Расчет колонны первого этажа

3.1 Исходные данные

В соответствии с табл. 2.1 и пунктом 2.1 вес от сборного перекрытия составит:

(3.1)

где 2,4 кН/м² – собственный вес плиты;

- ширина ригеля ();

- высота ригеля ();

- пролёт ригеля ();

- плотность железобетона ()

Подставив все значения в формулу (3.1) получим:

Принимаем вес кровли рулонной трехслойной в соответствии с методическими указаниями [7, стр. 43, табл.17.1]:

g_k2= 0,13 кН/м²

Вес утеплителя на покрытии здания в соответствии с методическими указаниями [7, стр. 43, табл.17.2]:

g_k3= 1 кН/м²

Вес конструкции пола в соответствии с табл. 2.1 составит:

g_k4= 0,72 кН/м²

Нормативная снеговая нагрузка для города Столина (1 снеговой район, подрайон 1в) по национальному приложению изменение №2 ТКП EN 1991-1-3-2009 (стр.4, рисунок НП.1) [8]. Определим снеговую нагрузку действующую на покрытие по следующей формуле ТКП EN 1991-1-3-2009 (стр.6, п.5.2, (5.1)) [9]:

(3.2)

где - коэффициент формы снеговых нагрузок (),(табл.5.2, стр.8, п.5.3.2) [9];

- характеристическое значение снеговых нагрузок на грунт (стр.5, таблица НП.1.1) [8]

- коэффициент окружающей среды (стр.7, п.5.2(7)) [8] ().;

- температурный коэффициент (стр.7, п.5.2(8)) [8] ().

(3.3)

где - высота местности над уровнем моря () по [10].

Подставим значения в формулу (3.3):

Подставим значения в формулу (3.32):

Нормативная временная (полезная) нагрузка на сборное ме­ждуэтажное перекрытие q_k5 = 6 кН/м².

Сечение колонн всех этажей здания в первом приближении назначаем 40´40 см.

Для определения длины колонны первого этажа H_с1 принимаем рас­стояние от уровня низа перекрытия первого этажа до обреза фундамента h_ф = 0,4 м.

Тогда H_с1= H_fl + h_ф = 4,5 + 0,4 = 4,9 м.

3.2 Подсчет нагрузок

Типовые колонны многоэтажных зданий имеют разрезку через 2 этажа.

При подсчете нагрузок будем рассматривать колонну, размещенную по осям Б-2. Грузовая площадь колонны А_гр=4,8х6,8=32,64 м².

Подсчет нагрузок на колонну выполняем в виде таблицы (табл. 3.1).

 

Таблица 3.1 - Нагрузки на колонну первого этажа

Наименование и подсчет нагрузок	Расчётная нагрузка, кН
Нагрузка от конструкций покрытие:	132,225
Нагрузка от конструкций перекрытие:	356,527
Нагрузка от собственного веса колон всех этажей:	73,6
Временная нагрузка на перекрытие:	587,52
Снеговая нагрузка на покрытие:	27,059

 

Расчетную нагрузку на плиту будем считать по [2] (ст. 59, таблица А.2(А), примечание 2), через сочетание нагрузок, где учитываются постоянные неблагоприятные, доминирующие и прочие сопутствующие воздействия:

(3.4)

где - коэффициент воздействий, применяемый для дифференциации надёжности по [2] (ст. 59, таблица А.2 (А), примечание 3, );

- частный коэффициент для постоянного воздействия j при определении верхних расчётных значений по [2] (ст. 59, таблица А.2 (А), примечание 2, );

- верхнее характеристическое значение постоянного воздействия j по таблице 3.1 (;

- частный коэффициент для доминирующего переменного воздействия по [2] (ст. 59, таблица А.2 (А), примечание 3, );

- характеристическое значение доминирующего переменного воздействия 1 по таблице 1.1 ();

- частный коэффициент для переменного воздействия I по [2] (ст. 59, таблица А.2 (А), примечание 3, );

- коэффициент для комбинационного значения переменного воздействия (стр.6, п. 4.2 (1), табл. НП.1.2) [8]. ();

- характеристическое значение сопутствующего переменного воздействия i по таблице 3.1 ().

Подставив все значения в формулу (1.7) получаем:

 

3.3 Расчет колонны на прочность

3.3.1 Определение размеров сечения колонны

При продольной сжимающей силе, приложенной со случайным эксцентриситетом, расчёт сжатых элементов с симметричным армированием разрешается производить из следующего условий:

 

где - коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба и случайных эксцентриситетов.

Заменив величину через условие примет вид:

где ρ – коэффициент продольного армирования.

Необходимая площадь сечения колонны без учёта влияния продольного изгиба и случайных эксцентриситетов (e₀=e_a), т.е. при и при эффективном значении ρ=0,2-0,3 для колонны 1-ого этажа будет равна:

Принимаем квадратное сечение колонны, размером . Тогда .

3.3.2 Расчёт продольного армирования колонны первого этажа

Величина случайного эксцентриситета:

- в каркасных системах со смещаемыми узлами для элементов n -го этажа, считая от верхнего (n=0);

е_а =20мм - для сборных элементов, за исключением стен и оболочек;

,

где h - высота сечения элемента в плоскости действия расчетного момента.

где l=6+6+1+0,4=13,4м

Принимаем е_a=22,33 мм.

Расчётная длина колонны:

где β_l– коэффициент, принимаемый по [4, табл. 6.12].

Условная расчётная длина колонны:

где

- предельное значение ползучести бетона, принимается равным 2,0

Тогда гибкость колонны

Отношение

Отсюда по [3, приложение 15]/

Необходимое сечение продольной арматуры:

Принимаем8Æ36

В качестве поперечной арматуры для армирования колонны принимаем стержни Æ10 мм из стали класса S500 см и устанавливаем с шагом 200мм, что не превышает 20Æ=20 10=200мм [1, табл.П6].

3.3.3 Расчет консоли колонны

Консоль колонны воспринимает поперечную силу ригеля от одного междуэтажного перекрытия. Наибольшая поперечная сила действует в сечении 2 слева и равна:

.

Минимально допустимая величина опирания ригеля из условия прочности бетона на смятие:

где - ширина ригеля.

Принимаем расстояние от торца сборного ригеля до грани колонны d=5 см, тогда требуемый вылет консоли равен:

С учетом возможной неравномерности распределения давления по опорной поверхности, а также неточности при монтаже принимаем . При предварительно принятом , требуемая рабочая высота консоли у грани колонны из условия прочности наклонного сечения по сжатой полосе может быть определена как:

где - размер грани колонны.

Полную высоту консоли у её основания принимаем .

Тогда

Условие выполняется.

Нижняя грань консоли у ее основания наклонена под углом 45⁰. Тогда высота свободного конца консоли:

3.3.4Армирование консоли

Ригель опирается на консоль на длине площадки, равной 150 мм, так как зазор между торцом ригеля и гранью колонны принят 50мм, а длины пластины по верху 200 мм.

Расчётный изгибающий момент силы относительно грани колонны:

,

где – расстояние от силы до грани примыка­ния консоли к колонне.

.

Требуемую площадь сечения продольной арматуры подбираем по изгибающему моменту , увеличенному на 25%.

Определяем:

Тогда

Принимаем 2Æ16 S500 с . Эти стержни привариваются к закладным деталям консоли.

При , то консоль армируется отогнутыми и поперечными стержнями.

Площадь сечения отогнутой арматуры можно определить по эффективному коэффициенту армирования:

Отогнутую арматуру устанавливают в двух наклонных сечениях по два стержня в каждом сечении, то есть 4Æ5 S500 с . Поперечные стержни принимаем по двум граням консоли из стали S500 2Æ5 с ,устанавливаем с шагом 50 мм.

3.3.5 Конструирование стыка ригеля с колонной

Узлы соединения ригелей между собой и с колонной должны обеспечивать восприятие опорных моментов и поперечных сил ригеля. Это достигается соединением опорной арматуры ригеля с помощью стыков и устройством в колоннах опорных консолей или столиков.

Сжимающие усилия в нижней части ригеля передаются через сварные швы, соединяющие закладные детали ригеля и консоли.

Типовым решением является стык с ванной сваркой соединяемых опорных стержней. Именно его примем в данном курсовом проекте. В этом случае ригель и колонна имеют выпуски арматуры, которые свариваются непосредственно или через короткие соединительные стержни. Сжимающие усилия воспринимаются через обетонирование полости стыка.

Стыки с консолями воспринимают значительные моменты и поперечные силы и несложны при исполнении. Они применяются при больших нагрузках, характерных для промышленных зданий.

3.3.6Конструирование стыка колонн

Из условия производства работ стыки колонн назначают на расстоянии 1 м выше перекрытия. При выбранных конструкциях и условиях работы колонны наиболее целесообразным является стык с ванной сваркой продольных стержней.

Для осуществления этого стыка в торцах стыкуемых звеньев колонн в местах расположения продольных стержней устраивают подрезки. Продольные стержни выступают в виде выпусков, свариваемых в медных съемных формах. После сварки стык замоноличивают бетоном того же класса или ниже на одну ступень класса бетона колонны.

Из условия производства ра­бот стыки колонн назначают на расстоянии 1 м выше верхаконсоли. При выбранных конструкциях и условиях работы колонны наиболее целесообразным является стык с ванной сваркой продольных стерж­ней.

Для моноличивания стыка принимаем бетон класса С16/20 и выпуски арматуры длиной 30 см и диаметром 36 мм из стали S500.

Стык рассчитыватся для стадий:

· до замоноличива­ния как шарнирный на монтажные (постоянные) нагрузки,

· после замоноличивания как жёсткий с косвенным армированием на эксплуатационные (полные) нагрузки.

Размеры сечения подрезки из условия размещения медных форм принимаем , а расстояние от грани сечения до оси сеток косвенного армирования в пределах подрезки ; за пределами подрезки .

Центрирующую прокладку и распределительные листы в торцах колонн назначаем толщиной 2 см, а размеры в плане: центрирующей прокладки - , что не превышает 1/4 ширины колонны,т.е., 1/4∙50=12,5см, распределительных листов .

Сварные сетки конструируем из проволоки Ø5 S500 с f_yd = 417 МПа и см². Размеры ячеек сетки должны быть не менее 45 мм, не более 1/4×b_к и не более 100 мм. Принимаем шаг 70 мм.

Шаг сеток следует принимать не более 150 мм и не более 1/3 стороны сечения. Шаг сеток с учетом ограничения принимаем 70 мм.