Указания к расчётной части для раздела №2. Ориентировочный расчёт для проверки сечений ригелей, плит и колонн каркаса, а также приблизительный расчёт площади рабочей арматуры.

1. В соответствии с архитектурным замыслом и заданием преподавателя, выполняется статическая расчётная схема с основными элементами каркаса, назначаются предварительные габаритные размеры сечений, рис. 3. Для плит толщина сечения назначается в пределах от 1/20 до 1/30 пролета, для балок берётся диапазон от 1/10 до 1/20 пролёта. Наименьший размер сечения колонны обычно составляет 1/8-1/10 от высоты этажа.

Рис. 3. Расчётная схема каркасного здания: фрагмент плана и разрез

2. После анализа расчётной схемы выполняется укрупнённый сбор нагрузок на рассматриваемый фрагмент каркаса. Как правило, для этого достаточно рассмотреть одну ячейку каркаса в плане и на разрезе (в пределах одного этажа). Продольное усилие, приходящееся на колонну, будет иметь своё максимальное значение на уровне первого или цокольного этажа и равняться сумме усилий с грузовой площади на каждом вышележащем этаже. Нагрузки на кровельное перекрытие можно принять равными нагрузке на рядовое перекрытие. При расчёте плиты перекрытия рассматривается виртуально вырезаемая из него полоса, шириной 1 м (B_пл.=1 м), тогда нагрузка на погонный метр может быть собрана по формуле (10):

                                                               (10)

где  - то же, что в формуле (5); .

Нагрузка на ригель определяется по формуле (11) ориентировочно; ширина грузовой полосы для ригеля :

                                     ,                                (11)

где  - шаг раскладки ригелей, м.

3. Для горизонтальных элементов каркаса, работающих по балочной схеме (ригелей и плит), находится усилие момента нагружения (внешнего момента). В приблизительных расчётах для простоты вычислений и запаса прочности, целесообразно принимать для фрагментов (виртуально вырезаемых полос) плит перекрытий и ригелей стандартный балочный момент нагружения конструкции, М_н.к., по формулам (12) и (13), рис. 4.

      Для плит, опёртых по двум контурам или работающих по короткому пролёту:

                                 ;                                     (12)

Для ригеля:

                                ;                                      (13)

4. Исходя из условия равновесной работы арматуры и бетона в сечении железобетонного элемента, находится момент сопротивления конструкции M_с.к., рис. 5. Для плиты момент сопротивления конструкции относительно сжатой зоны бетонного сечения равен:

Рис. 4. Эпюры изгибающих моментов для конструкций, работающих по балочной схеме: а - для фрагмента плиты; б - для ригеля.

                          ,                  (14)

где  - предельное сопротивление бетона сжатию, равное 100 кгс/см² для бетона марки B20;  - расстояние от верхней грани фрагмента плиты до центра растянутой рабочей арматуры, м;  - ширина сечения фрагмента плиты, равная 1 м;  - расстояние от центра сжатой зоны бетона в сечении до центра растянутой арматуры, которое представляет собой плечо внутреннего момента (произведение остальных сомножителей в этой формуле дает продольную силу N _сж.).

Для балки момент сопротивления сечения равен:

                      ,                       (15)

где  - расстояние от верхней грани сечения ригеля до центра растянутой рабочей арматуры, м;  - ширина сечения ригеля, м;  - расстояние от центра сжатой зоны бетона до центра растянутой арматуры.

5. Для того, чтобы конструкции плиты и ригеля не подвергались разрушению, необходимо, чтобы соблюдались условия прочности (16) и (17):

                                          ;                                      (16)

                                          ;                                      (17)

Если эти условия выполняются, то менять конструктивные параметры

Рис. 5. Расчётная схема для нахождения момента сопротивления конструкции железобетонного сечения плиты и ригеля

каркасной системы не требуется и можно переходить к вычислению площади растянутой рабочей арматуры в плите и в ригеле, соответственно A_{s 1} и A_{s 2}.

6. Вычисление площади растянутой рабочей арматуры для плиты и ригеля, формулы (18) и (19) соответственно:

                                           ,                                   (18)

где  - предел текучести арматурной стали, по табл. 2.

                                          ,                                      (19)

7. Для того, чтобы учесть количество рабочей арматуры, необходимой по расчёту на прогиб, по второй группе предельных состояний, в ориентировочном расчёте достаточно умножить площадь рабочий арматуры в два раза.

Дополнительно, по заданию преподавателя, к клаузуре, посвящённой разработке проекта высотного здания, могут быть выполнены ориентировочные расчёты на проверку потери устойчивости положения здания и его формы.