Расчет и проектирование колонны среднего ряда

Колонны среднего ряда воспринимают только вертикальные нагрузки. Вертикальная сила N на колонну действует только со случайным эксцентриситетом e_a. Значение e_a принимается большим из трех величин: h/30, l₀/600 и 10 мм (где h — высота сечения колонны, l₀ - расчетная длина). Поскольку случайный эксцентриситет может быть и справа, и слева от оси, армирование колонны принимается симметричным: Аs=Аs'. В качестве основной арматуры колонны необходимо применять арматуру А300 или А400, в качестве поперечных стержней арматуру В500.

Расчетная длина колонны первого этажа l₀ определяется по формуле l₀=0,7ЧH_к. Высоту колонны H_к можно принять равной высоте этажа H_э.

l₀=0,7*5,4 = 3,78 м Для элементов прямоугольного сечения при расчетной длине l₀ < 20h и симметричной арматуре расчет на внецентренное сжатие со случайным эксцентриситетом допускается выполнять из условия:

2,61*10³? 4*10⁶

где N_ult — предельное значение продольной силы, которую может воспринять элемент, определяемое по формуле:

= 0,9* (4,25*10⁶+0, 196*10⁶) =4*10⁶ Н где A_{s, tot} — площадь всей продольной арматуры в сечении элемента,.

— коэффициент определяемый по таблице 5.1 в зависимости от отношений l₀/h=3,78/0,5 = 7,56.

Таблица 2.4.1 — Определение коэффициента

Определим значения действующих усилий в колонне первого этажа. Полное усилие в колонне первого этажа определим по формуле:

= [17,68*3 + 7,04] *6,2*7 = 2607,47 кН где.

n_эт — количество этажей здания (определено заданием); B, L — размер сетки колонн, м.

Таблица 2.4.2 — Нагрузка на колонну.

Наименование нагрузки.	Нормативное значение.	f	Расчетное значение.
1 Собственный вес пола (определено в задании).	qn1=1,35.	1,15.	q1=1,55.
2 Собственный вес плиты перекрытия.	qn2=2,63.	1,1.	q2=2,89.
3 Собственный вес ригеля, L — расстояние между ригелями в осях.	qn3=0,568.	1,1.	q3=0,624.
4 Собственный вес колонны.	qn4=0,78.	1,1.	q4=0,855.
5 Временная полная (полезная).	qn5=9,8.	1,2.	q5=11,76.
6 Собственный вес кровли (условно принимается равным собственному весу пола).	qn6=1,35.	1,15.	q6=1,55.
7 Временная снеговая для г. Улан-Удэ.	qn7=0,8.	1,4.	q7=1,12.

Расчет стержня колонны Для проверки прочности стержня колонны первоначально уточним размеры сечения колонны по формуле.

= = 0,121 м², 0,25 м²? 0,121 м²

где — коэффициент армирования сечения, первоначально можно принять равным 0,01; значение коэффициента — для данной формулы можно принять равным 1.

Для армирования колонн применяется арматура класса А500.

Требуемое значение площади арматуры можно определить по формуле:

=.

Значение получилось отрицательным потому, что армирование не требуется, но принимаем минимальное армирование.

Для армирования колонны приняли 4 стрежня d_s= 12 см², A_s = 4,52 см².

Необходимо проверить конструктивные требования при армировании сечения.

Коэффициент армирования в процентах должен быть не менее 0,1% - при и 0,25% - при .

µ = 4,52/0,25*10⁴*100% = 0,181%.

Все необходимые проверки сходятся, значит, подобраны оптимальные элементы.

Поперечная арматура в колонне устанавливается конструктивно в соответствии с требованиями: шаг поперечных стержней не более 15Чd=15*12=180 мм => шаг = 150 мм ? 500 мм. Диаметр поперечных стержней должен быть d_sw ? 0,25Чd_s,= 3 см², выбран d_sw= 5 cм². Поперечные стержни устанавливаются для обеспечения продольными стержнями устойчивости, то есть предотвратить боковое выпучивание стержней.

Расчет консоли колонны Опирание ригеля на колонну осуществляется через короткие скрытые консоли. Общий вид и армирование консоли колонны приведены на рис 2.4.1 Так как консоли имеют достаточно малые размеры, то их армирование осуществляется с помощью жесткой арматуры, состоящей из пластин 1, соединенных между собой арматурными стержнями 2, 3, 4, и закладными деталями 5.

На консоли колонны действует сосредоточенное усилие Q от опорной реакции ригеля. Действующее усилие вызывает растяжение в арматурных стержнях 2 и сжатие в пластинах 1.

Рисунок 2.4.1 — Консоль колонны.

Усилие, действующее в пластине 1 определяется по формуле:

= 325,65*10³ /0,707 = 460,6 кН, тогда требуемая площадь пластины 1 равняется:

= 460,6*10³/240*10⁶ = 19,2 см²

где R_y — расчетное сопротивление стали пластины. Для пластины используется сталь С245, тогда R_y=240МПа.

Площадь сечения пластины равняется, где t — толщина пластины, =>

t = A/h = 19,2/9,2 = 2,087 см, t/2 = 1,04 см, где.

Высота. => h = h¹*sin45⁰ = 130*sin45⁰ = 9,2 см Требуемая площадь сечения арматурных стержней 2 равняется.

где N_s — растягивающее усилие в стержне 2, определяемое по формуле.

.

Назначено 2 стержня, d_s=22 cм², A_s=7,6 см²

Нижние стержни 3 и 4 принимают обычно такого же диаметра, что и стержни 2.

Стык колонн Колонны сборного каркаса обычно изготавливают на два или один этаж. Стык колонн выполняется на расстоянии 600 мм от уровня пола.

Вид стыка колонны приведен на рисунке 2.4.2.

Рисунок 2.4.2 — Оголовок колонны.

Закладная деталь, устанавливаемая в верхней части оголовка колонны, являющаяся площадью сжатия, должна иметь размеры не более.

b_loc b/3, b_loc? 500/3, b_loc=170 мм Размер ячейки сеток косвенного армирования а больше 100 мм, считается: а = (b-40мм) /5 = 92 мм, принимаем, а = 90, округляя в меньшую сторону.

Шаг сеток косвенного армировани…

По требуемому моменту сопротивления из сортамента подбирают ближайший больший номер двутавра. Предпочтительно нормальные двутавры типа Б по ГОСТ 26 020–83.

Подобран двутавр 35Б2:

Проверку касательных напряжений в прокатных балках при отсутствии ослабления сечений, как правило, не производят из-за относительно большой толщины стенок прокатных балок.

Проверка предельного состояния второй группы прокатных балок (проверка жесткости) проводится путем сравнения относительного прогиба от нормативной нагрузки f/l с допустимым по нормам:

f/l [f/l].

Для балки на двух опорах с равномерно распределенной нагрузкой возможно применить следующую формулу:

7/208,33<0,374.

При пролете l=3м допустимый прогиб равен l/150, при l=6м — l/200, при l=12м — l/250, для промежуточных значений допустимый прогиб определяется линейной интерполяцией. (l = 7 м => l/208,33).