Расчет и конструирование колонны

В 6-этажном здании с прямоугольным планом размерами 66х19,2м с сеткой колонн 6,0х6,4м принята к расчету средняя колонна 1-го этажа сечением 40х40см.

В качестве материалов для колонны примем бетон тяжелый класса по прочности на сжатие В20, R = 115кг/см2, R = 9,0 кг/см2, Приложение А, продольную арматуру из горячекатаной стали класса А400, R = R = 3550кг/см2, Приложение Б, поперечную – из горячекатаной стали класса А240.

Грузовая площадь для средней колонны составляет 6,0х6,4м = 38,4м2, фрагмент плана 1-го этажа здания с грузовой площадью колонны.

 

Определение нагрузок и усилий в колонне

 

В 6-этажном здании на колонну 1-го этажа действуют нагрузки от 5-ти междуэтажных перекрытий.Нагрузки в расчете на 1м2 перекрытия

принимаем аналогичными, принятым в расчетах ригеля. Расчеты нагрузок ведем в табличной форме согласно требованиям СНиП [4], см. табл.2.

 

Таблица 2 - Нагрузки на 1м2 площади перекрытия.

 

Вид нагрузки	Норма- тивная, кг/м2	Коэф. надежности по нагрузке γ	Расчетная, кг/м2
Постоянная Вес ригелей (350кг/мпх6,4м)/38,4м2=58,3кг/м2. Ж/б плиты перекрытия с омоноличиванием швов   Пола (по заданию)	58,3	1.1 1.1   1.3	64,1 374,0   83,2
Итого: g =	462,3		521,3
Временная Перегородки, кирпич, б=120мм, 50кг/м2. Полезная (по заданию) 300кг/м2, в том числе: кратковременная v = 75кг/м2 длительная 2255кг/м2		1,2 1,3 1,3 1,3	97,5 292,5
Итого: v= Полная g+v=	812,3		971,3

 

Снижение временных нагрузок на перекрытие учитываем с помощью коэффициента сочетаний ψ по формуле [4]:

ψ = 0,4 + 0,4 + 0,52,

где = 0,691 определен в расчете ригеля, n=6 – количество этажей здания.

Сосредоточенная нагрузка на колонну 1-го этажа от 5-ти перекрытий:

N = 0,95х(521,3 + 0,52х450)х5х38,4 = 137767 кг,

где 0,95 – коэф. надежности по ответственности здания, А = 38,4 м2 – грузовая площадь колонны.

Собственный вес колонн 6-ти этажей:

N = 0,95х1,1х2500х0,4х0,4х3,3х6 = 8276 кг.

Далее в табличной форме выполняем сбор нагрузок на 1м2 площади покрытия, см. табл.3

 

Таблица 3 - Нагрузки на 1м2 площади покрытия

 

Вид нагрузки	Норма- тивная, кг/м2.	Коэф. надежности по нагрузке γ	Расчетная, кг/м2.
Постоянная Гидроизоляция кровли – 3 слоя рубероида на битумной мастике 15кг/м2. Армированная ц/п стяжка,б=40мм, γ =220кг/м3, 0,04х2200= 88кг/м2. Керамзитовая разуклонка б=100мм, γ =600кг/м3, 0,1х600=60кг/м2. Утеплитель-минераловатные плиты, б=150мм, γ=150кг/м3, 0,15х150=22,5кг/м2. Пароизоляция – 1 слой рубероида 5кг/м2. Пустотная ж/б плита покрытия с омоноличиванием швов 340кг/м2.	22,5	1,3   1,3   1,3   1,2 1,3   1,1	19,5       6,5
Итого: g =	530,5
Временная Снеговая v =180х0,7=126 кг/м2, СНиП [4]. В том числе кратковременная 50% длительная 50%
Полная g+v=	656,5

 

Сосредоточенная нагрузка на колонну от покрытия:

N = 0,95х799х38,4 = 29147 кг.

Полная расчетная продольная сила, действующая на колонну 1-го этажа от всех перекрытий и покрытия:

N = N + N + N = 137767 + 8276 + 29147 = 175190 кг.

 

Расчет прочности колонны

 

Прочность колонны определяем как для внецентренно сжатого элемента со случайным эксцентриситетом. При гибкости : 330/40=8,25<20, где l =h =330см – высота колонны в пределах одного этажа, h=40см– высота сечения колонны, прочность колонны определяется выражением:

 

N = .

 

l =0,7х( + 15см) = 0,7х345 = 241 см – расчетная длина колонны, зависящая от характера крепления ее концов, см.рис.9. При =241/40 =6,02 по табл.6.2 [1] или по Приложению Е находим коэффициент =0,92. А =40х40 = 1600см2 – площадь бетонного сечения колонны. Тогда площадь сжатой арматуры колонны:

 

А

 

Из условия применения ванной сварки выпусков арматуры колонны при стыке минимальный ее диаметр должен быть не менее 20мм. Принимаем 4Æ20 А400, А =12,56см2 > 7,0см2, (см. Приложение Д).

Коэффициент армирования µ = (12,56/1600) х 100% = 0,79%< 3%.

Поперечную арматуру принимаем Æ8 А240 (из условия сварки с продольной арматурой). Шаг поперечных стержней S = 300мм согласно конструктивным требованиям [1]: S≤ 15d = 15х20= 300мм и S≤ 500мм.