تصميم الاسس

 تصميم الاسس Foundation Design

الأساس هو الجزء السفلي من المنشأ الذي ينقل أحمال المنشأ كلها إلى التربة التي اسفله ، و تسلط التربة قوة رد فعل موزعة على السطح السفلي للاساس (مشابه للقوى المسلطة على السقف بالمقلوب).

 


تحديد نوع الاساس

تقسم الى نوعين اساسيين هما:


1) الاسس العميقة كالركائز Pile 

2) الاسس السطحية Shallow Foundation

- الاساس الجداري الشريطي Wall Footing 

- الاساس الحصيري رفت او اللبشة Raft Foundation 

- القاعدة المنفصلة (الاساس المنفرد) Isolated Footing ويستخدم هذا النوع من الأساسات أسفل الأعمدة في المباني الهيكلية وذلك عندما تكون الأعمدة متباعدة عن بعضها .

 

سابقا كان يستخدم في بناء المنازل في العراق الاساس الجداري الشريطي Wall Footing  وفي السنوات الاخير بدأ انتشار استخدام الاساس الحصيري رفت Raft Foundation

 

يتم تحديد  نوع الاساس المطلوب وفق التصميم الانشائي التحليلي لقابلية تحمل التربة  bearing capacity و تقرير تحريات التربة وطبيعة الاحمال للمنشأ هي الحاكمة بالاضافة الى حجم الاساس و بصورة عامة يمكن تحديد نوع الاساس  بنسبة مساحة الاساس الى مساحة المنشأ وتحسب مساحة الاساس وفق قانون الاجهاد كما مبين ادناه:

 

مساحة الاساس (النسبة)  = وزن المنشأ / قابلية تحمل التربة

 

- النسبة اقل من 0.5 الى 0.67 اي مساحة الاساس اصغر من نصف مساحة المنشأ نستخدم الاساس منفرد (تحت قواعد الاعمدة) او شريطي (تحت الجدران الحاملة)


- النسبة اكبر من 0.5 الى 0.67 و اقل من 1 اي مساحة الاساس اكبر من نصف مساحة المنشأ نستخدم الاساس حصيري
Raft

 

- النسبة اكبر من 1 اي مساحة الاساس اكبر من مساحة المنشأ نستخدم ركائز Piles

 

التصميم الانشائي اليدوي للاسس وفق الكود الامريكي 

تصميم الاساس الشريطي

حساب الاحمال Loads 

حساب الاحمال الحية Live Loads

 

حساب الاحمال الميتة Dead Loads

 

حساب الحمل التصميمي الاقصى Ultimate

ثم نحسب  الحمل الاقصى الكلي لكل متر طول (شريحة طولها واحد متر) 

 

يعتمد التصميم الانشائي للاسس على نتائج تحريات التربة (Soil Investegation) و قابلية تحمل التربة (Bearing Capacity) على عمق معين مثل 4 طن / م2 على عمق 80 سم

 

q net = 4  Ton/M2  (4000 Kg/M2 or 40 KN/M2)

 

- يجب ان يكون الاجهاد المسلط على التربة qact اقل من قابلية تحمل التربة المسموح بها qall لغرض تصميم اساس سطحي او ضحل (Shallow Foundation)

 

- اما اذا كان المنشأ يسلط اجهاد على التربة اعلى من قابلية تحملها المسموح بها ففي هذه الحالة عدنا خيارين:

1) اما نقوم بتحسين التربة بحيث الـ qact يكون اقل من qall للتربة المحسنة ونستطيع ان نصمم اساس ضحل (Shallow Foundation)

2) او ان نغير نوع الاساس و نلجأ للاساسات العميقة Piles


الابعاد 
Geometry of foundation
الذي يشمل طول الاساس (L) و عرض الاساس (B) و كذلك عمق الاساس تحت سطح التربة (Df) و في هذه المرحلة نصمم الاساس على ان لا يحدث فشل بالتربة التي تحت الاساس 

 

عمق الحفر Depth of foundation DF

لا يقل عمق حفر الاسس عن 30 سم تحت مستوى  سطح الارض Natural Ground Level (N.G.L) 0.00 لأن الاساس يجب ان يكون اعمق مستوى الشارع  حتى لا تتأثر التربة التي تحت الاساس  بالظروف الخارجية. عمق الحفر تقريبا من 0.8 الى 1.5 م في وسط العراق و من 20 الى 40 سم شمال العراق

عرض الاساس (b)

حساب ابعاد الاساس من من قانون الاجهاد الذي يساوي الحمل / المساحة ، اي ان مساحة الاساس = الحمل / قابلية تحمل التربة و يتم حساب مساحة الاساس لشريحة طولها 1 متر  فأن:

 

Area = b * 1m strip = b = (P D.L + P L.L) / qnet

 

لحساب (الاجهاد الصافي) قابلية تحمل التربة عند عمق الحفر (q net) يطرح من قابلية تحمل التربة المسموح بها (q all) وزن التربة والاساس من خلال حاصل ضرب عمق الحفر في معدل كثافة الخرسانة (KN/m3  24) و التربة مثلا بكثافة (KN/m3 16)

 

qnet = q all - DF * (γ con + γ fill) / 2

 

من المهم ان يكون عرض الأساس الجداري لا يقل عن ثلاث مرات عرض الجدار المشيد عليه  (عادة سمك الجدار 24 سم) اي ان عرض الاساس 80 سم تقريبا

 

عرض الاساس الجداري = (ضعف سمك الاساس + عرض الجدار)

 

لأن احمال الجدار تنتقل الى الاساس بزاوية 45

 

من المهم ان يكون عرض الاساس (B) اكبر من عمقه وبالجسور Beams بالعكس

 

عموما لا يقل عرض الاساس عن 80 سم

 

سمك الاساس Depth of Footing

سمك الأساس لا يقل عن سمك الجدار المشيد فوق الاساس

 

سمك الاساس = 1 الى 1.5 من سمك الجدار

 

(عادة سمك الجدار 24 سم وعليه يتم ضرب سمك الجدار في 1.25 لفرض سمك الاساس) 

 

Assume h = 24 cm * 1.25 = 30 cm 

 

حسب الكود الامريكي الفقرة (13.3.1.2) لا يقل سمك الاساس عن 150 ملم (15 سم) 

عموما لا يقل سمك الاساس عن 40 سم

سمك الاساس يحدده قوى القص Shear هل يتحمل الكونكريت ( Vc اكبر من Vu@d)

 

السمك لحساب القص = السمك الكلي – غطاء الخرسانة – نصف قطر حديد التسليح 

 

d = h - cover - dbar/2

 

   = 300 - 70 - 12/2 = 224 mm

 

حساب القص المسلط عند المقطع الحرج (Vu@d)

 

حساب   قابلية تحمل التربة القصوى (qu) التي تحقق متطلبات Shear strength اي اعلى تحمل للتربة ممكن ان تتحمله بحيث لا يحدث فشل بالقص shear failure

qu = Pu / Area

 

qu = (1.2 D.L + 1.6 L.L) / b

 

Vu@d = qu * 1 *[(b-a)/2 - d]

 

∅Vc = 0.85 * 0.17 √fc' * b * d * 10-3

 

∅Vc > Vu@d     

(If OK for assumed h ... if Not OK increase h) 

 

التصميم الانشائي Structural design of footing

تصميم وتحديد قوة الاساس كمواد يعني مقاومة الانضغاط للكونكريت f'c و قوة الشد yeild لحديد التسليح و قطر حديد التسليح و عدده و مواقعه ، اي نصمم بطريقة حتى لا يحدث فشل بالاساس كمواد (وليس كتربة تحت الاساس).

 

 

 

حساب حديد التسليح Reinforcement

ان تسليح الاساس الشريطي يكون مثل تسليح السقف (One way slab) حيث يكون حديد التسليح الرئيسي (Main) بالاتجاه القصير (العرضي / الاترية) والحديد الثانوي لمقاومة الاجهادات الحرارة (shrinkage and temperature) بالاتجاه الطويل (الطولي)

 

التسليح (الرئيسي Main) العرضي (الاترية)

التسليح (الرئيسي) العرضي الاترية  يستخدم للمقاومة العزوم (Bending Moment) المتولدة نتيجة ضغط التربة على الاساس كرد فعل للاحمال المسلطة عليه من قبل الجدران ، مثل تصميم سقف و عتبة ناتئة (Cantilever One way slab) لكن بالمقلوب (رد فعل تسلط التربة قوة رد فعل موزعة على السطح السفلي للاساس ) 

 

ان التسليح العرضي ينشر في الاسفل لكن من الناحية العملية ينفذ على شكل اطواق (اترية) ويستفاد منه لربط الحديد الثانوي بالاتجاه الطولي الذي ينشر عمليا بالاعلى نفس الحديد الاسفل لمقاومة العزوم المتولدة نتيجة احتمال حدوث تكهفات داخل التربة التي يستند عليها الاساس

 

عزم الانحناء Bending Moment

 

Mu = W L2 / 2

 

حسب الكود الامريكي الجدول (13.2.7.1) الخاص بـ Location of critical section for Mu للجدران المبني (Masonry wall) لحساب (L) فأنه في منتصف المسافة بين مركز و وجه الجدار الطابوقي

L = [b/2 - a/4] or   [(b-a)/2 + a/4]

 

حيث (W) هو حمل لرد فعل قابلية تحمل التربة القصوى (qu) و(a) سمك الجدار ويكون عادة (24 سم) و (b) عرض الاساس الذي تم حسابه 

 

Mu = qu [(b-a)/2 + (a/4)] 2 / 2

 

حساب حديد التسليح Reinforcement

يتم حساب Ru من Mu ثم حساب نسبة الحديد (ρ)  

          = 0.9        b = 1000 mm

 > ρ min

 

As = ρ b d

على ان لا تقل نسبة حديد التسليح عن ρmin 

 

As min = ρmin b h

             = 0.0018 * 1000 * 300 = 540 mm2

As > As min OK use As

 

      

تدقيق المسافة Spacing

 

التسليح الثانوي (Secondary) الطولي Longitudinal Reinforcement

التسليح (الثانوي) الطولي يستخدم لمقاومة الاجهادات الناتجة من تغيرات درجات الحرارة (shrinkage and temperature) وينشر في الاسفل

 

As min = ρmin b h

= 0.0018 * 1000 * 300 = 540 mm2

 

حساب عدد القضبان Numbers of Bars

      = 113 mm2

    (عدد صحيح للاكبر

Use 5∅12

 

عمليا قد يلجأ المصممون الى اضافة كميات اضافية من الحديد بالاتجاه الطولي ، اي يتم وضع طبقة عليا اذا زاد سمك الاساس اي يكون التسليح طبقتين (سفلى وعليا) وتكون نفس قطر و مسافة نشر الطبقة السفلى ، ومن الناحية العملية يربط مع الاترية (حديد التسليح الرئيسي العرضي)

 

Use 5∅12 (Top and Bottom)

 

حساب طول التثبيت Development length 

يتم التحقق من الحاجة الى Hook ام لا

 

مثال: اساس جداري 

- الابعاد :

عرض الاساس  90 سم و السمك 50 سم اذا طابقين واما الاسس الحامله لطابق واحد بعرض ليس اقل من 80 سم وعمق ٤٠سم 

حديد التسليح الطولي الثانوي بالاسفل  والاعلى على سبيل المثال قطر 12 او 16 ملم اي عدد 10 قضبان اذا عرض الاساس واحد متر (5 بالاسفل و 5 بالاعلى)

 

5∅12 (Top and Bottom)

 

حديد التسليح العرضي الرئيسي الاطواق (اترية)  مثلا قطر 10 او 12 ملم  كل 20 او 25 سم 

 

12 @ 20 cm

 

 

تصميم الاساس الحصيري

مثال: اساس رفت بيت 100 متر

- سمك الاساس 40 سم على ان لايقل سمك الاساس الحصيري عن 20 سم بكل الاحوال وكلما زادت الاحمال وارتفاع المبنى زاد السمك

 

- مساحة الاساس على كامل مساحة المنطقة المطلوب بناء المنشأ عليها

 

- التسليح يكون طبقتين (عليا و سفلى) باستخدام حديد تسليح قطر 12 او 16 ملم كل 25 سم باتجاهين (الطولي والعرضي) وقطر 10 ملم للكراسي 

 

12 @ 25 cm Both Directions (Two way) Top & Bottom


تخمين كميات المواد 

للاطلاع على مزيد من المعلومات على الروابط ادناه:



No comments:

Post a Comment