Вычисление нагрузок на колонну

Нагрузки на колонну включают продолжительно действующие (постоянные от собственного веса, веса междуэтажных перекрытий, покрытия, длительной составляющей полезной и длительной составляющей снеговой) и кратковременные (соответствующая часть полезной и снеговой) нагрузки (табл. 2).

Усилие в колонне от веса перекрытий, включая вес ригелей, подсчитывают с использованием нагрузки на 1 пог.м ригеля. Последнюю нужно умножить на l₁=6,6 м, так как грузовая площадь колонны в l₁ раз больше площади полосы, нагрузка с которой передается на 1 пог. м ригеля.

Все перекрытия (в том числе и покрытие) имеют одинаковый вес.

Собственный вес колонны высотой в четыре этажа (при ширине квадратного сечения b=0,3 м; высоте этажа H=6 м; количестве этажей n = 5; средней плотности железобетона ρ=25 кн/м³ и соответствующих коэффициентах надежности γ_f=1,1 и γ_n=0,95)

G_k= b²Hnργ_fγ_n = 0,3²×6×5×25×1,1×0,95=70,5 кН

Согласно карте районирования Российской Федерации по расчетному значению веса снегового покрова земли (карта 1^*обязательного приложения 5 к [4]), г. Казань находится в VI районе. Расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли для этого района составляет S_g=2,4 кПа =240 кг/м² =2,4 кН/м². Коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на плоское (горизонтальное) покрытие µ=1, т.к., угол наклона покрытия α≤25⁰.

Тогда полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия с учетом γ_{n=0,95 составит:}

S=µS_gγ_n =2,4×1×0,95=2,28 кН/м²

а на 1 пог.м ригеля, учитывая его шаг l₂=6,6,

S_gl=S l₂ =2,28х6,6=15,048

Таблица 2

Вычисление продольной силы в колонне на уровне верха фундамента

Нагрузка	Расчетная нагрузка на 1 пог. м. ригеля,кН/м	Количество перекрытий, передающих нагрузку,шт.	Расчетная продольная сила,кН
Продолжительная: Вес перекрытий Вес колонны Полезная	19,777 - 0,6х118,32	-	573,533 70,5 1647,01
Итого N1			2291,04
Кратковременная: Полезная Снеговая	0,4х118,32 15,048		87,27
Итого Nsh			1185,27
Полная N=N1+ Nsh			3476,31

Подбор сечений

При эксцентриситете e₀=10мм ≤h/30 и гибкости λ=l_О/h=600/30=20≤ 20 (здесь h=b=30 см, l₀=H_st=600 см), колонну прямоугольного сечения с арматурой, расположенной у противоположных в плоскости изгиба сторон сечения. Рассчитывают, как сжатый элемент со случайным эксцентриситетом из условия N≤N_ult, где N_ult – предельное значение продольной силы, которую может воспринять колонна, определяемое по формуле

N_ult=φ(R_bA+R_scA_s,tot).

Здесь A=b² – площадь сечения колонны;

A_s,tot – площадь всей продольной арматуры в сечении колонны;

φ – коэффициент продольного изгиба, принимаемый в зависимости от гибкости колонны и длительности действия нагрузки по табл. 6.2. [2] или прил. 8 МУ; при кратковременном действии нагрузки значения φ определяются по закону линейной интерполяции, принимая φ=0,9 при λ=10 и φ=0,7 при λ=20.

При кратковременном действии полной расчетной нагрузки N=3476,31кН значению гибкости λ=20 соответствует значение φ=0.7.

Для уточнения размеров поперечного сечения колонны предварительно задаемся коэффициентом продольного армирования µ=0,01. Тогда, высоту колонны квадратного сечения определяем по формуле:

см.

Принимаем с округлением в меньшую сторону и кратностью 5 мм. b=65 см, тогда А=4225 см².

Подбор продольной арматуры

см²

Принимаем 4Ø36 А300 + 4Ø28 А300 с см².

Подбор поперечной арматуры

Так как горизонтальная нагрузка не воздействует на рассматриваемую колонну, то в ней не возникают поперечные силы. Поэтому диаметр и шаг поперечных стержней следует принять по конструктивным соображениям в соответствии с 8.3.12 [2]. А именно, с целью предотвращения потери устойчивости (выпучивания) продольной арматуры, поперечные стержни устанавливаются с шагом не более 15d мм и не более 500 мм.

Площадь сечения продольной арматуры (это 4Ø36 А300 + 4Ø28 А300 с см².), составляет (65,35/4225)×100=1.54% от площади сечения колонны. Следовательно, минимальный шаг поперечных стержней выбираем из 2 значений 540 мм и 500 мм. Очевидно, что необходимо принять 500 мм.

Диаметр поперечных стержней принимаем конструктивно из условия сварки 12 мм (см. таблицу прил. 6 МУ). Класс арматуры принимаем А240 – как наиболее распространенный для поперечного армирования.

Список использованной литературы

1. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. – М.: ФГУП ЦПП, 2004.

2. СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М.: ФГУП ЦПП, 2004.

3. СНиП 11-22-81. Каменные и армокаменные конструкции. Нормы проектирования. – М.: ФГУП ЦПП, 2004.

4. СНиП 2.01.07-85^*. Нагрузки и воздействия. – М.: ФГУП ЦПП, 2004.

5. СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. – М. 2011

6. Попов Н.Н., Забегаев А.В. Проектирование и расчет железобетонных и каменных конструкций. – М.: Высшая школа, 1989.

7. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1991.

8. Руководство по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций. - М.: Стройиздат, 1975.

9. Бондаренко В.М., Судницын А.И., Назаренко В.Г. Расчет железобетонных и каменных конструкций. – М.: Высшая школа, 1988.

10. Расчет и конструирование частей жилых и общественных зданий: Справочник проектировщика. – Киев: Будивельник, 1987.

11. Рубен Г. К., Аксенов В. Н. Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов дневной формы обучения по специальности 270105 "Городское строительство и хозяйство" по дисциплине "Конструкции городских сооружений и зданий"-Ростов-на-Дону: РГСУ,2010.