Проектирование несущих конструкций многоэтажного каркасного здания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5 Построение эпюры материалов.

Продольная  рабочая арматура в пролете  растянутой зоне. Площадь этой арматуры определены из расчета на действие максимального изгибающего момента в середине пролета. В целях экономии арматуры по мере уменьшения изгибающего момента к опорам, в сжатой зоне два стержня обрываются в пролете, а два других доводятся до опор (большего диаметра).

 

Расчетное сечение ригеля в месте  обрыва арматуры

 

Площадь рабочей  арматуры Определяем изгибающий момент, воспринимаемый сечением ригеля с полной запроектированной арматурой

.

            Из условия равновесия

 

 

 

.

            Изгибающий момент, воспринимаемый  сечением ригеля, определяется из  условия равновесия

 

 

 

то есть больше действующего момента  от полной нагрузки, это значит, что  прочность сечения обеспечена.

            До опоры доводятся 

 

.

Определяем  изгибающий момент, воспринимаемый сечением ригеля с рабочей арматурой в  виде двух стержней, доводимых до опоры

 

 

 

Откладываем в масштабе на эпюре моментов полученные значения изгибаемых моментов и и определяем место теоретического обрыва рабочей арматуры – это точки пересечения эпюры моментов с горизонтальной линией, соответствующей изгибающему моменту, воспринимаемому сечением ригеля с рабочей арматурой .

            Изгибающий момент в любом  сечении ригеля определяется  по формуле

 

 

При

 

При

 

При

 

 

Длина анкеровки  обрываемых стержней определяется по следующей зависимости:

 

Место теоретического обрыва арматуры определяем аналитически. Для этого общее выражение  для изгибающего момента нужно  приравнять моменту, воспринимаемому  сечением ригеля с арматурой  А500

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Это точки теоретического обрыва  арматуры.

Определяем  величину поперечной силы в месте  теоретического обрыва арматуры

 

 

Поперечные  стержни  в месте теоретического обрыва имеют шаг 10 см.

 

 

 

 

 

            Длина обрываемого стержня будет  равна   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчёт и конструирование колонны.

1. Исходные  данные.

Нагрузка  на перекрытия принимается такой же, как и в расчетах плиты.

Нагрузка на покрытия.

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка (,	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка (
1	2	3	4
Гидроизоляционный ковер (3 слоя) Армированная цементно-песчаная стяжка, , Керамзит по уклону, , Утеплитель – минераловатные плиты, , Пароизоляция 1 слой Многопустотная плита перекрытия с омоноличиванием швов,	0,150 0,880   0,600   0,225   0,050 3,400	1,3 1,3   1,3   1,2   1,3 1,1	0,195 1,144   0,780   0,270   0,065 3,740
Постоянная нагрузка (	5,305		6,194
Временная нагрузка (полная) снеговая: в том числе длительная часть  снеговой нагрузки	0,28	–   –	0,8   0,4
Полная нагрузка (	5,865		6,994

 

Материал  для колонны:

Бетон – тяжелый  класса по прочности на сжатие В30, расчетное сопротивление при сжатии 17 МПа

            Арматура:

            – продольная рабочая класса  А500 (диаметр 16…40 мм), расчетное сопротивление  МПа;

– поперечная – класса А240.

2. Определение усилий в колонне.

Рассчитывается  средняя колонна, высота подвального  этажа  высота типового этажа

            Грузовая площадь колонны 

            Продольная сила N, действующая на колонну, определяется по формуле

 

где – количество этажей. В нашем случае ; – грузовая площадь;

            – соответственно постоянная и временная нагрузка на перекрытия;

 – постоянная нагрузка  на  покрытия;

            – полная снеговая нагрузка на 1 покрытия;

            – собственный вес ригеля с учетом длиной

;

            –погонная нагрузка от собственного веса ригеля;

            – собственный вес колонны:

            – типового этажа:

            ;

            – подвального этажа:

            ;

 – коэффициент сочетаний (коэффициент снижения временных нагрузок в зависимости от количества этажей):

 

            где 

 

Длительно действующая  нагрузка на колонну (постоянная и длительно  действующая часть временной):

 

где – длительная часть временной нагрузки на перекрытия;

            – длительная часть снеговой нагрузки на 1 покрытия.

 

 

3. Расчет  по прочности колонны.

Расчет по прочности колонны производится как внецентренно сжатого элемента со случайным эксцентриситетом :

 

Расчет сжатых элементов из бетона классов В15…В35 (в нашем случае В35) на действие продольный силы, приложенной с эксцентриситетом и при гибкости , допускается производить из условия:

 

где – площадь сечения колонны;

            – площадь всей продольной арматуры в сечении колонны;

            – расчетная длина колонны.

В нашем случае расчетная длина колонны подвала  с шарнирным опиранием в уровне 1-го этажа и с жесткой заделкой в уровне фундамента

 

 

            – коэффициент, принимается при длительном действии нагрузки в зависимости от гибкости колонны; при коэффициент

 

Из условия  ванной сварки выпусков продольной арматуры при стыке колонн минимальный  ее диаметр должен быть не менее 20 мм.

Принимаем A500 с

 

т.к.

Диаметр поперечной арматуры принимаем  (из условия сварки с продольной арматурой). Шаг поперечных стержней , что удовлетворяет конструктивным требованиям: и .

Фактическая высота колонны:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет и  конструирование фундамента под  колонну.

1. Исходные  данные.

 

Грунты основания  – глина, условное расчетное сопротивление грунта

 .

            Бетон тяжелый класса В25. Расчетное  сопротивление растяжению  Арматура класса .

            Вес единицы объема бетона  фундамента и грунта на его  обрезах 

Высоту фундамента предварительно принимаем 90 см. С учетом пола подвала глубина заложения  фундамента Расчетное усилие, передающееся с колонны на фундамент, . Нормативное усилие , где – усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке.

2. Определение высоты фундамента.

 

Площадь подошвы  центрально нагруженного фундамента определяется по условному давлению на грунт без учета поправок в зависимости от размеров подошвы фундамента и глубины его заложения

 

Размер стороны  квадратной подошвы фундамента:

Принимаем

Давление на грунт от расчетной нагрузки

 

3. Определение размера стороны подошвы фундамента.

 

Рабочая высота фундамента из условия продавливания

 

 

 

 

 

            Полная высота фундамента устанавливается  из условий:

1. продавливания ;
2. заделки колонны в фундаменте ;
3. анкеровки сжатой арматуры колонны .

 

Базовая длина анкеровки, необходимая  для передачи усилия в арматуре с  полным расчетным сопротивлением на бетон, определяется по формуле:

 

где – соответственно площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры и периметр его сечения (в нашем случае для арматуры ;

;

            – расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки

 

            где  – коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры. Для горячекатной арматуры периодического профиля ;

            – коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, принимаемый равным 1,0 – при диаметре продольной арматуры ;

 

 

 

 

Требуется расчетная длина анкеровки  арматуры, с учетом конструктивного решения элемента в зоне анкеровки, определяется по формуле:

 

 

 

где – площади поперечного сечения арматуры, соответственно требуемая по расчету и фактически установленная (для нашего случая ;

);

            – коэффициент, учитывающий влияние на длину анкеровки напряженного состояния бетона и арматуры. Для сжатых стержней периодического профиля Тогда

 

 

            Кроме того, согласно требованиям,  фактическую длину анкеровки  необходимо принимать ;

 

 

 

Из четырех величин принимаем  максимальную длину анкеровки, т.е.

            Следовательно, из условия анкеровки  арматуры

 

Принмаем трехступенчатый фундамент  общей высотой 130 см и с высотой ступени При этом ширина первой ступени , а второй

Проверяем, отвечает ли рабочая высота нижней ступени  условию прочности при действии поперечной силы без поперечного армирования в наклонном сечении. Для единицы ширины этого сечения ( должно выполняться условие:

 

Поперечная сила от давления грунта

 

где – размер подошвы фундамента;

            ;

            – давление на грунт от расчетной нагрузки (на единицу длины).

 

 

            Прочность обеспечена.

4. Расчет  на продавливание.

 

Проверяем нижнюю ступень фундамента на прочность  против продавливания.

Расчет элементов  без поперечной арматуры на продавливание  при действии сосредоточенной силы производится из условия:

 

            где  – продавливающая сила, принимаемая равной продольной силе в колонне подвального этажа на уровне обреза фундамента за вычетом нагрузки, создаваемой реактивным отпором грунта, приложенным к подошве фундамента в пределах площади с размерами, превышающими размер площадки опирания (в данном случае второй ступени фундамента на величину во всех направлениях; – площадь расчетного поперечного сечения, расположенного на расстоянии от границы площади приложения силы с рабочей высотой сечения . В нашем случае

Площадь определяется по формуле:

 

где – периметр контура расчетного сечения:

 

 

 

Площадь расчетного поперечного сечения 

Продавливающая  сила равна:

 

 

 

здесь – реактивный отпор грунта;

 – площадь основания продавливаемого фрагмента нижней ступени фундамента в пределах контура расчетного поперечного сечения, равная:

 

Проверка  условия дает:

 

т.е. прочность нижней ступени  фундамента против продавливания обеспечена.

5. Определение площади арматуры подошвы фундамента.

 

Подбор арматуры производим в 3-х вертикальных сечениях фундамента, что позволяет учесть изменение параметров его расчетной  схемы, в качестве которой принимается  консольная балка, загруженная действующим  снизу вверх равномерно распределенным реактивным отпором грунта. Для рассматриваемых сечений вылет и высота сечения консоли будут равными, поэтому выявить более опасное сечение можно только после определения требуемой площади арматуры в каждом из них.

 

Сечение I-I.

           

Площадь сечения  арматуры определяем по формуле:

 

            Сечение II-II.

 

 

            Сечение III-III.

 

 

Из трех найденных  значений подбор арматуры производим по максимальному значению, т.е.

Принимаем нестандартную  сварную сетку с одинаковой в  обоих направлениях арматурой из стержней с шагом .

            Имеем с

Процент армирования :

 

            – в сечении I-I:  

 

– в сечении  II-II:

 

 

– в сечении  III-III:

 

 

            Так как во всех сечениях , количество принятой арматуры оставляем без изменений.

 

 

Конструкция центрально нагруженного фундамента

Список  используемой литературы.

 

1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М.: ГУП  ЦПП, 2003.
2. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. М.: ФГУП ЦПП, 2004.
3. СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М.: ФГУП ЦПП, 2005.
4. СП 52-102-2004. Предварительно напряженные железобетонные конструкции. М.: ФГУП ЦПП, 2005.
5. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения (к СП 52-101-2003). М.: ФГУП ЦПП, 2005.
6. Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона (к СП 52-102-2004). М.: ФГУП ЦПП, 2005.
7. Методические указания и справочные материалы к курсовому проекту №1 по дисциплине «Железобетонные конструкции» для студентов специальности 270102 (290300) «Промышленное и гражданское строительство». М.: Типография МГСУ, 2007.