Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Библиографический список. Тульский Государственный Университет
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Тульский Государственный Университет Кафедра Строительство Строительные Материалы и Конструкции Железобетонные и Каменные Конструкции Методические указания По выполнению раздела курсового проекта N 0 1 “Расчет сборной железобетонной колонны при случайных эксцентриситетах” Для студентов специальности 2903 ПГС заочной формы обучения Тула 2000
Разработали: Зиборов Л. А. канд. техн.наук, проф. Кудинов В. Н. канд. техн.наук, ассист.
Содержание Общие положения Высота этажей и расчетная длина колонн Материал колонн Нагрузки на колонну Грузовая площадь Нагрузки от покрытия Нагрузки от перекрытия Расчет колонны на прочность Предварительный подбор сечения колонны Определение величины случайного эксцентриситета Определение площади сечения арматуры Армирование сечения колонны Расчет консоли колонны Материалы консоли Усилия в консоли Определение геометрических размеров консоли Расчет арматуры консоли Расчет стыка колонн Расчет косвенного армирования Расчет торцевых прокладок и сварных швов Пример расчета колонны Грузовая площадь Нагрузки от покрытия Нагрузки от перекрытия Таблица нагрузок на колонну Характеристики материалов Расчет колонны на прочность Расчет консоли колонны Расчет стыка колонн Библиографический список
1. Проектирование колонны многоэтажного здания
1.1. Общие положения В курсовом проекте рассматривается многоэтажное здание с неполным каркасом. В таких зданиях все горизонтальные нагрузки воспринимают наружные кирпичные стены, а вертикальные передаются с покрытия и перекрытий на колонны. Считается, что нагрузка прикладывается по оси колонны, но ввиду несовершенства геометрической формы, отклонения фактических размеров от проектных, а также неоднородности бетона геометрический и физический центры тяжести не совпадают и поэтому в расчет вводят случайный эксцентриситет
1.2. Высота этажей и расчетная длина колонн Высота промышленных зданий обычно принимается в пределах 3-7 этажей при общей высоте до 40 м, а для производств с нетяжелым оборудованием, устанавливаемым на перекрытиях, -до 12-14 этажей. Высота этажей назначается в соответствии с требованиями типизации конструкций и унификации габаритных размеров и принимается кратной модулю 1, 2м, т.е. 3.6, 4.8, 6м, а для первого (подвального) этажа –иногда 7, 2 м. Колонна выполняется из сборных элементов длиной на 1-2 этажа, для подвала – на 1 этаж. Стыки элементов колонн устраивают на расстоянии 0, 5-0, 6 м от уровня перекрытия. Расчетные длины колонн верхних этажей принимаются равными высоте этажа, а для колонн первых и подвальных этажей с учетом жесткой заделки колонны в фундамент по формуле
где
1.3. Материал колонн Для колонн применяется бетон не ниже класса В 15, а для колонн первого и подвального этажа –классов В25-В40. Арматура: продольная арматура диаметром не менее 12 мм изготовляется из стали класса А-II или А-III, поперечная в виде стержней или хомутов из стали классов А-I, A-II, A-III, или холоднотянутой проволоки В-I; сетки косвенного армирования из стали классов А-III и Вр-1, монтажные петли –из стали класса А-I. Арматуру, продольную и поперечную, объединяют в плоские или пространственные каркасы (сварные или вязанные). Минимальный диаметр поперечных стержней и хомутов принимается по табл.1 в зависимости от диаметра продольной арматуры. Таблица1
1.4. Нагрузки на колонну
1.4.1. Грузовая площадь Для сбора нагрузок определяется грузовая площадь, с которой передаются нагрузки на колонну. При сетке колонн
1.4.2. Нагрузки от покрытия Нагрузки от покрытия состоят из постоянных Постоянная нагрузка
где
где
где Временная нагрузка
где
где k=0, 3 –для III снегового района; k=0, 5 –для IV снегового района; k=0, 6 –для V и VI снегового района;
1.4.3. Нагрузки от перекрытия
Постоянная нагрузка
где
где
где
Временная нагрузка Полная временная нагрузка
где
где Таблица 2
После подсчета отдельных нагрузок их значения сводятся в табл.3 по этажам и суммируются нарастающим итогом сверху вниз. Таблица 3
1.5. Расчет колонны по прочности
1.5.1. Предварительный подбор сечения колонны Площадь сечения А находят, предварительно задавшись коэффициентом армирования
Размеры сечения принимаются по формуле
где N-полная расчетная нагрузка на колонну, принимается из графы 7 табл. 3 для рассматриваемого этажа. В целях стандартизации сечения колонн назначают кратными 50 мм. Минимальные сечения сборных колонн жилых и общественных зданий назначают 200х200 мм, промышленных 300х300 мм. Размеры принятого сечения должны быть такими, чтобы гибкость колонны
где
1.5.2. Определение величины случайного эксцентриситета Величину случайного эксцентриситета принимают не менее одного из следующих значений:
1.5.3. Определение площади сечения арматуры
При эксцентриситетах нагрузки и усилием N от полной нагрузки. Условие прочности имеет вид
где
При заданных или предварительно назначенных размерах сечения колонны, классах бетона и арматуры и расчетной силе, площади сечения растянутой
Необходимые коэффициенты назначают из формул и табл.4, задавшись вначале коэффициентом армирования Окончательно принимают четное количество стержней арматуры и проверяют условие (20). Несущая способность должна быть обеспечена с точностью Таблица 4
Сумма площадей сечения продольной арматуры Табл.5.
Блок-схема определения площади сечения продольной арматуры приведена на рис.1.
Рис.1. Блок-схема
1.5.4. Армирование сечения колонны Толщина защитного слоя арматуры должна быть не менее диаметра продольной арматуры и не менее 20 мм. Расстояние в свету между вертикальными стержнями, если они бетонируются в вертикальном положении, должно быть не менее 50 мм, а при горизонтальном или наклонном бетонировании –не менее 25 мм и во всех случаях –не менее наибольшего диаметра стержней. Поперечные стержни или хомуты ставятся без расчета, но с соблюдением следующих требований: - при ширине грани колонны не более 400 мм и числе стержней не более 4 проектируются плоские сварные каркасы без дополнительных стержней или одиночные хомуты (рис.2, а, б); - при ширине грани колонны более 400 мм ил наличии более 4 продольных стержней на одной грани вводят конструктивно дополнительные стержни (рис.2, в) или ставят двойные хомуты (рис.2, г, д), вместо двойного хомута допускается ставить соединительные шпильки (рис.2, е); - перегибы хомутов располагают на расстоянии не более 400 мм по ширине грани колонны. Для предотвращения бокового выпучивания продольных стержней при сжатии, расстояние между поперечными стержнями (хомутами) принимают не более 15 диаметров продольной арматуры при вязанных каркасах и не более 20 диаметров при сварных каркасах, но не более 500. В колоннах, где насыщение продольной арматурой составляет не более 3%, хомуты ставятся на расстоянии не более 10 диаметров продольной арматуры и не менее 300 мм. Диаметр поперечных стержней в сварных каркасах должен удовлетворять условиям свариваемости. Диаметр хомутов в вязанных каркасах должен быть не менее 5 мм и не менее ¼ диаметра продольных стержней, обычно 6-8 мм. В любом случае шаг поперечной арматуры не должен превышать размера сечения колонны. Закладные и металлические детали не должны выступать за плоскость граней элемента; их надо приваривать к рабочей арматуре или надежно заанкеривать в бетоне при помощи крюков и стержней.
Рис.2 Армирование колонны (сечения)
1.6. Расчет консоли колонны В принятой колонне необходимо запроектировать короткую консоль для опирания ригелей. Консоль считается короткой при
1.6.1. Материалы консоли Бетон и арматура консоли применяются, как и для колонн.
1.6.2. Усилия в консоли Расчетным усилием является максимальная расчетная реакция от ригеля, умноженная на коэффициент 1.6.3. Определение геометрических размеров консоли Минимальный вылет консоли
где
С учетом зазора между гранью колонны и торцом ригеля
Окончательно вылет консоли принимаем кратным 50 мм. Высота сечения консоли находится по сечению I-I (рис.3), проходящему по грани колонны. Рабочая высота сечения определяется по формулам
где
и кратной 50 мм. Высота свободного конца консоли при угле наклона ее нижней грани
и принимается не менее h/3 и не менее 10 мм. Все размеры консоли принимаются кратными 50 мм.
1.6.4. Расчет арматуры консоли Расчет продольной арматуры консоли производится по моменту у грани колонны, увеличенному на 25% и определяемому по формуле.
где Расчет ведется, как для прямоугольного сечения с одиночной арматурой, требуемая площадь сечения продольной арматуры определяется по формуле (3.15) [1] или (2.41) [2]:
Для армирования обычно применяются два стержня, которые привариваются к закладным деталям консоли, на которые потом устанавливают и крепят сваркой ригель. Поперечное армирование консоли назначается в зависимости от величин h и а. При h> 2, 5 a –консоль армируется отогнутыми стержнями и горизонтальными хомутами по всей высоте (рис.4, a); При
Число отгибов принимается равным двум, а их диаметр должен удовлетворять условию
Длина отгибов
Отгибы устанавливаются под углом 450 к направлению действия поперечной силы. Наклонные и горизонтальные хомуты устанавливаются с шагом не более h/4 и не более 150 мм, их диаметр принимается в пределах 6-10 мм. Площадь сечения наклонных или горизонтальных хомутов, пересекаемых линией Окончательно для горизонтальных или наклонных хомутов проверяют прочность по наклонной сжатой полосе между силой и опорой по формуле
при этом правая часть выражения (35) принимается не менее
где
В случае не соблюдения условия (35) необходимо увеличить диаметр хомутов или уменьшить их шаг. Окончательно проверяют прочность бетона по наклонной сжатой полосе между наклонными трещинами по формуле
где В случае не соблюдения условия (38) необходимо принять бетон более высокого класса. Блок-схемы алгоритмов расчета по определению продольной арматуры консоли, геометрических размеров консоликолонны и поперечной арматуры консоли приведены на рис. 5; 6; 7; 8: На рис.5 –по определению геометрических размеров консоли На рис.6 –по определению продольной арматуры консоли На рис.7 –по определению шага и диаметра поперечной арматуры и прочности наклонной сжатой полосы в консоли На рис.8 –продолжение блок-схемы рис.7.
Рис.5.
Рис.6.
Рис.8.
1.7. Расчет стыка колонн
Стыки колонн, работающие в условиях, близких к центральному сжатию, рекомендуется выполнять двух типов:
1) сухие с торцевыми листами и центрирующей прокладкой (рис.9) 2) обетонированные с ванной сваркой выпусков продольной арматуры при 4 (рис.10); 8 (рис.11, а); и более (рис. II, б) стержнях. В сухом стыке усилие с верхней колонны на нижнюю передается через центрирующую прокладку и электросварные швы, накладываемые по периметру торцевых листов. В стыках с ванной сваркой выпусков арматуры расчету подлежат сечения в месте, ослабленном окнами для выпусков арматуры, которые заполняются цементными растворами высоких классов в процессе монтажных работ. Прочность бетона для этой цели следует принимать равной прочности бетона колонны. В каждом стыке в местах контактов концентрируются напряжения, поэтому торцевые участки колонн усиливаются косвенным армированием по расчету или конструктивно. При расчете как сухих, так и обетонированных стыков необходима проверка прочности бетона в стыке, усиленном косвенным армированием. А для сухих стыков –проверка на смятие торцевой прокладки и сварных швов.
-12- 1.7.1. Расчет косвенного армирования Сетки косвенного армирования устанавливаются у торцов колонны (рис.9). Защитный слой сеток не менее 15 мм; по конструктивным соображениям должно быть установлено не менее 4 сеток на длине не менее 10 диаметров продольных стержней. Шаг сеток должен быть не менее 60 мм и не более 1/3 размера меньшей стороны сечения и не более 150 мм.
Размер ячеек сеток принимается в пределах 45-100мм и не более ¼ меньшей стороны сечения колонны.
Для сеток применяют проволоку В-1 илиВр-1 с диаметром менее 5 мм или стержневую арматуру А-111 при диаметре 6-14 мм. После установки сеток косвенного армирования вычисляется коэффициент насыщения поперечными сетками:
где Вычисляется коэффициент сочетания материалов
где
Приведенное сопротивление бетона определяется по формуле
где
где
где
где
После определения значения
В случае невыполнения данного условия необходимо увеличить интенсивность косвенного армирования увеличением диаметров стержней или уменьшением шага ячеек сеток. В крайнем случае допускается принять больший класс бетона. В любом случае минимальный процент косвенного армирования, определяемый по формуле
должен быть не менее 0, 0125. При расчете косвенного армирования обетонированных стыков в рассмотренных выше формулах площадь контакта по периметру сварного шва
1.7.2. Расчет торцевой прокладки и сварных швов Торцевые листы колонн принимаются толщиной 10-20 мм, а их размеры в плане уменьшаются на 20 мм от соответствующих размеров колонн. Толщина сварного шва определяется из условия
где Общая площадь контакта определяется по формуле (43). Усилие
Требуемая толщина сварного шва по контуру торцевых листов определяется как
где Для наиболее часто используемых электродов марки Э-42 и стали ВСт3-кп,
Толщина сварного шва должна быть меньше толщины торцевой пластины и принимается равной толщине центрирующей прокладки. Если толщина торцевой пластины меньше толщины сварного шва, то ее увеличивают до толщины шва. Приведенная прочность бетона в этом случае практически не изменяется, поэтому новая проверка прочности не требуется. Блок-схема расчета косвенного армирования приведена на рис.12.
Рис.12. 1.8. Пример расчета колонны Исходные данные к проекту: Спроектировать колонну 4 –этажного промышленного здания с сеткой колонн 6х6 м. Высота этажа 4м; перекрытие выполнено из Ж-Б ребристых плит; в здании принята 3 –слойная рулонная кровля из рубероида по утеплителю –керамзитобетону толщиной 20 мм; снеговая нагрузка на здание Здание расположено в III климатическом районе по снегу; размеры ригеля считаются определенными ранее и равными 60х30см; длительная нагрузка на перекрытие 1.8.1. Грузовая площадь По формуле (2) определяем грузовую площадь
1.8.2. Нагрузки от покрытия Сбор нагрузок ведем в соответствии с главой 1.4., пользуясь табл.2 и табл.3. Обозначения нагрузок со “/” соответствуют расчетным равномерно распределенным Для определения постоянной нагрузки Табл.6.
Временная нагрузка от кровли определяется по формуле (6)
Постоянная и длительная
1.8.3. Нагрузки от перекрытия Постоянная нагрузка Таблица 7
Временная нагрузка Длительная Кратковременная
Собственный вес колонны
1.8.4. Таблица нагрузок на колонну Таблица 8
1.8.5. Характеристики материалов Бетон В40, Арматура А-II, 1.8.6. Расчет колонны на прочность Расчет выполняется по шагам блок-схемы рисунка 1. 1.
2.
3. 4. 5.
Принимаем 4Æ 14А-II с 6.При
7. 8. 9. 10. 11.Принято 4Æ 20 с 12. 13. 14. 15. 16. Можно ограничиться третьим приближением. Принято 4Æ 20А-II. Поперечная арматура принимается из условия сварки Æ 8А-I; шаг поперечной арматуры 1.8.7. Расчет консоли колонны Расчет выполняется по шагам блок-схемы рисунков 5, 6, 7, 8. 1.Определяем максимальную поперечную силу
2.Определяем минимальный вылет консоли
С учетом зазора между колонной и регелем (50 мм) 3.Определяем высоту сечения консоли. Расстояние от грани колонны до центра площадки опирания Q=100 мм
Полная высота сечения консоли
Высота свободного конца консоли при угле наклона грани 45
5.Определяем продольную арматуру консоли (см.рис.6.). Момент на грани колонны
|