Проектирование гражданского здания

Характеристика прочности бетона и арматуры. Бетон тяжелый класса В25; расчетный сопротивления при сжатий Rb=14,5 МПа: при растяжений Rbt=1,05 МПа; коэффициент условий работы бетона  модуль упругости Eb=30000 МПа.

Арматура продольная рабочая класса А-III, расчетное сопротивление Rs=365 МПа, модуль упругости Es=200000 МПа.

Определение высоты сечения ригеля. Высоту сечения подбирают по опорному моменту при , поскольку на опоре момент определен с учетом образования пластического шарнира. Принятое же сечение ригеля следует затем проверить по предельному моменту (если он больше опорного) так, чтобы относительная высота сжатой зоны была  и исключалось переармированное неэкономичное сечение. По (табл. 3,1, по Байкову) и при  находят значение а по формуле определяют граничную высоту сжатой зоны.

где ; .

Вычисляют

принимаем h=60 см. Принятое сечение не проверяют в данном случае по пролетному моменту, так как . Подбирают сечения арматуры в расчетах сечениях ригеля.

Сечение в первом пролете (рис. 6,1 а)

а)б)

Рис.6,1. К расчету прочности ригеля сечения в пролете (а)  на опоре (б).

 ;

 вычисляют:

;

по (табл. 3,1, по Байкову)

Принято с

Сечение в среднем пролете – М=350,71 кНм;

;

по (табл. 3,1, по Байкову)

Принято с

Арматура для восприятия отрицательных момента в пролете устанавливают по эпюре моментов. Принято  А-III c As=3.03см2.

Сечение на средней опоре

 арматура расположена в один ряд ; вычисляют:

;

по (табл. 3,1, по Байкову)

Принято

с

Сечение на крайней опоре 

;

Принято с

4.                Расчет прочности ригеля по сечениям, наклонным к продольной оси

На средней опоре поперечная сила Q=677,9 кН.

Диаметр поперечных стержней устанавливают из условия сварки их с продольной арматурой диаметром d=32 мм и принимают равным dsw=8 мм (прил 9. по Байкову) с площадью As=0.503 см2. При классе А-III Rsw=285 МПа; поскольку dsw/d=8/32=, вводят коэффициент условий работы  и тогда Число каркасов-2, при этом Asw=2*0.503=1.01 см2

  Шаг поперечных стержней по конструктивным условиям s=h/3=60/3=20см. На всех приопорных участках длиной l/4 принят s=20см, в средней части пролета шаг s=3h/4=3*60/4=45см.

Расчет ведут по формулам.

Вычисляют:

- условие удовлетворяется. Требование

smax=

- удовлетворяется.

Расчет прочности по наклонным сечению. Вычисляют

.

Поскольку

значение «с» вычисляют по формуле

.

При этом

.

Поперечная сила в вершине наклонного сечения Длина проекции расчетного наклонного сечения

.

Вычисляют

 Условие прочности

- обеспечивает.

Проверка прочности по сжатой полосе между наклонными трещинами.

Условие

- удовлетворяется.

5. Конструирование арматуры ригеля

Стык ригеля с колонной выполняют на ванной сварке выпусков верхних над опорных стержней и сварке закладных деталей ригеля и опорной консоли колонны в соответствии с (рис. 8,1).

Рис. 8,1. Конструкции стыков сборного ригеля с колонной.

1) арматурные выпуски из ригеля и колонны; 2) ванная сварка; 3) вставка арматуры; 4) стальные закладные.

Ригель армируют двумя сварными каркасами, часть продольных стержней каркасов обрывают в соответствии с изменением огибающей эпюры моментов и по эпюре арматуры (материалов). Обрываемые стержни  заводят за место теоретического обрыва на длину заделки W.

Эпюру арматуры строят в такой последовательности:

1)                определяют изгибающие моменты М, воспринимаемые в расчетных сечениях, по фактически принято арматуре; 2) устанавливают  графически на огибающей эпюре моментов по ординатам М места теоретического обрыва стержней; 3) определяют длину анкеровки обрываемых стержней , причем поперечную силу Q в месте теоретического обрыва стержня принимают соответствующей изгибающему моменту в этом сечении.

6. Расчет сборной железобетонной колонны

Здание на проектирование. Рассчитывать и конструировать колонну среднего ряда.

Высота этажа H=4,2 м. Сетка колонн м. Верх фундамента заглублен ниже отметки пола на 0,6 м. здание возводится в I климатическом районе по снеговому покрову. Конструктивно здание решено с несущими наружными стенами, горизонтальная (ветровая) нагрузка воспринимается поперечными стенами и стенами лестничных клеток. Членение колонн поэтажное. Стыки колонн располагаются на высоте 0,6 м от уровня  верха панелей перекрытия. Ригель опираются на консоли колонн. Класс бетона по прочности на сжатие колонн не более В30, продольная арматура класса А-III. По назначению здание относится ко второму классу. Принимаем   

Решение. Определение нагрузок и усилий. Грузовая площадь от перекрытий и покрытий при сетке колонн м равна . Подсчет нагрузок сведен в табл. 9,1. При этом высота и ширина сечения ригеля приняты:  h=60см, b=40см. При этих размерах масса ригеля на 1 м длины составит: , а на 1 м2  

Таблица 9.1 Нормативные и расчетные нагрузки.

Сечение колонн предварительно принимаем . Расчетная длина колонн во втором-пятом этажах равна высоте этажа , а для первого этажа с учетом некоторого защемления колонны в фундаменте

Собственный расчетный вес колонн на один этаж:

во втором-пятом этажах

во первом этаже

Подсчет расчетной нагрузки на колонну сведен в табл. 9,2. Расчет нагрузки от покрытия и перекрытия выполнен умножением их значений по табл. 9,1 на грузовую площадь , с которой нагрузка передается на одну колонну

Таблица 9.2 Подсчет расчетной нагрузки на колону.

В табл. 9.2 все нагрузки по этажам приведены нарастающим итогом последовательным суммированием сверху вниз. При этом снижения временной нагрузки, предусмотренного п. 3,9 СНиП 2,01,07-85 при расчете колонн в зданиях высотой более двух этажей, не делалось, так как для производственных зданий это можно выполнять по указанием соответствующих инструкций, ссылка на которые дается в задании на проектирование.

За расчетное сечение колонн по этажам приняты сечения в уровне стыков колонн, а для первого этажа – в уровне отметки верха фундамента. Схема загружения показана на рис. 9,1

Расчет колонны первого этажа.

Усилия с учетом будут

,

сечение колонны, бетон класса В35 ,

Rb=19,7 МПа,

арматура из стали класса А-III, Rs=360 МПа,

.

Предварительно вычисляем отношение Рис.9,1

Загружение колонн среднего ряда.

Nld/N1=2512/3144.5=0,8; гибкость колонны

,

следовательно, необходимо учитывать прогиб колонны; эксцентриситет , а также не менее  принимаем большее значение ; расчетная длина колонны, , значит расчет продольной арматуры можно выполнять по формуле.

Задаемся процентом армирования  (коэффициент ) и вычисляем

при Nld/N1=0,8 и  по табл. 2,15 коэффициенты и пологая , что , а коэффициент  по формулам ;

требуемая площадь сечения продольной арматуры по формуле

принимаем для симметричного армирования А-III с As=64,34см2; , что много ранее принятого .

Если назначить сечение  сохранив ранее принятые характеристики материалов то при пересчете будет иметь:

, ; ; при

принимаем для симметричного армирования А-III с As=36,95см2; , что близко ранее принятого .

Фактическая несущая способность сечения 350*350 мм по формуле

Поперечная арматура в соответствии с данными табл. 2 прил. II принята диаметром 8 мм класса А-I шагом  и меньше hc =35см.

Расчет колонны второго этажа.

Усилия с учетом будут ,

сечение колонны , бетон класса В35 , Rb=19,7 МПа, арматура из стали класса А-III, Rs=360 МПа,  .

Предварительно вычисляем отношение

Nld/N1=1948,5/2425,16=0,8; гибкость колонны ,

следовательно, необходимо учитывать прогиб колонны; эксцентриситет , при см коэффициент ;

коэффициент   вычисляем по формуле , предварительно приняв

коэффициент

и пологая , что ,

требуемая площадь сечения продольной арматуры по формуле

принимаем для симметричного армирования А-III с As=19,63см2; , что немного меньше ранее принятого .

Принимая  вычисляем  фактическую несущую способность сечения 350*350 мм по формуле

Поперечная арматура в соответствии с данными табл. 2 прил. II принята диаметром 8 мм класса А-I шагом  и меньше hc =35см.

Расчет колонны третьего этажа.

Усилия с учетом  будут ,

сечение колонны  , бетон класса В30 , Rb=17 МПа, арматура из стали класса А-III, Rs=360 МПа,  .

Предварительно вычисляем отношение Nld/N1=1385,7/1710,4=0,8; гибкость колонны ,

следовательно, необходимо учитывать прогиб колонны; эксцентриситет , при см коэффициент ; коэффициент  вычисляем по формуле, предварительно приняв коэффициент

и пологая , что ,

требуемая площадь сечения продольной арматуры по формуле

принимаем для симметричного армирования А-III с As=10,18см2; . Принимая  вычисляем фактическую несущую способность сечения 350*350 мм по формуле

Поперечная арматура в соответствии с данными табл. 3 прил. II принята диаметром dsw=6 мм класса А-I шагом  и меньше hc =35см.

Расчет консоли колонны. Опирание ригеля на колонну может осуществляется либо железобетонную консоль, либо металлическую столик, приваренный к закладной детали на боковой грани колонны на рис 9.2. Железобетонные консоли считаются короткими, если их вылет l равен не более 0,9h0, где h0- рабочая высота сечения консоли по грани колонны на (рис. 9.2 а). Действующая на консоль опорная реакция ригеля воспринимается бетонным сечением консоли и растянутой арматурой, определяемой расчетом. Консоли малой высоты (рис.9.2 б), на которые опираются ригели или балки с подрезанными опорными концами, усиливают листовой сталью или прокатными профилями-уголками, швеллерами или двутаврами.

Рассмотрим расчет консоли в уровне перекрытия четвертого этажа, где бетон колонн принят пониженной прочности на сжатие. Расчетные данные: бетон колонны класса В20, арматура класса А-III, ширина ригеля b=40см.

Решение. Максимальная расчетная реакция от ригеля перекрытия при  составляет . Определяем минимальный вылет консоли  из условий смятия под концом ригеля

;

с учетом зазора между торцом ригеля и гранью колонны, равно 5 см, вылет консоли ; принимаем кратно 5 см .

Высоту сечения консоли находим по сечению 1-1, проходящему по грани колонн. Рабочую высоту сечения определяем из условия

где правую часть неравенства принимают не более 2,5Rbt, bch0. 

Из выражения выводим условия для h0:

Определяем расстояние «а» от точки приложения опорной реакции Q до грани колонны

.

Максимальная высота ho по условию

.

Минимальная высота ho по условию

Полная высота сечения консоли у основания принята h=70 см,

ho=70-3=67 см.

Находим высоту свободного конца консоли, если нижняя грань ее  наклонен под углом , :

условие удовлетворяется.

Расчет армирования консоли. Расчетный изгибающий момент по формуле

Коэффициент А0 по формуле

по табл. 2,12 находим ; .

Требуется площадь сечения продольной арматуры

принято  А-III, с As=3,05см2. Эту арматуру приваривают к закладным деталям консоли, на которые устанавливают и затем крепят на сварке ригель. Назначением поперечное армирование консоли; согласно п.5.30 СНиП 2.03.01-84, при  консоль армируют отогнутыми стержнями и горизонтальными хомутами по всей высоте (при консоль армируют только наклонными хомутами по всей высоте). Минимальная площадь сечения отогнутой арматуры ; принимаем  А-III, с As=4,02 см2; диаметр отгибов должен также удовлетворять условию

и меньше do=20 мм; принято do=1,41 см- условие соблюдается.

Хомуты принимаем двухветвенными из стали класса А-I диаметром 6 мм,  Шаг хомутов консоли назначаем из условий требования норм- не более 150 мм и не более (1/4)h=(70/4)=17,5см; принимаем шаг s=150мм ( см. АС- ). Схемы армирования консоли показаны на АС-

7. Расчет монолитного центрально-нагруженного фундамента

Здание на проектирование. Рассчитать и конструировать железобетонный фундамент под колонну среднего ряда. Бетон фундамента В15, арматура нижней сетки из стали класса А-II конструктивная арматура класса А-I. Согласно СНиП [15], условное расчетное сопротивления основания Ro=2,5 МПа. Глубина заложения фундамента H1=2,0 м. Средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах   

Решение. Расчетные характеристики материалов: для бетона класса В15, Rb=8.5 МПа; Rbt=0.75 МПа, ; для арматуры класса А-II Rs=280 МПа.

Расчетная нагрузка на фундамент от колонны первого этажа с учетом , N1=3144.5 кН. Сечение колонны . Определяем нормативную нагрузку на фундамент по формуле

,

где - средний коэффициент надежности по нагрузке ( приближенно 1,15-1,2). Требуемая площадь фундамента

Размер стороны квадратного в плане фундамента , принимаем размер подошвы фундамента  , .

Определяем высоту фундамента. Вычисляем наименьшую высоту фундамента из условия подавления его колонной по поверхности пирамиды при действии расчетной нагрузки, используя приближенную формулу

- напряжение в основании фундамента от расчетной нагрузки; .

Полная минимальная высота фундамента

где -толщина защитного слоя бетона.

Высота фундамента из условий заделки колонны в зависимости от размеров ее сечения

.

Из конструктивных соображений, учитывая необходимость надежно заанкерить стержни продольной арматоры при жесткой заделке колонны в фундаменте, высоту фундамента рекомендуется также принимать равной не менее

где - глубина стакана фундамента, равная ;

- диаметр продольных стержней колонны; - зазор между торцом колонны и дном стакана.

Принимаем высоту фундамента , число ступеней три. Высоту ступеней из условий обеспеченная бетона достаточной прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении. Расчетные сечения: 3-3 по грани колонны, 2-2 по грани верхней ступени и 1-1 по нижней границе пирамиды продавливания.

Минимальную рабочую высоту первой (снизу) ступени определяем по формуле

.

Конструктивно принимаем ,

Проверяем соответствие рабочей высоты нижней ступени фундамента

 условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающимся в сечении 1-1. На 1 м ширины этого сечения поперечная сила

.

Минимальное поперечное усилие , воспринимаемое бетоном

( по п. 3,31 СНиП 2.03.01.-84):

,

где =0,6-для тяжелого бетона; =0-для плит сплошного сечения; =0-ввиду отсутствия продольных сил.

Так как , то условие прочности удовлетворяется.

Размеры второй или третьей ступеней фундамента принимают как, чтобы внутренние грани ступеней пересекали прямую, проведенную под углом 450 к грани колонны на отметке верха фундамента.

Проверяем прочность фундамента на подавление по поверхности пирамиды, ограниченной плоскостями, проведенными под углом 450 к боковым граням колонны, по формуле  СНиП [13]:

,

;

- площадь основания пирамиды подавления при квадратных в колонне и фундаменте; um- среднее арифметическое между параметрами верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания в пределах полезнй высоты фундамента ho, равное:  или при , .

Подставляем в вычисление значения, тогда

;

условие удовлетворяется. При подсчета арматура для фундамента за расчетные принимаем изгибающие моменты по сечениям, соответствующим расположению уступов фундамента как для консоли с защемленным концом:

Подсчет потребного количества арматуры в расчетах сечениях фундамента в одном направлении:

принимаем нестандартную сетку из арматуры диаметром 18 мм класса А-II по сечению 3-3 с ячейками , в одном направлении (см. сетку С-1 на рис.10,1.

Процент армирования

что больше , установленного нормами. В случае необходимости в дальнейшем проверяют сечение фундамента по второй группе предельных состояний по раскрытию трещин, выполняемому аналогично балочным изгибаемым элементам прямоугольного сечения.

Верхнюю ступень армирует конструктивно горизонтальными сетками С-2 из арматуры  класса А-I, устанавливаемыми через 150 мм по высоте; расположение сеток фиксируют вертикальными стержнями мм класса А-I.

Страницы: 1, 2