Проектирование железобетонных и каменных конструкций многоэтажного здания с неполным каркасом

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования РФ Тихоокеанский государственный университет Кафедра «Строительные конструкции»

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине

Железобетонные и каменные конструкции

Проектирование железобетонных и каменных конструкций многоэтажного здания с неполным каркасом

Выполнил: ст. гр. ПГС — 63

Ковалев К.

Проверил: преподаватель Ткаченко Ю.Г.

Хабаровск 2010

1. Расчет монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами

1.1 Компоновка конструктивной схемы

1.2 Расчет и конструирование монолитной плиты

1.3 Армирование рулонными сетками

1.4 Расчет второстепенной балки

1.4.1 Крайний пролет балки. Армирование пролетного сечения

1.4.2 Крайний пролет балки. Армирование опорного сечения балки

1.4.3 Расчет наклонного сечения

2. Расчет сборного балочного перекрытия

2.1 Компоновка конструктивной схемы

2.2 Конструктивный расчет

2.2.1 Расчет плиты по предельным состояниям первой группы

2.2.2 Расчет плиты по предельным состояниям второй группы

3. Расчет неразрезного ригеля

3.1 Расчет ригеля по прочности нормальных сечений при действии изгибающего момента

3.2 Расчет ригеля по прочности наклонных сечений на действие поперечной силы

3.3 Построение эпюры материалов

4. Расчет сборной железобетонной колонны первого этажа

4.1 Сбор нагрузок

4.2 Армирование колонны

5. Расчет центрально нагруженного фундамента под колонну

5.1 Размеры подошвы фундаментов

5.2 Высота фундамента

5.3 Армирование фундамента

6. Расчет кирпичного столба с сетчатым армирование

1. Расчет монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами

1.1 Компоновка конструктивной схемы

При компоновке конструктивной схемы принято, что главные балки расположены в поперечном направлении здания с шагом равным l₁ = 5,7 м, и пролетом равным l₂ = 6,4 м. Крайние главные балки с одной стороны оперты на кирпичную стену, с другой на колонну. Средние балки с двух сторон оперты на колонны. Привязка наружных кирпичных стен принята равной 250 мм от разбивочных осей до внутренних граней стен, а ширина полосы опирания плиты на стену равна 120 мм. Класс бетона для проектирования перекрытия — В20, тяжелый.

Второстепенные балки расположены вдоль здания. Расстояния между второстепенными балками назначены с учетом проектирования плиты балочного типа, и назначены в соответствии с условиями:

где n — число пролетов плиты между второстепенными балками;

Размер средних пролетов плиты принят равным 2,2 м; а крайней плиты 2,0 м.

Предварительно назначены следующие значения геометрических размеров элементов перекрытия:

— Высота и ширина главных балок:

Т.к. размеры поперечных сечений балок должны соответствовать унифицированным, то высота главной балки принята равной

принято равной 300 мм;

— Высота и ширина второстепенных балок:

принята равной 400 мм;

принята равной 200 мм.

1.2 Расчет и конструирование монолитной плиты

Толщина перекрытия, с учетом величины временной нормативной нагрузки на перекрытие равной 5 кН/м², назначена равной д = 60 мм.

Плита работает как многопролетная неразрезная балка (рис 1.1), опорами которой служат второстепенные балки и наружные кирпичные стены.

Рис. 1.1 Расчетная схема монолитной плиты перекрытия Расчетные пролеты плиты:

Нагрузка на 1 м плиты равна нагрузке на 1 м² перекрытия. Сбор нагрузок на плиту представлен в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Сбор нагрузок на плиту

С учетом коэффициента надежности по назначению для здания с II классом ответственности (г_n = 0.95) полная расчетная погонная нагрузка на 1 м плиты:

где в — условно выделенная полоса в плане перекрытия шириной 1 м.

Изгибающие моменты с учетом перераспределения усилий:

— в первом пролете и на первой промежуточной опоре:

— в средних пролетах и на средних опорах:

Т.к. для плиты отношение

то в средних пролетах, окаймленных по всему контуру балками, изгибающий момент снижен на 20%, т. е. М₂ = 1,658 кНм.

1.3 Армирование рулонными сетками

Монолитная плита армируется рулонными сетками (рис. 1.2).

Рис. 1.2 Армирование монолитной плиты рулонными сетками В соответствии с [1, 2] определены прочностные и деформативные характеристики бетона и используемой арматуры:

— арматура А240 — расчетное значение сопротивления арматуры растяжению R_s = 215 МПа;

— бетон тяжелый В20 — сопротивление бетона сжатию R_b = 10,35 МПа, (c учетом коэффициента работы бетона при длительном действии нагрузки г_b1 = 0,9), R_bt = 0,9 • 0,9 = 0,81 МПа.

1.3.1 Подбор сечений продольной арматуры сеток для среднего пролета C₁

где h₀ — величина сжатого слоя сечения, равная:

где, а — условна заданная половина диаметра стержней сетки;

Проверка условия :

о — относительная высота сжатой зоны бетона:

Условие выполняется: .

.

Требуемая площадь арматуры:

Принимаем арматурную сетку С1 № 18,

1.3.2 Подбор сечений продольной арматуры сеток для крайнего пролета C₂

Для экономии арматуры, крайний пролет рассчитывается на разность моментов:

;

где М_{U (C1)} — несущая способность сетки С₁.

68 418−51 040=17378 Н/м Принимаем С2 № 12 ,

1.4 Расчет второстепенной балки

За расчетную схему второстепенной балки принимается многопролетная неразрезная балка, опирающаяся на стену и главные балки (рис. 1.3.).

Расчетные пролеты второстепенной балки:

Сбор нагрузок на второстепенную балку:

— нагрузка от веса плиты и конструкции пола:

— собственный вес балки:

где h_В.Б. — высота второстепенной балки;

д — толщина плиты перекрытия;

в_В.Б. — ширина второстепенной балки;

с — удельный вес тяжелого бетона;

— временные нагрузки:

Итого нагрузка с учетом коэффициента надежности по назначению здания:

Изгибающие моменты с учетом перераспределения усилий в балке:

Поперечные силы:

1.4.1 Крайний пролет балки. Армирование пролетного сечения Геометрические параметры продольного сечений балки Рис. 1.4 Геометрические параметры продольного сечения балки Назначена ширина полки в'_f = 2008 мм.

Проверка положения нейтральной оси в сечении:

где h₀ — величина сжатой зоны бетона, назначенная предварительно:

Условие выполнено, таким образом дальнейший расчет произведен как расчет для прямоугольного сечения.

Проверка условия :

.

Требуемая площадь арматуры:

По сортаменту арматуры принято 3 стержня диаметром d = 18 мм, с расчетной площадью поперечного сечения при всем количестве стержней A_S = 763 мм².

1.4.2 Крайний пролет балки. Армирование опорного сечения балки

.

Требуемая площадь арматуры:

По сортаменту арматуры принято 5 стержней диаметром d = 12 мм, с расчетной площадью поперечного сечения при всем количестве стержней A_S = 565 мм².

2. Расчет сборного балочного перекрытия

Данные для проектирования:

— класс бетона — В30;

— класс предварительно напрягаемой арматуры — К-7;

— тип плиты перекрытия — ребристая.

2.1 Компоновка конструктивной схемы

При компоновке конструктивной схемы принято поперечное направление ригелей. Номинальная ширина плиты назначена в соответствии с условием:

где n — количество ребристых плит перекрытия в пролете главной балки.

Геометрические размеры ребристой плиты перекрытия:

с целью унифицирования размеров к стандартам, высота плиты принята равной 300 мм.

Расчетная схема плиты перекрытия представляет неразрезную шарнирно опертую балку с равномерно распределенной нагрузкой от собственного веса конструкции, конструкции пола, и временной нагрузки (рис. 2.3). Все нормативные и расчетные нагрузки, действующие на плиту представлены в табл. 2.1. Расчетный пролет плиты при опирании на ригель высчитан по формуле:

где в_р — ширина ригеля, равная 250 мм.

Рис. 2.3 Расчетная схема плиты перекрытия Таблица 2.1

Сбор нагрузок на плиту

Нагрузка на плиту для расчета по первой группе предельных состояний равняется:

Нагрузка на плиту для расчета по второй группе предельных состояний:

длительнодействующая:

Расчет по первой группе предельных состояний.

1)

Расчет по второй группе предельных состояний.

1)

2) От длительнодействующей нагрузки:

2.2 Конструктивный расчет

Для дальнейшего расчета в соответствии с выписаны следующие нормативные характеристики материалов:

— арматура предварительно напряженная К-7:

расчетное сопротивление арматуры растяжению R_S =1110 МПа;

нормативное сопротивление арматуры R_sn = 1335 МПа;

модуль упругости арматуры Е_S = 180 000 МПа;

— бетон легкий В30:

расчетное сопротивление бетона осевому сжатию R_b = 15,3 МПа;

нормативное сопротивление бетона осевому сжатию R_bn = 22 МПа;

расчетное сопротивление бетона осевому растяжению R_bt = 1,08 МПа;

начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении E_b = 19 500 МПа.

2.2.1 Расчет плиты по предельным состояниям первой группы Расчетная схема плиты перекрытия сводиться к расчету эквивалентного таврового сечения.

Расчет прочности нормального сечения на действие изгибающего момента.

1) Ширина полки:

Ширина полки принята равной 1560 мм.

2) Определение положения нейтральной оси

;

Нейтральная ось проходит через полку. Расчет ведется для таврового сечения.

3)

Проверка условия

:

где У_{в, ult} — относительные деформации сжатого бетона при напряжении R_в, равные 0,0035 МПа;

У_{S, el} — относительные деформации арматуры растянутой зоны, вызванные внешней нагрузкой при достижении в этой арматуре напряжения, равного R_S:

у_SP — величина предварительного напряжения арматуры с учетом всех потерь, принимаемая равной:

?у_SP — потери предварительного напряжения, принятые равными 100 МПа.

Условие выполняется: .

Требуемая площадь предварительно напряженной арматуры:

где г_S3 — коэффициент условия работы бетона, определенный из соотношения:

т.о. г_S3 принято равным 1,1.

По сортаменту арматуры принято 2 стержня диаметром 12 мм, с площадью поперечного сечения стержней А_S = 181,2 мм².

Расчет прочности наклонного сечения при действии поперечной силы

1) При расчете по сжатой полосе между наклонными трещинами необходимо выполнение условия:

;

Условие выполняется.

2) Расчет наклонного сечения на действие поперечной силы.

Требуемая площадь поперечных стержней арматуры:

где S_W — шаг поперечных стержней в плите, принятое в соответствии с условиями:

принято S_W = 100 мм.

R_SW — расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению, при классе арматуры В500 R_SW = 265 МПа.

По сортаменту арматуры принято 2 стержня диаметром 3 мм, с площадью поперечного сечения стержней А_S = 14,1 мм²

Расчет полки на местный изгиб Для расчета из полки плиты выделена полоса шириной 1 м. Расчетный пролет согласно рис. 2.5:

где — общая ширина ребер плиты, ширина одного ребра в_р = 70 мм:

Расчетная нагрузка на 1 м² полки толщиной 50 мм от собственного веса, веса конструкции пола и временной нагрузки равна? q_(м2) = 7,82кН/м².

Рис. 2.5 Расчет полки на местный изгиб Изгибающий момент для полосы шириной 1 м с учетом частичной заделки полки плиты в ребрах определена по формуле:

Рабочая высота расчетного сечения прямоугольного профиля найдена как:

где, а — величина защитного слоя бетона, принятая равной 15 мм.

Подбор сечения поперечной рабочей арматуры сетки:

По сортаменту арматуры принято 10 стержней диаметром 4 мм, с площадью поперечного сечения стержней A_S = 126 мм², и шагом 100 мм.

С помощью компьютерной программы получены следующие данные:

— площадь приведенного сечения ;

— расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения

;

— момент инерции приведенного сечения ;

— момент сопротивления приведенного сечения по нижней зоне

— момент сопротивления приведенного сечения по верхней зоне

— упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне

— упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне в стадии изготовления и монтажа

— плечо внутренней пары сил при непродолжительном действии нагрузок

— плечо внутренней пары сил при продолжительном действии нагрузок

— коэффициент, учитывающий работу свесов сжатой полки

— суммарная ширина ребер приведенного сечения при расчете по второй группе предельных состояний

— относительная высота сжатой зоны при продолжительном действии нагрузок

2.2.2 Расчет плиты по предельным состояниям второй группы Расчет плиты по предельным состояниям второй группы производится с целью проверки удовлетворений требований плиты по трещиностойкости и по допустимому прогибу плиты.

Расчет железобетонных элементов произведен по непродолжительному и продолжительному раскрытию трещин.

Непродолжительное раскрытие трещин определено от совместного действия постоянных и временных (длительных и кратковременных) нагрузок, продолжительное — только от постоянных и временных длительных нагрузок.

Расчет плиты на трещиностойкость При расчете на раскрытие трещин должно соблюдаться условие:

М < M_crc

где М — изгибающий момент от внешней нагрузки;

M_crc — изгибающий момент, воспринимаемый нормальным сечением элемента при образовании трещин.

Для того чтобы найти изгибающие момент, воспринимаемый нормальным сечением элемента при образовании трещин M_crc, необходимо найти все потери предварительно напряженной конструкции плиты.

При расчете предварительно напряженных конструкций учтены снижение предварительных напряжений вследствие потерь предварительного напряжения до передачи усилий натяжения на бетон (первые потери) и после передачи усилия натяжения на бетон (вторые потери).

Первые потери:

1) Потери от релаксации напряжений арматуры Вр1400 при механическом способе натяжения:

; ;

2) Потери от температурного перепада

;

3) Потери от деформаций стальной формы (упоров) ;

4) Потери от деформации анкеров натяжных устройств:

;

где Дl — обжатие анкеров, принятое равным 3,05 мм;

l — расстояние между наружными гранями упоров, принимаемое равным:

где l_n — шаг колонн в продольном направлении, равный 5,7 м.

Вторые потери:

5) Потери от усадки бетона:

;

6) Потери от быстронатекающей ползучести бетона:

Нагрузка от собственной массы плиты:

q_w=2,205· 1,6=3,53кН/м

M_w= q_wl₀²/8=3,53· 5,575²/8=13,71кНм Напряжение на уровне растянутой арматуры:

;y=e_op

Напряжение на уровне крайнего сжатого волокна:

y=h-y₀=300−226=74

Передаточная прочность бетона, при которой возможен отпуск арматуры при предварительном напряжении, назначена из условий:

от класса бетона по прочности на сжатие;

принято

Потери от быстронатекающей ползучести:

На уровне растянутой арматуры:

На уровне крайнего жатого волокна

Первые потери составляют:

Усилие обжатия:

; ;

Максимальное сжимающее напряжение в бетоне от действия силы P₁:

у=y_o=226мм

;

7) Потери от ползучести:

На уровне растянутой арматуры:

На уровне крайнего сжатого волокна:

Вторые потери:

Полные потери:

Проверка на образование трещин:

где R_{вt, ser} — расчетное значение сопротивления бетона на осевое растяжение, равное 1,2 МПа для бетона В30;

Р₍₂₎ — усилие в напрягаемой арматуре с учетом полных потерь:

;

Максимальное напряжение в сжатом бетоне:

;

Проверим образование верхних начальных трещин:

— верхних трещин нет Условие М < M_crc не выполняется (47,18 > 44,21), т.о. необходим расчет по раскрытию трещин нормальных к продольной оси, и сравнение ширины раскрытия трещин с предельно допустимой.

Расчет по раскрытию трещин нормальных к продольной оси Приращение напряжений в растянутой арматуре от непродолжительного действия полной нагрузки (M=M_tot=47,18кНм; z=240мм)

M=M_l=38,32кНм

M=M_l=38,32кНм, z=233мм Ширина раскрытия нормальных трещин определяется по формуле:

=0,27 мм;

От непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузок:

От продолжительного действия постоянной и длительной нагрузок:

Ширина непродолжительного раскрытия трещин:

Ширина продолжительного раскрытия трещин:

Расчет прогиба плиты Расчет изгибаемых элементов по прогибам производен из условия:

где f — прогиб элемента от действия внешней нагрузки;

f_ult — значение предельно допустимого прогиба.

Расчет прогиба плиты выполняем с учетом раскрытия трещин от действия постоянной и длительной нагрузок (M=M_l=38,32кНм).

N_tot=P₂=145,1 кН

e_{s, tot}=M/N_tot=38,32· 10⁶/145,1·10³ = 264 мм

M_r=M_l=38,32кНм

e_{s, tot}/h_o=264/270 = 0,98<1,2/ц_ls=1,2/0,8=1,5

e_{s, tot}/h_o=1,5

v=0,15

;

=3,02· 10^-6мм^-1

Допустимый прогиб плиты:

Условие выполняется, фактический прогиб плиты не превышает предельно допустимого.

С помощью компьютерной программы получены уточненные размеры сечения ригеля, и ординаты огибающих эпюр, приведенные в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Ординаты огибающих эпюр

Расстояния от опор до сечений с максимальными моментами:

х₁ = 2,74 м; х₂ = 3,26 м.

Принятая компоновка сборного балочного перекрытия приведена на листе № 2 чертежей формата А1.

железобетонный каменный конструкция здание

3. Расчет неразрезного ригеля

Неразрезной ригель многопролетного перекрытия представляет собой элемент рамной конструкции. При свободном опирании концов ригеля на наружные стены и равных пролетах ригель рассматривается как неразрезная балка.

Данные для проектирования ригеля:

— бетон — тяжелый В30, R_в = 15,3 МПа;

— продольная рабочая арматура — А300 ненапрягаемая, R_S = 280 МПа.

3.1 Расчет ригеля по прочности нормальных сечений при действии изгибающего момента

Сечение верхней и нижней рабочей арматуры ригеля подобрано с учетом огибающих эпюр изгибающих моментов.

Cечение в пролете ()

;

где

;

;

где

; ;

Условие выполняется.

Требуемая площадь нижней арматуры:

По сортаменту подобрано 4 стержня диаметром 25 мм с фактической площадью — 1963 мм².

Сечение на опоре ()

где

;

Условие выполняется (0,157 < 0,583).

Требуемая площадь верхней арматуры:

По сортаменту подобрано 2 стержня диаметром 28 мм, с фактической площадью всех стержней — 1232 мм².

Монтажную арматуру принимаем 2 Ш12 A300 (A_s=226мм²)

3.2 Расчет ригеля по прочности наклонных сечений на действие поперечной силы ()

;

где ;

где R_bt — расчетное значение сопротивления бетона для предельных состояний первой группы, при классе бетона по прочности на сжатие В30.

Нагрузка: ;

то интенсивность поперечного армирования найдена по формуле:

Поскольку 38,75>31,37, то принимаем

;

Условие не выполняется, корректируем значение :

Определение шага поперечной арматуры:

Проверка максимального шага S₁:

Принято: S₁ = 150 мм; S₂ = 370 мм.

Подбор диаметра поперечной арматуры Для армирования ригеля в поперечном направлении принята арматура А240, с расчетным сопротивлением поперечной арматуры растяжению R_sw = 175 МПа.

Требуемая площадь сечения арматуры:

Принято 2 стержня, диаметром 8 мм (с учетом диаметра продольной арматуры), с фактической площадью поперечных стержней 101 мм² .

При назначении длины части ригеля L₁, на котором будет установлена поперечная арматура, необходимо удовлетворить расчетные и конструктивные требования.

Расчетное требование

;

Условие не выполняется, значит, требуется корректировка.

;

Поскольку

с вычисляем по формуле:

но не более. Принимаем с=1,71.

Тогда

.

Принимаем .

Принята длина участка на котором поперечная арматура установлена с шагом S₁, равная 1,6 м.

Проверяю прочность по наклонной полосе ригеля между наклонными трещинами:

м_w = A_sw / bs = 101 / 250· 150 = 0,269

б = Es/Eb = 6,46

ц_w1 = 1 + 5*б* м_w = 1 + 5*6,46*0,269 = 1,087

ц_b1 = 1 — в* R_b = 1 — 0,01*15,3 = 0,9847

0,3*ц_w1*ц_b1*R_b*b*h₀ = 638,63 > Qmax

3.3 Построение эпюры материалов

1) Несущая способность нижних 4 стержней Высота сжатой зоны бетона определена по формуле:

где

;

Верхние стержни арматуры нижнего сечения, в целях экономии материла арматуры, устанавливаются только в средней части ригеля.

2) Несущая способность нижних 2 стержней

;

;

3) Несущая способность верхних стержней

4) Несущая способность монтажных верхних стержней Верхние стержни в сечении ригеля в целях экономии материала установлены только в местах с наибольшими усилиями моментов. На остальном участке ригеля установлена монтажная арматура диаметром 12 мм, класса А300. Соединение стержней происходит встык, при помощи ванной сварки.

;

Требуемая длина анкеровки для нижней арматуры :

Требуемая длина анкеровки для верхней арматуры у опоры :

4. Расчет сборной железобетонной колонны первого этажа

Данные для проектирования:

— Высота этажа — 4.2 м;

— Количество этажей — 6;

— Класс бетона для сборных конструкций — В30;

— Класс арматуры сборных ненапрягаемых конструкций — А300;

— Район строительства — г. Саратов.

4.1 Сбор нагрузок

При проектировании средней колонны первого этажа учтены все нагрузки, действующие на колонну, а также учтено, что грузовая площадь равна произведению шага колонн в продольном и поперечном направлениях здания:

Грузовая площадь:

При сборе нагрузок постоянная расчетная нагрузка от веса плит покрытия и кровли без учета коэффициента по нагрузке г_f принята равной 5 кН/м²

Снеговая нагрузка соответствует заданному району строительства ;

г. Саратов. (III снеговой район)

I. Постоянные нагрузки

1) Нагрузка от перекрытия:

где q — расчетная нагрузка от конструкции пола и плит перекрытия;

2) Нагрузка от собственного веса ригеля где с — объемный вес железобетона, равный для тяжелого бетона 25 кН/м³;

г_f — коэффициент надежности по материалу, равный 1,1.

3) Нагрузка от собственного веса колонн где h_к, b_к — предварительно назначенное сечение колонны, принятые равным 400×400 мм.

Итого: 121,5+22,99+17,56=162,05кН

4) Нагрузка от плит покрытия и кровли:

тоже, с учетом нагрузки от ригеля и колонн верхних этажей:

173,28+22,99+17,56=213,83кН

II. Временные нагрузки

5) Длительная нагрузка где р_l — длительная нагрузка на перекрытие.

6) Кратковременная нагрузка на перекрытие где p_sh — кратковременная нагрузка на перекрытие.

7) Снеговая нагрузка:

где S₀ — расчетное значение снеговой нагрузки, принятое в соответствии с [5], равное 1кПа (г.Саратов);

— коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,4;

в том числе длительная составляющая:

Полное значение нагрузки на колонну:

Длительнодействующая нагрузка на колонну:

4.2 Армирование колонны

1) Продольная арматура.

Принимаем предварительно коэффициент

Требуемая площадь арматуры в сечении колонны определена по формуле:

где — площадь бетонного сечения, равная:

По сортаменту арматуры подобрано 4 стержня диаметром 16 мм, с фактической площадью .

;

По полученным значениям в соответствии с найдено значение .

Коэффициент принят равным 0,914.

Уточнен коэффициент

;

Коэффициент отличается от коэффициента меньше чем на 10%, т.о. перерасчет не требуется.

Несущая способность колонны должна удовлетворять требованию:

Т.о. прочность колонны обеспечена.

Проверка процента армирования:

> 0,4- требование выполнено.

2) Поперечная арматура.

Для устройства поперечной арматуры принята арматура класса В500. Из условий свариваемости назначен диаметр арматуры — 4 мм.

При назначении шага поперечной арматуры учтены конструктивные требования:

; Принят шаг S = 300 мм.

5. Расчет центрально нагруженного фундамента под колонну

Данные для проектирования:

— Класс бетона для фундамента — В20 R_bt = 0,81 МПа;

— Класс арматуры фундамента — А240 R_s = 225 МПа;

— Глубина заложения фундамента — Н_d = 1,4 м;

— Условное расчетное сопротивление грунта — R₀ = 0,25 МПа.

5.1 Размеры подошвы фундамента

где Nⁿ — нормативная усилие от колонны, с учетом среднего значения коэффициента надежности по нагрузке = 1,15:

;

— средний вес единицы объема бетона фундамента и грунта на обрезах, принятый равным 20 кН/м³.

Размер стороны квадратной подошвы фундамента:

При принятии стороны квадратной подошвы фундамента равной 2,9 м.

5.2 Высота фундамента

Рабочая высота фундамента определена из трех условий:

1. Из условия прочности на продавливание:

где Р — давление под подошвой фундамента от расчетной нагрузки:

Полная высота фундамента:

где, а — величина защитного слоя, предварительно назначенная равной 50 мм.

2. Из условия заделки колонны в фундаменте с учетом толщины дна стакана и зазора между колонной и дном стакана фундамента

3. Из условия анкеровки сжатой арматуры колонны в стакане фундамента.

Полная высота фундамента:

где h_ан — высота анкеровки арматуры колонны, принимаем ;

По условиям унификации принята высота фундамент равная 850 мм. Т.к. высота фундамента не более чем 900 мм, то необходимое количество ступеней — 2. Высота нижней ступени. С учетом бетонной подготовки под подошвой фундамента будем иметь рабочую высоту

и для первой ступени

Проверка нижней ступени на поперечную силу без постановки поперечной арматуры (для единицы ширины этого сечения):

т.к.

прочность нижней ступени по наклонному сечению обеспечена.

5.3 Армирование фундамента

Фундамент армируется в плитной части арматурной сеткой с рабочей арматурой в двух направлениях.

Площадь сечения арматуры подошвы фундамента определяется из условия расчета фундамента на изгиб в 2-х сечениях.

Изгибающий момент в каждом сечении:

Требуемые площади арматуры в каждом сечении:

Для дальнейшего подбора арматурной сетки принята максимальная требуемая площадь поперечного сечения арматуры.

Назначен шаг установки арматуры в сетке S = 200 мм.

По сортаменту арматуры подобраны 15 стержней арматуры диаметром 18 мм, с фактической площадью А_S = 3817 мм².

6. Расчет кирпичного столба с сетчатым армированием

Данные для проектирования:

— кирпич — глиняный полнотелый пластического прессования;

— расчетная продольная сила — N = 810 кН;

— расчетная продольная сила от длительнодействующей нагрузки — N_g = 669 кН;

— эксцентриситет продольной силы относительно центра тяжести сечения — е₀ = 5,6 см;

— расчетная высота столба ;

l₀ = Н = 4,2 м.

6.1 Определение размеров сечения кирпичного столба:

;

где — величина средних напряжений в кладке, принятая равной 2,5 МПа.

Принятые размеры сечения

;

Т.к. е₀ < 0,17h (56<109), то кирпичный столб можно проектировать с сетчатым армированием.

Максимальные напряжения в кладке с принятыми размерами сечения найдены по формуле:

;

где А_с — площадь сжатой части сечения, определенная по формуле:

;

— предварительно назначенный коэффициент продольного изгиба;

; .

Расчетное сопротивление неармированной кладки сжатию:

;

По полученному значению расчетного сопротивления неармированной кладки в соответствии с табл.2 [7], определена марка кирпича и марка раствора (при R =2,2 МПа):

— марка кирпича — 150;

— марка раствора — 100.

Т.к. площадь сечения столба, А > 0,3 м², то согласно п. 3.11 корректировка расчетного сопротивления кладки не требуется.

Для армирования кирпичного столба принята арматура класса В500 диаметром стержней 5 мм (площадь сечения A_st = 19,6 мм²), с расчетным сопротивление растяжению R_s =360 МПа. Расчетное сопротивление с учетом коэффициента: .

Требуемый процент армирования кладки, определен по формуле:

где = =3,34 МПа.

Назначен шаг по высоте кирпичного столба, равный S = 158 мм (кирпичный столб армируется через каждые 2 ряда кладки).

Размер ячейки сетки :

Принят шаг с = 60 мм.

Фактический процент армирования:

;

;

Т.о. требование по проценту армирования выполнено.

Фактическая несущая способность кирпичного столба с сетчатым армированием:

где m_g = 1, при условии, что

Расчетное сопротивление армированной кирпичной кладки:

Необходимо выполнение условия:

Упругая характеристика кладки с сетчатым армированием:

где R_u — временное сопротивление кладки сжатию, найденное по формуле:

где k — коэффициент принятый равным 2 для кладки из кирпичей;

;

;

где — коэффициент продольного изгиба для всего сечения высотой h в плоскости действия изгибающего момента, принятый в соответствии с табл. 18 [7], в зависимости от гибкости и упругой характеристики кладки, равным 1;

— коэффициент продольного изгиба для сжатой зоны сечения высотой h_с в плоскости действия изгибающего момента, принятый в соответствии с табл. 18 [7], в зависимости от гибкости и упругой характеристики кладки, равный 0,99.

;

;

;

Необходимо выполнения условия: — условие выполнено.

При всех найденных значениях несущая способность кирпичного столба равна:

Прочность кирпичного столба обеспечена.

1. СП 52−101−2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры»; ГУП «НИИЖБ; Госстрой России.

2. СНиП 2.03.01−84* «Бетонные и железобетонные конструкции»; ГОССТРОЙ СССР

3. СП 52−102−2004 «Предварительно напряженные железобетонные конструкции»; ГУП «НИИЖБ; Госстрой России.

4. «Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжело бетона» (к СП 52−102−2004); НИИЖБ

5. СНиП 2.01.07−85* «Нагрузки и воздействия»; Министерство строительства РФ; Москва, 1996 г.

6. «Пособие проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры» (к СП 52−101−2003); НИИЖБ; Москва, 2005 г.

7. Байков В. Н., Сигалов Э. Е. «Железобетонные конструкции» Общий курсМ.: Стройиздат, 1985.

8. СНиП II-22−81 «Каменные и армокаменные конструкции».