4. Расчет железобетонных элементов по предельным состояниям. Общие положения.

Железобетонные конструкции, как и все строительные конструкции, выполненные из других материалов должны удовлетворять требованиям расчета по предельным состояниям первой и второй групп (по потере несущей способности и непригодности к нормальной эксплуатации), то есть расчетами должны быть исключены все возможные негативные для конструкции явления.

Н аиболее нежелательными явлениями для железобетонных конструкций являются следующие:

1. Разрушение конструкций частично или полностью;

2. Потеря устойчивости формы 1-я гр. предельных состояний

конструкции;

3. Потеря первоначального (проектного)

положения конструкции;

4. П оявление трещин в конструкции и их развитие;

5. Появление прогибов в конструкции; 2-я гр. предельных состояний

6. Колебания конструкции и др.

Стоит отметить, что расчет конструкций, позволяющий исключить вышеуказанные явления производиться как для стадии эксплуатации (учитываются воздействия и силовые факторы возникающие в процессе работы конструкции), так и для стадии изготовления конструкции (в этом случае учитывается ряд факторов в том числе и выбранный), стадии транспортирования (учитывается способ перемещения и доставки), стадии возведения (учитывается вид монтажного устройства, особенности строповки элемента и др.).

Наиболее ответственным и важным расчетом является расчет железобетонных элементов по первой группе предельных состояний, который предостерегает от аварийных ситуаций опасных для жизни людей. Но не менее важным моментом при расчете и проектировании строительных конструкций из железобетона является подбор нужного материала конструкции (конструкционный материал) и геометрических параметров конструкции (площадь поперечного сечения). Учет этих важнейших положений позволяет создавать строительные конструкции для современных зданий отвечающих не только требованиям надежности и прочности, но и экономичности в плане материалоёмкости, трудоемкости, эксплуатации.

Современные здания значительно отличаются от своих предшественников не только архитектурно-планировочными характеристиками, но и конструктивными схемами, способами и технологиями их возведения. В современном строительстве все чаще используется железобетон, позволяющий создавать практически любые здания с высокими потребительскими качествами.

Глава II. Расчет железобетонных колонн

1. Общие сведения о железобетонных колоннах

Железобетонные колонны находятся в состоянии сжатия. Сжатые элементы можно разделить на центрально сжатые и внецентренно сжатые. Центрально-сжатыми элементами называют элементы нагрузка на которые действует таким образом, что центр тяжести сечения совпадает с линией действия нагрузки. Такой вид сжатия в чистом виде практически не наблюдается и считается относительно условным. Более частым случаем сжатия является внецентренное.

В условиях центрального сжатия находятся промежуточные колонны в зданиях и сооружениях, верхние пояса ферм, загруженных по узлам, восходящие раскосы и стойки ферменной решетки и другие элементы. В условиях внецентренного сжатия находятся крайние колонны каркасных зданий, верхние пояса раскосных ферм, стены прямоугольных в плане подземных резервуаров, воспринимающих боковое давление. В таких элементах появляются сжимающие силы, поперечные силы и изгибающие моменты.

Рассмотрим наиболее стандартный пример сжатого элемента – колонну. Их используют как опорные элементы при возведении зданий и применяют при сооружении каркасов зданий вместе с прогонами, ригелями и другими деталями. Колонны выполняют круглого, квадратного и прямоугольного сечения.

Ж елезобетонные колонны, как и все железобетонные элементы, состоят из бетона и арматуры (стальных стержней), причем арматура обычно составляет 1-3 % от площади поперечного сечения колонны. Колонны обычно выполняются сплошного сечения, но в некоторых случаях (при больших длинах) могут быть решетчатыми (рис.10.). По высоте различают колонны постоянного и переменного сечений.

Рис.10. Виды железобетонных колонн

При центральном сжатии железобетонных колонн (когда усилие или сжимающая сила совпадает с центром тяжести сечения колонны) более экономично их круглое или квадратное сечение. При внецентренном сжатии в сечении возникают изгибающие моменты и сечение «вытягивается» в направлении их действия.

Основным случаем потери несущей способности железобетонных колонн является потеря общей устойчивости. Поэтому в тело колонны устанавливают продольную рабочую (главную) и поперечную (второстепенную) арматуру (рис.11.). Продольная арматура устанавливается по всей длине колонны и воспринимает основные нагрузки. Однако без установки дополнительной арматуры – поперечной, произойдет потеря устойчивости продольной арматуры, которая начнет выпучиваться и разрушит защитный слой бетона, что приведет к разрушению элемента в целом. Поперечные стержни в этом случае играют «удерживающую» роль и не позволяют продольной арматуре выпучиваться сверх нормативных значений.

Рис.11. Схема разрушения защитного слоя бетона при потере устойчивости продольной сжатой арматуры: а)армирование без поперечных стержней:

1 — продольная сжатая арматура; 2—трещины; б)армирование с поперечными стержнями.

Однако для сохранения надежности конструкции необходимо учитывать следующие положения:

• стержни продольной арматуры располагаются у граней колонны с защитным слоем бетона не менее 20мм и не менее их диаметра (для квадратных и прямоугольных колонн);

• для свободной укладки в формы концы продольной арматуры не должны доходить до грани торца колонны на 10-15 мм, при этом если в оголовке колонны предусмотрена закладная деталь для опирания вышележащих конструкций, то продольный стержень арматуры должен не доходить до этой закладной детали не менее чем на 10 мм;

• в сечении колонны до 400х400 мм обычно ставят четыре стержня продольной арматуры, располагая их по углам колонны, при больших размерах сечения колонны расстояния между осями продольных стержней не должны превышать 400мм.