Файл: Задание на проектирование 3.docx

Расчёт монолитного центрально нагруженного фундамента

Фундамент проектируем под колонну, рассчитанную на этапе 5.1. верх фундамента располагаем на отметке . Все необходимые усилия были получены на этапе 2.

1. Геометрические размеры сечения колонны приняты на этапе 1 и составляют . По заданию грунт основания имеет условное расчётное сопротивление . Глубина заложения фундамента составляет .

2. Характеристики бетона и арматуры: бетон тяжёлый, класс бетона B25, по табл. 2.2 [3] определяем расчётное сопротивление бетона осевому растяжению: .

Продольная рабочая арматура по заданию – класса A300, расчётное сопротивление арматуры для предельных состояний первой группы определяем по табл. 2.6 [3]: .

Усилие в колонне первого этажа от нормативных нагрузок с учётом её собственного веса (см. этап 1): , усилие в колонне первого этажа от расчётных нагрузок с учётом её собственного веса: 362,99 .

Усреднённый вес единицы объёма бетона фундамента и грунта на его обрезах принимаем равным .

3. Требуемая площадь подошвы фундамента:

Размер стороны квадратной подошвы фундамента должен быть не менее . Принимаем (кратно , нечётное), при этом площадь подошвы фундамента будет равна .

4. Давление под подошвой фундамента от расчётной нагрузки:

.

5. Высота фундамента составляет , где – глубина заложения фундамента, – расстояние от отметки до уровня верха фундамента. Расстояние от наиболее растянутой грани подошвы фундамента до центра тяжести стержней продольной арматуры в плитной части принимаем равным .

Ширину стакана в уровне верха принимаем равной , в уровне низа .

Величину заделки колонны в стакан фундамента принимаем равной , при этом глубина стакана составит .

Толщину стенок стакана назначаем равной . Тогда ширина подколонника составит .

Высота плитной части конструктивно равна:

.

Уточняем требуемую рабочую высоту плитной части:

;

где – коэффициент, принимаемый равным .

.

С учётом требуемая высота плитной части составит:

.

Окончательно высоту плитной части принимаем . Тогда рабочая высота плитной части составит .

Вылет подошвы фундамента равен – плитную часть фундамента выполняем одноступенчатой

---

, высоту ступени назначаем равной . Рабочая высота первой ступени будет равна . Высота подколонника составит

.
6. Проверку прочности нижней ступени фундамента по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении (для единицы ширины этого сечения, ) производим из условия ,

где – поперечная сила, воспринимаемая бетоном в наклонном сечении;

- следовательно, поперечную силу в наклонном сечении вычисляем по формуле:

< – условие выполняется, т. е. прочность нижней ступени фундамента по поперечной силе обеспечена.

7. Продавливание плитной части низом колонны от действия продольной силы (расчёт производится на продавливание от низа подколонника).

Расчёт на продавливание плитной части низом подколонника (от низа колонны граница продавливания находится за пределами подошвы фундамента) производится из условия ;

где – продавливающая сила, принимается равной ;

среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания.

– условие выполняется, продавливания не происходит.

8. Проверку плитной части фундамента на раскалывание от действия продольной силы производим из условия где – коэффициент трения бетона по бетону;

– коэффициент, учитывающий совместную работу фундамента с грунтом;

– площадь вертикального сечения фундамента в плоскости, проходящей по оси сечения колонны параллельно стороне подошвы, для одноступенчатого фундамента:

.

– условие выполняется, раскалывания не происходит.

9. Площадь сечения арматуры подошвы фундамента в сечениях I-I, II-II и III-III:

;

где – изгибающий момент в расчётном сечении;

– рабочая высота фундамента в расчётном сечении;

– расчётное сопротивление арматуры на растяжение.

Изгибающие моменты:

для сечения

для сечения .
Определяем требуемую площадь арматуры в сечениях I-I и III-III (сечение II-II отсутствует, т.к. фундамент одноступенчатый):

;

.

Для ширины подошвы фундамента 1,3м количество стержней продольной арматуры в плитной части, устанавливаемой с шагом , будет равно 7шт.

По максимальной из требуемых площадей арматуры определяем требуемую площадь сечения одного стержня:

---

.

Минимальный диаметр стержней продольной арматуры в плитной части фундамента – 10мм, . Окончательно принимаем сетку с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой 912 (семь стержней диаметром 12мм) с площадью сечения .

Конструирование фундамента показано в графической части.

6. Расчет кирпичного простенка с сетчатым армированием

Расчет производим для кирпичного простенка первого этажа. Кирпичная кладка высшего качества.

Геометрические размеры кирпичных стен и площадок опирания плит на стены принимать согласно плана и разреза здания. Опасным будет являться сечение простенка, расположенное на 2/3 его высоты.

Сетку назначать из стержней арматуры класса В500 диаметром не менее 3 мм, размер ячейки сетки от 30 до 120 мм, шаг сеток не реже, чем через 5 рядов кирпичной кладки. При этом процент армирования кладки должен быть не менее 0,1%.

1. Начало.

2. На этапе 1 принята толщина наружных стен принята равной 640 мм. Материал стен - кирпич керамический полнотелый одинарный марки по прочности 150, марки по морозостойкости F50, марка цементно-песчаного раствора М50 (в процессе расчета марка кирпича и марка раствора могут быть изменены).

Высота кирпичной стены за вычетом расстояния от низа стены до 2/3 высоты простенка первого этажа составляет Н=9,5м. Расчетная ширина стены принимается равной шагу колонн в поперечном направлении – 3900мм. Ширина оконных проемов равна 1800мм. Ширина площадки опирания плиты перекрытия на кирпичную стену составляет l_loc=140. Расчетная высота простенка равна высоте оконного проема 1500мм. Размеры поперечного сечения простенка составят:

Согласно расчетам этапа 1, полная расчетная нагрузка на 1м² покрытия с учетом нормального уровня ответственности здания II будет равна: , полная расчетная нагрузка на 1м² перекрытия с учетом нормального уровня ответственности здания II будет равна ,

3.Продольную силу в опасном сечении простенка определяем по формуле:

где Н = 9,5 м - расчетная высота кирпичной стены;

l₂=6000мм – расчетная ширина стены;

t=640мм = 0,64м – толщина стены;

- коэффициент проемности ( - суммарная площадь оконных проемов в расчетном сечении стены);

- плотность кладки;

– коэффициент надежности по нагрузке;

n=4 – число этажей в здании (см. бланк задания);

5500мм – ширина первого пролета в продольном направлении.

Суммарную площадь оконных проемов в расчетном сечении стены определяем по рис: Тогда коэффициент проемности будет равен:

---

;

Момент в расчетном сечении простенка определяем согласно рис.

4. Значение эксцентриситета продольной силы будет равно:

Так как величина эксцентриситета то, согласно п. 4.31 [7], простенок можно проектировать с сетчатым армированием.

5. Вычисляем максимальные напряжения в кладке по формуле:

,

где – приняты ориентировочно в первом приближении;

, .

.

Расчетное сопротивление неармированной кладки должно быть не менее .

6. По табл. 2 [7] или табл. 1 прил. 7 для марки кирпича 150 и марки раствора 50 определяем расчетное сопротивление кладки .

7. Исходя из конструктивных требований назначаем сетку из стержней арматуры класса В500 диаметром 4 мм ( ). Шаг сеток назначаем через каждые пять рядов s = 385мм (при толщине шва 14 мм, высоте кирпича 65 мм). Размер ячейки сетки принимаем 60 мм.

Процент армирования по объему кладки с сетчатым армированием составит:

8. Для определения коэффициентов продольного изгиба гибкость простенка в плоскости действия изгибающего момента будет равна:

Высота сжатой части сечения составит: и соответствующая ей гибкость

Расчетное сопротивление кладки при внецентренном сжатии равно:

Упругую характеристику кладки с сетчатым армированием определяем по формуле:

где – по табл. 15 [7] для керамического полнотелого кирпича;

По величинам гибкостей и , a также значению по табл. 18 [7] или табл.2 прил. 7 определяем значения коэффициентов продольного изгиба для армированной кладки при внецентренном сжатии: и . Тогда

9. При по табл. 20 [7] определяем , тогда коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки, определяемый по формуле 16 [7], будет равен

10. Коэффициент , учитывающий повышение расчетного сопротивления кладки при внецентренном сжатии, определяем по табл. 19 [7]:

11. Фактическая несущая способность кирпичного простенка при внецентренном сжатии будет равна:

– прочность кирпичного простенка обеспечена.

7. Расчет предварительно напряженной круглопустотной плиты перекрытия

1. По результатам компоновки перекрытия здания (см. этап ,1) номинальная ширина плиты составляет , пролет плиты перекрытия , высота плиты . Ширина площадки опирания плиты на кирпичную стену составляет 140 мм, тогда расчетный пролет плиты будет равен:

Полная расчетная нагрузка на 1м длины перекрытия (см. табл. 1.1 этап 1) равна .

---

Определяем изгибающие моменты в пролетном и опорном сечениях плиты:

для расчета по первой группе предельных состояний: изгибающий момент в опорном сечении плиты:

.

Поперечная сила в узле сопряжения плиты с монолитным ригелем:

,

,

Расстояние от опоры, на котором изгибающий момент плиты в пролетном сечении максимален:

Значение максимального изгибающего момента плиты в пролетном сечении составит:

.

Продольная рабочая напрягаемая арматура по заданию - класса К1500, расчетное значение сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы определяем по табл. 2 прил. 8 или по табл. 2.8 [9]: , , _s=180000. Способ натяжения арматуры – механический.

Характеристики бетона и арматуры: бетон тяжелый, класс бетона для сборных конструкций по бланку задания (см. этап 1) B15. По табл. прил. 8 минимальный класс бетона при классе напрягаемой арматуры К1500 – B30, поэтому класс бетона плиты перекрытия принимаем B30. По табл. 1 прил. 4 и табл. 1 прил. 5:

3. Согласно п. 2.25 [9], величину предварительного напряжения арматуры назначаем равным:

Расчет плиты по предельным состояниям первой группы

4. Подбор предварительно напрягаемой арматуры в пролетном сечении плиты. При расчете плиты по прочности учитываем благоприятное влияние предварительного напряжения с учетом возможных отклонений предварительного напряжения: , где согласно п. 3.7 [9].

Расчетное сечение плиты - тавровое с полкой в сжатой зоне. Рабочая высота сечения плиты составляет

Проверяем условие:

условие выполняется, следовательно, граница сжатой зоны проходит в полке и площадь сечения напрягаемой арматуры определяется как для прямоугольного сечения шириной согласно п. 3.14 и 3.16 [9].

Вычисляем значение по формуле:

.

Значение определяем по табл. 3.1 [9] или табл. 5 прил. 8 в зависимости от соотношения

где - предварительное напряжение с учетом всех потерь:

0,33*(1-0,5*0,33)=0,28

0,28 - сжатая ненапрягаемая арматура по расчету не требуется.

Площадь сечения напрягаемой арматуры в растянутой зоне определяем по формуле:

где

- коэффициент условий работы напрягаемой арматуры, при

(принимается не более 1,1):

принимаем .

Количество стержней напрягаемой арматуры принимаем по сортаменту (табл. 3 прил. 9) принимаем 8 стержней диаметром 6мм с расчетной площадью поперечного сечения А_sр=181,6мм².

Список литературы

1. 
   СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. – М.: ГУП НИИЖБ Госстроя России, 2003.
   
2. 
   Железобетонные конструкции. Общий курс. В.Н. Байков, Э.Е. Сигалов. – М.: Стройиздат, 1991.
   
3. 
   Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжёлого бетона без предварительного натяжения арматуры (к СП 52-101-2003). ЦНИИПромзданий, НИИЖБ. – М.: ОАО “ЦНИИПромзданий”, 2005. – 214 с.
   
4. 
   СНиП
   
5. 
   2.01.07-85* (актуализированный 2011г.). Нагрузки и воздействия.
   
6. 
   Железобетонные и каменные конструкции. Под редакцией В.М. Бондаренко. – М.: Высшая школа, 2007.
   
7. 
   Примеры расчёта и конструирования железобетонных конструкций по СП 52-101-2003. Под редакцией Соколова Б.С., Казань, 2007.
   
8. 
   СНиП II-22-81. Каменные и армокаменные конструкции. – М.: ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко Госстроя СССР.
   
9. 
   Проектирование железобетонных конструкций. Справочное пособие. А.Б. Голышев, В.Я. Бачинский, В.П. Полищук и др.; Под редакцией А.Б. Голышева. – К.: Будiвельник, 1985. – 496с.
   
10. 
    Пособие по проектированию предварительно напряжённых железобетонных конструкций из тяжёлого бетона (к СП 52-102-2004) – М.: ГУП НИИЖБ Госстроя России, 2004г.
    

---