V этап Проектирование сборной железобетонной колонны и фундамента под колонну.

Высота этажа ,м 4,2

Количество этажей 4

Класс бетона монолитной конструкции и фундамента В15

Класс арматуры монолитной конструкции и фундамента A-Ш

Глубина заложения фундамента, м 1,4

Условное расчетное давление на грунт, МПа 0,28

Район строительства Казань

Решение. Определим нагрузку на колонну с грузовой площади, соответствующей заданной сетке колонн 5,6*6,8=38,08 м² и коэффици­ентом надежности по назначению здания _n=0,95.

Постоянная нагрузка от конструкций одного этажа:

-от перекрытия 3,49*38,08*0,95=126,25 кН; -от собственного веса ригеля сечением 0,20*0,5 м длиной 6,8 м при плотности железобетона =25 кН/м³ и _f=1,1 будет равна 0,20*0,5*6,8*25*1,1*0,95=17,77êÍ;

-от собственного веса колонны сечением 0,3*0,3 м при высоте этажа 4,2м составит 0,3*0,3*4,2*25*1,1*0,95=9,88 кН;

Итого: 126,25+17,8+9,88=153,9 кН;

Временная нагрузка от перекрытия одного этажа 6*38,08*0,95=217,06 кН, в том числе длительная 4,2*38,08*0,95=173,65 кН.

Постоянная нагрузка от покрытия при нагрузке от кровли и плит 5 кН/м² составит 5*38,08*0,95=180,88 кН, то же с учетом нагрузки от ригеля и колонны верхнего этажа 180,88+17,8+9,88=208,56 êÍ.

Временная нагрузка от снега для г. Казань (IV снеговой район р_s=1,5кН/м² ) при коэффициенте надежности по нагрузке _f=1,4 будет равна 1,5*1,4*38,08*0,95=75,97 кН, в том числе длительная со­ставляющая 0,5*75,97=37,985 кН.

Таким образом, суммарная (максимальная) величина продольной силы в колонне первого этажа (при заданном количестве этажей -4) будет составлять

N=(153,9+217,06)*(4-1)+208,56+75,97=1397,41 кН;

в том числе длительно действующая

N_l =(153,9+173,65)*(4-1)+208,56+37,985=1229,195 кН.

Характеристики бетона и арматуры для колонны. Бетон тяжелый класса В30,R_b=17 МПа при _b2 =1. Продольная рабочая арма­тура класса А-III, R_sc= 365 МПа.

Расчет прочности сечения колонны выполняем по формулам [3п. 3.64] на действие продольной силы со случайным эксцентрисите­том, поскольку класс тяжелого бетона ниже В40, а h₀=4200 мм < 20h=20*300=6000 мм.

Принимая предварительно коэффициент  = 0,8 вычисляем тре­буемую площадь сечения продольной арматуры по формуле (119) [3] A_s,tot= 593,87 мм².

Принимаем 414 мм, A_{s, tot}=616 мм².

Выполним проверку прочности сечения колонны с учетом пло­щади сечения фактически принятой арматуры.

При N_l/N=1229,195/1397,41=0,88; l₀/h=4200/300=14 и a^’=40 мм <0,15h=45 мм по приложению 6 находим _b=0,83 и _sb=0,872

Так как _s=Rsc*As_,tot*(R_bA)=365*616/17*300²=0,147,

то = _b+2(_sb-_b) _s =0,83+2(0,872-0,83)0,147=0,842

Тогда фактическая несущая способность расчетного сечения колонны будет равна N_u=(R_bA+R_scA_s,tot)=0,842*(17*300²+365*616)=1477,6кН >N=1397,41 кН,

следовательно, прочность колонны обеспечена. Так же удовлетворяются требования [2п. 5.16] по минимальному армированию, поскольку

%= 0,68%>0,4(при l/i72)

Поперечную арматуру в колонне конструируем в соответствии с требованиями [2 п. 5.22] из арматуры класса Вр-I диаметром 5мм, устанавливаемую с шагом S =250 мм < 20d =20*14=280 мм и менее 500 мм

Рис.7 К расчету колонны и фундамента а- деталь армирования колонны б- расчетные сечения и армирование фундамента.

Фундамент проектируем под рассчитанную выше колонну сече­нием 300*300 мм с расчетным усилием в заделке N=1397,41 кН.

Для определения размеров подошвы фундамента вычислим нор­мативное усилие от колонны, принимая среднее значение коэффици­ента надежности по нагрузке _f=1,15; N_n=N/ _f=1397,41/1,15=1215,14кН.

По заданию грунт основания имеет условное расчетное сопро­тивление R₀=0,28 МПа, а глубина заложения фундамента равна H_f= 1,4 м.

Фундамент должен проектироваться из тяжелого бетона класса В15(R_bt=0,75МПа) и рабочей арматуры класса A-III(R_s=365 МПа)

Принимая средний вес единицы объема бетона фундамента и грунта на обрезах_mt=20*10^-6 кН/м³ вычислим требу­емую площадь подошвы фундамента по формуле

A_s,tot= 4,82м.

Размер стороны квадратной подошвы фундамента должен быть не менее a= = 2,19=2,2 м.

Назначаем размер a=2,2 м, при этом давление под подошвой фундамента от расчетной нагрузки будет равно

N/A_f,tot=1397,41*10³/2200²=0,29МПа Рабочую высоту фундамента (рис.7) определяем по усло­вию прочности на продавливание по формуле :

h₀=- =329.6мм,

т.е. H=h_o+a=330+50=380 мм.

По условию заделки колонны в фундаменте полная высота фун­дамента должна быть не менее H=1,5h+250=1,5*300+250=700 мм.

По требованию анкеровки сжатой арматуры колонны 14A-III в бетоне класса В30 H=_and+250=21*14+250=544 мм, где _an определяется по [3табл. 45] или по[2 формула (186)].

С учетом удовлетворения всех условий принимаем окончатель­но фундамент высотой H=700мм, двухступенчатый, с высотой нижней ступени h₁=400 мм . С учетом бетонной подготовки под подошвой фундамента будем иметь расчетную высоту h₀=H-a=700-50=650 мм и для первой ступени h₀₁=400-50=350 мм.

Выполним проверку условия прочности нижней ступени фунда­мента по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающимся в сечении III-III. Для единицы ширины этого сечения Q=0,5(a-h_c-2h₀)b 0,5*(2200-300-2-650)*0,29=87 Н.

Поскольку Q_b,min =0.6R_btbh₀₁=0,6*0,75*1*350=157.5Н>Q=87Н, то прочность нижней ступени по наклонному сечению обеспечена.

Площадь сечения арматуры подошвы квадратного фундамента определим из условия расчета фундамента на изгиб в сечениях I-I и II.

Изгибающие моменты определим по [I,формуле(XII,7)].

M_I=0,125p^’_S(a-h_c)²b=0,125*0,29*(2200-300)²*2200=287.9*10⁶Н/мм. M₁₁=0,125 p^’_S(a-a₁)²=0,125*0,29*(2200-900)²*2200=134,78*10⁶Н/мм.

Сечение арматуры одного и другого направления на всю ширину фундамента определим из условий:

A_SI=M_I/(0,9h₀R_S)=287.9*10⁶/(0,75*650*365)=1617.98мм². A_SII=M_II/(0,9h₀₁R_S)=134.78*10⁶/(0,75*350*365)=1406.7мм².

Нестандартную сварную сетку конструируем с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой 1214 A-III(A_s=1847 мм²),