144112 (Многоэтажное производственное здание), страница 5

Рис. 18. Схема грузовой площади колонны.

Сбор нагрузок приведен в таблице 7

Таблица 7

Определим нагрузку от собственного веса колонны. Принимаем сечение колонны в = h = 0,5

Нагрузка равна N_к = 0,4 * 0,4* Н_эт* _f * _n * *g = 0,5 * 0,5 * 4,8 * 1,1 * 0,95 * 2500 * 10 *4 = 125400 H,

где Н_{эт -} высота этажа, м

Длительная нагрузка

Кратковременная нагрузка

Определим нагрузку действующую на колонну первого этажа

2.2 Расчёт сечения колонны.

Рассчитаем колонну как центрально сжатый элемент квадратного сечения с симметричной арматурой со случайным эксцентриситетом. Это допускается для колонны прямоугольного сечения с симметричной арматурой класса АI, II, III при < 20*h и случайным эксцентриситетом < h/30. Исходные данные: Бетон класса В15, Rb = 8.5 МПа, арматура A-III, Rsc = 365 МПа

N_кол^I = 2558,686 кН

Определим предварительные размеры колонны

A_тр = N_кол^I / (R_b + R_sc )

- коэффициент армирования колонны.

- коэффициент продольного изгиба, определяемый по формуле:

= _в + 2 (_ж - _в) * (R_sc /R_в) *

_ж, _в - коэффициенты, принимаемые по табл. IV.1. в книге "Железобетонные конструкции. Общий курс", 1978 г. - Байков В.Н., Сигалов Э.И.

Значения коэффициентов зависят от отношений N_l/ N и l₀/h,

где N_l - длительно действующая нагрузка на колонну первого этажа, равная

N - общая нагрузка на колонну первого этажа, h - размер сечения колонны, - расчетная длина колонны. Расчётная длина колонны

Для определения размеров сечения зададимся коэффициентом армирования _min = 0,01 и коэффициентом = 1,0. Тогда площадь сечения колонны

Сечение колонны:

Сторона колонны должна быть кратной 5 см, поэтому принимаем 50 см

При N_l/ N = 2265,66/2558,686 = 0,89 и l₀/h = 3,57/0,5 =7,14 определяем, что _ж = 0,9143 _в = 0,9143. Тогда _ж = _в=0,9143. Тогда = 0,9143

Определим требуемую площадь рабочей арматуры колонны

A_b - площадь сечения колонны

Принимаем 4 28 с A_s = 24,63 см²

Разность в площадях равна ( (24,63 - 24,27) / 24,27) *100% = 1,48%

Определим процент армирования:

A_s / A_b * 100% < 3% A_s / A_b = (24,63/50*50) *100%=0,985%< 3%

Определим шаг поперечных стержней, который равен 15d, тогда

S = 15d = 15*28 = 420 мм

Шаг хомутов принимается кратно 5 см в меньшую сторону, тогда S = 400 мм

Диаметр хомутов равен 1/4 d = 1*24/4= 6 мм

Принимаем арматуру класса AI 6

Рис.19. Схема армирования колонны.

3. Расчет фундамента

Фундамент под колонну среднего ряда рассчитываются как центрально нагруженный в виду малости возможного изгибающего момента и выполняется квадратным в плане. Устанавливают фундаменты на естественный грунт, бетонную, щебневую или песчаную подготовку толщиной 10 см.

Сварная сетка, укладывается у подошвы фундамента. Выполняется из арматуры классов AII или AIII одинакового шага (100 …200 мм) и диаметра стержней не менее 10 мм и не более 18 мм в обоих направлениях. Минимальная толщина защитного слоя при монолитном фундаменте на бетонной подготовке - 35мм, а при ее отсутствии - 70 мм.

Площадь подошвы фундамента вычисляется с учетом деформации основания по нормативному продольному усилию N_н по формуле:

A = N_н / (R - _mH)

где N_н = N /_fm

N - расчетное продольное усилие, передаваемое колонной на фундамент. N = 2558.686 кН, _fm =1,15 - усредненный коэффициент надежности по нагрузке, N_н = 2558,686/1,15 = 2224,94 кН, Н - глубина заложения фундамента; принимаем Н = 1,5 м, _m - 20 кН/м³ - средний вес тела фундамента и грунта на его ступенях, R - условное расченое давление на грунт, равное 0,21 МПа

А = 2224,94 * 10^3/ (0,21 * 100 - 20 * 10^-3 * 150) = 123607.78 см²

Для квадратного в плане фундамента размер стороны подошвы

а₁ = b₁ =

а₁ = b₁ = = 351,58 см

Полученное значение а₁ и b₁ округляем в большую сторону кратно 30см, окончательно получаем а₁ = b₁ = 360 см.

В дальнейшем расчете принимаем площадь подошвы фундамента А_f = 3,6*3,6 = 12,96 м²

Высота фундамента Н_f определяется из условия его прочности на продавливание по поверхности пирамиды, боковые грани которой наклонены по углом 45.

При колонне квадратного сечения со стороной h_к площадь нижнего основания пирамиды продавливания равна (h_к + 2 h₀) ²

Тогда продавливающая сила

F = N - p (h_к + 2 h₀) ²

где p = N/A_f - реактивное давление грунта под подошвой фундамента

p = 2558,686*10³/12,96 = 197429,48 Н/м² = 0, 197 Мпа

Минимальная рабочая высота центрально напряженного фундамента с квадратной подошвой условия прочности на продавливание:

Для фундаментов можно принять _b2 =1,0

Полная высота фундамента Н_f = h₀+a

а = 3,5 см - так как под подошвой фундамента присутствует бетонная подготовка, тогда

Н_f = 57,19 + 3,5 = 60,69 см

Из конструктивных условий минимальная высота фундамента принимается равной

Н_f,2 = h_к+25= 50+25= 75 см

Высота фундамента в зависимости от анкеровки рабочей арматуры в фундаменте.

На основании п.5.14 СНиП 2.03.01-84^* длинна анкеровки равна

и на основании таблицы 37 СНиП 2.03.01-84^*

, Н_f,3= 100,55 см

Принимаем окончательную высоту фундамента Н_f,3 = 1100 мм

Так как Н_f,3 = 1100 мм>900 мм, то фундамент выполняем трехступенчатым с высотой нижней и средней ступени 400 мм и верхней 300 мм.

Рабочая высота фундамента равна:

h₀= Н_f -а = 1100 - 35 = 1065 мм

Рис. 20 Площадь нижнего основания продавливания равна:

(0,5+2 * 1,065) ² = 6,9169 м²

Продавливающая сила равна:

F = 2558,686 * 10³ - 0, 197 * 100 * 6,9169 *10⁴ = 1196056.7 Н = 1, 196 МН

Условие прочности на продавливание имеет вид:

F ≤ R_bt *_b2 *U_m *h₀

F= 1, 196 МН < 0,75*1*6,26*1,065 = 5,0 МН

U_m = 4 (h_к + h₀) = 4 (0,5+1,065) = 6,26 м

среднеарифметическое между периметрами верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания.

Условие прочности на продавливание выполняется.

Рис. 21. Проверим нижнюю ступень фундамента на срез:

c = (a₁ - h_к - 2h₀) * 0,5 = (3,6 - 0,5 - 2*1,065) * 0,5 = 0,485м

Условие прочности нижней ступени на срез выполняется.

Площадь сечения рабочей арматуры сетки, укладываемой по подошве фундамента, определяется из расчета на изгиб консольного выступа ступеней защемленных в массив фундамента.

Значение изгибающих моментов в этих сечениях:

М_1-1= 0,125р (а_ф - h_к) ²* b_ф М_2-2= 0,125р (а_ф - а₁) ²* b_ф М_3-3= 0,125р (а_ф - а₂) ²* b_ф М_1-1= 0,125*0, 197*100 (360 - 50) ²*360 = 851,93 кН*м

М_2-2= 0,125*0, 197*100 (360 - 130) ²*360 = 468,96 кН*м

М_3-3= 0,125*0, 197*100 (360 - 210) ²*360= 199,46 кН*м

Площадь сечения арматуры на всю ширину фундамента определяем по формулам:

А_s1= М_1-1/ (0,9R_s h₀) = 851,93 *10⁵/ 0,9 * 280 * 100 * 106.5 = 31.74 см²

А_s2= М_2-2/ (0,9R_s h₀₂) = 468,96 *10⁵/ 0,9 * 280 * 100 * (80 - 3.5) = 24.33 см²

А_s3= М_3-3/ (0,9R_s h₀₁) = 199,46 * 10⁵/ 0,9 * 280 * 100 * (40 - 3.5) = 21,69 см²

Диаметр и количество стержней на всю ширину фундамента в одном направлении подбираем по наибольшему из Аs1 и Аs2 иАs3 т.е. по Аs1 = 31.74 см²

Принимаем арматуру 14 с шагом 150 мм и два доборных шага по 80 мм.

Площадь принятой арматуры

А_s=36,936 см² > А_s^тр=31,74 см²

Так как ширина фундамента больше 3 м, то каждый второй стержень делается короче на 20%.

Рис. 22. Конструкция сетки фундамента

Литература

1. СниП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. М., Стройиздат.

2. СниП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования.М., Стройиздат.

3. СниП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений. М., Стройиздат, 1985

4. Пособие по проектированию каменных и армокаменных конструкций. М., Стройиздат 1987

5. Байков В.Н., Сигалов Э.И. Железобетонные конструкции. Общий курс", 1971 г.