Μια περίληψη των υπολογισμών για το σχεδιασμό μιας απομονωμένης βάσης (ACI 318-14)

Το θεμέλιο είναι ένα βασικό οικοδομικό σύστημα που μεταφέρει δυνάμεις υποστυλωμάτων και τοίχων στο έδαφος στήριξης. Ο μηχανικός μπορεί να επιλέξει ένα ρηχό ή βαθύ σύστημα θεμελίωσης με βάση τα χαρακτηριστικά του εδάφους και τα κτιριακά φορτία.

Ενότητα SkyCiv FoundationDesign περιλαμβάνει ανάλυση και σχεδιασμό απομονωμένης βάσης σύμφωνα με τον αμερικανικό κωδικό ACI318-14.

 

Θέλετε να δοκιμάσετε το λογισμικό Foundation Design του SkyCiv? Το εργαλείο μας επιτρέπει στους χρήστες να εκτελούν υπολογισμούς Foundation Design χωρίς λήψη ή εγκατάσταση!

Υπολογιστής σχεδίασης ιδρύματος

 

Ένας οδηγός βήμα προς βήμα για το σχεδιασμό ενός απομονωμένου ποδιού

Απαιτήσεις διάστασης

Για τον προσδιορισμό των διαστάσεων μιας απομονωμένης βάσης, σέρβις ή ατέλειωτα φορτία, όπως νεκρός (ρε), Ζω (μεγάλο), Ανεμος (Δ), Σεισμικός (μι), κ.λπ. θα εφαρμοστούν χρησιμοποιώντας συνδυασμούς φορτίων, όπως ορίζεται από την ACI 318-14. Ό, τι κι αν συνδυάζει φορτίο θα θεωρείται το φορτίο σχεδιασμού, και συγκρίνεται με την επιτρεπόμενη πίεση εδάφους όπως φαίνεται στην Εξίσωση 1, όπως συνιστάται στο Ενότητα 13.2.6 της ACI 318-14.

\(\κείμενο{ε}_{\κείμενο{ένα}} = frac{\κείμενο{Π}_{\κείμενο{ν}}}{\κείμενο{ΕΝΑ}} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 1

ε_ένα = Επιτρεπόμενη πίεση εδάφους
Π_ν = Μη παραγοντωτό φορτίο σχεδιασμού
A = Περιοχή ιδρύματος

 

Οι διαστάσεις του πέλματος μπορούν αρχικά να εκτιμηθούν λύνοντας την περιοχή θεμελίωσης (ΕΝΑ) χρησιμοποιώντας την εξίσωση 1.

 

\(\κείμενο{ΕΝΑ} = frac{\κείμενο{Π}_{\κείμενο{ν}}}{\κείμενο{ε}_{\κείμενο{ένα}}} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 1α

 

Μονόδρομη κουρά

Η μονόδρομη οριακή κατάσταση διάτμησης, γνωστή και ως διάτμηση δοκού, αναγνωρίζει ότι η βάση μπορεί να αστοχήσει σε διάτμηση παρόμοια με μια ευρεία δοκό κατά μήκος ενός κρίσιμου διατμητικού επιπέδου που βρίσκεται σε απόσταση “ρε” από την όψη της στήλης (Φιγούρα 1),

Φιγούρα 1. Κρίσιμο επίπεδο διάτμησης μονόδρομης διάτμησης

ο Μονόδρομος Κουρεύω Ζήτηση ή Β_εσύ υπολογίζεται υποθέτοντας ότι το πέλμα είναι πρόβολο μακριά από τη στήλη όπου η κόκκινη περιοχή υποδεικνύεται στο σχήμα 1, ΕΠΟΜΕΝΟ Ενότητα 8.5.3.1.1.

ο Χωρητικότητα διάτμησης μονής κατεύθυνσης ή ϕV_ντο ορίζεται ως η τελική διατμητική αντοχή και υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την Εξίσωση 2 ανά Ενότητα 22.5.5.1.

\(\phi κείμενο{Β}_{\κείμενο{ντο}} = phi _{\κείμενο{κουρεύω}} \φορές 2 \τ.μ.{\κείμενο{φά'}_{\κείμενο{ντο}}} \φορές κείμενο{σι}_{\κείμενο{β}} \φορές κείμενο{ρε} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 2 ( Ενότητα 22.5.5.1, Αυτοκρατορικός)

ή

\(\phi κείμενο{Β}_{\κείμενο{ντο}} = phi _{\κείμενο{κουρεύω}} \φορές 0.17 \τ.μ.{\κείμενο{φά'}_{\κείμενο{ντο}}} \φορές κείμενο{σι}_{\κείμενο{β}} \φορές κείμενο{ρε} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 2 (Ενότητα 22.5.5.1, Μετρικός)

ϕ_{κουρεύω} = Συντελεστής σχεδίασης διάτμησης
φά’_ντο = Καθορισμένη αντοχή σκυροδέματος, (psi, MPa)
σι_β = Πλάτος της βάσης, (σε, χιλ)
d = Απόσταση από ίνα ακραίας συμπίεσης έως το κέντρο του οπλισμού διαμήκους τάσης, (σε, χιλ)

Η ζήτηση διάτμησης και η ικανότητα διάτμησης πρέπει να πληρούν την ακόλουθη εξίσωση για να πληρούν τις απαιτήσεις σχεδιασμού του ACI 318-14:

\(\κείμενο{Β}_{\κείμενο{εσύ}} \leq phi κείμενο{Β}_{\κείμενο{ντο}} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 3 (Εξ. Εξ. 7.5.1.1(σι))

 

Ενότητα σχεδίασης του ιδρύματος SkyCiv, σε συμμόρφωση με την Εξίσωση 3, υπολογίζει τον λόγο χρησιμότητας μονής διάτμησης (Εξίσωση 4) λαμβάνοντας το Shear Demand πάνω από το Shear Capacity.

\( \κείμενο{Αναλογία χρησιμότητας} = frac{\κείμενο{Διατμητική ζήτηση}}{\κείμενο{Ικανότητα διάτμησης}} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 4

 

Αμφίδρομη κουρά

Η οριακή κατάσταση αμφίδρομης διάτμησης, γνωστό και ως διάτμηση διάτρησης, επεκτείνει το κρίσιμο τμήμα του σε απόσταση “δ/2” από την όψη της στήλης και περιμετρικά της στήλης (Φιγούρα 2).

Φιγούρα 2. Κρίσιμο επίπεδο διάτμησης αμφίδρομης διάτμησης

ο Δύο τρόποιάκου Ζήτηση ή Β_εσύ εμφανίζεται στο κρίσιμο επίπεδο διάτμησης, που βρίσκεται σε απόσταση από “δ/2” όπου το (το κόκκινο) εκκολαφθείσα περιοχή, υποδεικνύεται στο σχήμα 2, ΕΠΟΜΕΝΟ Ενότητα 22.6.4.

ο Ικανότητα διάτμησης ή ϕV_ντο διέπεται από τη μικρότερη τιμή που υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τις Εξισώσεις 5, 6, και 7 ανά Ενότητα 22.6.5.2

\(\phi κείμενο{Β}_{\κείμενο{ντο}} = phi _{\κείμενο{κουρεύω}} \φορές 4 \φορές lambda φορές sqrt{\κείμενο{φά'}_{\κείμενο{ντο}}} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 5 (Ενότητα 22.6.5.2(ένα) Αυτοκρατορικός)

\(\phi κείμενο{Β}_{\κείμενο{ντο}} = αριστερά ( 2 + \frac{4}{\βήτα } \σωστά ) \φορές lambda φορές sqrt{φά'_{ντο}} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 6 (Ενότητα 22.6.5.2(σι) Αυτοκρατορικός)

\(\phi κείμενο{Β}_{\κείμενο{ντο}} = αριστερά ( 2 + \frac{\άλφα _{μικρό} \φορές d }{σι{ο}} \σωστά ) \φορές lambda φορές sqrt{φά'_{ντο}} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 7 (Ενότητα 22.6.5.2(ντο) Αυτοκρατορικός)

ή

\(\phi κείμενο{Β}_{\κείμενο{ντο}} = phi _{\κείμενο{κουρεύω}} \φορές 0.33 \φορές lambda φορές sqrt{\κείμενο{φά'}_{\κείμενο{ντο}}} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 5 (Ενότητα 22.6.5.2(ένα) Μετρικός)

\(\phi κείμενο{Β}_{\κείμενο{ντο}} = 0.17 \φορές αριστερά ( 1 + \frac{2}{\βήτα } \σωστά ) \φορές lambda φορές sqrt{φά'_{ντο}} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 6 (Ενότητα 22.6.5.2(σι) Μετρικός)

\(\phi κείμενο{Β}_{\κείμενο{ντο}} = 0.0083 \φορές αριστερά ( 2 + \frac{\άλφα _{μικρό} \φορές d }{σι{ο}} \σωστά ) \φορές lambda φορές sqrt{φά'_{ντο}} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 7 (Ενότητα 22.6.5.2(ντο) Μετρικός)

Σημείωση: β είναι ο λόγος της μακριάς πλευράς προς τη κοντή πλευρά της στήλης, συμπυκνωμένο φορτίο, ή περιοχή αντίδρασης και α_μικρό δίνεται από 22.6.5.3

λ = Συντελεστής τροποποίησης ώστε να αντανακλά τις μειωμένες μηχανικές ιδιότητες του ελαφρού σκυροδέματος σε σχέση με το κανονικό σκυρόδεμα της ίδιας θλιπτικής αντοχής
φά’_ντο = Καθορισμένη αντοχή σε θλίψη σκυροδέματος (psi, MPa)
d = Απόσταση από ίνα ακραίας συμπίεσης έως το κέντρο του οπλισμού διαμήκους τάσης, (σε, χιλ)

 

Η ζήτηση διάτμησης και η ικανότητα διάτμησης πρέπει να πληρούν την ακόλουθη εξίσωση για να πληρούν τις απαιτήσεις σχεδιασμού του ACI 318-14:

\(\κείμενο{Β}_{\κείμενο{εσύ}} \leq phi κείμενο{Β}_{\κείμενο{ντο}} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 8 (Ενότητα 7.5.1.1(σι))

 

Ενότητα σχεδίασης του ιδρύματος SkyCiv, σε συμμόρφωση με την Εξίσωση 8, υπολογίζει τον λόγο διπλής διάτμησης Utility (Εξίσωση 9) λαμβάνοντας το Shear Demand πάνω από το Shear Capacity.

\( \κείμενο{Αναλογία χρησιμότητας} = frac{\κείμενο{Διατμητική ζήτηση}}{\κείμενο{Ικανότητα διάτμησης}} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 9

Κάμψη

Φιγούρα 3. Τμήμα Κρίσιμης Κάμψης

ο Κάμψη οριακή κατάσταση εμφανίζεται στο το τμήμα κρίσιμης κάμψης, βρίσκεται στην πρόσοψη της στήλης στην κορυφή του υποστρώματος (Φιγούρα 3).

ο Καμπλαστική ζήτηση ή Μ_εσύ βρίσκεται στο τμήμα κρίσιμης κάμψης (μπλε καταπακτή) υποδεικνύεται στο σχήμα 3, και υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση 10.

\( \κείμενο{Μ}_{εσύ} = κείμενο{ε}_{εσύ} \φορές αριστερά ( \frac{μεγάλο_{Χ}}{2} – \frac{ντο_{Χ}}{2} \σωστά ) \φορές l_{με} \φορές αριστερά ( \frac{\frac{μεγάλο_{Χ}}{2} – \frac{ντο_{Χ}}{2} }{2} \σωστά ) \δεξί βέλος \) Εξίσωση 10

ε_εσύ = συντελεστής πίεσης του εδάφους, (Η πίεση είναι, kPa)
μεγάλο_Χ = διάσταση βάσης κατά μήκος του άξονα x (σε, χιλ)
μεγάλο_με = διάσταση βάσης κατά μήκος του άξονα z (σε, χιλ)
ντο_Χ = διάσταση στήλης κατά μήκος του άξονα x (σε, χιλ)

ο Κάμψη ικανότητας ή ϕΜν υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση 11.

\( \phi κείμενο{Μ}_{ν} = phi_{\κείμενο{κάμψη}} \φορές A_{μικρό} \φορές f_{και} \φορές αριστερά( ρε – \frac{ένα}{2} \σωστά) \δεξί βέλος \) Εξίσωση 11

ϕ = συντελεστής κάμψης
μεγάλο_Χ = διάσταση βάσης παράλληλη προς τον άξονα x (σε , χιλ)
μεγάλο_με = διάσταση βάσης παράλληλη προς τον άξονα z (σε , χιλ)
d = απόσταση από ακραίες ίνες συμπίεσης έως κεντροειδές οπλισμό διαμήκους τάσης (σε , χιλ)
ΕΝΑ_μικρό = περιοχή ενίσχυσης (σε² , χιλ²)
a = βάθος ισοδύναμου ορθογώνιου μπλοκ τάσης (σε , χιλ)
fy = αντοχή οπλισμού, (ksi, MPa)

 

Πρόσθετες επαληθεύσεις

Άλλες επαληθεύσεις που δεν αναφέρονται στον κωδικό, συμπεριλαμβανομένων των ελέγχων πίεσης εδάφους, ανύψωση, και άλλοι έλεγχοι σταθερότητας επαληθεύονται επίσης.

Διπλή διάτμηση

Ο προσδιορισμός της βασικής πίεσης ή η αλληλεπίδραση μεταξύ εδάφους και βάσης βασίζεται κυρίως στις διαστάσεις του πέλματος και στην προκύπτουσα εκκεντρότητα των εφαρμοζόμενων φορτίων. Ανάλογα με την τοποθέτηση αυτής της προκύπτουσας εκκεντρότητας, η πίεση βάσης μπορεί να προκαλέσει πλήρη ή μερική συμπίεση στο πέλμα. Αυτή η αξιολόγηση μας δίνει τη δυνατότητα να επιβεβαιώσουμε εάν το υποκείμενο έδαφος μπορεί να αντέξει το σύνολο των φορτίων που μεταδίδονται από το πέλμα.

Για έναν λεπτομερή οδηγό για τον χειροκίνητο υπολογισμό της πίεσης του εδάφους, ανατρέξτε σε αυτόν τον σύνδεσμο: Κατανομή πίεσης κάτω από ορθογώνιο πέλμα από σκυρόδεμα

Ο λόγος χρησιμότητας αξιολογείται συγκρίνοντας τη μέγιστη πίεση του εδάφους (κατάσταση λειτουργικότητας) με την επιτρεπόμενη μικτή φέρουσα ικανότητα εδάφους:

 

\( \κείμενο{Αναλογία χρησιμότητας} = frac{\κείμενο{Μέγιστη. Διπλή διάτμηση}}{\κείμενο{Ακαθάριστη Επιτρεπόμενη Χωρητικότητα Εδάφους}} \δεξί βέλος \) Εξίσωση 14

Ανύψωση

Ελέγχει το ρυθμιζόμενο αξονικό φορτίο που επενεργεί στο πέλμα. Αθροίζει όλα τα κατακόρυφα φορτία, συμπεριλαμβανομένου του φορτίου χρήστη και των αυτο-σταθμίσεων της στήλης, πλάκα βάσης, έδαφος, και άνωσης δύναμης. Αν η στήλη δεχτεί ανοδική δύναμη, τα αυτο-βαρίδια που καθορίζονται πρέπει να αντισταθμίζουν την ανοδική δύναμη; σε διαφορετική περίπτωση, ο σχεδιασμός κινδυνεύει να αποτύχει λόγω αστάθειας.

Ανατροπή

Η ανατροπή του πέλματος ελέγχεται αθροίζοντας όλες τις στιγμές γύρω από ένα σημείο του πέλματος συμπεριλαμβανομένων όλων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό. Όλοι οι συνδυασμοί φορτίου λειτουργικότητας πρέπει να λαμβάνονται υπόψη για τον έλεγχο της ροπής ανατροπής που διέπει. Συνήθως, ένας παράγοντας ασφάλειας του 1.5-2 χρησιμοποιείται για να αξιολογήσει εάν το στήριγμα περνά τον έλεγχο ανατροπής.

Ολίσθηση

Για έλεγχο για ολίσθηση, το άθροισμα των οριζόντιων φορτίων αντίστασης που δείχνουν προς τα δεξιά διαιρείται με το άθροισμα των φορτίων που δείχνουν προς τα αριστερά.

• Αντοχή σε φορτία:
  • Οριζόντια δύναμη λόγω τριβής μεταξύ της βάσης του πέλματος και του εδάφους της υποδομής
  • Παθητική πίεση εδάφους (εάν περιλαμβάνονται)
• Συρόμενα φορτία:
  • Η οριζόντια συνιστώσα της ενεργού πίεσης του εδάφους
  • Η οριζόντια συνιστώσα της πίεσης που προκύπτει από την προσαύξηση

Γενικά, ένας ελάχιστος συντελεστής ασφάλειας του 1.5 χρησιμοποιείται. Εάν δεν ασκείται οριζόντια δύναμη στο πέλμα, δεν απαιτείται έλεγχος για ολίσθηση.

Ενότητα σχεδίασης του ιδρύματος SkyCiv

Το Foundation Design Module είναι ένα ισχυρό εργαλείο ενσωματωμένο με την ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (ΑΣΧΗΜΟΣ), ικανό να διεξάγει ενδελεχείς αναλύσεις πίεσης εδάφους και ξύλινου βραχίονα για λεπτομερείς ελέγχους κάμψης. Εκτελεί όλους τους δομικούς ελέγχους που καθορίζονται από την ACI 318 και άλλες επαληθεύσεις που αναφέρονται παραπάνω και τις παρουσιάζει σε ολοκληρωμένη αναφορά.

Ξεκινήστε με το SkyCiv Foundation σήμερα!

Εκκινήστε το Σχεδιασμός ιδρύματος και δοκιμάστε το σήμερα! Είναι εύκολο να ξεκινήσετε, αλλά αν χρειάζεστε περισσότερη βοήθεια, τότε φροντίστε να επισκεφθείτε μας τεκμηρίωση ή επικοινωνήστε μαζί μας!

Δεν είναι χρήστης SkyCiv? Εγγραφείτε για ένα Ελεύθερος 14 Ημέρα δοκιμής για να ξεκινήσετε!

βιβλιογραφικές αναφορές

1. Απαιτήσεις κωδικού δόμησης για δομικό σκυρόδεμα (ACI 318-14) Σχολιασμός Απαιτήσεων Κτιριακού Κώδικα για Δομικό Σκυρόδεμα (ACI 318R-14). Αμερικανικό Ινστιτούτο Σκυροδέματος, 2014.
2. ΜακΚορμάκ, Τζακ Γ., και Russell H. καφέ. Σχεδιασμός ενισχυμένου σκυροδέματος ACI 318-11 Έκδοση κώδικα. Γουίλι, 2014.
3. Τέιλορ, Ανδρέας, et αϊ. Εγχειρίδιο ενισχυμένου σκυροδέματος: ένας σύντροφος στο ACI-318-14. Αμερικανικό Ινστιτούτο Σκυροδέματος, 2015.