Анкеровка рабочей арматуры подошвы столбчатого фундамента согласно СП 63.13330.2012 и СП 63.13330.2018

«В работе конструктора неотъемлемую роль играет множество, казалось бы, незначительных по важности расчетов, которые выполняются навскидку или по устаревшим нормам» [1]. Одним из таких расчетов является проверка обеспеченности анкеровки рабочей арматуры подошвы столбчатого фундамента.

В данной статье проведен анализ условий обеспеченности анкеровки арматуры подошвы столбчатого фундамента, изложенных в [2, п.3.28; 3, п.4.17], и их адаптация к положениям действующего СП 63.13330.2018 [4] (положения СП 63.13330.2012 [5] для рассматриваемого вопроса полностью идентичны, поэтому в дальнейшем изложении опускаются).

Ключевые слова: актуализация норм, оптимальное проектирование, железобетон, фундамент мелкого заложения, ФМЗ, столбчатый фундамент, армирование подошвы, анкеровка арматуры.

Обзор существующих указаний по обеспечению анкеровки

В настоящее время существует два источника, содержащих указания по обеспечению анкеровки арматуры подошвы столбчатых фундаментов: руководство 1978 года [2, п.3.28] и пособие 1989 года [3, п.4.17]. Согласно указаниям обоих источников, «анкеровка продольных рабочих стержней считается обеспеченной, если в пределах участка нижней ступени, на котором прочность сечений обеспечивается бетоном — l _б , расположен хотя бы один поперечный стержень сварной сетки или соблюдается условие l _б > l _an » [2, п.3.28]. Здесь l _an — требуемая длина анкеровки рассматриваемого стержня.

Иллюстрация к условиям обеспечения анкеровки стержней подошвы, принятым в [2, 3], приведена на рис. 1.

Рис. 1 К проверке анкеровки рабочей арматуры фундамента [2, рис. 52]

Условные обозначения к рис. 1, согласно [2]:

2 — продольные (рабочие) стержни сварных сеток;

3 — поперечные (монтажные) стержни сварных сеток;

d и d ₁ — соответственно диаметры продольных и поперечных стержней сеток;

h ₁ — высота нижней ступени фундамента.

В руководстве [2] приведен график для определения длины участка l _б (показан на рис. 2).

Рис. 2 График для определения длины участка l _б , на которой прочность наклонных сечений обеспечивается бетоном нижней ступени фундамента [2, рис. 53]

Условные обозначения к рис. 2, согласно [2]:

R _р — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;

h ₁ — высота нижней ступени фундамента.

Аналитическая формула для определения длины участка l _б , приведена в п. 4.17 [3], и представляет следующую зависимость:

(1)

где h ₁ — высота нижней ступени фундамента;

р _max — максимальное краевое давление на грунт;

R _bt — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.

Далее проанализируем, каким образом определяются в [2, 3] обе части условия обеспечения анкеровки «l _б > l _an » [1, ф. 16].

Анализ определения длины участка l _б

«Для обеспечения прочности наклонных сечений на действие изгибающего момента в элементах постоянной высоты продольные растянутые стержни, обрываемые в пролете, должны заводиться за точку теоретического обрыва (т. е. за нормальное сечение, в котором эти стержни перестают требоваться по расчету)» [6, п.3.40]. Таким образом, длина участка l _б , определяется из расчета прочности бетонного сечения на действие изгибающего момента, по известной формуле:

где М — момент, действующий в рассматриваемом сечении элемента, определяется по отпору от максимального давления на грунт p _max , из расчета нижней ступени фундамента (см. рис. 1) как консольной балки ;

W — момент сопротивления поперечного сечения элемента.

При этом, в нормативных документах [6] и [7], лежащих в основе руководства [2] и пособия [3] соответственно, момент сопротивления бетонного сечения определяется по формуле:

[6, ф. 29], [7, ф. 24].

В то же время, в актуальных нормах [4] момент сопротивления бетонного сечения определяется по формуле:

[4, ф. 7.10].

Таким образом, момент сопротивления сечения, определенный по [4] более чем в 1,7 раз меньше момента, определенного по [2, 3]. Следовательно, длина участка l _б , вычисленная по [2, п.3.28; 3, п.4.17] противоречит действующим нормам.

Сравнение требуемых длин анкеровки арматурных стержней, определяемых по [5] и [7] проведено в работе [1], и показывает, что требуемая величина анкеровки, определенная по [7] может быть до 2 раз меньше требуемой по действующим нормам.

Анализ условия обеспечения анкеровки по [2, 3]

В целом, следует отметить, что при изначальной постановке условия вида l _б > l _an в [2, 3], исключается учет влияния величины защитного слоя бетона до торца арматуры подошвы a _Т . При этом, защитный слой, очевидно, уменьшает возможность «прямой анкеровки» арматуры подошвы.

Итоги анализа существующих указаний по обеспечению анкеровки

Как видно из проведенного анализа, проверка анкеровки арматуры подошвы по существующим указаниям [2, 3] противоречит требованиям действующих норм [4]. Таким образом, требуется актуализации методики проверки обеспеченности анкеровки.

Актуализация методики проверки анкеровки арматуры подошвы в соответствии с [4]

На основе указаний [2, п.3.28; 3, п.4.17] и их анализа, принимаем следующее условие обеспеченности анкеровки арматуры подошвы:

(3)

где l _б, l _an — те же, что и ранее,

С учетом [4, ф. 7.10], зависимость длины участка, на котором прочность сечений обеспечивается бетоном l _б [3, ф. 115] принимает вид:

(4)

где l _б , h ₁ , R _bt , и p _max — те же, что и ранее.

По аналогии с [2, рис. 53] получаем график для определения длины участка l _б , для удобства откладывая R _bt /p _max по оси абсцисс, а l _б — по оси ординат (см. рис. 3).

Рис. 3 График для определения длины участка l _б в соответствии с [4]

Выводы

1. Проведен обзор и анализ существующих указаний [2, 3] по обеспечению анкеровки рабочей арматуры подошвы столбчатых фундаментов.
2. Предложена актуализированная по [4] методика проверки обеспеченности анкеровки рабочей арматуры подошвы фундамента, представлены аналитическая и графическая зависимость для определения l _б .

Литература:

2. Руководство по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения). — М.: Стройиздат, 1978. — 175с.

3. Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01–84 и СНиП 2.02.01–83), М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989 год.

4. СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. СНиП 52–01–2003 (с Изменением № 1)

5. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52–01–2003 (с Изменениями № 1, 2, 3)

6. СНиП II-21–75 «Бетонные и железобетонные конструкции» — М.: Стройиздат, 1976. — 89с.

7. СНиП 2.03.01–84* Бетонные и железобетонные конструкции. — М.: Стройиздат, 1989. — 82с.