Проектирование фундаментов можно условно разделить на две части: геотехническое проектирование и проектирование железобетонных конструкций. Геотехническое проектирование направлено на взаимодействие между подошвой фундамента и несущим грунтом. Оно включает проверку несущей способности грунта, а также проверки на подъем, опрокидывание и скольжение с использованием расчета по допустимым напряжениям (ASD). Проектирование железобетонных конструкций включает расчет на изгиб, продавливание, поперечную силу (односторонний срез) и конструирование армирования в соответствии с расчетом по прочности (LRFD).
Моделирование отдельного фундамента
Перед тем, как задать фундамент, колонне должна быть назначена узловая опора. В раскрывающемся меню доступно несколько типов фундаментов (Рисунок 2). Для стандарта ACI в настоящее время поддерживается только отдельный фундамент. Остальные типы фундаментов будут доступны в будущих версиях. Размеры подошвы, защитный слой бетона и армирование задаются на последующих вкладках.
На вкладке Армирование плиты задаются диаметр и шаг арматурных стержней. Результирующее количество арматурных стержней отображается на схеме армирования (Рисунок 2).
На вкладке Свойства грунта задаются уровень грунтовых вод и грунтовая засыпка (Рисунок 3). Доступные грунтовые материалы служат в первую очередь шаблонами, позволяя при необходимости изменять такие свойства, как удельный вес и угол внутреннего трения.
На вкладке Геотехнические настройки можно задать допустимое давление на грунт (брутто) и коэффициент трения (Рисунок 4).
Пример
Пример фундамента №4 из Руководства по проектированию бетонных конструкций ACI [3] используется для проверки результатов, полученных в модели RFEM. В примере рассматривается прямоугольный отдельный фундамент размерами 5,5 фута × 10,0 футов × 2,833 фута, поддерживающий квадратную колонну сечением 18 дюймов. Низ подошвы фундамента находится на 4 фута ниже отметки планировки, в результате чего высота грунтовой засыпки составляет: 4,0 фута − 2,833 фута = 1,167 фута Возможность учета грунтовой засыпки доступна на вкладке Загружения (Рисунок 5), а высота грунтовой засыпки вводится на вкладке Свойства грунта (Рисунок 3).
В этом примере рассматривается только определяющее сочетание нагрузок D + L + W с использованием заданного нетто допустимого давления на грунт 8000 psf. В RFEM задается допустимое давление на грунт брутто, поскольку это более распространено в современных геотехнических отчетах. Приложенные нагрузки, свойства материалов и схема армирования показаны на Рисунке 6.
Для геотехнического расчета в примере ACI предполагается повышенное допустимое давление на грунт при использовании сочетания нагрузок D + L + 0,6W, где временные и ветровые нагрузки не уменьшаются коэффициентом 0,75, обычно применяемым к сочетаниям нагрузок ASD. Чтобы соответствовать примеру ACI, в RFEM создается пользовательское сочетание нагрузок.
Результаты
После выполнения расчета по аддону Железобетонные фундаменты, результаты отображаются в таблице Расчетные соотношения на узлы. Проверки минимального армирования на изгиб представлены в таблице Армирование фундамента, а на вкладке Непокрытое армирование по узлам приведены сводные данные по местам с недостаточным армированием (Рисунок 7).
Детали проверки расчета включают определяющие уравнения и ссылки на соответствующие положения ACI 318 (Рисунок 8).
Результаты из Руководства по проектированию бетонных конструкций ACI и RFEM сведены в таблицу, показанную на Рисунке 9.
Заключение
Аддон Железобетонные фундаменты позволяет выполнять проектирование прямоугольных отдельно стоящих фундаментов в соответствии с ACI 318 и IBC в RFEM 6. Проверочный пример демонстрирует хорошее совпадение результатов RFEM и Руководства по проектированию бетонных конструкций ACI, подтверждая точность реализованных процедур геотехнического расчета и расчета железобетонных конструкций. Благодаря встроенным проверкам несущей способности основания, устойчивости, изгиба и среза, аддон обеспечивает эффективный рабочий процесс для проектирования отдельно стоящих фундаментов, в то время как дополнительные функции, такие как расчет длины анкеровки и проектирование выпусков арматуры, запланированы к реализации в будущих версиях. Вместе с возможностями проектирования стержневых элементов и опорных плит, RFEM 6 предоставляет полный рабочий процесс для проектирования всего сооружения в рамках единой модели.
