5.5.3. Расчет растянутой стойки

Т.к. М=0, то расчёт ведём по [3, п.3.26]. Должно соблюдаться условие:

[3, (60)];

Из [3, (60)] определим требуемую суммарную площадь арматуры:

Из условия минимального диаметра арматуры в стойке (8мм) принимаем (28AIII).

5.5.2. Поперечная арматура растянутой стойки

Согласно [3, п.5.22] принимаем поперечную арматуру с шагом 600. Диаметр арматуры принимаем 6AIII [4, прил.9].

5.6. Проектирование опорного узла фермы

5.6.1. Конструирование опорного узла

Пояса фермы соединяются в опорном узле (рис.5.7).

Определение размеров опорного листа.

Опорная реакция фермы:

Принимаем .

Определение угла наклона верхнего пояса в опорном узле:

.

Рис.5.7 - Опорный узел.

Дополнительные ненапрягаемые стержни с площадью сечения:

.

Принимаем минимальную арматуру: 412,

Длина её анкеровки (растянутая арматура в растянутом бетоне):

[3, (186)]

принимаем 350 мм.

Сечение стержней, окаймляющих узел, принимается из условия:

принимаем 210

Сетки косвенного армирования ставятся над опорным листом на участке длиной и [3, п.5.61], где - длина зоны передачи напряжений :

мм [3, (11)].

Тогда 0.6283170 мм = 17 см;

Длина участка, где стоят сетки принимается 200. Диаметр арматуры должен быть мм и мм. В соответствии с [3, п.5.24] принимаем сетку из арматуры 10AII, с ячейками 5050 мм с шагом 50 мм (4 сетки).

Поперечная арматура ставится с шагом 100 мм, а её диаметр назначается по нижеследующему расчету.

Анкеровка арматуры верхнего пояса:

мм [3, (186)],

но не менее мм и не менее 200 мм.

Принимаем длину анкеровки арматуры верхнего пояса 400 мм.

5.6.2. Расчет опорного узла

5.6.2.1 Расчет из условия отрыва нижнего пояса

Расчет из условия отрыва нижнего пояса по сечению АВ из-за ненадежности анкеровки преднапряженной арматуры и дополнительных стержней (рис.5.8).

Рис.5.8 - Схема разрушения опорного узла с отрывом нижнего пояса

Для того, чтобы не произошел отрыв нижнего пояса, должно удовлетворятся условие:

где усилие в поперечной арматуре, пересекающей трещину; и - усилия, воспринимаемые дополнительной арматурой и преднапряженной арматурой с учетом уменьшения напряжений на длине анкеровки.

Учитывая, что напряжения в арматуре на длине анкеровки снижаются от или до нуля по прямой зависимости, получаем:

и при и

где - расстояния от торца фермы до пересечения рассматриваемого стержня с прямой АВ (рис. 5.5); ,- длины зон анкеровки преднапряженной и обычной арматуры. Для стержневой арматуры = 35d = см;

1) (анкеровка в сжатом бетоне) [2, (186)];

2) см; Принимаем см.

В соответствии с рис.5.8 расстояния до линии обрыва:

Усилия в арматуре:

кН;

кН;

кН;

кН;

Из условия отрыва требуемое усилие в поперечной арматуре узла:

кН;

Т.к. отрицательна, то арматура по расчёту не требуется. Конструктивно из условия свариваемости принимаем поперечную арматуру 8 А-III.

5.6.2.2 Расчет из условия изгиба опорного узла

Расчет из условия изгиба опорного узла по наклонному сечению АС (рис. 5.9).

Так как угол наклона сечения АС относительно АВ изменяется незначительно, усилия в продольной арматуре не меняются.

Высота сжатой зоны (рис.5.9):

м.

Рис.5.9 - Схема усилий в сечении АС при расчете на прочность на действие момента

Проверка прочности на действие изгибающего момента производится по формуле: ,

где кНм;

кНм;

Условие прочности по наклонному сечению АС на действие изгибающего момента выполняется.

6. РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТА

Исходные данные:

Заглубление фундамента:

Нормативная глубина промерзания:

м,

где - коэффициент равный сумме отрицательных среднемесячных температур [6, табл.3]; d₀ = 0,23 м - для суглинков.

Расчетная глубина промерзания:

м,

где k_h = 0,6 - коэффициент влияния теплового режима здания. Принимаем глубину заложения = 1,2 м.

Усредненная плотность фундамента и грунта на обрезах

Расчетное сопротивление грунта

Класс бетона В15; (), [3, табл.13]; Е_в =205000 МПа;

Класс арматуры A-II; R_s = 280 МПа; R_sc = 280 МПа [3, табл. 22];

Таблица 6.1 - Сочетание усилий.

Сечение	Сочетание	N0 на- грузок	Расчетные усилия	Нормативные усилия
			M, кНм	N, кН	Q, кН	М, кНм	N, кН	Q, кН
У обреза фундамента	+М о.ф. -М о.ф. Nmin о.ф.	2, 6, 14 2, 5, 13 0, 7, 13	+193,97 -234,51 -205,93	873,12 873,12 540,73	-26,75 35,71 41,94
У подошвы фундамента	+М п.ф. -М п.ф. Nmin п.ф.	2, 6, 14 2, 5, 13 0, 7, 13	222,06 -272,01 -249,97	873,12 873,12 540,73	-26,753 35,71 41,94	193,10 -236,53 -217,36	759,23 759,23 470,20	-23,26 31,05 36,47

В таблице 6.1:

кН;

кН;

кН;

Нормативные усилия получены делением расчетных на усредненный коэффициент надежности по нагрузке

Схема загружения фундамента показана на рисунке 6.1.

Рис.6.1 - Схема загружения фундамента.

6.1 Определение размеров подошвы фундаментов

6.1.1. Выбор типа фундамента

Т.к. выполняются следующие условия, то фундамент проектируется симметричным:

;

м,

где м и м.

6.1.2. Назначение размеров подошвы фундамента

Принимается следующее отношение ширины подошвы фундамента к длине:

Первоначально площадь подошвы: м².

Сторона подошвы: м.

Принимаем b =1,8 м (кратно 0.3м).

Параметры: м²; м.

Длина подошвы: м.

Принимаем м (кратно 0.3 м). Тогда отношение сторон: . Развиваем b до 2,1 м, тогда .

Площадь подошвы равна:

.

6.1.3. Проверка напряжений под подошвой фундамента

I сочетание:

;

> 0.

II сочетание:

;

> 0.

III сочетание

;

> 0.

Проверка среднего давления:

.

Условия выполняются, поэтому оставляем размеры подошвы: 2,13,3 м.

6.2. Назначение размеров подколонника

Конструктивные требования: толщина стенки стакана (рис. 6.2) принимается см. Т.к. в плоскости изгиба при м, то м.

Принимаем (в плоскости М) см.

Тогда м.

Принимаем (кратно 0.3 м).

Принимаем из плоскости момента тогда ширина сечения подколонника:

Принимаем м (кратно 0.3 м).

Рис. 6.2 - Схема подколонника.

Глубина стакана определяется из двух условий:

1. Глубина стакана колонны при должна быть не менее большего размера сечения колонны плюс пять сантиметров:

м;

2. Глубина заделки колонны в стакане, кроме того, должна удовлетворять требованию заделки рабочей арматуры колонны:

Из условий анкеровки арматуры [2, п.5.14]

,

где

Но не менее

Принимаем большую глубину стакана:

6.3 Определение максимальных краевых напряжений на грунт от расчетных нагрузок

Краевые напряжения на грунт:

6.4 Определение высоты плитной части фундамента

Высота плитной части фундамента Н_пл определяется из условия продавливания. Так как в расчете высота подколонника Н_п ещё неизвестна, предполагаем что продавливание происходит от дна стакана (рис. 6.3).

Рис.6.3 - Продавливания фундамента по периметру колонны.

Тогда требуемая рабочая высота плитной части фундамента определяется по формуле:

м,

где.

Высота плитной части должна быть не менее:

.

Принимаем двухступенчатую плиту с высотой ступени 0,45 м.

, .

Проверяем случай расчета:

,

где

Так как , подтверждается случай продавливание плитной части фундамента от дна стакана.

6.5 Расчет высоты и вылета нижней ступени

Высота нижней ступени h₁ проверяется расчетом на продавливание, а наибольшая величина С_1max устанавливается расчетом на поперечную силу при отсутствии поперечной арматуры (рис. 6.4).

Расчет на продавливание нижней ступени производится из условия:

где =

где

Здесь - площадь многоугольника давления по подошве (рис. 6.4):

,

где

Так как то условие прочности на продавливание бетона ступени выполняется.

Рис.6.4. К расчету высоты и вылета нижней ступени фундамента.

Максимальный вылет нижней ступени С_1max определяем при условии отсутствия поперечной арматуры на ширину b =1м по формуле [3, п.3.31]:

;

Т.к. , то проверка выполняется.

6.6 Расчет арматуры подошвы фундамента

Расчет арматуры подошвы фундамента производится из условия изгиба плиты под воздействием реактивного давления грунта в двух направлениях:

1) В плоскости рамы (Рис. 6.5):

Сечение 1-1

(см. п. 6.3);

Изгибающий момент на один метр ширины фундамента:

Рис.6.5 - Расчетная схема работы плиты на изгиб в плоскости рамы.

Сечение 2-2

Требуемая площадь арматуры на 1 метр ширины фундамента:

в сечении 1-1:

в сечении 2-2:

Шаг стержней принимается равным 250 мм. Принимаем по большему значению 412 А-II на 1 погонный метр ширины фундамента

2) Из плоскости рамы на 1 погонный метр:

Площадь арматуры на 1 погонный метр длины фундамента.

Принимаем 210 А-II (1,57 см²) на погонный метр длины подошвы (с шагом 500 мм).

Таким образом, принята сварная сетка с размерами ячеек 200х500мм из стержней 12 AII в направлении действия активного момента и стержней 10 AII в поперечном направлении.

Так как диаметр арматуры класса AII сетки не превышает 22 мм, в соответствии с [5, п.2.56] проверку ширины раскрытия трещин в плитной части фундамента производить не требуется.

6.7. Расчет подколонника

6.7.1. Расчет продольной арматуры подколонника

Рабочая вертикальная арматура устанавливается у коротких граней подколонника (рис. 6.6). Расчет арматуры производится как внецентренно сжатого элемента по усилиям в сечении 1-1 (коробчатое, приводимое к двутавровому) и по усилиям в сечении 2-2 (сплошное прямоугольное).

Рис.6.6 - Вертикальная арматура подколонника

Усилия у обреза фундамента по наибольшему ядровому моменту [табл.6,1]: M = -234,5 кНм; N = 873,1 кН; Q = 35,71 кН..

В сечении 1-1:

В сечении 2-2:

Рассчитываем сечение подколонника с симметричной арматурой в сечении с максимальным моментом М= - 266,6 кНм.

Предполагаем первый случай внецентренного сжатия: большие эксцентриситеты ().

[3, 36]

[3, 37]

Задаем сечение сжатой арматуры при минимальном проценте армирования =0,05 % [3, табл.38]:

Принимаем 512 (шаг 200 мм, ).

Растянутая арматура по расчету не требуется. Конструктивно принимаем (212 А-II).

6.7.2 Проверка ширины раскрытия трещин в сечении 2 - 2 подколонника.

Определяем необходимость проверки ширины раскрытия трещин в соответствии с [5, п.2.52].

Напряжение по наименее сжатой грани составляет:

Так как напряжений растягивающие, но не превышают , расчет по образованию и раскрытию трещин не требуется.

6.7.3 Расчет поперечной арматуры подколонника

Под действием момента происходит поворот колонны относительно горизонтальной оси, проходящей через точку К. При этом момент от поворота М_к уравновешивается моментами усилий в поперечной арматуре, относительно дна стакана (рис.6.7).

Рис.6.7 - Горизонтальная арматура подколонника

При расчете у верхнего обреза подколонника [табл. 6.1]:

по сочетанию (+М):

Имеем второй случай поворота;

по сочетанию (N_min):

Имеем третий случай поворота;

по сочетанию (-М):

Имеем второй случай поворота;

Т.к. в 1-м и 3-м сочетании имеет место второй случай поворота, принимаем к расчету сочетание (-М) (с наибольшим эксцентриситетом е₀=0,27 м):

М = 234,5 кНм; N = 873,1 кН; Q = 35,71 кН.

Определение сечения поперечной арматуры класса А-II.

Для третьего сочетания 3-й случай поворота:

М = 205,9 кНм; N = 540,73 кН; Q = 41,94 кН.

Т.к. этот момент меньше полученного ранее, сечение каждого стержня в одной сетке:

.

Принимаем 4 сетки из стержней 10AII (0,7854=3.14 см²) , что соответствует минимальному диаметру стержней сеток [5, п.4.25]. Т.к. арматура принята с запасом, убираем две сетки (нижних), тогда:

.

Окончательно принимаем 2 сетки из стержней 10AII.

6.7.4 Расчет на местное сжатие дна стакана подколонника

Расчет подколонника на местное сжатие дна стакана производится в соответствии с [5, п.2.48].

При расчете на местное сжатие дна стакана подколонника без поперечного (косвенного) армирования должно удовлетворяться условие:

N_{c loc} R_b,loc A_{loc 1}, [5, (63)]

где N_c - расчетная продольная сила в уровне торца колонны, определяемая по [5, п. 2.20]:

N_c = N=0,868873,1=757,4 кН [5, (26)]

где -- коэффициент, учитывающий частичную передачу продольной силы N на плитную часть фундамента через стенки стакана и принимаемый равным:

= (1 - 0,4R_bt A_c/N) =[5, (27)]

где R_bt = 0,75 МПа - расчетное сопротивление бетона замоноличивания стакана и принимается с учетом коэффициентов условий работы _b2, _b9 (для В15); A_c = 2(h_col + b_col)( h_c - 0.05)=- площадь боковой поверхности колонны, заделанной в стакан фундамента;

_loc - коэффициент, равный 0,75 при ;

R_b,loc - расчетное сопротивление бетона смятию, определяемое по формуле: R_b,loc = _loc R_b = МПа, [5, (64)]

где _loc = [5, (65)]

А_loc2 = =1,08 м² - площадь поперечного сечения подколонника;

А_loc1 = =0,28 м² - площадь торца колонны.

R_b - призменная прочность бетона подколонника с учетом коэффициентов условий работы _b3, _b9;

N_c = 757,4 _loc R_b,loc A_loc1 = 0,7510,20,2810³ = 2142 кН

Условие [5, (63)] выполняется, поэтому сетки косвенного армирования ниже дна стакана устанавливать не требуется.

Список использованной литературы

1. Я.И.Гуревич, В.А.Танаев Расчет железобетонных конструкций одноэтажного промышленного здания. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. - Хабаровск, 2001г.

2. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия / Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1996.-44 с.

3. СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции / Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1996. - 76 с.

4. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции, Общий курс. - 5-е изд., перераб. И доп. - М. СИ; 1991.

5. Пособие по проектированию фундаментов на естественном сновании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83) Ленпромстройпроект Госстроя СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 112 с.

6. СНиП 23.01-99. Строительная климатология/ Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1999. - 56 с.