Рис. 10 - Передача нагрузки со второстепенной балки на главную
Построение эпюры материалов
Для построения эпюры материалов используем определенные ранее максимальные и минимальные значения моментов в пролетах и опорах (Рис. 9). При известных значениях Мu с принятым армированием пролетных и опорных сечений нам остается определить несущую способность балки при конструктивной верхней арматуре 218 А400 с Аs=509 мм2 и на втором пролете 228 А400 с площадью Аs=1232 мм2 , и после обрывов вторых рядов в первом пролете при нижней арматуре 222 А400с площадью Аs=760 мм2 и Rs =340 и во втором 220А400с площадью Аs=628 мм2 и Rs =340
При 218 А400:
При 228 А400:
При 225 А400:
При 2 25 А400:
При 2 20 А400:
Точки пересечения линий, соответствующих уровню несущей способности, с огибающей эпюрой называются точками теоретического обрыва, фактически стержни обрываются с учетом их заделки в бетоне на величину i.
Qi- поперечная сила в месте теоретического обрыва.
;
;
;
;
;
;
Рис. 11 - Эпюра материалов главной балки
5. Расчет и конструирование колонны
Требуется рассчитать и законструировать наиболее нагруженную колонну первого этажа здания с метрами, принятыми в примерах выше. Высота этажа hэт=4,2 м., количество этажей -4, сетка колонн - 5,5Ч6,8 м, сечение колонны - 400Ч400 мм.
Нагрузки и воздействия
Грузовая площадь колонны:
Расчетная нагрузка от перекрытия одного этажа (табл.1):
в том числе постоянная и длительная:
При шаге второстепенных балок 1375 мм расчетная нагрузка от собственного веса 4х ребер, выступающих под плитой:
Расчетная нагрузка от собственного веса ребра главной балки, выступающего под плитой:
Где: hк=400 мм - высота сечения колонны.
Расчетная нагрузка от собственного веса колонны рядового этажа:
Нагрузки на покрытие при снеговой нагрузке для 3 района (г. Омск).
Тогда расчетное усилие в колонне от покрытия (табл.2):
в том числе постоянная и длительная (табл.2):
Полная нагрузка: 4 этажей (3 перекрытия, 1 покрытие).
Длительная нагрузка:
Считаем, что верх фундамента будет заглублен под пол 1-го этажа на 0,8 м. Тогда с учетом защемления в фундаменте расчетная длина колонны первого этажа составит:
Расчет прочности нормального сечения
Условие прочности имеет вид:
, тогда:
площадь бетонного сечения;
-коэффициент, учитывающий гибкость колонны и длительность действия нагрузок по табл.6.2 [3]. При кратковременном действии нагрузки по интерполяции между 0,9 при =10 и 0,85 при =20
В нашем случае, при =8,75 при длительном действии нагрузки =0,9063 при кратковременном действии нагрузки =0,9
Определяем при длительном действии нагрузки: .
Определяем при кратковременном действии нагрузки: .
Принимаем минимально необходимое армирование колонны по сортаменту 4Ш28 А400
Проверяем шаг по проценту армирования:
!
Защитный слой:
Тогда:
Полученный процент армирования от рабочей площади бетона д.б. выше минимального допустимого процента армирования и не превышает рекомендуемого мах: Поэтому шаг поперечных стержней должен быть и не более 500мм с учетом кратности 50мм принимаем s=300 мм.
По условиям сварки диаметр поперечных стержней должен быть не менее 0,25ds, принимаем Ш8 А240. Защитный слой бетона до рабочей арматуры должен составлять не менее 20 мм и не менее нашего , в нашем случае - 28 мм. Окончательно расстояние, от осей продольных стержней до наружных граней, принимаем равным 40 м
Выполним расчет необходимой длины анкеровки рабочей арматуры.
Базовая длина анкеровки, необходимая для передачи усилия:
Где: МПа,
мм2 - площадь сечения одного стержня
мм - периметр одного стержня
МПа
Где:
- коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры (для горячекатаной и термомеханически обработанной арматуры периодического профиля);
- коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры (при диаметре арматуры до 32 мм включительно)
Требуемую расчетную длину анкеровки арматуры с учетом конструктивного решения элемента в зоне анкеровки определяют по формуле:
Где:
, - площади поперечного сечения арматуры, требуемая по расчету и фактически установленная соответственно
Окончательно принимаем по минимальным конструктивным требованиям: .
6. Расчет и конструирование фундамента
Размеры подошвы фундамента назначают согласно требованиям норм проектирования оснований зданий и сооружений, рассчитывая основания по несущей способности и по деформациям. Давление на основание по подошве фундамента в общем случае распределяется неравномерно в зависимости от жесткости фундамента, свойств грунта, интенсивности среднего давления. В курсовом проекте можно принять, что оно распределено равномерно.
где: H=1,5 м - глубина заложения фундамента; ?m=20 кН/м3 - усредненная нагрузка от веса 1м3 фундамента и грунта на его уступах; Nп - усилие от нормативных нагрузок, передаваемое колонной на фундамент, равное:
где необходимая площадь подошвы фундамента
Принимаем квадратный фундамент со сторонами, а=b=3,0 м и площадью подошвы: А =3,0Ч3,0=9 мІ
Тогда средние напряжения по подошве фундамента при расчетных нагрузках
Определим полезную высоту фундамента
Поскольку арматурные выпуски должны быть того же диаметра, что и арматура колонны, а для их анкеровки требуется 20Чd=20Ч28=560 мм. Принимаем высоту фундамента
Тогда полезная высота фундамента: мм.
Назначим 2 ступени высотой: .
Чтобы пирамида продавливания не выходила за пределы фундамента ширина верхней ступени должна быть не менее:
мм.
Полезная высота ступеней:
Проверим ее прочность на продавливание. Боковая грань пирамиды продавливания пересекается с арматурной сеткой на расстоянии от обреза фундамента
Прочность нижней степени на продавливание обеспечена.
Подбор арматуры подошвы фундамента
Расчётный изгибающий момент в сечении по грани колонны:
М1=0,125р(а- hк)2b = 0,1250,255(3000 - 400)2 3000=646,4106 Нмм
Требуемая площадь арматуры в этом сечении:
Аs1= М1/(0.9h0Rs) =761106/(0,9550340) = 3840 мм2
Расчётный изгибающий момент в сечении по обрезу верхней ступени:
М2=0,125р(а- а1)2 b = 0,1250,255 (3000- 1000)2 3000=382,5 106 Нмм
Требуемая площадь арматуры в этом сечении:
Аs2= М2/(0.9h01Rs) =382,5106/(0,9250340) =5000 мм2
Примем 18Ш22 А400 с площадью А=6841,8 ммІ поскольку фундамент квадратный в плане, стержни арматурной сетки принимаем одинаковыми в обоих направлениях с шагом 200 мм. Тогда защитный слой снизу и с боков будут по 50 мм.
Процент армирования составит:
м=0,41 % ?мmin= 0,1 %
Литература
1. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.
2. СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*.
3. MUP-m. Электронное пособие.
4. Методические указания «Проектирование железобетонных конструкций многоэтажных зданий». - Новосибирск, 2002.
5. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. «Железобетонные конструкции. Общий курс». - М. Стройиздат, 1991.
6. Улицкий И.И. и др. «Железобетонные конструкции». - Киев, 1973.
7. «Проектирование железобетонных конструкций» - под ред. Голышева А.Б. - Киев, 1985.
8. ГОСТ 21.001-97.СПДС. «Основные требования к проектной и рабочей документации».