Расчёт и конструкция колонны среднего ряда многоэтажного каркасного здания

Конструкции Баранов.docx

3. РАСЧЁТНО-КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ.
1. Расчёт колонны среднего ряда. Определение усилий в колонне поперечной рамы. Расчетная схема и нагрузки
Десятиэтажное каркасное здание имеет размеры в плане 999х177м. Поперечная многоэтажная рама имеет регулярную расчетную схему с пролетами ригелей 48м 60м и 69м и равными длинами стоек (высотами этажей). Сечения ригелей и стоек по этажам приняты постоянными. Высота этажа 3м. Здание с полным каркасом. Наружные стены – самонесущие выполнены из газосиликатных блоков. Снеговая нагрузка по IV району (место строительства – г. Витебск). Класс среды по условиям эксплуатации конструкций ХС4. (согласно ТКП EN 1992-1-1-2009 прил. Е табл. Е.1N для класса условий эксплуатации ).
Нагрузка на ригель от многопустотных плит считается равномерно распределенной. Ширина грузовой полосы на ригель равна двум полупролетам с обеих сторон рамы. Подсчет нагрузок на 1м2 перекрытия приведен в таблице 3.1 и 3.2 на 1м2 покрытия – в таблице 3.3.
Таблица 3.1 - Нагрузки на сборный междуэтажный ригель
Нормативная нагрузка кНм2
Частный коэффициент безопасности f
Расчетная нагрузка кНм2
От собственного веса многопустотной плиты перекрытия =022м =2500кгм3
От керамической плитки =001м =1800кгм3
От слоя цементно-песчаного раствора =001м =1800кгм3
От 1 слоя гидроизоляции =0005м
От слоя цементно-песчаного раствора =004м =1800кгм3
Паркет штучный =0015м =800кгм3
От 1 слоя мастики =0001м =1400кгм3
Звукоизоляция =0016м =700кгм3
От перегородок =02м =700кгм3 кНм.п.
От перегородок =01м =700кгм3 кНм.п.
Постоянная на ширину грузовой полосы:
G = 613495=3238 кНм;
Временная нагрузка на ширину грузовой полосы:
Sd = 225495=1114 кНм
Таблица 3.2 - Нагрузки на ригель от чердачного перекрытия
G = 5319495=2638 кНм;
Таблица 3.3 - Нагрузки на ригель от кровли
Разуклонка из керамзитобетона =01м =800кгм3
От слоя цементно-песчаного раствора =003м =1800кгм3
Двухслойная пароизоляция (пергамин) =0001м =600кгм3
Гидроизоляция жидкая резина «Евромаст»
Утеплитель (минераловатные плиты) =015м =200кгм3
G = 614495=3251 кНм;
Временная нагрузка (собирается от снега):
Снеговые нагрузки на покрытия следует определять следующим образом:
a) для постоянныхпереходных расчетных ситуаций по формуле
b) для особых расчетных ситуаций в которых чрезвычайная снеговая нагрузка является особым воздействием по формуле
c) для особых расчетных ситуаций в которых снеговые заносы являются особым воздействием по формуле
sk— характеристическое значение снеговых нагрузок на грунт (т.к. для г. Витебск снеговой район номер 4 то sk=18 кНм2 согласно нац. приложению);
sAd— расчетное значение для чрезвычайных снеговых нагрузок на грунт для определенной местности (см. 4.3);
Се— коэффициент окружающей среды (рекомендуемое значение 1);
Сt — температурный коэффициент (рекомендуемое значение 1);
Cesl—коэффициент перехода к чрезвычайным снеговым нагрузкам.
Таким образом расчетное значение снеговой нагрузки (на один метр длины ригеля покрытия):
Sd= 15144495= 891 кНм - расчётное значение временной нагрузки на покрытие.
Определение внутренних усилий колонны от расчетных нагрузок
Расчет проводим в программном комплексе “RADUGA-BETA”. Строим эпюры колонны изгибающих моментов и соответствующих продольных усилий.
Здесь ВН – вариант нагружения КН – комбинация нагружений общий эффект которых в одной комбинации вычисляется по формуле:
Где - эффект воздействия;
- расчётное значение постоянной нагрузки;
- расчётное значение снеговой нагрузки;
- расчётное значение временной нагрузки (является преобладающей);
- коэффициент сочетания для снеговой нагрузки (для РБ принимается 07);
- понижающий коэффициент.
Схема нумерации стержней и узлов:
Рис. 1. Расчетная схема поперечной рамы здания с нумерацией стержней и узлов
Для данной расчетной схемы приняты следующие варианты нагружений:
ВН1 – постоянная нагрузка от собственного веса элементов конструкций;
ВН2 – временная нагрузка на всех пролетах;
ВН3 – временная нагрузка в двух крайних пролётах;
ВН4 – временная нагрузка в первых двух пролетах.
ВН1 (постоянная нагрузка)
Рис. 2 - Схема загружения постоянной нагрузкой
ВН2 (временная нагрузка на всех пролетах)
Рис. 3 - Схема загружения временной нагрузкой (вариант 1)
ВН3 (временная нагрузка в двух крайних пролётах)
Рис. 4 Схема загружения временной нагрузкой (вариант 2)
ВН4 (временная нагрузка в первых двух пролетах)
Рис. 5 - Схема загружения временной нагрузкой (вариант 3)
В соответствии с принятыми вариантами нагружений образуем следующие комбинации нагружений:
Значения внутренних усилий при вариантах нагружения:
Характеристики бетона и арматуры
Принимаем класс тяжелого бетона C 3037 и класс арматуры S500.
Комбинации расчетных усилий:
) max M = 55727 кНм и соответствующая продольная сила N = 1475975 кН что соответствует комбинации нагружения 2.
Подбор симметричной арматуры. Проверка прочности поперечного сечения.
Колонна многоэтажного рамного каркаса с размерами сечения b=400 мм h=400 мм. Арматура класса S500 симметрично расположена в сечении т.е AS1 = AS2.
Расчетная длина колонны многоэтажных зданий при жестком соединении между колоннами в сборных перекрытиях равна высоте этажа .
Величина эксцентриситета приложения продольной силы равна:
Необходимо учесть геометрические несовершенства (п. 5.2(7) ТКП EN 1992-1-1-2009):
Для данного сочетания:
Имеет место случай малого эксцентриситета. Согласно 9.5.2(2) ТКП EN 1992-1-1-2009:
Общее количество продольной арматуры не должно быть менее Asmin:
или 0002Aс в зависимости от того какое значение больше
где fyd— расчетное значение предела текучести арматуры;
NEd— расчетное значение максимального осевого сжимающего усилия ().
Принимаем конструктивно S500 (As=5089мм2).
Диаметр поперечной арматуры (хомутов петель или винтовой спиральной арматуры) не должен быть менее 6 мм или четверти максимального диаметра продольной арматуры в зависимости от того что больше.
Принимаем поперечные стержни S240 с шагом 200мм исходя из требований 9.5.3(3):
Расстояние между поперечной арматурой вдоль колонны не должно быть больше scltmax.
Примечание — Значение scltmax применяемое в конкретной стране может быть указано в национальном приложении. Рекомендуемое значение равно меньшему из трех следующих расстояний:
— 20-кратный диаметр наименьшего продольного стержня;
— наименьший размер колонны;
Проверка прочности сечения:
Определим необходимость учёта продольного изгиба для колонны при проверке прочности её расчётного сечения:
- радиус инерции бетонного сечения без трещин;
Тогда с учетом найденной ранее расчётной длины:
Согласно 5.8.3.1 ТКП EN 1992-1-1-2009:
Эффекты второго порядка могут не учитываться если гибкость (как определено в 5.8.3.2) меньше определенного значения lim.
Примечание — Значение lim может быть приведено в национальном приложении. Рекомендуемое значение определяется по формуле
где (если значение ef неизвестно A принимается равным 07);
(если значение неизвестно B принимается равным 11);
(если значение rm неизвестно C принимается равным 07);
ef— эффективный коэффициент ползучести;
— механический коэффициент армирования;
Аs— общая площадь продольной арматуры;
— относительное продольное усилие;
— отношение моментов;
M01 М02 — моменты на концах элемента с учетом эффектов первого порядка
Если моменты на концах элемента M01 и М02 дают растяжение с одной и той же стороны то rm принимается как положительное (т. е. С 17) в другом случае — как отрицательный (т. е. C > 17).
Определим необходимые характеристики:
Сравним фактическую гибкость с предельной:
Эффекты второго рода можно не учитывать.
2 Расчет монолитного фундамента под среднюю колонну
Класс по условиям эксплуатации ХС4. Класс бетона по прочности на сжатие
С (согласно ТКП EN 1992-1-1-2009 прил. Е табл. Е.1N для класса эксплуатации ХС4).
Расчетные характеристики:
Нормативное сопротивление бетона сжатия fck =30 Мпа;
Расчетное сопротивление бетона сжатия fcd=fck=3015=20МПа (где - коэффициент безопасности по бетону согласно табл.2.1N ТКП EN 1992-1-1-2009).
Гарантированная прочность бетона f Gccube =37 Мпа;
Нормативное значение прочности бетона на растяжение (по таблице 6.1 СНБ 5.03.01-02) составит fctk =2.0 Мпа;
Расчетное сопротивление бетона на растяжение Мпа;
Модуль упругости бетона Мпа;
Минимальный защитный слой бетона cmin=30 мм.
Номинальная толщина защитного слоя составляет: cnom = 40 мм
Для армирования колонны принимаем арматуру S500
Нормативное сопротивление арматуры fyk=500 Мпа;
Расчетное сопротивление арматуры fyd = =
Модуль упругости арматуры Мпа;
Поперечное армирование выполняем из арматуры класса
Нормативное сопротивление арматуры fyk=240 Мпа;
Расчетное сопротивление грунта:
Минимальна глубина заложения фундамента – 12 м;
Средний вес тела фундамента и грунта на его ступенях
Верх фундамента на отметке -0150 м.
Район строительства - г. Витебск.
Основанием служат пески средней крупности: .
Толщина слоя 582м. Уровень грунтовых вод на отметке минус 6880м.
Усилия необходимые для расчета берем из программы «РАДУГА». (Значения внутренних усилий при вариантах нагружения).
Определение размеров подколонника
Рисунок 6. К определению размеров подколонника
Глубина заделки колонны в фундамент должно быть:
где длина анкировки продольной рабочей арматуры колонны согласно ТКП ЕN 1992-1-1-2009 по формуле 8.4:
здесь предельное напряжение сцепления по контакту арматуры с бетоном:
Глубина стакана с учетом подливки под колонну составляет:
Расчет на продавливание
Расчетное значение сопротивления продавливанию по формуле 6.47 ТКП EN 992-1-1-2009:
Определяем максимальное напряжение среза по формуле 6.38 ТКП EN 1992-1-1-2009.
Сопротивление продавливанию фундамента колонны достаточно.
Определение размеров подошвы фундамента
Требуемая площадь фундамента:
Задаемся отношением ширины подошвы фундамента к ее длине принимаем .
Проверка правильности подбора размеров подошвы фундамента:
– момент сопротивления
– изгибающий момент на уровне подошвы фундамента;
– условие выполняется.
Рисунок 7. К определению размеров фундамента
Принимаем трехступенчатый фундамент с условием передачи основных сжимающих усилий в пределах пирамиды продавливания. Высоту ступени принимаем
Расчет осадки фундамента
Полную осадку фундамента определим методом послойного суммирования. Расчет начинается с построения эпюр природного и дополнительного давлений.
Величина природного давления в общем случае определяется по формуле:
Значения эпюры дополнительного давления под центром подошвы фундамента определяется по формуле:
где - коэффициент рассеивания принимаемый по [27] в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон фундамента и относительной глубины .;
- дополнительное вертикальное давление непосредственно под подошвой фундамента определяемое по формуле:
где - природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.
Вычислим ординаты эпюры природного давления и вспомогательной эпюры необходимой для определения глубины расположения нижней границы сжимаемой толщи грунта:
на уровне верха фундамента:
на уровне подошвы фундамента:
на контакте первого и второго слоев:
на нижней границе разреза:
Определяем дополнительное давление под подошвой фундамента:
Разбиваем основание под подошвой фундамента на элементарные слои с учётом следующих требований:
- толщина элементарного слоя принимается в пределах 02–04 ширины фундамента но не более 1м;
- физико-механические свойства грунта в пределах элементарного слоя не должны изменяться т. е. границы элементарных слоёв должны совпадать с границами инженерно-геологических элементов и уровнем подземных вод.
Для удобства вычисления толщину элементарного слоя принимаем таким образом чтобы была кратной 04 т.е. кратной:
Вычисление значений ординат эпюры дополнительного давления () будем производить в табличной форме (таблица 3.4).
Таблица 3.4 - Расчет осадки фундамента
Полученные значения ординат эпюры наносим на расчётную схему. В точке пересечения эпюры дополнительных давлений со вспомогательной эпюрой находим нижнюю границу сжимаемой толщи: .
Расчет осадки отдельного фундамента на основании в виде упругого линейно деформируемого полупространства с условным ограничением величины сжимаемой зоны производится по формуле:
где - безразмерный коэффициент равный 08;
- среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в
и - соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта.
Значение полученной абсолютной конечной осадки сравнивают с величиной предельной допустимой средней осадки ().
Определяем осадку каждого слоя грунта основания в отдельности:
Полная осадка фундамента:
следовательно расчёт выполнен верно.
Определение сечения арматуры плитной части фундамента
Плита фундамента работает как консольная балка.
Для расчета площади арматуры подошвы фундамента определим изгибающие моменты в сечениях I-I II-II III-III IV-IV.
Определение площади сечения арматуры укладываемой параллельно стороне фундамента:
Фундамент – квадратный в плане поэтому в каждом из двух направлений принимаем 1714мм класс арматуры S500 . Армирование стаканной части фундамента производят конструктивно сетками С2 и С3 из арматуры 10 S500 по высоте элемента.
Рисунок 15. К расчету подколонника
Сетки устанавливаем для предотвращения раскалывания подколонника. Определяем значение расчетного эксцентриситета:
где – расчетный изгибающий момент относительно днища подколонника:
Так как то в связи с малым изгибающимся моментом учитывать колонну центрально-сжатой. Армирование делаем симметричным и принимаем конструктивно 210 S500 (158мм2) с шагом 100 мм.

Листы конструкции мои.dwg

Узел примыкания ригелей к колонне по крайним осям
Условные обозначения:
Разрез 1-1 (скв 1-3)
колонна нижнего яруса
колонна верхнего яруса
рабочая арматура колонны К1
опорная пластинаnригеля
опорная пластинаnколонны
ø18 S500 СТБ 1704-2006 l=7200
ø8 S500 СТБ 1704-2006 l=370
ø6 S500 СТБ 1704-2006 l=180
x170x400 ГОСТ 19903-74
ø6 S500 СТБ 1704-2006 l=370
ø10 S500 СТБ 1704-2006 l=1280
ø14 S500 СТБ 1704-2006 l=3220
ø10 S500 СТБ 1704-2006 l=880
ø14 S500 СТБ 1704-2006 l=1950
ДП - 1-70 02 01 - 2017 - РК
Полоцкий государственный университет Кафедра "Строительное производство
-этажный жилой дом в г. Витебске
Колонна К1. Спецификация. nУзлы 12.
План фундамента.nФундамент ФМ1. Фундамент ФМ3.nСпецификация
Физико-механическиеn характеристики грунта
Песок средней крупности
Суглинок полутвердый
ø8 S500 СТБ 1704-2006 l=1320