Разработка проекта железобетонных и каменных конструкций шестиэтажного здания с неполным каркасом (высота этажа – 4,8 м)

0333*(0,522-0,0333/2)=54,90 мм

Пользуясь полученными значениями изгибающих моментов, графическим способом находим точки теоретического обрыва стержней и соответствующие им значения поперечных сил    (рис.2.9).

Для нижней арматуры в точке теоретического обрыва стержней диаметром 28мм: Q=102кН, тогда требуемая длина анкеровки:

w₁  = Q / (2q_sw) + 5d =102*10³ / (2*133,45) +5*28=522,2мм

Принимаем w₁ = 53см

Для верхней арматуры у опоры, диаметром 32 мм:                                                                                                                                                                                                                             

Q=82кН , тогда требуемая длина анкеровки :

w_в  = Q / (2q_sw) + 5d = 82*10³ / (2*133,45) +5*32=467,2 мм

Принимаем w _в = 47см

Армирование ригеля см. графическую часть лист 3.

4. РАСЧЕТ СБОРНОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОЛОННЫ И ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННОГО ФУНДАМЕНТА ПОД КОЛОННУ

4.1 Расчет сборной железобетонной колонны.

Сбор нагрузок и определение продольной силы в колонне  первого этажа

Исходные данные:

Г. Минск - 2 снеговой район

s₀  = 0,7 кПа, с учётом γ_n = 1,4 принимаем s₀  = 0,98 кПа.

Высота этажа 4,800 м

Количество этажей   6

Класс бетона колонн  В25

Класс арматуры колонны А - 300

1)  Постоянные нагрузки:

- от веса плит покрытий и кровли: N₁ = 5 _* ℓ_{1  *} ℓ_{2 *} γ_n = 5_* 6 _* 7 _* 1 = 210 кН.

- от веса перекрытий: N₂ = g _* А_{гр *} (n -1) _* γ_n

g – расчётная нагрузка от веса конструкции пола и плит перекрытии  принимаем равной 3,454 кН/ м².

N₂ = 3,454 _* 6_* 7 _* (6 -1) _* 1 = 725,31 кН.

-от веса ригеля: N₃ = b^p _* h^p _* ℓ^p _* ρ _* γ_{f *} γ_{n *} n,

b^p _* h^p – площадь поперечного сечения ригеля,

ℓ^p – длина ригеля, равная шагу колонн в поперечном направлении,

ρ – плотность бетона, равная 25 кН/м³,

γ_f – коэффициент надёжности по нагрузке, принимаемый равным 1,1.

N₃ = 0,25_* 0,55 _* 7 _* 25 _* 1,1 _* 1 _* 6 = 158,81 кН.

- от собственного веса колонн: N₄ = b_{к *} h_{к *} Н_{э *} ρ _* γ_{f *} γ_{n *} n

Предварительно назначаем сечение колонны 400х400

N₄ = 0,4_* 0,4 _* 4,8 _* 25 _* 1,1_* 1 _* 6 = 126,72 кН.

ИТОГО: N^пост = 1220,84 кН.

2)  Временные нагрузки:

- временная полезная нагрузка на перекрытие:

- длительнодействующая: N₅ = р_{ℓ *} А_{гр *} (n -1) _* γ_n, где р_ℓ - расчётная длительнодействующая нагрузка на перекрытие 3 кН/м².

N₅ = 3 _* 42 _* (6 -1) _* 1 = 630 кН.

- кратковременная: N₆ = р_{sh  *} А_{гр *} (n -1) _* γ_n, где р_ℓsh - расчётная кратковременная нагрузка на перекрытие 1,8 кН/м².

N₅ = 1,8 _* 42 _* (6-1) _* 1 = 378 кН.

- снеговая нагрузка:

- длительнодействующая: N₇ = s_{0 *} А_{гр *} к _* γ_n, где s₀ – полное расчётное значение снеговой нагрузки, определяемое по табл. 4 СНиП “Нагрузки и воздействия” в зависимости от снегового района, принимаем равной 0,98 кН/м².

к – коэффициент, учитывающий долю длительности действия снеговой нагрузки по [5] п.1.7

N₇ = 0,98_* 42 _* 0 _* 1 = 0 кН.

- кратковременная: N₈ = (s₀ - s_{0 *} к) _* А_{гр *} γ_n= (0,98 – 0,98_*0)_* 42  _* 1 = 41,16 кН.

Полная нагрузка: N = N^пост + N₅ + N₆ + N₇ + N₈ = 2270 кН.

Длительнодействующая часть:  N^пост + N₅ + N₇ = 1850,84 кН.

Характеристики бетона и арматуры для колонны:

бетон тяжелый класса В25 , R_в =14,5 МПа, γ_в2 = 1, продольная рабочая арматура класса A - 300, R_sc =280 МПа.

Определяем армирование колонны.

Так как N_ℓ / N = 0,815, а ℓ₀ / h = 12,375, то по табл. IV.3 [1] принимаем φ_sb =0,873.

ℓ₀ – расчётная длина колонны, равная Н_э + 0,15 м, принимаем 4,95 м.

h – размер сечения колонны, 0,4 м.

Принимая предварительно коэффициент j =0,873, вычисляем требуемую площадь сечения продольной арматуры:

A_{s, tоt} = N/(j _* R_sc) – A _* (R_в / R_sс) = 2270 / (0,873_*280000) – (0,40 _* 0,40) _* 14,5 / 280 =

= 1001 мм²_.

Принимаем 4 ø 18  A-300 (А_{s, t0 t} = 1018 мм²).

Проверка прочности сечения колонны

Колонну рассчитываем как центрально – сжатый элемент, то есть:

N ≤ φ ∙ (R_sc ∙ A_{s, tоt} + R_в ∙ A_в),

2270 ≤ 0,873 ∙ (280000 ∙ 0,001018+ 14500 ∙ 0,16)=2605,04 кН.

Условие выполняется, следовательно, прочность обеспечена.

Поперечное армирование

Находим процент армирования:

μ = (A_{s, tоt} / A_в)_*100% = (1018/160000)_* 100% =0,64%.

Так как каркас сварной, принимаем диаметр поперечных стержней из условия свариваемости – 5 мм, шаг определяем из следующих условий:

s ≤ 500 мм,

s ≤ 20 _* d = 360 мм.

Принимаем поперечную арматуру ø 5 с шагом 350 мм.

4.2 Расчет фундамента под колонну.

Исходные данные:

Класс бетона для фундамента В15.

Класс арматуры фундамента А - 240.

Глубина заложения фундамента 1,5 м.

Условное расчётное сопротивление грунта 0,3 МПа.

Определяем размер подошвы фундамента.

Фундамент проектируем под колонну сечением 400х400 мм с расчётным усилием в заделке N = 2270 кН.

Среднее значение коэффициента надежности по нагрузке: γ_fm =1,15 , тогда нормативное усилие от колонны :

Nⁿ =N / γ_fm = 2270 / 1,15 = 1973,91 кН.

Принимая средний вес единицы объема бетона фундамента   и грунта на обрезах равным γ_m= 20 кH/м³ , вычислим требуемую площадь подошвы  фундамента:

А _{f, tоt} =  Nⁿ / (R_{0  -}  γ_{m *} H_d) =1973,91 / (300 – 20 _*1,5) = 7,31 м².  

Размер стороны квадратной подошвы фундамента:

а ≥ √ (А _{f, tоt})  = √(7,31) = 2,703 м. Назначаем, а = 2,8 м . А_ф = 7,84 м².

При этом давление  под подошвой фундамента от расчётной нагрузки:

р =N / А _ф =2270 / (7,84) =289,54 кПа.

Определяем полную высоту фундамента.

1) из условия продавливания:

h₁ = h_o + a.

h_o ≥ 0.5 · √ (N /(R_bt +p)) – (h_k + b_k )/ 4

R_bt – расчётное сопротивление бетона осевому растяжению, принимаемое по табл. 5.2 [2] равным 0,75 МПа.

h_o ≥ 0.5 · √ (2270 /(750 +289,54)) – (0,4+ 0,4 )/ 4=0,54 м.

а – защитный слой, принимаем равным 50 мм.

Тогда h₁ = 540 + 50= 590 мм.

2) из условия заделки колонны в фундаменте с учётом толщины дна стакана и зазора между дном стакана и колонной.

h_{дна стакана} ≥ 200 мм.

h_зазора ≥ 50 мм.

Следовательно, h₂ ≥ 250 мм.

h₂ = 1,5 _* h_к + 0,25 = 1,5_* 0,4 +0,25 = 0,85 м.

3)  из условия анкеровки арматуры колонны в стакане фундамента.

h_анк¹ ≥ 15 _* d_арм = 15 _* 18 = 270 мм.

Принимаем высоту фундамента 850 мм, так как размер высоты фундамента должен быть кратным 100 мм, то принимаем h_ф = 900 мм = 0,9 м.

Определяем количество и размер ступеней фундамента.

Так как высота фундамента 900 мм, принимаем 3 ступени.

Все ступени назначаем высотой 300 мм.

Проверяем высоту нижней ступени фундамента.

h_о¹ ≥ 0,5 _* р _* ( а - h_k – 2 _* h_о) / φ_{b3 *} R_bt

h_о = h_ф– а = 900 – 50 = 850 мм.

φ_b3 принимаем равным 1.

h_о¹ ≥ 0,5 _* 289,54 _* ( 2,8- 0,7 – 2 _* 0,85) / 1 _* 750 =0,08 м.

h_ст,1 =300 мм ≥ h_о¹ + а = 20 +80 = 90 мм.

Условие выполняется, следовательно, высота первой ступени назначена