Een walkthrough van de berekeningen om een ​​geïsoleerde fundering te ontwerpen (ACI 318-14)

De fundering is een essentieel bouwsysteem dat kolom- en muurkrachten overbrengt op de ondersteunende grond. Afhankelijk van de bodemeigenschappen en de gebouwbelasting kan de ingenieur kiezen voor een ondiep of diep funderingssysteem.

SkyCiv FoundationDesign-module omvat het analyseren en ontwerpen van geïsoleerde funderingen conform de Amerikaanse code ACI318-14.

 

Wil je de Foundation Design-software van SkyCiv proberen?? Met onze tool kunnen gebruikers funderingsontwerpberekeningen uitvoeren zonder te downloaden of te installeren!

Stichting ontwerp rekenmachine

 

Een stapsgewijze handleiding voor het ontwerpen van een geïsoleerde basis

Dimensievereisten:

Om de afmetingen van een geïsoleerde voet te bepalen, service of niet-gefactureerde belastingen, zoals dood (D), Leven (L), Wind (W), Seismisch (E), etc zal worden toegepast met behulp van Load Combinations, zoals gedefinieerd door ACI 318-14. Welke belastingcombinatie ook van toepassing is, wordt beschouwd als de ontwerpbelasting, en wordt vergeleken met de toegestane bodemdruk zoals weergegeven in vergelijking 1, zoals aanbevolen in Sectie 13.2.6 van ACI 318-14.

\(\tekst{q}_{\tekst{een}} = frac{\tekst{P.}_{\tekst{n}}}{\tekst{EEN}} \rechter pijl \) Vergelijking 1

q_een = Toelaatbare bodemdruk
P._n = Niet-gefactoriseerde ontwerpbelasting
A = Funderingsgebied

 

De afmetingen van de fundering kunnen in eerste instantie worden geschat door het funderingsoppervlak op te lossen (EEN) met behulp van vergelijking 1.

 

\(\tekst{EEN} = frac{\tekst{P.}_{\tekst{n}}}{\tekst{q}_{\tekst{een}}} \rechter pijl \) Vergelijking 1a

 

Eenrichtingsschaar

De grenstoestand voor afschuiving in één richting, ook wel balkschaar genoemd, erkent dat de fundering kan bezwijken bij afschuiving, vergelijkbaar met een brede balk langs een kritisch afschuifvlak dat zich op een afstand bevindt “d” vanaf de voorkant van de kolom (Figuur 1),

Figuur 1. Kritische vlakscheerbeurt van eenrichtingsschaar

De Een manier Schuintrekken Vraag naar of V _u wordt berekend in de veronderstelling dat de voet vrijdragend is, weg van de kolom waar het rode gebied is aangegeven in de figuur 1, als vervolg op Sectie 8.5.3.1.1.

De Afschuifcapaciteit in één richting of V_c wordt gedefinieerd als de ultieme schuifsterkte en berekend met behulp van vergelijking 2 per Sectie 22.5.5.1.

\(\phitekst{V }_{\tekst{c}} = phi _{\tekst{schuintrekken}} \keer 2 \sqrt{\tekst{F'}_{\tekst{c}}} \keer tekst{b}_{\tekst{w}} \keer tekst{d} \rechter pijl \) Vergelijking 2 ( Sectie 22.5.5.1, Imperial)

of

\(\phitekst{V }_{\tekst{c}} = phi _{\tekst{schuintrekken}} \keer 0.17 \sqrt{\tekst{F'}_{\tekst{c}}} \keer tekst{b}_{\tekst{w}} \keer tekst{d} \rechter pijl \) Vergelijking 2 (Sectie 22.5.5.1, Metriek)

φ_{schuintrekken} = Afschuifontwerpfactor
f’_c = Gespecificeerde betonsterkte, (psi, MPa)
b_w = Breedte van de voet, (in, mm)
d = Afstand van extreme compressievezel tot zwaartepunt van longitudinale trekwapening, (in, mm)

Afschuifvraag en afschuifcapaciteit moeten voldoen aan de volgende vergelijking om te voldoen aan de ontwerpvereisten van ACI 318-14:

\(\tekst{V }_{\tekst{u}} \lees phitext{V }_{\tekst{c}} \rechter pijl \) Vergelijking 3 (ACI-eq. 7.5.1.1(b))

 

SkyCiv Foundation-ontwerpmodule, in overeenstemming met vergelijking 3, berekent de eenzijdige afschuivingsnutratio (Vergelijking 4) door de afschuifvraag te nemen boven de afschuifcapaciteit.

\( \tekst{Nutsverhouding:} = frac{\tekst{Vraag naar schuifkracht}}{\tekst{Afschuifcapaciteit:}} \rechter pijl \) Vergelijking 4

 

Tweerichtingsschaar

De tweezijdige schuifgrenstoestand, ook wel ponsschaar genoemd, breidt zijn kritieke gedeelte uit tot een afstand “d/2” vanaf de voorkant van de kolom en rond de omtrek van de kolom (Figuur 2).

Figuur 2. Kritisch afschuifvlak van bidirectionele afschuiving:

De Twee manierenhoor vraag of V _u vindt plaats in het kritische afschuifvlak, gelegen op een afstand van “d/2” waar de (rood) gearceerd gebied, aangegeven in figuur 2, als vervolg op Sectie 22.6.4.

De Afschuifcapaciteit: of V_c wordt bepaald door de kleinste waarde die is berekend met behulp van vergelijkingen 5, 6, en 7 per Sectie 22.6.5.2

\(\phitekst{V }_{\tekst{c}} = phi _{\tekst{schuintrekken}} \keer 4 \tijden lambda times sqrt{\tekst{F'}_{\tekst{c}}} \rechter pijl \) Vergelijking 5 (Sectie 22.6.5.2(een) Imperial)

\(\phitekst{V }_{\tekst{c}} = links ( 2 + \frac{4}{\bèta } \Rechtsaf ) \tijden lambda times sqrt{f'_{c}} \rechter pijl \) Vergelijking 6 (Sectie 22.6.5.2(b) Imperial)

\(\phitekst{V }_{\tekst{c}} = links ( 2 + \frac{\alfa _{s} \keer d }{b{De}} \Rechtsaf ) \tijden lambda times sqrt{f'_{c}} \rechter pijl \) Vergelijking 7 (Sectie 22.6.5.2(c) Imperial)

of

\(\phitekst{V }_{\tekst{c}} = phi _{\tekst{schuintrekken}} \keer 0.33 \tijden lambda times sqrt{\tekst{F'}_{\tekst{c}}} \rechter pijl \) Vergelijking 5 (Sectie 22.6.5.2(een) Metriek)

\(\phitekst{V }_{\tekst{c}} = 0.17 \keer links ( 1 + \frac{2}{\bèta } \Rechtsaf ) \tijden lambda times sqrt{f'_{c}} \rechter pijl \) Vergelijking 6 (Sectie 22.6.5.2(b) Metriek)

\(\phitekst{V }_{\tekst{c}} = 0.0083 \keer links ( 2 + \frac{\alfa _{s} \keer d }{b{De}} \Rechtsaf ) \tijden lambda times sqrt{f'_{c}} \rechter pijl \) Vergelijking 7 (Sectie 22.6.5.2(c) Metriek)

Notitie: β is de verhouding tussen de lange zijde en de korte zijde van de kolom, geconcentreerde lading, of reactiegebied en α_s is gegeven door 22.6.5.3

λ = Modificatiefactor om de verminderde mechanische eigenschappen van lichtgewicht beton weer te geven in vergelijking met normaal beton met dezelfde druksterkte
f’_c = Gespecificeerde drukbetonsterkte (psi, MPa)
d = Afstand van extreme compressievezel tot zwaartepunt van longitudinale trekwapening, (in, mm)

 

Afschuifvraag en afschuifcapaciteit moeten voldoen aan de volgende vergelijking om te voldoen aan de ontwerpvereisten van ACI 318-14:

\(\tekst{V }_{\tekst{u}} \lees phitext{V }_{\tekst{c}} \rechter pijl \) Vergelijking 8 (Sectie 7.5.1.1(b))

 

SkyCiv Foundation-ontwerpmodule, in overeenstemming met vergelijking 8, berekent de tweezijdige afschuiving Utility-ratio (Vergelijking 9) door de afschuifvraag te nemen boven de afschuifcapaciteit.

\( \tekst{Nutsverhouding:} = frac{\tekst{Vraag naar schuifkracht}}{\tekst{Afschuifcapaciteit:}} \rechter pijl \) Vergelijking 9

Buiging

Figuur 3. Kritische buigingssectie

De buigzaam grenstoestand treedt op de sectie kritische buiging, gelegen aan de voorkant van de kolom bovenop de voet (Figuur 3).

De Buigvraag of M_u bevindt zich op de afdeling kritische buiging (blauw luikgebied) aangegeven in figuur 3, en wordt berekend met behulp van vergelijking 10.

\( \tekst{M}_{u} = tekst{q}_{u} \keer links ( \frac{l_{X}}{2} – \frac{c_{X}}{2} \Rechtsaf ) \keer l_{met} \keer links ( \frac{\frac{l_{X}}{2} – \frac{c_{X}}{2} }{2} \Rechtsaf ) \rechter pijl \) Vergelijking 10

q_u = meegerekende bodemdruk, (ksf, kPa)
l_X = voetafmeting langs de x-as (in, mm)
l_met = voetmaat langs de z-as (in, mm)
c_X = kolomdimensie langs de x-as (in, mm)

De Buigvermogen of Mn wordt berekend met behulp van vergelijking 11.

\( \phitekst{M}_{n} = phi_{\tekst{buiging}} \keren per_{s} \keer f_{en} \keer links( d – \frac{een}{2} \Rechtsaf) \rechter pijl \) Vergelijking 11

ϕ = buigingsontwerpfactor
l_X = voetmaat evenwijdig aan x-as (in , mm)
l_met = voetmaat evenwijdig aan de z-as (in , mm)
d = afstand van extreme compressievezel tot zwaartepunt van longitudinale trekwapening (in , mm)
EEN_s = versterkingsgebied (in² , mm²)
a = diepte van equivalent rechthoekig spanningsblok (in , mm)
fy = versterkingssterkte, (KSI, MPa)

 

Aanvullende verificaties

Andere verificaties die niet in de code worden vermeld, inclusief bodemdrukcontroles, verheffen, en andere stabiliteitscontroles worden ook geverifieerd.

Bodemdruk

De bepaling van de basisdruk of de interactie tussen de grond en de fundering is voornamelijk afhankelijk van de afmetingen van de fundering en de daaruit voortvloeiende excentriciteit van de uitgeoefende belastingen.. Afhankelijk van de positionering van deze resulterende excentriciteit, de basisdruk kan volledige of gedeeltelijke compressie van de voet veroorzaken. Met deze beoordeling kunnen we bevestigen of de onderliggende grond het geheel van de belastingen die vanaf de fundering worden overgedragen, kan dragen.

Voor een gedetailleerde handleiding voor het handmatig berekenen van de bodemdruk, Raadpleeg deze link: Drukverdeling onder een rechthoekige betonnen voet

De utiliteitsratio wordt geëvalueerd door de maximale bodemdruk te vergelijken (staat van bruikbaarheid) met het toegestane bruto draagvermogen van de bodem:

 

\( \tekst{Nutsverhouding:} = frac{\tekst{Max. Hoogte. Bodemdruk}}{\tekst{Bruto toelaatbaar bodemdraagvermogen}} \rechter pijl \) Vergelijking 14

Hieronder volgen de verschillende manieren om de gronddrukcoëfficiënten te bepalen om de eenheidswrijvingsweerstand van palen in zand te berekenen

Controleert de heersende axiale belasting die op de fundering inwerkt. Telt alle verticale belastingen op, inclusief de gebruikersbelasting en eigen gewichten van de kolom, voetplaat, bodem, en drijvende kracht. Als de kolom een ​​opwaartse kracht ervaart, de opgegeven eigengewichten moeten de opwaartse kracht compenseren; anders-, het ontwerp riskeert te mislukken als gevolg van instabiliteit.

Met de laatste knop in het menu aan de linkerkant kunt u de waarde van de toeslag wijzigen

Het kantelen van de voet wordt gecontroleerd door alle momenten rond een punt in de voet op te tellen, inclusief alle krachten die erop inwerken.. Alle bruikbaarheidsbelastingcombinaties moeten in aanmerking worden genomen om het geldende kantelmoment te controleren. Meestal, een veiligheidsfactor van 1.5-2 wordt gebruikt om te evalueren of de voet de kantelcontrole doorstaat.

Met de laatste knop in het menu aan de linkerkant kunt u de waarde van de toeslag wijzigen

Om te controleren op glijden, de som van de horizontale weerstandsbelastingen die naar rechts wijzen, wordt gedeeld door de som van de naar links wijzende belastingen.

• Weerstand tegen belastingen:
  • Horizontale kracht door wrijving tussen de voetplaat en de ondergrond van de onderbouw
  • Passieve bodemdruk (indien inbegrepen)
• Glijdende lasten:
  • De horizontale component van de actieve bodemdruk
  • De horizontale component van de resulterende druk van de toeslag

Over het algemeen, een minimale veiligheidsfactor van 1.5 is gebruikt. Als er geen horizontale kracht op de voet inwerkt, controleren op glijden is niet vereist.

SkyCiv Foundation-ontwerpmodule

De Foundation Design Module is een krachtig hulpmiddel dat is geïntegreerd met Eindige Elementenanalyse (LELIJK), in staat om grondige bodemdruk- en houtbewapeningsanalyses uit te voeren voor gedetailleerde buigcontroles. Het voert alle door ACI gespecificeerde structurele controles uit 318 en andere hierboven genoemde verificaties en presenteert deze in een uitgebreid rapport.

Aan de slag met SkyCiv Foundation vandaag!

Lanceer de Stichting ontwerp en probeer het vandaag nog! Het is gemakkelijk om aan de slag te gaan, maar als u meer hulp nodig heeft, bezoek dan zeker onze documentatie of neem contact met ons op!

Geen SkyCiv-gebruiker? Schrijf je in voor een Vrij 14 Dag op proef starten!

Referenties

1. Bouwvereisten voor constructief beton (ACI 318-14) Commentaar op bouwvoorschriften voor constructiebeton (ACI 318R-14). Amerikaans Betoninstituut, 2014.
2. McCormac, Jack C., en Russell H. Bruin. Ontwerp van gewapend beton ACI 318-11 Code-editie. Wiley, 2014.
3. Taylor, Andrew, et al. Het handboek voor het ontwerpen van gewapend beton: een aanvulling op ACI-318-14. Amerikaans Betoninstituut, 2015.