Υπολογιστής σχεδίασης λωρίδων οπλισμένου σκυροδέματος

Το στήριγμα λωρίδας είναι συνεχές, επίμηκες θεμέλιο σκυροδέματος που υποστηρίζει γραμμικά δομικά φορτία, συνήθως κάτω από φέροντες τοίχους. Μεταφέρει το φορτίο από τον τοίχο σε ένα στρώμα εδάφους που βρίσκεται σχετικά κοντά στην επιφάνεια του εδάφους. Αυτός ο τύπος βάσης κατανέμει συγκεντρωμένα φορτία από την υπερκατασκευή σε μια ευρύτερη περιοχή εδάφους, τη μείωση της πίεσης και τον μετριασμό των κινδύνων διευθέτησης. Το στρώμα του εδάφους πρέπει να έχει επαρκή φέρουσα ικανότητα και επαρκές βάθος για να αποτρέπει τον παγετό και άλλα περιβαλλοντικά ζητήματα.

Οι λωρίδες βάσεις ταιριάζουν καλύτερα σε κατασκευές με τοίχους, όπως κτίρια κατοικιών, σχολεία, και ελαφριές εμπορικές εγκαταστάσεις. Είναι ιδανικά όταν το έδαφος έχει επαρκή φέρουσα ικανότητα σε μικρά βάθη, και τα επιβαλλόμενα φορτία είναι μέτρια και ομοιόμορφα κατανεμημένα. Οι συνήθεις εφαρμογές περιλαμβάνουν τη στήριξη τοιχοποιίας ή τοίχων από σκυρόδεμα, συνεχείς στήλες, και καταστάσεις όπου οι απομονωμένες βάσεις των μαξιλαριών δεν είναι πρακτικές λόγω της γεωμετρίας του τοίχου ή της κατανομής φορτίου.

Τυπικά, χρησιμοποιούνται δύο τύποι λωρίδων:

• Πέλματα λωρίδων από απλό σκυρόδεμα – που είναι ιδανικά για ελαφρύτερες κατασκευές και χαμηλά κτίρια με σταθερά εδάφη που φέρουν.
• Πέλματα λωρίδων από οπλισμένο σκυρόδεμα – που χρησιμοποιούνται για βαρύτερα φορτία ή όταν απαιτείται αυξημένη αντοχή λόγω περιβαλλοντικών συνθηκών. Αυτά είναι κατάλληλα για βαρύτερες κατασκευές όπου η φέρουσα ικανότητα του εδάφους είναι σχετικά χαμηλή.

Η καμπτική ενίσχυση τοποθετείται συνήθως στο κάτω μέρος του πέλματος, κάθετα στην όψη του τοίχου. Στην εγκάρσια κατεύθυνση, Η ενίσχυση της συρρίκνωσης και της θερμοκρασίας πρέπει να παρέχεται παράλληλα με το μήκος του τοίχου.

Τα πέλματα λωρίδων συνήθως υποστηρίζουν γραμμικά φορτία κάτω από φέροντες τοίχους. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, μια γραμμή από στήλες σε κοντινή απόσταση μπορεί επίσης να υποστηρίζεται από βάση λωρίδας.

Οι τρόποι αστοχίας λωρίδας βάσης μπορούν γενικά να ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες: αστοχίες ρουλεμάν εδάφους, αστοχίες σταθερότητας, και δομικές αστοχίες. Αυτά απεικονίζονται στο παρακάτω σχήμα.

Φιγούρα 1: Λειτουργίες αποτυχίας strip Footing

Ο σχεδιασμός των στηριγμάτων ταινίας περιλαμβάνει πολλά βήματα λόγω των διαφόρων παραμέτρων και μεταβλητών που επηρεάζουν τις τελικές διαστάσεις και χαρακτηριστικά.

Βήμα 1: Γεωτεχνική Έρευνα και Θεωρήσεις

Ο σχεδιασμός των θεμελίων γενικά απαιτεί τον προσδιορισμό της συμπεριφοράς και της παραμορφώσεως του εδάφους που σχετίζεται με την καταπόνηση του εδάφους κάτω από το θεμέλιο.. Για να επιτευχθεί αυτό, θα πρέπει να προσδιοριστούν οι γεωτεχνικές ιδιότητες του εδάφους. Αυτές οι ιδιότητες περιλαμβάνουν την κατανομή μεγέθους κόκκου, ταξινόμηση του εδάφους, πλαστικότητα, συμπιεστό, και αντοχή σε διάτμηση. Η έρευνα στοχεύει στον προσδιορισμό της καταλληλότητας διαφορετικών τύπων θεμελίωσης και της φέρουσας ικανότητας του εδάφους. Αυτή η διαδικασία συνήθως περιλαμβάνει την εκτέλεση του υπολογισμού της τελικής φέρουσας ικανότητας και μια ανάλυση διακανονισμού. Αυτά τα βήματα καθορίζουν την επιτρεπόμενη πίεση ρουλεμάν (qa) για την αποφυγή αστοχιών ρουλεμάν εδάφους. Εάν είναι κατάλληλο ένα strip foundation, ο μηχανικός μπορεί στη συνέχεια να προχωρήσει στο επόμενο βήμα.

Βήμα 2: Έλεγχοι σταθερότητας

Βεβαιωθείτε ότι το σύστημα θεμελίωσης είναι ασφαλές έναντι ανατροπής, ολίσθηση, και αποφύγετε την υπερβολική ανάταση λόγω εκκεντρικοτήτων.

Βήμα 3: Ορίστε την περιοχή βάσης

Στις Η.Π.Α, Αυτό προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας την επιτρεπόμενη τάση και τους συνδυασμούς του φορτίου εξυπηρέτησης. Οι υποτιθέμενες φέρουσες τιμές (Πίνακας IBC 1806.2) μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί εάν επιτρέπεται. Η επιτρεπόμενη τάση περιλαμβάνεται κανονικά στη γεωτεχνική έκθεση, λαμβάνοντας υπόψη τη φέρουσα ικανότητα και τις πιθανές διευθετήσεις. Σε λωρίδα βάσης, την τάση του εδάφους για βάση με αξονικό φορτίο (Π) και στιγμή (Μ) μπορεί να υπολογιστεί όπως φαίνεται στο σχήμα 2.

Φιγούρα 2: Υπολογισμοί καταπόνησης εδάφους στο strip footing

Ο στόχος είναι να βρεθεί μια περιοχή βάσης όπου η μέγιστη τάση είναι μικρότερη από την καθορισμένη επιτρεπόμενη τάση (qmax<qa).

Βήμα 4: Ορίστε το πάχος βάσης και υπολογίστε τον οπλισμό κάμψης

Αυτό γίνεται συνήθως με μια διαδικασία δοκιμής και σφάλματος για να αποφευχθεί οποιαδήποτε δομική αστοχία. Σε αυτήν την περίπτωση, υιοθετείται ένα πάχος βάσης, και στη συνέχεια ελέγχεται για την αντοχή σε κάμψη και διάτμηση. Σε αυτό το βήμα, η βάση πρέπει να είναι σχεδιασμένη για ροπές κάμψης, Διαδικτυακός υπολογιστής ποδιών για επιθέματα από σκυρόδεμα (Η αμφίδρομη διάτμηση δεν ισχύει για βάσεις λωρίδων) που προκαλείται από την πίεση του εδάφους λόγω των παραγόντων φορτίων. Ένα ελάχιστο βάθος 6 θα πρέπει να ληφθούν υπόψη (ACI 318-19 c13.3.1.2) και ελάχιστο κάλυμμα σκυροδέματος ίσο με 3 για σκυρόδεμα χυτευμένο κατά και μόνιμα σε επαφή με το έδαφος (ACI 318-19 c20.5.1.3.2). Είναι επίσης σημαντικό να ληφθεί υπόψη το ελάχιστο πάχος βάσης με βάση την ανάπτυξη των ράβδων που ξεκινούν από το πέλμα στον τοίχο για τοίχους από σκυρόδεμα.

Αν αναλυθεί το διάγραμμα ροπής κάμψης (βλέπε Εικόνα 2), φαίνεται ότι η μέγιστη ροπή στη βάση της λωρίδας εμφανίζεται κάτω από τη μέση του τοίχου, αλλά οι δοκιμές έδειξαν ότι αυτό δεν είναι σωστό λόγω της ακαμψίας των τοίχων. Ο κωδικός ACI προτείνει (ACI 318-19, c13.2.7.1) υπολογίζοντάς το στην πρόσοψη του τοίχου για τοίχους από οπλισμένο σκυρόδεμα ή σε ένα τμήμα στα μισά του δρόμου από την όψη του τοίχου μέχρι το κέντρο του για τοίχους από τοιχοποιία. Στους υπολογισμούς, Απαιτείται μόνο να ληφθεί υπόψη η ανοδική πίεση που προκαλείται από τα εξωτερικά φορτία που εφαρμόζονται στο πέλμα. Το βάρος του εδάφους και το βάρος του εδάφους θα πρέπει να παραμεληθεί. Για τον δομικό σχεδιασμό θα πρέπει να χρησιμοποιούνται μόνο οι καθαρές πιέσεις πάνω από τη βάση.

Φιγούρα 3: Διαγράμματα διάτμησης και ροπής για πέλμα τοίχου με ομοιόμορφες πιέσεις εδάφους

Εάν η βάση του τοίχου είναι φορτωμένη μέχρι να αποτύχει σε διάτμηση, η αστοχία δεν θα συμβεί σε κατακόρυφο επίπεδο στην πρόσοψη του τοίχου αλλά σε γωνία περίπου 45° με την πρόσοψη του τοίχου, Επομένως η κρίσιμη τομή για διάτμηση υπολογίζεται σε απόσταση «d» από την όψη (ACI 318-19c13.2.7.2), όντας «δ» το ενεργό βάθος, βλέπε Εικόνα 3. Το πραγματικό βάθος υπολογίζεται ως:

όπου h είναι το πάχος της πλάκας βάσης, c είναι το εξώφυλλο, και db είναι η διάμετρος της ράβδου.

Μόλις η μέγιστη ροπή κάμψης (Μου) στο κρίσιμο τμήμα έχει καθοριστεί, την απαιτούμενη περιοχή ενίσχυσης (Οπως και) καθορίζεται με τον ίδιο τρόπο όπως κάθε καμπτικό μέλος. Αν και η βάση δεν είναι δοκός, είναι επιθυμητό να είναι όλκιμο για κάμψη, και αυτό μπορεί να γίνει περιορίζοντας την καθαρή εφελκυστική τάση στον οπλισμό εφελκυσμού (εt) σε τιμή μεγαλύτερη από εty + 0.003 (ACI 318-19 c21.2.2, Το εty ισούται με fy/Es).

Με την προηγούμενη παραδοχή, η απαιτούμενη επιφάνεια οπλισμού μπορεί να υπολογιστεί με τις ακόλουθες εξισώσεις

b είναι το πλάτος του τμήματος, f’c είναι η καθορισμένη θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος, fy είναι η καθορισμένη αντοχή διαρροής του οπλισμού, και Es είναι ο συντελεστής ελαστικότητας του χαλύβδινου οπλισμού.

Η διατμητική αντοχή υπολογίζεται συνήθως μόνο λαμβάνοντας υπόψη τη συνεισφορά του σκυροδέματος. Δεν συνιστάται η χρήση οπλισμού διάτμησης λόγω αυξημένου κόστους. Επομένως, η διάτμηση που υπολογίζεται στην κρίσιμη διατμητική διατομή πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την αντοχή που αντέχει το σκυρόδεμα. Υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση που δίνεται στον Πίνακα 22.5.5.1(ντο) (ACI 318-19 c22.5.51)

Όπου ρw είναι ο λόγος οπλισμού ίσος με As/(β×δ), Το λ είναι ο παράγοντας τροποποίησης που αντικατοπτρίζει τις μειωμένες μηχανικές ιδιότητες του ελαφρού σκυροδέματος, και ϕ είναι ο συντελεστής μείωσης διάτμησης.

Μόλις επιβεβαιωθεί ότι το πάχος της βάσης αντέχει στην κάμψη και τη μονόδρομη διάτμηση, και ο οπλισμός που υιοθετήθηκε είναι μεγαλύτερος από αυτόν που απαιτείται, μπορούμε να συνεχίσουμε με το παρακάτω βήμα.

Βήμα 5: Υπολογίστε τις Δυνάμεις Μεταβίβασης

Θα πρέπει να ελέγχονται οι κατακόρυφες και οριζόντιες δυνάμεις που μεταφέρονται στο πέλμα με τη στήριξη του σκυροδέματος ή με συνδυασμό οπλισμού έδρασης και διεπαφής. Αυτή η απαίτηση περιγράφεται λεπτομερώς στην Ενότητα 22.8 του ACI 318-19:

Όπου Α1 είναι η περιοχή φόρτωσης, Το Α2 είναι το εμβαδόν της κάτω βάσης του μεγαλύτερου κόλουρου τμήματος μιας πυραμίδας, κώνος. Οι πλευρές της πυραμίδας, κώνος, ή κωνική σφήνα πρέπει να είναι κεκλιμένη 1 κάθετη έως 2 οριζόντιος. Και το ϕ είναι ένας παράγοντας μείωσης.

Βήμα 5: Λεπτομερώς ελέγχους

Το τελευταίο βήμα είναι αφιερωμένο στις λεπτομέρειες του οπλισμού ως ελάχιστη και μέγιστη απόσταση, μήκος ανάπτυξης σε κρίσιμα τμήματα. Οι λεπτομέρειες δίνονται στο Κεφάλαιο 25 της ACI 318-19.

Οι βάσεις τοίχου είναι ουσιαστικά ένα υποσύνολο λωρίδων και συχνά χρησιμοποιούνται εναλλακτικά, καθώς και οι δύο περιγράφουν μια συνεχή, στενή βάση που υποστηρίζει γραμμικά φορτία. Ωστόσο, Οι βάσεις λωρίδων έχουν ευρύτερο ορισμό και μπορούν επίσης να υποστηρίξουν μια γραμμή από στήλες σε κοντινή απόσταση, δέχονται σημειακά φορτία διατεταγμένα σε μια σειρά. Από πλευράς ενίσχυσης, και τα δύο είδη είναι παρόμοια.

Τα strip footings συνδέονται στενά με απλωμένες βάσεις, καθώς και οι δύο είναι τύποι ρηχών θεμελίων που χρησιμοποιούνται συνήθως σε μικρές έως μεσαίες κατασκευές λόγω του χαμηλού κόστους τους. Τα πέλματα λωρίδων είναι συνήθως μακριά και ορθογώνια, ενώ τα πατώματα των μαξιλαριών μπορεί να είναι τετράγωνα, ορθογώνιος, ή κυκλική. Τα πέλματα λωρίδων γενικά υποστηρίζουν γραμμικά φορτία, ενώ βάσεις μαξιλαριών υποστηρίζει συγκεντρωμένα φορτία. Στο σχέδιο, Όλοι οι έλεγχοι που πραγματοποιούνται για βάσεις λωρίδων θα πρέπει επίσης να εφαρμόζονται σε πέλματα απλωμένων ή μαξιλαριών, με πρόσθετους ελέγχους όπως το Διαδικτυακός υπολογιστής ποδιών για επιθέματα από σκυρόδεμα (γροθιά) έλεγχος.

Το εργαλείο στήριξης τοίχου λειτουργεί με μια φιλοσοφία δοκιμής και λάθους. Ο χρήστης μπορεί να τροποποιήσει τα δεδομένα εισαγωγής μέχρι να περάσουν όλοι οι έλεγχοι. Κανονικά όταν υπάρχουν αστοχίες, Η λύση περιλαμβάνει τη μεγέθυνση του πέλματος ή την αύξηση του οπλισμού. Πάντως, το εργαλείο ελέγχει επίσης τις ελάχιστες και μέγιστες συνθήκες που βοηθούν στην αποφυγή υπερβολικής ενίσχυσης. Προτείνεται η μεγέθυνση του ύψους για αστοχίες διάτμησης, μεγεθύνετε το πλάτος για αστοχίες σταθερότητας, και αυξήστε την περιοχή του οπλισμού για αστοχίες κάμψης όταν οι έλεγχοι ύψους και διάτμησης του πέλματος είναι εντάξει.

• Οι λωρίδες βάσεις είναι οικονομικές και χρησιμοποιούνται ευρέως για ρηχά θεμέλια.
• Η σωστή γεωτεχνική έρευνα είναι απαραίτητη.
• Ο σχεδιασμός πρέπει να αφορά το έδαφος, επίλυση, δομική αντοχή, και σταθερότητα.
• Ακολουθήστε το ACI 318-19 για όλους τους ελέγχους και τις λεπτομέρειες.

• ACI 318-19: Απαιτήσεις κωδικού δόμησης για δομικό σκυρόδεμα
• Πίνακας IBC 1806.2: Τεκμαρτές Φέρουσες Τιμές
• CRSI, Οδηγός σχεδίασης για το ACI 318 Απαιτήσεις κωδικού δόμησης για δομικό σκυρόδεμα, CRSI (2020).
• Οπλισμένο σκυρόδεμα: Mechanics and Design 6η Έκδοση από τον James K. Ανθρώπινο όν, James G. MacGregor.

• SkyCiv Quick Design
• Υπολογιστής χωρητικότητας
• ACI 360 Υπολογιστής σχεδίασης πλάκας
• Διαδώστε αριθμομηχανή βάσης
• Υπολογιστής σχεδίασης βιδών
• ΟΠΩΣ ΚΑΙ 2870 Υπολογιστής σχεδίασης πλάκας
• Υπολογιστής σταθερότητας πλευρικής σταθερότητας
• Υπολογιστής σχεδίασης υποστυλωμάτων από οπλισμένο σκυρόδεμα

Το SkyCiv προσφέρει ένα ευρύ φάσμα λογισμικού ανάλυσης και σχεδιασμού Cloud Structural για μηχανικούς. Ως μια συνεχώς εξελισσόμενη εταιρεία τεχνολογίας, δεσμευόμαστε να καινοτομούμε και να προκαλούμε τις υπάρχουσες ροές εργασίας για να εξοικονομήσουμε χρόνο από τους μηχανικούς στις διαδικασίες και τα σχέδια εργασίας τους.