Ontwerpcalculator voor gewapend beton

Een strookvoet is een continu, langwerpige betonnen fundering die lineaire structurele belastingen ondersteunt, meestal onder dragende muren. Het brengt de belasting over van de muur naar een grondlaag die relatief dicht bij het grondoppervlak ligt. Dit type fundering verspreidt geconcentreerde belastingen van de bovenbouw over een groter grondoppervlak, het verminderen van de druk en het beperken van afwikkelingsrisico's. De grondlaag moet voldoende draagvermogen en voldoende diepte hebben om vorst en andere milieuproblemen te voorkomen.

Strookfunderingen zijn het meest geschikt voor constructies met muren, zoals woongebouwen, scholen, en lichte commerciële voorzieningen. Ze zijn ideaal als de grond op geringe diepte voldoende draagvermogen heeft, en de opgelegde belastingen zijn gematigd en gelijkmatig verdeeld. Veel voorkomende toepassingen zijn onder meer het ondersteunen van metselwerk of betonnen muren, doorlopende kolommen, en situaties waarin geïsoleerde funderingen onpraktisch zijn vanwege de wandgeometrie of de belastingsverdeling.

Typisch, Er worden twee soorten stripfunderingen gebruikt:

• Gewone betonnen stripfunderingen – die ideaal zijn voor lichtere constructies en laagbouw met stabiele draagbodems.
• Versterkte betonnen stripfunderingen – die worden gebruikt voor zwaardere belastingen of wanneer verhoogde duurzaamheid vereist is vanwege omgevingsomstandigheden. Deze zijn geschikt voor zwaardere constructies waarbij het gronddraagvermogen relatief laag is.

Buigversterking wordt doorgaans aan de onderkant van de voet geplaatst, loodrecht op het vlak van de muur. In de dwarsrichting, Krimp- en temperatuurversterking moeten evenwijdig aan de lengte van de muur worden aangebracht.

Strookfunderingen ondersteunen gewoonlijk lineaire belastingen onder dragende muren. Echter, in sommige gevallen, een lijn van dicht bij elkaar geplaatste kolommen kan ook worden ondersteund door een strookvoet.

De faalwijzen van stripvoeten kunnen grofweg in drie categorieën worden ingedeeld: bodemdragende storingen, stabiliteitsproblemen, en structurele mislukkingen. Deze worden geïllustreerd in de volgende afbeelding.

Figuur 1: Storingsmodi voor stripvoeten

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

Stap 1: Geotechnisch onderzoek en overwegingen

Bij het ontwerp van funderingen moet doorgaans het gedrag en de spanningsgerelateerde vervormbaarheid van de grond onder de fundering worden bepaald. Om dit te behalen, de geotechnische eigenschappen van de bodem moeten worden bepaald. Deze eigenschappen omvatten de korrelgrootteverdeling, bodemclassificatie, plasticiteit, samendrukbaarheid, en schuifsterkte. The investigation aims to determine the suitability of different foundation types and the soil’s bearing capacity. Dit proces omvat normaliter het uitvoeren van de uiteindelijke berekening van het draagvermogen en een zettingsanalyse. Deze stappen bepalen de toegestane lagerdruk (qa) om gronddragende storingen te voorkomen. Of een strokenfundering geschikt is, de ingenieur kan dan doorgaan naar de volgende stap.

Stap 2: Stabiliteitscontroles

Zorg ervoor dat het funderingssysteem veilig is tegen kantelen, glijden, en vermijd overmatige opwaartse kracht als gevolg van excentriciteiten.

Stap 3: Definieer 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 strookbasis, de bodemspanning voor een fundering met een axiale belasting (P.) en moment (M) kan worden berekend zoals weergegeven in figuur 2.

Figuur 2: Berekeningen van bodemspanning in stripfundering

Het doel is om een ​​voetgebied te vinden waar de maximale spanning kleiner is dan de gedefinieerde toegestane spanning (qmax<qa).

Stap 4: Definieer de basisdikte en bereken 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, eenrichtingsschaar (tweezijdige afschuiving is niet van toepassing op stripfunderingen) 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 de fundering tot aan de muur voor betonnen muren..

Als het buigmomentdiagram wordt geanalyseerd (zie figuur 2), het lijkt erop dat het maximale moment in de strookfundering onder het midden van de muur plaatsvindt, maar uit tests is gebleken dat dit niet klopt vanwege de stijfheid van de muren. ACI-code suggereert (ACI 318-19, c13.2.7.1) bereken het aan de voorkant van de muur voor muren van gewapend beton of op een gedeelte halverwege de voorkant van de muur tot het midden ervan voor metselwerkmuren. 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.

Figuur 3: Schuif- en momentdiagrammen voor een muurverankering met uniforme bodemdruk

Als de muurfundering wordt belast totdat deze door afschuiving bezwijkt, het bezwijken zal niet plaatsvinden op een verticaal vlak aan de muurzijde, maar eerder onder een hoek van ongeveer 45° met de muurzijde, 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 3. De effectieve diepte wordt berekend als:

waarbij h de dikte van de voetplaat is, c is de omslag, en db is de staafdiameter.

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 equal to fy/Es).

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

b is de sectiebreedte, f’c is the specified compressive strength of concrete, fy is the specified yield strength of the reinforcement, en Es is de elasticiteitsmodulus van de staalwapening.

De schuifsterkte wordt normaal gesproken alleen berekend op basis van de bijdrage van het beton. Het gebruik van dwarskrachtwapening wordt afgeraden vanwege de hogere kosten. 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)

Where ρw is the reinforcement ratio equal to As/(b×d), λ is de modificatiefactor die de verminderde mechanische eigenschappen van lichtgewicht beton weerspiegelt, en ϕ is de afschuifreductiefactor.

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.

Stap 5: Bereken 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:

Where A1 is the loaded area, A2 is the area of the lower base of the largest frustum of a pyramid, 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 5: Detailleringscontroles

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.

Muurfunderingen zijn in wezen een subset van stripfunderingen en worden vaak door elkaar gebruikt, aangezien beide een continu beschrijven, smalle voet die lineaire belastingen ondersteunt. Echter, stripfunderingen hebben een bredere definitie en kunnen ook een lijn van dicht bij elkaar geplaatste kolommen ondersteunen, het accepteren van puntbelastingen die op een rij zijn geplaatst. Qua versteviging, beide typen zijn vergelijkbaar.

Stripfunderingen zijn nauw verwant aan gespreide fundering, aangezien beide typen ondiepe funderingen zijn die vanwege hun lage kosten vaak worden gebruikt in kleine tot middelgrote constructies. Stripfunderingen zijn doorgaans lang en rechthoekig, terwijl de voetplaten vierkant kunnen zijn, rechthoekig, of circulair. Strookfunderingen ondersteunen over het algemeen lineaire belastingen, terwijl voetplaten ondersteuning van geconcentreerde lasten. In ontwerp, alle controles die worden uitgevoerd voor strookfunderingen moeten ook worden toegepast op spreid- of kussenfunderingen, met extra controles zoals de bidirectionele schaar (ponsen) rekening.

De muurfunderingstool werkt met een try-and-error-filosofie. De gebruiker kan de invoergegevens wijzigen totdat alle controles zijn geslaagd. Normaal gesproken als er mislukkingen zijn, de oplossing omvat het vergroten van de voet of het vergroten van de wapening. In elk geval, de tool controleert ook de minimale en maximale omstandigheden die overmatige wapening helpen voorkomen. Er wordt voorgesteld om de hoogte te vergroten voor afschuiffouten, vergroot de breedte voor stabiliteitsfouten, en vergroot het wapeningsgebied voor buigfouten als de controles op de funderingshoogte en de dwarskracht in orde zijn.

• Stripfunderingen 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
• 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.

• SkyCiv snel ontwerp
• Rekenmachine met draagvermogen
• ACI 360 Plaat op rangontwerpcalculator
• Spread voetcalculator
• Berekening van het ontwerp van schroefpalen
• ALS 2870 Plaat op rangontwerpcalculator
• Laterale paalstabiliteitscalculator
• Versterkte calculator voor beton kolomontwerp

SkyCiv biedt een breed scala aan Cloud Structurele Analyse en Ontwerp Software voor ingenieurs. Als een voortdurend evoluerend technologiebedrijf, we streven ernaar bestaande workflows te innoveren en uit te dagen om engineers tijd te besparen bij hun werkprocessen en ontwerpen.