на что работает колонна многоэтажного здания

Лекция на тему Колонны промышленных зданий

Тема. Колонны промышленных зданий.

1. Виды железобетонных колонн.

2. Типы стальных колонн.

3. Выбор колонн для бескрановых зданий.

Литература. 1. В.А. Неелов Промышленные и сельскохозяйственные здания.

— М.: Стройиздат, 1980 (с. 55-60)

2. П.Г. Буга Гражданские, промышленные и сельскохозяйст-

венные здания. – М.: Высшая школа, 1987 (с. 196-198)

1. Вертикальные несущие элементы железобетонного каркаса называют

колоннами. Их изготовляют из бетонов марки 300—600.

I по расположению в здании могут быть:

— средние. Эти колонны (сечение 400X400 мм) имеют уширенный оголовок для опирания конструкций покрытия.

II по восприятию нагрузок:

— основные, воспринимающие нагрузки от стен, кранов и конструкций покрытия;

— фахверковые – служащие только для крепления стен. Фахверковые колонны устанавливают вдоль здания при шаге крайних колонн 12 м и размере панелей стен 6 м, а также в торцах зданий. Фахверковые колонны по площади сечения идентичны крайним основным колоннам, но укорочены на 100мм. На уровне покрытия они надстраиваются надставками и насадками из профилей для крепления парапетных плит.

III по поперечному сечению (рис. 1)

— постоянного сечения. Они предназначены для бескрановых зданий, а также для зданий с подвесными кранами, имеющих высоту этажа до 9,6 м, пролеты до 24 м, шаг 6 м.

— прямоугольные. Они применяются в бескрановых зданиях высотой до 9.6м и в зданиях высотой до 10,8м с мостовыми кранами грузоподъемностью до 20т.

б) с консолями. Эти колонны используют в зданиях высотой этажа до 10,8 м, с пролетами 18 и 24 ч, при шаге 6—12 м, оборудуются мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 т. Колонны с консолями состоят из надкрановой и подкрановой ветвей. Сечение надкрановых ветвей может быть квадратное или прямоугольное : 400 х 400 или 500 х 500 мм.

— двухветвевые (рис. 1).

Длину колонн принимают с учетом высоты цеха и глубины их заделки в фундамент, которая может быть:

— для колонн прямоугольного сечения без мостовых кранов — 750 мм,

— для колонн прямоугольного и двутаврового сечения с мостовыми кранами — 850 мм;

— для двухветвевых колонн — 900. 1200 мм.

Рис. 1 Основные типы железобетонных колонн одноэтажных промышленных зданий

а – колонны прямоугольного сечения для зданий без мостовых кранов при шаге 6 м;

Для устройства каркасов многоэтажных зданий используют железобетонные колонны высотой на один, два и три этажа. Сечение колонн 400х400 и 400х600 мм (рис. 3). Соединение ригелей с колоннами может быть консольным и безконсольным. Стыки колонн устраивают на 600-1000 мм выше перекрытия.

Колоны с фундаментами соединяют разными способами. Наиболее распространено жесткое крепление с помощью бетона (рис 2)

Сопряжение ригелей с колоннами может быть консольным и бесконсольным. Стыки колонн устраивают на 600. 1000 мм выше перекрытия.

Рис. 2- Стык железобетонны колон с фундаментами:
а, 6 — посредство заполнени зазор бетоном, в —с помощь выпусков арматуры,

1— бетон, 2 — арматура,

Рис.3 – Типы железобетонных колонн многоэтажных промышленных зданий

2. Стальные колонны одноэтажных зданий могут иметь постоянное по высоте сечение и переменное. Колонны с переменным сечением могут быть с подкрановой частью сплошного и сквозного сечения (рис. 4).

Колонны постоянного сечения используют при применении кранов грузоподъемностью до 20 т и высоте здания до 9,6 м. Если колонны работают на центральное сжатие, то применяют колонны сплошного сечения. В нижней части колонн для сопряжения с фундаментами предусматривают стальные базы (башмаки). Базы к фундаментам крепят анкерными болтами, закладываемыми в фундамент при их изготовлении. Нижнюю опорную часть колонны вместе с базой покрывают слоем бетона.

Рис. 4- Основные типы стальных колонн

Подобрать тип колонны крайнего и среднего ряда для промышленного здания без мостового крана.

Высота здания ( от уровня пола до низа несущей конструкции) – 9,6 м

Шаг крайних колонн – 6 м

Шаг средних колонн – 12м

Ход выполнения работы.

Ориентировочно принимаем длину колонны с учетом высоты цеха и глубины их заделки в фундамент. Колонна марки 1К96-1 общей длиной 10500мм. Тогда глубина заделки составит 10500 – 9600 = 900мм

1. Перечислите виды колонн по расположению в здании и по восприятию нагрузок.

2. Назовите основные элементы колонны с консолями.

3. Расскажите способы сопряжения колонны с фундаментом.

4. Назовите параметры, от которых зависит длина (высота) колонны.

5. Установите вид металлической колонны при высоте здания до 9,6м

и при наличии крана грузоподъемностью до 20 т.

6. Расскажите, порядок определения глубины заделки колонны.

Источник

Железобетонные колонны для зданий: как устроены?

Железобетонные колонны – не просто элемент декорирования, это очень важная часть практически любого здания. Их задача – брать на себя большую часть нагрузки от любых горизонтальных элементов конструкции (пример: перекрытия, лестничные клетки, балконы).

С их помощью осуществляется монтаж навесных перекрытий, лестничных клеток, длинных прогонов горизонтальных элементов здания и т.д. И вообще, можно смело говорить о том, что любое строительство многоэтажных, одноэтажных и промышленных зданий без колонн не возможно.

1 Особенности изделия

Колонны изготавливаются из армированного бетона и применяются исключительно для вертикальной установки. Они имеют относительно небольшое поперечное сечение, в сравнении с их высотой.

Беря в расчет, что все параметры данного изделия регламентируются ГОСТ, изготавливают их обычно на специальных заводах, а затем доставляют на строительные площадки. Реже они могут заливаться прямо на площадке своими руками. На пример, часто своими руками делают изогнутые декоративные колонны.

Такие элементы, как правило, используют для рамного строительства. Кроме того, их применяют как опорное усиление, позволяющее распределить нагрузку балок, ригелей и прогонов.

1.1 Технические характеристики

Железобетонные колонны должны обладать следующими свойствами, прописанными в ГОСТ:

Железобетонные колонны для каркаса здания

При выборе готовых изделий или расчет параметров для заливки своими руками, нужно учитывать следующие моменты, касающиеся условий строительства:

Главной технической характеристикой опорных конструкций является их предельная несущая способность. Для подвальных помещений и нижних этажей многоэтажных зданий предельная несущая способность должна быть максимальной. С каждым последующим этажом этот параметр будет снижаться.

Для определения нужной несущей способности, в расчет берутся нагрузочные характеристики.

Колонны для многоэтажных каркасных или монолитных зданий имеют выступы на уровне 2,5 или три метра. На такие уступы укладываются балки перекрытий для монтажа следующего этажа. Так выстраиваются сборные каркасные конструкции.

Колонны для одноэтажных зданий не требуют наличия уступов. С их помощью производят строительство промышленных, складских и других помещений.

1.2 Государственные требования к ЖБИ

Поскольку именно от колонн зависит, насколько прочными будут и как долго смогут прослужить сборные конструкции, к ЖБИ такого типа государство выдвигает повышенные требования. Все правила и стандарты производства железобетонных колонн прописаны в ГОСТ. Кроме того, готовые изделия проходят серьезные испытания. В расчет берется их прочность, жесткость, надежность, устойчивость к погодным, климатическим и прочим условиям, а так же способность противостоять растрескиванию.

В документах ГОСТ железобетонные колонны имеют обозначение «СК.40.2.5-1». В обозначении зашифрованы размерные характеристики изделий: длина 4 метра и ширина 0,2 метра.

Стык сборных железобетонных колонн для каркасов зданий

Так же государством разработана типовая технологическая карта (ТТК) для монтажа железобетонных колонн.

1.3 Государственные документы

Все требования к производству железобетонных колонн прописаны в следующих государственных документах:

1.4 Материал изготовления

Усиление зданий колоннами – самая главная задача в строительстве. От качества и правильности выбора опорных изделий зависит прочность и долговечность готовой конструкции.

Поэтому, в производстве таких элементов строительства в расчет должно браться абсолютно все, включая качество материалов.

Основой железобетонных колонн является арматурная сетка из металлических прутьев. Диаметр прутьев, а так же коэффициент армирования прописывается в правилах ГОСТ. Именно арматурные прутья берут на себя основную нагрузку и создают максимальное усиление перекрытий монолитных или наборных зданий.

Бетонирование арматуры происходит в специальной формовочной опалубке. В качестве основного материала используется цемент марок от М300 до М600.

Монтаж опорных колонн своими руками производится после заливки специальных стаканов или монолитных фундаментов с пазами под опорные элементы. Бетонирование специальных стаканов позволяет произвести надежное крепление колонны, гарантирующее ее устойчивость и отсутствие малейших кренов.

2 Виды железобетонных колонн

Как мы уже говорили ранее, колонны могут применяться в разных формах строительства (пример: монтаж многоэтажных или одноэтажных зданий) и выполнять разные функции (пример: усиление всего здания или навесного перекрытия). Поэтому и классификации готовых изделий будут разными, беря в расчет те или иных параметров.

2.1 Внешний вид

По внешнему виду опорные элементы делятся на консольные и бесконсольные.

Опорная колонна прямоугольного сечения

Монтаж и усиление конструкций при помощи мостовых кранов с применением консольных колонн. Их можно подразделить на:

Стандарты ГОСТ прописывают конкретные размеры обоих типов опорных конструкций:

Усиление и монтаж зданий, производимый без использования мостовых кранов предусматривает применение бесконсольных колонн.

2.2 Поперечное сечение

По типу поперечного сечения колонны бывают:

При выборе поперечного сечения в расчет берутся нагрузочные характеристики и назначение. На пример, в виде декоративных опор для навесных перекрытий чаще используют изделия с круглым сечением.

Строительство здания с применением круглых колонн

2.3 Технология производства

Стандарты ГОСТ допускают несколько способов производства конструкций, осуществляющих усиление зданий:

2.4 Место положения

Как уже говорилось ранее, колонны могут выполнять разные функции, например, опора, усиление или декорация. По функциональной нагрузке и месту положения колонны бывают:

Декоративные колонны имеют презентабельный внешний вид и практически не несут нагрузки. Однако, декоративные функции могут быть возложены на фасадные колонны, служащие опорами для балконов или лоджий.

Использование круглых колонн для оформления фасада дома

Монтаж и усиление перекрытий производится при помощи колонн среднего и крайнего ряда. Разница лишь в том, крепление какого количества плит предусматривает опора. Например, крайние колонны имеют один выступ для крепления балок перекрытий своими руками, а средние – два.

2.5 Покупаем железобетонные колонны

Бетонирование колонн своими руками на строительной площадке обойдется дешевле. Но если вы не профессионал и строите не одноэтажное здание – рисковать жизнью всех домочадцев не стоит.

Что же касается промышленного строительства, усиление зданий или монтаж сборных конструкций предпочитают производить с помощью готовых опорных изделий.

При приобретении готовых колонн в расчет берется следующее:

2.6 Монтаж железобетонных колонн (видео)

Источник

Железобетонные колонны (сборные, ЖБИ, ЖБ): монтаж, изготовление, характеристики

Железобетонные колонны представляют собой вертикальные конструкции, выступающие в роли каркасов промышленных и жилых зданий. Основная функция данного типа ЖБИ изделий – воспринимать на себя и распределять равномерно нагрузку от расположенных выше конструкций. Колонны становятся опорой для прогонов, арок, балок, ригелей, лотков, ферм и т.д.

Благодаря использованию в строительстве железобетонных колонн удается осуществлять качественный монтаж лестничных клеток, навесных перекрытий, длинных прогонов горизонтальных элементов конструкций зданий и т.д. Осуществление возведения многоэтажных (часто и одноэтажных), промышленных сооружений часто невозможно без использования колонн.

Колонны из железобетона, как правило, используются не для декорирования, а как неотъемлемая и важная часть конструкции. Они забирают на себя большую часть нагрузки разного типа горизонтальных элементов и при условии правильности выполнения расчетов, верного выбора типа колонн гарантируют надежность и долговечность здания.

Назначение

Основное назначение любой железобетонной колонны – реализация опорной функции и всевозможных строительных сооружений. Колоннами укрепляют ригели, балки, прогоны, арки, балконы. Их производят из тяжелых бетонов, армируют металлическими стержнями для большей прочности.

Обычно колоннами усиливают бытовые и промышленные, одноэтажные и многоэтажные здания. Везде, где необходимо равномерно распределить и передать нагрузку от конструкций перекрытия и разнообразных элементов, актуально применение колонн.

В жилищном строительстве каркасно-панельных конструкций колонны принимают нагрузки находящихся выше элементов, отдавая их в грунт. При создании промышленных комплексов колонны располагаются по всей территории и удерживают балки, перекрытия и т.д.

Особенности конструкций

Сборные железобетонные колонны производят из бетонной армированной смеси в формате вертикальных элементов небольшого поперечного сечения. Обычно их используют для создания рамного или связного каркаса.

Стержень может быть двух видов – когда главная ось сечение не пересекает и когда обе оси пересекают сечение. Делают колонны из напряженного железобетона. Реализуются два вида сжатия – сжатые центрально конструкции воспринимают лишь осевую нагрузку стержня, сжатые внецентренно воспринимают еще и изгибающий момент.

ЖБ колонны эксплуатируются исключительно в соответствии с техническими характеристиками. Так, центрально сжатые изделия могут выполнять только функции поддержки и монтируются в зонах, где на опоры воздействует лишь вертикальная (осевая) нагрузка (туннели, жилые дома и т.д.). Там же, где на колонны влияет еще и осевая нагрузка (к примеру, цеха с мостовыми кранами), монтируют внецентренно сжатые изделия.

Свойства и характеристики

Любая железобетонная колонна должна соответствовать определенным параметрам и нормативным показателям. Для конкретного строительства выбирают изделия по таким критериям: количество этажей будущего строения, назначение здания, погодная обстановка и климатические особенности региона, конкретные расчеты предполагаемых нагрузок и т.д.

Основное свойство любой железобетонной колонны – несущая характеристика изделия. Чем выше параметр, тем ниже располагаются опоры в здании. Сборные ЖБ колонны с самым высоким показателем несущей способности располагаются в одноэтажных промышленных объектах, на нижних этажах многоэтажных сооружений, в подвальных помещениях.

Нормативная документация

Любая ЖБ колонна должна соответствовать всем требованиям и параметрам, которые регулируются ГОСТами и подтверждаются соответствующими документами. Прежде, чем попасть на рынок или строительную площадку, колонны проверяют различные инспекции, проводятся исследования и опыты. Поэтому все нужно тщательно проверять и изучать.

Из чего изготавливаются

Колонна ЖБИ выполнена из металлических прутьев, собранных в сетку и залитых бетоном. Диаметр стержней и коэффициент армирования указываются в ГОСТе. Стержни воспринимают на себя большую часть нагрузки и гарантируют максимальное упрочнение перекрытий наборных/монолитных сооружений. Арматура заливается бетоном в специальной формовочной опалубке, обычно для этих целей используют цемент марок М300-М600.

Армируют колонны стержневой или арматурной сталью повышенной прочности. В связи с типом армирования изделия могут быть: неармированными вовсе, упрочненными арматурой спирального типа, усиленные арматурой с хомутами, ошнурованными.

Виды изделий

По типу сечения железобетонные колонны могут быть круглыми, прямоугольными, квадратными. По технологии производства выделяют монолитные колонны, которые создают прямо на строительном объекте путем заливки бетона в опалубку с каркасом, и сборные опоры (их производят на заводе и уже готовыми поставляют на объект). По положению в здании колонны могут быть расположенными на фасаде, в крайнем/среднем ряду, установленными в качестве декоративного элемента.

По назначению колонны могут быть стыковыми и бесстыковыми. Опоры без стыков используют для возведения зданий с одним этажом. Для многоэтажных конструкций появляется необходимость монтажа нескольких колонн друг на друга, что осуществляется с использованием стыковых колонн нижнего, среднего, верхнего ярусов.

Опоры могут быть сконструированы с выступающими консолями высотой 15, 20 сантиметров. Они призваны держать уровни перекрытий между этажами. Есть колонны и бесконсольные.

Особенности расчета

Прежде, чем выбирать и монтировать колонны, необходимо тщательно выполнить все расчеты, определить оптимальные нагрузочные характеристики, учесть нюансы. Так, для производства используются колонны, залитые бетоном прочностью В15-В25, для малоэтажных помещений – В30.

Обязательно просчитывают площадь сечения колонны – данный параметр помогает сохранять однородность сжатия, высчитывается по формуле:

Определив показатель площади, можно рассчитать остальные параметры с учетом условий функционирования, особенностей монтажа, иных показателей, влияющих на сечение колонны. Расчеты довольно сложные, обычно их выполняют со специальной техникой. В расчет берутся обязательно прочность опоры и вероятность ее связи как с цоколем, так и с плитами перекрытия здания. По этому параметру увеличивают расчетное сечение для реализации усиления железобетонных балок.

Монтаж колонн

Железобетонные колонны для малоэтажных зданий обычно устанавливают целиком, очень длинные изделия до объекта доставляют по частям с целью дальнейшей сборки. Устанавливают, как правило, в подколонник либо стакан фундамента.

Чаще всего колонны монтируют на стаканном цоколе, предварительно заполняя его бетоном. Ширина прослойки бетона может быть разной и зависит от проекта и длины опоры. До того, как начать монтаж колонн ЖБ, выполняют разметку, отмечая места цоколя, где планируется устанавливать колонны. Если изделия монтируются под балками, то тщательную разметку осей балок выполняют со стороны траверсов. На очень длинные колонны монтируют специальные хомуты.

Устанавливают с реализацией технологии «на весу»: опоры захватываются с использованием рамочных креплений, краном направляются в стакан цоколя по разметке. Потом проверяют вертикальность погружаемой колонны, опускают ее и заполняют полость бетоном, закрепляя железобетонными либо металлическими клиньями.

В специальные подколонники опоры закрепляют аналогично, только соединение в данном случае заваривается. Пока опора еще находится на весу, заваривается одна из ее граней. Потом со специальными расчалками совершают полную установку. Далее все тщательно проверяется и место соединения колонны с подколонником заваривается, а снаружи все промазывается бетонным раствором.

Квадратные опоры обычно монтируют каждую по отдельности. Но если у опор есть ригеля, их допускается укрупнять и монтировать краном. Нижние колонны в соответствии с их высотой монтируют на стаканный цоколь или в подколонники, как описано выше. Потом проверяют и окончательно закрепляют. Далее монтируют колонны на торцы нижних опор (или их ригели).

Как правильно выбрать

В первую очередь, обращают внимание на репутацию производителя. Практически все характеристики колонн напрямую зависят от соблюдения технологии их производства, качества используемых материалов, соответствия всем указанным в документации параметрам. Поэтому доверять стоит лишь проверенным компаниям, работающим на рынке давно и прочно завоевавшим хорошие позиции. Найти такие в Москве и регионах не составит труда.

Изделие должно точно соответствовать всем показателям, быть хорошего качества и без дефектов. При выборе учитывают такую информацию: вид опор, высота и число этажей здания, техническая схема самой колонны, объем поперечного сечения, расположение строительного объекта.

Железобетонные колонны – незаменимые изделия для возведения разных строительных объектов. При условии верных расчетов и выбора соответствующих требованиям опор с их помощью удастся построить надежное, прочное и долговечное здание.

Источник

КОЛОННЫ И ФУНДАМЕНТЫ МНОГОЭТАЖНЫХ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

Методические указания к курсовому проекту по дисциплине

«Железобетонные и каменные конструкции»

для студентов всех форм обучения специальностей:

Составители: канд. техн. наук, доц. М. А. Тамов.

Изложены порядок и общие положения проектирования сборных железобетонных колон и фундаментов многоэтажных зданий с неполным каркасом, позволяющие студенту целенаправленно пользоваться нормативной, справочной и учебной литературой. Приведены основные правила конструирования колонн и их стыков, сборных и монолитных фундаментов.

Ил. 5. Табл. 4. Библиогр.: 8 назв.

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Кубанского государственного технологического университета

Рецензенты: канд. техн. наук, доц. В. А. Гуминский

канд. техн. наук, доц. Х.С.Хунагов

Проектирование железобетонных конструкций представляет собой комплексную задачу, включающую расчеты и конструирование элементов, а также выполнение графических работ. Вопросы проектирования регламентированы СНиП 2.03.01-84 и освещены в руководствах по проектированию и конструированию железобетонных конструкций .

Однако, выполняя первый курсовой проект по дисциплине «Железобетонные конструкции», студенты сталкиваются с определенными трудностями, вызванными, главным образом, отсутствием опыта проектирования железобетонных элементов.

Цель настоящих методических указаний в том, чтобы оказать помощь студентам в преодолении этих трудностей. Однако они не могут в полной мере заменить соответствующую нормативную и справочную литературу.

В методических указаниях приведены общие положения проектирования условно центрально-сжатых колонн и фундаментов. Даны алгоритмы расчетов и правила конструирования этих элементов.

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН

1. 1. Общие положения

В первом курсовом проекте рассматриваются задания с неполным железобетонным каркасом и наружными несущими каменными стенами. В таких зданиях элементы каркаса воспринимают только вертикальные нагрузки от покрытия и перекрытий. Горизонтальная (ветровая) нагрузка воспринимается наружными несущими продольными и поперечными стенами.

Ригель проектируют неразрезным многопролетным с шарнирным опиранием на несущие стены.

При жестком сопряжении ригеля с колонной в условиях неодинакового загружения смежных пролетов в сечениях колонны возникают изгибающие моменты. Эти моменты обычно невелики, поскольку погонные жесткости ригелей, как правило, значительно превышают погонные жесткости колонн. Поэтому допускается с определенной погрешностью в расчетах колонн изгибающие моменты не учитывать

На несущую способность длинных (гибких) сжатых элементов заметное влияние оказывают случайные эксценрисистеты, явление продольного изгиба, длительное воздействие нагрузки. Однако для колонн прямоугольного сечения с симметричным армированием стержня из стали классов А-I, A-II, A-III при l₀ ≤ 20 h_col(где l₀ – расчетная высота колонны, h_col – размер стороны поперечного сечения колонны) допускается производить расчет прочности по упрощенной методике, рассматривая колонны как центрально-сжатые элементы.

1. 2. Конструкция колонны

Центрально-нагруженные колонны следует проектировать квадратного сечения с постоянными размерами по высоте здания. Размеры сечения принимают такими, чтобы гибкость колонны l₀/r не превышала 120 (для прямоугольных сечений l₀/h_col≤35). Унифицированные размеры сечения центрально-сжатых колонн приняты равными 30´30 или 40´40 см.

Подвальную часть колонны рекомендуется делать в виде сборного элемента длиной на один этаж, надземную часть колонны следует разрезать на элементы длиной в два или один этаж.

Стыки сборных элементов колонны устраивают на расстоянии 0,5 – 0,6 м от уровня перекрытий для удобства выполнения монтажных работ.

Для опирания ригелей перекрытия в колоннах устраивают консоли.

Бетон для колонн применяют классов по прочности на сжатие не ниже В15.

Колонны армируют продольными стернями диаметром 16-40 мм(рабочая арматура) преимущественно из стали класса А-III, а также поперечными стержнями из стали классов А-III, A-II, A-I и проволочной арматуры Вр-I.

Все стержни продольной рабочей арматуры рекомендуется назначать одинакового диаметра. В случае необходимости армирования стержнями разного диаметра допускается применение не более двух разных диаметров, не считая конструктивных стержней. При этом стержни большего диаметра следует располагать в углах поперечного сечения колонны.

Конструкция поперечной арматуры должна обеспечивать закрепления сжатых стержней от их бокового выпучивания в любом направлении. Поперечная арматура должна устанавливаться у всех поверхностей колонны, вблизи которых ставиться продольная арматура.

Диаметры стержней поперечной арматуры в зависимости от конструкции арматурного каркаса и диаметров продольных стержней следует принимать не менее указанных в табл. 1.

Наименьший допускаемый диаметр поперечной арматуры

Поперечные стержни ставят без расчета, но с соблюдением требований норм. Расстояние между ними должно быть при сварных каркасах не более 20d, при вязаных – 15d, но не более 500мм (здесь d – наименьший диаметр продольных сжатых стержней). Шаг стержней принимают кратно50мм.

Толщина защитного слоя бетона для продольной рабочей арматуры принимается: для колонн из бетона класса В15 не менее 20 мм и не менее диаметра продольной арматуры, для колонн из бетона класса В20 и более-не менее20 мм и не менее диаметра арматуры, уменьшенного на 5 мм.

Толщина защитного слоя бетона для поперечной арматуры принимается не менее 15 мм и не менее диаметра стержней.

Концы продольных стержней, не привариваемые к анкерующим деталям, должны отстоять от торца элемента на расстоянии не менее:

10 мм – для сборных колонн длиной до 18 м включительно;

15 мм – для сборных колонн длиной более 18 м.

Торцы поперечных стержней сварных каркасов колонн должны иметь защитный слой не менее 5 мм.

1.3. Расчет колонны на сжатие

1.3.1.Расчетная схема колонны

Колонну первого (подвального) этажа рассчитывают как стойку длиной от оси ригеля до обреза фундамента. Нижний конец стойки защемлен, верхний конец имеет шарнирно неподвижное опирание. Расчетная длина колонны при этом составит:

(1)

где H₁ – высота первого(подвального) этажа (разница отметок уровня пола первого и второго этажей, либо подвала и первого этажа);

h₁ – расстояние от пола междуэтажного перекрытия до оси ригеля;

Колонны всех остальных этажей рассчитывают как стойки длиной, равной высоте этажа с шарнирно-неподвижными опорами на концах. Расчетная длина этих колонн равняется высоте этажа.

1.3.2.Определение расчетных усилий в колонне

Расчетную продольную силу в колонне устанавливают по величинам постоянных и временных нагрузок, действующих на покрытие и междуэтажные перекрытия.

Нагрузки на 1 м 2 покрытия складываются из постоянной нагрузки от массы кровли, плит покрытия, ригеля и временной (снеговой) нагрузки. Последняя подразделяется на кратковременную и длительную части в зависимости от района строительства .

Нагрузки на 1 м 2 перекрытия складываются из веса конструкции пола, временных перегородок, плит перекрытия, ригеля и временной (полезной) нагрузки. Последняя подразделяется на кратковременную и длительную части в зависимости от назначения здания.

Грузовую площадь, с которой собирается нагрузка на колонну, определяют как произведение расстояний между разбивочными осями.

Собственный вес колонны в пределах одного этажа вычисляют по формуле

(2)

где H – высота колонны в пределах этажа;

h_col, h_col – соответственно высота и ширина поперечного сечения колонны;

ρ = 25 кН/м 3 – объемный вес железобетона.

Расчетные продольные сжимающие силы в сечениях колонны на уровнях перекрытий этажей и на уровне обреза фундамента вычисляют последовательным суммированием продольных сил в сечениях ярусов сверху вниз. Для всех рассматриваемых сечений колонны вычисляют полную расчетную продольную силу и ее длительно действующую часть.

1.3.3.Расчет прочности колонны

Условие прочности сжатых элементов прямоугольного сечения со случайным эксцентриситетом имеет вид

(3)

где А – площадь бетона в поперечном сечении;

φ – коэффициент, учитывающий гибкость элемента, длительность загружения, характер армирования, вычисляемый по зависимости:

(4)

при h > 3,5 c и Q ≤ R_btbh₀ в виде горизонтальных хомутов без отогнутых стержней, которые в этом случае допускается не предусматривать; здесь h₀ принимается в опорном сечении консоли.

Во всех случаях шаг хомутов должен быть не более h/4 и не более 150 мм; рекомендуемые диаметры хомутов 8-10 мм.

Диаметр отогнутых стержней должен быть не более 25 мм. При этом суммарная площадь сечения наклонных хомутов (рис. 2, б) и отогнутых стержней (рис. 2,в), пересекающих верхнюю половину линии длиной l_w, соединяющей точки приложения силы Q и сопряжения нижней грани консоли с гранью колонны, должна быть не менее 0,002 bh₀

1.5. Конструкции стыков колонн

Стыковые соединения центрально-сжатых колонн выполняют двух типов : сухой стык с торцовыми листами и центрирующей прокладкой (рис. 3,а) и обетонированный стык с ванной сваркой выпусков продольной рабочей арматуры (рис. 3, б).

В любом из этих стыков в местах контактов концентрируются напряжения, поэтому торцовые участки колонн усиливают косвенным армированием. Косвенное армирование препятствует поперечному расширению бетона, благодаря чему увеличивается прочность бетона при продольном сжатии. Косвенное армирование стыков колонн устраивают в виде пакета поперечных сварных сеток. Для сеток применяют арматурную сталь классов A-I, A-II, A-III и В_р-I диаметром не более 14 мм, преимущественно 5-10 мм.

В курсовом проекте допускается армирование стыков колонн принимать конструктивно, соблюдая следующие условия:

— шаг сеток должен быть не менее 60 мм, не более 1/3 размера меньшей стороны сечения и не более 150 мм;

— размеры ячеек сеток должны назначаться не менее 45 мм, не более 1/4 меньшей стороны сечении элемента и не более 100 мм;

— сетки должны устанавливаться у торца элемента числом не менее 4 шт. и располагаться на длине 10 d от торца элемента (d – наибольший диаметр продольной арматуры);

— первая сварная сетка располагается на расстоянии 15-20 мм от нагруженной поверхности элемента.

Жесткие стыки сборных колонн выполняют с ванной сваркой выпусков продольной арматуры, расположенных в специальных подрезках с последующим замоноличиванием этих подрезок.

В таких стыках между торцами стыкуемых колонн предусматривают центрирующий бетонный выступ или прокладку в виде стальной пластинки, заанкеренной в бетоне, либо приваренной при монтаже к распределительному листу закладной детали (рис. 3,б). Центрирующая прокладка (или бетонный выступ) принимается с размерами в плане не более 1/4 соответствующего размера сечения колонны и толщиной 20-25 мм.

Форма и размеры подрезок определяются числом стыкуемых стержней. Суммарная высота подрезок принимается не менее 30 см и не менее 8 d (d – диаметр выпусков).

Класс бетона замоноличивания принимается не менее В 25.

Рис.3. Конструкции стыков колонн: а – сухой стык с торцовыми листами и центрирующей прокладкой; б – жесткий стык колонн с ванной сваркой арматурных выпусков

1.6. Расчет сборных элементов многоэтажной колонны

на воздействия в период транспортирования и монтажа

Элементы сборных конструкций при подъеме, транспортировании и монтаже испытывают нагрузку от собственной массы. При этом расчетные схемы элементов могут существенно отличаться от расчетных схем в проектном положении. Сечение элемента, запроектированное на восприятие усилий в проектном положении, в процессе транспортирования и монтажа в ряде случаев может оказаться недостаточным. В связи с этим необходимо расчетные схемы элементов назначать так, чтобы усилия, развивающиеся при транспортировании и монтаже, были возможно меньшими. Для этого надо устанавливать соответствующее расположение сторповочных отверстий и мест опирания колонны в период транспортирования. Расчетные схемы для элемента сборной колонны и эпюры изгибающих моментов приведены на рис. 4.

Рис. 4. Расчетные схемы колонны: а – в стадии транспортирования;

б – в стадии монтажа

Проверку прочности сечений сборных элементов производят на нагрузку от собственной массы с коэффициентом динамичности: при транспортировании – 1,6, при подъеме и монтаже – 1,4. Коэффициент надежности по нагрузке при этом принимают γ_f = 1.

Прочность сечений колонны обеспечена, если расчетный изгибающий момент больше моментов, возникающих в сечениях от собственной массы, по двум рассмотренным схемам (рис. 4,а,б).

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОТДЕЛЬНОГО ЦЕНТРАЛЬНО-НАГРУЖЕННОГО

Фундамент под колонны выполняют из монолитного или сборного железобетона.

Глубину заложения фундамента назначают в зависимости от гидрогеолгогических условий на площадке строительства, глубины промерзания грунта и других условий в соответствии с пп. 2.25 – 2.33 СНиП 2.02.01-83, а также с учетом необходимой заделки колонн.

Центрально-нагруженные фундаменты проектируют квадратным в плане.

Фундаменты состоят из плитной части и подколонника со стаканом для заделки сборной колонны. Плитная часть имеет обычно ступенчатую форму. Количество ступеней – не более трех. Высоту ступеней принимают равной 300, 450 и при большой высоте плитной части фундамента – 600 мм. Размеры по высоте подколонника и плитной части назначают кратными 150 мм.

Размеры в плане подошвы фундамента, ступеней подколонника должны быть кратны 300 мм.

Зазоры между стенками стакана и колонной для возможности рихтовки и качественного заполнения бетоном принимают в нижней части стакана 50 мм, в верхней – 75 мм.

Глубину заделки колонны в стакан назначают не менее большего размера сечения колонны h_col. Глубина заделки колонны также должна удовлетворять требованию заделки рабочей продольной арматуры колонн. Сжатая рабочая арматура прямоугольных колонн должна иметь глубину заделки не менее величин, указанных в табл. 3.

Толщину стенок неармированного стакана поверху следует принимать не менее 200 мм и не менее 0,75 глубины стакана (при глубине стакана меньшей, чем высота подколонника) или не менее 0,75 высоты верхней ступени фундамента (при глубине стакана большей, чем высота подколонника).

Анкеровка рабочей арматуры колонн

Если эти условия не соблюдаются, стенки стакана следует армировать поперечной и продольной арматурой. При этом толщина стенок стакана должна быть не менее 150 мм и не менее 0,2 высоты сечения колонны.

Поперечное армирование стенок стакана следует выполнять в виде сварных плоских сеток с расположением стержней у наружных и внутренних поверхностей стенок.

Диаметр стержней сеток принимают не менее 8 мм и не менее четверти диаметра продольных стержней.

Расстояние между сетками назначают не более четверти глубины стакана и не более 200 мм.

Стержни продольной арматуры подколонника (стенок стакана) должны проходить внутри ячеек сварных сеток. Диаметр продольных стержней принимается не менее 12 мм. Расстояние между продольными стержнями принимается не более 400 мм.

Под монолитные фундаменты предусматривают бетонную подготовку толщиной 100 мм из тощего бетона, а под сборными – из среднезернистого песка слоем 100 мм.

Монолитные фундаменты изготавливают из бетона классов В12,5 и В15, сборные – В15, В20 и В25.

Фундаменты по подошве армируют сварными сетками из стали классов A-II и A-III. Шаг стержней в обоих направлениях принимают 200 мм, диаметр – не менее 10 мм.

Толщину защитного слоя бетона для рабочей арматуры подошвы монолитных фундаментов принимают не менее 35 мм при наличии бетонной подготовки, а при ее отсутствии – 70 мм. В сборных фундаментах защитный слой должен быть не менее 30 мм.

Минимальный процент армирования подошвы фундамента не регламентируется.

2.2. Расчет фундамента

Исходными данными для проектирования фундамента являются расчетные значения продольных сил, передаваемых на фундамент, уровень верха фундамента, характеристики грунта.

Расчетную продольную силу N для расчета тела фундамента подсчитывают при коэффициенте надежности по нагрузке γ_f > 1. (принимают из расчета колонны первого этажа).

Нормативную продольную силу N_n для расчета основания (размеров подошвы) фундамента подсчитывают при γ_f = 1. Приближенно это значение может быть установлено по формуле:

(13)

где γ_f = 1,15- усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке.

Высоту фундамента назначают по условиям заглубления или условиям заделки колонн.

В целях ограничения объема расчетной части в курсовом проекте допускается принимать, что требуемая высота фундамента по условиям его заглубления меньше, чем по условиям заделки колонн. Тогда высота фундамента должна удовлетворять условиям:

(14)

(15)

где h_col – высота сечения колонны;

h_an – длина анкеровки арматуры колонны в стакане фундамента, определяемая по табл. 3;

h_g – высота фундамента от подошвы до дна стакана;

0,05 м – требуемый зазор между торцом колонны и дном стакана.

Приняв h_g = 200 мм, устанавливают предварительно высоту фундамента. Принимаемая большей из рассчитанных по формулам (14) и (15) величина h округляется до размера, кратного 15 см. Глубину заложения фундамента принимают равной

(16)

где 0,15 м – расстояние от уровня чистого пола до верха фундамента.

Размер стороны подошвы квадратного в плане фундамента определяют по формуле

(17)

где R₀ – расчетное сопротивление грунта основания; в курсовом проекте допускается принимать без поправок на ширину и заложения подошвы фундамента;

γ_m = 20 кН/м 3 – усредненный объемный вес материала фундамента и грунта на его ступенях.

Порядок расчета тела фундамента зависит от конструктивного решения сопряжения колонны с фундаментом. Возможны монолитное или стаканное сопряжение сборной колонны с фундаментом. Тип сопряжения определяет схемы продавливания тела фундамента и соответствующий порядок расчета.

В настоящих методических указаниях рассматривается стаканное сопряжение сборной колонны с фундаментом (сборным или монолитным).

Определяют минимальную рабочую высоту фундамента из условия его продавливания по поверхности пирамиды (рис. 5):

(18)

где — отпор грунта от расчетного продольного усилия без учета веса фундамента и грунта на его ступенях.

Тогда полная высота фундамента будет:

(19)

где а₁ – толщина защитного слоя бетона.

Полученную по формуле (19) высоту h округляем в большую сторону до размера, кратного 15 см.

Окончательную высоту фундамента принимают как большую из значений, определенных по формулам (14), (15) и (19).

Высоту ступеней назначают в зависимости от полной высоты плитной части фундамента в соответствии с табл. 4.

Размеры ступеней в плане определяют геометрическим построением, соблюдая условие, чтобы вертикальные грани ступеней не пересекали поверхности пирамиды продавливания. Окончательные размеры ступеней назначают с учетом унификации размеров фундаментов.

Высоты ступеней плитной части фундамента

Проверку фундамента на продавливание производят не только по всей высоте, но и под каждой из ступеней.

Поскольку фундамент не имеет поперечной арматуры, высоту нижней ступени проверяют на прочность по наклонному сечению по условию восприятия поперечной силы бетоном (рис. 5):

(20)

Причинами разрушения фундаментов под сборные колонны могут также быть продавливание дна стакана (рис. 5) и раскалывание фундамента. Проверку фундамента по прочности на продавливание колонной от дна стакана производят из условия:

(21)

где — расчетная продавливающая сила;

— среднее арифметическое периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания колонной от дна стакана.

Проверку прочности фундамента на раскалывание производят из условия

(22)

где μ = 0,75 – коэффициент трения бетона по бетону;

γ = 1,3 – коэффициент условия работы фундамента в грунте;

А₁ – площадь вертикального сечения фундамента в плоскости, проходящей по оси сечения колонны за вычетом площади стакана.

Прочность фундамента считается обеспеченной, если удовлетворяется хотя бы одно из условий (21) или (22).

Рис. 5. Схемы образования пирамид продавливания

от действия нормальной силы

Армирование фундамента по подошве определяют расчетом на изгиб по нормальным сечениям по граням ступеней и грани колонны как для консольных балок. Например, при двухступенчатом фундаменте значения расчетных изгибающих моментов в сечениях I-I и II-II (рис. 5) равны:

(23)

(24)

Сечение рабочей арматуры на всю ширину фундамента можно вычислить, принимая

(25)

(26)

Из двух значений A_S1 и A_S2 выбирают большее, по которому и производят подбор диаметра и количества стержней. В начале задаются шагом стержней, затем определяют их количество, на единицу большее числа шагов. Деля A_S на число стержней, получают требуемую площадь одного стержня, по которой подбирают диаметр. При ширине подошвы фундамента более трех метров в целях экономии стали половину стержней можно не доводить до конца на 1/10 длины в каждую сторону.

При армировании подошвы фундамента стержня класса A-I и A-II проверку ширины раскрытия трещин не производят.

Блок – схема Приложение 1

расчета условно центрально-сжатых элементов при l₀/h_col ≤ 20

3 Установить число продольных стержней

n и схему их расположения в сечении элемента

Источник