4. Расчет монолитных железобетонных колон пятиэтажного здания

В связи с тем, что здание имеет несущие каменные элементы при неполном железобетонном каркасе, в целях упрощения расчета, средние колоны рассчитываются без вычисления изгибающего момента но с учетом случайного эксцентриситета. В этом случае действующие нагрузки умножаются на коэффициент 1,2, учитывающий влияние момента на стойку. Колона симметрично армирована, расчетная длина колоны гораздо меньше 20 м, то её рассчитываем по несущей способности как центрально сжатые исходя из условия:

Расчет колон включает в себя подсчет сжимающей силы N, определение размеров сечения колоны и площади сечения продольной арматуры. Подсчет нагрузок, действующих на колону, производится с грузовой площади, приходящейся на колону. Нагрузка на колону передается от главной балки перекрытия рассматриваемого этажа и от колоны вышележащего этажа. При подсчете продольной силы необходимо включить снеговую нагрузку в зависимости от города строительства, а также собственный вес колоны. Для определение собственного веса колоны необходимо предварительно задаться ее размерами, не менее 25х25 см.

Определение продольной силы

Задаемся сечением колоны 400х400 мм.

Грузовая площадь колоны:

Расчетные длины колон:

- первого этажа (при условии податливой заделки колоны в фундамент):

- остальных этажей:

Расчетный вес колон:

Колона первого этажа:

Остальные колоны:

Колона третего этажа

Нагрузку от веса покрытия принимаем равной 80% нагрузки от веса междуэтажных перекрытий.

Расчетные нагрузки:

- длительно действующая от покрытия

- от собственного веса второстепенной балки

- от собственного веса главной балки

- от собственного веса колоны

Итого G=269,78 кН.

- кратковременная снеговая для Одесса:

Суммарное расчетное усилие:

Предварительно принимаем μ=1% и определяем:

При и : φ_b=0,888 и φ_bs=0,91

l₀=600<800=20а_со1

Площадь сечения продольной арматуры определяем по формуле:

Принимаем конструктивно согласно табл. 38 СНиП 2.03.01-84 при μ=0,21%>0,2=μ_min:

Принимаем 4∅12А400С, А_s,tot=4,52 см².

Колона второго этажа

С учетом нагрузки от покрытия и перекрытия, длительно действующая нагрузка равна:

Кратковременная нагрузка:

Суммарное расчетное усилие:

При и : φ_b=0,895 и φ_bs=0,905

Площадь сечения продольной арматуры определяем по формуле:

Принимаем конструктивно 4∅12А400С, А_s,tot=4,52 см².

Колона первого этажа

С учетом нагрузки от покрытия и перекрытия, длительно действующая нагрузка равна:

Кратковременная нагрузка:

Суммарное расчетное усилие:

При и : φ_b=0,9 и φ_bs=0,91

Площадь сечения продольной арматуры определяем по формуле:

Принимаем 4∅22А400С, А_s,tot=16,08 см².

4. Расчет и конструирование монолитных железобетонных фундаментов под колонны

Фундаменты под колоны выполняем ступенчатыми, при осевой нагрузке – квадратными в плане. При расчете фундамент условно считаем абсолютно жестким, а давление на грунт под его подошвой – равномерно распределенным.

Расчет фундамента заключается в определении его размеров в плане, полной высоты, высоты нижнего уступа и площади арматуры. Расчет фундамента производят по расчетным нагрузкам. Предварительное определение размеров подошвы фундамента производится из условия, что среднее давление на основание не превышает условного расчетного сопротивления R₀. Окончательные размеры фундамента принимают по значению расчетного давления на грунт R, вычисленному по формулам СНиП ІІ-15-74 c учетом R₀, а также принятых размеров подошвы фундамента и глубины его заложения.

Расчетные усилия по предельным состояниям:

Необходимая площадь подошвы центрально загруженного фундамента при предварительном расчете определяем по формуле:

, принимаем 0,7 м

При квадратном фундаменте размер его стороны равен:

Принимаем размер в плане 2,7х2,7 м, А_f=7,29 м².

Минимальная рабочая высота фундамента Н₀ определяем из условия прочности бетона на продавливание в предположении, что продавливание происходит по поверхности усеченной пирамиды, боковые грани которой наклонены под углом 45°, причем верхним основанием является сечение колонны, а нижнее расположено на уровне рабочей арматуры и определяется по формуле:

Полная высота фундамента Н=Н₀+а=0,6+0,04=0,64 м.

Наименьшая высота фундамента по конструктивным требованиям должна быть не менее:

Принимаем фундамент высотой 70 см и выполняем его двухступенчатым с высотами ступеней 25+30 см.

Размеры в плане второй ступени, считая снизу, определяем из условия, чтобы она была кратна 100 мм и чтобы контур ступени не засекал поверхности пирамиды, верхнее основание которой равно поперечному сечению колоны, а грани наклонены под углом 45°.

Вторая ступень принята размерами 1,4х1,4 м.

После выбора размеров ступеней фундамента согласно вышеизложенному, проверяем рабочую высоту нижней ступени фундамента на прочность по поперечной силе при отсутствии поперечного армирования в наклонном сечении III-III, при полезной высоте сечения:

Условие выполняется.

Проверяем рабочую высоту нижней ступени на прочность при продавливании в предположении, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, боковые грани которой, начинаясь у второй снизу ступени, наклонены под углом 45° по формуле:

Условие соблюдено.

Площадь сечения рабочей арматуры фундамента определяется из расчета на изгиб фундамента как консоли выступа за грань колонны (в сечении I-I) и за грань ступеней (сечение ІІ-ІІ) под влиянием реактивного давления грунта. Значения изгибающих моментов в данных сечениях равны:

Сечение рабочей арматуры на всю ширину фундамента в одном направлении определяем по формулам:

Принимаем нестандартную сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой 7∅18А400С с шагом 180 мм, A_s=17,81 см².

Использованные материалы:

1. СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции»

2. ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия»

3. Руководство по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения). - М., Стройиздат, 1977.

4. Методические указания к курсовому проектированию. Одесса, ОГАСА.