Лазовский_Ч2_УМК_Проектирование реконструкции

Пример 9. Реконструируемое кирпичное здание без подвала с отно- шением длины к высоте L / H ≤ 1,5 , II степени ответственности, эксплуати-

руемое более 30 лет, находится в удовлетворительном состоянии и не име- ет признаков осадочных повреждений. Требуется определить возможность надстройки дополнительных этажей без усиления ленточных фундаментов. Расчетная нагрузка (II группа предельных состояний) с учетом собствен- ного веса фундамента и грунта на его обрезах до надстройки составляет:

чение средней осадки для кирпичного здания Su = 10 см [10, табл. Б.1].

Основанием фундаментов служат мелкие пески средней прочности с физи- ко-механическими характеристиками, установленными по результатам ла- бораторных исследований: gII =19, 4 кН/м3 , сII = 1 кПа , ϕII = 30° , e = 0,7 , E = 28МПа . Физико-механические характеристики грунта других слоев

основания приведены на рис. 15.

По [10, формула (В.1)] вычисляем расчетное сопротивление грунта

= 1,3 ×1,3[1,15 ×1× 0,8 ×19, 4 + 5,59 ×1,5 ×18,9 + 7,95 ×1] = 312 кПа, 1

где γc1 = 1,3 , γc2 = 1,3 – по [10, табл. (В.1)] для зданий с жесткой конст-

руктивной схемой с отношением длины к высоте L / H ≤ 1,5 , фундаменты которых опираются на пески мелкие; k = 1 – для физико-механических ха- рактеристик грунтов основания, установленных по результатам лаборатор-

gII =19, 4 кН/м3 – то же ниже подошвы на глубину в пределах (b / 2) .

281

Рис. 15

282

Рассмотрим последовательно фундаменты под внутреннюю и на- ружные стены.

Дополнительное давление под подошвой фундамента для внутрен- них стен от нагрузок, действующих до реконструкции здания равно

Расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента под внутреннюю стену по формуле (7.9) равно

Rt = R × KR = 312 ×1,44 = 449 кПа .

Давление под подошвой фундамента от нагрузки после реконструк- ции равно

p = Nenl b = 600 0,8 = 750 кПа > Rt = 449 кПа .

Требуется усиление фундамента под внутреннюю стену. Аналогично, дополнительное давление под подошвой фундамента для на- ружных стен от нагрузок, действующих до реконструкции здания

Расчетное сопротивление грунта под подошвой фундаментов под на- ружные стены равно

Rt = R × KR = 312 ×1,32 = 411 кПа .

Давление под подошвой фундамента от нагрузки после реконструк- ции равно

p = Nenl b = 300 0,8 = 375 кПа < Rt = 411 кПа.

Следовательно, давление под подошвой фундаментов наружных стен после реконструкции не превышает расчетное сопротивление грунтов ос- нования с учетом его обжатия длительно действующей нагрузкой.

283

Так как стены здания находятся в удовлетворительном состоянии и не имеют признаков осадочных повреждений, согласно схеме, изображен- ной на рис. 14, осадку основания фундаментов определяем от дополни- тельной нагрузки

Nad = Nenl − Nr = 300 −180 = 120 кН/м.

Среднее дополнительное давление в подошве фундаментов равно

p0,ad = Nad b - g1II × d1 =120 0,8 -18,9 ×1,5 =122 кПа.

Осадку основания вычисляем методом послойного суммирования: строим эпюру природного давления от веса грунта σzq , эпюру дополни-

тельного давления от нагрузки σzp , определяем глубину сжимаемой толщи

= 5,3 ×10−3 м = 0,53см < 0,4 ×Su = 0,4 ×10 = 4 см.

Условие (7.7) выполняется - усиления фундамента под наружные стены не требуется.

Задача для самостоятельного решения

№ 21. Произвести проверку условия P ≤ R для длительно обжато- го грунта основания центрально-нагруженного фундамента с размером подошвы 1,5 ´ 1,5 м2 одноэтажного производственного здания II степени ответственности с железобетонным каркасом в связи с увеличением на- грузки после реконструкции с учетом собственного веса фундамента и

ния фундамента d1 = 1,5 м . Здание эксплуатируется более 20 лет и не имеет осадочных повреждений. Основанием фундаментов служат пески средней крупности ( g¢II = gII =19,6 кН/м3 ) с расчетным сопротивлением в естественном состоянии R = 415 кПа , вычисленным по данным инже- нерно-геологических изысканий в пробуренных скважинах рядом с фун- даментом.

284

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

Для контроля степени усвоения студентами пройденного материала по оценке фактического технического состояния эксплуатируемых строи- тельных конструкций предусматривается контрольная работа, включаю- щая две задачи:

−первая задача – определение по данным испытаний расчетного со- противления одного из материалов (бетона, арматуры, каменной кладки, металла или древесины) эксплуатируемой конструкции или грунтов осно- вания фундамента, обжатого в процессе эксплуатации длительно дейст- вующей нагрузкой;

−вторая – по заданным расчетным характеристикам материалов выполнение поверочного расчета эксплуатируемой конструкции (железо- бетонной, каменной, металлической или деревянной) с учетом дефектов и повреждений или основания фундамента с учетом условий эксплуатации по первой и второй группам предельных состояний.

При выполнении контрольной работы допускается свободное поль- зование действующими нормативными документами (СНБ или СНиП).

Время, отводимое для выполнения контрольной работы, составляет 45 минут.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 8. Расчет прочности по сечению, нормальному к продольной оси, железобетонных конструкций, усиленных увеличением их поперечного сечения

Цель занятия: научиться выполнять расчет прочности сечений, нор- мальных к продольной оси, железобетонных элементов эксплуатируемых конструкций, усиленных увеличением их поперечного сечения в растяну- той и сжатой зонах.

Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. В основе решения задач по определению прочности железобетонных элементов, усиленных увеличением их поперечного сечения с обеспечением совмест- ной работы (без учета сдвиговых деформаций по контакту), лежит примене- ние методик расчета действующих норм [8] с учетом наличия в сечении усиленного элемента бетона и арматуры различных классов.

При этом учитываются неисправляемые дефекты и повреждения (коррозия или обрывы арматуры, повреждения бетона в сжатой зоне и т.д.),

285

а также возможные ослабления арматуры при сварке понижающим коэф- фициентом K к площади поперечного сечения существующей и дополни- тельной арматуры усиливаемого элемента.

При усилении железобетонного элемента под нагрузкой усиливаемая часть его поперечного сечения уже находится в определенном напряжен- но-деформированном состоянии, которое при высокой степени нагружения при усилении (превышающей 0,65Rd , где Rd – расчетное усилие для ис-

ходного эксплуатируемого элемента) может влиять на работу усиленного железобетонного элемента в предельном состоянии; дополнительные бе- тон и арматура (без предварительного напряжения) в предельном состоя- нии не достигают расчетных значений их сопротивлений. Поэтому к рас- четным сопротивлениям дополнительного бетона и арматуры вводятся по-

нижающие коэффициенты соответственно γc,ad = 0,9 и γs,ad = 0,9 .

При расчете в предельном состоянии железобетонных элементов, усиленных в растянутой зоне установкой дополнительной арматуры, сле-

дует использовать значение приведенной рабочей высоты сечения dred ,

вычисленной по формуле (8.7) с учетом расчетных значений площади по- перечного сечения основной (ослабление коррозией, обрыв, ослабление при сварке) и дополнительной арматуры (ослабление при сварке) и пони- жающего коэффициента к расчетному сопротивлению основной и допол- нительной арматуры (при усилении под нагрузкой, превышающей 65 % расчетной).

Значение граничной относительной высоты сжатой зоны ξlim для элементов, усиленных увеличением поперечного сечения, вычисляется по

[8, формула (7.5)]. При этом напряжения в растянутой арматуре σs,lim при-

нимаются по арматуре (существующей или дополнительной с учетом

γs,ad ) с более высоким расчетным сопротивлением, а характеристика сжа-

той зоны бетона ω при наличии в ней бетонов разных классов вычисляется по приведенному расчетному сопротивлению бетона

где Ac и Ac,ad – площади поперечных сечений в сжатой зоне соответст-

венно основного и дополнительного бетона.

286

В расчете железобетонных элементов, усиленных увеличением по- перечного сечения в сжатой зоне, значение приведенной рабочей высоты

сечения принимается с учетом толщины дополнительного бетона h′ , т.е.

ad

d = d + h′ .

red ad

= (800 - 50) ×365 × 0,85 ×1472 + (800 + 80) × 0,9 × 450 × 0,85 ×942 = 804 мм. 365 × 0,85 ×1472 + 0,9 × 450 × 0,85 ×942

287

Определяем значение граничной относительной высоты сжатой зоны

= 365 × 0,85 ×1472 × (750 -103) + 0,9 × 450 × 0,85 × 942 × (880 -103) + +365 ×339 ×(103 - 30) = 556,5 ×106 H × мм = 556,5 кНм > M Sd = 550 кНм.

Следовательно, условие прочности выполняется.

Пример 11. Ребристая плита покрытия из бетона с расчетным со- противлением fcd = 7,5 МПа, α = 1 с размерами поперечного сечения,

приведенными на рис. 17, армирована предварительно напряженной арма- турой с расчетным сопротивлением f pd = 680 МПа. Согласно проектным

данным предварительное напряжение арматуры с учетом всех потерь spm,t = 470 МПа. Требуется проверить прочность плиты покрытия, уси-

ленной при полном разгружении наращиванием сжатой зоны из бетона

изгибающего момента M Sd = 155 кНм..

Определяем положение нижней границы сжатой зоны. Проверяем условие ее положения в бетоне наращивания:

f pd Ap = 680 × 980 = 666 ×103 Н = 666 кН > afcd,ad bad¢ had¢ = = 1,0 ×10,7 ×1460 × 40 = 625 ×103 Н = 625 кН.

Значит, условие не выполняется.

288

Проверяем условие положения нижней границы сжатой зоны в полке плиты:

= 1,0(10,7 ×1460 × 40 + 7,5 ×1460 × 30) = 953 ×103 Н = 953 кН.

Следовательно, условие выполняется. Нижняя граница сжатой зоны проходит в полке плиты.

Рис. 17

Вычисляем расчетную высоту сжатой зоны бетона в полке плиты

По формуле (8) определяем приведенное расчетное сопротивление бетона сжатой зоны плиты

289

Определяем значение граничной относительной высоты сжатой зоны

принимаем Dspm,t = 0 МПа . Проверяем условие xeff £ xlim d .

xeff = 43,8 мм < xlim d = 0,56 × 250 =140мм – выполняется.

Изгибающий момент, который может воспринять плита покрытия, усиленная наращиванием бетона в сжатой зоне, равен

M Rd = f pd Ap (d - 0,5xeff ) = 680 × 980 × (250 - 0,5 × 43,8) =

пределах точности инженерных расчетов. Прочность обеспечена.

Задачи для самостоятельного решения

№ 22. Колонна многоэтажного здания с не смещаемым каркасом пря- моугольного поперечного сечения (b = 400 мм, h = 500 мм, с = с1 = 50 мм)

из бетона условного класса С¢18 22,5 армирована стержневой арматурой с

расчетным сопротивлением f yd = 339 МПа ( As1 = As2 = 982 мм2 ). В процес-

се эксплуатации колонна была усилена в растянутой зоне под нагрузкой, пре- вышающей 65 % расчетной, приваркой дополнительной арматуры класса

S500 площадью поперечного сечения As1,ad = 628 мм2 к существующей ар-

290