Una guida dettagliata ai calcoli per la progettazione di un plinto isolato (AS 3600 2018)
La fondazione è un sistema costruttivo essenziale che trasferisce le forze della colonna e del muro al terreno di supporto. L'ingegnere potrebbe optare per un sistema di fondazione superficiale o profondo in base alle caratteristiche del terreno e ai carichi dell'edificio.
Modulo di progettazione della Fondazione SkyCiv comprende l'analisi e la progettazione di fondazioni isolate conformi agli standard australiani (AS 3600 2009 & 2018).
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Progettazione di una base isolata
Requisiti di dimensione
Per determinare le dimensioni di un plinto isolato, servizio o carichi non fattorizzati, come un'azione permanente (sol), azione imposta (Q), azione del vento (Wu), azione di terremoto (Eu), e Su verrà applicato utilizzando le combinazioni di carico, come definito da AS 3600. Qualunque combinazione di carico governa sarà considerata il carico di progetto, e viene confrontata con la pressione del suolo ammissibile come mostrato nell'equazione 1.
\( Il modulo con calcola la dimensione dell'asta di ancoraggio{un carico} = frac{Design di piastre di base in acciaio con piccolo momento{n}}{A} \) Equazione 1
qun carico = pressione ammissibile del suolo
Pn = carichi di progetto del livello di servizio
A = area di fondazione
Le dimensioni della fondazione possono essere inizialmente stimate risolvendo l'area della fondazione (A) utilizzando l'equazione 1.
\( A = \frac{Design di piastre di base in acciaio con piccolo momento{n}}{Il modulo con calcola la dimensione dell'asta di ancoraggio{un carico}} \) Equazione 1a
Taglio unidirezionale
La taglio unidirezionale stato limite, conosciuto anche come taglio flessionale, riconosce che la fondazione può cedere a taglio simile a una trave larga lungo un piano di taglio critico situato a distanza “d” dalla faccia della colonna (figura 1), in base a Clausola AS3600 8.2.7.1
figura 1. Piano di taglio critico del taglio unidirezionale
La Senso unico cesoia Richiesta o V u è calcolato presupponendo che la fondazione sia a sbalzo lontano dalla colonna dove l'area rossa è indicata in Figura 1.
La Senso unico cesoia Capacità o Vuc è definita come la resistenza al taglio ultima e calcolata utilizzando l'equazione 2 per AS3600-09 Cl 8.2.7.1.
\( \phi V_{uc} = \phi \times \beta_{1} \volte beta_{2} \volte beta_{3} \volte b_{v} \volte d_{Il} \volte f_{CV} \volte sinistra( \frac{UN_{sto}}{b_{v} \, d_{Il}} \giusto)^{\frac{1}{3}} \) Equazione 2 (AS 3600 Eq. 8.2.7.1)
ϕ = fattore di progetto a taglio
b1= 1.1(1.6 – dIl/1000) ≥ 1.1 o 1.1(1.6(1-dIl/1000) ≥ 0.8
b2 = 1, per membri soggetti a pura flessione; o
=1-(N*/3.5Ag) ≥ 0 per asta soggetta a trazione assiale; o
=1-(N*/14Ag) per aste soggette a compressione assiale
b3 = 1, o può essere preso come –
2dIl/un caricov ma non maggiore di 2
un caricov = distanza per la sezione in cui si considera il taglio dalla faccia dell'appoggio più vicino
fCV = f'c1/3 ≤ 4 MPa
Asto = area della sezione trasversale dell'armatura longitudinale
La domanda di taglio e la capacità di taglio devono soddisfare la seguente equazione per soddisfare i requisiti di progettazione di AS 3600-09:
\( V^{*} \leq \phi V_{uc} \) Equazione 3 (AS 3600 lontano dagli effetti di elementi di fissaggio adiacenti o bordi dell'elemento in calcestruzzo. 8.2.5)
Fondazione SkyCiv, in accordo con l'equazione 3, calcola il rapporto di utilità di taglio unidirezionale (Equazione 4) considerando la domanda di taglio rispetto alla capacità di taglio.
\( \testo{Rapporto di utilità} = frac{\testo{Shear Demand}}{\testo{Capacità di taglio}} \) Equazione 4
Taglio a due vie
La Taglio a due vie stato limite, conosciuto anche come punzonatura cesoia, estende la sua sezione critica a distanza “d / 2” dalla faccia della colonna e attorno al perimetro della colonna (figura 2) in base a Clausola AS3600 9.2.3(un carico).
figura 2. Piano di taglio critico del taglio a due vie
La Due stradeascolta la domanda o V u si verifica sul piano di taglio critico, situato ad una distanza di “d / 2” dove il (rosso) area tratteggiata, come indicato nella Figura 2.
La A due vie Capacità di taglio o ϕVuo è definita come la resistenza al taglio ultima e calcolata utilizzando l'equazione 5 in base a Clausola AS3600 9.2.3
\( \phi V_{uo} = phi volte u volte f_{CV} \volte d_{Se} \) Equazione 5 (AS 3600 lontano dagli effetti di elementi di fissaggio adiacenti o bordi dell'elemento in calcestruzzo. 9.2.3(un carico))
fCV = 0.17(1 + 2/bh) f’c 0,34 √f’c
bh = rapporto tra la lunghezza della colonna sull'asse Z rispetto all'asse X
d = distanza dalla fibra a compressione estrema al baricentro dell'armatura a trazione longitudinale (mm)
u = lunghezza del perimetro critico di taglio (mm)
La domanda di taglio e la capacità di taglio devono soddisfare la seguente equazione per soddisfare i requisiti di progettazione di AS 3600:
\( V^{*} \leq \phi V_{uo} \) Equazione 6 (AS 3600 lontano dagli effetti di elementi di fissaggio adiacenti o bordi dell'elemento in calcestruzzo. 9.2)
Fondazione SkyCiv, in accordo con l'equazione 6, calcola il rapporto di utilità del taglio bidirezionale (Equazione 7) considerando la domanda di taglio rispetto alla capacità di taglio.
\( \testo{Rapporto di utilità} = frac{\testo{Shear Demand}}{\testo{Capacità di taglio}} \) Equazione 7
Flessione
In posizione isolata, la pressione del terreno verso l'alto provoca una flessione bidirezionale con sollecitazioni di trazione sulla superficie inferiore. I momenti flettenti sono calcolati in ciascuna direzione in sezione 0.7un caricosup distanza dal centro della colonna, dove un caricosup è la metà della larghezza della colonna.
figura 3. Sezione flessione critica
La Flessionale lo stato limite si verifica nella sezione di flessione critica, situato 0.7un caricosup dal centro del basamento (Fare riferimento alla figura 3).
La Domanda flessionale o Mu si trova nella sezione di flessione critica indicata nella figura 3, e viene calcolato utilizzando l'equazione 8.
\( M^{*} = q_{u} \volte D_{f} \volte sinistra( \frac{\frac{b_{f} – b_{c}}{2}}{2} \giusto)^{2} \) Equazione 8
La Capacità flessionale o ϕMn viene calcolato utilizzando l'equazione 9.
\( M_{u} = A_{sto} \volte f_{il suo} \volte d volte sinistra( 1 – \frac{0.5}{\alfa_{2}} \volte frac{UN_{sto} \volte f_{il suo}}{b volte d volte f'_{c}} \giusto) \) Equazione 9
ϕ = fattore di progettazione flessionale
b = dimensione del plinto parallelo all'asse x, (mm)
d = distanza dalla fibra a compressione estrema al baricentro dell'armatura a trazione longitudinale, (mm)
Asto = area di rinforzo, (mm2)
a = profondità del blocco di sollecitazione rettangolare equivalente, (mm)
fsy = forza di rinforzo, (MPa)
La domanda di momento e la capacità di momento devono soddisfare la seguente equazione per soddisfare i requisiti di progettazione di AS 3600:
\( M^{*} \leq \phi M_{u} \) Equazione 10 (AS 3600 lontano dagli effetti di elementi di fissaggio adiacenti o bordi dell'elemento in calcestruzzo. 8.1)
Fondazione SkyCiv, in accordo con l'equazione 10, calcola il rapporto di utilità flessionale (Equazione 11) prendendo la domanda di flessione rispetto alla capacità di flessione.
\( \testo{Rapporto di utilità} = frac{\testo{Domanda di flessione}}{\testo{Capacità di flessione}} \) Equazione 11
Rinforzo
La quantità di rinforzo richiesta è determinata dai requisiti di resistenza alla flessione, con armatura minima specificata in Cl. 21.3.1 (b)
\( \rho_{\testo{min}} = 0.19 \volte sinistra( \frac{D}{d} \giusto)^{2} \volte frac{f’_{ct.f}}{f_{il suo}} \) Equazione 12
L'area dell'acciaio può essere determinata con la seguente equazione:
\( \rho = frac{2.7 \volte M^{*}}{d^{2}} \quad \text{o} \quadruplo A_{sto} = frac{M^{*}}{370 \volte d} \) Equazione 13
Come consigliato da AS 3600, una copertura minima di cemento di 60 mm per il piede è consigliato.
Ulteriori verifiche
Altre verifiche non menzionate dal codice, compresi i controlli della pressione del suolo, sollevamento, e vengono verificati anche altri controlli di stabilità.
Pressione del suolo
La determinazione della pressione di base o dell'interazione tra terreno e plinto si basa principalmente sulle dimensioni del plinto e sulla risultante eccentricità dei carichi applicati. A seconda del posizionamento di questa eccentricità risultante, la pressione alla base può indurre una compressione totale o parziale sul plinto. Questa valutazione consente di verificare se il terreno sottostante è in grado di sostenere la totalità dei carichi trasmessi dal plinto.
Per una guida dettagliata per il calcolo manuale della pressione del suolo, si prega di fare riferimento a questo collegamento: Distribuzione della pressione sotto una base rettangolare di cemento
Il rapporto di utilità viene valutato confrontando la pressione massima del suolo (stato di utilizzabilità) con la capacità portante lorda consentita del terreno:
\( \testo{Rapporto di utilità} = frac{\testo{Max. Pressione del suolo}}{\testo{Capacità portante lorda ammissibile del terreno}} \) Equazione 14
Sollevamento
Verifica il carico assiale determinante agente sul plinto. Somma tutti i carichi verticali compreso il carico dell'utente e i pesi propri della colonna, soletta di fondazione, suolo, e forza di galleggiamento. Se la colonna subisce una forza verso l'alto, i pesi propri specificati devono controbilanciare la forza verso l'alto; altrimenti, il progetto rischia di fallire a causa dell'instabilità.
Ribaltamento
Il ribaltamento del plinto viene verificato sommando tutti i momenti attorno ad un punto del plinto comprese tutte le forze agenti su di esso. Tutte le combinazioni di carico di esercizio devono essere considerate per verificare il momento ribaltante determinante. Generalmente, un fattore di sicurezza pari a 1.5-2 serve per valutare se il basamento supera il controllo di ribaltamento.
Scorrevole
Per verificare lo scorrimento, la somma dei carichi resistenti orizzontali rivolti a destra è divisa per la somma dei carichi rivolti a sinistra.
- Resistere ai carichi:
- Forza orizzontale dovuta all'attrito tra la base del basamento e il terreno della sottostruttura
- Pressione del suolo passiva (se incluso)
- Carichi scorrevoli:
- La componente orizzontale della pressione attiva del suolo
- La componente orizzontale della pressione risultante del sovrapprezzo
Generalmente, un fattore minimo di sicurezza pari a 1.5 si usa. Se sul basamento non agisce alcuna forza orizzontale, non è necessario verificare lo scorrimento.
Modulo di progettazione della Fondazione SkyCiv
Il modulo di progettazione della fondazione di SkyCiv è integrato con l'analisi degli elementi finiti (BRUTTA), fornendo un'analisi della pressione del suolo più accurata e introducendo l'analisi Wood-Armer per controlli dettagliati della progettazione flessionale.
Anche i diagrammi di taglio e momento vengono generati direttamente dai risultati FEA utilizzando il metodo della media delle strisce, fornendo un quadro più chiaro delle forze interne attraverso il plinto.
Il modulo supporta configurazioni avanzate del basamento, compresi gli spostamenti delle colonne in qualsiasi direzione sia per le fondazioni isolate che per quelle combinate. Carichi e momenti possono essere applicati anche in qualsiasi direzione, consentendo una modellazione accurata delle condizioni di fondazione del mondo reale.
Sviluppatore del prodotto
BSc (Civile), Master (Civile)
Albert Pamonag
Ingegnere strutturale, Sviluppo del prodotto
B.S. Ingegneria Civile
Riferimenti
- Council of Standards Australia. (2009) Standard australiano AS3600-2009.
- SJ Foster, AE Kilpatrick & RF Warner. (2011) Nozioni di base sul cemento armato 2a edizione.
- Taylor, Andrea, et al. The Reinforced Concrete Design Handbook: un compagno di ACI-318-14. American Concrete Institute, 2015.
- YC Loo & SH Chowdhury. (2013) Rinforzata & Calcestruzzo precompresso.
