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.

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.

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, 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:

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 .

Марка сетки

Проценты армирования:

что больше и меньше

Рисунок 14 - Конструкция отдельного фундамента