Конструирование и расчет элементов железобетонных конструкций многоэтажного здания (без подвала) с наружными каменными стенами и внутренним железобетонным каркасом

height="25" align="BOTTOM" border="0" />

по табл.III.I.[1] находим соответствующее значение и определяем площадь сечения стыковых стержней

Принимаем арматуру 2Ш25А-III c .

Длину сварных швов для приварки стыковых стержней с закладными деталями ригеля определяем следующим образом:

где

коэффициент 1,3 вводим для обеспечения надежной работы сварных швов в случае перераспределения опорных моментов вследствие пластических деформаций.

При двух стыковых стержнях и двусторонних швах длина каждого шва (с учетом непровара) будет равна:

Конструктивное требование .

Принимаем

Закладная деталь ригеля приваривается к верхним стержням каркаса при изготовлении арматурных каркасов. Сечение этой детали из условия прочности на растяжение:

Конструктивно принята закладная деталь в виде гнутого швеллера из полосы длиной м;

Длина стыковых стержней складывается из размера сечения колонны, двух зазоров по 5 см между колонной и торцами ригелей и двух длин сварного шва:

Рисунок 10- К расчету бетонированного стыка

4. Расчет центрально нагруженной колонны

4.1 Определение продольных сил от расчетных нагрузок

Грузовая площадь средней колонны при сетке колонн 5,6х7,2м равна:

Подсчет нагрузок приводим в таблице 3.

Таблица3 - Нормативные и расчетные нагрузки

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, Н/м2	Коэфф.надёжности по нагрузке, γf	Расчётная нагрузка. Н/м2
1	От покрытия: постоянная: -от рулонного ковра в три слоя; -от цементного выравнивающего слоя, - от утеплителя- пенобетонных плит, ; - от пароизоляции в один слой; - от ребристых плит; - от ригеля; - от вентиляционных коробов и трубопроводов; ИТОГО	120 400 480 40 2450 625 500	1,2 1,3 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1	150 520 580 50 2695 690 550

		4615	-	5235

	Снеговая: в том числе длительная кратковременная	- - -	- - -	1200 0 1200
2	От перекрытия: постоянная: - от керамических плиток, ; - от цементного раствора, ; - от ребристой плиты; - от ригеля;	240 440 2450 625	1,1 1,3 1,1 1,1	265 575 2695 690

3	ИТОГО Временная В том числе: длительная Кратковременная Полная от перекрытия	3755 6400 4480 1920 10155	1,2 1,2 1,2	4225 7680 5380 2300 11905

Продолжение таблицы

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

,

где высота первого этажа;

расстояние от пола междуэтажного перекрытия до оси ригеля;

расстояние от пола первого этажа до верха фундамента.

Собственный расчетный вес колонн на один этаж:

- во втором-четвертом этажах:

,

- в первом этаже:

.

Подсчет расчетной нагрузки на колонну приводим в таблице 4.

Таблица 4- Подсчет расчетной нагрузки на колонну

п/п

Нагрузка от покрытия и перекрытия, кН

Собственный вес колонн, кН

Расчетная суммарная нагрузка, кН

	длительная	кратковременная		длительная,	кратковременная	полная

4 3 2 1	211,08 598,35 985,62 1372,89	48,38 141,12 233,86 326,6	16,72 33,44 50,16 69,08	227,8 631,79 1035,78 1441,97	48,38 141,12 233,86 326,6	276,18 772,91 1269,64 1768,57

Расчет нагрузки от покрытия и перекрытия выполнен умножением их значений по таблице 3 на грузовую площадь, с которой нагрузка передается на одну колонну. В таблице 4 все нагрузки по этажам приведены нарастающим итогом последовательным суммированием сверху вниз.

За расчетное сечение колонн по этажам принимаем сечения в уровне стыков колонн, а для первого этажа- в уровне отметки верха фундамента.

4.2 Характеристики прочности бетона и арматуры

Бетон тяжелый класса В20; расчетное сопротивление на осевое сжатие

, коэффициент условий работы бетона .

Арматура:

- продольная класса А-III, расчетное сопротивление на осевое растяжение

- поперечная- класса А-I, .

4.3 Расчет прочности колонны первого этажа

Усилия с учетом коэффициента надежности по назначению здания будут равны:

Площадь поперечного сечения колонны:

где - коэффициент, учитывающий гибкость колонн длительного загружения;

- коэффициент условия работы;

Принимаем коэффициент

Размер сечения колонны: - принимаем сечение колонны 0,35х0,35 м.

Значения коэффициентов при:

и

условие выполняется.

Искомая площадь сечения арматуры:

Проверяем коэффициент армирования

.

Принимаем 8Ш16А-III c

Проверяем фактическую несущую способность сечения колонны по ф.:

.

Вычисляем запас несущей способности колонны:

Для унификации ригелей сечение колонн второго и всех

вышерасположенных этажей принимаем 0,35х0,35м.

Принимаем следующую разрезку колонн:

колонна К-1- на I этаж;

колонна К-2- на II-III этажи;

колонна К-3- на IV этаж.

4.5 Расчет и конструирование короткой консоли

Опорное давление ригеля Q=269,09 кН.

Длина опорной площадки:

Принимаем

Вылет консоли с учётом зазора 5 см составляет

.

Расстояние от грани колонны до силы Q :

.

Высота консоли в сечении у грани колонны принимают равной

.

У свободного края при угле наклона сжатой грани g=45° высота консоли

.

Рабочая высота сечения консоли .

Поскольку выполняется условие , то консоль считается короткой.

Для короткой консоли выполняются 2 условия:

1)

условие выполняется.

2)

условие выполняется.

Изгибающий момент консоли у грани колонны

Площадь сечения продольной арматуры консоли:

По сортаменту подбираем арматуру 2Ш14 А-IIIc

Консоль армируем горизонтальными хомутами Ж5 Вр-I с

с шагом S=0,1 м (при этом и ) и отгибами 2Ш16 A-III с

Проверяем прочность сечения консоли по условию:

;

, при этом

Правая часть условия принимается не более

.

Поскольку , прочность консоли обеспечена.

Рисунок 10- Схема армирования коротких консолей.

4.6 Конструирование арматуры колонны. Стык колонн

Колонна армируется пространственным каркасом, образованным из плоских сварных каркасов. Диаметр поперечных стержней устанавливаем из условия сварки с продольной арматурой Ш16 мм и принимаем равным Ш 5 мм класса Вр-I с шагом s=0,35 м – по размеру стороны сечения колонны, что не более 20d=20х0,016=0,32м.

Стык колонн осуществляем на ванной сварке выпусков стержней с обетонированием. В местах контактов концентрируются напряжения, поэтому торцевые участки усиливаем косвенным армированием. Последнее препятствует поперечному расширению бетона при продольном сжатии.

Косвенное армирование представляет собой пакет поперечных сеток.

Принимаем 5 сеток с шагом s=0,1 м – на расстоянии, равном размеру стороны сечения колонны.

Для этих сеток принимаем арматуру Ш5 Вр-I.

Рисунок 11- Конструкция стыка колонн

Рисунок 12- Сетка для усиления торца колонны

4.7 Расчет сборных элементов многоэтажной колонны на воздействия в период транспортирования и монтажа

При транспортировании под колонну кладем 2 подкладки на одинаковом расстоянии от торцов. Тогда в сечении колонны под подкладками и в середине пролета между подкладками нагрузка от собственной массы колонны вызовет изгибающие моменты:

;

При высоте 1-го этажа в 4,3 м расстояние от пола 2-го этажа до верхнего торца колонны 1-го этажа – 0,7 м и от нулевой отметки до верхнего отреза фундамента – 0,15 м, а также в предположении, что фундамент будет трехступенчатым, с общей высотой – 0,9 м и расстоянием от его подошвы до нижнего торца колонны равным 0,2 м, общая длина сборного элемента колонны составит:

.

При транспортировании конструкции для нагрузки от их собственной массы вводится коэффициент динамичности 1,6. Коэффициент ; .

;

Изгибающий момент, воспринимаемый сечением при симметричном армировании

и <- условие выполняется.

В стадии монтажа колонны строповку осуществляем в уровне низа консоли.

Расстояние от торца колонны до места захвата , коэффициент динамичности для нагрузки от собственного веса при подъеме и монтаже – 1,4.

и <- условие выполняется.

Под 2-хэтажные колонны при транспортировании следует укладывать 4 подкладки. При подъеме и монтаже этих колонн их строповку следует осуществлять за консоли в 2-х уровнях.

а) в стадии транспортирования б) в стадии монтажа

Рисунок 13- Расчетные схемы колонны

5. Расчет трехступенчатого центрально-нагруженного фундамента

Продольные усилия колонны:

Условное расчетное сопротивление грунта:

Класс бетона B20, , ,

Арматуру класса А-II, .

Вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его обрезах .

Высота фундамента должна удовлетворять условиям:

1)

2)

где высота сечения колонны;

длина анкеровки арматуры колонны в стакане фундамента;

высота фундамента от подошвы до дна стакана;

требуемый зазор между торцом колонны и дном стакана.

Приняв , длину анкеровки арматуры колонны Ш16 А-III в бетоне фундамента класса В20 , устанавливаем предварительную высоту фундамента:

.

Окончательно принимаем высоту фундамента - двухступенчатый фундамент, .

(Ранее был произведен расчет фундамента высотой - ни одно из условий прочности не удовлетворялось.)

Глубину фундамента принимаем равной:

где 0,15м- расстояние от уровня чистого пола до верха фундамента.

Фундамент центрально-нагруженный, в плане представляет собой квадрат.

Площадь подошвы фундамента определяем по формуле:

где - нормативная продольная сила для расчетов размеров подошвы. Подсчитываем с учетом усредненного значения :

Размер подошвы:

Принимаем - кратно 0,3м.

Кроме того, рабочая высота фундамента h₀ из условия продавливания по поверхности пирамиды (грани которой наклонены на 45⁰ к горизонту) должна быть не менее:

где давление на грунт от расчетной нагрузки.

Рабочая высота фундамента .

Тогда , .

Проверяем, отвечает ли условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающемся на линии пересечения пирамиды продавливания с подошвой фундамента.

Для единицы ширины этого сечения: , вычисляем:

– условие удовлетворяется.

Проверку фундамента по прочности на продавливание колонной дна стакана производим из условия:

F – расчетная продавливающая сила, определяющаяся по формуле:

U_m – среднее арифметическое периметров верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания колонной от дна стакана

- условие не удовлетворяется.

Проверку прочности фундамента на раскалывание проводим из условия:

где - коэффициент трения бетона по бетону;

– площадь вертикального сечения фундамента в плоскости, проходящей по оси сечения колонны, за вычетом площади стакана;

коэффициент условия работы фундамента в грунте;

Глубина стакана:

Площадь стакана:

- условие выполняется.

Прочность фундамента считается обеспеченной.

Армирование фундамента по подошве определяем расчетом на изгиб по сечениям, нормальным к продольной оси по граням ступеней и грани колонны, как для консольных балок.

Расчет на изгибающие моменты в сечениях, проходящих по грани 1-2 (II-II), 2-3 (I-I), вычисляем по формулам:

Площадь сечения арматуры:

Из двух значений выбираем большее и по сортаменту производим подбор арматуры в виде сетки. Принимаем нестандартную сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой из стержней 13Ш10А-II c с шагом s=0,2 м .

Марка сетки

Проценты армирования:

что больше и меньше

Рисунок 14 - Конструкция отдельного фундамента