Расчет и конструирование сборной железобетонной колонны

Колонны каркаса могут быть на один, два, три и четыре этажа. Колон­ны большей длины применяются в целях уменьшения числа стыков и ис­ключения случайных эксцентриситетов, возникающих из-за неточности монтажа каркаса. Колонны имеют поперечное сечение 300x300 и 400x400 мм. Стыки ко­лонн выполняют обычно на высоте 600 мм от верха ригеля. Колонны изго­тавливают из бетона классов В20-В45 с продольной арматурой класса А400, А500 диаметром 16-40 мм. Несущую способность колонн увели­чивают путем повышения классов бетона и арматуры, а не за счет увеличе­ния размеров поперечного сечения.

В колоннах диаметр продольных стержней рекомендуется назначать не менее 16 мм. Диаметр поперечной арматуры (хомутов) в вязаных каркасах внецентренно сжатых элементов принимают не менее 0,25 наибольшего диаметра продольной арматуры и не менее 6 мм.

Во внецентренно сжатых линейных элементах, а также в изгибаемых элементах при наличии необходимой по расчету сжатой продольной арматуры, с целью предотвращения выпучивания продольной арматуры следует устанавливать поперечную арматуру с шагом не более 15d и не более 500 мм (d – диаметр сжатой продольной арматуры).

Если насыщение сжатой продольной арматуры, устанавливаемой у одной из граней элемента, более 1,5%, поперечную арматуру следует устанавливать с шагом не более 10d и не более 300 мм. Расстояния между хомутами внецентренно сжатых элементов в местах стыкования рабочей арматуры внахлестку без сварки должны составлять не более 10d. Конструкция хомутов (поперечных стержней) во внецентренно сжатых линейных элементах должна быть такой, чтобы продольные стержни (по крайней мере через один) располагались в местах перегибов, а эти перегибы – на расстоянии не более 400 мм по ширине грани. При ширине грани не более 400 мм и числе продольных стержней у этой грани не более четырех допускается охват всех продольных стержней одним хомутом (Рис.4.1).

Рис.4.1. Конструкция пространственных арматурных каркасов в сжатых элементах

При расстояниях между осями рабочих стержней в направлении плос­кости изгиба свыше 500 мм необходимо устанавливать конструктивную арматуру диаметром не менее 12 мм, чтобы между продольными стержня­ми было не более 400 мм.

 Поперечная арматура в виде сварных сеток косвенного армирования при местном сжатии (смятии) должна удовлетворять следующим требованиям:

а) площади стержней сетки на единицу длины в одном и другом направлении не должны различаться более чем в 1,5 раза;

б) шаг сеток (расстояние между сетками в осях стержней одного направления) следует принимать не менее 60 и не более 150 мм;

в) размеры ячеек сеток в свету должны быть не менее 45 и не более 100 мм;

г) первая сетей располагается на расстоянии 15-20 мм от нагруженной поверхности элемента.

Колонны железобетонного каркаса многоэтажного здания являются элементами рамы. При действии вертикальных и горизонтальных  нагрузок в колоннах возникают нормальные силы и изгибающие мо­менты.

Расчет рам с учетом их конструктивных особенностей, характера на­грузок является сложной задачей, поэтому можно использовать идеализированные схемы. При приближенном расчете рамный каркас расчленяют на отдель­ные плоские рамы и рассматривают наиболее невыгодные сочетания посто­янных и временных нагрузок. Изгибающие моменты в стойках определяют как разность опорных моментов ригелей в узле путем распределения ее пропорционально погонным жесткостям стоек. Для определения макси­мального изгибающего момента в средней колонне рассматривают одно­стороннее загружение временной нагрузкой междуэтажного перекрытия и определяют соответствующее значение продольной силы (М_mах, N); для оп­ределения максимальной продольной силы рассматривают загружение обо­их смежных пролетов временной нагрузкой и определяют соответствующее значение изгибающего момента (N_max, М).

Для колонн каркасного здания значение эксцентриситета продольной силы относительно центра тяжести приведенного сечения (е _o =М/N) прини­мается не менее величины случайного эксцентриситета е_а, обусловленного не учтенными в расчете факторами.

Эксцентриситет е_а.в любом случае принимается не менее:

1/600 высоты этажа;

1/30 высоты сечения;

10 мм (при отсутствии других экспериментальных данных).

Расчет колонн производят с учетом влияния прогиба элемента в плос­кости эксцентриситета продольной силы (в плоскости изгиба) и нормаль­ной к ней плоскости. В последнем случае принимается, что продольная сила приложена с эксцентриситетом е_а. Расчет из плоскости изгиба можно не производить, если гибкость элемента в плоскости изгиба превышает гибкость в плоскости, нормальной к плоскости изгиба. При наличии расчетных эксцентриситетов в двух направлениях, превышающих случайные эксцентриситеты е_а , производится расчет на косое внецентренное сжатие. Влияние прогиба элемента на момент продольной силы (или ее эксцентриситет е _o)учитывается, как правило, путем расчета конструкции по деформированной схеме, принимая во внимание неупругие деформации бетона и арматуры, а также наличие трещин.

Допускается производить расчет конструкции по недеформированной схеме, а влияние прогиба элемента учитывать путем умножения моментов на коэффициенты η_v и η_h в соответствии с формулой

М = M_vη_v + M_hη_h + М _{t ,}                                   (4.1)

где M_v - момент от вертикальных нагрузок, не вызывающих заметных горизонтальных смещений концов; η_v – коэффициент, принимаемый равным: для сечений в концах элемента: при податливой заделке -1,0; при жесткой заделке – по формуле (4.2); M_h – момент от нагрузок, вызывающих горизонтальное смещение концов (ветровых и т.п.); η_h – коэффициент, определяемый по формуле (4.2); M_t – момент от вынужденных горизонтальных смещений.

 Значение коэффициента η_{v ( h )} при расчете конструкции по недеформированной схеме определяется по формуле

                                             (4.2)                                                                     

где N_cr – условная критическая сила, определяемая по формуле

    ,                                          (4.3)

l_o – расчетная длина элемента.

Жесткость железобетонного элемента в предельной стадии, определяемая по формулам:

для элементов любой формы сечения

_,                              (4.4)

для элементов прямоугольного сечения с арматурой, расположенной у наиболее сжатой и у растянутой (менее сжатой) грани элемента

 _,                                (4.5)

где I и I_s – момент инерции соответственно бетонного сечения и сечения всей арматуры относительно центра тяжести бетонного сечения; φ _l – коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента и равный

φ _l = l + М_1l/М₁                                         (4.6)

но не более 2; М₁и М_1l – моменты внешних сил относительно оси, нормальной плоскости изгиба и проходящей через центр наиболее растянутого или наименее сжатого (при целиком сжатом сечении) стержня арматуры, соответственно от действия всех нагрузок и от действия постоянных и длительных нагрузок; δ_е – коэффициент, принимаемый  равным e_o/h , но не менее 0,15.

_.                                                             (4.7)               

Жесткость D при вычислении коэффициентов η_v и η_h определяется с учетом всех нагрузок. В случае необходимости коэффициент η_v можно снизить, вычисляя жесткость D без учета нагрузок, вызывающих смещение концов.

При гибкости элемента l_o/I < 14 (для прямоугольных сечений – при l_o/h < 4) можно принимать η_{v ( h )} = 1,0.

При N > N_cr следует увеличивать размеры сечения.

Расчетная длина l_опринимается равной:

а) при вычислении коэффициента η_v , а также при расчете элемента на действие продольной силы со случайным эксцентриситетом для элементов:

с шарнирным опиранием на двух концах – 1,0l;

с шарнирным опиранием на одном конце, а на другом конце:

с жесткой заделкой – 0,7l

с податливой заделкой – 0,9l;

с заделкой на двух концах: жесткой – 0,5l;

податливой – 0,8l ;

с податливой заделкой на одном конце и с жесткой заделкой на другом – 0,7l;

б) при вычислении коэффициента η_h для элементов:

с шарнирным опиранием на одном конце, а на другом конце

с жесткой заделкой – 1,5l;

с податливой заделкой – 2,0l;

с заделкой на двух концах: жесткой – 0,8l;

    податливой – 1,2l;

с податливой заделкой на одном конце и с жесткой заделкой на другом – l;

с жесткой заделкой на одном конце и незакрепленным другим концом (консоль) -2l .

Здесь l – расстояние между концами элемента. Для конкретных конструкций и сооружений можно принимать иные значения l_o.

Требуемое количество симметричной арматуры определяется в зависимости от относительной  величины продольной силы

                                                                    (4.8)

а) при a _п ≤ ξ _R

           (4.9)

б) при a _п > ξ _R

                (4.10)

Относительная высота сжатой зоны – ξ  определяется по формуле

                                               (4.11)

где значение a_s допускается определять по формуле

 .                  (4.12)

Если значение a' не превышает 0,15h_o необходимое количество арматуры можно определять с помощью графика (рис.4.2), используя формулу

                                  (4.13)

где а _s определяется по графику в зависимости отзначений

                                              (4.14)

Расчет сжатых элементов из бетона классов В15-В35 на действие продольной силы, приложенной с эксцентриситетом равным случайному эксцентриситету е _o = h /30, при l_o < 20h допускается производить из условия

N ≤ φ(R_bA + R_scA_s,tot),                                     (4.15)

где φ – коэффициент, определяемый по формуле

    φ = φ_b+2(φ_sb- φ_b)a_s,                                 (4.16)

но принимаемый не более φ_sb.

Рис.4.2.  Графики несущей способности внецентренно сжатых элементов прямоугольного сечения с симметричной арматурой

 

Здесь φ_b и φ_sb – коэффициенты, принимаемые по табл. 4.1 и табл. 4.2.

Таблица 4.1

 Коэффициент φ_b

	Коэффициент φb при lo/ h
	6	8	10	12	14	16	18	20
0	0,93	0,92	0,91	0,90	0,89	0.88	0,86	0,84
0,5	0,92	0,91	0,90	0,89	0,86	0,82	0,77	0,71
1,0	0,92	0,91	0,89	0,87	0,83	0,76	0,68	0,60

Таблица 4.2

Коэффициент φ_sb

	Коэффициент φsb при lo/ h
	6	8	10	12	14	16	18	20
А. При а = а' < 0,15h и при отсутствии промежуточных стержней (см. эскиз) или площади сечения этих стержней менее А s, tot/3
0	0,93	0,92	0,91	0,90	0,89	0,88	0,86	0,83
0,5	0,92	0,91	0,91	0,90	0,88	0,87	0,83	0,79
1,0	0,92	0,91	0,90	0,90	0,88	0,85	0,80	0,74
Б. При 0,25h > а = а' ≥ 0,15h или при площади промежуточных стержней (см. эскиз), равной или более А s, tot/3независимо от а
0	0,92	0,92	0,91	0,89	0,87	0,85	0,82	0,79
0,5	0,92	0,91	0,90	0,88	0,85	0,81	0,76	0,71
1,0	0,92	0,91	0,89	0,87	0,83	0,77	0,70	0,62

Обозначения, принятые в табл.4.1 и табл.4.2:

N₁ – продольная сила от действия постоянных и длительных нагрузок,

N – продольная сила от всех нагрузок.

                                                               (4.17)

A_{s , tot} – площадь сечения всей арматуры в сечении; при a_s > 0,5 можно, не пользуясь формулой (4.8), приниматьφ = φ_{sb .}

Стык ригеля с колонной осуществляется с помощью железобетонной консоли или же опорного столика из уголков, выпущенных из колонны. Возможен и бесконсольный стык, в котором поперечная сила воспринима­ется бетоном замоноличивания и бетонными шпонками, образующимися в призматических углублениях на боковой поверхности колонны и в торце сборного ригеля. Такой стык равнопрочен с консольным, а по расходу ма­териалов и трудоемкости он экономичнее.

Для армирования консолей рассчитывается продольная арматура, рас­пределенная по контуру, по изгибающему моменту у грани колонны, уве­личенному на 25%, и поперечная арматура.

Жесткие стыки сборных колонн рекомендуется выполнять, используя ванную сварку выпусков продольной арматуры, расположенных в специ­альных подрезках, с последующим замоноличиванием бетоном. В таких стыках между торцами стыкуемых колонн должна предусматриваться цен­трирующая прокладка в виде стальной пластины, заанкеренной в бетоне или приваренной при монтаже к распределительному листу закладной де­тали. Стыки сборных колонн с эксцентриситетами продольных сил на ста­дии эксплуатации менее 0,17h могут выполняться сопряжением торцов ко­лонн через слой цементного раствора с обрывом арматуры (контактные стыки). На концевых участках стыкуемых колонн, если не предусмотрено спе­циальное усиление (обойма, закладные детали), должны устанавливаться сетки косвенного армирования в количестве не менее четырех (считая от торца элемента). Коэффициент насыщения косвенной арматурой μ_xy  принимается не менее 0,0125. Из удобства производства работ рабочий стык назначается на 1 м выше перекрытия. Торцы колонн ослабляются подрезками. Подрезки могут быть угловыми при армировании колонны четырьмя диаметрами.

Центрирующие прокладки имеют размеры 0,2–0,25 размера колонны. Толщина центрирующей прокладки 10–25 мм. Концы продольной арматуры должны выпускаться на 30–40 мм, что облегчает совмещение выпусков при подготовке к ванной сварке. На длине 10d устанавливаются дополнительные сетки. Для замоноличивания применяется бетон такого же класса, как для колонны. Размеры ячеек сетки принимаем так чтобы размер входил в диапазон 45< 80 < 100 и выполнялось условие 1/4 b_col = 100мм. Шаг сеток принимаем равным 100мм, так чтобы величина шага входила в диапазон 60< 100 < 150 и выполнялось условие: 100 < 1/3 b_col = 133мм. В пределах подрезки устанавливается не менее двух сеток и 2-3 сеток за ее пределами. Стык проверяется для двух стадий: стадии возведения и стадии эксплуатации.

Рис.4.3. Центрирующая прокладка

Рис. 4.4.  К проверке прочности стыка на стадии возведения

Определяются коэффициенты:

  и .            (4.18)

Определяется коэффициент эффективности косвенного армирования:

                                    (4.19)

Приведенная прочность армированного бетона равна:

R_b,red = R_b·φ_b + φ·µ_xy·R_s,xy·φ_s                            (4.20)

Определяется несущую способность стыка:

,  (4.21)

где ψ_b – коэффициент условия работы под центрирующей подкладкой, ψ_b =0,75;  ψ_s – коэффициент условия работы арматуры в стыке, ψ_s = 0,5;  φ_z – коэффициент продольного изгиба арматуры, φ_z = 0,8;   N_m – продольная сила, действующая во время монтажа.

Колонна армируется пространственными каркасами, образованными из плоских сварных каркасов. Диаметр поперечных стержней при диаметре продольной арматуры 32 принимают диаметр 8 А400 с шагом s=400 мм по размеру стороны сечения колонны b=400 мм, что менее 15 d=15·32=480мм. Колонну семиэтажной рамы членят на три по два этажа и один по одному этажу. Стык колонн выполняют на ванной сварке выпусков стержней с обетонированием, концы колонны усиливают поперечными сетками.

Элементы сборной колонны должны быть проверены на усилия, возникающие на монтаже от собственного веса с учётом коэффициента динамичности и по сечению в стыке до его обетонирования.

Контрольные вопросы

1. Особенности расчета колонн железобетонного каркаса многоэтажного здания.

2. Виды стыков  ригеля с колонной.

3. Армирование колонн.

4. Стык колонны с колонной.

Рекомендуемая литература

1.СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. - Введ. 01.01.2013. - М.: Минрегион России, 2013.

2.Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003). - М.: ЦНИИПРОМЗДАНИЙ, 2005.

3.Железобетонные конструкции: Общий курс: учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / В.Н. Байков, Э.Е. Сигалов под ред. В.Н. Байкова. – М.: Стройиздат,1991.

---

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 1023; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!