Розрахунок і конструювання монолітної залізо-бетонної колони і фундаменту

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. При кількості зварних швів необхідна довжина шва із умови зрізування опорною реакцією головної балки допускаючи, що обчислюємо за формулою:

 

де  - коефіцієнт умов роботи конструкції.

Остаточно приймаємо довжину зварних швів

Тоді  висоту опорного столика приймаємо:

 

Остаточно приймаємо опорний столик з штабової сталі розміром 150×130×30 мм класу С255.Решту швів приймаємо конструктивно: лобовий горизонтальний шов по всій ширині опорного столика з катетом 8 мм.

 

 

 

 

 

3.3.3 Розрахунок і конструювання опорного столика колони балки настилу.

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 4 до 10  мм. (табл. 51 Норм [1]) Ширину опорного столика знаходимо за формулою (див рис.):

 

Остаточно приймаємо ширину опорного столика  балки настилу 85 мм.

Тоді  необхідна товщина ребра, якщо :

 

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

 

3.3.4 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 4 мм. до 10 мм. із сталі класу С255 (табл. 51* 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. При кількості  зварних швів необхідна довжина шва із умови зрізування опорною реакцією балки настилу допускаючи, що обчислюємо за формулою:

 

де  - коефіцієнт умов роботи конструкції.

Остаточно приймаємо довжину зварних швів

Тоді  висоту опорного столика балки настилу приймаємо:

 

Остаточно приймаємо опорний столик з штабової сталі розміром 55×85×8 мм класу С255. Решту швів приймаємо конструктивно: лобові горизонтальні шви з катетом 5 мм, кутові парні таврові шви з катетом 5 мм.

 

 

3.4 Розрахунок і конструювання  бази колони.

 

Конструктивне вирішення бази колони наведене на рис:

Базу  колони проектуємо, як опорну плиту  з листової сталі  з отворами під  анкерні болти. Розміри опорної  плити знаходимо з умови міцності фундаменту.

 

де  – максимальні напруження, що виникають в фундаменті,

 – розрахунковий  опір фундаменту.

 

де  - розрахунковий опір бетону фундаменту.

 – коефіцієнт умов роботи фундаменту.

Для фундаменту приймаємо бетон невисокої міцності класу С12/15 з розрахунковим опором Задаємося коефіцієнтом умов роботи фундаменту .

Тоді необхідну площу опорної плити знаходимо за формулою:

 

Тепер задаємося  одним з розмірів плити, виходячи з конструктивних вимог.

Конструктивно для виконання кріплення плити  до фундаменту:

  

Остаточно приймаємо ширину плити рівну

Тоді  довжина плити буде рівна Конструктивно для виконання кріплення колони до фундаменту   Остаточно приймаємо

Перевіряємо напруження, що виникають в фундаменті від дії колони:

 

Отже  міцність фундаменту забезпечена.

Товщину опорної плити знаходимо з  умови її згину під дією пари сил: тиску колони і опору фундаменту.

Згинальний  момент для більшої консолі опорної  плити рівний:

 

Якщо  розглянути ділянку плити шириною 1 см., то момент опору перерізу плити  буде рівний:

 

Тоді виходячи з умови міцності згинаних елементів:

 

отримаємо формулу для обчислення товщини плити:

 

Конструктивно товщина плити повинна  бути більшою за 30 мм., тому остаточно  приймаємо 

Залізо – бетонна  частина

Розділ 4

4.1 Компанування схеми монолітного ребристого перекриття.

Поздовжні середні і поперечні розбивочні осі проходять через центр колон. Прив’язка зовнішніх стін 200.

Для монолітного  перекриття приймаємо поздовжнє  розміщення головних балок і поперечне  розміщення головних балок з кроком 2300 мм.

Зовнішні  несучі конструкції – цегляні  стіни товщиною 510 мм., внутрішні  несучі конструкції – залізо-бетонні колони.

Конструктивні розміри монолітного перекриття приймаємо по розрахунку.

Колони. Виходячи з умов роботи колон їх поперечний переріз приймаємо квадратним з розмірами 300×300 мм. при кількості  поверхів . Висота поверху 4,1 м.

Фундаменти. Фундаменти під колони приймаємо  стовпчасті, монолітні, залізобетонні. Відмітка верху фундаменту приймається  на 150 мм. нижче рівня чистої підлоги. Глибина закладання фундаментів  приймається 950 мм. від рівня чистої підлоги.

Покрівля . Покрівля суміщеного типу. Конструкція  покрівлі наведена на рис 3.2.

4.2 Розрахунок орієнтовних розмірів елементів перекриття.

Монолітне перекриття виконуємо з бетону класу  С16/20. Робоча арматура у вигляді зварних каркасів із сталі періодичного профілю А-400С та сіток з робочою арматурою Вр – І.

Орієнтовні  розміри елементів:

1) Товщина  плити: 

2) Другорядна  балка: 

                                    

 3) головна балка: 

                             

4.3 Розрахунок і конструювання  залізо-бетонної плити.

4.3.1 Розрахункова схема плити.

Для розрахунку плити виділимо на схемі перекриття смугу шириною 1м. Плиту розглядаємо  як багато пролітну балку завантажену  рівномірно розподіленим навантаження.

Орієнтовні  розміри плити:

Товщина плити:

Для знаходження  розрахункових прольотів плити  використовуємо орієнтовні розміри  другорядної балки:

 

 

 

 

4.3.2 Статичний розрахунок плити.

Згинальний  момент в крайньому прольоті і  на першій опорі буде рівний:

 

де  – еквівалентне розподілене навантаження від конструкції перекриття.

Згинальний  момент в середньому прольоті і на середніх опорах.

 

4.3.3 Розрахунок армування плити.

Перевірка прийнятої товщини плити.

Приймаємо і ширина плити Тоді похідний коефіцієнт буде рівний:

 

Тоді  робоча висота плити буде рівна:

 

де  – розрахункова міцність бетону.

Для перекриття використовуємо бетон класу С16/20, для якого , з коефіцієнтом умов роботи бетону Тоді розрахункова міцність бетону буде рівна:

 

Приймаємо відстань від розтягнутої грані  плити до центра ваги розтягнутої  арматури при захисному шарі бетону 10 мм. і діаметрі робочої арматури 5 мм.:

 

Тоді  повна товщина плити буде рівна 

Остаточно приймаємо товщину плити рівну 50 мм.

 

Розрахунок  необхідних площ арматури.

Армування крайнього прольоту і першої опори  розраховуємо за згинальним моментом рівним і проводимо арматурою класу Вр – І з міцністю

Відстань  від розтягнутої грані плити  до центра ваги розтягнутої арматури при захисному шарі бетону 10 мм. і  діаметрі робочої арматури 5 мм.:

 

Остаточно приймаємо  Тоді робоча висота перерізу плити буде рівна:

 

Тепер знаходимо  характеристику бетону:

 

Таким чином  гранична відносна висота стиснутої  зони буде рівна:

 

де  – максимальні напруження, що можуть виникнути в арматурі, рівні міцності арматури.

 – тимчасовий  опір металу арматури, що залежить  від коефіцієнта умов роботи  бетону.

Наступним знаходимо похідний коефіцієнт :

 

Тепер знаходимо  відносну висоту стиснутої зони:

 

Перевіряємо умову  Оскільки умова виконується, то арматура буде працювати на повну міцність.

Таким чином  площа робочої арматури в крайньому і першій опорі прольоті буде рівна:

 

де  - похідний коефіцієнт від відносної висоти стиснутої зони.

Армування середніх прольотів і середніх опор розраховуємо за згинальним моментом рівним і проводимо арматурою класу Вр – І з міцністю

Проводимо аналогічно до розрахунку крайнього  прольоту плити, використовуючи характеристики знайдені вище.

Знаходимо похідний коефіцієнт :

 

Тепер за табличками знаходимо коефіцієнт

Таким чином  площа робочої арматури в середніх прольотах і середніх опорах буде рівна:

 

 

Підбір  сіток і конструювання їх розміщення.

Для всієї  плити приймаємо сітку С1 з  діаметром робочої арматури 5мм. з кроком 150 мм. з .

Розподільчі стержні при діаметрі робочої  арматури 4 мм. і кроці 100 мм. приймаємо  діаметром 3 мм. з кроком 400 мм.

Таким чином  маркування сітки С1 буде:

 

В крайні прольоти і над першою опорою вкладаємо  сітку С1 з додатковою сіткою С2. Площа  робочої арматури додаткової сітки  рівна:

.

Таким чином  додаткову сітку приймаємо діаметром 3 мм. з кроком 125 мм. Тоді розподільчі  стержні при діаметрі робочої  арматури 3 мм. і кроці 125 мм. приймаємо  діаметром 3 мм. з кроком 400 мм.

 

 

 

 

Розділ 5

5.1 Розрахункова схема другорядної  балки.

Другорядну  балку приймаємо орієнтовними розмірами  h×b=200×400 мм. Для знаходження розрахункових прольотів другорядної балки ми повинні задатися розмірами головної балки:

 

 

Таким чином  розрахункові прольоти другорядної  балки рівні:

 

 

5.2 Статичний розрахунок другорядної  балки.

Другорядна  балка розраховується як багато пролітна балка на дію рівномірно розподіленого  навантаження. Навантаження на балку  складається з навантаження конструкції  перекриття, корисного навантаження на перекриття і власної ваги балки.

 Навантаження  обчислюємо на 1 м. другорядної балки при кроці балок 2,2 м:

1) Постійні  навантаження:

     -  Навантаження від конструкції  перекриття і з/б плити перекриття:

 

     -  Навантаження від ребра другорядної  балки:

 

де  – об’ємна густина залізо-бетону в

- коефіцієнт  умов роботи конструкції.

     - Сумарне постійне навантаження:

 

2) Тимчасове  корисне навантаження:

 

3) Повне навантаження:

 

Тоді  згинальний момент, що виникає:

1) в крайніх прольотах знаходимо за формулою:

 

2) на  першій опорі знаходимо за  формулою:

 

3) в середніх  прольотах і на середніх опорах  буде рівний:

 

 

А поперечні  сили, що виникають:

1) на  крайній опорі

 

2) на  першій від краю опорі зліва:

 

3) на  першій від краю опорі справа  і на всіх решта опорах справа і зліва:

 

 

5.3 Визначення розмірів поперечного  перерізу другорядної балки.

Другорядну  балку розраховуємо як балку таврового перерізу. Ширину ребра балки приймаємо Ширину полички другорядної балки приймаємо рівну крокові другорядних балок Висоту полички другорядної балки приймаємо рівну висоті плити

Мінімальну  робочу висоту січення балки визначаємо по опорному згинальному моменті  Спочатку приймаємо відносну висоту стиснутої зони рівну . Тепер знаходимо похідний коефіцієнт :

 

Таким чином  необхідна висота стиснутої зони рівна:

 

Тоді  повна висота січення при віддалі  від нижньої грані до центра ваги робочої арматури 4450 мм.: