Вопрос 1 Общие принципы проектирования железобетонных конструкций зданий

• Название: Вопрос 1 Общие принципы проектирования железобетонных конструкций зданий
• Дата: 11.11.2021
• Размер: 141.85 Kb.
• Имя файла: 1_2_25.docx
• Тип: Документы; #269620

Вопрос № 1

Общие принципы проектирования железобетонных конструкций зданий

Конструктивные схемы зданий могут быть каркасными и панельными (бескаркасными), многоэтажными и одно­этажными. Каркас многоэтажного здания образуется из основных вертикальных и горизонтальных элементов — колонн и ригелей. В каркасном здании гори­зонтальные воздействия (ветер, сейсмика и т. п.) могут восприниматься совместно каркасом и вертикальными связевыми диафрагмами, соединенными перекрытиями в единую пространственную систему, или же только карка­сом, как рамной конструкцией, при отсутствии верти­кальных диафрагм. В многоэтажном панельном здании горизонтальные воздействия воспринимаются совместно поперечными и продольными стенами, также соединен­ными перекрытиями в пространственную систему.

 



1 – колонна; 2 – ригель; 3 – распорка; 4 – плита перекрытия

Рис. 1.1. Железобетонный каркас многоэтажного здания

Деформационные швы

Чтобы уменьшить усилия от температуры и усадки, железобетонные конструкции делят по длине и ширине температурно-усадочными швами на отдельные части — деформационные блоки. Если расстояние между темпе­ратурно-усадочными швами при температуре выше минус 40 °С не превышает пределов, указанных в табл.1.1, то конструкции без предварительного напряжения, а также предварительно напряженные, к трещиностойкости которых предъявляются требования 3-й категории, на темпе­ратуру и усадку можно не рассчитывать.

 

Таблица 1. 1 Наибольшие допустимые расстояния между. температурно-усадочными швами в железобетонных конструкциях

Вид конструкции	Расстояние между швами, м
внутри отап­ливаемых зданий и в грунте	в открытых сооружениях и в не отапливаемых зда­ниях
Сборная каркасная » сплошная Монолитная и сборно-монолитная каркасная То же, сплошная

 

 

Температурно-усадочные швы выполняются в надзем­ной части здания — от кровли до верха фундамента, раз­деляя при этом перекрытия и стены. Ширина температурно-усадочных швов обычно составляет 2—3 см, она уточняется расчетом в зависимости от длины температур­ного блока и температурного перепада. Наиболее четкий температурно-усадочный шов конструкции здания созда­ется устройством парных колонн и парных балок по ним.



а – температурный шов на парных колоннах; б – осадочный шов на

парных колоннах; в – осадочный шов с вкладным пролетом

Рис. 1.2. Деформационные швы

 

Осадочные швы устраивают между частями зданий разной высоты или в зданиях, возводимых на участке с разнородными грунтами; такими швами делят и фунда­менты (рис. 1.2,б). Осадочные швы можно устраивать также с помощью вкладного пролета из плит и балок (рис. 1.2,в). Осадочный шов служит одновременно и температурно-усадочным швом здания.

2) Пространственный каркас промышленных зданий решается по смешанной системе. Прочность и устойчивость каркаса в этом случае обеспечиваются в поперечном направлении рамой с жесткими узлами (рис. 12.5, а), в продольном — вертикальными стальными связями по колоннам, устраиваемыми в каждом продольном ряду или разреженно через ряд колонн и более (рис. 12.5, б). Если стальные связи по условиям технологии нежелательны, то для обеспечения устойчивости каркаса в продольном направлении возможно устройство «рамных устоев» (рис. 12.5, в) в одном или нескольких пролетах.

Многоэтажные сборные рамы членятся на отдельные элементы, которые соединяются путем жестких стыков. Наибольшее распространение получили сборные рамы со стыками ригелей и колонн, выполняемых на консолях (линейная разрезка). Возможны и иные решения (рис. 12.5, г, д); каждое из них имеет определенные достоинства и недостатки. В крестовой системе (рис. 12.5, г) стыки упрощаются за счет вынесения их в сечения с небольшими моментами. В конструкции, представленной на рис. 12,5, д, сокращается число типов элементов многоэтажных рам. Однако оба последних решения менее выгодны с точки зрения изготовления и транспортировки. Применение их может оказаться целесообразным в сейсмических районах.



Рис. 12.5. Конструкции многоэтажных промышленных зданий:

1 — ригель поперечной рамы; 2 — плиты перекрытий; 3 — вертикальные про

дольние связи; 4 — продольные ригели, жестко связанные с колоннами; 5 — безраскосные фермы с параллельными поясами

25 Особенности расчета и армирование отдельных фундаментов

Усилия в фундаментах и основаниях определяют расчетом из условия совместной работы надфундаментной конструкции, фундамента и основания. Расчет фундамента на изгиб и на продавливание ведется при   на расчетные нагрузки. Расчет по деформациям и подбору размеров подошвы фундамента производят при коэффициенте надежности по нагрузкам   . К трещиностойкости предъявляют требования 3-ей категории.

По характеру работы различают центрально- и внецентренно-нагруженные фундаменты.


Центрально-нагруженные фундаменты обычно выполняют квадратными в плане. В монолитных ступенчатых фундаментах под монолитные колонны количество ступеней назначают в зависимости от общей высоты фундамента: при h ≤ 45 см – одноступенчатый; при 45 < h ≤ 90 см – двухступенчатый; при h ≥ 90 см – трехступенчатый фундамент [12]. Минимальная высота ступени – 300 мм. Высоты ступеней h_1, h₂, h₃ в фундаментах выбирают так, чтобы не требовалась поперечная арматура. Тогда фундаменты армируют одной сеткой, расположенной в их подошве и предназначенной для восприятия растягивающих усилий от реактивного давления грунта. Расчет центрально-нагруженных фундаментов состоит из двух частей: расчета основания и тела фундамента (рис.37).

Рис.37. К расчету центрально-нагруженного фундамента:

1 – пирамида продавливания; 2 – основание пирамиды продавливания

 

По данным расчета основания определяют размеры подошвы фундамента, а по данным расчета тела фундамента – общую высоту фундамента, высоту уступов и необходимое армирование. Расчет прочности основания производят из условия, что давление от внешних нагрузок на подошву фундамента не должно превышать расчетных сопротивлений грунта, приведенных в нормах [24]. Расчетную формулу прочности основания под подошвой фундамента получают из условия равновесия Σy=0.



где N_n – нормативное усилие, передаваемое на фундамент   ; R – условное расчетное сопротивление основания; γ_m = 20 кН/м³ – усредненная масса единицы объема фундамента и грунта на его уступах; d – глубина заложения фундамента. Высота нижней ступени должна быть проверена на прочность по наклонному сечению на восприятие поперечной силы одним бетоном.

Толщина защитного слоя фундаментов на бетонной подготовке – 35 мм, без подготовки – 70 мм, для сборных – 30 мм. Размеры подошвы монолитных фундаментов кратны 300 мм. Высота – 1,2; 1,5; 1,8; 2,4; 3,0; 3,6; 4,2 м.

Минимальную высоту фундамента определяют условным расчетом его прочности на продавливание по формуле:

 ,

где   - продавливающая сила на уровне верха фундамента за вычетом давления грунта по площади основания пирамиды продавливания;   - расчетное сопротивление бетона при растяжении;   - среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания в пределах полезной высоты фундамента   ;   - площадь основания пирамиды продавливания;   и   - размеры сечения колонны;   - расчетная сила.

Полезная высота фундамента может быть вычислена по приближенной формуле:   .

Полная минимальная высота фундамента



где a_b - толщина защитного слоя бетона.

Фундаменты под сборные колонны обычно выполняют стаканного типа. Толщину дна стакана применяют не менее 200мм. Глубина стакана h_g на 50 мм больше длины заделки колонны. Высота фундамента со стаканной частью из условий заделки колонны в зависимости от размеров ее сечения   см;

 .

Глубину заделки колонн d_c принимают с учетом анкеровки их продольной арматуры. Она должна быть не менее 30d…25d, где d – диаметр арматуры колонны. Полная высота фундамента при этом



 

Расчет арматуры фундаментной плиты. Под действием реактивного давления основания ступени фундаментной плиты работают под нагрузкой как консоли. Расчетные сечения I-I, II-II (рис.37). В этих сечениях действуют изгибающие моменты: в направлении стороны a



в направлении меньшей стороны b



где p – фактическое напряжение грунта под подошвой фундамента.

Требуемая площадь сечения арматуры на всю подошву фундамента в каждом направлении



По подошве фундамента укладывают сварные сетки из арматуры класса А – II , А – III c диаметром ≥ 10 мм. Шаг – 150÷200мм.

Отдельные внецентренно- нагруженные фундаменты.


Под действием больших моментов и поперечных сил внецентренно-нагруженные фундаменты зданий делают прямоугольными, вытянутыми в плоскости действия момента. Конструирование внецентренно-нагруженных фундаментов мало отличается от центрально-нагруженных. Вместо прямоугольной принимают трапецеидальную эпюру напряжений под подошвой фундамента (рис.38).

Рис.38. К расчету внецентренно-загруженного фундамента:

а – расчетная схема; б, в, г – эпюры давления

Среднее напряжение в грунте р_m под подошвой фундамента от силы N_inf принимают не более расчетного давления грунта p_m = N_inf / ab ≤ R.

 

 при 

при   ;

 

где   – продольная сила и   – изгибающий момент на уровне подошвы фундамента; a,b – размеры сторон подошвы фундамента; N_n, M_n, Q_n – нормальная сила, изгибающий момент и поперечная сила на уровне верха фундамента.

Формулы для определения размеров подошвы отдельных прямоугольных фундаментов внецентренно-нагруженных в одном направлении (см. табл. 12.1[1]).

Прочность тела внецентренно-нагруженного фундамента рассчитывают по аналогии с центрально-нагруженным фундаментом.