Расчет колонны и фундамента под колонну

 

Введение 

   Современные многоэтажные здания представляют собой  сложные пространственные системы, состоящие из различных элементов  и соединений, параметры которых  изменяются в процессе нагружения. Расчет таких зданий с учетом всех их конструктивных особенностей, характера  воздействий является очень трудной  задачей.

   Поэтому реальное сооружение в расчетах заменяется некоторыми идеализированными схемами, с той или иной полнотой отражающими  действительную работу сооружения. Степень идеализации зависит от целей расчета, полноты и достоверности исходных данных и т. п.

   При проектировании даже при учете только основных особенностей деформирования многоэтажных зданий их расчет производят с помощью ЭВМ. Для целого ряда конкретных сооружений и видов воздействий  оказывается возможным использовать еще более упрощенные схемы, например, пространственную систему здания расчленять на части, каждая из которых рассчитывается независимо от приложенных к ней воздействий как плоская система. В этих случаях для расчета могут использоваться хорошо известные проектировщикам инженерные методы расчета и вспомогательные таблицы. Такой подход оказывается необходимым для предварительной приближенной оценки усилий, возникающих в элементах здания, а во многих случаях он обеспечивает достаточную точность. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1. Компоновка балочного  сборного перекрытия 

   1.1 Конструктивные схемы  зданий 

   Балочные  сборные перекрытия состоят из плит перекрытия и поддерживающих их ригелей (балок), образующих вместе с колонами несущий каркас здания. Направление ригелей может быть продольным или поперечным. В зданиях с неполным каркасом ригели в крайних пролетах опираются на наружные несущие стены и промежуточные опоры – колонны. Ригеля и перекрытия вместе с колоннами образуют рамы. Количество пролетов перекрытия зависит от назначения здания и может составлять в поперечном направлении от двух-трех пролетов в жилищно-гражданских зданиях до пяти-шести пролетов в промышленных зданиях. В продольном направлении количество пролетов определяется в зависимости от общей длины здания, расстояния между температурными швами и размеров продольных пролетов.

   Выбор колонн, установление количества пролетов и направление ригелей представляет собой задачу компоновки конструктивной схемы перекрытия. В процессе проектирования компоновка конструктивной схемы перекрытия производится в зависимости от ряда факторов:

   Назначение  здания: следует принимать во внимание назначение здания, его архитектурно-планировочное решение, величину полезной нагрузки и технические требования по расстановке оборудования.

   Общая компоновка конструкции  всего здания: при необходимости обеспечить пространственную жесткость здания в поперечном направлении рамами с жесткими узлами принимают поперечное направление ригелей. Продольное направление ригелей назначают преимущественно в жилищно-гражданских зданиях (по планировочным соображениям).

   Технико-экономические  показатели конструкции перекрытия: конструктивная схема перекрытия должна быть скомпонована так, чтобы получить наиболее экономичное решение, при котором объем бетона и вес арматуры был бы наименьшим. При этом следует учитывать еще и такие технико-экономические требования, как необходимость установления минимального количества типоразмеров плит и ригелей перекрытия, с предельно увеличенным весом и габаритами. 

    1.2 Конструкция плит

   Плиты перекрытий с целью уменьшения их веса производятся с пустотами или  выступающими ребрами в поперечном сечении. Для удаления бетона из растянутой зоны сечения сохраняются лишь ребра шириной , необходимой для размещения сварных каркасов и обеспечения прочности по наклонному сечению. При этом плиты вдоль своего пролета между ригелями работают на изгиб, как балки таврового сечения. Верхняя сжатая полка сечения плиты работает также на местный изгиб между ребрами. Нижняя полка в растянутой зоне сечения, образующая замкнутую пустоту, создается при необходимости устройства гладкого потолка.

   Таким образом, общий принцип проектирования плит любой формы поперечного  сечения заключается в удалении возможно большего объема бетона из растянутой зоны с сохранением вертикальных ребер, обеспечивающих прочность элемента по максимальному сечению, и в увязке с технологическими условиями завода-изготовителя. 
 

   По  форме поперечного сечения основные виды плит могут быть: в основном с круглыми пустотами, ребристые  с ребрами вниз, сплошные.

   Плиты армирующие сварными сетками и сварными каркасами. Нижняя продольная арматура плит является основной работой; она располагается в ребрах, а в многопустотных плитах – также и между ребрами. 

    1.3 Данные для расчета

Основными исходными данными при выполнении курсового проекта являются:

       размеры здания в плане – 16,8×35,8 м;

       конструкция стен – кирпичные  толщиной 510 мм;

       нормативная полезная нагрузка – 4,8 кН/м²;

       высота этажа 3,8 м;

       количество этажей 6;

       район строительства – Гомель;

       грунты – супесь.

       шаг колонн:

       в поперечном направлении:  5,55-5,7-5,55;

      в продольном направлении:  5,9-4∙6,0-5,9;

       ширина плиты 1,0м, монолит 700 мм.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2. Расчет  ребристой  плиты перекрытия

   2.1 Расчетный пролет  и нагрузки

   Для установления расчетного пролета плиты  предварительно задаемся размерами  сечения ригеля из условия

 h=(1/10 - 1/15)∙l=(1/10 - 1/15)∙5700≈500 мм

 b=(0,3 - 0,5)∙h=(0,3 - 0,5)∙500≈250 мм

   При опирании плит на ригель поверху, что  имеет место в данном проекте, расчетный пролет составит

l₀=l - (b/2+a)=6000 - (250/2-5)=5880 мм=5,88 м

Нагрузка  на плиту перекрытия складывается из постоянной, состоящей из собственного веса перекрытия и переменной согласно выданного задания q_k=4,8кН/м² при частном коэффициенте безопасности для нагрузки  γ_F=1,5.

Подсчет нагрузки на 1 м² плиты сводим в таблицу 2.1. 

   Таблица 2.1Нормативная и расчетная нагрузки

    

  При  номинальной ширине плиты 1,0 м нагрузка на 1 м.п. составит:

p_d=10,006∙1,0=10,006 кН/м 
 
 

     Расчетная схема плиты представляет  собой однопролетную свободно  лежащую балку без учета частичного  защемления, загруженную нагрузкой  от собственного веса, веса конструкции пола и переменной полезной нагрузкой (рисунок 2.1)

 
Рис. 2.1 Расчетная схема плиты 

   При данной схеме загружения максимальное значение изгибающего момента и  поперечной силы будут соответственно равны:

    

   2.2 Установление размеров  сечения плиты

Высота  сечения плиты устанавливается  из условия жесткости: 

   Принимаем высоту сечения плиты h=300 мм.

   Тогда рабочая высота сечения при с=30 мм составит:

d=h - c=300 - 30=270 мм=27 см

   Ширина  продольных ребер понизу 75 мм; ширина средних ребер понизу 50 мм; поверху 100 мм; толщина полки 30 мм. 

   Суммарная ширина ребер:

b_ω=2∙75=150 мм

     Ширина полки,  вводимая в расчет,  устанавливается в зависимости  от заделки швов между плитами.  При достаточной заделке в  расчет вводится номинальная  ширина плиты 1000 мм.

   При отсутствии требуемой заделки, что  имеет место в данном курсовом проекте, в расчет вводится конструктивная ширина верхней полки, то есть b_f'^'=990-2∙15=960 мм. 

   2.3 Назначение материалов

   Ребристая предварительно напряженная плита  армируется стержневой арматурой с  электротермическим напряжением на упоры форм.

   Согласно  норм проектирования СНБ 5.03.01-02”Бетонные  и железобетонные конструкции”,( п.6.1.2.3, с.21) с учетом изменения №5 (п.6.1.2.3, с.1) устанавливаются следующие материалы:

   Бетон тяжелый класса  С16/20, для которого:

= 16 МПа – нормативное сопротивление бетона осевому сжатию;

– расчетное сопротивление сжатию;

  = 1,3 МПа – нормативное сопротивление бетона осевому сжатию соответствующее 5% квантилю статистического распределения прочности;

МПа – средняя прочность бетона на осевое растяжение;

 – расчетное сопротивление  при растяжении;

γ_с - частный коэффициент безопасности для бетона;

Модуль  деформации бетона Е_сm=35∙10³∙0,9=31,5∙10³ МПа.

   Арматура  напрягаемая класса S800:

f_pk=800 МПа- нормативное сопротивление арматуры;

f_pd=f_pk/γ_s=800/1,25=640 МПа – расчетное сопротивление напрягаемой арматуры;

 γ_s – частный коэффициент безопасности для напрягаемой арматуры.

   Арматура  класса S500:

f_yk=500 МПа – нормативное сопротивление арматуры;

f_yd=f_yk/ γ_s=500/1,15=435 МПа – расчетное сопротивление арматуры;

γ_s =1,15- частный коэффициент безопасности для арматуры при диаметре 6-22мм.

   Арматура класса S240:

f_yk=240 МПа – нормативное сопротивление арматуры;

f_yd=f_yk/ γ_s=240/1,1=218 МПа – расчетное сопротивление арматуры;

f_ywd=174 МПа – расчетное сопротивление поперечной арматуры.

   Арматура  класса S500 (проволока):

f_yk=500  МПа – нормативное сопротивление арматуры;

f_yd=f_yk/ γ_s=500/1,2=417  МПа;

f_ywd=300  МПа – расчетное сопротивление поперечной арматуры.

Модуль  упругости арматуры Е_s=200 кН/мм². 
 
 
 

2.4 Расчет полки плиты

Полка рассматривается как многопролетная неразрезная. При толщине 30 мм ее расчет ведется с учетом перераспределения усилий от развития пластических деформаций.

      Расчетный пролет  l₀=l₁-b=0,99-0,1=0,89 м. Полная расчетная нагрузка с учетом собственного веса полки будет равна: