Фундамент является важным элементом конструкции для обеспечения общей устойчивости путем передачи и распределения общих нагрузок конструкции на грунт.. Неглубокие фундаменты, например, прямоугольный или квадратный изолированный фундамент, являются предпочтительным типом фундамента из-за простоты их конструкции и общей стоимости по сравнению с глубокими фундаментами.. Оценка базового давления существенно влияет на конструкцию и размеры фундамента.. типично, коэффициент полезности между допустимой несущей способностью грунта и определяющим давлением основания под фундаментом является основой исходного размера фундамента. После того, как установлены начальные размеры фундамента, дальнейшие проверки конструкции на безопасность и устойчивость, такие как односторонний и двусторонний сдвиг, способность к изгибу, и проверки длины разработки, проверяются в зависимости от того, какой дизайн-код используется.

Когда основание подвергается двухосному изгибу (M_Икс, M_{с участием}), предполагается, что осевая нагрузка (п) действует на координату эксцентриситета (е_Икс, е_{с участием}) где есть тенденция к вращению от центра. Взаимодействие между грунтом и основанием в основном зависит от размера основания и результирующего эксцентриситета приложенных нагрузок.. В зависимости от положения результирующего эксцентриситета, базовое давление вызывает полное или частичное сжатие фундамента. На практике, рекомендуется проектировать фундамент на полное сжатие. Не следует пренебрегать частичным сжатием или потерей контакта между грунтом и основанием., но большинство проектировщиков избегают этого сценария из-за его сложности расчета. Фундамент находится в полном сжатии, когда результирующий эксцентриситет находится в пределах керна или под зоной C.. Эксцентриситет за пределами зоны C приводит к частичному сжатию основания.. фигура 1 показывает различные обозначенные зоны на прямоугольной основе.

В этой статье основное внимание будет уделено расчету углового давления в соответствии с различными классификациями зон на основе Bellos. & След (2017) и С.С.. Рэя (1995) исследования.

Классификация зон прямоугольного фундамента

Классификация зон прямоугольного основания основана на многочисленных исследованиях, проведенных разными авторами для разработки практического подхода к оценке распределения давления грунта при ожидаемых условиях нагрузки.. Как показано на рисунке 1, есть пять разных регионов (Зоны А-Е) в зависимости от места результирующего эксцентриситета. Каждая зона соответствует разной нагрузке, распределение базового давления, и деформация. Зона С, также известный как керн, является основным ядром. Это идеальный регион для проектирования фундамента, приводит к полному сжатию опоры. Размеры этой области эквивалентны 1/6 соответствующей длины фундамента.

фигура 1: Классификация зон прямоугольного фундамента

 

Вторичное ядро ​​представляет собой эллиптическую область (ограничен пунктирной линией на рисунке 1) с большой и малой полуосями, равными 1/3 соответствующей длины фундамента. Эта область охватывает все зоны B & C и некоторые части зон D & Е. Вторичное ядро ​​приводит к частичному сжатию фундамента. Рекомендуется поддерживать эксцентриситет внутри вторичной зоны для приемлемой конструкции фундамента..

Эксцентриситет за пределами вторичной зоны является результатом высокой двухосной нагрузки.. Он охватывает всю зону А и оставшиеся части зон D. & Е. Рекомендуется избегать проектирования фундамента в этих регионах, так как существует риск опрокидывания.. следовательно, рекомендуется изменить размеры фундамента для этого типа нагрузки.

 

Ниже перечислены аналитические формулы для расчета угловых давлений в каждой классификации зон..

Зона С (Основное ядро, Полная зона сжатия)

Как уже упоминалось, это наиболее предпочтительный случай для проектирования фундаментов, поскольку он способен сжать все основание фундамента., как показано на рисунке 2. Этот случай представлен небольшим эксцентриситетом в пределах керна или отсутствием эксцентриситета.. фигура 2 показывает эксцентриситет внутри керна с его максимальным давлением на углах P3 & P4 и минимальное давление на углах P1 & P2.

фигура 2: Эксцентриситет (-е_Икс, -е_{с участием}) в зоне С & полная площадь сжатия

Максимум & минимальное угловое давление (красивый & След, 2017):

 

 

Угловые давления на основе эксцентриситета
	п1	п2	п3	п4
+еИкс, +ес участием	пМаксимум	пМаксимум	пмин	пмин
+еИкс, -ес участием	пМаксимум	пМаксимум	пмин	пмин
-еИкс, -ес участием	пмин	пмин	пМаксимум	пМаксимум
-еИкс, +ес участием	пмин	пмин	пМаксимум	пМаксимум

Зона А (Треугольная зона сжатия)

Этот случай соответствует четырем прямоугольным областям в каждом углу фундамента.. Обычно это происходит при большом двухосном эксцентриситете., наложение высокой треугольной сжимающей области в одном из углов, как показано заштрихованной областью на рисунке 3. Остальные углы теряют контакт с почвой. следовательно, этот случай не рекомендуется для дизайна.

фигура 3: Эксцентриситет (-е_Икс, -е_{с участием}) в зоне А & треугольная область сжатия вокруг P3

 

Максимальное давление (красивый & След, 2017):

 

 

Угловые давления на основе эксцентриситета
	п1	п2	п3	п4
еИкс(+), ес участием(+)	пМаксимум	0	0	0
еИкс(+), ес участием(-)	0	пМаксимум	0	0
еИкс(-), ес участием(-)	0	0	пМаксимум	0
еИкс(-), ес участием(+)	0	0	0	пМаксимум

Зона D (Трапециевидная зона сжатия)

Зона D также соответствует большим эксцентриситетам в областях, прикрепленных в направлении x к фундаменту., как показано на рисунке 4. Эксцентриситет в направлении z (е_{с участием}) намного больше, чем в направлении х (е_Икс). В таком случае, два угла фундамента теряют контакт с грунтом и создают трапециевидную зону сжатия. По сравнению с зоной А, который находится полностью за пределами вторичной зоны, часть зоны D все еще покрыта вторичной зоной.

 

фигура 4: Эксцентриситет (-е_Икс, -е_{с участием}) в зоне D & трапециевидная область сжатия вокруг P3

 

Максимум & минимальное угловое давление (красивый & След, 2017):

 

 

 

Вертикальные высоты трапециевидной области сжатия (красивый & След, 2017):

 

 

 

 

Угловые давления на основе эксцентриситета
	п1	п2	п3	п4
еИкс(+), ес участием(+)	пМаксимум	0	0	пмин
еИкс(+), ес участием(-)	0	пМаксимум	пмин	0
еИкс(-), ес участием(-)	0	пмин	пМаксимум	0
еИкс(-), ес участием(+)	пмин	0	0	пМаксимум

 

Зона Е (Трапециевидная зона сжатия)

Аналогично зоне D, в этом случае также создается трапециевидная область сжатия, но это вызвано большим эксцентриситетом в направлении x.(е_Икс).

фигура 5: Эксцентриситет (-е_Икс, -е_{с участием}) в зоне Е & трапециевидная область сжатия вокруг P3

 

Максимум & минимальное угловое давление (красивый & След, 2017):

 

 

 

Горизонтальные основания трапециевидной области сжатия (красивый & След, 2017):

 

 

 

 

Угловые давления на основе эксцентриситета
	п1	п2	п3	п4
еИкс(+), ес участием(+)	пМаксимум	пмин	0	0
еИкс(+), ес участием(-)	пмин	пМаксимум	0	0
еИкс(-), ес участием(-)	0	0	пМаксимум	пмин
еИкс(-), ес участием(+)	0	0	пмин	пМаксимум

Зона Б (Пятиугольная зона сжатия)

Этот случай возникает, когда приложенные к фундаменту нагрузки создают умеренный эксцентриситет во вторичной зоне.. Области, охватываемые зоной B, ограничены двумя изогнутыми сторонами и одним плоским основанием вокруг внешней части зоны C.. В таком случае, образуется пятиугольная область сжатия, и только угол опоры теряет контакт с грунтом. тем не мение, приведенные ниже решения немного сложны и требуют численных методов решения угловых давлений и x & y точки пересечения области сжатия.

Угловые давления (красивый & След, 2017):

 

 

 

Пятиугольные стороны области сжатия (красивый & След, 2017):

 

 

 

 

 

Угловые давления на основе эксцентриситета
	п1	п2	п3	п4
еИкс(+), ес участием(+)	пМаксимум	пQ	0	пп
еИкс(+), ес участием(-)	пп	пМаксимум	пQ	0
еИкс(-), ес участием(-)	0	пп	пМаксимум	пQ
еИкс(-), ес участием(+)	пQ	0	пп	пМаксимум

 

альтернативно, более прямое решение S.S.. Рэй (1995) может использоваться для угловых давлений и точек пересечения пятиугольной зоны сжатия. Уравнения приведены ниже:

Угловые давления (SS. Рэй, 1995):

 

 

 

 

Пятиугольные стороны области сжатия (SS. Рэй, 1995):

 

 

---

SkyCiv-х Модуль проектирования фундамента способен решить базовые давления прямоугольного бетонного основания. Дополнительные проверки конструкции в соответствии с различными кодами конструкции (ACI 318-14, Австралийский стандарт 2009 & 2018, Еврокод, и канадские стандарты) также доступны.

Последнее обновление

Последняя версия базового модуля теперь интегрирована с анализом методом конечных элементов. (UGLY), который предлагает более мощный анализ давления на почву и вводит анализ деревянного армирования, который можно использовать для гораздо более детальной проверки на изгиб.. Результаты FEA для давления грунта и моментов деревянного оружия можно просмотреть в 3D и добавить в отчеты..

 

Хотите попробовать программное обеспечение SkyCiv Foundation Design? Наш бесплатный инструмент позволяет пользователям выполнять расчеты бетонного фундамента без скачивания и установки!

Бесплатный калькулятор бетонных оснований

Ссылки:

• красивый, Дж., След, N. (2017). Полное аналитическое решение для линейного распределения давления на грунт под жестким прямоугольным фундаментом.
• также применим для расчета несущей способности свай в глине, К × тангенс δ. (2007). также применим для расчета несущей способности свай в глине (7й выпуск). К × тангенс δ
• Рават, С., эт. все. (2020). Изолированные прямоугольные фундаменты при двухосном изгибе: Методология критической оценки и упрощенного анализа.
• Рэй, SS. (1995). Железобетон. Блэквелл Наука