Лекция Принципы компановки железобетонных конструкций

• Название: Лекция Принципы компановки железобетонных конструкций
• Анкор: 2aya_chast_semestr_ZhBK.doc
• Дата: 04.05.2018
• Размер: 13.92 Mb.
• Имя файла: 2aya_chast_semestr_ZhBK.doc
• Тип: Лекция; #18882
• страница: 7 из 8

Лекция 15. КОНСТРУКЦИи ОДНОЭТАЖНЫХ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ ИЗ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
В одноэтажном каркасном здании из монолитного железобетона основная несущая конструкция — попе­речная рама. Нагрузка от покрытия здания — балочного или тонкостенного пространственного — передается на поперечные рамы.

Прямолинейные ригели возможны при пролетах до 12…15 м, ломаные ригели до 15…18 м, криволинейные ригели без затяжек - до 18 м, с затяжками - до 24 м и более. Рамы с криволинейными ригелями применяют преиму­щественно в качестве диафрагм коротких оболочек, яв­ляющихся весьма экономичным типом монолитных покрытий. Затяжка, препятствуя горизонтальным перемещениям верха стоек, уменьшает значения изгибающих моментов и поперечных сил в стойках и ригелях. Благодаря затяжке уменьшаются изгибающие моменты и поперечные силы также и в заделке стоек и облегчается конструкция фундаментов.

Соединение стоек монолитных рам с фундаментами может быть жестким и шарнирным. В жестком соединении арматуру стоек сваривают с соответствующими выпусками арматуры фундамента; такое соединение просто и экономично. Шарнирное соединение применяют в тех случаях, когда в заделке колонны возникает значительный изгибающий момент, а грунты оснований имеют малую несущую способность и фундаменты рамы оказываются весьма тяжелыми. Вместе с тем нужно иметь в виду, что шарнирное соединение приводит к возрастанию изгибающих моментов в пролете и ригель становится тяжелее (рис. 15.1).

Ригель армируют как балку, заделанную на опоре; часть продольной арматуры ригеля переводят в зону отрицательных моментов у опоры и заводят в стойку; стойки армируют как сжатые элементы, часть стержней которых заводят в ригель (рис.15.1а).

При конструировании монолитной рамы особое внимание следует уделять узлам и сопряжениям. Расположение арматуры в узлах должно соответствовать характеру действующих усилий и в то же время обеспечивать удобство производства работ. В узле сопряжения ригеля с колонной наибольшие растягивающие усилия возникают на некотором удалении от края, поэтому растянутую арматуру в узле выполняют закругленной и заводят на длину, устанавливаемую на эпюре моментов (рис.15.1б).



а – армирование рамы; б – армирование узла сопряжения ригеля и стойки; в – армирование ригеля при его изломе; г – армирование опорных шарниров

Рис.15.1. Конструкция монолитной однопролетной рамы
В сжатой зоне узла возникают значительные мест­ные напряжения, в связи с чем входящие углы целесо­образно выполнять со скосами (вутами), уменьшающи­ми местные напряжения. Сжатую арматуру ригеля и стойки заводят в глубь узла, а вут армируют самостоя­тельными продольными стержнями. В рамных конструк­циях с относительно небольшими усилиями вуты не делают, что несколько упрощает производство работ.

В узлах, где ригель имеет перелом, например в конь­ковом узле, усилия в нижней растянутой арматуре соз­дают равнодействующую, направленную по биссектри­се входящего угла, под действием которой арматура стре­мится выпрямиться и выколоть бетон (рис. 15.1в). Поэтому коньковые узлы армируют с перепуском кон­цов нижних растянутых стержней и усиливают дополни­тельными поперечными стержнями, определяемыми рас­четом. Поперечная арматура должна воспринимать рас­тягивающее усилие, равное вертикальной составляющей усилий в продольных растянутых стержнях, незаанкеренных в сжатой зоне:

(15.1)

или воспринимать 35 % вертикальной составляющей уси­лий во всех продольных растянутых стержнях

(15.2)

где А_s1 — площадь сечения продольных растянутых стержней, незанкеренных в сжатой зоне; γ — входящий угол в растянутой зоне.
Поперечная арматура, необходимая по расчету, дол­жна быть расположена на длине

(15.3)

Шарнирное сопряжение стойки рамы с фундаментом создается устройством упрощенного (несовершенного) шарнира. В этом месте размеры сечения стойки умень­шаются до 1/2—1/3 размеров основного сечения; здесь ус­танавливают вертикальные или перекрещивающиеся стержни, а примыкающие к шарниру части стойки и фундамента усиливают поперечными сетками (рис. 15.1, г). Продольная сила стойки передается через сохраняемую площадь бетона и арматурные стержни, поперечная сила стойки обычно погашается силой трения.

Раздел 5. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Лекция 16. Отдельные фундаменты колонн

Же­лезобетонные фундаменты бывают трех типов: отдельные, ленточные и сплошные (рис. 16.1).

Фундаменты возводят чаще всего на есте­ственных основаниях, но могут быть и на сваях; тогда группа свай, объединенная по верхней их части распредели­тельной железобетонной плитой — ростверком, образует свайный фундамент.

Отдельные фундаменты устраивают при относительно небольших нагрузках и достаточно редком размещении колонн.

Ленточные фундаменты под рядами колонн делают тогда, когда подошвы отдельных фундаментов близко подходят друг к другу, что обычно бывает при слабых грунтах и больших нагрузках. Целесообразно применять ленточные фундаменты при неоднородных грунтах и внешних нагрузках, различных по величине, так как ленточные фундаменты выравнивают неравномерные осадки основания.

Если несущая способность ленточных фундаментов недостаточна или деформации основания под ними бо­лее допустимых, то устраивают сплошные фундаменты.

Стоимость фундаментов составляет 4…6 % обшей стоимости здания. Тщательной проработкой конструк­ции фундаментов можно достичь ощутимого экономиче­ского эффекта.

По способу изготовления фундаменты бывают сбор­ные и монолитные.


Рис.16.1. Типы железобетоны фундаментов: а ­­– отдельный; б – ленточный; в -сплошной




16.1. Конструкции сборных фундаментов

В зависимости от размеров сборные фундаменты ко­лонн делают цельными и составными. Размеры сборных цельных фундаментов относительно неве­лики. Их выполняют из тяжелых бетонов классов С12/15…С20/25, устанавливают на песчано-гравийную уплотненную подготовку толщиной 10 см. В фундаментах предусмат­ривают арматуру, располагаемую по подошве в виде сварных сеток. Минимальная толщина защитного слоя арматуры принимается 35 мм (рис. 16.2). Если под фундаментом нет подготовки, то защитный слой делают не менее 70 мм.



1 – гнездо колонны; 2 – петли; 3 – фундамент; 4 – подготовка; 5 – сварная сетка

Рис.16.2. Сборные цельные железобетонные фундаменты колонн

а ­­– общий вид; б – сечение; в – сопряжение сборной колонны с фундаментом;
Сборные колонны заделывают в специальные гнезда (стаканы) фундаментов. Глубину заделки d₂принимают равной 1…1,5 большего размера поперечного сечения колонн. Толщина нижней плиты гнезда должна быть не менее 200 мм. Зазоры между колонной и стенками стакана должны быть: понизу не менее 50 мм, поверху не менее 75 мм. При монтаже колонну устанавливают в гнезда с помощью подкладок и клинь­ев или кондуктора и рихтуют, после чего зазоры запол­няют бетоном класса С16/20 на мелком заполнителе.

Сборные фундаменты больших размеров могут вы­полняться составными из нескольких монтажных бло­ков. На них расходуется больше материа­лов, чем на цельные (рис. 16.3). При значительных моментах и го­ризонтальных распорах блоки составных фундаментов необходимо соединять между собой выпусками, анкера­ми, сваркой закладных деталей и т. п.


1 – подколонник; 2 – фундаментная плита целая;

3 – то же блочная; 4 – подколонные блоки

Рис.16.3. Составные железобетонные фундаменты
16.2. Конструкции монолитных фундаментов

Монолитные отдельные фундаменты устраивают под сборные и монолитные каркасы зданий и сооружений. Типовые конструкции монолитных фундаментов, сопря­гаемых со сборными колоннами, разработаны под унифицирован­ные размеры (кратные 300 мм): для подошвы от 1,5×1,5м до 6×5,4 м и высоты фундамента 1,5; 1,8; 2,4; 3; 3,6 и 4,2 м.

В фундаментах приняты удлиненный подколонник, армированный пространственным каркасом, фундаментная плита с отношением размера вылета к толщине до 1:2, армированная двойной свар­ной сеткой, высоко размешенный армированный подко­лонник.

Типы монолитных фундаментов, сопрягаемых с моно­литными колоннами бывают ступенчатыми и пирамидальными; ступенчатые по устройству опалуб­ки проще. Общая высота фундамента hпринимается та­кой, чтобы не требовалось его армирования хомутами и отгибами. Давление от колонн в фундаменте передает­ся, отклоняясь от вертикали в пределах 45°. Этим руко­водствуются при назначении размеров верхних ступеней фундамента.

Монолитные фундаменты, как и сборные, армируют сварными сетками только по подошве. При размерах стороны подошвы более 3 м в целях экономии стали можно применять нестандартные сварные сетки, в кото­рых половину стержней не доводят до конца на 1/10 дли­ны.

Для связи с монолитной колонной из фундамента вы­пускают арматуру с площадью сечения, равной расчет­ному сечению арматуры колонны у обреза фундамента. В пределах фундамента выпуски соединяют в каркас хомутами и устанавливают на бетонные или кирпичные прокладки.

Стыки выпусков делают вы­ше уровня пола. Арматуру колонн можно соединять с выпусками внахлестку без сварки по общим правилам конструирования таких стыков.



1 – сборная колонна; 2 – подколонник; 3 – каркас подколонника; 4 – фундаментная плита; 5 – арматурные сетки фундаментной плиты; 6 – сварные сетки стакана; 7 – сетки косвенного армирования днища стакана; 8 – вертикальные стержни каркаса подколонника

Рис.16.4. Конструкция монолитного отдельного фундамента, сопрягаемой со сборной колонной

а ­­– общий вид и схема армирования; б – схема армирования подколонника;


1 – выпуски каркасов; 2 – второй хомут каркаса; 3 – первый хомут каркаса; 4 – сварные сетки

Рис.16.5. Монолитные железобетонные отдельные фундаменты

а ­­– одноступенчатый; б – двухступенчатый; в – трехступенчатый; г – пирамидальный; д – армирование фундамента по подошве нестандартными сварными сетками;
В колоннах центрально сжатых или внецентренно сжатых при малых эксцентри­ситетах арматуру соединяют с выпусками в одном мес­те; в колоннах внецентренно сжатых при больших экс­центриситетах— не менее чем в двух уровнях с каждой стороны колонны. Если при этом на одной стороне сече­ния колонны находится три стержня, то первым соеди­няют средний.

Арматуру колонн с выпусками лучше соединять дуго­вой сваркой. Конструкция стыка должна быть удобной для монтажа и сварки. Если все сечение армировано лишь четырьмя стержнями, то стыки выполняют только сварными.


1 – арматурные контурные пояса; 2 – арматура центральной зоны ростверка; 3 – хомуты контурных поясов

Рис.16.6. Растворы отдельной опоры

а – план; б – схема внутренних усилий; в – схема армирования;

16.3. Расчет фундаментов

В общем случае размеры подошвы фундаментов на­значают согласно требованиям норм проектирования оснований зданий и сооружений, рассчитывая основания по несущей способности и по деформациям, что излага­ется в курсе оснований и фундаментов. Предварительное определение размеров подошвы фундаментов зданий классов I и II, а также окончательное их назначение для фундаментов зданий и сооружений классов III и IV допускается производить из условия, чтобы среднее давление на основание под подошвой фундамента не превышало давления, вычисляемого по условному давлению R₀ фиксированному для фундаментов шири­ной 1 м и глубиной 2 м.

Расчетное давление принимают по результатам ин­женерно-геологических изысканий площадки строитель­ства и по указаниям норм, где учитывается, что условное расчетное сопротивление основания R₀ зависит от вида и состояния грунта. Окончательные размеры подошвы фундаментов в оговоренных условиях принимают по зна­чению давления на грунт, вычисленному с учетом R₀, а также принимаемых размеров подошвы фундамен­та и глубины его заложения.

Опыты показали, что давление по подошве фунда­мента на основание в общем случае распределяется не­равномерно в зависимости от жесткости фундамента, свойств грунта, интенсивности среднего давления. При расчетах условно принимают, что оно распределено рав­номерно, что для конструкции отдельных фундаментов не имеет существенного значения.





Рис.16.7. К расчету центрально-нагруженного фундамента

1 – пирамида продавливания; 2 – основание пирамиды продавливания
Давление на грунт у края фундамента, загру­женного внецентренно в одном направлении, не должно превышать 1,2 R, а в углу при двухосном внецентренном загружении —1,5 R.

Размеры сечения фун­дамента и его армирова­ние определяют как в же­лезобетонных элементах из расчета прочности на усилия, вычисленные при нагруз­ках и сопротивлении материалов по первой группе пре­дельных состояний.

Центрально-нагруженные фундаменты. Необходимая площадь подошвы центрально-загруженного фундамента (рис 16.7) при предварительном расчете

(16. 1)
где N_n— расчетное усилие, передаваемое фундаменту; d—глуби­на заложения фундамента; γ_т— 20 кН/м³ — усредненная нагрузка от единицы объема фундамента и грунта на его уступах.
Если нет особых требований, то центрально-загружен­ные фундаменты делают квадратными в плане или близкими к этой форме.

Минимальную высоту фундамента с квадратной по­дошвой определяют условным расчетом его прочности против продавливания в предположении, что продавливание может происходить по поверхности пирамиды, бо­ковые стороны которой начинаются у колонн и наклоне­ны под углом 45°. Это условие выражается формулой (для тяжелых бетонов).

(16.2)

где f_cd— расчетное сопротивление бетона при растяжении;

u_m=2(h+ b_k+2h₀) — среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания в пределах болезной высоты фундамента h₀.
Продавливающая сила принимается согласно расче­ту по первой группе предельных состояний на уровне верха фундамента, за вычетом давления грунта по пло­щади основания пирамиды продавливания:

(16.3)

где



N – расчетная сила.
В формуле (16.З) масса фундамента и грунта на нем не учитывается, так как она в работе фундамента на продавливание не участвует. Полезная высота фун­дамента может быть вычислена по приближенной фор­муле, выведенной на основании выражений (16.2) (16.З):

. (16.4)

Фундаменты с прямоугольной подошвой рассчитыва­ют на продавливание также по условию (16.2), при­нимая

(16.5)

где А₂—площадь заштрихованной части подошвы на рис. 16.7; b₁и b₂ — соответственно верхняя и нижняя стороны одной грани пира­миды продавливания.
Полную высоту фундамента и размеры верхних сту­пеней назначают с учетом конструктивных требований, указанных выше.

Внешние части фундамента под действием реактив­ного давления грунта снизу работают подобно изгиба­емым консолям, заделанным в массиве фундамента; их рассчитывают в сечениях: I—I — по грани колонны, II—II—по грани верхней ступени, III—III—по границе пирамиды продавливания.

Полезную высоту нижней ступени принимают такой, чтобы она отвечала условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающемся в сечении III—III. Для единицы шири­ны этого сечения на основании формулы (111.85) должно быть (при ф_ш=0)

(16.6)

где на основании рис. 16.7



Кроме того, полезная высота нижней ступени должна быть проверена на прочность против продавливания по условию (16.2).

Армирование фундамента по подошве определяют расчетом на изгиб по нормальным сечениям I—I и II—II. Значение расчетных изгибающих моментов в этих се­чениях

(16. 7)

Сечение рабочей арматуры на всю ширину фундамента можно вычислить, принимая

(16. 8)

Содержание арматуры в рас­четном сечении должно быть не ниже минимально допустимого процента армирования в изгибае­мых элементах.

При прямоугольной подошве сечение арматуры фундамента оп­ределяют расчетом в обоих на­правлениях.

Если в результате окончатель­ного расчета основания фунда­мента, согласно указаниям норм проектирования оснований, пред­варительно принятые размеры по­дошвы необходимо изменить, конструкция фундамента долж­на быть откорректирована. Внецентренно нагруженные фундаменты целесообразно делать с прямоугольной по­дошвой, вытянутой в плоскости действия момента. Пред­варительно краевые давления под подошвой фундамента (рис. 16.8) в случае одноосного внецентренного загружения определяют в предположении линейного распределения давления по грунту в направлении действия момента по формулам:

Рис.16.8. К расчету внецентренно загружен­ного фундамента

а — расчетная схема б, в, г — эпюры давления

(16.9)

при
(16.10)

при
В этих формулах

(16.11)

где N_n, М_n, Q_n —нормальная сила, изгибающий момент и поперечная сила, действующие в колонне на уровне верха фундамента, соответ­ствующие второй группе предельных состояний; N_inf , М_inf— соот­ветственно сила и момент на уровне подошвы фундамента.
Согласно нормам, краевые давления на грунт не дол­жны превышать 1,2R, а среднее давление

Допустимая степень неравномерности краевых давле­ний зависит от характера конструкций, опирающихся на фундамент. В одноэтажных зданиях, оборудованных кра­нами грузоподъемностью более 75 т, и в открытых эста­кадах по опыту проектирования принимают р₂≥0,25p₁(рис. 16.8,б) в зданиях с кранами грузоподъемностью менее 75 т допустима эпюра давления по рис. 16.8, в; в бескрановых зданиях при расчете на дополнительные со­четания нагрузок возможна эпюра по рис. 16.8,г с вы­ключением из работы не более 1/4 подошвы фундамента (l ≥ 3/4a).

При подборе размеров подошвы фундаментов с уче­том перечисленных условий можно пользоваться форму­лами, приведенными в табл. XII.1.

Конструкцию внецентренно нагруженного фундамен­та рассчитывают теми же приемами, что и центрально-загруженного. При этом расчете давление на грунт опре­деляют от расчетных усилий без учета массы фундамен­та и засыпки на нем, т.е. опуская в первой формуле (XII.II) второй член.

Изгибающие моменты, действующие в консольных ча­стях фундамента, можно вычислять, заменяя трапецие­видные эпюры давления равновеликими прямоугольни­ками.