Проектирование элементов здания

колонна каркасный здание железобетонный.

Расчет и конструирование колонны

· Исходные данные:

Бетон класса В30 с R_b=17 МПа при г_b2=1, рабочая арматура класса A-IV с R_s=400, R_sc=435 МПа. Расчетная длина колонны равна высоте этажа l₀=4,8 м.

· Определение сечение колонны:

N=q_т1*A_гр*(n-1)+q_т2*A_гр, кН Где, q_т1, q_т2 — полная расчетная нагрузка из 1 и 2 таблицы соответсвенно (таблица 1,2).

A_гр — грузовая площадь колонны l1x l2 — 6,1*5,9 м.

n — количество этажей.

N=15,69*35,99*(4−1)+6*35,99=1900,27 кН Если N меньше 2000кН, то сечение колонны будет 300*300 мм.

· Нагрузки и воздействия Грузовая площадь колонны А_с=6,1*5,9=35,99 м²

Расчетная нагрузка от перекрытия одного этажа с учетом данных таблицы 1:

N₁=(q+p)*A_c=15,6*35,99=561,444 кН, В том числе постоянная и длительная:

N_1,l=9,6*35,99=345,504 кН.

Расчетная нагрузка от собственного веса ригеля:

N₂=V*г*г_f, кН где V — объем в м3, г — объемный вес железобетона =25 кН/м3, гf — коэффициент надежности по нагрузке 1,1.

N₂=((0,2*0,35+0,4*0,2)*5,28+0,2*2*0,4*0,15)*25*1,1=22,44 кН Расчетная нагрузка от собственного веса колонны:

N₃=(0,3*0,3*4,8+2*0,3*0,15*0,15)*25*1,1=12,25 кН.

Расчетная нагрузка от покрытия (табл. 2) на колонну:

N₄=(q+p)*A_c=7,2*35,99=259,128 кН, В том числе постоянная и длительная.

N_4,l=6*35,99=215,94 кН.

Суммарная продольная сила в колонне (с учетом коэффициента надежности по назначению г_n=1):

N=(3* N₁+4* N₂+4* N₃+ N₄)*1=(3*561,444+4*22,44+4*12,25+259,128)*1=2082,22 кН От постоянных и длительных нагрузок:

N_l=(3*345,504+4*22,44+4*12,25+215,94)*1=1391,212 кН.

· Расчет прочности нормального сечения.

Условие прочности имеет вид:

N?ц*(R_b*A_b+(A_s+A'_s)* R_sc),.

Где A_b= 300*300=90 000 мм² — площадь бетонного сечение, ц — коэффициент, учитывающий гибкость колонны и длительность действия нагрузок.

Преобразуя формулу, получим:

(As+A's)(N-ц*Rb*Ab)/(ц* Rsc),.

ц= ц₁+2*(ц_2- ц₁)* R_sc*(A_s+A'_s)/(R_b*A_b)? ц_2,

где ц₁ и ц₂ коэффициенты для учета гибкости колоны и длительности нагрузки.

Коэффициент ц определяем последовательными приближениями. В первом приближении принимаем ц= ц_2. В нашем случае, при l₀/h=4800/300=16 и N_l/N=1939,97/2164,97=0,896 коэффициенты ц1=0,78 и ц₂=0,835.

При ц= ц₂ определяем.

(A_s+A'_s)=(2082,22*10³-0,835*17*90 000)/(0,835*435)=2215,35 мм²

Проверяем:

ц=0,78+2*(0,835−0,78)*435*2215,35/(17*90 000)=0,849>0,86.

Результаты не сходятся. Попробуем рассчитать на бетон класса Б35 с R_b=19,5 МПа при г_b1=1.

(A_s+A'_s)=(2082,22*10³-0,835*19,5*90 000)/(0,835*435)=1698,11 мм²

Проверяем:

ц=0,78+2*(0,835−0,78)*435*1698,11/(19,5*90 000)=0,826<0,835.

Результаты сходятся, площадь арматуры подобрана верно.

Принимаем по сортаменту 4 d=25 A500 (A_s+A'_s=1963 мм²).

Полученный процент армирования от рабочей площади бетона составляет:

м=(A_s+A'_s)*100/(b*h₀)=1963*100/(300*250)=2,62%.

При гибкости колонны l₀/h=16 это выше минимально допустимого процента армирование 0,2% и меньше рекомендуемому максимальному 3%.

Проверка: N_l?ц*(R_b*г_l1*A_b+R_sc*(A_s+A'_s)).

• 1391,212кН0,835*(19,5*0,9*90 000+435*1963)=2031,89 кН
• · Расчет прочности консоли

Скрытые консоли имеют малые размеры, поэтому их армируют жесткой арматурой, которую рассчитывают на воздействие опорных реакций ригелей Q без учета работы бетона. Усилия в наклонных пластинах определяются из условия равенства нулю проекций сил на вертикаль:

N_п=Q/sin45,.

Q=A_s/2*((q+p)^т1+N/2)=5,9*6,½*15,6+22,44/2=291,94 кН,.

N_п=291,94/0,707=412,93 кН Сечение пластин из стали ВСт3пс2: 2*д*h_п=2*8*120=1920 мм²

Площадь нормального сечение пластин А_п=1920* sin45=1358 мм², сжимающее напряжение у= N_п/ А_п=412 930/1358=304,3 МПа>245 МПа.

Меняем толщину: д=8/0,81?10.

2*д*h_п=2*10*120=2400 мм²

Площадь нормального сечение пластин А_п=2400* sin45=1696,8 мм², сжимающее напряжение у= N_п/ А_п=412 930/1696,8=243,36 МПа<245 МПа.

Усилия в растянутых стержнях:

N_s= N_п* sin45=Q=412 930*0,707=291 941,5 Н Откуда:

A_s=N_s/R_s=291 941,5/435=671,13 мм²

Принимаем по сортаменту 2 d=22 А 500 (As =760 мм2).

Ниже сжатые и распределительные стержни принимаем того же сечения что верхние d=22 A 500.

· Конструирование колонны Шаг поперечных стержней не должен быть более 500 мм и не более 15d_s, где d_s =22мм — диаметр продольных стержней. При м>3% шаг s уменьшается до 300 мм или до 10 d_s. В нашем случае м =2,62<3% принимаем 22*15=330 мм. По условиям сварки диаметр поперечных стержней должен быть не менее 0,25d_s, принимаем d=8 А-I.

Длинна колонны l=4,8+0,8+0,65=6,25 м.

Продольные стержни, определенные расчетом, включаем в 2 плоских каркаса КР-1, которые с помощью поперечных стержне объединяются в пространственный каркас КП-1.

Шаг поперечных стержней — 330 мм Защитный слой бетона до рабочей арматуры должен составлять не менее 20 мм (стр. 111, табл. 10.1 и п. 10.3.2 (3 абзац)[2]) и не менее ds, в моем случае ds=22м => толщина защитного слоя =22 мм.

Защитный слой — 22 мм Окончательное расстояние от осей продольных стержней до наружных граней принимаем 45 мм. С учетом надевания на КП1 сеток косвенного армирования С2.

Размеры ячеек сеток: 45−75.

Шаг сеток — 60−100 мм Длина установки сеток не менее — 10*22=220 мм На расстоянии не менее 220 мм нужно установить? 4 сеток в оголовке колонны во избежание смятия. При этом коэффициент объемного армирования должен быть м (xy)>0,0125.

Предварительно назначаем шаг сеток s=70, d=8 мм, А 500 с ячейками 60*60 для С1 и 70*70 для С2.

Коэффициент армирования м_xy=5*280*50,3*2/(300*300*70)=0.0224>0,0125

При объеме бетона 0,58 м³ и массе колонны 1,45 т. предусматривается 2 петли из стержней d=12мм А-1. Располагаются на расстоянии а=0,21*l=0,21*6,25=1,31 м, следовательно а=1,4 м.