Projektowanie fundamentów można ogólnie podzielić na dwie części: projektowanie geotechniczne i projektowanie żelbetowe. Projektowanie geotechniczne koncentruje się na interakcji między stopą fundamentową a gruntem nośnym. Obejmuje sprawdzenie nośności podłoża gruntowego oraz sprawdzenia stateczności na wypór, obrót i przesuw przy użyciu metody stanów granicznych użytkowalności (ASD). Projektowanie żelbetowe obejmuje wymiarowanie na zginanie, ścinanie jednokierunkowe, ścinanie dwukierunkowe (przebicie) oraz szczegóły zbrojenia zgodnie z metodą stanów granicznych nośności (LRFD).
Modelowanie stopy fundamentowej
Przed zdefiniowaniem fundamentu należy najpierw przypisać podporę węzłową do słupa. W menu rozwijanym dostępnych jest kilka typów fundamentów (Rysunek 2). Dla normy ACI obecnie obsługiwana jest tylko stopa fundamentowa. Pozostałe typy fundamentów będą dostępne w przyszłych wydaniach. W kolejnych zakładkach określa się wymiary stopy, otulinę betonową i zbrojenie.
W zakładce Zbrojenie płyty definiuje się średnicę i rozstaw prętów zbrojeniowych. Wynikowa liczba prętów zbrojeniowych jest wyświetlana w układzie zbrojenia (Rysunek 2).
W zakładce Właściwości gruntu określa się poziom wody gruntowej i zasypkę gruntową (Rysunek 3). Dostępne materiały gruntowe służą przede wszystkim jako szablony, umożliwiając modyfikację właściwości, takich jak ciężar objętościowy i kąt tarcia wewnętrznego, w razie potrzeby.
W zakładce Konfiguracje geotechniczne można określić całkowite dopuszczalne naprężenie podłoża gruntowego oraz współczynnik tarcia (Rysunek 4).
Przykład
Przykład fundamentu nr 4 z Podręcznika projektowania betonu ACI [3] służy do weryfikacji wyników uzyskanych z modelu RFEM. Przykład dotyczy prostokątnej stopy fundamentowej o wymiarach 5,5 stopy × 10,0 stóp × 2,833 stopy podtrzymującej 18-calowy słup kwadratowy. Spód stopy fundamentowej znajduje się 4 stopy poniżej poziomu wykończeniowego terenu, co skutkuje wysokością zasypki gruntowej wynoszącą: 4,0 stopy − 2,833 stopy = 1,167 stopy Opcja uwzględnienia zasypki gruntowej jest dostępna w zakładce Przypadki obciążeń (Rysunek 5), natomiast wysokość zasypki gruntowej wprowadza się w zakładce Właściwości gruntu (Rysunek 3).
Ten przykład koncentruje się wyłącznie na miarodajnej kombinacji obciążeń D + L + W z wykorzystaniem podanego netto dopuszczalnego naprężenia podłoża gruntowego wynoszącego 8 000 psf. W programie RFEM określa się całkowite dopuszczalne naprężenie podłoża gruntowego, ponieważ jest to bardziej powszechne w aktualnych raportach geotechnicznych. Przyłożone obciążenia, właściwości materiałowe i układ zbrojenia pokazano na Rysunku 6.
W przypadku projektowania geotechnicznego, w przykładzie ACI zakłada się zwiększone dopuszczalne naprężenie podłoża przy użyciu kombinacji obciążeń D + L + 0.6W, gdzie obciążenia użytkowe i wiatrowe nie są redukowane przez współczynnik 0,75 typowo stosowany do kombinacji obciążeń ASD. Aby dopasować się do przykładu ACI, w programie RFEM tworzy się zatem zdefiniowaną przez użytkownika kombinację obciążeń.
Wyniki
Po uruchomieniu obliczeń Fundamentów betonowych wyniki są wyświetlane w tabeli Stopnie wytężenia na węzłach. Sprawdzenia minimalnego zbrojenia na zginanie przedstawiono w tabeli Zbrojenie na fundamencie, natomiast zakładka Niepokryte zbrojenie według węzłów podsumowuje wszystkie miejsca z niewystarczającym zbrojeniem (Rysunek 7).
Szczegóły sprawdzenia obliczeniowego zawierają równania rządzące i odniesienia do odpowiednich przepisów ACI 318 (Rysunek 8).
Wyniki z Podręcznika projektowania betonu ACI i RFEM podsumowano w tabeli pokazanej na Rysunku 9.
Wniosek
Dodatek Fundamenty betonowe umożliwia projektowanie prostokątnych stóp fundamentowych zgodnie z ACI 318 i IBC w programie RFEM 6. Przykład weryfikacyjny wykazuje dużą zgodność między wynikami RFEM a Podręcznikiem projektowania betonu ACI, potwierdzając dokładność zaimplementowanych procedur projektowania geotechnicznego i żelbetowego. Dzięki zintegrowanym sprawdzeniom nośności podłoża, stateczności, zginania i ścinania, dodatek zapewnia efektywny przepływ pracy przy projektowaniu pojedynczych stóp fundamentowych, podczas gdy dodatkowe funkcje, takie jak długość zakotwienia i projektowanie prętów startowych, są planowane w przyszłych wydaniach. Wraz z możliwościami projektowania prętów i blach podstawy, RFEM 6 zapewnia kompletny przepływ pracy do projektowania całej konstrukcji w jednym modelu.
