Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

«Железобетонные и каменные конструкции»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ МНОГОЭТАЖНОГО КАРКАСНОГО ЗДАНИЯ



Содержание

1. Исходные данные

2. Компоновка сборного железобетонного перекрытия

3. Расчет и конструирование многопустотной плиты перекрытия

4. Характеристики прочности бетона и арматуры

4.1 Геометрические характеристики приведенного сечения

4.2 Потери предварительного напряжения арматуры

4.3 Определение прогиба плиты с трещинами

4.4 Конструирование плиты

4.5 Определение прогиба плиты

5. Расчет железобетонного ригеля

5.1 Конструирование ригеля

6. Расчет колонны многоэтажного здания

6.1 Конструирование консоли колонны

7. Расчет монолитного железобетонного фундамента под среднюю колонну

Список используемой литературы

1. Исходные данные

Требуется рассчитать конструкцию многоэтажного каркасного здания из сборного железобетона.

1.	Назначение здания - книгохранилище
2.	Район строительства - г. Ханты-Мансийск (снеговой район IV, ветровой район IV)
3.	Тип местности - С
4.	Сетка колонн - 7,2Ч6,3 м
5.	Высота этажа - 3,9 м
6.	Количество этажей - 4
7.	Тип пола - №3
8.	Тип кровли - №2
9.	Условное расчетное сопротивление грунта - 0,14 МПа
10.	Ригель: В40, А400; плита: В35, А600; колонна: В25, А500; фундамент: В15, А240



2. Компоновка сборного железобетонного перекрытия

Железобетонные колонны. Членение колонн на 2 этажа. Стыки колонн располагаются на высоте 1,05 м от уровня верха консоли предыдущей колонны. Размеры сечения колонн устанавливаем из следующего условия: высота сечения принимается h=H/20 (H - высота этажа) и принимается не менее 300 мм, т.е. h=3900/20=195 мм. Принимаем размеры сечения колонн 300х300 мм. Для опирания ригелей колонны имеют консоли размером 150х150 мм.

Железобетонные ригели. Ригель установлен на консоли колонн каркаса здания с приваркой к закладным деталям колонн в двух уровнях, что создает защемление на опоре.

Сечение ригелей тавровое, с полкой в растянутой зоне. Ширина ригеля по верху (верхнее ребро) принимается 200 мм, ширина ригеля по низу 400 мм. Высота сечения ригеля h=0,075L (L- величина пролета здания в направлении ригеля), т.е. h=0,075х7200=540 мм (окончательную высоту ригеля принимаем кратным 50 мм). Высоту ригеля принимаем 550 мм. Конструктивная длина ригеля l=L-hk-2aз=7200-300-2*20=6860 мм (hk- размер сечения колонны, aз=20 мм - зазор между колонной и торцом ригеля). Конструктивные размеры ригеля 6860х400х550(h)мм.

Железобетонные плиты. Перекрытие выполнено из многопустотных железобетонных предварительно напряженных плит (панелей) с круглыми пустотами. Марка многопустотные плит назначается следующим образом, например, ПК 8-58.15п - панель пристенная, несущая способность 800 кгс/м2 (без учета собственного веса плиты), номинальная длина 58 дециметров, ширина 15 дециметров.

Вдоль наружной стены здания по продольным осям расположены пристенные многопустотные панели марки ПК 61-12. Для образования диска покрытия в пристенных панелях предусмотрены выпуски арматуры, воспринимающие растягивающие усилия до 10 тс. Рядом с пристенными панелями смонтированы рядовые многопустотные панели марки ПК 61-12

По осям «Б» и «С» расположены связевые многопустотные панели марки ПК 61-12, в связевых панелях имеются выпуски арматуры, воспринимающие усилия растяжения до 5 тс.

В плитах с пустотами минимальная толщина полок составляет 25…30 мм, ребер - 30-35 мм. Высота сечения плит должна быть подобрана так, чтобы наряду с условиями прочности были удовлетворены требования жесткости (прогиб).

Высоту сечения предварительно напряженных плит назначают из условия ? = l/30 = 6300/30 = 210 мм (l - размер пролета в направлении плит перекрытия). Размер высоты плиты принимается кратным 10 мм. Принимаем толщину верхней и нижней полок ?f = 35 мм. Проектируем 7 круглых пустот диаметром d = ? ? 2?f = 210 ? 2 * 35 = 140 мм. Предварительно принимаем толщину средних ребер 30 мм. Толщина крайних - (bс ? nd ? nptp) • 0,5 = (1180 ? 7 * 140 ? 6 * 30) • 0,5 = 40 мм (bс - ширина плиты посередине высоты, n - количество пустот, d - диаметр пустоты, np - количество средних поперечных ребер, tp- толщина среднего ребра).

L=6300-2*120=6060

Конструктивные размеры плиты 6060Ч1190Ч210(h) мм. Основные размеры плит приведены на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Размеры сечения многопустотной плиты ПК 61-12

На рис. 1.3 и 1.4 показаны монтажные схемы колонн, ригелей и плит перекрытия многоэтажного здания.

Определение нагрузок, действующих в здание

Вес колонн:

Рк=b*h*H*с=0,3*0,3*3,9*2500=878 кг = 8,78 кН,



гдеb и h - размеры сечения колонны; H - высота этажа; с- 2500 кг/м3 - плотность железобетона.

Вес железобетонного ригеля:

Рр=(b*h1+bf*h2)*l*с= (0,4*0,35+0,2*0,2) *6,86*2500=3087 кг=30,87 кН,

где b;h1;bf;h2- размеры сечения ригеля; l- длина ригеля.

Вес железобетонной плиты:

[(1,18*0,21) - 7(3,14*0,142/4)]*6,06*2500=2090,7 кг=20,9 кН

Временная нагрузка

Снеговая нагрузка.

Высота здания 4*3,9=15,6м, тип местности С, ширина здания 21,6 м. Район строительства - г. Ханты-Мансийск. Снеговой район - (см. СП 20.13330.2011 приложение Ж, карту 1) Sq= 240 кгс. Коэффициент k = 0,48, с учетом интерполяции между (см. СП 20.13330.2011,табл. 11.2). Среднюю скорость ветра Vза три наиболее холодных месяца определяем по карте 2 (см. приложение Д), V= 4 м/с. Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяем поформуле:

S0= 0,7cectµ Sq = 0,7*0,78*1 *1 *240 = 131,04 кгс/м2 = 1,31кН/м2,

где

ce = (1,2 ? 0,1Vk1/2)(0,8 + 0,002b) = (1,2 ? 0,1 * 4 * 0.481/2)(0,8 + 0,002 * 21,6) = 0,78;

в виду отсутствия теплопотерь термический коэффициент равен ct =1,0.

Нормативное значение длительной снеговой нагрузки с учетом

понижающий коэффициента 0,7 составляет 1,31 Ч 0,7 = 0,917 кН/м2

где ce - коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов;

ct - термический коэффициент ct=1,0;

µ - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытии; Sq - вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли.

Полезная нагрузка на перекрытия. Назначение здание - книгохранилища. Нормативное значение полезной нагрузки на перекрытия здания (табл. В.2)

500 кгс/м2= 5,0кН/м2, (0,35-коэффициент длительно действующей нагрузки для книгохранилищ и архивов не применяется)

Нагрузка от покрытия

Нагрузка на 1 м2 покрытия многоэтажного здания(н/м2)

Таблица 2.1

Наименование нагрузки	Расчетная нагрузка (нормативная) при коэффициенте надежности гf = 1	Коэффициент надежности по нагрузке гf	Расчетная нагрузка гf> 1
Гидроизоляция из 3-х слойного рубероидного ковра толщиной 30 мм (плотность 600 кг/м3)	180,0	1,3	234,0
Цементная стяжка толщиной 25мм (плотность 2000 кг/м3)	500,0	1,3	650,0
Плита из крупнопористого керамзитобетона толщиной 200 мм (плотность 1000 кг/м3)	2000,0	1,3	2600,0
Пароизоляция из одного слоя рубероида на битумной мастике толщиной 10 мм (плотность 600 кг/м3 )	60,0	1,3	78,0
Многопустотная плита покрытия 20900/(1,18 Ч6,06)	2923,1	1,1	3215,41
Железобетонный ригель 30870/(6,3 Ч 7,2)	680,56	1,1	748,62
Итого постоянная	6343,66		7526,03
Снеговая нагрузка (полная)	1310,0	1,4	1834,0
в т.ч. длительная	917,0	1,4	1283,8
ИТОГО полная нагрузка	7653,66		9360,03
в т.ч. длительная	7260,66		8809,83

Нагрузка от перекрытия

Нагрузка на 1 м2 перекрытия здания (н/м2)

Таблица 2.2

Наименование нагрузки	Расчетная нагрузка (нормативная) при коэффициенте надежности гf = 1	Коэффициент надежности по нагрузке гf	Расчетная нагрузка гf> 1
Гидроизоляция из 3-х слойного рубероидного ковра толщиной 30 мм (плотность 600 кг/м3)	180,0	1,3	234,0
Цементная стяжка толщиной 25мм (плотность 2000 кг/м3)	500,0	1,3	650,0
Плита из крупнопористого керамзитобетона толщиной 200 мм (плотность 1000 кг/м3)	2000,0	1,3	2600,0
Пароизоляция из одного слоя рубероида на битумной мастике толщиной 10 мм (плотность 600 кг/м3 )	60,0	1,3	78,0
Многопустотная плита покрытия 20900/(1,18 Ч6,06)	2923,1	1,1	3215,41
Железобетонный ригель 30870/(6,3 Ч 7,2)	680,56	1,1	748,62
Итого постоянная	6343,66		7526,03
Полезная нагрузка (полная)	5000,0	1,2	6000,0
в т.ч. длительная	5000,0	1,2	6000,0
ИТОГО полная нагрузка	11343,66		13526,03
в т.ч. длительная	11343,66		13526,03



3. Расчет и конструирование многопустотной плиты перекрытия

Исходные данные для проектирования. Требуется выполнить расчет и конструирование сборной железобетонной предварительно напряженной многопустотной плиты перекрытия. Конструктивные размеры плиты 6060Ч1190Ч210 (h) мм. Относительная влажность воздуха здания составляет 60 %.

К трещиностойкости плиты предъявлены требования 3-й категории. Для изготовления плиты перекрытия предусмотрен бетон класса В35, изделие подвергают тепловой обработке при атмосферном давлении. Напрягаемая арматура выполнена из стержневой арматуры класса А600 с электротермическим натяжением на упоры.

Основные размеры плит приведены на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Размеры сечения многопустотной плиты ПК 61-12

Расчетный пролет, нагрузки и усилия. Расчетный пролет плит l0 принимают равным расстоянию между осями ее опор (рис.3.2). При опирании на полки ригелей l0= ln? aon= 6060 ? 80 = 5980 мм (a ? величина опирания плиты на ригель).



На основании табл. 2.2, определяем нагрузки на 1 м2 перекрытия(табл.3.1).

Нагрузка на 1 м2 перекрытия здания (н/м2)

Таблица 3.1

Наименование нагрузки	Расчетная нагрузка (нормативная) при коэффициенте надежности гf = 1	Коэффициент надежности по нагрузке гf	Расчетная нагрузка гf> 1
Гидроизоляция из 3-х слойного рубероидного ковра толщиной 30 мм (плотность 600 кг/м3)	180,0	1,3	234,0
Цементная стяжка толщиной 25мм (плотность 2000 кг/м3)	500,0	1,3	650,0
Плита из крупнопористого керамзитобетона толщиной 200 мм (плотность 1000 кг/м3)	2000,0	1,3	2600,0
Пароизоляция из одного слоя рубероида на битумной мастике толщиной 10 мм (плотность 600 кг/м3 )	60,0	1,3	78,0
Многопустотная плита покрытия 20900/(1,18 Ч6,06)	2923,1	1,1	3215,41
Итого постоянная	5663,1		6777,41
Полезная нагрузка (полная)	5000,0	1,2	6000,0
в т.ч. длительная	5000,0	1,2	6000,0
ИТОГО полная нагрузка	10663,1		12777,41
в т.ч. длительная	10663,1		12777,41

Расчетная нагрузка при коэффициенте надежностигf>1на1п.м.при ширине плиты1,2:

постоянная нагрузка: g = 1,2 • 6,78 = 8,14 кН/м;

временная нагрузка: u = 1,2 • 6,0 = 7,2 кН/м;

полная нагрузка:q = g + u = 1,2 • 12,78 = 15,34 кН/м.

Расчетная нагрузка (нормативная) при коэффициенте надежности гf= 1:

постоянная нагрузка: gn= 1,2 • 5,66 = 6,79 кН/м;

временная нагрузка: un= 1,2 • 5,0 = 6,0 кН/м;

полная нагрузка: qn= gn+ un= 1,2 • 10,66 = 12,79 кН/м;

постоянная + длительно временная нагрузка:

qnl= gn+ unl = 1,2 • 10,66 = 12,79 кН/м.

Усилия от расчетных и нормативных нагрузок. От полной расчетной нагрузкиприкоэффициентенадежностигf = 1:

Рис. 3.3 Эпюры момента и поперечной силы

От полной расчетной нагрузки (нормативная) при коэффициенте надежностигf = 1:

От постоянной и длительной расчетной нагрузки (нормативная) при коэффициенте надежностигf = 1:

Расчетное сечение. Расчетное сечение многопустотной плиты назначается из следующих условий:

Ширина продольного ребра b = 6 * 30 + 2 * 40=260 мм, высота верхней и нижней полок 35мм.

Значение , вводимое в расчет, принимают из условия, что ширинасвеса полки в каждую сторону от ребра должна быть не более 1/6 пролета элемента, т.е. 5980/6 = 996,7 мм и не более:

а)при ? 0,1??1/2 расстояния в свету между продольными ребрами;

б) при < 0,1? ? 6.

Определяем = 35/210 = 0,17> 0,1, следовательно, = 1170 мм.

Рабочая высота сечения ?0= ? ? as= 210 ? 25 = 185мм, где as= aзс ? d/2 - расстояние от центра тяжести рабочей арматуры до наиболее растянутой грани элемента.



4. Характеристики прочности бетона и арматуры

Расчетные характеристики бетона определяются по табл. 6.7-6.9, 6.11 [3]. Бетон класса В25. Нормативное значение прочности бетона Rbn= Rb,ser= 25,5 МПа (сжатие осевое), Rbt,n= Rbt,ser= 1,95 МПа (растяжение осевое). Расчетное значение прочности бетона Rb= 19,5 МПа, Rbt= 1,3 МПа. Начальный модуль упругости бетона Eb= 34500 МПа. Коэффициент условия работы бетона гb1 = 0,9 (при продолжительном действии нагрузки), тогда Rb= 0,9 • 19,5 = 17,55 МПа, Rbt= 0,9 • 1,3 = 1,17 МПа.

Расчетные характеристики арматуры определяются по табл. 6.13-6.15 и п. 6.2.12 [3]. Рабочая арматура многопустотной плиты перекрытия класса А600. Нормативное значение прочности арматуры диаметром 10-40 мм Rbn = Rb,ser = 600,0 МПа, расчетное значение прочности арматуры Rs=520,0 МПа. Модуль упругости арматуры Es= 190000 МПа. Предварительное напряжение в арматуре уsp для горячекатаной и термомеханической упрочненной арматуры принимают не более 0,9Rs,n.

Принимаем уsp= 0,8Rs,n= 0,8 • 600 = 480 МПа.

Расчет прочности многопустотной плиты по сечению, нормальному к продольной оси. Значение Mu1t(предельный изгибающий момент) для изгибаемых элементов, имеющих полку в сжатой зоне (тавровые и двутавровые сечения), при относительной высоте сжатия зоны о = x??0? оR (граничной относительной высоты сжатой зоны) определяют в зависимости от положения границы сжатой зоны.

Определяем положение границы сжатой зоны бетона из условия:

т.е. граница сжатой зоны плиты проходит в полке.

Значение несущей способности плиты Mu1t определяют как для прямоугольного сечения шириной

Из условия:

Вычисляем

=0,098

По табл. Б.2 (см. приложение Б) при классе арматуры А600 и = 480/520 = 0,92 находим = 0,5. Тогда

= 0,5(1-0.5/2)= 0,375 >= 0,098,

т.е. сжатой арматуры в плите не требуется.

Определяем относительную высоту сжатой зоны бетона

Если соблюдается условие = 0,103 < = 0,5, расчетное сопротивление напрягаемой арматуры Rs допускается умножать на коэффициент условий работы определяемый по формуле

Если = 0,103/0,5 = 0,206 < 0,6, можно принимать = 1,1.

Определяем площадь растянутой напрягаемой арматуры

По сортаменту (см. приложение Б, табл. Б.1) принимаем 4 стержня

диаметром 16 мм класса А600 с площадью = 8,04 см .

Расчет прочности плиты по сечению, наклонному к продольной оси элемента.

Расчет железобетона по наклонному сечению должен производиться для обеспечения прочности:

- на действие поперечной силы по наклонной полосе между наклонными трещинами;

- на действие поперечной силы по наклонной трещине.

Расчет прочности плиты по бетонной полосе между наклонными сечениями производят из условия:

Где Q- расчетная поперечная сила в нормальном сечении элемента; - коэффициент, принимаемый равным 0,3.

Прочность наклонного сечения по бетонной полосе между трещинами обеспечена. Если данная зависимость не выполняется, то необходимо увеличить геометрические параметры (высоту) плиты перекрытия или класс бетона.

Расчет по наклонному сечению на действие поперечных сил производят на основе уравнения равновесия внешних и внутренних поперечных сил, действующих в наклонном сечении с длиной проекции c на продольную ось элемента. Внутренние поперечные силы включают поперечную силу, воспринимаемую бетоном в наклонном сечении, и поперечную силу, воспринимаемую пересекающей наклонное сечение поперечной арматурой.



Рис. 3.5. Схема усилий при расчете ж/б элементов по наклонному сечению на действие поперечных сил

Расчет изгибаемых элементов по наклонному сечению (рис. 3.5) производят из условия:

где Q1 - поперечная сила в нормальном сечении от внешней нагрузки;

Так как Q= кН > 28,14 кН, то поперечная сила по расчету не может быть воспринята только бетоном, поэтому следует предусматривать установку поперечной

арматуры с шагом не более 0,5h0 и не более 300 мм. sw = 18,5/2 = 9,25 см, принимаем sw = 9,0 см. Продольное армирование каркасов выполнено из арматуры класса А300 ( диаметром 10 мм (Аs = 0,785 см2), поперечное армирование из арматуры В500 ) диаметром 4 мм (As = 0,126 см ) (в сварных каркасах диаметр поперечной арматуры принимают не менее диаметра, устанавливаемого из условия сварки с наибольшим диаметром продольной арматуры). На приопорных участках длиной l/4 = 580/4 « 150 мм устанавливаем 4 каркаса.

Определяем усилие в поперечной арматуре на единицу длины элемента:

Определяем поперечную силу, воспринимающую поперечным армирование:

Проверяем условие:

Расчет плиты по второй группе предельных состояний

Расчеты по предельным состояниям второй группы включают:

расчет по образованию трещин;

расчет по раскрытию трещин;

расчет по деформациям.

Расчет по образованию трещин производят для проверки необходимости расчета по раскрытию трещин, а также для проверки необходимости учета трещин при расчете по деформациям.

4.1 Геометрические характеристики приведенного сечения

Круглое очертание пустот заменяют эквивалентным квадратным со сторонами

(рис. 3.6).

Толщина полок эквивалентного сечения

Ширина ребра

Ширина пустот

Коэффициент приведения арматуры к бетону

Рис. 3.6. Расчетное сечение многопустотной плиты (размеры в см)

Площадь приведенного сечения:

где А - площадь сечения бетона, равная А =

Статический момент приведенного сечения относительно оси I-I, проходящей по нижней грани элемента равен:



=(118-29.8)*4.2*(21-0.5*4.2)+29.8*/2+(118-29.8)*4.22/2+5.51*6.84*2.5=14444.36

где A; и у; - соответственно площадь части сечения и расстояние от центра тяжести i-го рассматриваемого сечения до оси I-I.

Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до оси I-I:

/=10.87cм

Момент инерции приведенного сечения относительно оси, проходящей через центр тяжести приведенного сечения, составляет:

=

где - момент инерции i-й части сечения относительно оси, проходящей через центр тяжести этой части сечения.

Момент сопротивления сечения по нижней зоне равен:

, то же, по верхней зоне



Расстояние до верхней и нижней границы ядра сечения от центра тяжести приведенного сечения составляет:

4.2 Потери предварительного напряжения арматуры

Начальные предварительные напряжения в арматуре не остаются постоянными, т.е. с течением времени они уменьшаются. Поэтому, при расчете предварительно напряженных конструкций следует учитывать снижение предварительного напряжения вследствие потерь предварительного напряжения до передачи усилий напряжения на бетон (первые потери) и после передачи усилия напряжения на бетон (вторые потери).

Первые потери:

Первые потери предварительного напряжения включают в себя потери от релаксации предварительного напряжения в арматуре, потери от температурного перепада при термической обработке конструкции, потери от деформации анкеров и деформации формы (упоров).

Для арматуры классов А600-А1000 потери от релаксации напряжений в арматуре при электротермическом способе натяжения определяются по формуле:

Потери (МПа) от температурного перепада , определяемого как разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилия натяжения при нагреве бетона, принимаются равными:

При отсутствии точных данных по температурному перепаду допускается принимать = 65°С.

Потери от деформации стальных форм (упоров) при неоднократном натяжении арматуры на форму определяются по формуле:

где n - число стержней (групп стержней), натягиваемых неодновременно;

- сближение упоров по длине действия усилия натяжения арматуры, определяемое по расчету деформаций формы;

l - расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных о конструкции формы и технологии изготовления допускается принимать = 30 МПа.

При электротермическом способе натяжения арматур потери от деформации форм не учитываются: = 0.

- Потери от деформации анкеров натяжных устройств

определяются по формуле:

- обжатие анкеров или смещение стержня в зажимах анкеров;

l - расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных допускается принимать = 2 мм.

При электротермическом способе натяжения арматур потери от деформации анкеров не учитываются: = 0.

Полное значение первых потерь предварительного напряжения арматуры определяют по формуле:

Вторые потери:

После бетонирования и твердения в процессе тепловой обработки происходят первые потери предварительного натяжения арматуры. После приобретения бетоном необходимой прочности арматура освобождается с упоров форм и обжимает бетон. Предварительные напряжения в арматуре в результате упругого обжатия бетона уменьшаются, т.е. происходят вторые потери.

Рис. 3.7. Схема распределения усилий предварительного обжатия бетона

Усилие предварительного обжатия бетона с учетом первых потерь (рис. 3.7) принимают равным равнодействующей усилий в напрягаемой арматуре:



Эксцентриситет данного усилия относительно центра тяжести приведенного сечения:

Предварительные напряжения в бетоне при обжатии без учета собственного веса плиты определяются в предположении упругой работы сечения и линейной эпюры напряжений по формуле:

=+ = 5.0МПа,

где y = - расстояние от центра тяжести приведенного сечения до рассматриваемого волокна;

Передаточная прочность (прочность бетона в момент обжатия) принимается не менее 11 МПа и не менее 50% прочности класса бетона 0,5B = 0,5*35 = 17.5 МПа. Принимаем = 17,5 МПа, тогда отношение / = 5.0/17.5 = 0,29, /< 0,7.

- Потери от усадки бетона определяются (по формуле 9.8 СП 63.13339.2012):

= 0.0002*190000=38 МПа,

где - деформации усадки бетона, значения которых можно приближенно принимать в зависимости от класса бетона равными: 0,0002 - для класса бетона В35 и ниже; 0,00025 - для класса бетона В40; 0,0003 - для класса бетона В45 и выше.

- Потери от ползучести бетона :

Вычисляем сжимающие напряжения в бетоне при обжатии на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры с учетом собственного веса плиты:

=+ - = 2, 9МПа,

где M - изгибающий момент от собственного веса плиты перекрытия, равный:

1*2.923*1.18*/8=15.42кН/м

нормативный вес 1 м плиты (табл. 3.1).

- Потери от ползучести бетона определяются (по формуле 9.9 СП 63.13339.2012)::

= 0,8*5,51*2,1*2,9/1+5.51*0.012*(1+*1329.01/79191.15)*(1+0.8*2.1)=19.31МПа

где

напряжение в бетоне на уровне центра тяжести растянутой арматуры;

расстояние между центрами тяжести напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения элемента;

Полное значение первых и вторых потерь предварительного напряжения арматуры определяются (по формуле 9.12 СП 63.13339.2012)::



где i- номер потерь предварительного напряжения.

Полные суммарные потери для арматуры, расположенной в растянутой при эксплуатации зоне сечения элемента, следует принимать не менее 100МПа.

Усилие предварительного обжатия с учетом полных потерь принимают равным равнодействующей усилий в напрягаемой арматуре (по формуле 9.13 СП 63.13339.2012):

Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси

Для элементов, к трещиностойкости которых предъявляются требования 3-й категории, расчет по образованию трещин выполняют для выявления необходимости проверки по раскрытию трещин и для выявления случая расчета по деформациям. При этом следует принимать коэффициент надежности по нагрузке (нормативные нагрузки).

Вычисляем момент образования трещин по формуле (по формуле 9.36 СП 63.13339.2012):

где (по формуле 9.36 СП 63.13339.2012):

-

упругопластический момент сопротивления приведенного сечения для крайнего растянутого волокна бетона;

- определяется в зависимости от типа сечения по табл. 4.1 [5].

Поскольку 2

- расстояние от точки приложения усилия предварительного обжатия Р(2) до ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны, трещиностойкость которой проверяется.

Поскольку Мп = кНм < Mcrc = 48,73 кНм, трещины в растянутой зоне плиты образуются.

Расчет ширины раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента

К трещиностойкости конструкций 3-й категории, расчет железобетона производят по непродолжительному и продолжительному раскрытию трещин. Предельно допустимая ширина раскрытия трещин из условия обеспечения сохранности арматуры: 0,3 мм - при продолжительном раскрытии трещин; 0,4 мм - при непродолжительном раскрытии трещин.

Непродолжительное раскрытие трещин определяют от совместного действия постоянных и временных (длительных и кратковременных) нагрузок, продолжительное - только от постоянных и временных длительных нагрузок.

Расчет по раскрытию трещин производят из условия:

где - ширина раскрытия трещин от действия внешней нагрузки; - предельно допустимая ширина раскрытия трещин.

Ширину раскрытия трещин определяют исходя из взаимных смещений растянутой арматуры и бетона по обе стороны трещины на уровне оси арматуры и принимают:

- при продолжительном раскрытии



- при непродолжительном раскрытии

где - ширина раскрытия трещин от продолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок;

- ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянных и временных (длительных и кратковременных) нагрузок;

- ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок.

Значения , и определяют с учетом влияния продолжительности действия соответствующей нагрузки.

Ширину раскрытия нормальных трещин определяют по формуле

где - напряжение в продольной растянутой арматуре в нормальном сечении с трещиной от соответствующей внешней нагрузки;

- базовое (без учета влияния вида поверхности арматуры) расстояние между смежными нормальными трещинами;

- коэффициент, учитывающий неравномерное распределение относительных деформаций растянутой арматуры между трещинами;

- коэффициент, учитывающий продолжительность действия нагрузки, принимаемый равным:

1,0 - при непродолжительном действии нагрузки;

1,4 - при продолжительном действии нагрузки;

- коэффициент, учитывающий профиль продольной арматуры, принимаемый равным: 0,5 - для арматуры периодического профиля;

- коэффициент, учитывающий характер нагружения, принимаемый равным: 1,0 - для элементов изгибаемых и внецентренно сжатых.

Определяем базовое расстояние между смежными нормальными трещинами. Высота зоны растянутого бетона

с учетом неупругих деформации растянутого бетона

Поскольку ,

принимаем мм. Тогда площадь сечения растянутого бетона равна

Базовое расстояние

принимают не менее и 10 см и не более и 40 см, принимаем см.

Изгибающие моменты от нормативных нагрузок :

постоянной и длительной ;

полной

Значения напряжения в растянутой арматуре от нагрузки определяем по формуле:



где , - момент инерции и площадь приведенного поперечного сечения плиты;

см - расстояние от наиболее сжатой грани до центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента;

коэффициент приведения арматуры к бетону;

Н - продольная сила, равная усилию предварительного обжатия бетона :

- изгибаемый момент от внешней нагрузки и усилия предварительного обжатия , определяемый по формуле .

Знак (-) в формуле принимают, когда направления вращающих моментов и не совпадают, и (+) - когда совпадают.

Определяем ширину раскрытия трещин от продолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок. Изгибающие моменты:

; ;

Значения коэффициента определяют по формуле



Напряжения в арматуре

Ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянных и временных (длительных и кратковременных) нагрузок:

Изгибающий момент

Раскрытие трещин от непродолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок:

Изгибающий момент

Ширина непродолжительного раскрытия трещин:

4.3 Определение прогиба плиты с трещинами

Полную кривизну изгибаемых элементов определяют по формуле:

В формуле - кривизна от непродолжительного действия всей нагрузки, на которую производят расчет по деформациям;

- кривизна от непродолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок;

- кривизна от продолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок.

Для элементов прямоугольного, таврового и двутаврового сечений при h'f ? 0,3ho и a's < 0,2ho кривизну допускается определять по формуле

где цс - коэффициент, определяемый по табл. 4.5 [5], либо табл. Б.7 (прилож. 7), в зависимости от цf, мas2, es/ho.

Определяем кривизну плиты перекрытия от непродолжительного действия всей нагрузки, т.е.

Для этих нагрузок имеем



а также имеем , коэффициент армирования

и коэффициент, учитывающий наличие свесов в расчетном сечении плиты

При непродолжительном действии нагрузки , тогда

Тогда по табл. 4.5 [5], либо табл. Б.7 при

находим , и следовательно,

Определяем кривизну плиты перекрытия от непродолжительного действия постоянных и длительно временных нагрузок, т.е.



Для этих нагрузок имеем

и

По табл. 4.5 [5], либо табл. Б.7 находим ,

При продолжительном действии нагрузок и влажности 73% (табл. А.1),

Тогда

и

По табл. Б.7 находим и кривизну



Полная кривизна в середине пролета с учетом наличия трещин равна

Вычисляем прогиб плиты:

где S коэффициент, принимаемый по таблице 4.3 [5].

В случае невыполнения указанного условия необходимо увеличить величину предварительного напряжения в арматуре в установленных пределах, либо увеличить сечение предварительно напряженной арматуры на 10-20% и произвести перерасчет плиты перекрытия по второй группе предельных состояний. железобетонный плита ригель каркас

4.4 Конструирование плиты

Согласно табл. 3.1 многопустотная плита рассчитана на полную расчетную нагрузку 9729,9 Н/м2 с учетом собственного веса плиты 3333,9 Н/м2. Расчетная нагрузка без учета собственного веса плиты составляет 9729,9-3333,9 = 6396 Н = 639,6 кгс. Тогда, с некоторым запасом прочности, для многопустотной плита перекрытия можно присвоить марку ПК 6-58.12.

Плита изготовлена из тяжелого бетона класса В25.

Армирование плиты:

· Основная рабочая арматура: 4Ш12 класс А800 ;

· На приопорных участках длиной мм устанавливаем 4 каркаса КР1. Продольное армирование каркасов выполнено из арматуры класса А300 Ш 10 мм ( см2), поперечное армирование из арматуры В500 Ш 3 мм ( см2), шаг поперечного армирования 80 мм.

· Верхняя полка панелей армирована сеткой С1, выполненной из проволоки класса B500.

Геометрические размеры и характер армирования многопустотной плиты показаны на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Размеры сечения и рабочее армирование многопустотной плиты ПК 8-58.12

4.5 Определение прогиба плиты

Расчет плиты по прогибам производят из условия

где - прогиб элементов от действия внешней нагрузки;

значение предельно допустимого прогиба, табл. Е1 приложения Е [2]

Определяем полную кривизну плиты для участков без трещин в растянутой зоне (по формуле 9.42 СП 63.13339.2012):



где и - кривизны соответственно от непродолжительного действия кратковременных нагрузок и от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;

- кривизна от непродолжительного действия усилия предварительного обжатия Р (т.е. при действии М = P).

Кривизну элемента от непродолжительного действия кратковременных нагрузок определяем по формуле:

=(38.67-26.70) *1/0.8*32500*100*=6,6*c

Кривизну элемента от непродолжительного действия кратковременных нагрузок определяем по формуле:

=26.70*1/(32500*100/(1+2.5)*69741.31)=41.23*1

где - коэффициент ползучести бетона, принимаемый по табл. А.1.

Кривизна от непродолжительного действия усилия предварительного обжатия Р (т.е. при действии М = P )

/

/(0.8*32500*100*69741.31) =8,17*1

Полную кривизну плиты:

=(6,6+41,23-8,17)*1=39,66*



Прогиб (выгиб) плиты определяется по формуле:

где S- коэффициент, принимаемый по табл.4.3 (5)

Конструирование плиты

Согласно табл. 3.1 многопустотная плита рассчитана на полную расчетную нагрузку 9911 Н/м2 с учетом собственного веса плиты 3333 Н/м2 . Расчетная нагрузка без учета собственного веса плиты составляет 9911-3333= 6578 Н = 657,8 кГс. Тогда, с некоторым запасом прочности, многопустотная плита покрытия имеет марку ПК 6-58.12. Категория трещиностойкости - 3.

Плита изготовлена из тяжелого бетона класса В30.

Армирование плиты:

Основная рабочая арматура: 412 класс А800 (Asp = 4,52 см2);

На приопорных участках длиной 1/4=580/4 150 см мм устанавливаем 4 каркаса КР1. Продольное армирование каркасов выполнено из арматуры класса А300 10 мм (As= 0,785 см ), поперечное армирование из арматуры В500 4 мм (As = 0,126 см ), шаг поперечного армирования 80 мм.

Верхам полка панелей армирована сеткой С1, выполненной из проволоки класса В500.

Геометрические размеры и характер армирования многопустотной плиты показаны на рис. 3.8.

КР-1

Рис.3.8. Размеры сечения и рабочее армирование многопустотной плиты ПК8-58.12

5. Расчет железобетонного ригеля

Исходные данные для проектирования. Требуется выполнить расчет и конструирование сборного железобетонного ригеля перекрытия. Конструктивные размеры ригеля 5360*400*450(h) мм. Для изготовления ригеля предусмотрен бетон класса В25, изделие подвергают тепловой обработке при атмосферном давлении. Рабочая арматура выполнена из стержневой арматуры класса А500. Поперечное армирование - арматура В500.Геометрические размеры ригеля показаны на рис. 4.1

Рис. 4.1. Геометрические размеры ригеля.

Расчетный пролет, нагрузки и усилия.

Расчетный пролет ригеля принимают равным расстоянию между осями его опор (рис.4.2).

При опирании на консоли колонн

=5700-2*300/2-2*20-2*130/2=5230мм

- размер сечения колонны,

величина опирания ригеля на консоль колонны).

На основании табл. 2.2, полное значение расчетной нагрузки от перекрытия на ригель составляет q = 10501.5 H/м2.

Смотрим п. 8.2.4 СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». Согласно данного пункта при расчете балок, ригелей, плит, стен, колонн и фундаментов, воспринимающих нагрузки от одного перекрытия, нормативные значения нагрузок, указанные в табл. В.2 (см. приложение В), следует снижать в зависимости от грузовой площади А, с которой передаются нагрузки на рассчитываемый элемент, умножением на коэффициенты или , равные:

а) для помещений, указанных в поз. 1, 2, 12а (при А >= 9 )

,

а) для помещений, указанных в поз. 4, 11, 12б (при А >= 36 )

Так как грузовая площадь А=34,2 А=36, коэффициент не применяется.

Полная расчетная погонная нагрузка на ригель при ширине грузовой площади I = 6,0 м (пролет здания в направлении плит перекрытия):

10501.5*6=63009H/м=63,0кН/м



Усилия от расчетной нагрузки:

=255,86кНм

= 179.55кН

Расчетное сечение (рис. 4.4). Расчетное сечение ригеля назначается из следующих условий:

= 200 мм, его высота = 200 мм; ширина нижнего ребра b = 400 мм; высота ригеля h = 450 мм.

Рабочая высота сечения = = 450 -- 40 = 410мм, где = -- d/2- расстояние от центра тяжести рабочей арматуры до наиболее растянутой грани элемента (т.к. диаметр арматуры неизвестен, принимаем в пределах 35.. .45 мм).



Характеристики прочности бетона и арматуры. Расчетные характеристики бетона определяются по табл. 6.8 [3]. Бетон класса В25. Расчетное значение прочности бетона =14.5 МПа, = 1,05 МПа. Коэффициент условия работы бетона = 0,9 (при продолжительном действии нагрузки), тогда = 0,9 *14,5 = 13,05 МПа, Rbt = 0,9*1,05 = 1,04 МПа.

Расчетные характеристики арматуры определяются по табл. 6.14 и 6.15 [3]. Рабочая продольная арматура ригеля класса А5ОО. Расчетное значение прочности арматуры Rs = 435МПа, Rsw = 300 МПа. Поперечная арматура В5ОО. Расчетное сопротивление поперечной арматуры Rsw = 300,0 МПа.

Расчет прочности железобетонного ригеля по нормальному сечению к продольной оси. Определяем положение границы сжатой зоны бетона (по формуле 8.10 СП 63.13339.2012):

т.е. момент от внешней нагрузки превышает внутренний момент, воспринимаемый верхним ребром ригеля. Следовательно, граница сжатой

зоны ригеля проходит ниже верхнего ребра (рис. 4.5).

Определяем площадь сечения растянутой арматуры



Определяем коэффициент

0.291

При этом должно выполняться условие = 0,291 < = 0,372 (см. табл. 3.2, [4]). По табл. Б.1 (см. приложение Б) принимаем

Поперечное армирование ригеля выполнено из двух вертикальных каркасов К-1 (рис.4.6). Минимальный диаметр вертикальных поперечных стержней (хостов) устанавливает из условия сварки с продольной рабочей арматурой по приложению 9 [6]. Диаметр рабочей продольной арматуры, входящей в состав вертикальных каркасов, 32 мм. Следовательно, минимальный диаметр поперечных стержней 10 мм. Принимаем 210 (2 каркаса) арматуры класса В500 ( = 300,0 МПа, Asw = 1,57 см2).

Для усиления опорной зоны ригеля в районе подрезки устанавливаем два отгиба (наклонные стержни под углом 45 ) 225 А500 ( = 300,0 МПа, = 9,82 см2), рис. 4.8.

Проверяем условие

=

где - рабочая высота сечения в районе подрезки, = h - = = 30,0 - 3,0 = 27,0 см (h = 45,0 -15,0 = 30,0 см - высота сечения ригеля в районе подрезки).

Так как внешняя поперечная сила больше поперечной силы воспринимаемой бетоном, то требуется расчетное поперечное армирование ригеля. В железобетонных элементах, в которых поперечная сила по расчету не может быть воспринята только бетоном, следует предусматривать установку поперечной арматуры с шагом не более 0,5 и не более 300 мм, т.е. Sw = 0,5ho = 0,5*270 = 135 мм. Принимаю шаг поперечного армирования 130 мм, данная арматура устанавливается на приопорном участке на расстоянии от грани подрезки не менее высоты ригеля, т.е. 650 мм.

Расчет ригеля по наклонному сечению производят из условия (по формуле 8.56 СНиП 63.13339.2012):

,

где Q - поперечная сила в наклонном сечении;

-поперечная сила, воспринимаемая бетоном в наклонно сечении,

- поперечная сила, воспринимаемая хомутами в наклонном сечении,

- поперечная сила, воспринимаемая хомутами в наклонном сечении,

Рис.4.8. Поперечное армирование ригеля в районе подрезки

Определяем момент, воспринимаемый бетоном сжатой зоны в вершине наклонной трещины

где рабочая высота консоли ригеля.

Усилия в хомутах на единицу длины элемента, равно:

Проверяем условие:

Условие выполняется (если данное условие не выполняется, необходимо уменьшить шаг хомутов).

Так как 

то при действии равномерно распределенной нагрузки невыгоднейшее значение величины проекции наклонного сечения равно

= =60,08.

и принимается не более т.е. принимаем

Определяем усилие, воспринимаемое хомутами (по формуле 8.58 СП 63.13339.2012):

Усилие, воспринимаемое отогнутыми стержнями

Поперечную силу воспринимаемую бетоном, определяем (по формуле 8.57 СП 63.13339.2012):

Значение находится в допустимых пределах, то есть не более

И не менее

Проверяем условие прочности наклонного сечения ригеля в подрезке

179.55кН

Прочность ригеля в районе подрезки на действие поперечной силы обеспечена.

Определяем поперечное армирование ригеля за районом его подрезки. Расчетное сечение указанной зоны показано на рис. 4.9.

СП 63.13330.2012 допускает производить расчет наклонных сечений, не рассматривая проекцию наклонного сечения при определении поперечной силы от внешней нагрузки, из условия (по формуле 8.60 СП 63.13339.2012):

,

где поперечная сила в нормальном сечении от внешней нагрузки

=179.55-63*161.12кН

Определяем поперечную силу, воспринимаемую бетоном (по формуле 8.61 СП 63.13339.2012):

Так как вливаем по конструктивному требованию. Шаг поперечного армирования принимаем не более 0.5 и не более 300мм, т.е. Принимаю шаг поперечного армирования 200мм, данная арматура устанавливается на приопорном участке на расстоянии от грани подрезки 650мм до

1/43х200=600мм

На среднем участке ригеля поперечную арматуру устанавливается с шагом не более 0,75и не более 500мм, т.е.

5.1 Конструирование ригеля

Основное армирование ригеля выполнено из двух каркасов К-1, в состав которых входят 232 (арматура класса А500). Верхние продольные стержни выполняем из 220 А500. Поперечное армирование каркасов устанавливаем согласно расчету прочности ригеля по наклонным сечениям. Плоские каркасы объединяем в пространственный каркас ригеля с помощью монтажной горизонтальной арматуры 12 А240, установленную с шагом 500 мм. На нижние горизонтальные стержни пространственного каркаса привариваются 220 А500. Зона опирания плит перекрытия (полки ригеля) усиливаются конструктивной гнутой сеткой С-1, изготовленной из продольной арматуры 12 А240 и поперечных стержней 6 В500, установленных с шагом 400 мм. Схема армирования ригеля показана на рис. 4.10.



Рис.4.10. Схема армирования ригеля.



6. Расчет колонны многоэтажного здания

Задание на проектирование. Рассчитать и сконструировать колонну среднего ряда четырехэтажного четырехпролетного здания. Членение колонн на 2 этажа. Стыки колонн располагаются на высоте 1,05 м от уровня верха консоли предыдущей колонны. Сетка колон 5,7x6,0 м. Высота этажа - 4,2 м. Размеры сечения колонн 30,0*30,0 см.

Определение нагрузок и усилий.

Собственный вес колонны на один этаж:

= = 0,3 *0,3*4,2*25,0*1,0*1,1 = 10,40 кН.

Грузовая площадь от покрытия и перекрытий при сетке колонн 5.7*6.0м

равна S=5,7x6,0=34.2 м . Расчетные нагрузки от 1 м покрытия и перекрытий приведены в табл. 2.1 и 2.2.

Полная расчетная нагрузка от покрытия при > 1,0 равна 7491 Н/м , в том числе длительная 7023 Н/м .

Определяем продольные усилия от соответствующих нагрузок при грузовой площади

S =34,2 м2.

Продольная сила от покрытия:

полная N = 7,491*34,2 = 256,2 кН,

длительная - = 7,023*34.2 = 240,19 кН.

Продольная сила от полезной нагрузки на перекрытия:

полная - N = 4,8* 34.2 = 164,16 кН,

длительная - = 1.68*34.2 = 57,46 кН.

Продольная сила от постоянной нагрузки на перекрытия:

N = 5,70*34.2 = 194,94 кН.

При определении усилий для расчета колонн, стен и фундаментов, воспринимающих нагрузки от двух перекрытий и более, полные нормативные значения нагрузок, указанные в поз. 1, 2, 4, 11, 12а и 126 (см. приложение В, таблица В.2) следует снижать умножением на коэффициенты сочетания или :

а) для помещений, указанных в поз. 1, 2,12а

б) для помещений, указанных в поз. 4, 11,12б

Где n- общее число перекрытий, нагрузки от которых учитываются при расчете рассматриваемого сечения колонны, стены, фундамента.

Определяем коэффициент для колонны первого этажа

= 0.5+(1-0.5)/= 0.75

Для колонны второго этажа

= 0.5+(1-0.5)/= 0.789

Для колонны третьего этажа

= 0.5+(1-0.5)/= 0.854

Для колонны четвертого этажа



= 0.5+(1-0.5)/= 1

Определение значение полезной нагрузки на перекрытия здания с учетом коэффициента

Полезная нагрузка на перекрытия здания с учетом коэффициента .

Табл.5.1.

Этаж	Полезная нагрузка на перекрытие (кН)	Коэффициент	Полезная нагрузка на перекрытие с учетом коэффициента (кН)
	Полная	Длительная		Полная	Длительная
4	164,16	57,46	1	164,16	57,46
3	328,32	114,92	0,854	280,39	98,14
2	492,48	172,38	0,789	388,57	136,01
1	656,64	229,84	0,750	492,48	172,38

Постоянная и временная нагрузка на перекрытия. Табл.5.2.

Этаж	Полезная нагрузка на Перекрытие с учетом коэффициента (кН)	Постоянная нагрузка на перекрытия (кН)	Полная нагрузка на перекрытие с учетом коэффициента (кН)
	Полная	Длительная		Полная	Длительная
4	164,16	57,46	194,94	359,10	252,4
3	280,39	98,14	389.88	670,27	488,02
2	388,57	136,01	584,82	973,39	720,83
1	492,48	172,38	779,76	1272,24	952,14

Подсчет расчетных нагрузок на колонны здания сведен в табл. 5.3.

Этаж	Нагрузка от покрытия и перекрытия (кН)	Собственный вес колонны (кН)	Расчетная cyj	лмарная нагрузка да
	Полная	Длительная		Полная (N)	Длительная (N1)
5*	256,20	240,19	11,88	268,0	252,07
4	359,10	252,4	23,76	382,86	276,14
3	670,27	488,02	35,64	705,91	523,66
2	973,39	720,83	47,52	1020,91	768,35
1	1272,24	952,14	59,4	1331,64	1011,54



Расчет колонны первого этажа. Усилия в колонне: полное N = 1331,64 кН; от действия длительной нагрузки Nl = 1011,54 кН. Сечение колонны hb = 30,0 *30,0 = 900,0 см2. Расчетная длина колонны с учетом защемления в фундамент = 0,7= 0,7 *4.2 = 2.94 м. Для изготовления колонны использован тяжелый бетон естественного твердения класса В20. Расчетное значение прочности бетона Rb = 11,5 МПа. Коэффициент условия работы бетона = 0,9, тогда Rb = 0,9*11,5 = 10.35 МПа.

Рабочее армирование колонны выполняем из арматуры класса А400. Расчетное значение прочности арматуры диаметром 6-40 мм Rs = Rsc = 355,0 МПа. Поперечная арматура колонны класса В500. Гибкость колонны = /h = 294/30 = 9.8 < 20. Эксцентриситет продольной силы от всех нагрузок равен = M/N = 0. Поскольку h/30 = 30/30 = 1см и /600 = 294/600 = 0,49 см < 1,0 см (п. 3.58, [4]), расчет сжатых элементов из бетона классов В15-В35 на действие продольной силы, допускается производить из условия

,

- коэффициент продольного изгиба.

В виду отсутствия промежуточных стержней между рабочими стержнями при 4 см < 0,15*h = 0,15 b h= 0,15* 30 = 4,5 см, по табл. 3.5 и 3.6 [4] и при Nl /N= =1011,54/1331,64 = 0,76 находим = 0,886 и = 0,902.

Принимая в первом приближении = = 0,902, из условия прочности находим

Н

Отсюда

=544,82*/931.5*

Если 0,902

Определяем площадь рабочей продольной арматуры колонны:

Определяем коэффициент армирования:

=15,35/900=0,017

По сортаменту арматурных сталей принимаем 425 А400 =19,63 см2 Поперечные стержни ставим без расчета (для предотвращения выпучивания продольной арматуры), но с соблюдением требования норм. Диаметр поперечной арматуры назначаем из условия сварки с продольной арматурой диаметром 25 мм (приложение 9,[4]), т.е. принимаем 8 мм. Шаг поперечного армирования принимаем не более 15d= 15 *25=375 мм (здесь d - диаметр продольных стержней) и не более 500мм, т.е. принимаем 370мм.

Класс поперечной арматуры В500. Схема армирования колонны 1го этажа показана на рис.5.2.

Рис.5.2. Армирование колонны 1го этажа

Расчет колонны второго этажа. Расчет выполним по упрощенной форме, п.8.1.16 (13). Усилия в колонне N = 1020,91кН; Сечение колонны hb = 30,0 *30,0 = 900,0 см2. Расчетная длина колонны с учетом защемления в фундамент = 0,7= 0,7 *4.2 = 2.94 м. Гибкость колонны= /h = 294/30 = 9.8 < 20. По табл. 8.1.(3) определяем коэффициент

Определяем необходимую площадь арматуры:

Определяем коэффициент армирования:

=5,71/900=0,006

По сортаменту арматурных сталей принимаем 414 А400 =6,16 см2. Шаг поперечного армирования принимаем не более 15d=15*14=210мм и не более 500мм, т.е. принимаем 210мм.Схема армирования колонны 2го этажа показана на рис.5.3

.

Расчет консоли колонны. Опорное давление ригеля на колонну составляет Q=202.98кН. Продольная арматура консоли выполнена из арматуры класса А400. Расчетное значение прочности =355МПа. Расчетное сечение консоли показано на рис.5.4.

Определяем изгибающий момент от сосредоточенной силы Q относительно боковой грани колонны:

179,55*0.085=15,26кНм

Вычисляем

По формуле /=

=10.35*100*30*12.5*(1-/(355*100)=4,28

Принимаем 218 A400, .

Консоль армируется двумя плоскими каркасами. Для усиления работы консоли на поперечную силу верхнюю и нижнюю арматуру каркаса соединяем металлической пластиной (1-1) толщиной 5 мм. Схема каркаса К-1 показана на рис. 5.5.

6.1 Конструирование консоли колонны

Основное армирование консоли колонн выполнено из 2-х вертикальных каркасов К-1. Для фиксации указанных каркасов в проектное положение устанавливаем 2 горизонтальных стержня, в нижней зоне с каждой стороны консолей, из арматуры 12 А400. По условному периметру консолей устанавливаем 2 гнутые сетки С-1 (по длинной стороне и на участке короткой стороны). Для крепления ригеля в верхней зоне консоли устанавливаем закладные детали М-1, приваренные к каркасу К-1. Соединение элементов каркаса выполнено электродуговой сваркой. Конструктивная схема консоли показана на рис. 5.6.

При усилении оголовка колонны (в местах сопряжения колонн по высоте) устанавливаем косвенное армирование в виде сварных сеток. Зона усиления по длине элемента должна быть не менее 10d при продольной арматуре из стержней периодического профиля, т.е. 10*22=220 мм, количество - не менее четырех сварных сеток. Принимаем 5 сеток. Шаг сеток s>60 мм, но не более 1/3 ширины сечения (300/3=100 мм) и не более 150 мм. Принимаем шаг 100 мм. Размеры ячеек сеток принимают не менее 45 мм и не более 1/4 меньшей стороны сечения колонны (300/4=75 мм), но не более 100 мм. Принимаем 50 мм. Сетки проектируем из арматуры класса В500, диаметром 5 мм. Размеры и армирование оголовка колонны 1-го этажа показаны на рис. 5.7.

Рис.5.7. Размеры и армирование оголовка колонны.



7. Расчет монолитного железобетонного фундамента под среднюю колонну

Задание на проектирование. Рассчитать и сконструировать фундамент под колонну среднего ряда четырехэтажного здания. Отметка верха фундамента от уровня чистого пола -0,125 м. Для изготовления фундамента использован тяжелый бетон естественного твердения класса В15. Армирование подошвы фундамента выполнено из арматуры класса А400.

Определение нагрузок и усилий. Сечение колонны 1-го этажа 30,0x30,0 см. Расчетное значение продольной силы на уровне заделки колонны в фундамент (табл. 5.3) N = 1331,64кН. Расчетное значение продольной силы при усредненном коэффициенте надежности по нагрузке (по формуле 5.7. СП 22.13330.2011):

= 1,15 равно Nn = N/= 1331,64/1,15 = 1157,94 кН.

Бетон класса В15. Расчетное значение прочности бетона Rb = 8,5 МПа, Rbt = 0.75МПа. Коэффициент условия работы бетона = 0,9, тогда Rb = 0,9 *8.5 = 7.65 МПа, Rbt = 0,9* 0.75 = 0,675 МПа.

Подошва фундамента армируется арматурой класса А400 (арматура диаметром 6-40 мм). Расчетное значение прочности арматуры Rs = 355 МПа.

Глубина стакана принимается из условия опрокидывания колонны в пределах 1...1,5hкол, принимаю 1,5*30,0=45,0 см. С учетом возможной подливки из мелкозернистого бетона дна стакана, при монтаже колонн, принимаем глубину 45,0+5,0=50,0 см. Из условия промерзания грунта назначаем минимальную глубину заложения подошвы фундамента 180 см.

Площадь подошвы фундамента определяемиз формулы 5.11. СП 22.13330.2011:



где = 20,0 кН/м3 - вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его уступах; МПа - условное сопротивление грунта (по заданию); = 1,8 м - глубина заложения фундамента (по району строительства).

Размер стороны квадратной подошвы = =2.72м. Принимаем размер стороны подошвы фундамента а = 2,7 кратным 0,3 м).

Окончательное значение а =b принимаем с учетом призмы продавливания 3,9X 3,9 м (2 X 1,8*2 + 0,3 = 3,9).

Давление на грунт от расчетной нагрузки по формуле 5.11. СП 22.13330.2011

р = N/A =1331,64/(3,9*3,9) = 87,55 кН/м2 <= 160 кН/м2.

Рабочая высота фундамента из условия продавливания (по формуле 9 [8]):

Рис.6.1. Фундамент средней колонны.

Определяем момент в сечении I-I:

Всечении I I -I I:

Всечении I I I -I I I:

Определяем рабочую высоту фундамента в сечении I- I:

=180-8=172см,

Где расстояние от подошвы фундамента до центра тяжести рабочей арматуры сетки фундамента (защитный слой при отсутствии бетонной подготовки не менее 70мм).

Всечении I I -I I:=120-8=112см,

Всечении I I I -I I I:=60-8=52см,

Определяем площадь подошвы фундамента по формуле 43 [8]:



По максимальной площади определяем армирование подошвы фундамента. Предварительно назначаем шаг стержней 200мм, тогда количество стержней в одном направлении равно 3900/200=19.5, принимаем по сортаменту арматуры 19 А400 (Аs=21.49с).



Список используемой литературы

1.ГОСТ Р 54257-2010 Надежность строительных конструкций и оснований М: ОАО «НИЦ Строительство», 2010

2.СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. М.:ГУП НИИЖБ, 2011.95с.

3. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.

Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. М.:ГУП НИИЖБ, 2012.161с.

4.Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительно напряжения арматуры (к СП 52-101-2003).:ОАО ЦНИИПромзданий, ГУП НИИЖБ, 2005.129с.