Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия каркаса здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия

2. Расчет и конструирование многопустотной предварительно-напряженной плиты перекрытия при временной полезной нагрузке v=2.0 кН/м2

2.1 Исходные данные

2.2 Расчет плиты по предельным состояниям первой группы

2.3 Расчет плиты по предельным состояниям второй группы

3. Расчет и конструирование однопролетного ригеля

3.1 Исходные данные

3.2 Определение усилий в ригеле

3.3 Расчет ригеля по прочности нормальных сечений при действии изгибающего момента

3.4 Расчет ригеля по прочности при действии поперечных нагрузок

3.5 Построение эпюры материалов

4. Расчет и конструирование колонны

4.1 Исходные данные

4.2 Определение усилий в колонне

4.3 Расчет колонны по прочности

5. Расчет и конструирование фундамента

5.1 Исходные данные

5.2 Определение размера стороны подошвы фундамента

5.3 Определение высоты фундамента

5.4 Расчет на продавливание

5.5 Определение площади арматуры подошвы фундамента

Список литературы

1. Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия

В состав сборного балочного междуэтажного перекрытия входят плиты и ригели, опирающиеся на колонны.

Назначаем размеры сетки колон 5,3Ч6,1 м.

Тип плит перекрытия выбирается по архитектурно-планировочным требованиям с учётом величины действующей временной (полезной) нагрузки. При полном значении величины временной нагрузки =3,0 кН/м² 7 кН/м² используются многопустотные плиты, высота сечения которых (200…240) мм. Задаём толщины многопустотной плиты перекрытия 220 мм.

Ширина плит: рядовых - 1,7 м; связевых плит-распорок - 1,0 м.; фасадных плит - 0,7 м.

Число этажей - 9, включая подвал. Высота этажей - 2,7 м, высота подвала - 2,6 м. Ригель таврового сечения шириной 200 мм и высотой 450 мм без предварительного напряжения арматуры. Колонны сечением 400х400 мм.

2. Расчёт и конструирование многопустотной предварительно напряжённой плиты перекрытия при временной полезной нагрузке v=2.0 кН/м2

2.1 Исходные данные

Таблица 1. Нагрузки на 1м² перекрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка кН/м2	Коэффициент надёжности по нагрузке f	Расчётная нагрузка кН/м2
1	2	3	4
Постоянная: 1. Паркет = 0,008 м (г = 8 кН/м3) 2. Древесно-волокнистая плита = 0,008 м. (г = 6 кН/м3) 3. Цементно-песчаный раствор = 0,03 м (г = 18 кН/м3) 4. Ж/б плита = 220мм	0,064 0,048 0,54 3,4	1,3 1,3 1,3 1,1	0,0832 0,0624 0,702 3,74
Итого постоянная нагрузка, g:	4,05	-	4,59
Временная: 1. Перегородки =120 мм (длительная нагрузка) 2. Временная полная (в том числе): a. Кратковременная vsh b. Полезная длительная vlon	0,5 2,0 1,0 1,0	1,2 1,3 1,3 1,3	0,6 2,6 1,3 1,3
Итого временная нагрузка, :	2,5		3,2
Временная нагрузка без учета перегородок, v?:	2,0		2,6
Полная нагрузка, g+v:	6,55		7,79

Нагрузка на 1 погонный метр длины плиты при номинальной её ширине 1,3 м с учётом коэффициента по ответственности здания _n=1,0:

- расчетная постоянная: g = 4,59?1,7?1,0 = 7,803 кН/м

- расчетная полная: (g+v) = 7,79?1,7?1,0 = 13,243 кН/м

- нормативная постоянная: g_n = 4,05?1,7?1,0 = 6,885 кН/м

- нормативная полная: (g_n+v_n) = 6,55?1,7?1,0 = 11,135 кН/м

- нормативная постоянная и длительная:

(g_n+v_lon,n) = (4,05+0,5+1,0) ?1,7?1,0 = 9,435 кН/м.

Конструктивный размер плиты: l = 5,3?0,01?0,01?0,1?0,1=5,08 м.

Материалы для плиты.

Бетон тяжелый класса по прочности на сжатие В20:

Начальный модуль упругости бетона

Технология изготовления плиты - агрегатно-поточная. Плита подвергается тепловой обработке при атмосферном давлении. Натяжение напрягаемой арматуры осуществляется электротермическим способом.

Арматура:

продольная напрягаемая класса А600:

ненапрягаемая класса В500:

фундамент арматура перекрытие колонна



2.2 Расчет плиты по предельным состояниям первой группы

Определение внутренних усилий.

Расчетный пролет плиты:

Поперечное конструктивное сечение плиты заменяется эквивалентным двутавровым сечением. Размеры сечения плиты h=22 см;

Плита рассчитывается как однопролетная шарнирно-опертая балка, загруженная равномерно-распределенной нагрузкой.

Усилия от расчетной полной нагрузки:

- Изгибающий момент в середине пролета:

-

- Поперечная сила на опорах:

Усилия от нормативной нагрузки (изгибающие моменты):

- полной:

- постоянной и длительной:

Расчет по прочности нормального сечения при действии изгибающего момента

При расчете по прочности расчетное поперечное сечение плиты принимается тавровым с полкой в сжатой зоне (свесы полок в растянутой зоне не учитываются).

При расчете принимается вся ширина верхней полки так как

где l - конструктивный размер плиты.

Положение границы сжатой зоны определяется из условия:

,

где М - изгибающий момент в середине пролета от полной нагрузки (g+);

момент внутренних сил в нормальном сечении плиты, при котором нейтральная ось проходит по нижней грани сжатой полки.

3830 кН•см ? 0,9•1,15•166•3,05•(19 - 0,5•3,05) = 9157,26 кН•см

условие выполняется, значит, расчет ведем как для прямоугольного сечения.

относительная высота сжатой зоны бетона;

Должно выполняться условие , - граничная относительная высота сжатой зоны.

Значение определяется по формуле:

где - относительная деформация арматуры растянутой зоны, вызванная внешней нагрузкой при достижении в этой арматуре напряжения, равного ;

- относительная деформация сжатого бетона при напряжениях, равных , принимаемая 0,0035.

Для арматуры с условным пределом текучести значение определяется по формуле:

,

где - предварительное напряжение в арматуре с учетом всех потерь и коэффициентом .

Принимаем для холоднодеформированной арматуры

Полные суммарные потери при проектировании принимаются не менее 100 Мпа,

При определении : .

Площадь сечения арматуры определяем по формуле:



Так как 0,6, то расчетное сопротивление арматуры допускается умножать на коэффициент условий работы г_s3, учитывающий возможность деформирования высокопрочных арматурных сталей при напряжениях выше условного предела текучести. Для плит этот коэффициент можно принимать равным максимальному значению, т.е. г_s3 = 1,1.

Конструктивно принимаем 9Ш10 А600: A_sp = 7,07 смІ.

Расчет по прочности при действии поперечной силы

Поперечная сила от полной нагрузки Q = 31,85 кН.

Расчет предварительно напряженных элементов по сжатой бетонной полосе между наклонными сечениями производится из условия:

=0,3;

см - ширина ребра.

Q 0,3?0,9?1,15?41,8?19=246,6 кН

29,32 кН < 246,6 кН

Расчет предварительно напряженных изгибаемых элементов по наклонному сечению производят из условия:

- поперечная сила в наклонном сечении;

- поперечная сила, воспринимаемая бетоном в наклонном сечении;

- поперечная сила, воспринимаемая поперечной арматурой в наклонном сечении.

Допускается производить расчет наклонных сечений, не рассматривая наклонные сечения при определении поперечной силы от внешней нагрузки, из условия:

Q_b1 = 0,5?0,9?0,09?41,8?19 = 32,17 кН

Поперечная сила, воспринимаемая бетоном, больше, действующей в сечении, поперечной силы, поперечная арматура (хомуты) не требуется.

Конструктивно принимаем 4Ш4 В500: A_sp = 0,50 смІ.

2.3 Расчет плиты по предельным состояниям второй группы

Геометрические характеристики приведенного сечения.

Круглое сечение пустот заменим эквивалентным квадратным со стороной



Размеры расчетного двутаврового сечения:

толщина полок ;

ширина ребра b =166?14,3?8 = 51,6 см;

ширина полок

Определяем геометрические характеристики приведенного сечения:

Площадь приведенного сечения:

? площадь сечения бетона.

Статический момент приведенного сечения относительно нижней грани:

Удаление центра тяжести сечения от его нижней грани:



Момент инерции приведенного сечения относительно его центра тяжести:

Момент сопротивления приведенного сечения по нижней грани:

Момент сопротивления приведенного сечения по верхней грани:

Расчет предварительно напряженных изгибаемых элементов по раскрытию трещин производят в тех случаях, когда соблюдается условие:

-изгибающий момент от внешней нагрузки (нормальной);

- изгибающий момент, воспринимаемый нормальным сечением элемента при образовании трещин и равный:

- момент сопротивления приведенного сечения для крайнего растянутого волокна;

е_яр = е_ор+r

расстояние от точки приложения усилия предварительного обжатия до ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны;

- расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки;

для двутаврового симметричного сечения;

- усилие предварительного обжатия с учетом потерь предварительного напряжения в арматуре, соответствующих рассматриваемой стадии работы элемента. Определяем:

е_яр = 7,8 + 5,3 = 13,1

W = 1,25?11031,4 = 13789,25 смі.

Потери предварительного напряжения арматуры

Потери от релаксации напряжений арматуры :

Потери от температурного перепада:

Потери от деформации формы: .

Потери от деформации анкеров:

Первые потери:

Потери от осадки бетона:

- деформации усадки бетона, для бетона классов В35 и ниже: .

Потери от ползучести бетона определяются по формуле:

- коэффициент ползучести бетона;

- коэффициент армирования:

- напряжение в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой j-ой группы стержней напрягаемой арматуры;

- усилие предварительного обжатия с учетом только первых потерь:

эксцентриситет усилия относительно центра тяжести приведенного сечения;

Полное значение первых и вторых потерь:

При проектировании конструкции полные суммарные потери для арматуры, расположенные в растянутой при эксплуатации зоне сечения элемента, следует принимать не менее 100 Мпа.

- усилие предварительного обжатия с учетом полных потерь:

Следовательно, трещины в растянутой зоне от эксплуатационных нагрузок не образуются.

Расчет прогиба плиты

Расчёт изгибаемых элементов по прогибам производят из условия:

где f - прогиб элемента от действия внешней нагрузки;

f_ult - значение предельно допустимого прогиба.

При действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок прогиб балок или плит во всех случаях не должен превышать 1/200 пролёта.

Для свободно опёртой балки максимальный прогиб определяют по формуле:

где S - коэффициент, зависящий от расчётной схемы и вида нагрузки; при действии равномерно распределённой нагрузки S = 5/48; при двух равных моментах по концам балки от силы обжатия - S = 1/8.

- полная кривизна в сечении с наибольшим изгибающим моментом от нагрузки, при которой определяется прогиб.

Полную кривизну изгибаемых элементов определяют для участков без трещин в растянутой зоне по формуле:

,

где - кривизна от непродолжительного действия кратковременных нагрузок;

- кривизна от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;

- кривизна от непродолжительного действия усилия предварительного обжатия Р₍₁₎, вычисленного с учётом только первых потерь, т.е. при действии момента М=Р₍₁₎·е_ор.

Кривизну элемента на участке без трещин определяют по формуле:

,

где М - изгибающий момент от внешней нагрузки или момент усилия предварительного обжатия относительно оси, проходящей через центр тяжести приведённого сечения;

I_red - момент инерции приведённого сечения;

E_b1 - модуль деформации сжатого бетона, определяемый по формуле:

,

где - коэффициент ползучести бетона, принимаемый:

=0,18 - при непродолжительном действии нагрузки;

по табл.5 СП 52-102-2004 в зависимости от класса бетона на сжатие и относительной влажности воздуха окружающей среды - при продолжительном действии нагрузки.

Прогиб определяется с учётом эстетико-психологических требований, т.е. от действия только постоянных и временных длительных нагрузок:

- изгибающий момент от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок

.

В запас жёсткости плиты оценим её прогиб только от постоянной и длительной нагрузок (без учёта выгиба от усилия предварительного обжатия):

Допустимый прогиб f = (1/200)l = 508/200 = 2,54

Так как f< f_ult можно выгиб в стадии изготовления не учитывать.

3. Расчёт и конструирование однопролетного ригеля

Для опирания пустотных панелей принимается сечение ригеля высотой h_b=45 см. Высота сечения обычного ригеля

3.1 Исходные данные

Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м² перекрытия принимаются те же, что и при расчете панели перекрытия. Ригель шарнирно оперт на консоли колонн, h_b=45 см.

l₀ = l_b b 2 · 20 130 = 6100 400 40 130 = 5530 мм = 5,53 м,

где l_b пролет ригеля в осях;

b размер колонны;

20 зазор между колонной и торцом ригеля;

130 размер площадки опирания;

Расчетная нагрузка на 1м длины ригеля определяется с грузовой полосы, равной шагу рам, в данном случае 5,3 м.

Постоянная (g):

- от перекрытия с учетом коэффициента надежности по назначению здания г_n=1,0

g = 4,59 · 5,3 · 1,0 = 24,33 кН/м;

- от веса ригеля

g_bn = (0,2 · 0,45 + 0,2 · 0,25) · 2500 · 10^-2 = 3,5 кН/м;

где 2500 кг/м³ - плотность железобетона.

С учетом коэффициентов надежности по нагрузке г_f=1,1 и по ответственности здания г_n=1,0

g_b = 3,5 · 1,1 · 1,0 = 3,85 кН/м;

Итого: g + g_b = 24,33 + 3,85= 28,18 кН/м.

Временная нагрузка (v) с учетом коэффициента надежности по ответственности здания г_n = 1,0 и коэффициента снижения временной нагрузки в зависимости от грузовой площади.

где А = 6,1 · 5,3 = 32,33 м² грузовая площадь;

А₁ = 9 м²

н = (0,6+0,7166?2,6)?1,0?5,3 = 13,054 кН/м

Полная нагрузка (g + н) = 28,18 + 13,054 = 41,23 кН/м



3.2 Определение усилий в ригеле

Расчетная схема ригеля однопролетная шарнирно опертая балка пролетом l₀. Вычисляем значения максимального изгибающего момента М и максимальной поперечной силы Q от полной расчетной нагрузки:

Характеристики прочности бетона и арматуры:

Бетон - тяжелый класса по прочности на сжатие В30.

Расчетное сопротивление при сжатии R_b = 17,0 МПа, при растяжении R_bt= 1,15 МПа, г_b1 = 0,9

Арматура:

продольная рабочая класса А500 диаметром 10 40мм, расчетное сопротивление R_s = 435 МПа, поперечная рабочая арматура класса А400 диаметром 6-8 мм, R_sw = 280 МПа;

3.3 Расчет ригеля по прочности нормальных сечений при действии изгибающего момента

Определяем высоту сжатой зоны:

где h₀ ? рабочая высота сечения ригеля;

о ? относительная высота сжатой зоны, определяется в зависимости от б_m

h₀ = (h_b ? 5) = (45 ? 5) = 40 см,

M = 157,61 кН·м = 15761 кН·см

Высота сжатой зоны: x = о?h_o = 0,4032 ? 40 = 16,13 см

Граница сжатой зоны проходит в узкой части сечения ригеля, следовательно, расчет ведем как для прямоугольного сечения.

Граничная относительная высота сжатой зоны:

 ? относительная деформация сжатого бетона при напряжениях, равных R_b, принимаемая равной 0,0035

Так как = 0,403 < _R = 0,493, то площадь растянутой арматуры можно определить по формуле:

Принимаем 2Ш18 A500 и 2Ш20 A500, общая площадь принятой арматуры A_s = 11,364 см².

Определим процент армирования поперечного сечения ригеля:

3.4 Расчет ригеля по прочности при действии поперечных сил

Расчёт ригеля по прочности при действии поперечных сил производится на основе модели наклонных сечений.

Ригель опирается на колонну с помощью консолей, скрытых в его подрезке, т.е. имеет место резко изменяющаяся высота сечения ригеля на опоре.

При расчёте по модели наклонных сечений должны быть обеспечены прочность ригеля по бетонной полосе между наклонными сечениями, по наклонному сечению на действие поперечной силы и изгибающего момента. Для ригелей с подрезками на опорах производится расчёт по поперечной силе для наклонных сечений, проходящих у опоры консоли, образованной подрезкой. При этом в расчётные формулы вводится рабочая высота h₀₁ короткой консоли ригеля. Таким образом, в качестве расчётного, принимаем прямоугольное сечение с размерами b Ч h₁ = 20Ч30 см, в котором действует поперечная сила Q=114 кН от полной расчётной нагрузки. Рабочая высота сечения ригеля в подрезке составляет вне подрезки в средней части пролета 40 см.

При диаметре нижних стержней продольной рабочей арматуры ригеля d_s = 20 мм с учётом требований п.8.3.10. Не менее: назначаем поперечные стержни (хомуты) Ш8 А400. Их шаг на приопорном участке предварительно принимаем по конструктивным соображениям s_w1=10 см, что в соответствии с п.8.3.11 не превышает 0,5h₀₁=18,5 см и 30 см. Значения прочностных характеристик бетона класса В30, входящие в расчётные зависимости, принимаем с учётом коэффициента условий работы .

Расчёт ригеля по бетонной полосе между наклонными трещинами производится из условия:

т.е. принятые размеры сечения ригеля в подрезке достаточны.

Проверяем, требуется ли поперечная арматура по расчёту, из условия:

Т.е.

поэтому расчет поперечной арматуры необходим.

Находим погонное усилие в хомутах для принятых выше параметров поперечного армирования A_sw =1,01 см² (2Ш8 А400), R_sw =285 МПа, s_w1 = 10 см:

Расчёт ригеля с рабочей поперечной арматурой по наклонному сечению производится из условия:

где с ? длина проекции наклонного сечения на продольную ось элемента,

? коэффициент, принимаемый равным 1,5 (п. 6.2.34 [3]).

Наиболее опасная длина проекции наклонного сечения:

которая должна быть не более 2h₀₁ = 54 см.

С учётом этой величины условие () преобразуем к виду:

т.е. условие прочности ригеля по наклонному сечению в подрезке при действии поперечной силы соблюдается.

Необходимо также убедиться в том, что принятый шаг хомутов не превышает максимального шага хомутов, при котором ещё обеспечивается прочность ригеля по наклонному сечению между двумя соседними хомутами, т.е.

Выясним теперь, на каком расстоянии от опор в соответствии с характером эпюры поперечных сил в ригеле шаг поперечной арматуры может быть увеличен. Примем, согласно п.8.3.11, шаг хомутов в средней части пролёта равным , что не превышает 500 мм.

Погонное усилие в хомутах для этого участка составляет:

что не меньше минимальной интенсивности этого усилия, при которой поперечная арматура учитывается в расчёте:

Очевидно, что условие для опорных участков ригеля соблюдается с еще большим запасом.

При действии на ригель равномерно распределённой нагрузки q=g₁+v₁ длина участка с интенсивностью усилия в хомутах q_sw,1 принимается не менее значения l₁, определяемого по формуле:

где - с заменой на рабочую высоту сечения ригеля в пролете ;

- наиболее опасная длина проекции наклонного сечения для участка, где изменяется шаг хомутов;



Поскольку , то принимаем

Принимаем

В ригелях с подрезками у концов последних устанавливаются дополнительные хомуты и отгибы для предотвращения горизонтальных трещин отрыва у входящего угла подрезки. Эти хомуты и отгибы должны удовлетворять условию:

здесь - рабочая высота сечения ригеля соответственно в короткой консоли подрезки и вне ее.

Для рассматриваемого примера со сравнительно небольшим значением поперечной силы примем дополнительные хомуты у конца подрезки в количестве 2Ш12 А500С с площадью сечения A_{sw 1}= 2,26 см², отгибы использовать не будем. Тогда проверка условия даёт:

т.е. установленных дополнительных хомутов достаточно для предотвращения горизонтальных трещин отрыва у входящего угла подрезки.

3.5 Построение эпюры материалов

Продольная рабочая арматура в пролете 2Ш20 и 2Ш18 А500С. Площадь этой арматуры Аs определена из расчета на действие максимального изгибающего момента в середине пролета. В целях экономии арматуры по мере уменьшения изгибающего момента к опорам два стержня обрываются в пролете, а два других доводятся до опор. Если продольная рабочая арматура разного диаметра, то до опор доводятся два стержня большего диаметра.

Определяем изгибающий момент, воспринимаемый сечением ригеля с полной запроектированной арматурой A_s (2Ш20) = 6,284 см² и A_s (2Ш18) =5,08 см².

Из условия равновесия:

;

;

;

Изгибающий момент, воспринимаемый сечением ригеля, определяется из условия равновесия:

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

До опоры доводятся 2Ш18 A500, A_s (2Ш18) =5,08 см².

x = о · h₀ = 0,1719 · 42 = 7,22 см

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

M_2Ш20 = R_s · A_s(2Ш18) · (h₀ - 0,5x) = 43,5 · 5,08 · (42 - 0,5 · 7,22) = 8483,25 кН·см = 84,83 кН·м

Откладываем в масштабе на эпюре моментов полученные значения изгибающих моментов М_{(2Ш18+2Ш20)} и М_(2Ш20) и определяем место теоретического обрыва рабочей арматуры - это точки пересечения эпюры моментов с горизонтальной линией, соответствующей изгибающему моменту, воспринимаемому сечением ригеля с рабочей арматурой в виде двух стержней М_(2Ш20).

Эпюра моментов для этого должна быть построена точно с определением значений изгибающих моментов в 1/8, 2/8, 3/8 пролета.

Изгибающий момент в любом сечении ригеля определяется по формуле

При ;

При ;

При ;



Длина анкеровки обрываемых стержней определяется по следующей зависимости:

Поперечная сила Q определяется графически в месте теоретического обрыва, Q =77,57 кН.

Поперечные стержни Ш8 А400 R_sw = 285 МПа с А_sw = 1,01 см² в месте теоретического обрыва имеют шаг 10 см;

Принимаем

Место теоретического обрыва арматуры можно определить аналитически.

Для этого общее выражение для изгибающего момента нужно приравнять моменту, воспринимаемому сечением ригеля с арматурой 2Ш20 А500.

Это точки теоретического обрыва арматуры.

Длина обрываемого стержня будет равна:м.

Принимаем длину обрываемого стержня 4,4 м.

Определяем аналитически величину поперечной силы в месте теоретического обрыва арматуры при

Это значение приблизительно совпадает с графически определенным .



4. Расчёт и конструирование колонны

Для проектируемого 8-этажного здания принята сборная железобетонная колонна сечением 40Ч40 см.

Для колонн применяется тяжелый бетон классов по прочности на сжатие не ниже В15, а для сильно загруженных - не ниже В25. Армируются колонны продольными стержнями диаметром 16 …40 мм из горячекатаной стали А400, А500С и поперечными стержнями преимущественно из горячекатаной стали класса А240.

4.1 Исходные данные

Таблица 2. Нагрузки на 1м² перекрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка кН/м2	Коэффициент надёжности по нагрузке f	Расчётная нагрузка кН/м2
1	2	3	4
1. Гидроизоляционный ковер (3 слоя) 2. Армированная цементно-песчаная стяжка = 40 мм, с = 2200 кг/м3 3. Керамзит по уклону = 100 мм, с = 600 кг/м3 4. Утеплитель - минераловатные плиты = 150 мм, с = 150 кг/м3 5. Пароизоляция (1 слоя) 6. Многопустотная плита перекрытия с омоноличиванием швов, = 220 мм	0,064 0,880 0,600 0,225 0,050 3,400	1,3 1,3 1,3 1,2 1,3 1,1	0,0832 1,144 0,780 0,270 0,065 3,740
Постоянная нагрузка, (groof):	5,305	-	6,194
Временная: 1. Снеговая* S=S0µ В том числе длительная часть снеговой нагрузки Ssh	1,800·0,7=1,260 0,630	- -	1,800 0,900
Полная нагрузка, (groof+S):	6,565		7, 994

Материалы для колонны:

Характеристики прочности бетона и арматуры:

Бетон тяжелый B25: нормативное сопротивление при сжатии ; нормативное сопротивление при растяжении ; расчетное сопротивление при сдатии ; расчетное сопротивление при растяжении ;

Арматура:

- продольная рабочая класса А500С (: ;

- поперечная класса А240: .

4.2 Определение усилий в колонне

Рассчитывается средняя колонна подвального этажа высотой h_fl = 2,7 м.

Грузовая площадь колонны

Продольная сила N, действующая на колонну, определяется по формуле:

где

где

;

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

4.3 Расчет колонны по прочности

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

Однако расчет сжатых элементов из бетона классов В15 …В35 (в нашем случае В25) на действие продольной силы, приложенной с эксцентриситетом при гибкости:

,

где - предельное значение продольной силы, которую может воспринять элемент;

площадь сечения колонны;

площадь всей продольной арматуры в сечении колонны;

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

расчетное сопротивление арматуры сжатию.

;

- коэффициент, принимаемый при длительном действии нагрузки в зависимости от гибкости колонны.

.

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

Принимаем 4Ш20 А500С .

Диаметр поперечной арматуры принимаем Ш6 А240 (из условия сварки c продольной арматурой). Шаг поперечных стержней s = 300 мм, что удовлетворяет конструктивным требованиям: s ? 10d = 10·20 =300 мм и s ? 300 мм.

5. Расчёт и конструирование фундамента

5.1 Исходные данные

Грунт основания - песок, условное расчётное сопротивление грунта

R₀ = 0,33 МПа = 0,033 кН/см² =330 кН/м². Бетон тяжелый класса В25. Расчетное сопротивление растяжению R_bt = 1,05 МПа, г_b1 = 0,9. Арматура класса А500С, Rs = 435 МПа = 43,5кН/см².

Вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его обрезах г_m = 20 кН/м³.

Высоту фундамента предварительно принимаем 90 см. C учётом пола подвала глубина заложения фундамента Н₁ = 105 см. Расчетное усилие, передающееся с колонны на фундамент, N = кН. Нормативное усилие;

N_n = N/г_fm = /1,15 = 1940,05 кН,

где г_fm = 1,15 - усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке.

5.2 Определение размера стороны подошвы фундамента

Площадь подошвы центрально нагруженного фундамента определяется по условному давлению на грунт R₀ без учета поправок в зависимости от размеров подошвы фундамента и глубины его заложения

Размер стороны квадратной подошвы фундамента:

Давление на грунт от расчетной нагрузки:

5.3 Определение высоты фундамента

Рабочая высота фундамента из условия продавливания

Полная высота фундамента устанавливается из условий:

1. Продавливания

2. Заделки колонны в фундаменте

3. Анкеровки сжатой арматуры

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

где и - соответственно площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры и периметр его сечения

(в нашем случае для арматуры Ш20 .

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

;

где з₁ - коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры. Для горячекатаной арматуры периодического профиля з₁ = 2,5;

з₂ - коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, принимаемый равным

1,0 - при диаметре продольной арматуры

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

где и - 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 и

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

Следовательно, из условия анкеровки арматуры

Принимаем трехступенчатый фундамент высотой 90 см с высотой ступеней 30 см. При этом ширина первой ступени а₁ = 1,1 м, второй а₂ =1,8 м.

Проверяем, отвечает ли рабочая высота нижней ступени h₀₃ = 30 - 5 = 25 см

условию прочности при действии поперечной силы без поперечного армирования в наклонном сечении. Для единицы ширины этого сечения (b = 100 см) должно выполняться условие:

Поперечная сила от давления грунта:

5.4 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 F ? 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 a Ч a =1,8Ч1,8 м) на величину h₀ во всех направлениях;

A_b - площадь расчетного поперечного сечения, расположенного на расстоянии 0,5h₀ от границы площади приложения силы N с рабочей высотой сечения h₀.

В нашем случае h₀ = h₀₃ = 0,25 м. Площадь A_b определяется по формуле:

где U - периметр контура расчетного сечения

Площадь расчётного поперечного сечения:

Продавливающая сила равна:

p = кН/м², ? реактивный отпор грунта,

A₁ ? площадь основания продавливаемого фрагмента нижней ступени фундамента в пределах контура расчётного поперечного сечения, равная:

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

5.5 Определение площади арматуры подошвы фундамента

Подбор арматуры производим в 3-х вертикальных сечениях фундамента, что позволяет учесть изменение параметров его расчётной 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 разными, поэтому выявить наиболее 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

Площадь сечения арматуры определяем по формуле:

Сечение III-III

Площадь сечения арматуры определяем по формуле:

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

Шаг стержней принимается от 150 мм до 300 мм (кратно 50 мм). При ширине подошвы фундамента а ? 3 м минимальный диаметр стержней d_min = 12 мм.

Принимаем нестандартную сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях арматурой из стержней 11Ш14 А500С с шагом 250 мм.

Определяем процент армирования и сравниваем его с минимально допустимым:

Сечение I-I

Сечение II-II

Сечение III-III

Так как во всех сечениях , выбранная арматура удовлетворяет условию армированию. В случае , диаметр принятой арматуры следует увеличить диаметр арматуры или уменьшить ее шаг.

Литература

1. Инженерные сооружения в транспортном строительстве. В 2 книгах. Книга 1; Академия - Москва, 2008. - 352 c.

2. Техническая эксплуатация жилых зданий; Высшая школа - Москва, 2008. - 640 c.

3. Физико-химические основы строительного материаловедения; Издательство Ассоциации строительных вузов - Москва, 2004. - 192 c.

4. Алексеев Ю. В., Сомов Г. Ю. Градостроительное планирование поселений. В 5 томах. Том 1. Эволюция планирования; Издательство Ассоциации строительных вузов - Москва, 2003. - 336 c.

5. Антуфьев Б.А., Горшков А.Г., Егорова О.В., др. Сборник задач по сопротивлению материалов с теорией и примерами; ФИЗМАТЛИТ - Москва, 2003. - 632 c.

6. Баженов Ю. М., Коровяков В. Ф., Денисов Г. А. Технология сухих строительных смесей; Издательство Ассоциации строительных вузов - Москва, 2011. - 112 c.

7. Белевич В. Б. Справочник кровельщика; Высшая школа - Москва, 2002. - 464 c.

8. Белецкий Б. Ф., Булгакова И. Г. Строительные машины и оборудование; Феникс - Москва, 2005. - 608 c.

9. Бурлаков И. Р., Неминущий Г. П. Специальные сооружения для игровых видов спорта; СпортАкадемПресс - Москва, 2001. - 184 c.

10. Васильев А. П. Эксплуатация автомобильных дорог. В 2 томах. Том 1; Академия - Москва, 2010. - 320 c.

11. Волшаник В. В., Суздалева А. А. Классификация городских водных объектов; Издательство Ассоциации строительных вузов - Москва, 2008. - 112 c.

12. Каменев П. Н., Тертичник Е. И. Вентиляция; Издательство Ассоциации строительных вузов - Москва, 2008. - 624 c.

13. Киреева Ю. И., Лазоренко О. В. Строительные материалы и изделия; Феникс - Москва, 2010. - 384 c.

14. Косолапов А. В. Основы алмазной техники и технологии в строительстве; Издательство Ассоциации строительных вузов - Москва, 2005. - 176 c.

15. Масленников А. М. Начальный курс строительной механики стержневых систем; Проспект Науки - Москва, 2009. - 240 c.

16. Основин В. Н., Шуляков Л. В. Строительные материалы и изделия; Вышэйшая школа - Москва, 2009. - 224 c.

17. Основин В. Н., Шуляков Л. В., Дубяго Д. С. Справочник по строительным материалам и изделиям; Феникс - Москва, 2008. - 448 c.

18. Под редакцией Журбы М. Г. Водозаборно-очистные сооружения и устройства; АСТ, Астрель - Москва, 2003. - 576 c.

19. Саргсян А. Е. Строительная механика. Механика инженерных конструкций; Высшая школа - Москва, 2008. - 464 c.

20. Скороходов В. Д., Шестакова С. И. Защита неметаллических строительных материалов от биокоррозии; Высшая школа - Москва, 2004. - 208 c.

21. Стаценко А. С. Технология строительного производства; Феникс - Москва, 2008. - 416 c.

22. Тарануха Н. Л., Первушин Г. Н., Смышляева Е. Ю., Папунидзе П. Н. Технология и организация строительных процессов; Издательство Ассоциации строительных вузов - Москва, 2006. - 192 c.

23. Чичерин И. И. Общестроительные работы; Академия - Москва, 2005. - 416 c.

24. Шатов А. П., Стеклов О. И., Ступников В. П. Сварка и ремонт металлических конструкций с противокоррозионными покрытиями; МГТУ им. Н. Э. Баумана - Москва, 2009. - 176 c.

25. Шмитько Е. И. Процессы и аппараты технологии строительных материалов и изделий; Проспект Науки - Москва, 2010. - 736 c.

Размещено на Allbest.ru