תכנון יסודות: איך בוחרים יסוד ואיך מחשבים כלונס (עם דוגמה)

היסוד הוא האלמנט שעליו יושב כל הבניין. העמודים, הקירות והקורות מעבירים אליו את הכוחות, והוא מעביר אותם לקרקע. לכן תכנון יסודות לא מתחיל בנוסחה. הוא מתחיל בדו"ח הקרקע.

הערה מאוד מאוד מאוד חשובה: בכל חישוב יסודות קוראים קודם את דו"ח הקרקע. ממנו מקבלים את סוג הקרקע ואת הפרמטרים לחישוב. לפעמים יועץ הקרקע דורש ברזל מינימלי גדול יותר ממה שכתוב כאן, ולפעמים הוא דורש כלונסאות עמוקים יותר. תמיד עובדים לפי ההנחיות שלו.

בעמוד הזה נראה בקצרה את שלושת סוגי היסודות הנפוצים, ואז נעבור לחישוב שכמעט כל סטודנט פוגש בפרויקט הגמר: חישוב כלונס. קוטר, עומק וזיון, עם דוגמה פתורה ותרגיל.

שלושה סוגי יסודות ומתי בוחרים כל אחד

שלושה חתכים זה לצד זה: יסוד רדוד שמעביר לחץ מגע לקרקע העליונה, רפסודה שמפזרת את העומס של כמה עמודים על שטח גדול, וכלונס שיורד לשכבה החזקה ומעביר עומס בחיכוך לאורכו ובקצה
יסוד רדוד, רפסודה וכלונס: שלוש דרכים להעביר את העומס לקרקע
סוגמתי מתאיםאיך העומס עובר לקרקעמה צריך מדו"ח הקרקע
יסוד רדוד (בודד או עובר)קרקע טובה קרוב לפני השטח ועומסים לא גדוליםלחץ מגע מתחת לתחתית היסודהמאמץ המותר בקרקע ועומק הביסוס
רפסודהעומסים גדולים או קרקע חלשה, כשהיסודות הבודדים כמעט נוגעים זה בזהפלטה אחת מפזרת את העומס של כל העמודים על שטח גדולהמאמץ המותר בקרקע והתנהגות הקרקע מתחת לפלטה
כלונסהקרקע העליונה חלשה, או שהעומסים גדולים. הנפוץ ביותר בפרויקטי גמרחיכוך לאורך ההיקף, ועוד תסבולת קצה בתחתיתמאמץ המגע (חיכוך) τ ומאמץ הקצה σ

רוצים להבין קודם מה ההבדל בין סוגי הקרקע ואיך קוראים דו"ח קרקע? יש על זה כתבה על סוגי קרקעות, ובערוץ יש סרטון על יסודות רדודים: יסוד בודד, עובר ורפסודה.

קונסטרוקציות בטון - המדריך השלם
ספר
קונסטרוקציות בטון - המדריך השלם
כלונסאות, רפסודות ויסודות בודדים, עם דוגמאות פתורות ופרטי זיון, בספר אחד.

שלב 1: העומס על הכלונס, בשירות

כלונס הוא מעין עמוד עגול שנמצא בתוך הקרקע ומעביר אליה את עומסי הבניין. כדי לחשב אותו, קודם סוכמים את כל העומסים שמגיעים אליו.

החישוב של הכלונס נעשה במצב גבולי של שירות. לכן כל העומסים נלקחים בשירות, כלומר בלי מקדמים. עוברים על כל התקרות, ובודקים כמה עומס יורד מכל אחת לאלמנט שיושב על הכלונס, בדרך כלל עמוד בטון. מומלץ לבדוק את העומס פעמיים.

עם העומס ביד מחשבים את שלושת הנתונים שקובעים את הכלונס: קוטר, עומק וזיון.

שלב 2: קוטר ועומק הכלונס

מדו"ח הקרקע לוקחים שני פרמטרים: מאמץ המגע (חיכוך) τ ומאמץ הקצה σ. הנוסחה שלפיה ת"י 940 קובע את העומס המותר על הכלונס מחולקת לשני חלקים:

  • תסבולת חיכוך: שטח המגע של הכלונס עם הקרקע. כלומר היקף הכלונס, כפול העומק, כפול מאמץ החיכוך של הקרקע.
  • תסבולת קצה: שטח המגע של תחתית הכלונס עם הקרקע. כלומר שטח החתך (שטח עיגול), כפול מאמץ הקצה של הקרקע.
Nser = π·d·h·τ + (π·d²/4)·σ [friction] [end bearing]
כלונס בחתך עם חיצי חיכוך τ לאורך ההיקף וחיצי תסבולת קצה σ בתחתית, מידות d ו-h, ו-2 מ' נוספים בראש הכלונס, ולצד זה הנוסחה והמקרא עם היחידות
שני חלקי התסבולת: חיכוך לאורך הכלונס וקצה בתחתית
סימוןמשמעותיחידות
Nserהעומס שמגיע לכלונס, בשירותטון
dקוטר הכלונסמטר
hעומק הכלונס המחושבמטר
τמאמץ מגע (חיכוך) של הקרקע, מדו"ח הקרקעטון/מ"ר
σמאמץ קצה של הקרקע, מדו"ח הקרקעטון/מ"ר

דרך החישוב

  1. מציבים במקום Nser את העומס שמגיע לכלונס.
  2. מעריכים את קוטר הכלונס ומציבים אותו (במטרים) במקום d.
  3. מציבים את נתוני הקרקע. נשארת משוואה עם נעלם אחד: h, העומק המחושב.
  4. אם העומק סביר, הקוטר שהנחנו הוא הקוטר. אם הכלונס יוצא עמוק מדי או רדוד מדי, משנים את הקוטר ומציבים מחדש.
  5. העומק הסופי של הכלונס = העומק המחושב + 2 מ'.

שלב 3: כוח תפיחה וזיון הכלונס

הברזל הוא החומר שעובד במתיחה. לכן כדי לדעת כמה ברזל צריך, מחשבים את כוח המתיחה שפועל בכלונס בגלל תפיחת הקרקע. במקביל מחשבים את הזיון המינימלי לפי ת"י 940, ובוחרים את הגדול מבין השניים.

Z = 100·D − 0.7·N (D in m, N in t) As = Z / Fsd (cm²) As,min = 0.004 · π·D²/4 (D in cm → cm²)
  • Z קטן מאפס או שווה לו: אין צורך בזיון תפיחה. שמים זיון מינימלי.
  • Z גדול מאפס: מחשבים את As לכוח התפיחה ואת As,min, ובוחרים את הגדול מבין השניים.
שימו לב ליחידות: בנוסחת Z הקוטר D במטרים. בנוסחת As,min מציבים את D בס"מ, אחרת יוצא 0.001 במקום 11 סמ"ר. ובנוסחת As, כש-Z בטון ו-Fsd בטון/סמ"ר, יוצאים סמ"ר.

החישוב מול המציאות

החישוב ה"יבש" לא תמיד תואם את המציאות. מגבלות כמו סוג המקדח וסוג המכונה שקודחת את הכלונסאות יוצרות אילוצים. כדי שתוכנית הכלונסאות תהיה נוחה לביצוע, מתחשבים בהם ומוצאים פתרונות בתיאום עם הקבלן המבצע.

בפרויקט הגמר לרוב אין צורך להתחשב בכל זה. אבל צריך להכיר את החלופות לכלונסאות עמוקים מדי או עבים מדי: ראשי כלונס, קבוצות כלונסאות ופלטות. כדי לראות איך כל זה נראה בתוכנית ביסוס, יש כתבה על קריאת תוכנית קונסטרוקציה.

קורס דיגיטלי
תכנון הנדסי ב' - הקורס המלא
תכנון יסודות חוזר בבחינה החיצונית. בקורס פותרים את כל סוגי השאלות, צעד אחרי צעד.

דוגמה פתורה: הכלונס שמתחת לעמוד

נמשיך את אותה דוגמה שליוותה אותנו מהעומסים בתקרה, דרך הקורה ועד העמוד. שם העמוד קיבל עומס תכן Nd = 81 טון. אבל לכלונס צריך עומס בשירות, ולכן מחשבים את אותה שרשרת שוב, בלי מקדמים.

א. העומס בשירות

G + Q = 0.964 + 0.15 = 1.114 t/m² beam: 1.114 × 3.0 + 0.20 × 0.50 × 2.5 = 3.59 t/m R(ser) = 18.99 × 3.59 / 5.12 = 13.32 t (per floor) column self weight: 0.20 × 0.60 × 3.0 × 2.5 = 0.90 t Nser = 4 × 13.32 + 4 × 0.90 = 56.9 t → 60 t

מעגלים למעלה ל-60 טון. נתוני הקרקע (לדוגמה): τ = 4 טון/מ"ר, σ = 50 טון/מ"ר. מעריכים קוטר d = 0.6 מ'.

ב. קוטר ועומק

end bearing: π·0.6²/4 × 50 = 0.283 × 50 = 14.1 t friction: π·0.6·h × 4 = 7.54·h t 60 = 7.54·h + 14.1 → h = 45.9 / 7.54 = 6.08 m final depth: 6.1 + 2 = 8.1 m → 8.5 m

ג. כוח תפיחה וזיון

לפלדת הזיון לוקחים Fsd = 3.5 טון/סמ"ר.

Z = 100 × 0.6 − 0.7 × 60 = 60 − 42 = 18 t > 0 As = 18 / 3.5 = 5.1 cm² As,min = 0.004 × π·60²/4 = 0.004 × 2,827 = 11.3 cm² (governs) 8Φ14 = 12.3 cm² ≥ 11.3 ✓

התוצאה: כלונס בקוטר 60 ס"מ ובעומק 8.5 מ', עם 8Φ14 וחישוק לוליני. שימו לב שכאן הזיון המינימלי קובע, ולא כוח התפיחה.

שרטוט זיון של כלונס בקוטר 60 ס"מ ובעומק 8.5 מ': חתך אורך עם 8 מוטות Φ14 באורך 900 ס"מ וחישוק לוליני, וחתך 1-1 עגול עם 8 המוטות וחישוק Φ12@20
פרט הזיון של הכלונס מהדוגמה

תרגיל לבד

כלונס עם עומס בשירות Nser = 45 טון. קוטר משוער d = 0.5 מ'. מדו"ח הקרקע: τ = 4 טון/מ"ר, σ = 50 טון/מ"ר. Fsd = 3.5 טון/סמ"ר. חשבו את העומק הסופי, את כוח התפיחה ואת הזיון, ובחרו מוטות.

לפתרון (לנסות קודם לבד)
end bearing: π·0.5²/4 × 50 = 0.196 × 50 = 9.8 t friction: π·0.5·h × 4 = 6.28·h t h = (45 − 9.8) / 6.28 = 5.6 m final depth: 5.6 + 2 = 7.6 m Z = 100 × 0.5 − 0.7 × 45 = 50 − 31.5 = 18.5 t > 0 As = 18.5 / 3.5 = 5.3 cm² As,min = 0.004 × π·50²/4 = 0.004 × 1,963 = 7.85 cm² (governs) 6Φ14 = 9.24 cm²
קורס דיגיטלי
קורס פרויקט גמר 4.0 בתכנון מבנים
בפרויקט הגמר תתכנן את כל היסודות של המבנה. בקורס עושים את זה ביחד, שלב אחרי שלב.

סרטון: כלונסאות, איך עובדים יסודות עמוקים ומתי חייבים אותם

שאלות נפוצות

למה מחשבים כלונס בעומסי שירות ולא בעומס תכן?

כי החישוב של הכלונס נעשה במצב גבולי של שירות. לכן סוכמים את כל העומסים שיורדים מהתקרות בלי מקדמים, וזה העומס שמציבים במקום Nser.

מה עושים אם הכלונס יוצא עמוק מדי?

מגדילים את הקוטר ומחשבים שוב. כלונס עבה יותר מקבל יותר חיכוך לכל מטר ויותר תסבולת קצה, ולכן העומק יורד. אם גם זה לא מספיק, יש חלופות כמו קבוצת כלונסאות עם ראש כלונס.

מה זה כוח תפיחה בכלונס, ומתי צריך זיון בגללו?

זה כוח מתיחה שנוצר בכלונס בגלל תפיחה של הקרקע. מחשבים אותו לפי Z = 100·D − 0.7·N. אם Z גדול מאפס מחשבים לו זיון, ובוחרים את הגדול מבין הזיון הזה והזיון המינימלי.

מה הלאה?

העומס על הכלונס מגיע מעמודי הבטון, ולפניהם מהקורות. במבנה עם מרתף ממשיכים לתכנון קיר תומך עפר. ולפני שיוצקים את הכלונסאות באתר, כדאי לעבור על הבדיקה לפני יציקה. רוצים לראות את כל התהליך על בניין אמיתי? יש סדרה של 3 סרטונים חינמיים על תכנון תקרה בקומה טיפוסית.

תכנון הנדסי ב'
חישוב אלמנטים במבנה, צעד אחרי צעד, עם תרגילים פתורים.
לפרטים על הקורס

לכל הכתבות בנושא פרויקט גמר: לחצו כאן. להנחיה וליווי בפרויקט גמר: צרו קשר.

להמשך קריאה:
המסלול המלא · תוכנית GOLD
תוכנית GOLD: פרויקט גמר + תכנון הנדסי ב' ביחד
מהכלונס ועד התקרה: בתוכנית GOLD מקבלים את קורס פרויקט הגמר ואת תכנון הנדסי ב' ביחד.
  • שני קורסי הדגל שלי בתוכנית אחת, בחיסכון של 28%
  • ספר תכנון הנדסי ב' + 4 בונוסים
  • 18 חודשי גישה, לומדים בקצב שלך
לפרטים על תוכנית GOLD
צריך רק את פרויקט הגמר? קורס פרויקט גמר 4.0 בתכנון מבנים
Scroll to Top
דילוג לתוכן