3-этажное производственное сооружение каркасного исполнения

Объектом проектирования является 3-этажное производственное сооружение каркасного исполнения. Габаритные размеры в плане — 36 метров в длину и 24 метра в ширину. Высотная отметка этажа принята 3.6 м. Проектные решения опираются на следующие нормативные значения временных нагрузок на междуэтажные перекрытия: общая нагрузка — 13.5 кПа, из которых длительная составляющая — 8.1 кПа. Для изготовления несущих элементов каркаса назначен тяжелый бетон класса В25 (для колонн — В30), армирование выполняется горячекатаной стержневой арматурой класса А400.

Пространственная жесткость здания обеспечивается монолитным ребристым перекрытием, состоящим из системы взаимопересекающихся балок. На этапе компоновки были рассмотрены альтернативные варианты раскладки главных и второстепенных несущих элементов. Сравнение выполнено по критерию приведенной толщины перекрытия, включающей в себя расходы бетона на плиту, балки и колонны.

Принятый вариант предусматривает сетку колонн 9×6 м с шагом второстепенных балок 2.25 м. Отношение длинной стороны плиты к короткой превышает 2, что позволяет рассматривать плиту как балочную, работающую преимущественно в одном направлении.

Назначенные размеры сечений:

толщина монолитной плиты — 50 мм;

второстепенные балки — 150×300 мм;

главные балки — 300×600 мм;

колонны приняты квадратного сечения 400×400 мм.

Плита перекрытия запроектирована как многопролетная неразрезная конструкция. Расчетная полоса выделена шириной 1.0 м. Сбор нагрузок выполнен с учетом веса пола, стяжки и собственной массы плиты. В крайних пролетах и над первыми промежуточными опорами определены максимальные изгибающие моменты; для средних пролетов, окаймленных балками, значения моментов скорректированы (уменьшены на 20%) в связи с возникновением распорных усилий.

Армирование плиты осуществляется раздельными стержнями. Рабочие стержни из арматуры А400 уложены с переменным шагом: в крайних пролетах — 125 мм, на промежуточных опорах — 100–150 мм, что обеспечивает восприятие расчетных усилий. Распределительная арматура принята из проволоки В500. В зонах опирания на стены и над главными балками предусмотрена дополнительная надопорная арматура из условий частичного защемления.

Второстепенные балки рассчитаны как неразрезные многопролетные системы с шарнирным опиранием на стены и главные балки. Статический расчет выполнен с учетом перераспределения усилий, что позволило снизить опорные моменты. Армирование пролетных сечений выполнено тавровым профилем за счет включения плиты в сжатую зону; в опорных зонах сечение рассматривается как прямоугольное.

По результатам расчета продольная рабочая арматура принята: в крайних пролетах — 1∅36 А400, на промежуточных опорах — 1∅36 А400, в средних пролетах — 1∅28 А400. Поперечное усиление — хомуты ∅8 А240 с шагом, назначаемым в зависимости от величины поперечной силы (от 120 до 180 мм в приопорных зонах).

Главные балки воспринимают сосредоточенные нагрузки от второстепенных балок с учетом собственного веса ребра. Расчетная модель — неразрезная трехпролетная балка на шарнирных опорах. В статическом расчете рассмотрены различные комбинации загружения временной нагрузкой, по результатам которых построена огибающая эпюра моментов. Опорные моменты перераспределены с уменьшением на 30% для обеспечения трещиностойкости.

Подбор продольной арматуры выполнен для наиболее напряженных сечений: в крайнем пролете — 2∅32 А400, на промежуточных опорах — 2∅28 и 2∅32 А400, в средних пролетах — 2∅22 А400. Поперечная арматура — двухсрезные хомуты ∅8 А240 с шагом 100–150 мм в зависимости от интенсивности поперечных сил. Дополнительно предусмотрены хомуты в зонах примыкания второстепенных балок для предотвращения отрыва.

Колонны запроектированы квадратного сечения 400×400 мм, работающие в условиях внецентренного сжатия с учетом случайного эксцентриситета. Расчетная длина колонны принята с учетом упругого защемления в фундаменте. Армирование принято симметричным: 4∅18 А400 с последующей проверкой несущей способности по деформационной модели.

Короткие консоли колонн рассчитаны на передачу опорных реакций главных балок. Проверки прочности по наклонной сжатой полосе и на местное смятие выполнены с положительным результатом. Продольная арматура консоли — 3∅16 А400, поперечное усиление назначено по конструктивным требованиям.

Основанием служат монолитные железобетонные фундаменты столбчатого типа. Размер подошвы (2.4×2.4 м) определен исходя из расчетного сопротивления грунта 320 кПа и глубины заложения 1.2 м. Проверка на продавливание выполнена по пирамидальной схеме; условие прочности соблюдено.

Армирование фундамента выполнено сварными сетками из стержней ∅12 А400 по всей подошве. Изгибающие моменты в сечениях по граням колонны и ступеней воспринимаются рабочей арматурой, уложенной в обоих направлениях. Конструктивные требования по защитному слою (70 мм) обеспечены за счет устройства песчаной подготовки.