Проектирование несущих железобетонных конструкций многоэтажного промышленного здания (стр. 8 из 14)
А. Построение эпюры материалов. Вычисляем значение изгибающих моментов, воспринимаемых нормальным сечением железобетонного элемента с полным количеством арматуры (4 стержня) и с уменьшенным ее количеством (2 стержня), используя формулу:
Мs = Rs As zb = 36,5×As zb,
где zb - плечо внутренней пары сил (расстояние от равнодействующей усилий в продольной арматуре до равнодействующей усилий в сжатой зоне):
zb = h0 - 0,5х,
где х - высота сжатой зоны элемента, определяется из условия равенства равнодействующих усилий в растянутой и сжатой зонах сечения:
.Результаты расчёта приведены в таблице 4.2.
4.6 Определение несущей способности нормальных сечений ригеля
Таблица 4.2.
| Армирование | Аs, см2 | h0, см | х, см | zb, см | Мs, кН×см | М, кН×см |
| 4Æ25 | 19,63 | 73,25 | 18,3 | 64,1 | 45 927 | 36 785 |
| 2Æ25 | 9,82 | 76 | 9,16 | 71,42 | 25 595 | - |
| 4Æ22 | 15, 20 | 73,75 | 14,17 | 66,67 | 36 989 | 31 955 |
| 2Æ22 | 7,60 | 76,5 | 7,09 | 72,96 | 20 239 | - |
| 4Æ18 | 10,18 | 74,78 | 9,49 | 70,04 | 26 024 | 20 676 |
| 2Æ18 | 5,09 | 77 | 4,75 | 74,63 | 13 865 | - |
В последней графе таблицы приведены расчётные значения изгибающих моментов от внешней нагрузки. Для обеспечения прочности нормального сечения необходимо соблюдение условия: Мs³ М.
Для дальнейшего продолжения расчёта необходимо уже начертить схему поперечного армирования ригеля и эпюры внутренних усилий.
Найденные значения несущей способности нормального сечения откладываем на эпюре изгибающих моментов от внешних нагрузок. Точки, в которых отложенные ординаты, соответствующие уменьшенному количеству арматуры, пересекаются с эпюрой моментов от внешних нагрузок, являются местами теоретического обрыва продольных стержней.
Измеряем координаты этих точек от опор l, соответствующие им значения поперечных сил Q и шага поперечной арматуры S; заносим эти данные в таблицу 4.3 Наносим штриховку в зонах запаса прочности, в результате получаем так называемую эпюру материалов.
Б. Определение длины заделки арматурных стержней.
Длина стержня w, на которую он должен быть заведён за место своего теоретического обрыва, определяется из условия обеспечения прочности наклонного сечения на действие изгибающего момента:
,где
D - диаметр продольного стержня,
Q - расчётное поперечное усилие в месте теоретического обрыва стержня,
qsw - интенсивность поперечного армирования (частично она определена в п.4.3.3):
,Кроме того, из условия обеспечения надежной анкеровки расстояние w принимается не менее 20 диаметров продольного стержня: w ³ 20D.
Определение длины заделки w продольных арматурных стержней производится в табл.4.3 Принятая в качестве окончательной длины заделки w0 (кратно 50 мм) указывается на эпюре материалов.
Обратите внимание, что величина w0 является минимально необходимой; фактически обрываемый стержень необходимо завести за ближайший продольный стержень на величину не менее диаметра обрываемого стержня D.
4.7 Определение длины заделки арматурных стержней
Таблица 4.3.
| # | l, мм | Q, кH | S, см | qsw, кH/см | D, см | w, cм | 20D, см | w0, см |
| 1 | 1250 | 110 | 25 | 1,172 | 2,5 | 59,4 | 50 | 60 |
| 2 | 2975 | 110 | 25 | 1,172 | 2,5 | 59,4 | 50 | 60 |
| 3 | 500 | 240 | 25 | 1,172 | 2,2 | 113,4 | 44 | 115 |
| 4 | 500 | 200 | 25 | 1,172 | 2,2 | 96,3 | 44 | 100 |
| 5 | 2375 | 100 | 25 | 1,172 | 1,8 | 51,7 | 36 | 55 |
4.8 Определение экономического эффекта от снижения расхода арматуры
Таблица 4.4.
| Расположение | D, мм | Длина сэкономленной арматуры, мм | Масса сэкономленной арматуры | Общее кол-во ригелей в здании, шт. | Масса сэкономленной арматуры в здании, т | |||
| ригеля | арматуры | ед. дл., кг/м | общей длины, кг | итого на ригель, кг | ||||
| крайний ригель | верхняя | 22 | 2× (200+250×8+500×8+250×4) = 14400 | 2,984 | 42,97 | 64,17 | 10×14 = 140 | 8,984 |
| нижняя | 25 | 2× (200+250×3) +2× (250×7+60) = 5520 | 3,840 | 21, 20 | ||||
| средний ригель | верхняя | 22 | 2×2× (250×4 + 500×3) = 10 000 | 2,984 | 29,84 | 42,31 | 10×14 = 140 | 5,923 |
| нижняя | 18 | 2×2× (60 + 250×6) = 6240 | 1,998 | 12,47 | ||||
| Итого на здание, т: | 14,907 | |||||||
| Стоимость 1 т арматуры: 15 500 руб. | Всего экономия, руб.: | 231059 | ||||||
4.9 Конструктивное армирование ригеля, опорный узел
В соответствии с п.5.21. СНиП [2] в изгибаемых элементах при высоте сечения h > 700 мм у боковых граней должны ставиться конструктивные продольные стержни с расстояниями между ними по высоте не более 400 мм. Устанавливаем посередине высоты сечения арматурные стержни Æ10А-I.
Плоские сварные каркасы К-1 (2 шт.) объединяем в пространственный каркас с помощью горизонтальных поперечных стержней, устанавливаемых через 1,0.1,5 м.
Стык ригеля и колонны. В верхней части стыка выпуски арматуры из колонны и ригеля соединяются вставкой арматуры на ванной сварке, затем полость стыка замоноличивается. Вставка арматуры повышает точность монтажного соединения в случае нарушения соосности выпусков арматуры. В нижней части стыка монтажными сварными швами соединяются закладные детали колонны и ригеля. Температурный зазор между торцом ригеля и гранью колонны может составлять 60…100 мм.
5. Расчёт и конструирование колонны
5.1 Подбор продольной арматуры
В колоннах средних рядов здания изгибающие моменты М незначительны, поэтому можно принять, что колонна воспринимает только продольные усилия N и работает в условиях внецентренного сжатия со случайным эксцентриситетом.
При действии значительных изгибающих моментов М колонна является внецентренно сжатой с расчётным эксцентриситетом e = M/N.
Подбор продольной арматуры достаточно провести для наиболее нагруженной колонны 1-го этажа, а в колонных остальных этажей принять его таким же. Расчётное продольное усилие в колонне 1-го этажа: Nk = 2 175 кН (п.2.4.4).
Расчётная длина колонны принимается равной высоте этажа: l0 = Нэ = 4,2 м.
Классы бетона и арматуры для колонны принимаются такими же, как и у ригеля перекрытия (п.4.1). Коэффициент длительности действия нагрузки gb2 = 0,9.
Продольное армирование колонны назначается из условия прочности, которое имеет вид:
Nk £ j (Rb gb2 A + Rsc As,tot),
где j - коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба; принимается по справочной таблице в зависимости от отношения расчётной длины колонны к её ширине: l0/hk = 4,2/0,45 = 9,33; тогда коэффициент j = 0,9.
| l0/hk | 6…12 | 16 | 20 |
| j | 0,9 | 0,8 | 0,7 |
А - площадь поперечного (бетонного) сечения колонны: A = (bk) 2 = 452 = 2025 см2.
Rsc - расчётное сопротивление продольной арматуры сжатию; для арматуры класса A-III (А400) Rsc = 365 МПа.
As,tot - суммарная площадь продольной арматуры колонны, которую необходимо определить в результате расчёта.
Требуемая площадь продольной арматуры As,tot назначается из двух условий:
из условия прочности:
.из условия обеспечения минимального коэффициента армирования
m min = 0,002 (0,2%): As,tot ³ 2A×m min = 2×2025×0,002 = 8,1 см2.
Принимаем по сортаменту As,tot = 10,18 см2 (4Æ18 A 400).
Устанавливаем 4 арматурных стержня по углам колонны (рис.5.1).
Допускается применять для армирования колонны 6 стержней, однако в данном случае этот вариант является менее выгодным.
5.2 Конструирование поперечной арматуры колонны
Поперечная арматура в колоннах устанавливается в целях:
Образования пространственных каркасов.
Предотвращения выпучивания продольных стержней.
Сдерживания поперечных деформаций бетона.