Материал: Проект каркаса здания

3.2    Определение размеров подошвы фундамента

Размеры подошвы фундамента определяю по наибольшему усилию для расчета по II группе предельных состояний (комбинация 6) по формуле:

,

Где 1,05 - коэффициент, учитывающий влияние момента;

R₀ = 200 кН/ м² - условное расчетное давление на грунт основания;

γ_m = 20 кН/ м³ - вес единицы объема материала фундамента и грунта на его обрезах;

H₁ = 1,6 м - глубина заложения фундамента.

Задаемся соотношением сторон подошвы фундамента:

a/ b = 0,8;

а = √ 6,9/ 0,8 = 2,94 м.

Размеры подошвы фундамента в плане рекомендуется брать кратными 300 мм, в связи с чем принимаю размеры фундамента а = 3,0 м, тогда b = 0,83,0 = 2,4, с условием кратности 300 мм принимаю b = 2,4м.

Фактическая площадь подошвы фундамента:

A_f = 3,02,4 = 7,2 м²

Принятые размеры подошвы фундамента проверяю на действие комбинаций усилий для расчета по II группе предельных состояний из следующих условий:

max P_ser< 1,2 R,P_ser> 0,_ser≤ R.

Комбинация усилий 3.

Эксцентриситет силы М_ser, веса фундамента и грунта на его уступах:

Следовательно, сила лежит в пределах ядра сечения.

Вычисляем краевые значения давления на грунт:

Комбинация усилий 4.

Эксцентриситет:

Таким образом, принятые размеры фундаментов достаточны.

3.3    Расчет прочности тела фундамента

Фундамент выполнен из тяжелого бетона класса В15, R_b = 8,5 МПа, R_bt = 0,75 МПа, арматура - из горячекатаной стали класса А300 с R_с = 270 МПа.

.3.1   Расчет на продавливание плитной части фундамента при стаканном сопряжении сборной колонны

Определяем высоту плитной части фундамента из расчета на продавливание от нижнего обреза подколонника для случая монолитного его сопряжения с плитой.

Назначаем размеры подколонника:

,

где δ = 0,075 - зазор между колонной и стенкой подколонника;

δ_cf = 0,2 - минимальная толщина стенки.

Принимаем размеры стакана h_cf = 1,5 м и b_cf = 1,2 м.

Вычисляем наибольшее давление на грунт от расчетной нагрузки без учета веса фундамента и грунта на его уступах на усилия комбинаций 1, 2.

Комбинация 1.

Комбинация 2.

Для расчета принимаем максимальное краевое давление max P = 212,1 кН/ м².

С учетом защитного слоя арматуры, равного 7 см, и рекомендаций принимаем плиту фундамента h₁ = 45 см; h₀ = 45- 7 = 38 см.

Высота подколонной части:

При H_cf = 1,0 м> (h_cf- b_cf)/ 2 = (1,5- 1,2)/ 2 = 0,15.

Проверку крайней грани на продавливание следует производить от нижнего обреза подколонника, для чего вычисляем:

среднее арифметическое величины периметров верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания:

u = b_cf+ h₀ = (1,2+ 0,38) = 1,58 м;

площадь многоугольника ABCDG, на которую действует продавливающая сила:

Расчетная продавливающая сила, действующая на рассматриваемую грань:

F = А₀max P = 0,84 212,1 = 178,2 кН.

Прочность сечения:

 Н = 450,3 кН > F = 178,2 кН,

т.е. прочность рассматриваемой грани обеспечена.

Для проверки прочности плиты на поперечную силу вычисляем длину проекции наклонного сечения

 м.

Проверка прочности нижней ступени по наклонному сечению выполняется по зависимости для единицы ширины сечения:

 кН кН

Здесь  МПа = 750 кН/м²

Следовательно, прочность плиты на действие поперечной силы обеспечена.

3.3.2 Определение площади сечения арматуры подошвы фундамента

Сечение арматуры, укладываемой параллельно стороне а, определяю по изгибающему моменту в сечении I - I:

где  кН/м².

Принимаю в продольном направлении 16 стержней Ø12 мм с шагом 150 мм и А_s = 18,1 см²> А_s1 = 15,053.

Рис. 14. Схема усилий в конструкции фундамента

Сечение арматуры, укладываемой параллельно стороне b, определяем по изгибающему моменту в сечении II - II:

где  кН/м².

Принимаем 20 стержней Ø10 мм А300 с шагом 150 мм и

А_s = 15,7 см²> А_sII = 10,25 см².

3.3.3 Расчет стаканной части фундамента (подколонника).

Отношение , следовательно, стаканная часть фундамента рассчитывается как железобетонный элемент и армируется продольной и поперечной арматурой.

Принимаю глубину стакана колонны h = 95 см, что удовлетворяет условию анкеровки арматуры колонны h_с≥ 25d+ δ = 251,8+ 5 = 50 см (d - диаметр продольной арматуры колонны К1) и условию заделки колонны h≥ h_c = 70 см.

Площадь сечения продольной арматуры определяем из расчета на внецентренное сжатие коробчатого сечения на уровне дна стакана(рис. 15).

Усилия на уровне дна стакана (сечение IV - IV):

М_IV = -69 кН м;

N_IV = 848,4 кН;

Q_IV = -44,3кН;

G = 412,6 кН;

Gе₀₁ = -226,9 кН м;

е₀₁ = 0,55 м.

Рис. 15. Схема усилий в сечении стаканного сопряжения колонны с фундаментом

эксцентриситет усилия относительно центра тяжести растянутой арматуры:

 м >  м.

Значение изгибающего момента не корректируется.

Привожу коробчатое сечение к двутавровому.

Проверка условия:

 Н = 3570 кН > N = 1261 кН

выполняется, следовательно, граница сжатой зоны проходит в полке и расчет выполняется для прямоугольного сечения шириной ;

 мм

Здесь

По расчету арматура не требуется и назначается конструктивно. Принимаем минимальный процент армирования  от площади поперечного сечения стакана

 мм².

Устанавливаем с каждой стороны сечения стакана по 6Æ12А300

 мм²

Поперечную арматуру определяем из расчета на изгибающий момент по наклонному сечению, проходящему через верхнее ребро стакана, и условную ось поворота колонны внизу.

Местоположение оси поворота определяется в зависимости от величины эксцентриситета от нагрузки по верхнему обрезу фундамента с учетом случайного эксцентриситета.

Эксцентриситет усилия

 см <  см,

но так как  то расстояние y от оси колонны до точки, через которую проходит ось поворота,

 см

Поперечное армирование должно воспринять полную величину момента от внешней нагрузки.

В качестве поперечного армирования принимаем сварные сетки из арматуры класса А240 ( МПа). Шаг сеток 10 см по всей высоте стакана.

Площадь сечения поперечных стержней одной сетки в направлении действия изгибающего момента определяем по формуле

 мм²

100 + 200 + 300 + 400 + 500 + 600 + 700 + 800 + 900 = 4500 мм

Необходимое сечение одного стержня сетки

 мм²

Принимаем диаметр стержня 10 мм с  мм²

Проверяем прочность стакана на местное сжатие при осевом положении силы  кН.

Площадь смятия

см²

Рабочая площадь

 см²

 < 2,5

 МПа

N = 848,4 кН <  5150 кН,

где  = 1 при равномерном распределении нагрузки. Прочность бетона на местное сжатие обеспечена, косвенного армирования не требуется.

Рис. 16. Расчет фундамента на поперечную силу

4. Расчет предварительно напряженной балки покрытия

В качестве варианта несущей конструкции покрытия в проекте принята предварительно напряженная двускатная балка марки 1Б8-12-4 пролетом 12 м. Шаг балок в учебных целях принят 12 м. Расчетный пролет балки

 м

Рис. 17. К расчету предварительно напряженной балки покрытия

В курсовом проекте требуется произвести расчет балки по I и II группам предельных состояний.

4.1 Исходные данные для расчета

Балка изготавливается из бетона класса В30, подвергнутого тепловой обработке, для которого

 МПа,  МПа,

 МПа,  МПа,

 МПа.

Передаточная прочность бетона

 МПа

Напрягаемая арматура класса А600 с натяжением на упоры механическим способом имеет:

 МПа;

 МПа;

 МПа;

ненапрягаемая продольная и поперечная арматура класса А400:

 МПа

 МПа;

 МПа;

 МПа;

 МПа.

В сжатой зоне (верхней полке) установлена сжатая арматура 4Æ14А400

с  см².