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
| № п/п |
Наименование нагрузки
|
Нормативная нагрузка, Н/м2 |
Коэфф. надёжности по нагрузке |
Расчётная нагрузка. Н/м2 |
| 1 |
Постоянная
Собственный вес ребристой плиты: то же слоя цементного раствора, 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 2Ø14 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 Ø4 Вр-I с
Принимаем 6Ø4Вр-I с с шагом и нестандартную сварную сетку из одинаковых в обоих направлениях стержней Ø4Вр-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 Ø6 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.
2.2.6
Расчёт плиты на усилия, возникающие в период изготовления, транспортирования и монтажа
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 2Ø22 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.
Оп
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 2Ø18А-III+ 2Ø20А-III с
.
Сечение в среднем пролёте
По сортаменту принимаем 4Ø14А-III c
Количество верхней арматуры определяем по величине опорных изгибающих моментов.
Сечение на опоре «В»,
Для армирования опорных сечений принимаем:
- со стороны 1го пролета 2Ø10А-III +2Ø22A-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 2Ø 16 А-III с
Принимаем 2Ø16 А-III +2Ø18A-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 2Ø18А-III+ 2Ø20А-III c
Определяем момент, воспринимаемый сечением, для чего рассчитываем необходимые параметры:
,
Арматура 2Ø18A-III обрывается в пролете, а стержни 2Ø20 А-III c доводятся до опор.
Определяем момент, воспринимаемый сечением с этой арматурой:
,
Графически определяем точки обрыва двух стержней 2Ø18А-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 4Ø14А-III c.
Определяем момент, воспринимаемый сечением, для чего рассчитываем необходимые параметры:
,
Арматура 2Ø14A-III обрывается в пролете, а стержни 2Ø14А-III c доводятся до опор. Определяем момент, воспринимаемый сечением с этой арматурой :
,
Графически определяем точки обрыва двух стержней Ø14 A-III. Поперечная сила в сечении . Интенсивность поперечного армирования при шаге хомутов равна:
Длина анкеровки
На первой промежуточной опоре слева принята арматура 2Ø10А-III+
+2Ø22A-III c .
, ,
,
Стержни 2Ø10А-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 2Ø16А-III+ +2Ø18A-III c .Определяем момент, воспринимаемый сечением c этой арматурой:
, ,
Стержни 2Ø16А-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 2Ø25А-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 пароизоляции в один слой; - 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 ребристой плиты; - 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 |
Продолжение таблицы
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
| п/п |
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 8Ø16А-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 2Ø14 А-IIIc
Консоль армируем горизонтальными хомутами Æ5 Вр-I с
с шагом S=0,1 м (при этом и ) и отгибами 2Ø16 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 Ø16 мм и принимаем равным Ø 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 Ø5 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 Ø16 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 13Ø10А-II c с шагом s=0,2 м .
Марка сетки
Проценты армирования:
что больше и меньше
Рисунок 14 - Конструкция отдельного фундамента