Федеральное агентство по образованию и науке
Кубанский государственный технологический университет
Кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений
Пояснительная записка
к курсовому проекту №1
по дисциплине « Железобетонные и каменные конструкции»
На тему:
«Конструирование и расчет элементов железобетонных конструкций многоэтажного здания (без подвала) с наружными каменными стенами и внутренним железобетонным каркасом»
Краснодар 2005г.
1. Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия
Выбираем поперечное расположение ригелей относительно длины здания, за счет чего достигается повышение жесткости, что необходимо в зданиях с большими проемами. На средних опорах ригели опираются на консоли колонн, а по краям заделываются в несущие стены. Принимаем прямоугольную форму сечения ригеля как наиболее простую для расчета.
Исходя из технико-экономического анализа, выбираем продольное расположение плит относительно длины здания, что позволяет в целом сэкономить около двух кубометров железобетона по сравнению с поперечным расположением плит относительно здания.
Поскольку нормативная нагрузка (6,4кПа) больше 5 кПа, принимаем ребристые предварительно напряженные плиты номинальной шириной 1400 мм. Связевые плиты располагаем по рядам колонн. В крайних пролётах помимо основных плит принято по доборному элементу шириной 500 мм.
Принимаем привязку осей 200х310 мм.
В продольном направлении жесткость здания обеспечивается вертикальными связями, устанавливаемыми в одном среднем пролете по каждому ряду колонн.
В поперечном направлении жесткость здания обеспечивается по связевой системе: ветровая нагрузка через перекрытия, работающие как горизонтальные жесткие, передается на торцевые стены, выполняющие функции вертикальных связевых диафрагм, и поперечные рамы. Поперечные же рамы работают на вертикальную и горизонтальную нагрузку.
Исходя из климатических условий района строительства, принимаем толщину стен в два кирпича, то есть 510мм.
Поскольку длина здания больше 40 м, в середине здания в поперечном направлении устраиваем деформационный шов.
2. Расчет ребристой предварительно напряжённой плиты перекрытия по двум группам предельных состояний
2.1 Расчет плиты по предельным состояниям первой группы
2.1.1 Расчетный пролет и нагрузки
Для установления расчетного пролета плиты задаёмся размерами сечения ригеля:
- высота:
- ширина:
При опирании на ригель по верху расчётный пролёт равен:
где
- расстояние
между разбивочными
осями, м
- ширина
сечения ригеля,
м
Рисунок 2 – К определению расчетного пролета плиты
Таблица 1- Нагрузка на 1м2 междуэтажного перекрытия
|
Постоянная Собственный вес ребристой плиты:
![]() то же керамических плиток,
![]() ИТОГО: |
2450 440 240 |
1,1 1,3 1.1 |
2695 575 265 |
3130 | - | 3535 | ||
2 |
Временная В том числе: Длительная кратковременная |
6400 4480 1920 |
1,2 1,2 1,2 |
7680 5380 2300 |
3 |
Полная нагрузка В том числе: постоянная и длительная кратковременная |
9530 7610 1920 |
- - - |
11215 - - |
Расчётная нагрузка на 1 м при ширине плиты 1,4 м с учётом коэффициента
надёжности
по назначению
здания
постоянная
полная
временная
Нормативная нагрузка на 1 м длины:
постоянная
полная
в том числе
постоянная
и длительная:
2.1.2 Усилия от расчетных и нормативных нагрузок
Рисунок 3- Расчетная схема плиты
От расчетной нагрузки:
От нормативной нагрузки:
От нормативной постоянной и длительной нагрузки:
2.1.3 Установление размеров сечения плиты
Высота сечения
ребристой
предварительно
напряженной
плиты
.
Рабочая высота
сечения
Ширина продольных
ребер понизу
Ширина верхней
полки
.
В расчетах
по предельным
состояниям
первой группы
расчетная
толщина сжатой
полки таврового
сечения
;
отношение
при этом в расчет
вводится вся
ширина полки
.
Расчетная
ширина ребра
a) проектное сечение
б) приведенное сечение
Рисунок 4- Поперечные сечения ребристой плиты
2.1.4 Характеристики прочности бетона и арматуры
Ребристую предварительно напряженную плиту армируем стержневой арматурой класса А-VI c электротермическим напряжением на упоры форм.
К трещиностойкости плиты предъявляют требования 3-й категории. Изделие подвергаем тепловой обработке при атмосферном давлении.
Бетон тяжелый класса В40, соответствующий напрягаемой арматуре.
Призменная
прочность
нормативная
;
расчетная;
коэффициент
условий работы
бетона
;
нормативное
сопротивление
при растяжении
;
расчетное
;
начальный
модуль упругости
бетона
.
Арматура продольных ребер –класса А-VI, нормативное сопротивление
,
расчетное
сопротивление
,
модуль упругости
.
Предварительное напряжение арматуры принимаем равным
Проверяем выполнение условия при электротермическом способе натяжения:
условие
выполняется.
Вычисляем предельное отклонение предварительного напряжения:
Dпринимаем
где n=2 – число напрягаемых стержней плиты.
Коэффициент точности натяжения при благоприятном влиянии
предварительного
напряжения
D
При
проверке по
образованию
трещин в верхней
зоне плиты при
обжатии принимаем:
Предварительное напряжение с учётом точности натяжения:
2.1.5 Расчёт прочности плиты по сечению, нормальному к продольной оси
Сечение тавровое с полкой в сжатой зоне.
Условие::
Т.к.
,
условие выполняется,
т.е. нижняя граница
сжатой зоны
располагается
в пределах
полки,
Вычисляем:
По
таблице 3.1[1] находим:
;
;
- нейтральная ось проходит в пределах сжатой полки;
Вычисляем граничную высоту сжатой зоны:
-при
электротермическом
способе натяжения;
,
т.к.
- характеристика деформативных свойств бетона;
Коэффициент условий работы, учитывающий сопротивление напрягаемой арматуры выше условного предела текучести:
для арматуры
класса А-VI;
принимаем
Вычисляем площадь сечения растянутой арматуры:
Принимаем
2Ш14 А-VI
с
.
2.1.6 Расчёт полки на местный изгиб
Рисунок 5- К расчету полки плиты на местный изгиб
Расчётный пролёт при ширине рёбер вверху 0,09 м составит
,
Нагрузка
на
полки:
Расчётная
нагрузка на
полки
составляет:
где
-
расчётная
постоянная
нагрузка на
плиту от пола,
-
расчётная
нагрузка от
собственного
веса полки,
Изгибающий
момент для
полосы шириной
1м определяем
с учётом частичной
заделки в рёбрах
Рабочая
высота сечения
Арматура
Ш4 Вр-I
с
Принимаем
6Ш4Вр-I
с
с шагом
и нестандартную
сварную сетку
из одинаковых
в обоих направлениях
стержней
Ш4Вр-I;
марка сетки:
с
.
2.2 Расчёт ребристой плиты по предельным состояниям II группы
2.2.1 Геометрические характеристики приведённого сечения
Отношение модулей упругости:
Площадь приведённого сечения:
Статический момент площади приведённого сечения относительно нижней грани:
Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения:
Момент инерции приведённого сечения:
где
момент
инерции
части сечения
относительно
оси, проходящей
через центр
тяжести этой
части сечения;
Момент сопротивления приведённого сечения по нижней зоне
Момент сопротивления приведённого сечения по верхней зоне
Расстояние от ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны (верхней) до центра тяжести приведённого сечения:
То же, наименее удаленной от растянутой зоны (нижней):
Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне:
где
- коэффициент,
принимаемый
для тавровых
сечений с полкой
в сжатой зоне.
Упругопластический момент по растянутой зоне в стадии изготовления и обжатия элемента:
где
-
коэффициент,
принимаемый
для таврового
сечения с полкой
в растянутой
зоне при
и
2.2.2Определение потерь предварительного напряжения арматуры
Коэффициент
точности натяжения
арматуры при
этом
Потери от релаксации напряжений в арматуре при электротермическом способе натяжения канатов:
.
Потери
от температурного
перепада, между
натянутой
арматурой и
упорами
,
так как при
пропаривании
форма с упорами
нагревается
вместе с изделием.
Усилие обжатия с учётом полных потерь:
Эксцентриситет этого усилия относительно центра тяжести приведённого сечения:
Напряжение в бетоне при обжатии:
Устанавливаем величину передаточной прочности бетона из условия:
Принимаем
,
тогда
Вычисляем
сжимающие
напряжения
в бетоне на
уровне центра
тяжести напрягаемой
арматуры от
усилия обжатия
и с учётом
изгибающего
момента от
массы:
,
тогда
Потери от быстронатекающей ползучести:
и при
составляет
Первые потери:
С учетом
напряжение
равно:
Потери
от усадки бетона
Потери
от ползучести
бетона при
составляют
Вторые
потери:
Полные
потери:
т.е. больше установленного минимального значения потерь.
Усилие обжатия с учётом полных потерь:
2.2.3 Расчёт прочности плиты по сечению, наклонному к продольной оси
Влияние
продольного
усилия обжатия
Проверяем, требуется ли поперечная арматура по расчёту.
Условие:
-
удовлетворяется.
При:
,
принимаем
Другое условие:
-
условие удовлетворяется.
Следовательно, поперечная арматура не требуется по расчету.
На приопорных
участках длиной
устанавливаем
конструктивно
в каждом ребре
плиты поперечные
стержни Ш6
А-I с шагом
,
в средней части
пролета шаг
.
Поскольку поперечные стержни приняты конструктивно, проверку прочности не производим.
2.2.4 Расчёт по образованию трещин, нормальных к продольной оси
Выполняем
для выяснения
необходимости
проверки по
раскрытию
трещин. При
этом для элементов,
к трещиностойкости
которых предъявляют
требования
3-й категории,
принимаем
значения коэффициента
надежности
по нагрузке:
Условие:
Вычисляем момент образования трещин по приближённому способу ядровых моментов:
Здесь
ядровый момент
усилия обжатия
при
Поскольку
,трещины
в растянутой
зоне образуются.
Проверяем,
образуются
ли начальные
трещины в верхней
зоне плиты при
её обжатии при
значении коэффициента
точности натяжения
.
Изгибающий
момент от собственной
массы плиты
Расчётное
условие:
Поскольку
,
условие удовлетворяется,
начальные
трещины не
образуются:
здесь
-
сопротивление
бетона растяжению
соответствующее
передаточной
прочности
бетона
.
2.2.5 Расчет по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси
Предельная
ширина раскрытия
трещин: непродолжительная
,
продолжительная
.
Изгибающие
моменты от
нормативных
нагрузок: постоянной
и длительной
полной
Приращение напряжений в растянутой арматуре от действия постоянной и длительной нагрузок:
где
плечо
внутренней
пары сил;
так
как усилие
обжатия Р2
приложено в
центре тяжести
нижней напрягаемой
арматуры;
момент сопротивления
сечения по
растянутой
арматуре;
Поскольку
приращение
напряжений
,
трещины в растянутой
зоне плиты от
действия этого
вида нагрузок
не образуются
и, соответственно,
нет прогиба
плиты.
Приращение напряжений в арматуре от действия полной нагрузки:
Вычисляем:
- ширину раскрытия трещин от непродолжительного действия полной нагрузки:
где
d-диаметр продольной арматуры, м
Непродолжительная ширина раскрытия трещин:
Продолжительная ширина раскрытия трещин:
Следовательно, конструкция в целом отвечает требованиям трещиностойкости.
Расчет ведем на совместное действие внецентренного сжатия и нагрузки от собственного веса.
За расчётное сечение принимаем сечение, расположенное на расстоянии 1 м от торца панели.
Нагрузка от собственного веса:
Момент от собственного веса:
Определяем
,
тогда
Принимаем
арматуру 2Ш22
А-II
с
для каркасов
КП-1.
Рисунок 6 - Расчетная схема плиты в период изготовления, транспортирования и монтажа
3. Расчет трехпролетного неразрезного ригеля
Расчетный
пролет ригеля
между осями
колонн
,
а в крайних
пролетах:
где
привязка оси
стены от внутренней
грани, м
глубина
заделки ригеля
в стену, м
3.1 Материалы ригеля и их расчетные характеристики
Бетон
тяжелый класса:
В20,
,
коэффициент
условий
работы бетона
.
Арматура:
-
продольная
рабочая из
стали кл.А-III
;
модуль упругости
-
поперечная
из стали класса
А – I,
3.2 Статический расчет ригеля
Предварительно определяем размеры сечения ригеля:
-
высота
-
ширина
Нагрузка
от собственного
веса ригеля:
Нагрузку на ригель собираем с грузовой полосы шириной, равной
номинальной длине плиты перекрытия.
Вычисляем расчетную нагрузку на 1м длины ригеля.
Постоянная:
- от перекрытия с учётом коэффициента надёжности по назначению здания
:
- от массы ригеля с учётом коэффициента надёжности
и
Итого:
Временная
нагрузка с
учётом коэффициента
надёжности
по назначению
здания
:
Полная расчетная нагрузка:
Расчетные
значения изгибающих
моментов и
поперечных
сил находим
в предположении
упругой работы
неразрезной
трехпролетной
балки. Схемы
загружения
и значения M
и Q в пролетах
и на опорах
приведены в
табл.2
Таблица 2- Определение изгибающих моментов и поперечных сил
Схема загружения |
M1 |
M2 |
M3 |
MВ |
MС |
QА |
QВ1 |
QВ2 |
|
0,08* *26,79**5,552= =66,02 |
0,025* *26,79**5,62= =21 |
66,02 |
-0,1* *26,79* *5,62= =-84,01 |
-84,01 |
0,4* *26,79* *5,55= =59,47 |
-0,6* *26,79* *5,55= =-89,21 |
0,5* *26,79* *5,6= =75,01 |
|
0,101* *52,53* *5,552= =163,42 |
-0,05* *52,53* *5,62= =-82,37 |
163,42 |
-0,05* *52,53* *5,62= =-82,37 |
-82,37 |
0,45* *52,53* *5,55= =131,19 |
-0,55* *52,53* *5,55= =-160,35 |
0 |
|
-0,025* *52,53* *5,552= =-40,45 |
0,075* *52,53* *5,62= =123,55 |
-40,45 |
-0,05* *52,53* *5,62= -82,37 |
-82,37 |
-0,05* *52,53* 5,55= =-14,58 |
-0,05* *52,53* *5,55= =-14,58 |
0,5* *52,53* *5,6= =147,08 |
|
117,07 | 82,37 |
-21,74 |
-0,117* *52,53* *5,62= =-192,74 |
-0,033* *52,53* *5,62= =-54,36 |
0,383* *52,53* *5,55= =111,66 |
-0,617* *52,53* *5,55= =-179,88 |
0,583* *52,53* *5,6= =171,5 |
Наиневыгоднейшая комбинация |
1+2 229,44 |
1+3 144,55 |
1+2 229,44 |
1+4 -276,75 |
1+2 -166,38 |
1+2 190,66 |
1+4 -269,09 |
1+4 246,51 |
По данным табл.2 строим эпюры изгибающих моментов и поперечных сил для различных комбинаций нагрузок. При этом значения M и Q от постоянной нагрузки – схема I – входят в каждую комбинацию. Далее производим перерасчет усилий.
Для обеих промежуточных опор устанавливаем одинаковое значение опорного момента, равное сниженному на 30% максимальному значению момента на опоре «В»:
.
Исходя из принятого опорного момента, отдельно для каждой комбинации осуществляем перераспределение моментов между опорными и промежуточными сечениями добавлением треугольных эпюр моментов.
Опорный
момент ригеля
по грани колонны
на опоре «В»
со стороны
второго пролета
при высоте
сечения колонны
Для расчета прочности по сечениям, наклонным к продольной оси, принимаем значения поперечных сил ригеля, большие из двух расчетов: упругого расчета и с учетом перераспределения моментов.
3.3 Расчёт прочности ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси
Высоту
сечения ригеля
уточняем по
опорному моменту
по грани колонны
при
,
поскольку на
опоре момент
определен с
учетом образования
пластического
шарнира. Принятую
высоту затем
проверяем по
пролетному
наибольшему
моменту так,
чтобы относительная
высота сжатой
зоны была
и исключалось
неэкономичное
переармирование
сечения. По
табл. III.1.[1] при
находим
значение
,
а по формуле
определяем
граничную
высоту сжатой
зоны:
характеристика деформативных свойств бетона.
,
т.к.
Определяем рабочую высоту сечения ригеля:
Полная высота сечения:
С
учетом унификации
принимаем
,
Для опорных и пролётных сечений принято расстояние от границы растянутой грани до центра тяжести растянутой арматуры а=0,06 м при расположении арматуры в 2 ряда и а =0,03 м при расположении арматуры в 1 ряд.
Рисунок 8- К
расчету прочности
ригеля – сечение
- в пролете (а) - на опоре (б)
Сечение
в первом пролёте:
,
Расчет сечения арматуры выполняем, используя вспомогательные таблицы, вычисляем
По
табл.
находим
,
Проверяем
принятую высоту
сечения ригеля.
Поскольку
,
сечение не
будет переармированным.
Определяем площадь сечения продольной арматуры:
По сортаменту принимаем для армирования 2Ш18А-III+ 2Ш20А-III с
.
Сечение
в среднем пролёте
По
сортаменту
принимаем
4Ш14А-III
c
Количество верхней арматуры определяем по величине опорных изгибающих моментов.
Сечение
на опоре «В»,
Для армирования опорных сечений принимаем:
-
со стороны 1го
пролета 2Ш10А-III
+2Ш22A-III
c
-
со стороны 2го
пролета : сечение
арматуры, доводимой
до опор, определяем
исходя из значения
отрицательного
момента,
,
Вычисляем:
Сечение арматуры:
Следовательно,
до опор должна
доводиться
арматура не
менее 2Ш
16 А-III с
Принимаем
2Ш16 А-III
+2Ш18A-III
c
.
3.4 Расчёт прочности ригеля по сечениям, наклонным к продольной оси
Максимальная
поперечная
сила (на первой
промежуточной
опоре слева)
Диаметр
поперечных
стержней
устанавливаем
из условия
сварки с продольной
арматурой
диаметром d=22
мм и принимаем
равным d=8
мм класса А-I
с
.Шаг
поперечных
стержней по
конструктивным
условиям принимаем
s=h/3=0,6/3=0,2м.
На всех приопорных
участках длиной
0,25L принимаем
шаг s=0,2м; в
средней части
пролета шаг
s=(3/4)h=0,75х0,6=0,45м.
Вычисляем:
Условие
выполняется.
Требование
-
выполняется.
При расчете прочности вычисляем:
Поскольку
,
вычисляем значение (с) по формуле:
Тогда
Поперечная сила в вершине наклонного сечения
.
Длина проекции расчетного наклонного сечения
Вычисляем
Условие
удовлетворяется.
Проверка прочности по сжатой наклонной полосе:
Условие прочности:
удовлетворяется.
3.5 Построение эпюры арматуры
Эпюру арматуры строим в такой последовательности:
- определяем изгибающие моменты М, воспринимаемые в расчетных сечениях, по фактически принятой арматуре;
- устанавливаем графически или аналитически на огибающей эпюре моментов по ординатам М места теоретического обрыва стержней;
- определяем длину анкеровки обрываемых стержней
,
причем поперечная
сила Q в
месте теоретического
обрыва стержня
принимаем
соответствующей
изгибающему
моменту в этом
сечении; здесь
d – диаметр
обрываемого
стержня.
- в пролете допускается обрывать не более 50% расчетной площади сечения стержней, вычисленных по максимальному изгибающему моменту.
Рассмотрим
сечение первого
пролёта. Арматура
2Ш18А-III+
2Ш20А-III
c
Определяем момент, воспринимаемый сечением, для чего рассчитываем необходимые параметры:
,
Арматура
2Ш18A-III
обрывается
в пролете, а
стержни 2Ш20
А-III c
доводятся до
опор.
Определяем момент, воспринимаемый сечением с этой арматурой:
,
Графически
определяем
точки обрыва
двух стержней
2Ш18А-III
. В первом сечении
поперечная
сила
,
во втором
.
Интенсивность
поперечного
армирования
в первом сечении
при шаге хомутов
равна:
Длина анкеровки
Во
втором сечении
при шаге хомутов
Сечение
во втором пролете:
принята арматура
4Ш14А-III
c.
Определяем момент, воспринимаемый сечением, для чего рассчитываем необходимые параметры:
,
Арматура
2Ш14A-III
обрывается
в пролете, а
стержни 2Ш14А-III
c
доводятся до
опор. Определяем
момент, воспринимаемый
сечением с этой
арматурой :
,
Графически
определяем
точки обрыва
двух стержней
Ш14 A-III.
Поперечная
сила в сечении
.
Интенсивность
поперечного
армирования
при шаге хомутов
равна:
Длина анкеровки
На первой промежуточной опоре слева принята арматура 2Ш10А-III+
+2Ш22A-III
c
.
,
,
,
Стержни
2Ш10А-III
c
доводятся до
опор.
Определяем момент, воспринимаемый сечением с этой арматурой:
,
,
,
.
Поперечная
сила
.
Интенсивность
поперечного
армирования
при шаге хомутов
равна:
.
Принимаем
.
На
первой промежуточной
опоре справа
принята арматура
2Ш16А-III+
+2Ш18A-III
c
.Определяем
момент, воспринимаемый
сечением c
этой арматурой:
,
,
Стержни
2Ш16А-III
с
доводятся до
опор:
,
Поперечная
сила
.
Интенсивность
поперечного
армирования
при шаге хомутов
:
Длина анкеровки
Принимаем
.
3.6 Расчет стыка ригеля с колонной
Рассматриваем вариант бетонированного стыка. В этом случае изгибающий момент на опоре воспринимается соединительными стержнями в верхней растянутой зоне и бетоном, заполняющим полость между торцом ригелей и колонной.
Принимаем
бетон для
замоноличивания
класса В20,
стыковые стержни
из арматуры
класса A-III;
Изгибающий
момент ригеля
на грани колонны
,
рабочая высота
сечения
по табл.III.I.[1]
находим соответствующее
значение
и определяем
площадь сечения
стыковых стержней
Принимаем
арматуру 2Ш25А-III
c
.
Длину сварных швов для приварки стыковых стержней с закладными деталями ригеля определяем следующим образом:
где
коэффициент 1,3 вводим для обеспечения надежной работы сварных швов в случае перераспределения опорных моментов вследствие пластических деформаций.
При двух стыковых стержнях и двусторонних швах длина каждого шва (с учетом непровара) будет равна:
Конструктивное
требование
.
Принимаем
Закладная деталь ригеля приваривается к верхним стержням каркаса при изготовлении арматурных каркасов. Сечение этой детали из условия прочности на растяжение:
Конструктивно
принята закладная
деталь в виде
гнутого швеллера
из полосы
длиной
м;
Длина стыковых
стержней складывается
из размера
сечения колонны,
двух зазоров
по 5 см между
колонной и
торцами ригелей
и двух длин
сварного шва:
Рисунок 10- К расчету бетонированного стыка
4. Расчет центрально нагруженной колонны
4.1 Определение продольных сил от расчетных нагрузок
Грузовая площадь средней колонны при сетке колонн 5,6х7,2м равна:
Подсчет нагрузок приводим в таблице 3.
Таблица3 - Нормативные и расчетные нагрузки
№ п/п |
Наименование нагрузки |
Нормативная нагрузка, Н/м2 |
Коэфф.надёжности по нагрузке, γf |
Расчётная нагрузка. Н/м2 |
1 |
От покрытия: постоянная: -от рулонного ковра в три слоя; -от цементного выравнивающего слоя,
- от утеплителя- пенобетонных плит,
- от ребристых плит; - от ригеля; - от вентиляционных коробов и трубопроводов; ИТОГО |
120 400 480 40 2450 625 500 |
1,2 1,3 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1 |
150 520 580 50 2695 690 550 |
4615 | - | 5235 |
Снеговая: в том числе длительная кратковременная |
- - - |
- - - |
1200 0 1200 |
|
2 |
От перекрытия: постоянная: - от керамических плиток,
- от цементного раствора,
- от ригеля; |
240 440 2450 625 |
1,1 1,3 1,1 1,1 |
265 575 2695 690 |
3 |
ИТОГО Временная В том числе: длительная Кратковременная Полная от перекрытия |
3755 6400 4480 1920 10155 |
1,2 1,2 1,2 |
4225 7680 5380 2300 11905 |
Сечение
колонн предварительно
принимаем
.
Расчетная длина
колонн во
втором-четвертом
этажах равна
высоте этажа,
то есть
,
а для первого
этажа с учетом
некоторого
защемления
колонны в фундаменте
,
где
высота первого
этажа;
расстояние
от пола междуэтажного
перекрытия
до оси ригеля;
расстояние
от пола первого
этажа до верха
фундамента.
Собственный расчетный вес колонн на один этаж:
- во втором-четвертом этажах:
,
- в первом этаже:
.
Подсчет расчетной нагрузки на колонну приводим в таблице 4.
Таблица 4- Подсчет расчетной нагрузки на колонну
|
Нагрузка от покрытия и перекрытия, кН |
Собственный вес колонн, кН |
Расчетная суммарная нагрузка, кН |
длительная |
кратковременная |
длительная,
|
кратковременная |
полная |
4 3 2 1 |
211,08 598,35 985,62 1372,89 |
48,38 141,12 233,86 326,6 |
16,72 33,44 50,16 69,08 |
227,8 631,79 1035,78 1441,97 |
48,38 141,12 233,86 326,6 |
276,18 772,91 1269,64 1768,57 |
Расчет нагрузки от покрытия и перекрытия выполнен умножением их значений по таблице 3 на грузовую площадь, с которой нагрузка передается на одну колонну. В таблице 4 все нагрузки по этажам приведены нарастающим итогом последовательным суммированием сверху вниз.
За расчетное сечение колонн по этажам принимаем сечения в уровне стыков колонн, а для первого этажа- в уровне отметки верха фундамента.
4.2 Характеристики прочности бетона и арматуры
Бетон тяжелый класса В20; расчетное сопротивление на осевое сжатие
,
коэффициент
условий работы
бетона
.
Арматура:
- продольная
класса А-III,
расчетное
сопротивление
на осевое растяжение
- поперечная-
класса А-I,
.
4.3 Расчет прочности колонны первого этажа
Усилия
с учетом коэффициента
надежности
по назначению
здания
будут равны:
Площадь поперечного сечения колонны:
где
- коэффициент,
учитывающий
гибкость колонн
длительного
загружения;
- коэффициент
условия работы;
Принимаем
коэффициент
Размер
сечения колонны:
-
принимаем
сечение колонны
0,35х0,35 м.
Значения коэффициентов при:
и
условие выполняется.
Искомая площадь сечения арматуры:
Проверяем коэффициент армирования
.
Принимаем
8Ш16А-III
c
Проверяем фактическую несущую способность сечения колонны по ф.:
.
Вычисляем запас несущей способности колонны:
Для унификации ригелей сечение колонн второго и всех
вышерасположенных этажей принимаем 0,35х0,35м.
Принимаем следующую разрезку колонн:
колонна К-1- на I этаж;
колонна К-2- на II-III этажи;
колонна К-3- на IV этаж.
4.5 Расчет и конструирование короткой консоли
Опорное давление ригеля Q=269,09 кН.
Длина опорной площадки:
Принимаем
Вылет консоли с учётом зазора 5 см составляет
.
Расстояние от грани колонны до силы Q :
.
Высота консоли в сечении у грани колонны принимают равной
.
У свободного края при угле наклона сжатой грани g=45° высота консоли
.
Рабочая
высота сечения
консоли
.
Поскольку
выполняется
условие
,
то консоль
считается
короткой.
Для короткой консоли выполняются 2 условия:
1)
условие выполняется.
2)
условие выполняется.
Изгибающий момент консоли у грани колонны
Площадь сечения продольной арматуры консоли:
По
сортаменту
подбираем
арматуру 2Ш14
А-IIIc
Консоль армируем горизонтальными хомутами Ж5 Вр-I с
с шагом S=0,1
м (при этом
и
)
и отгибами 2Ш16
A-III с
Проверяем прочность сечения консоли по условию:
;
,
при этом
Правая часть условия принимается не более
.
Поскольку
,
прочность
консоли обеспечена.
Рисунок 10- Схема армирования коротких консолей.
4.6 Конструирование арматуры колонны. Стык колонн
Колонна армируется пространственным каркасом, образованным из плоских сварных каркасов. Диаметр поперечных стержней устанавливаем из условия сварки с продольной арматурой Ш16 мм и принимаем равным Ш 5 мм класса Вр-I с шагом s=0,35 м – по размеру стороны сечения колонны, что не более 20d=20х0,016=0,32м.
Стык колонн осуществляем на ванной сварке выпусков стержней с обетонированием. В местах контактов концентрируются напряжения, поэтому торцевые участки усиливаем косвенным армированием. Последнее препятствует поперечному расширению бетона при продольном сжатии.
Косвенное армирование представляет собой пакет поперечных сеток.
Принимаем 5 сеток с шагом s=0,1 м – на расстоянии, равном размеру стороны сечения колонны.
Для этих сеток принимаем арматуру Ш5 Вр-I.
Рисунок 11- Конструкция стыка колонн
Рисунок 12- Сетка для усиления торца колонны
4.7 Расчет сборных элементов многоэтажной колонны на воздействия в период транспортирования и монтажа
При транспортировании под колонну кладем 2 подкладки на одинаковом расстоянии от торцов. Тогда в сечении колонны под подкладками и в середине пролета между подкладками нагрузка от собственной массы колонны вызовет изгибающие моменты:
;
При высоте 1-го этажа в 4,3 м расстояние от пола 2-го этажа до верхнего торца колонны 1-го этажа – 0,7 м и от нулевой отметки до верхнего отреза фундамента – 0,15 м, а также в предположении, что фундамент будет трехступенчатым, с общей высотой – 0,9 м и расстоянием от его подошвы до нижнего торца колонны равным 0,2 м, общая длина сборного элемента колонны составит:
.
При транспортировании
конструкции
для нагрузки
от их собственной
массы вводится
коэффициент
динамичности
1,6. Коэффициент
;
.
;
Изгибающий
момент, воспринимаемый
сечением при
симметричном
армировании
и
<
-
условие выполняется.
В стадии монтажа колонны строповку осуществляем в уровне низа консоли.
Расстояние
от торца колонны
до места захвата
,
коэффициент
динамичности
для нагрузки
от собственного
веса при подъеме
и монтаже –
1,4.
и
<
-
условие выполняется.
Под 2-хэтажные колонны при транспортировании следует укладывать 4 подкладки. При подъеме и монтаже этих колонн их строповку следует осуществлять за консоли в 2-х уровнях.
а) в стадии транспортирования б) в стадии монтажа
Рисунок 13- Расчетные схемы колонны
5. Расчет трехступенчатого центрально-нагруженного фундамента
Продольные
усилия колонны:
Условное
расчетное
сопротивление
грунта:
Класс бетона
B20,
,
,
Арматуру
класса А-II,
.
Вес единицы
объема бетона
фундамента
и грунта на его
обрезах
.
Высота фундамента должна удовлетворять условиям:
1)
2)
где
высота
сечения колонны;
длина
анкеровки
арматуры колонны
в стакане фундамента;
высота фундамента
от подошвы до
дна стакана;
требуемый
зазор между
торцом колонны
и дном стакана.
Приняв
,
длину анкеровки
арматуры колонны
Ш16 А-III
в бетоне фундамента
класса В20
,
устанавливаем
предварительную
высоту фундамента:
.
Окончательно
принимаем
высоту фундамента
-
двухступенчатый
фундамент,
.
(Ранее был
произведен
расчет фундамента
высотой
-
ни одно из условий
прочности не
удовлетворялось.)
Глубину фундамента принимаем равной:
где 0,15м- расстояние от уровня чистого пола до верха фундамента.
Фундамент центрально-нагруженный, в плане представляет собой квадрат.
Площадь подошвы фундамента определяем по формуле:
где
-
нормативная
продольная
сила для расчетов
размеров подошвы.
Подсчитываем
с учетом усредненного
значения
:
Размер подошвы:
Принимаем
-
кратно 0,3м.
Кроме того, рабочая высота фундамента h0 из условия продавливания по поверхности пирамиды (грани которой наклонены на 450 к горизонту) должна быть не менее:
где
давление
на грунт от
расчетной
нагрузки.
Рабочая высота
фундамента
.
Тогда
,
.
Проверяем,
отвечает ли
условию прочности
по поперечной
силе без поперечного
армирования
в наклонном
сечении, начинающемся
на линии пересечения
пирамиды
продавливания
с подошвой
фундамента.
Для единицы
ширины этого
сечения:
,
вычисляем:
– условие удовлетворяется.
Проверку фундамента по прочности на продавливание колонной дна стакана производим из условия:
F – расчетная продавливающая сила, определяющаяся по формуле:
Um – среднее арифметическое периметров верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания колонной от дна стакана
- условие не
удовлетворяется.
Проверку прочности фундамента на раскалывание проводим из условия:
где
-
коэффициент
трения бетона
по бетону;
–
площадь
вертикального
сечения фундамента
в плоскости,
проходящей
по оси сечения
колонны, за
вычетом площади
стакана;
коэффициент
условия работы
фундамента
в грунте;
Глубина
стакана:
Площадь стакана:
-
условие выполняется.
Прочность фундамента считается обеспеченной.
Армирование фундамента по подошве определяем расчетом на изгиб по сечениям, нормальным к продольной оси по граням ступеней и грани колонны, как для консольных балок.
Расчет на изгибающие моменты в сечениях, проходящих по грани 1-2 (II-II), 2-3 (I-I), вычисляем по формулам:
Площадь сечения арматуры:
Из двух значений
выбираем большее
и по сортаменту
производим
подбор арматуры
в виде сетки.
Принимаем
нестандартную
сварную сетку
с одинаковой
в обоих направлениях
рабочей арматурой
из стержней
13Ш10А-II
c
с шагом s=0,2
м .
Марка сетки
Проценты армирования:
что больше
и меньше
Рисунок 14 - Конструкция отдельного фундамента