Розрахунок і конструювання монолітної залізо-бетонної колони і фундаменту

 

Умова задовольняється, міцність забезпечується.

 

 

 

 

2.7 Розрахунок і конструювання опорного ребра головної балки.

Принципове конструктивне вирішення опорного ребра балки у вузлі обпирання на опорний столик колони наведено на рис, а у вузлі обпирання на монолітну опорну подушку – на рис.

 

Уточнюємо навантаження від головної балки із двотавра номер 35Б2 масою що при ширині вантажної площі що еквівалентно розподіленому поверхневому навантаженню:

 

що менше  від попередньо прийнятої величини

Уточнене  значення величини  поперечної сили (див. п.3.1):

 

 

2.7.1 Розрахунок опорного ребра у випадку обпирання на опорний столик.

Розміри опорного ребра визначимо з умови  міцності на зминання його торцевої поверхні. Розрахунковий опір листової сталі класу С245 товщиною 2-10 мм. (табл. 51 Норм [1]) Ширину опорного ребра приймаємо рівною ширині пояса балки   (див. сортамент). Тоді необхідна товщина ребра, якщо :

 

Із конструктивних міркувань товщину опорного ребра  головної балки приймаємо не менше, ніж товщина стінки, тобто  Остаточно приймаємо

2.7.2  Розрахунок зварних швів прикріплення опорного ребра до стінки балки.

Приймаємо зварювання ручне, електродами типу Е46 для сталі класу С245 (табл. 55* Норм [1]). Розрахунковий опір металу кутового зварного шва (табл. 56* Норм [1]). Розрахунковий опір металу межі сплавлення обчислюємо:

 

де R_un – нормативний опір листового прокату при товщині деталі до 10мм. із сталі класу С245 (табл. 56* Норм [1]).

Перевіряємо вид роботи швів, виходячи з умови:

 

Коефіцієнт  - для ручного зварювання (табл. 34* Норм [1]). Коефіцієнти для всіх конструкцій крім тих, які споруджуються в районах з кліматом нижче -40⁰С. Таким чином:

 

 

Умова виконується. Менш міцним є матеріал шва, тому розрахунок параметрів швів ведемо, виходячи з  умови міцності металу шва. Довжину  зварного шва L_w приймаємо рівною висоті стінки головної балки (рис 3.4). При кількості зварних швів необхідний катет шва із умови зрізування опорною реакцією допускаючи, що обчислюємо за формулою:

 

Із конструктивних міркувань (табл. 38*) мінімальний катет  зварного шва таврового з’єднання із двосторонніми швами у випадку ручного зварювання листів із сталі класу С245≤С430 – приймається рівним , що є більше, ніж розрахунковий катет. Остаточно приймаємо для вертикальних швів Решту швів - , оскільки товщина поясів – 10 мм.

2.7.3  Розрахунок опорних ребер у випадку обпирання головної балки на монолітну опорну подушку.

Розміри одного із двох опорних ребер визначаємо як і в першому випадку, виходячи з умови міцності на зминання його торцевої поверхні. Ширину ребра приймаємо  в межах габариту балки  а саме З урахуванням конструктивного скосу ребра для пропуску поясного шва ширина опорної ділянки, через яку передається опорний тиск, буде рівною:

 

Необхідна товщина опорного ребра, якщо а кількість ребер :

 

Із конструктивних міркувань призначаємо товщину  парних опорних ребер  Остаточно приймаємо Необхідний катет швів прикріплення опорних ребер до стінки головної балки як і в першому випадку, в допущенні, що максимальна розрахункова довжина шва становить і якщо обчислюємо за формулою:

 

Виходячи  із конструктивних вимог (табл. 38 Норм [1]), приймаємо катети вертикальних швів Зауважимо, що нижчі горизонтальні шви опорних ребер в межах контрольної ділянки є конструктивними, оскільки опорна реакція передається через фрезерований торець ребра.

 

2.8  Розрахунок прогину головної балки (розрахунок за другою групою граничних станів).

Оскільки  прогини балок обмежуються естетично-психологічними умовами, обчислюємо розрахункову експлуатаційну зосереджену силу, якщо характеристичне  значення власної ваги конструкції підлоги і ваги балки настилу (табл. 2.1), власної ваги головної балки квазіпостійне (тривале) змінне навантаження  
, коефіцієнт надійності за експлуатаційним навантаженням , а вантажна площа

 

 

Прогин  головної балки від розрахункового експлуатаційного навантаження обчислюємо за формулою:

 

де 

Коефіцієнт  для схеми завантаження нарис. на 3.6.

Таким чином,якщо

 

 

Граничний прогин за табл. 1 ДСТУ Б.В.1.2-3:2006 [2], якщо , інтерполюючи:

 

Перевіривши умову  - умова виконується, жорсткість головної балки забезпечується.

2.9   Розрахунок і конструювання проміжних ребер жорсткості.

В місцях обпирання балок настилу на головну  балку в одному рівні передбачаємо опорні ребра жорсткості шириною  (за аналогією рис 3.5), а товщину ребер призначаємо виходячи із умови (п. 7.10 Норм [1]):

 

і не менше  товщини стінки балки настилу  і не менше 8 мм. із конструктивних вимог. Приймаємо остаточно товщину  ребер  із листової сталі. Шви прикріплення ребер двосторонні катетом 5 мм. вертикальний, катетом 6 мм. – горизонтальні – із конструктивних вимог.

2.10   Розрахунок болтового з’єднання балок настилу БН – 1 з головною балкою ГБ – 1.

Приймаємо болти нормальної точності (класу  В) з класом міцності 4.8. За табл. 58^* Норм [1] приймаємо За табл. 59 Норм [1] приймаємо якщо класи сталей: С245 – балки настилу, С245 – головної балки, для менш міцної сталі класу С245 із .

Необхідна площа перерізу монтажних болтів із умови зрізу, якщо :

 

де 

Приймаємо два болта М16 із

 

Розділ 3

 

Колону  першого поверху проектуємо з  колонних двотаврів з паралельними гранями поличок за ГОСТ 26020-83 Для  колони використовуємо сталь класу  С245 згідно із завданням на проектування. Колона обпирається на фундамент  через опорну плиту.

 

3.1 Розрахунок навантаження.

Колону  першого поверху розглядаємо, як центрово-стиснутий стрижень, що навантажений зосередженою силою N. Для обчислення даної сили скористаємось поняттям вантажної площі колони (рис 1)., яка буде рівна добутку кроків колони Навантаження на колону буде складатись з: навантажень від верхніх поверхів(конструкції перекриття, конструкції даху, снігового навантаження і власної ваги колони).

 

де  – коефіцієнт поєднання змінних навантажень для цивільного будинку, що характеризує одночасне завантаження поверхів (за п.6.9 Норм[2]);

 – постійне  навантаження від конструкції  перекриття;

 – розподілене  поверхневе навантаження від  балки настилу;

 – розподілене  поверхневе навантаження від  головної балки;

n – к-сть поверхів в будинку;

 – постійне навантаження від конструкції даху;

S – розрахункове повне снігове навантаження;

А – вантажна площа колони.

3.1.1 Обчислення навантаження від конструкції даху.

Для даного будинку проектуємо суміщену плоску покрівлю, конструкція якої наведена на рис:

 

 

 

Обчислення  навантажень зводимо до таблиці:

Види навантажень і їх підрахунок	Х-не навантаження,	Коефіцієнт надійності,	Розрахункове навантаження,
1)  Постійні: - Шар єврорубероїда t=0,005 м, ρ =600 кг/; t·ρ=0,005·600·(0,01)= -  Цементно-піщана стяжка t=0,03 м, ρ =1800 кг/; t·ρ=0,03·1800·(0,01)= - Утеплювач (плитний пінопласт) t=0,1 м, ρ =45 кг/; t·ρ=0,1·45·(0,01)= -  Одна верства пергаміну t=0,003 м, ρ =600 кг/; t·ρ=0,003·600·(0,01)= -  З/б монолітна плита t=0,05 м, ρ =2500 кг/; t·ρ=0,05·2500·(0,01)=                           Всього постійне:	0,03     0,54       0,045     0,018     1,25	1,2     1,1       1,2     1,3     1,1 -	0,036     0,594       0,054     0,023     1,375 g=2,059 кН/

 

3.1.2 Обчислення снігового навантаження.

Розрахункове  снігове навантаження знаходимо  за розділом 8 ДБН В.1.2-2:2006.

 

де  - коефіцієнт надійності для снігового навантаження, що залежить від терміну експлуатації будинку (за п.8.11 Норм [2]).

 – характеристичне  значення снігового навантаження, що визначається в залежності  від снігового району по карті  8.1 Норм [2].

с – коефіцієнт, що враховує конфігурацію даху, географічну  висоту і умови експлуатації даху.

- для будинків  з розрахунковим терміном експлуатації 100 років.

Житомир знаходиться в 5 сніговому районі для якого характеристичне значення снігового навантаження рівне

Коефіцієнт  с знаходимо за формулою:

 

де  – коефіцієнт, що переводить ухил даху до горизонтальної поверхні і залежить від конфігурації даху і схеми розподілення снігового навантаження (за п.8.7, 8.8 Норм [2]).

Для суміщених  дахів 

 – коефіцієнт, що враховує режим експлуатації  даху (п.8.9 Норм[2]).

Оскільки  не дано ніяких даних про режим  експлуатації даху, приймаємо 

 – коефіцієнт, що враховує географічну висоту  територій будівництва (п.8.9 Норм[2]).

Оскільки  географічна висота Житомира рівна приблизно 300м. то

 

 

3.1.3 Обчислення коефіцієнта поєднання навантажень.

Коефіцієнт   обчислюємо за п.6.9 Норм [2].

 

де n – кількість перекриттів,

 – коефіцієнт  зменшення навантажень в залежності  від величини вантажної площі.

 

 

 

 

3.1.4 Обчислення приблизної ваги  колони.

Оскільки  даний будинок є цивільний  з невеликими навантаженнями, то для  розрахунку ваги колони приймемо колонний двотавр номер 20К1 з масою погонного  метра 41,5 кг/м.

 

3.1.5 Обчислення центрово-стискуючої  сили.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Розрахункова схема колони  і обчислення розрахункової висоти  колони.

Розрахункова  схема колони відповідає схемі центрово-стиснутого стрижня з двома шарнірними з’єднаннями.

Розрахункову  висоту колони знаходимо за формулою:

 

Віддаль , що є реальною висотою колони, знаходимо від опорної плити до низу головної балки:

 

μ – коефіцієнт зведення довжини, що залежить від схеми закріплення стержня.

Остаточно розрахункова висота колони рівна:

 

3.3 Підбір перерізу колони з  умови стійкості центрально-стиснутого  стрижня.

Спочатку  задаємося гнучкістю колони в  межах від 50…70. Приймаємо  Межа текучості сталі С245 (табл. 51^* Норм [1]). Тепер за табл. 72 Норм [1] знаходимо коефіцієнт поздовжнього згину

Таким чином для будинку ІІ класу відповідальності необхідна площа перерізу колони рівна:

 

де  - коефіцієнт умов роботи конструкції колони для громадських будинків,

- коефіцієнт надійності за відповідальністю для будинку ІІ класу.

За сортаментом  ГОСТ 26020-83 вибираємо 23Ш1 зданими характеристиками:

 

Уточнюємо значення коефіцієнта поздовжнього згину.

 

За табл. 72 Норм [1] знаходимо коефіцієнт поздовжнього згину Перевірка нормальних напружень, що виникають в колоні при її згині:

 

Оскільки  даний переріз виходить перенапружений ми перевіряємо наступний за сортаментом  двотавр.

 

 

Беремо  двотавр номер 26Ш1 з наступними характеристиками:

 

 

Уточнюємо значення коефіцієнта поздовжнього згину.

 

За табл. 72 Норм [1] знаходимо коефіцієнт поздовжнього згину

Перевіряємо умову міцності за нормальними напруженнями:

 

Знаходимо недонапруження перерізу колони:

 

3.3 Розрахунок і конструювання  опорного столика колони.

3.3.1 Розрахунок і конструювання  опорного столика колони головної  балки.

Принципове конструктивне вирішення опорного столика колони наведено на рис.

Розміри опорного столика визначимо з  умови міцності на зминання його торцевої поверхні. Розрахунковий опір листової сталі класу С255 товщиною від 20 до 40 мм. (табл. 51 Норм [1]) Ширину опорного столика знаходимо за формулою (див рис.):

 

Остаточно приймаємо ширину опорного столика 130 мм.

Тоді  необхідна товщина ребра, якщо :

 

Із конструктивних міркувань товщину опорного столика  колони для головної балки приймаємо  не менше, ніж  Остаточно приймаємо

 

3.3.2 Розрахунок зварних швів прикріплення опорного столика до колони.

Приймаємо зварювання ручне, електродами типу Е42 для сталі класу С255 (табл. 55* Норм [1]). Розрахунковий опір металу кутового зварного шва (табл. 56* Норм [1]). Розрахунковий опір металу межі сплавлення обчислюємо:

 

де R_un – нормативний опір листового прокату при товщині деталі від 20мм. до 40мм. із сталі класу С255 (табл. 51* Норм [1]).