Продольные усилия в колонне 1-го этажа

· Колонны здания работают в составе поперечной рамы каркаса, поэтому в них возникают продольные силы и изгибающие моменты. Последние обычно невелики, поэтому мы ограничимся только определением продольных усилий.

· Наибольшая продольная сила в колонне возникает на уровне пола 1-го этажа (сечение «к» на рис. 2.2, а).

· Колонна воспринимает со всех этажей нагрузку, действующую на её грузовой площади размером L ´ l, а также нагрузку от собственного веса.

· Нагрузка от собственного веса колонны

4 Нормативная нагрузка:

,

где

n_э = 5 – число этажей; H = 4,2 м – высота этажа; h_k – ширина колонны.

4 Расчётная нагрузка:

G_k = G_k,n ×g _f = 106,31×1,1 = 116,94 кН.

· Продольная сила в колонне на уровне пола 1-го этажа (Р _{0, n} и Р ₀ – из табл. 2.2):

4 От нормативной нагрузки:

N_k,n = G_k,n + L × l ×[ P _{0, n} ×(n_э – 1) + P _{1, n} ] =

= 106,31 + 7,8×7,8×[11,07×(5 – 1) + 5,30] = 3 123 кН.

4 От расчётной нагрузки:

N_k = g _n ×(G_k + L × l ×[ P ₀ ×(n_э – 1) + P ₁]) =

= 0,95×(116,94 + 7,8×7,8×[13,091×(5 – 1) + 6,513]) = 3 514 кН.

 

3. Расчёт и конструирование предварительно напряженной панели перекрытия

 

Характеристики прочности бетона и арматуры

Бетон

4 Применяем тяжелый бетон класса В40 (по заданию), подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении.

4 Расчётное сопротивление сжатию R_b = 22,0 МПа (табл. 13 СНиП [2]).

4 Бетон находится под воздействием длительной нагрузки, поэтому в расчетах умножаем его расчётное сопротивление на коэффициент условий работы γ _{b 2} = 0,9 (табл. 15 СНиП [2]).

Арматура

4 Продольная рабочая арматура панели – предварительно напрягаемая, класса А-VI (А1000) – по заданию.

Сопротивление растяжению:

· нормативное R_sn = 980 МПа (табл. 19* СНиП [2]),

· расчётное R_s = 815 МПа (табл. 22* СНиП [2]).

4 Полка панели армируется сеткой из проволочной арматуры класса Вр-I (В500).

Расчётное сопротивление растяжению R_s = 410 МПа (табл. 23* СНиП [2]).

Предварительное напряжение арматуры

Предварительно напряженная арматура – это арматура, получающая начальные (предварительные) напряжения в процессе изготовления конструкций до приложения внешних нагрузок в стадии эксплуатации.

Методы натяжения арматуры

Существуют два метода натяжения арматуры: натяжение на упоры и натяжение на бетон. Натяжение на бетон применяется, как правило, только в монолитных конструкциях.

4 Используем метод натяжения арматуры на упоры, так как он наиболее целесообразен в условиях заводского изготовления железобетонных конструкций.

Арматура до бетонирования натягивается и затем фиксируется в натянутом состоянии на жестком стенде или форме. После укладки в форму бетона и набора им необходимой передаточной прочности арматура освобождается от натяжных приспособлений. Арматура, стремясь сократиться, обжимает бетон, а сама остаётся растянутой.

Способы натяжения арматуры

Существует 4 способа натяжения арматуры (из них получили распространение только первые два):

1. Механический (с помощью домкратов, рычагов, грузов).

2. Электротермический (с помощью эл. тока).

3. Электротермомеханический (комбинированный).

4. Физико-химический (самонапряжение).

4 Используем электротермический способ натяжения, так как он является наиболее распространённым благодаря своей несложности, малой трудоёмкости и сравнительно низкой стоимости оборудования.

Стержни арматуры нагревают до температуры 300…350ºС с помощью электротока и в нагретом состоянии закрепляют в упорах формы. При остывании стержни, стремясь сократиться, натягиваются, что используется для обжатия бетона. Точность этого метода по сравнению с остальными более низкая. Кроме того, этот способ достаточно энергоёмкий и не может применяться для натяжения арматуры классов Aт-VII, B-II, Bр-II, К-7, К-19.

3.2.3. Величина предварительных напряжений в арматуре

· Допустимое отклонение значения предварительного напряжения при электротермическом способе натяжения определяются по формуле (2) СНиП [2]:

,

где l – длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров): l = 7,8 м.

· В соответствии с формулой (1) СНиП [2] установим пределы, в которых можно назначать величину предварительного напряжения в арматуре:

s _sp ³ 0,3 R_sn + p = 0,3×980 + 76,15 = 370,15 МПа;

s _sp £ R_sn – p = 980 – 76,15 = 903,85 МПа.

Границы этого интервала установлены на основе следующих соображений:

ü при высоких значениях предварительных напряжений существует опасность разрыва арматурной стали или её проскальзывания в захватах при натяжении; опасность разрушения бетона или образования в нём трещин вдоль напрягаемой арматуры.

ü низкие значения предварительных напряжений неэффективны, т.к. почти всё напряжение будет утрачено в результате потерь.

· Величина предварительного напряжения назначается обычно близкой к верхнему пределу: σ _sp £ 0,9 R_sn = 0,9×980 = 882 МПа. Принимаем σ _sp = 850 МПа.

· Передаточная прочность бетона R_bp – это прочность бетона к моменту его обжатия усилием натяжения арматуры.

Передаточная прочность бетона назначается не менее (п.2.6* СНиП [2]):

R_bp ³ 0,5 B = 0,5×40 = 20 МПа, где В – класс бетона, В = 40 МПа.

R_bp ³ 15,5 МПа. Принимаем R_bp = 20 МПа.

· Возможные производственные отклонения от заданного значения предварительного напряжения арматуры учитываются в расчётах коэффициентом точности натяжения арматуры γ _sp:

g _sp = 0,9 – при благоприятном влиянии предварительного напряжения;

g _sp = 1,1 – при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения.

· Значение g _sp = 1,1 соответствует случаю, когда увеличение усилия обжатия сверх проектного неблагоприятно сказывается на работе конструкции, например, при расчёте прочности железобетонного элемента в стадии обжатия.