11. Область распространения и простейшие конструкции железобетонных колонн. Особенности работы железобетонных колонн под нагрузкой.

Железобетонные колонны, как и стальные, обладают большой несущей способностью и относительно недороги из-за использования местных материалов. Они широко применяются в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве в качестве элементов каркаса зданий, сооружений и отдельных опор. Могут изготовляться монолитными и сборными. Наиболее простым и в то же время широко распространенным примером такой колонны является колонна квадратного сечения. Колонны обычно выполняются сплошного сечения, при больших длинах и нагрузках они могут быть решетчатыми, по высоте — постоянного и переменного сечений. Колонны переменного сечения предназначены для передачи нагрузок, расположенных на различных высотах. Например, в промышленных зданиях нагрузка от ферм или балок покрытия передается на оголовок колонны, а ниже передаются нагрузки от мостовых кранов.

Основным случаем потери несущей способности железобетонных колонн является потеря общей устойчивости. Если просто поставить продольные стержни арматуры в бетон без закрепления их поперечными стержнями, то до определенного значения нагрузки арматура и бетон работают совместно, но затем стальные стержни теряют устойчивость, причем раньше, чем весь элемент, выпучиваются и разрушают защитный слой бетона (рис. 5.18, а). Для исключения этого явления к продольным стержням привариваются или привязываются проволокой поперечные стержни (рис. 5.18, б), которые уменьшают расчетную длину рабочих продольных стержней и предотвращают их значительное выпучивание. При правильной постановке поперечных стержней бетон и продольная арматура разрушаются одновременно. Отсюда основными целями расчета являются:

1. подбор необходимого количества продольной арматуры (при достаточном сечении колонны) с целью обеспечения общей устойчивости;

2. постановка поперечных стержней на расстояниях, исключающих потерю продольной арматурой устойчивости раньше, чем произойдет потеря общей устойчивости колонны.

12. Расчет условно центрально сжатых железобетонных колонн прямоугольного сечения со случайным эксцентриситетом. Общий порядок расчета.

Простые случаи расчета колонн:

• на колонны действует нагрузка, приложенная со случайным эксцентриситетом;

• рассматриваемые колонны будем принимать прямоугольного поперечного сечения;

• продольное армирование выполняется стержнями арматуры, расположенными вдоль двух сторон по углам сечения

R_sc - расчетное сопротивление сжатой арматуры

R_b - расчетное сопротивление бетона сжатию

γb2 - коэффициент условия работы бетона

bхh- размеры поперечного сечения колонны, см;

A и Aʹ- площади сечения арматуры

φ - коэффициент продольного изгиба колонн

µ - коэффициент армирования

Общий порядок расчета:

1. Определяют нагрузку, если она не задана по условию задачи (полное значение нагрузки ^и ее длительную часть N1);

2. Устанавливают расчетную схему.

3. Принимают расчетную длину колонны /0 (при расчете колонн гражданских зданий расчетную длину можно принимать равной высоте этажа /0 = //эт, в общем случае /0 = р/).

4. Задаются следующими значениями и находят величины, зависящие от них:

а) принимают размеры поперечного сечения о, А (рекомендуется размеры сечения принимать не менее 30 см и далее кратно 5,0 см);

б) принимают материалы для колонны:

• обычно принимают тяжелый бетон классов прочности В20—В35 и находят расчетное сопротивление бетона сжатию R_b; коэффициент условия работы γ_b2 = 0,9;

• принимают класс арматуры, обычно А-Ш, А-П, и находят расчетное сопротивление арматуры сжатию R_sc,;

в) принимают коэффициент армирования р = 0,01—0,02.

5. Определяют коэффициент: α_s = R_sc / (R_b*γ_b2) * µ

6. Определяют коэффициент продольного изгиба: φ = φ _b + 2(φ_sb - φ _b )* α_s ≤ φ_sb

7. Определяют требуемую площадь арматуры: (А_s + A_s^ʹ) =

• если в результате получают отрицательное значение, это говорит о том, что бетон один (без арматуры) справляется с нагрузкой (в этом случае иногда возможно уменьшить размеры поперечного сечения колонны и заново произвести расчет или колонна армируется конструктивно, учитывая, что арматуру необходимо ставить обязательно, чтобы обеспечить минимальный процент армирования);

• если получают положительное значение требуемой площади арматуры, то по полученной площади назначаем диаметр арматуры;

• для армирования принимают 4 стержня арматуры (при А <400 мм) и располагают их по углам колонны (возможно армировать и большим количеством стержней, но здесь рассматривается самый простой случай);

• при подборе арматуры следует учитывать, что диаметр продольных стержней монолитных колонн должен быть не менее 12 мм; в колоннах с размером меньшей стороны сечения > 250 мм диаметр продольных стержней рекомендуется назначать не менее 16 мм; диаметр продольных стержней обычно принимают не более 40 мм;

8. Проверяют действительный процент армирования: µ =

9. Назначают диаметр поперечных стержней по условию свариваемости, которое устанавливает соотношение диаметров продольных и поперечных стержней арматуры при сварке. Это соотношение учитывает, что к продольному стержню арматуры большего диаметра d_s можно приварить поперечный стержень меньшего диаметра d_sw, который должен быть не менее : d_sw ≥0.25d_s , гдеd_s - наименьший диаметр продольных сжатых стержней

10. Назначают шаг поперечных стержней (хомутов в вязаных каркасах) s:

s < 20d_s в сварных каркасах, но не более 500 мм;

s < 15d_s в вязаных каркасах, но не более 500 мм.

11. Конструируют rаркас колонны;

Проверка несущей способности колонны (тип 2) сводится к проверке условия. Эта задача может иметь самостоятельное значение, но чаще выполняют подбор сечения арматуры, который может заканчиваться проверкой несущей способности (с целью исключения расчетной ошибки и назначения оптимальных параметров сечения).