4. Построение эпюры материалов

Продольную арматуру ригеля подбираем по максимальным изгибающим моментам. На участках, где моменты заметно меньше, в целях экономии арматурной стали часть продольных стержней ригеля обрываем в пролете. Сечение, в котором один или несколько растянутых стержней по расчету не требуется, называется местом их теоретического обрыва. Его определяем с помощью эпюры материалов - эпюры прочности ригеля по изгибающему моменту. Ордината эпюры материалов представляет собой величину изгибающего момента, который может быть воспринят данным поперечным сечением изгибаемого элемента при известном армировании. Для наглядности эпюра материалов совмещается с огибающей эпюрой изгибающих моментов.

На верхней крайней опоре: 2 стержня диаметром 10 мм (Аs₁ = 1,57см²) и 2 стержня диаметром 18 мм (Аs₂ = 5,09см²) , Аs= Аs₁ +Аs₂= 6,66см²

На верхней средней опоре: 2 стержня диаметром 10мм (Аs₁ = 1,57 см²) и 2 стержня диаметром 20мм (Аs₂ = 6,28 см²), Аs= Аs₁ +Аs₂= 7,85см²

.

На нижней крайней и средней опорах:

2 стержня А400 диаметром 14мм (Аs = 3,08см²)

.

В нижнем пролете:

4 стержня А400 диаметром 14мм (Аs = 6,16см²)

.

В верхнем пролете:

2 стержня А400 диаметром 10мм (Аs = 1,57см²)

.

Для обеспечения прочности наклонных сечений по изгибающему моменту и надежной анкеровки в бетоне обрываемые стержни заводим за место теоретического обрыва на величину, принимаемую равной большему из двух значений:

; .,

где Q - расчетная поперечная сила в точке теоретического обрыва стержня, определяемая по эпюре Q

d - диаметр обрываемого стержня;

- усилие на единицу длины ригеля, воспринимаемое поперечными стержнями в месте теоретического обрыва:

.

Эпюру материалов строим для верхней и нижней рабочей арматуры всех пролетов. На ней указываем значения несущей способности ригеля в характерных нормальных сечениях, величины соответствующих максимальных изгибающих моментов, количество, диаметр и класс стержней продольной рабочей арматуры, расстояние от конца ригеля до места теоретического обрыва стержней и величины ω

4. Расчет и конструирование сборной железобетонной колонны подвала среднего ряда

Усилия М и N в колонне определяем только от действия вертикальных нагрузок следующим образом.

Определение продольного усилия. Вначале находим величину грузовой площади покрытия и каждого из перекрытий, нагрузка с которой передается на колонну

Обозначения указаны на рис. 16, где расчетная грузовая площадь заштрихована. Затем определяем расчетные нагрузки.

Рисунок 16 – К определению нагрузок на колонну

Постоянные нагрузки на колонну

,

где p₁ - нагрузка на колонну от веса перекрытий:

,

p₂- нагрузка от веса колонны

;

p₃ - постоянная нагрузка от покрытия

,

=0,5 кН/м³; =18 кН/м³;

= 10 см, = 2 см ;

- вес 1 м² кровли, который принимаем равным 0,15кПа;

= 1,3, = 1,3, = 1,3.

Временная нагрузка на колонну

N_sh = p₄ + p₅,

где p₄ – временная полезная нагрузка, передающаяся с перекрытий;

,

p₅ – нагрузка на колонну от снега на покрытие;

,

где μ – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие; принимаем для плоских покрытий μ = 1;

s_g = 2,4 кН/м².

N_sh =121,5+60,48=170,1 кН

Полная расчетная нагрузка на колонну N = N₁ + N_sh,=500,1+170,1=670,6 кН

Определение изгибающих моментов.

от длительной нагрузки

М₁ = 0,5 * (M_В1^l-М_В2^l)=0,5(62,92-58,03)=2,45 кНм;

от кратковременной

М_sh = 0,5 * (M_В1^sh-М_В2^sh)=0,5(19,2-1,46)=8,87 кНм;

от полной

М = М₁ + М_sh = 11,32 кНм

Изгибающие моменты в колонне на уровне верха фундамента от соответствующих загружений можно получить умножением моментов на уровне перекрытий на коэффициент 0,8.

Расчет колонны по несущей способности.

Вначале устанавливаем расчетную длину колонны, которая для подвала может быть принята l₀ = h_подв. Задаемся размерами сечения колонны из условия:

и принимаем размеры 0,3 x 0,3 , кратные 5 см.

Класс тяжелого бетона для колонн принимаем В25.

Армирование колонны - симметричное. Для продольной арматуры применяем сталь класса A 400 диаметром 12-40 мм, для поперечной - сталь класса и A240 диаметром 3-12 мм.

Расчет колонны среднего ряда на внецентренное сжатие.

1. Определяем R_в=14,5 МПа, R_s=365 МПа, E_в=24000 МПа, E_s=200000 МПа, выписываем ранее определенные или назначенные параметры:

в=h=0,30м, a = а' = 3 см, M=11,32 кН м,.

2. Вычисляем: ;

;

,

Принимаем наибольшее, т.е.

3. Определяем .

Условная критическая сила

4. Определяем

Случайный эксцентриситет принимаем наибольшим из трех значений

; ;

принимаем

Расстояние от места приложения усилия N до центра тяжести растянутой арматуры

e = e₀ . η + 0,5h - a + e_a.=0,017*1,05+0,5*0,3-0,03+0,1=0,13 м

Определяем:

Здесь R_в и R_s -в МПа;

;

.

Т. к., , то

,

где ,

; ;

При этом А_s = A_s’ =0,001*в*h=0,001*30*30=0,9см². Из двух значений А_s и A_s' принимаем большее.

По сортаменту подбираем 2стержня диаметра 14мм (А_s=3,08см²).

Поперечную арматуру (хомуты) в колоннах устанавливаем без расчета. В сварных каркасах диаметр хомутов принимаем равным 10 мм (0,3 диаметра продольной арматуры), шаг хомутов — 500 мм (не более 20 диаметров продольных стержней при сварных каркасах, не более удвоенной ширины колонны и не более 500 мм).

Стык колонн осуществляем на высоте 1 м от верха перекрытия. Наиболее экономичным и достаточно надежным для зданий со связевым каркасом считается стык колонн, выполненный путем ванной сварки выпусков арматуры, расположенных в подрезках

Рис.17.Пример армирование колонны

Расчет стыка выполняем для двух стадий его работы:

— для стадии монтажа проверяем прочность бетона центрирующего выступа на местное смятие при незамоноличенном стыке;

— для стадии эксплуатации при замоноличенном стыке подбираем параметры косвенного армирования в зоне анкеровки продольной арматуры, где она частично или полностью не включена в работу.

В курсовом проекте выполняем расчет стыка для стадии эксплуатации с некоторыми упрощениями, основанными на следующих исходных предпосылках:

Работа продольной рабочей арматуры в зоне ее анкеровки при расчете прочности не учитывается.

На основании предыдущих расчетов устойчивость колонн в полной мере обеспечивается бетоном и продольной арматурой.

Изгибающие моменты в колонне не велики, в месте стыка они близки к нулю; их влиянием на неравномерность распределения напряжений по сечению можно пренебречь.

Так как l₀/h < 20 случайные эксцентриситеты можно не учитывать.

Рисунок 18- Стык колонн с ванной сваркой выпусков арматуры

Расчетная нагрузка на колонну первого этажа

Требуемое расчетное сопротивление бетона сжатию, усиленного косвенным армированием,

,

.

Необходимый коэффициент косвенного армирования

.

Требуемая площадь одного стержня сетки

,

где n =2 - число стержней одного направления в сетке.

По сортаменту подбираем диаметр стержней сетки 7 мм (А_s=0,385 cм²).

Консоль колонны.

В консолях колонн предусматриваем продольную арматуру A_s и поперечную, которую в проекте разрабатываем в виде отогнутых и горизонтальных стержней.

Ширина консоли колонны в равна ширине колонны. Длину опорной площадки консоли определяем из выражения

,

Наименьший вылет консоли с учетом зазора S между гранью колонны и торцом ригеля

l_k = c + s=0,028+0,05=0,075м=7,5см.

Зазор s принимаем равным 5см для качественного его уплотнения бетоном класса В 25.

Принимаем l_k =10 см

Рисунок 19 - К расчету консоли колонны

Расстояние от грани колонны до точки приложения Q

a = l_к-0,5*c=10-0,5*2,8=8,6 cм

Высота консоли у грани колонны

h = 0,8*h_риг=0,8*0,40=0,32 м,

у свободного края h_k=h/2=0,16м.

После определения основных размеров консоли проверяем условия

; .

Площадь продольной рабочей арматуры консоли подбираем по изгибающему моменту на грани колонны

;

;

.

По сортаменту принимаем 2 стержня диаметра 8 (А_s=1,01см²).

Шаг хомутов консоли не должно быть более h/4=0,08м и 150мм

Шаг хомутов консоли принимаем 80 мм. Их

диаметр определяем как для любого сечения колонны.

Суммарное сечение отгибов арматуры в консоли принимаем не менее

,

где .

Т. к. , значит поперечная сила полностью воспринимается бетоном и отгибы ставятся по конструктивным требованиям.

По сортаменту принимаем 2 отгиба диаметром 12 мм (А_s=2,26 см²). На консоли колонны предусматриваем закладные детали, привариваемые к продольной арматуре.