Расчет средней колонны многоэтажного здания

Задание на проектирование. Рассчитать и сконструировать колонну среднего ряда пятиэтажного трехпролетного здания. Стыки колонн располагаются на высоте 1,05 м от уровня верха консоли предыдущей колонны. Сетка колон 6,0×7,2 м. Высота этажа – 4,8 м. Размеры сечения колонн 30,0×30,0 см.

Определение нагрузок и усилий.

Собственный вес колонны на один этаж:

Грузовая площадь от покрытия и перекрытий при сетке колонн 6,0×7,2 м равна S=6,0×7,2=43,2 м² (рис. 1.2). Расчетные нагрузки от 1 м² покрытия и перекрытий приведены в табл. 2.1 и 2.2.

Полная расчетная нагрузка от покрытия при  равна 7,94 кН/м², в том числе длительная 7,548 кН/м².

Определяем продольные усилия от соответствующих нагрузок при грузовой площади S =43,2 м².

Продольная сила от покрытия:

полная -  кН,

длительная –  кН.

Продольная сила от полезной нагрузки на перекрытия:

полная -  кН,

длительная –  кН.

Продольная сила от постоянной нагрузки от перекрытия:

 кН.

При определении усилий для расчета колонн, стен и фундаментов, воспринимающих нагрузки от двух перекрытий и более, полные нормативные значения нагрузок, указанные в поз. 1, 2, 4, 11, 12а и 12б (см. приложение В, таблица В.2) следует снижать умножением на коэффициенты сочетания  или :

а) для помещений, указанных в поз. 1, 2,12а

б) для помещений, указанных в поз. 4, 11,12б

где  - общее число перекрытий, нагрузки от которых учитываются при расчете рассматриваемого сечения колонны, стены, фундамента.

Определяем коэффициент для колонны первого этажа

Для колонны второго этажа

Для колонны третьего этажа  для четвертого этажа - .

Определяем значения полезной нагрузки на перекрытия здания с учетом коэффициента  (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Полезная нагрузка на перекрытия здания с учетом коэффициента

Этаж	Полезная нагрузка на перекрытие (кН)		Коэф-фициент	Полезная нагрузка на перекрытие с учетом коэффициента  (кН)
	Полная	Длительная		Полная	Длительная
4	207,36	72,58	0,956	198,24	69,39
3	414,72	145,16	0,822	340,90	119,32
2	622,08	217,74	0,763	474,65	166,14
1	829,44	290,32	0,728	603,83	211,35

 

Постоянная и временная нагрузка на перекрытия (табл. 5.2).

Таблица 5.2

Постоянная и временная нагрузка на перекрытия

Этаж	Полезная нагрузка на перекрытие с учетом коэффициента  (кН)		Постоянная нагрузка на перекрытия (кН)	Полная нагрузка на перекрытие с учетом коэффициента  (кН)
	Полная	Длительная		Полная	Длительная
4	198,24	69,39	247,1	445,34	316,49
3	340,90	119,32	494,2	835,10	613,52
2	474,65	166,14	741,3	1215,95	907,44
1	603,83	211,35	988,4	1592,23	1199,75

 

Подсчет расчетных нагрузок на колонны здания сведен в табл. 5.3.

 

Таблица 5.3

Нагрузка на колонны многоэтажного здания

Этаж	Нагрузка от покрытия и перекрытия (кН)		Собственный вес колонны (кН)	Расчетная суммарная нагрузка (кН)
	Полная	Длительная		Полная (N)	Длительная (Nl)
5*	343,01	326,07	11,88	354,89	337,95
4	788,35	642,56	23,76	812,11	666,32
3	1178,11	939,54	35,64	1213,75	975,23
2	1558,96	1233,51	47,52	1606,48	1281,03
1	1935,24	1525,82	59,40	1994,64	1585,22

*учитывается снеговая нагрузка и постоянная нагрузка от покрытия

Расчет колонны  первого этажа. Усилия в колонне: полное ; от действия длительной нагрузки . Сечение колонны . Расчетная длина колонны с учетом защемления в фундамент . Для изготовления колонны использован тяжелый бетон естественного твердения класса В25. Расчетное значение прочности бетона  МПа. Коэффициент условия работы бетона , тогда  МПа.

Рабочее армирование колонны выполняем из арматуры класса А400. Расчетное значение прочности арматуры диаметром 6-40 мм МПа. Поперечная арматура колонны класса В500.

Гибкость колонны . Эксцентриситет продольной силы от всех нагрузок  равен . Поскольку  и , расчет сжатых элементов из бетона классов В15-В35 на действие продольной силы, допускается производить из условия , где φ – коэффициент продольного изгиба.

 

as’= 40

220

as= 40

h=300

As,tot

 

Рис. 5.1. Расчетное сечение колонны

 

В виду отсутствия промежуточных стержней между рабочими стержнями при , по табл. Б.5 и Б.6 (прилож. Б) и при  находим  и .

Принимая в первом приближении , из условия прочности находим

Отсюда
Если  можно, принимать .

Если , уточняем значение , вычислив его по формуле:

Определяем площадь рабочей продольной арматуры колонны:

Определяем коэффициент армирования:

Если расчетный коэффициент армирования меньше минимального коэффициента, принимаем площадь арматуры по минимальному коэффициенту, т.е. .

По сортаменту арматурных сталей принимаем 4Æ32 А400  =32,17 см² (по конструктивным требованиям минимальный диаметр продольного армирования сжатых элементов принимается не менее 12 мм).

Поперечные стержни ставим без расчета (для предотвращения выпучивания продольной арматуры), но с соблюдением требований норм. Диаметр поперечной арматуры назначаем из условия сварки с продольной арматурой диаметром 32 мм (прилож. Б, табл. Б.4), т.е. принимаем 8 мм. Шаг поперечного армирования принимаем не более 15d= 15·32=480 мм (здесь d – диаметр продольных стержней) и не более 500 мм, т.е. принимаем 480 мм. Класс поперечной арматуры В500. Схема армирования колонны 1-го этажа показана на рис. 5.2.

4 Ø32 А400

Ø8 В500 шаг 480 мм

40

220

40

300

 

 

Рис. 5.2. Армирование колонны 1-го этажа

Расчет колонны второго этажа. Расчет выполним по упрощенной форме, п. 8.1.16 [3]. Усилия в колонне: полное , сечение колонны . Расчетная длина колонны . Гибкость колонны . По таблице 8.1 [3] определяем коэффициент .

Определяем необходимую площадь арматуры:

Определяем коэффициент армирования:

Принимаем 4Æ28 А400,

Диаметр поперечной арматуры назначаем 8 мм. Шаг поперечного армирования принимаем не более  мм (здесь d – диаметр продольных стержней) и не более 500 мм, т.е. принимаем 420 мм. Схема армирования колонны 2-го этажа показана на рис. 5.3.

 

 

4 Ø28 А400

Ø8 В500 шаг 420 мм

40

220

40

300

 

 

Рис. 5.3. Армирование колонны 2-го этажа

 

Расчет консоли колонны . Опорное давление ригеля на колонну составляет  (см. расчет поперечной силы ригеля, рис. 4.3). Продольная арматура консоли выполнена из арматуры класса А400. Расчетное значение прочности арматуры  МПа. Расчетное сечение консоли показано на рис. 5.4.

 

 

a=20+ 1 3 0 /2=85

a

Q

Q

b= 300

К -1

150

150

300

П -1

 

 

Рис. 5.4. Расчетное сечение консоли колонны

 

Определяем изгибающий момент от сосредоточенной силы  относительно боковой грани колонны:

 кН·м.

Вычисляем

По формуле

принимаем 2Æ18 А400,  см².

Консоль армируется двумя плоскими каркасами. Для усиления работы консоли на поперечную силу верхнюю и нижнюю арматуру каркаса соединяем металлической пластиной (П-1) толщиной 5 мм. Схема каркаса К-1 показана на рис. 5.5.

2Ø18 А400

Металлическая пластина толщиной 5 мм ( П-1)

 

 

Рис. 5.5. Каркас К-1 для армирования консоли колонн

Конструирование колонны 1-го этажа и консоли. Продольное армирование колонны выполнено из 4Æ32 арматуры класса А400. Диаметр поперечной арматуры принят 8 мм, класса арматуры В500. Шаг поперечного армирования 480 мм. Класс поперечной арматуры В500.

Основное армирование консоли колонны выполнено из 2-х вертикальных каркасов К-1. Для фиксации указанных каркасов в проектное положение устанавливаем 2 горизонтальных стержня, в нижней зоне с каждой стороны консолей, из арматуры Æ12 А400. По условному периметру консолей устанавливаем 2 гнутые сетки С-1 (по длинной стороне и на участке короткой стороны). Для крепления ригеля в верхней зоне консоли устанавливаем закладные детали М-1, приваренные к каркасу К-1. Соединение элементов каркаса выполнено электродуговой сваркой. Конструктивная схема консоли показана на рис. 5.6.

I

I

II

II

300

150

150

300

II-II

М-1

М-1

К -1

С -1

С -1

П -1

П -1

Æ12 А400

600

120

120

15

15

I-I

М-1

К -1

При усилении оголовка колонны (в местах сопряжения колонн по высоте) устанавливаем косвенное армирование в виде сварных сеток. Зона усиления по длине элемента должна быть не менее 10d при продольной арматуре из стержней периодического профиля, т.е. 10·25=250 мм, количество - не менее четырех сварных сеток. Принимаем 5 сеток. Шаг сеток s ≥60 мм, но не более 1/3 ширины сечения (300/3=100 мм) и не более 150 мм. Принимаем шаг 100 мм. Размеры ячеек сеток принимают не менее 45 мм и не более 1/4   меньшей стороны сечения колонны (300/4=75 мм), но не более 100 мм. Принимаем 50 мм. Сетки проектируем из арматуры класса В500, диаметром 5 мм. Размеры и армирование оголовка колонны 1-го этажа показаны на рис. 5.7.

Рис. 5.6. Схема армирования консоли

 

 

300

140

80

10

10

40

40

Косвенное армирование сварными сетками

300

 

Рис. 5.7. Размеры и армирование оголовка колонны

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: