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 Piles
- ركائز الحفر (Bored piles)
حفر وصب موقعي و تكون غالية
- ركائز الدق (Driven piles)
جاهزة مسبقة الصب (Precast) بطول 12 او 24 متر عند الطرق تحدث ضوضاء و احيانا قد تسبب مشاكل للمجاورات لذا غير شائعة الاستخدام
- Franki pile هجينة (طرق و صب موقعي)
و تكون اقتصادية لكنها لغاية 14 متر
يتم حساب عدد الركائز بتقسيم وزن المنشأ على الـ Workink load للركيزة الواحدة
و تستخدم الركائز في الابنية العالية سبعة طوابق واكثر في بغداد مثل الابراج
2) الاسس السطحية Shallow Foundation
- الاساس الجداري الشريطي Wall Footing
يتحمل لغاية طابقين او ثلاثة
- الاساس الحصيري رفت او اللبشة Raft Foundation
يتحمل لغاية 6 او 7 طوابق في بغداد
- 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
في بغداد تتراوح قابلية تحمل التربة Bearing Capacity من 5 الى 10 طن اما في شمال العراق لكون التربة صخرية من 20 الى 40 اي يمكن في الشمال بناء 10 طوابق بدون ركائز
يبلغ معامل الامان Factor of Safety في تحريات التربة 3 اضعاف بينما في التصميم الانشائي الاحمال الميتة من 1.2 و الاحمال الحية 1.6 فقط
اي اذا كانت 21 طن فان تقرير تحريات التربة ينص على 7 طن
للحسابات الاولية وزن المتر المربع للمنشأ طن ونصف = 15 كيلو نيوتن لكل متر مربع
Dead load (self weight of concrete)
بحيث سمك السقف 20 سم و كثافة الخرسانة 25
0.2 * 25 = 5 KN/m2
Super dead load (Floor finishes)
0.1 * 25 = 2.5 KN/m2
الحمل الحي اسوء حالة وزن اربع اشخاص في متر مربع واحد
4 * 75 KG = 300 KG/m2 = 3 KN/m2
Load = (5 + 2.5) * 1.2 + 3 * 1.6 = 14 = 15 KN/m2
اذا كان المبنى مكون من 5 طوابق
5 * 15 = 75 KN/m2 = 7.5 Tonne/m2
اما اذا كان مكون من 10 طوابق
10 * 15 = 150 KN/m2 = 15 Tonne/m2
مما يعني نوع الاساس سيكون ركائز
الهبوط Settlement
عادة يكون غير منتظم Differential في الاساس الشريطي او المنفصل على شكل تشققات بزاوية 45 لكن في الاساس الحصيري يكون الهبوط منتظم Uniform حيث هناك سماحية حسب تحريات التربة والمبنى مثل 2.5 سم او 5 او 7.5 او 10 سم
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 Investigation) 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)
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
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
- تقريبا سمك الرفت = عدد الطوابق * 12 سم
- 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
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق