Конструирование и расчет элементов железобетонных конструкций многоэтажного здания (без подвала) с наружными каменными стенами и внутренним железобетонным каркасом

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

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

Временная

В том числе:

Длительная

кратковременная

6400

4480

1920

1,2

7680

5380

2300

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:

принимаем

где n=2 – число напрягаемых стержней плиты.

Коэффициент точности натяжения при благоприятном влиянии

предварительного напряжения 

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 Р_>2> 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.

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

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

M_>1>

M_>2>

M_>3>

M_>В>

M_>С>

Q_>А>

Q_>В1>

Q_>В2>

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

-0,025*

*52,53*

*5,55²=

=-40,45

0,075*

*52,53*

*5,6²=

=123,55

-40,45

-0,05*

*52,53*

*5,6²=

-82,37

-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 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, γ_>f>

Расчётная нагрузка.

Н/м²

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

2450

625

500

1,2

1,3

1,2

1,1

150

520

580

2695

690

550

4615

5235

Снеговая:

в том числе длительная

кратковременная

1200

От перекрытия:

постоянная:

- от керамических плиток,

;

- от цементного раствора,

;

- от ребристой плиты;

- от ригеля;

240

440

2450

625

1,1

1,3

1,1

265

575

2695

690

ИТОГО

Временная

В том числе:

длительная

Кратковременная

Полная от перекрытия

3755

6400

4480

1920

10155

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

перекрытия, кН

Собственный вес колонн,

кН

Расчетная суммарная нагрузка, кН

длительная

кратковременная

длительная,

кратковременная

полная

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:

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 =45 высота консоли

Рабочая высота сечения консоли .

Поскольку выполняется условие , то консоль считается короткой.

Для короткой консоли выполняются 2 условия:

условие выполняется.

Изгибающий момент консоли у грани колонны

Площадь сечения продольной арматуры консоли:

По сортаменту подбираем арматуру 2Ø14 А-IIIc

Консоль армируем горизонтальными хомутами 5 Вр- с

с шагом S=0,1 м (при этом и ) и отгибами 2Ø16 -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:

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 h_>0> 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:

U_>m> – 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 .