Пошаговое руководство по проектированию изолированного фундамента с помощью ACI 318-14

Пошаговое выполнение расчетов для проектирования изолированного фундамента (Аси 318-14)

Фундамент является важной строительной системой, которая передает силы колонн и стен на поддерживающий грунт.. Инженер может выбрать неглубокую или глубокую систему фундамента в зависимости от характеристик почвы и нагрузок на здание..

Модуль дизайна SkyCiv Foundation включает анализ и проектирование изолированного фундамента в соответствии с американским стандартом ACI318-14..

 

Хотите попробовать программное обеспечение SkyCiv Foundation Design? Наш инструмент позволяет пользователям выполнять расчеты проектирования фундамента без загрузки и установки.!

Калькулятор проектирования фундамента

 

Пошаговое руководство по проектированию изолированного фундамента

Требования к размерам

Определить размеры изолированного фундамента, служебные или нефакторные грузы, такие как мертвые (D), Жить (L), ветер (W), сейсмический (Е), и т.д. будут применяться с использованием комбинаций нагрузок, как определено ACI 318-14. Какое бы сочетание нагрузок ни использовалось, оно будет считаться расчетной нагрузкой., и сравнивается с допустимым давлением почвы, как показано в уравнении 1, как рекомендовано в Раздел 13.2.6 ACI 318-14.

\( д_{а } = frac{П_{N}}{А} \) (уравнение. 1)

Q_а = Допустимое давление на почву
п_N = Неучтенная расчетная нагрузка
A = Площадь фундамента

 

Размеры фундамента можно первоначально оценить, решив площадь фундамента. (А) используя уравнение 1.

\( A = \frac{П_{N}}{д_{а }} \) (уравнение. 1а )

 

Односторонний сдвиг

Предельное состояние одностороннего сдвига, также известный как сдвиг луча, признает, что опора может разрушиться при сдвиге, подобно широкой балке, вдоль критической плоскости сдвига, расположенной на расстоянии “d” с лица колонны (фигура 1),

фигура 1. Критический плоский сдвиг одностороннего сдвига

В В одну сторону ножницы требовать или V_U рассчитывается при условии, что фундамент консольно выступает за пределы колонны, где красная область обозначена на рисунке. 1, следующий Раздел 8.5.3.1.1.

В Емкость одностороннего сдвига или φV_с определяется как предельная прочность на сдвиг и рассчитывается по уравнению 2 в Раздел 22.5.5.1.

\( \фи V_{с} = phi_{\текст{сдвиг}} \раз 2 \лямбда sqrt{f'_{с}} \раз б_{вес} \раз d \) уравнение 2 (Раздел 22.5.5.1, имперский)

или

\( \фи V_{с} = phi_{\текст{сдвиг}} \раз 0.17 \лямбда sqrt{f'_{с}} \раз б_{вес} \раз d \) уравнение 2 (Раздел 22.5.5.1, метрический)

φ_сдвиг = расчетный коэффициент сдвига
е’_с = Заданная прочность бетона, (фунтов на квадратный дюйм, МПа)
б_вес = Ширина фундамента, (в, мм)
d = Расстояние от волокна максимального сжатия до центра тяжести арматуры продольного растяжения., (в, мм)

Требования к сдвигу и допустимая нагрузка на сдвиг должны соответствовать следующему уравнению, чтобы соответствовать проектным требованиям ACI 318-14:

\( V_{U} \leq \phi V_{с} \) уравнение. 3 (ACI Eq. 7.5.1.1(б))

 

Модуль проектирования SkyCiv Foundation, в соответствии с уравнением 3, рассчитывает коэффициент полезности одностороннего сдвига (Уравнение 4) взяв требование сдвига над сдвигающей способностью.

\( \текст{Коэффициент полезности} = frac{\текст{Спрос на сдвиг}}{\текст{Емкость сдвига}} \) уравнение. 4

Двусторонний сдвиг

Предельное состояние двустороннего сдвига, также известный как штамповочный сдвиг, расширяет свое критическое сечение на расстояние “д/2” от лица колонны и по периметру колонны (фигура 2).

фигура 2. Критическая плоскость сдвига двухстороннего сдвига

В Два путиуслышать требование или V_U происходит в плоскости критического сдвига, расположен на расстоянии “д/2” где (красный) заштрихованная область, показано на рисунке 2, следующий Раздел 22.6.4.

В Емкость сдвига или φV_с определяется наименьшим значением, рассчитанным с использованием уравнений 5, 6, и 7 в Раздел 22.6.5.2

\( \фи V_{с} = phi_{\текст{сдвиг}} \раз 4 \раз лямбда раз sqrt{f'_{с}} \) уравнение. 5 (Раздел 22.6.5.2(а ), имперский)

\( \фи V_{с} = phi_{\текст{сдвиг}} \раз осталось( 2 + \гидроразрыва{4}{\бета} \право) \раз лямбда раз sqrt{f'_{с}} \) уравнение. 6 (Раздел 22.6.5.2(б), имперский)

\( \фи V_{с} = phi_{\текст{сдвиг}} \раз осталось( 2 + \гидроразрыва{\альфа_{s} \раз d}{б_{О}} \право) \раз лямбда раз sqrt{f'_{с}} \) уравнение. 7 (Раздел 22.6.5.2(с), имперский)

или

\( \фи V_{с} = phi_{\текст{сдвиг}} \раз 0.33 \раз лямбда раз sqrt{f'_{с}} \) уравнение. 5 (Раздел 22.6.5.2(а ), метрический)

\( \фи V_{с} = phi_{\текст{сдвиг}} \раз 0.17 \раз осталось( 1 + \гидроразрыва{2}{\бета} \право) \раз лямбда раз sqrt{f'_{с}} \) уравнение. 6 (Раздел 22.6.5.2(б), метрический)

\( \фи V_{с} = phi_{\текст{сдвиг}} \раз 0.083 \раз осталось( 2 + \гидроразрыва{\альфа_{s} \раз d}{б_{О}} \право) \раз лямбда раз sqrt{f'_{с}} \) уравнение. 7 (Раздел 22.6.5.2(с), метрический)

Заметка: β - отношение длинной стороны колонны к короткой стороне., сосредоточенная нагрузка, или область реакции и α_s дан кем-то 22.6.5.3

λ = коэффициент модификации, отражающий пониженные механические свойства легкого бетона по сравнению с обычным бетоном той же прочности на сжатие.
е’_с = Заданная прочность бетона на сжатие (фунтов на квадратный дюйм, МПа)
d = Расстояние от волокна максимального сжатия до центра тяжести арматуры продольного растяжения., (в, мм)

 

Требования к сдвигу и допустимая нагрузка на сдвиг должны соответствовать следующему уравнению, чтобы соответствовать проектным требованиям ACI 318-14:

\( V_{U} \leq \phi V_{с} \) уравнение. 8 (Раздел 7.5.1.1(б))

 

Модуль проектирования SkyCiv Foundation, в соответствии с уравнением 8, рассчитывает двусторонний сдвиг. Коэффициент полезности (Уравнение 9) взяв требование сдвига над сдвигающей способностью.

\( \текст{Коэффициент полезности} = frac{\текст{Спрос на сдвиг}}{\текст{Емкость сдвига}} \) Уравнение 9

прогиб

фигура 3. Критическая секция изгиба

В гибкий предельное состояние возникает при секция критического изгиба, расположен в торце колонны наверху фундамента (фигура 3).

В Гибкий спрос или M_U находится в секции критического изгиба (область синей штриховки) показано на рисунке 3, и рассчитывается по формуле 10.

\( M_{U} = д_{U} \раз осталось( \гидроразрыва{l_{Икс}}{2} – \гидроразрыва{c_{Икс}}{2} \право) \раз l_{с участием} \раз осталось( \гидроразрыва{\гидроразрыва{l_{Икс}}{2} – \гидроразрыва{c_{Икс}}{2}}{2} \право) \) уравнение. 10

Q_U = фактор давления почвы, (КСБ, кПа)
L_Икс = размер фундамента по оси X (в, мм)
L_{с участием} = размер фундамента вдоль оси Z (в, мм)
с_Икс = размер столбца по оси X (в, мм)

В Изгибная способность или ϕМN рассчитывается по формуле 11.

\( \фильм_{N} = phi_{\текст{прогиб}} \раз A_{s} \раз f_{и} \раз осталось( d – \гидроразрыва{а }{2} \право) \) уравнение. 11

ϕ = расчетный коэффициент изгиба
L_Икс = размер фундамента параллельно оси x (в , мм)
L_{с участием} = размер фундамента параллельно оси z (в , мм)
d = расстояние от волокна экстремального сжатия до центра тяжести арматуры продольного растяжения (в , мм)
А_s = площадь армирования (в² , мм²)
a = глубина эквивалентного прямоугольного напряженного блока (в , мм)
fy = прочность арматуры, (KSI, МПа)

 

Дополнительные проверки

Другие проверки, не упомянутые в коде, включая проверку давления грунта, поднять, и другие проверки стабильности также проверены.

Давление почвы

Определение давления основания или взаимодействия между грунтом и основанием в первую очередь зависит от размеров основания и результирующего эксцентриситета приложенных нагрузок.. В зависимости от положения этого результирующего эксцентриситета, базовое давление может вызвать полное или частичное сжатие основания. Эта оценка позволяет нам подтвердить, может ли подстилающий грунт выдержать все нагрузки, передаваемые от основания..

Подробное руководство по расчету давления на почву вручную, пожалуйста, перейдите по этой ссылке: Распределение давления под прямоугольным бетонным основанием

Коэффициент полезности оценивается путем сравнения максимального давления на почву (исправное состояние) с допустимой общей несущей способностью грунта:

 

\( \текст{Коэффициент полезности} = frac{\текст{Максимум. Давление почвы}}{\текст{Общая допустимая несущая способность грунта}} \) уравнение. 14

Ниже приведены различные способы определения коэффициентов давления грунта для расчета удельного сопротивления трения свай в песке.

Проверяет определяющую осевую нагрузку, действующую на основание.. Суммирует все вертикальные нагрузки, включая нагрузку пользователя и собственный вес колонны., опорная плита, земля, и выталкивающая сила. Если колонна испытывает направленную вверх силу, указанные собственные веса должны уравновешивать направленную вверх силу.; иначе, проект рискует выйти из строя из-за нестабильности.

опрокидывание

Опрокидывание опоры проверяют суммированием всех моментов относительно точки опоры, включая все действующие на нее силы.. Необходимо учитывать все комбинации нагрузок, пригодных для эксплуатации, для проверки определяющего опрокидывающего момента.. Обычно, фактор безопасности 1.5-2 используется для оценки того, проходит ли опора проверку на опрокидывание.

Раздвижные

Чтобы проверить скольжение, сумма горизонтальных сопротивляющихся нагрузок, направленных вправо, делится на сумму нагрузок, направленных влево..

• Выдерживающие нагрузки:
  • Горизонтальная сила, возникающая из-за трения между основанием фундамента и грунтом основания.
  • Пассивное давление на почву (если включены)
• Скользящие грузы:
  • Горизонтальная составляющая активного давления грунта
  • Горизонтальная составляющая результирующего давления наддува

В общем-то, минимальный запас прочности 1.5 используется. Если на основание не действует горизонтальная сила, проверка на скольжение не требуется.

Модуль проектирования SkyCiv Foundation

Модуль проектирования фундамента SkyCiv интегрирован с анализом методом конечных элементов. (UGLY), обеспечение более точного анализа давления грунта и внедрение анализа Вуда-Армера для детальной проверки конструкции на изгиб.

Диаграммы сдвига и момента также создаются непосредственно на основе результатов FEA с использованием метода усреднения полосы., обеспечивая более четкое представление о внутренних силах по всему основанию.

Модуль поддерживает расширенные конфигурации фундаментов., включая смещения колонн в любом направлении как для изолированных, так и для комбинированных фундаментов. Нагрузки и моменты также могут быть приложены в любом направлении., позволяющий точно моделировать реальные условия фундамента.

Не пользователь SkyCiv? Подпишитесь на бесплатной 14 Дневная пробная версия для начала!

Ссылки

1. Требования Строительных норм для конструкционного бетона (Аси 318-14) Комментарий к требованиям Строительных норм для конструкционного бетона (ACI 318R-14). Американский институт бетона, 2014.
2. McCormac, Джек С., и Рассел Х. коричневый. Проектирование ЖБИ ACI 318-11 Кодовое издание. Wiley, 2014.
3. Тейлор, Андрей, и другие. Справочник по проектированию железобетона: спутник ACI-318-14. Американский институт бетона, 2015.