hauptbewehrung umfassen.

Einmal das maximale Biegemoment (In) am kritischen Abschnitt wurde ermittelt, der erforderliche Bewehrungsbereich (Wie) wird auf die gleiche Weise wie jedes Biegeelement bestimmt. Obwohl ein Fundament kein Balken ist, Es ist wünschenswert, dass es für die Biegung duktil ist, und dies kann durch die Begrenzung der Nettozugspannung in der Zugbewehrung erreicht werden (εt) auf einen Wert größer als εty + 0.003 (ACI 318-19 c21.2.2, εty ist gleich f_j/E._s).

Mit der früheren Annahme, Die erforderliche Verstärkungsfläche kann mit den folgenden Gleichungen berechnet werden:

Stärke der Bewehrung, und Es ist der Elastizitätsmodul der Stahlbewehrung. Die Biegeprüfung wird normalerweise in beide Richtungen durchgeführt.

Die Einwegscherfestigkeit wird normalerweise nur unter Berücksichtigung des Beitrags des Betons berechnet. Allgemein, aus Kostengründen, Von der Verwendung einer Schubbewehrung wird abgeraten. Deshalb, Die am kritischen Scherabschnitt berechnete Scherung sollte größer sein als die vom Beton ausgehaltene Festigkeit. Sie wird anhand der in der Tabelle angegebenen Gleichung berechnet 22.5.5.1(c) (ACI 318-19 c22.5.51)

​Wobei ρw das Verstärkungsverhältnis gleich As/ ist(b×d,) λ ist der Modifikationsfaktor, um die verringerten mechanischen Eigenschaften von Leichtbeton widerzuspiegeln, und ϕ ist der Schubreduktionsfaktor.

Schritt 4: Zwei-Wege-Scherprüfung

Sobald bestätigt ist, dass die Dicke des Fundaments Biegung und einseitiger Scherung standhält, und die angenommene Bewehrung ist größer als die erforderliche, Wir können mit dem folgenden Schritt fortfahren, Überprüfung der Stanzschere (zweiachsige Scherung).

Der Nachweis erfolgt mit Spannungen und, ähnlich der Einwegschere, Kriterium ist der Verzicht auf eine Schubbewehrung aus wirtschaftlichen Gründen; deshalb, Es wird nur die Festigkeit des Betons berücksichtigt. Die Festigkeit wird nach ACI bestimmt 318-19 c22.6.5.

Wo v_u ist die Schubspannung im kritischen Abschnitt, ϕ ist der Reduktionsfaktor und v_c ist die Scherfestigkeit des Betons. Sie wird gemäß Tabelle berechnet 22.6.5.2

Wobei λ_s ist der Größenfaktor, λ ist der Modifikationsfaktor, um die verringerten mechanischen Eigenschaften von Leichtbeton widerzuspiegeln, β ist das Verhältnis von langen zu kurzen Seiten der Stütze oder der konzentrierten Lastfläche und f’c ist die spezifizierte Druckfestigkeit des Betons. bo ist der Umfang des kritischen Abschnitts, der normalerweise in einem Abstand von d/2 von den Stützenflächen definiert wird. Es ist wichtig zu erwähnen, dass die Scherspannung (v_u) sollte gemäß ACI auch unter Berücksichtigung des von der Säule auf die Fundamentplatte übertragenen Moments berechnet werden 318-19 c8.4.4.2

Schritt 5: Berechnung der Übertragungskräfte.

Die vertikalen und horizontalen Kräfte, die durch die Betonlagerung oder eine Kombination aus Lager- und Grenzflächenbewehrung auf das Fundament übertragen werden, sollten überprüft werden. Diese Anforderung wird im Abschnitt detailliert beschrieben 22.8 des ACI 318-19:

Wo ein₁ ist die belastete Fläche, Ein₂ ist die Fläche der unteren Basis des größten Pyramidenstumpfes, Kegel. Die Seiten der Pyramide, Kegel, oder sich verjüngender Keil muss geneigt sein 1 vertikal zu 2 horizontale. Und ϕ ist ein Reduktionsfaktor.

Schritt 6: Detaillierung

Der letzte Schritt ist den Bewehrungsdetails wie Mindest- und Höchstabständen gewidmet, Entwicklungslänge bis hin zu kritischen Abschnitten. Die Details finden Sie im Kapitel 25 von ACI 318-19.

Streifenfundamente sind eng mit Spreizfundamenten verwandt, da es sich bei beiden um Flachfundamente handelt, die aufgrund ihrer geringen Kosten häufig in kleinen bis mittleren Bauwerken eingesetzt werden. Normalerweise, strip footings are long and rectangular in shape, während Pad-Fundamente quadratisch sind, rechteckig, oder kreisförmig. Bezogen auf die unterstützte Last, Streifenfundamente funktionieren normalerweise bei linearen Lasten, während Padfundamente mit Punktlasten arbeiten.

In Bezug auf Design, Alle Prüfungen, die bei Streifenfundamenten durchgeführt werden, sollten auch bei Spreiz- oder Plattenfundamenten durchgeführt werden. Auch Spreizfundamente erfordern zusätzliche Kontrollen, wie der Zwei-Wege-Schernachweis oder der Durchstanznachweis, that do not occur in strip footings.

• Spreizfundamente sind wirtschaftlich und werden häufig für flache Fundamente verwendet.
• Eine ordnungsgemäße geotechnische Untersuchung ist unerlässlich.
• Bei der Gestaltung muss die Bodentragfähigkeit berücksichtigt werden, Siedlung, strukturelle Stärke, und Stabilität.
• Folgen Sie ACI 318-19 für alle Kontrollen und Details.

• ACI 318-19: Bauvorschriften für Konstruktionsbeton
• IBC-Tabelle 1806.2: Voraussichtliche Tragfähigkeitswerte
• Schön, J., & Verfolgen, N.. (2017). Komplette analytische Lösung für die lineare Bodendruckverteilung unter starren, rechteckigen Fundamenten. Internationale Zeitschrift für Geomechanik, 17(7), 04017005. doi:10.1061/(Achsen)GM.1943-5622.0000874.
• CRSI, Design-Leitfaden zum ACI 318 Bauvorschriften für Konstruktionsbeton, CRSI (2020).
• Bewehrter Beton: Mechanik und Design 6. Auflage von James K. Wight, James G. MacGregor.

Um die Designprüfungen für die Pad Fundings durchzuführen, sind verschiedene Eingänge erforderlich. Die Eingaben umfassen:

• Fundabmessungen und Material
• Wird geladen
• Konkrete Eigenschaften
• Bewehrungseigenschaften
• Geotechnische Parameter

Sobald alle Eingaben ausgefüllt sind, klicken Sie auf "Laufen" Taste oben rechts, um das Spread Footing -Design zu vervollständigen.

Das Programm berücksichtigt die Stabilitätsprüfungen für den Boden, das auf dem Stand der vertikalen Belastung und den biaxialen Momenten ausgesetzt ist. Zusätzlich, Es führt das konkrete Design auf der Grundlage der ultimativen Festigkeitsdesignmethode gemäß ACI durch 318-19. Die Bodendrücke werden unter Verwendung der Lösung von Bellos und Bakas berechnet, und es wird angenommen. Der Druck kann auch berechnet werden, wenn nur ein Teil des Fußes mit dem Boden in Kontakt steht. Dies ist besonders nützlich für Fundamente mit kleinen vertikalen Lasten und großen Momenten, wie der Fall von Fundamenten an den Ecken von Gebäuden unter seitlichen Lasten.

Maximale Exzentrizität, umkippen, und Schieberschecks werden von dieser Spread Footing Software durchgeführt. Der letzte Scheck enthält nicht den passiven Druckbeitrag. Es ist immer wünschenswert, Spannungskonzentrationen im Boden zu vermeiden. Daher weist das Programm einen Warnstatus auf, wenn die Resultierende außerhalb des mittleren Drittels des Fundaments liegt. In extremen Fällen, in denen die Last -Exzentrizität Verhältnisse von maximaler Spannung erzeugt Vs. mittlere Stress größer als 6, Das Spread Footing -Programm löst einen Fehler aufgrund der großen Spannungskonzentration und einer möglichen großen Drehung des Fußes aus. In solchen Fällen, Dem Benutzer wird empfohlen, den Fuß zu vergrößern, um eine bessere Verteilung von Belastungen zu haben oder andere Lösungen zu verwenden, da die Fundamente des Getriebes im Bereich dieses Tools nicht berücksichtigt werden.

• • Lagerkapazitätsrechner
  • Lateral -Pfahl -Stabilitätsrechner
  • Betonspaltenrechner
  • Betonhallbarkeitsrechner
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