Веселов_Жуков_Новожилова_Хегай_Проектирование четырехэтажного промышленного здания_учеб_пособ_2013

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

ет учитывать возможность отсутствия временной нагрузки на приопорном участке длиной c.

При Qb +Qsw = 95,8+194,9 = 290,7кН > Q =177,3 кН, т. е. проч-

ность наклонных сечений в средней части пролетов между опорами обеспечена при поперечных стержнях 8 мм класса А400 с шагом

s= 300 мм.

Расчет прочности на действие момента по наклонному сечению

На средних опорах В и С концы стержней неразрезного ригеля приварены к надежно заанкеренным закладным деталям, поэтому расчетпрочностинаклонныхсеченийнадействие момента непроиз-

водим (см. п. 3.44 [3]).

2.5. Расчет колонны К-1

Принимаем к расчету наиболее нагруженнуюколоннусреднегоряда.Прочностьколоннырассчитываемвнаиболеенагруженном

сечении – у обреза фундамента.

Нагрузкунаколоннусучетомеевесаопределяемотопирающихсянанееригелейтрех вышележащих междуэтажных перекрытий (нагрузка от кровли передается на нагруженные кирпичные стены). При этом неразрезность ригеля условно не учитывается. Посколькуопределениеусилийвригеляхвыполнено без учета влияния жесткости колонн («рамность»каркаса не учитывается), тов качестверасчетнойсхемыколонныусловнопринимаемсжатуюсослучайнымэксцентриситетом стойку, защемленную в уровне обреза

фундамента и шарнирно закрепленную в уровне середины высоты ригеля (рис. 27).

Глава 2. Проектирование сборного железобетонного перекрытия

Статический расчет

Расчетная длина колонны нижнего этажа с шарнирным опиранием на одном конце, а на другом конце с податливой заделкой 0,9l

(см. п. 3.55 [3]):

l0 = 0,9l = 0,9(hэт +0.7−hп −0,5hp )= = 0,9(4,2 + 0,7−0,45−0,5 0,75)= 3,67м,

где hэт – высота этажа по заданию; 0,7 м – расстояние от обреза фундамента до уровня чистого пола; hп – высота панели перекрытия; hр – высота сечения ригеля.

Принимаем колонну сечением 40×40 см, a = a'= 4см. Расчетная нагрузка на колонну в уровне обреза фундамента

N = (g +v)lриг n +Gc = (26,7+88,4) 6,48 3 +58,520 = 2288,9кН,

где g + v – постоянная и временная нагрузка на 1 пог. м ригеля (см. сбор нагрузки на неразрезной ригель); lриг = lср – средний расчетный пролет неразрезного ригеля (если неразрезной ригель имеет

3 пролета lриг = (lкр +lср)/2); n = 3 – число перекрытий; Gc – вес ко-- лонны:

Gc = γbc hc γ f (hэтn + 0,7)= 25 0,4 0,4 1,1(4,2 3 + 0,7)= 58,52кН.

Кратковременно действующая часть расчетной нагрузки

вая площадь перекрытия, с которой нагрузка передается на среднюю

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

колонну; γ f = 1,2 – коэффициент надежности по нагрузке; n = 3 –

число перекрытий, нагрузка с которых передается на колонну. Длительно действующая часть расчетной нагрузки

Nl = N − Nsh = 2288,9−215 = 2073,9кН;

NNl = 2288,92073,9 = 0,906 > 0,9, поэтому γb1 = 0,9.

Сучетомкоэффициентанадежностипоответственностиn = 0,95 (см. прил. 7* [18]):

N = 2288,9 0,95 = 2174,5кН,

Nl = 2073,9 0,95 =1970,2 кН.

Случайный эксцентриситет в приложении сжимающей нагрузки согласно п. 3.49 [3]:

ea ≥ hc 30 = 40030 =13,3 мм, ea ≥ 600l0 = 2850600 = 4,8мм,

ea ≥10 мм.

Принимаем e0 = ea =13,3 мм.

Расчет продольной арматуры

Рассчитывать сжатые элементы из бетонов классов В15–В35 на действие продольной силы, приложенной со случайным эксцентри-

Глава 2. Проектирование сборного железобетонного перекрытия

ситетом, при l0 = 3,67 м < 20hc = 20 0,4 = 8м допускается из усло-

вия (см. п. 3.58 [3])

N ≤ ϕ (Rb A + Rsc As,tot ),

где – коэффициент, учитывающий гибкость элемента, характер армирования и длительность действия нагрузки, определяемый по формуле

где ϕsb и ϕb – табличные коэффициенты; A – площадь поперечного

сечения бетона колонны; As,tot – площадь поперечного сечения всей продольной арматуры колонны.

lh0 = 30,67,4 = 9,175,

ϕb = 0,9 (табл. 3.5 [3]); ϕsb = 0,907 (табл. 3.6 [3]);

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

ϕ = ϕb + 2(ϕsb −ϕb )α0 = 0,9+ 2(0,907−0,9) 0,272 = 0,904≤ ϕsb = 0,907;

незначительноотличается(неболее0,005)от µ = 0,01,которымзадавались.

По сортаменту принимаем 418 A400 с As,tot =1018мм2 . Поперечные стержни в сварных каркасах назначаем диаметром

6 мм из арматуры класса А240 в соответствии с п. 5.23 [3] с шагом s = 250 (s ≤15 d =15 18 = 270мм и не более 500 мм).

Расчет консоли колонны

Принимаем ширину консоли равной ширине колонны b = 400мм.БетонколонныклассаВ25.АрматураклассаA400иA240.

Наибольшая нагрузка на консоль колонны: Q = Qb,л = 390,9 кН

(см. перераспределение поперечных сил по схеме II).

При классе бетона колонны В25 необходимую длину площадки опирания ригеля на консоль колонны определяем из условия обеспечения прочности ригеля на местное сжатие (смятие). При классе бетона

в ригелеВ15 γb1Rb = 7,65МПа; γb1Rbt = 0,695МПа; Eb = 24 103 МПа и ширине ригеля bр = 30 см по п. 3.93 [4]

Минимальный вынос консоли с учетом зазора между колонной иторцомригеля, равного60мм,всоответствиистиповымрешением в проектах многоэтажных зданий каркасного типа

l = lsup, f + 60 =170+60 = 230 мм.

Глава 2. Проектирование сборного железобетонного перекрытия

Принимаем вынос консоли l = 250мм.

Фактическая длина площадки опирания ригеля на консоли

lsup, f = 250 − 60 =190мм.

Напряжениясмятиявбетонеригеляиконсоликолонныподконцом ригеля определяем по формуле

Следовательно, прочность бетона на смятие обеспечена. Назначаем расчетную высоту консоли из условия

Q ≤ 3,5Rbtbh0 (см. п. 3.99 [4]);

< Q = 390,9кН, прочность консоли проверяем из условия 207 [4]

Q ≤ 0,8Rbblsup sin 2 θ(1+5αµw ).

Момент, растягивающий верхнюю грань ригеля, в нормальном сечении ригеля по краю консоли равен

M = M B −Q(0,5hc +l1 )= 370,7−390,9(0,5 0,4+ 0,25)=194,8кН м.

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

Рис. 28. Расчетная схема консоли

В общем случае для коротких консолей, входящих в жесткий узел рамной конструкции с замоноличиванием стыка,

lsup = lsup, f =190мм (п. 3.99 [4]):

то в соответствии с п. 3.99 [4] принимается lsuр = l1 = 250мм.

При h = 400мм > 2,5c = 2,5 155 = 387,5мм консоль армируем горизонтальными хомутами (см. п. 5.77 [4]).

Согласно п. 5.77 [4] шаг хомутов принимается не более sw ≤ 4004 =100 мм; sw ≤150мм. Принимаем sw =100 мм (рис. 29).

Придвухветвевыххомутахдиаметром8ммизсталиклассаА240

Asw =101 мм2

Глава 2. Проектирование сборного железобетонного перекрытия

т. е. прочность консоли на действие поперечной силы обеспечена

(п. 3.99 [4]).

Необходимую площадь сечения продольной арматуры консоли определяем из условия

1,4k f lwRwf +0,3Q =1,4 8 170 180+0,3 390,9 103 = 460кН,

где h0b – рабочая высота ригеля на опоре; k f =8мм, lw =170мм – соответственно высота и длина углового сварного шва в соединении закладных деталей ригеля и консоли; Rwf =180МПа – расчетное со-

противление угловых швов срезу по металлу шва, определенное согласно СНиП II-23–81*; 0,3 – коэффициент трения стали по стали

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

Rsb Asb = 355 103 1362 10−6 = 482,8кН,

где Rsb и Asb – соответственно расчетное сопротивление и площадь сечения верхней арматуры ригеля.

т. е. продольной арматуры в консоли по расчету не требуется.

Рис. 29. Схема армирования консоли ригеля

На период монтажа, если не своевременно проведена сварка выпусков арматуры из ригеля и колонны,

Q = gl2ср = 0,95 26,73 6,248 = 82,3 кН,

106

Глава 2. Проектирование сборного железобетонного перекрытия

Из конструктивных соображений (п. 5.12 и табл. 5.2 [3])

As,min = 0,001 b h0 = 0,001 400 365 =146мм2 .

Принимаем продольную арматуру в консоли 2Ж12 A400

(As = 226 мм2 ).

Вконсолях,входящихвзамоноличенныйжесткийрамныйузел,

вкоторомнижняяарматураригеляприваренакпродольнойарматуре консоли через закладные детали, постановка специальных анкеров

кстержням продольной арматуры консоли необязательна (рис. 29).

2.6.Расчет колонны К-2

Принимаем к расчету наиболее нагруженную колонну среднего ряда. Рассчитываем прочность колонны в наиболее нагруженном сечении – у обреза фундамента.

Нагрузку на колонну с учетом ее веса определяем от опирающихся на нее ригелей трех вышележащих междуэтажных перекрытий (нагрузка от кровли передается на наружные кирпичные стены).

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

l0 = 0,9l = 0,9(hэт +0,7−hп −hp )= 0,9(4,2 +0,7−0,45−0,75)= 3,7м,

где hэт – высота этажа по заданию; 0,7 м – расстояние от обреза фундамента до уровня чистого пола; hп – высота панели перекрытия;

hр – высота сечения ригеля.

Принимаем колонну сечением 40 40 см, а = а = 4 см. Расчетную нагрузку на колонну в уровне обреза фундамента

находим по формуле

N = (g + v)l n +Gc = (26,7+88,4)6,48 3 +58,520 = 2288,9кН,

где g + v – постоянная и временная нагрузка на 1 пог. м ригеля (см. сбор нагрузки на неразрезной ригель); lриг = lср – средний расчетный пролет неразрезного ригеля (если неразрезной ригель имеет три

пролета, lриг = (lкр +2 lср)); n = 3 –число перекрытий;Gc –вес колонны.

Gc = γbc γ f (hэтn + 0,7)= 25 0,4 0,4 1,1(4,2 3 + 0,7)= 58,52кН.

Кратковременно действующая часть расчетной нагрузки

где по заданию vshn =1,5кН/м2 ; A = lпlр = 6,14 6,48= 39,8м2 – грузо- вая площадь перекрытия, с которой нагрузка передается на среднюю

колонну; γ f = 1,2 – коэффициент надежности по нагрузке; n = 3 –

число перекрытий, нагрузка с которых передается на колонну. Длительно действующая часть расчетной нагрузки

Nl = N − Nsh = 2288,9−215 = 2073,9кН,

Nl / N = 2073,9/2288,9 = 0,906 > 0,9, поэтому γb1 = 0,9 (см. п. 3.3 [3]).

Глава 2. Проектирование сборного железобетонного перекрытия

Сучетомкоэффициентанадежностипоответственностиn =0,95 (см. прил. 7 [18]):

N = 2288,9 0,95 = 2174,5кН,

Nl = 2073,9 0,95 =1970,2 кН.

Случайный эксцентриситет в приложении сжимающей нагрузки согласно п. 3.49 [3] следующий:

ea ≥ hc 30 = 40030 =13,3 мм, ea ≥ 600l0 = 2850600 = 4,8мм,

ea ≥10 мм.

Принимаем e0 = ea =13,3 мм.

Расчет продольной арматуры

Бетон класса В25 с γb1Rb = 0,9 14,5 =13,05МПа , γb1Rbt = = 0,9 1,05= 0,95МПа, Eb = 30 103 МПа.Продольнаяарматураклас-

са А400 с Rs = Rsc = 355МПа, Es = 20 104 МПа.

Расчет сжатых элементов из бетонов классов В15–В35 на действие продольной силы, приложенной со случайным эксцентрисите-

том, при l0 =3,7м < 20hc = 20 0,4 =8м допускается производить из условия (см. п. 3.58 [3])

N ≤ ϕ (Rb A + Rsc As,tot ),

где – коэффициент, учитывающий гибкость элемента, характер армированияидлительностьдействиянагрузки,определяемыйпоформуле

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

где ϕsb и ϕb – табличные коэффициенты; A – площадь поперечного

сечения бетона колонны; As,tot – площадь поперечного сечения всей продольной арматуры колонны.

= 0,146 = 0,382м.

Принимаем размеры поперечного сечения колонны кратными

lh0 = 30,77,4 = 9,25,

ϕb = 0,9 (табл. 3.5 [3]); ϕsb = 0,907 (табл. 3.6 [3]);

ϕ= ϕb +2(ϕsb −ϕb )α0 = 0,9+2(0,907−0,9) 0,272= 0,904≤ ϕsb = 0,95,

незначительноотличается(неболее0,005)от µ = 0,01,которымзадавались.

Глава 2. Проектирование сборного железобетонного перекрытия

По сортаменту принимаем 418 A400 с As,tot =1018мм2 . Поперечные стержни в сварных каркасах назначаем диаметром

6 мм из арматуры класса А240 в соответствии с п. 5.23 [3] с шагом s = 250 (s ≤15 d =15 18 = 270мм и не более 500 мм).

Расчет консоли колонны

Принимаем ширину консоли равной ширине колонны b = 400 мм. Бетон колонны класса В25. Арматура классов A400

и A240.

Наибольшаянагрузканаконсольколонны: Q =354,5кН (см.оп-

ределение расчетных усилий при расчете разрезного ригеля).

При классе бетона колонны В25 необходимую длину площадки опирания ригеля на консоль колонны определяем из условия обеспечения прочности ригеля на местное сжатие (смятие). При использо-

вании бетона в ригеле В20 с γb1Rb =10,35МПа; γb1Rbt = 0,81МПа; Eb = 27,5 103 МПа и ширине ригеля bр = 30 см по п. 3.93 [4]

Минимальный вынос консоли с учетом зазора между колонной иторцомригеля, равного60мм,всоответствиистиповымрешением в проектах многоэтажных зданий каркасного типа

l = lsup, f + 60 =114+ 60 =174мм.

Принимаем вынос консоли l = 250мм.

Фактическая длина площадки опирания ригеля на консоли

lsup ,f = 250−60 =190мм.

Напряжениясмятиявбетонеригеляиконсоликолонныподконцом ригеля

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

следовательно, прочность бетона на смятие обеспечена. Назначаем расчетную высоту консоли из условия

Q ≤ 3,5Rbtbh0 ,

Полная высота консоли h = h0 + a = 267+35=302 мм. Принимаем высоту консоли h = 400мм. Высота у свободного

Рис. 31. Расчетная схема консоли

112

Глава 2. Проектирование сборного железобетонного перекрытия

= 354,5кН, но в то же время 2,5Rbtbh0 = 2,5 0,95 103 0,4 0,365= = 346,75кН < Q = 354,5кН,прочностьконсолипроверяемизусловия

207 [4]:

Q ≤ 0,8Rbblsup sin 2 θ(1 +5αµw ).

При шарнирном опирании на короткую консоль сборной балки, идущей вдоль вылета консоли, при отсутствии специальных зак-

ладных деталей, фиксирующих площадку опирания, значение lsup принимается равным 2/3 длины фактической площадки опирания:

Расстояние с от силы Q до основания консоли

наклонными хомутами (п. 5.77 [3]) под углом 45° к горизонтали

(рис. 32).