Verspreide funderingen, ook bekend als geïsoleerde of pad-funderingen, zijn ondiepe funderingselementen die zijn ontworpen om geconcentreerde belastingen van kolommen of pilaren over een groter grondoppervlak te verdelen. Dit voorkomt gronddragend falen en wordt vaak gebruikt in kleine tot middelgrote constructies zoals woongebouwen. Gespreide funderingen kunnen versterkt of ongewapend zijn, afhankelijk van belasting en omgevingseisen.

De gespreide voet is veruit de meest economische oplossing om de belastingen op de bodem over te brengen. Omdat de grond over het algemeen veel zwakker is dan de ondersteunde kolommen, er moet worden aangetoond dat het in staat is de opgelegde spanningen te weerstaan ​​en dat de daaruit voortvloeiende zettingen redelijk zijn voor de structuur en het doel ervan. Als de grond niet sterk genoeg is, dan moeten andere oplossingen worden geanalyseerd, zoals vlotfunderingen die een groter oppervlak hebben om de belastingen te spreiden of palen die de spanningen overbrengen naar diepere en resistentere grondlagen.

• Eenvoudige funderingen: Meest gebruikt; rechthoekig of vierkant.
• Getrapte voetstukken: Gebruikt voor hogere belastingen.
• Schuine funderingen: Ook voor hogere belastingen.

Figuur 1: Soorten gespreide funderingen

De getrapte en schuine funderingen worden meestal gebruikt voor hogere belastingen met een dikte van meer dan 3ft of 4ft, maar door stijgende arbeidskosten, het gebruik ervan is momenteel minder frequent.

In relatie tot het materiaal, de gespreide funderingen kunnen in twee groepen worden verdeeld:

• Gewone betonnen funderingen worden bij uitstek gebruikt voor lichtere constructies en laagbouw met stabiele dragende grond.
• Versterkte betonnen funderingen worden gebruikt waar zwaardere belastingen optreden of waar duurzaamheid vereist is vanwege de omgeving. Ze worden gebruikt in zwaardere constructies waar het draagvermogen van de grond vrij laag is.

Gespreide funderingen ondersteunen doorgaans compressie-geconcentreerde belastingen onder enkele kolommen. De fundering moet zodanig zijn geproportioneerd dat zij alle toegepaste, in rekening gebrachte belastingen en geïnduceerde reacties kan ondersteunen, inclusief axiale belastingen, horizontale schuifkrachten, en momenten aan de basis. De bodemdraagbaarheid wordt gecontroleerd aan de hand van de toelaatbare bodemdruk, bepaald op basis van de beschikbare locatiegegevens en geotechnische analyse met behulp van niet-gefactureerde gebruiksbelastingen., inclusief doden, leven, wind, of aardbevingsbelastingen, rekening houdend met de kritische combinaties.

Buigwapening wordt normaal gesproken aan de onderkant van de fundering geplaatst waar trekspanningen optreden als gevolg van de bodemreactie wanneer een axiale drukbelasting op de kolom wordt uitgeoefend. Het ontwerp is vereenvoudigd, ervan uitgaande dat de fundering stijf is en het bodemgedrag elastisch is.

De hoofdrichting wordt altijd gedefinieerd parallel aan de langere zijde van de voet. De secundaire richting staat normaal gesproken loodrecht op de hoofdrichting en evenwijdig aan de andere kant van de fundering. Bovendien, de wapening moet ook krimp- en temperatuurveranderingen voorkomen die bij een minimaal wapeningsoppervlak worden overwogen.

De faalwijzen van de gespreide fundering kunnen worden geclassificeerd als bodemfalen, stabiliteitsproblemen, en structurele mislukkingen.

Bodemfalen wordt gegroepeerd als bodemdragend falen (zoals te zien in figuur 2), maar ze kunnen ook storingen in de bruikbaarheid omvatten die verband houden met buitensporige verschillen in zettingen tussen aangrenzende funderingen of die verband houden met totale zettingen. Nederzettingen vinden plaats in twee fasen, de eerste is de onmiddellijke regeling en de tweede de langetermijnregeling, bekend als consolidatie.

De grenstoestanden die door de constructie worden bepaald, omvatten breuk in één richting, ponsen mislukt, buigende mislukking, lager falen, en onvoldoende verankering. Sommigen van hen worden beschreven in figuur 2.

Uiteindelijk, de stabiliteitsfouten moeten ook worden gecontroleerd, die onafhankelijk zijn van het draagvermogen van de grond.

Figuur 1: Enkele faalwijzen in gespreide funderingen

Het ontwerp van gespreide funderingen omvat verschillende stappen vanwege de verschillende parameters en variabelen die de uiteindelijke afmetingen en kenmerken beïnvloeden.

Stap 1: Geotechnisch onderzoek en overwegingen

Het ontwerp van funderingen vereist doorgaans de bepaling van het gedrag en de spanningsgerelateerde vervormbaarheid van de grond onder de fundering. Voor deze, de geotechnische eigenschappen van de bodem moeten worden bepaald, zoals de korrelgrootteverdeling, de bodemclassificatie, plasticiteit, samendrukbaarheid, en schuifsterkte. Dit onderzoek heeft tot doel de geschiktheid van de verschillende typen funderingen en het draagvermogen van de bodems vast te stellen. Normaal gesproken wordt dit gedaan door het uitvoeren van de berekening van het uiteindelijke draagvermogen en een zettingsanalyse die de toegestane draagdruk bepaalt (q_een) om elke vorm van bodemlagerstoringen te voorkomen. Als de geschiktheid van een spreidfundering wordt bevestigd, de ingenieur kan doorgaan met de volgende stap.

Naast het draagvermogen van de grond, het funderingssysteem moet veilig zijn tegen kantelen, glijden, en vermijd overmatige opwaartse kracht als gevolg van excentriciteiten in beide hoofdrichtingen.

Stap 2: Definiëren het basisgebied.

In de VS, dit wordt bepaald aan de hand van de toelaatbare spanning en de gebruiksbelastingcombinaties. De vermoedelijke draagwaarden (IBC-tabel 1806.2) mag ook gebruikt worden indien toegestaan. De toelaatbare spanning wordt normaal gesproken opgenomen in het geotechnisch rapport, rekening houdend met het draagvermogen en eventuele zettingen. Op gespreide voet, de bodemspanning voor een fundering met een axiale belasting (P.) en momenten (Mx, Mz) aan de basis kan worden berekend zoals weergegeven in figuur 3. De getoonde vergelijking is alleen geldig als de volledige basis is gecomprimeerd, wat niet altijd het geval is, vooral als de toegepaste momenten groot zijn. In dit geval, Er zijn verschillende modellen die kunnen worden gebruikt om de analyse uit te voeren. De eenvoudigste is de lineaire bodemdrukverdeling onder een stijve basis. Verschillende auteurs (d.w.z., Bellos en Bakas) hebben een oplossing ontwikkeld voor het bepalen van de maximale bodemdruk. Het uiteindelijke doel is om een ​​voetgebied te vinden waar de maximale spanning kleiner is dan de gedefinieerde toegestane spanning (q_max<q_een).

Figuur 3: Bodemspanningen

Stap 3: Definieer de basisdikte en berekening van de buigwapening.

Definitie van de basisdikte en berekening van de buigwapening. Normaal gesproken gebeurt dit via een proefondervindelijke procedure om structurele fouten te voorkomen. In dit geval, er wordt een voetdikte aangenomen, en vervolgens wordt gecontroleerd op buig- en schuifsterkte. In deze stap, de voet moet ontworpen zijn voor buigmomenten, eenzijdige en tweezijdige afschuiving veroorzaakt door de bodemdruk als gevolg van meegewogen belastingen. Een minimale diepte van 6 binnen moet worden overwogen (ACI 318-19 c13.3.1.2), en een minimale betondekking gelijk aan 3 voor beton dat tegen de grond wordt gegoten en permanent in contact is met de grond (ACI 318-19 c20.5.1.3.2). Het is ook belangrijk om rekening te houden met de minimale funderingsdikte op basis van de ontwikkeling van de staven die beginnen vanaf het kolomvlak.

Figuur 4: Gespreide steunmomenten

Als het buigmomentdiagram wordt geanalyseerd (zie figuur 4) voor een vierkante voet met alleen een axiale compressiebelasting in een kolom in het midden, het lijkt erop dat het maximale moment in de strookvoet onder het midden van de kolom plaatsvindt, maar uit tests is gebleken dat dit niet klopt vanwege de stijfheid van de kolom. ACI-code suggereert (ACI 318-19, c13.2.7.1) berekenen aan de voorkant van de kolom voor kolommen van gewapend beton of op een gedeelte halverwege de voorkant van de kolom tot het midden ervan voor metselwerk of massieve betonnen kolommen. Bij de berekeningen, er hoeft alleen rekening te worden gehouden met de opwaartse druk die wordt veroorzaakt door de externe belastingen die op de voet worden uitgeoefend. Het eigen gewicht en het overbelastingsgewicht van de grond moeten worden verwaarloosd. Voor het structurele ontwerp mag alleen de nettodruk over de fundering worden gebruikt.

Als de muurfundering wordt belast totdat deze door afschuiving bezwijkt, het bezwijken zal niet plaatsvinden op een verticaal vlak aan het kolomvlak, maar eerder onder een hoek van ongeveer 45° met het kolomvlak, daarom wordt de kritische sectie voor afschuiving berekend op een afstand “d” van het vlak (ACI 318-19c13.2.7.2), zijnde “d” de effectieve diepte, zie figuur 4. De effectieve diepte wordt berekend als:

waarbij h de dikte van de voetplaat is, c is de omslag, en db is de staafdiameter. Let op: in secundaire richting, de effectieve diepte moet ook de staafdiameter van de hoofdwapening omvatten.

Eenmaal het maximale buigmoment (In) op het kritieke gedeelte is bepaald, het vereiste wapeningsgebied (Zoals) wordt op dezelfde manier bepaald als elk ander buigelement. Hoewel een voet geen balk is, het is wenselijk dat het buigzaam is, en dit kan worden gedaan door de netto trekspanning in de trekwapening te beperken (εt) tot een waarde groter dan εty + 0.003 (ACI 318-19 c21.2.2, εty is gelijk aan f_j/E_s).

Met de vorige veronderstelling, het vereiste wapeningsoppervlak kan worden berekend met de volgende vergelijkingen:

sterkte van de wapening, en Es is de elasticiteitsmodulus van de staalwapening. De buigcontrole wordt normaal gesproken in beide richtingen uitgevoerd.

De eenzijdige schuifsterkte wordt normaal gesproken alleen berekend op basis van de bijdrage van het beton. Over het algemeen, om kostenredenen, Het wordt afgeraden om dwarskrachtwapening te gebruiken. Daarom, de afschuiving berekend bij de kritische afschuifsectie moet groter zijn dan de sterkte waartegen het beton weerstand biedt. Het wordt berekend met behulp van de vergelijking in de tabel 22.5.5.1(c) (ACI 318-19 c22.5.51)

Waarbij ρw de wapeningsverhouding gelijk is aan As/(b×d,) λ is de modificatiefactor die de verminderde mechanische eigenschappen van lichtgewicht beton weerspiegelt, en ϕ is de afschuifreductiefactor.

Stap 4: Tweerichtingsschuifverificatie

Zodra de dikte van de voet is bevestigd, is deze bestand tegen buiging en afschuiving in één richting, en de aangenomen wapening is groter dan vereist, we kunnen doorgaan met de volgende stap, het controleren van de ponsschaar (bidirectionele schaar).

De verificatie gebeurt met spanningen en, vergelijkbaar met de eenrichtingsschaar, het criterium is het vermijden van dwarskrachtwapening om economische redenen; daarom, Er wordt alleen rekening gehouden met de sterkte van het beton. De sterkte wordt bepaald volgens ACI 318-19 c22.6.5.

Waar v_u is de schuifspanning op het kritieke gedeelte, ϕ is de reductiefactor en v_c is de betonschuifsterkte. Het wordt berekend volgens Tabel 22.6.5.2

Waar λ_s is de groottefactor, λ is de modificatiefactor die de verminderde mechanische eigenschappen van lichtgewicht beton weerspiegelt, β is de verhouding tussen de lange en korte zijden van de kolom of het geconcentreerde lastoppervlak en f’c is de gespecificeerde druksterkte van beton. bo is de omtrek van de kritische sectie die normaal gesproken wordt gedefinieerd op een afstand van d/2 van de vlakken van de kolom. Het is belangrijk om te vermelden dat de schuifspanning (v_u) moet worden berekend rekening houdend met het moment dat door de kolom wordt overgedragen op de funderingsplaat volgens ACI 318-19 c8.4.4.2

Stap 5: Berekening van de overdrachtskrachten.

De verticale en horizontale krachten die op de fundering worden overgebracht door het dragen van het beton of een combinatie van dragen en grensvlakwapening moeten worden gecontroleerd. Deze vereiste wordt gedetailleerd beschreven in Hoofdstuk 22.8 van de ACI 318-19:

Waar een₁ is het belaste gebied, A₂ is de oppervlakte van de onderste basis van de grootste afgeknotte kegel van een piramide, kegel. De zijkanten van de piramide, kegel, of taps toelopende wig moet schuin zijn 1 verticaal naar 2 horizontale. En ϕ is een reductiefactor.

Stap 6: Detaillering

De laatste stap is gewijd aan de wapeningsdetails als minimale en maximale afstand, ontwikkelingslengte tot kritische secties. De details worden gegeven in Hoofdstuk 25 van ACI 318-19.

Strookfunderingen zijn nauw verwant aan gespreide funderingen, omdat beide ondiepe funderingen zijn die vanwege hun lage kosten vaak worden gebruikt in kleine tot middelgrote constructies.. Normaal gesproken, strip footings are long and rectangular in shape, terwijl de voetplaten vierkant zijn, rechthoekig, of circulair. In relatie tot de ondersteunde belasting, stripfunderingen werken normaal met lineaire belastingen, terwijl padfunderingen werken met geconcentreerde belastingen.

In relatie tot ontwerp, alle controles die worden uitgevoerd voor strookfunderingen moeten ook worden uitgevoerd bij gespreide of gespreide funderingen. Gespreide funderingen vereisen ook aanvullende controles, zoals de tweezijdige afschuifcontrole of ponscontrole, that do not occur in strip footings.

• Gespreide funderingen zijn economisch en worden veel gebruikt voor ondiepe funderingen.
• Goed geotechnisch onderzoek is essentieel.
• Het ontwerp moet rekening houden met bodembelasting, regeling, structurele sterkte, en stabiliteit.
• Volg ACI 318-19 voor alle controles en detaillering.

• ACI 318-19: Bouwvereisten voor constructief beton
• IBC-tabel 1806.2: Vermoedelijke dragende waarden
• mooi, J., & Spoor, N. (2017). Complete analytische oplossing voor lineaire bodemdrukverdeling onder stijve, rechthoekige gespreide funderingen. Internationaal tijdschrift voor geomechanica, 17(7), 04017005. doi:10.1061/(bijlen)gm.1943-5622.0000874.
• CRSI, Ontwerpgids voor de ACI 318 Bouwvereisten voor constructief beton, CRSI (2020).
• Gewapend beton: Mechanica en ontwerp 6e editie door James K. Wight, James G. MacGregor.

Verschillende ingangen zijn vereist om de ontwerpcontroles voor de Pad -voeten te voltooien. De ingangen omvatten:

• Voetafmetingen en materiaal
• Bezig met laden
• Concrete eigenschappen
• Wapeningseigenschappen
• Geotechnische parameters

Zodra alle invoergegevens zijn ingevuld, klikt u op de "Klik op" knop rechtsboven om het spread footing -ontwerp te voltooien.

Het programma beschouwt de stabiliteitscontroles op bodemlager op de voet op voorwaarde dat verticale belasting en biaxiale momenten. Daarnaast, Het voert het concrete ontwerp uit op basis van de ultieme krachtontwerpmethode in overeenstemming met ACI 318-19. De bodemdruk wordt berekend met behulp van de oplossing van Bellos en Bakas en de voet wordt verondersteld perfect rigide te zijn met constante dikte. De druk kan ook worden berekend wanneer slechts een deel van de voet in contact staat met de grond. Dit is vooral handig voor voeten met kleine verticale belastingen en grote momenten, zoals het geval van voeten in de hoeken van gebouwen onder zijlagen.

Maximale excentriciteit, kantelen, en glijdende controles worden uitgevoerd door deze spread foot software. De laatste cheque omvat niet de passieve drukbijdrage. Het is altijd wenselijk om concentratie van spanningen in de bodem te vermijden en daarom heeft het programma een waarschuwingsstatus wanneer de resultante zich buiten het middelste derde deel van de fundering bevindt. In extreme gevallen waarin de lading excentriciteit verhoudingen genereert met maximale spanning versus. gemiddelde stress groter dan 6, Het spread footing -programma veroorzaakt een fout vanwege de grote concentratie van spanningen en mogelijke grote rotatie van de voet. In dergelijke gevallen, De gebruiker wordt geadviseerd om de voet te vergroten om een betere verdeling van spanningen te hebben of andere oplossingen te gebruiken, omdat strap -voeten niet worden overwogen in het bereik van deze tool.

• • Rekenmachine met draagvermogen
  • Laterale paalstabiliteitscalculator
  • Betonkolomcalculator
  • Concrete duurzaamheidscalculator
  • Plaat op rangontwerpcalculator
  • Stripvoetcalculator
  • Ponsschaarcalculator
  • Berekening van het ontwerp van schroefpalen
  • ALS 2870 Plaat op rangontwerpcalculator