Главная | Обратная связь

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННЫХ КОЛОНН

Общие сведения

К центрально сжатым элементам условно относят промежуточные колонны в зданиях, верхние пояса ферм и ряд других конструктивных элементов. В действительности, из-за несовершенства конструктивных форм, отклонения их от проектных размеров, неоднородности бетона, неточностях монтажа сборных конструкций и других причин обычно центральное сжатие не наблюдается, а происходит внецентренное сжатие с так называемым случайным эксцентриситетом.

Сжатые элементы со случайными эксцентриситетами делают чаще квадратного поперечного сечения, реже – прямоугольного.

Минимальный размер поперечного сечения колонн 250 мм. В целях стандартизации опалубки размеры сечения назначают кратными 50 мм.

Для сжатых элементов применяют тяжелый бетон классов В15–В25.

Колонны армируют продольной (рабочей) арматурой из горячекатаной стали классов А400¸А500, стержнями диаметром 16–40 мм. Продольные стержни устанавливаются по периметру сечения в один ряд. Минимальные расстояния в свету между ними 50 мм для монолитных колонн и 25¸30 мм – для сборных. Защитный слой бетона не менее 20 мм. Максимальные расстояния между стержнями 400 мм.

Поперечная арматура принимается без расчета стали классов А240¸А300. С целью обеспечения продольных стержней от бокового выпучивания шаг поперечной арматуры должен быть не более 15 d_s (d_s – наименьший диаметр продольной арматуры). Из условий сварки диаметр поперечной арматуры должен быть не менее 0,25 d_s (здесь d_s – наибольший диаметр продольного стержня).

 

Расчет колонны

На несущую способность гибких сжатых элементов заметное влияние оказывают случайные эксцентриситеты.

По нормам п. 3.49 [3] величина случайных эксцентриситетов e_a должна приниматься равным большему из следующих значений:

 

 

Здесь – высота сечения колонны; l – расстояние между точками закрепления колонны от поперечных перемещений.

Сжатые элементы прямоугольного сечения с симметричным армированием стержнями из стали классов А400; А500 при l₀ £ 20h_col и эксцентриситета допускается рассчитывать по несущей способности как центрально сжатых (п. 3.58 [3]), исходя из условия

 

(108)

 

где j – коэффициент, учитывающий гибкость элемента, характер армирования и длительность действия нагрузки, определяемый по формуле

(109)

где j_sb иj_b– табличные коэффициенты (табл. 8 прил. 2); A – площадь поперечного сечения бетона колонны; – площадь поперечного сечения всей продольной арматуры колонны.

В проекте рассчитывается наиболее нагруженная колонна среднего ряда первого этажа. Расчет прочности колонны производим в наиболее нагруженном сечении – у обреза фундамента.

Нагрузку на колонну с учетом ее веса определяем от опирающихся на нее ригелей трех вышележащих междуэтажных перекрытий (нагрузка от кровли передается на наружные кирпичные стены).

В качестве расчетной схемы колонны условно принимаем сжатую со случайным эксцентриситетом стойку, защемленную в уровне обреза фундамента и шарнирно закрепленную в уровне верха консоли колонны (рис. 1.13). Расчетная длина колонны нижнего этажа с шарнирным опиранием на одном конце, а на другом конце с податливой заделкой 0,9l (п. 3.55 [3]).

 

Рис. 1.13. Расчетная схема колонны

 

(110)

где h_эт – высота этажа по заданию, м; 0,7 м – расстояние от обреза фундамента до уровня чистого пола; h_п – высота панели перекрытиям; h_р – высота сечения ригеля, м.

Принимаем колонну сечением 40´40 см, а = а¢ = 4 см.

Расчетная нагрузка на колонну в уровне обреза фундамента

 

, (111)

 

где q¢ – постоянная и временная нагрузка на 1 пог. м ригеля (см. сбор нагрузки на ригель); l = l_ср – расстояние между поперечными осями колонн, на которые опирается средний ригель; n = 3 – число перекрытий; G_c – вес колонны; g_n = 1,0 – коэффициент надежности по назначению зданий

 

(112)

 

Кратковременно действующая часть расчетной нагрузки

 

(130)

 

где = 1,5 кН/м² по заданию; A_гр = l_пl_р – грузовая площадь перекрытия, с которой нагрузка передается на среднюю колонну; l_п и l_р – соответственно номинальный шаг колонн вдоль и поперек здания;
g_f = 1,2 – коэффициент надежности по нагрузке; п = 3 – число перекрытий, нагрузка с которых передается на колонну.

Длительно действующая часть расчетной нагрузки

 

(114)

 

Отношение N_l/N > 0,9.

Если отношение больше 0,9, то g_b1 = 0,9, если меньше – g_b1 = 1,0.

С целью определения размера поперечного сечения колонны задаемся коэффициентами армирования m = 0,008¸0,029 и j = 0,9. Тогда

 

. (115)

 

При квадратном сечении колонны

 

 

Размеры сечения округляются кратно 50 мм.

По соотношениям и по табл. 3.5 [3] и табл. 8 прил. 2 уточняются коэффициенты j_b и j_sb и определяется коэффициент j = j_b + 2(j_sb + j_b) a_s; a_s = R_sc .

Площадь поперечного сечения арматуры вычисляется по формуле

 

. (116)

По сортаменту арматуры (табл. 3, прил. 2) принимаем количество и диаметр арматуры. Однако в соответствии с п. 5.17 [3] диаметр продольных стержней должен быть не менее 16 мм.