Строительные конструкции

В колонне  возникают только продольные сжимающие  усилия, т.е. отсутствуют расчетные  изгибающие моменты, поэтому расчетный  эксцентриситет продольный сжимающей  силы е₀ = 0, в этом случае в расчет вводят случайный эксцентриситет е_а.

Начальный случайный эксцентриситет принимаем  большим из двух значений:

1. е_а = Н/600 = 480/600 = 0,8 см, где Н = 480 см – длина колонны от обреза фундамента;
2. е_а = h/30 = 30/30 = 1 см, где h – размер сечения колонны.

Принимаем большее из двух значений, т.е. е₀ = е_а^max = 1 см.

      При расчетной длине колонны l₀ = 0,8*Н = 0,8*480 = 384 см, наибольшая гибкость элемента l₀/h = 384/30 = 12,8 > 4, при этом необходимо учесть влияние прогиба колонны под нагрузкой на ее прочность.  

2.4.3.1. Расчет прочности  условно центрально-сжатой  колонны 

     Условие  прочности условно центрально-сжатой  колонны имеет вид:

N=N_ult

где N_ult -  предельное значение продольной силы, которую может воспринимать элемент, определяемое по формуле

N_ult = φ*(R_b*A+R_sc*A_s,tot),

здесь A_s,tot – площадб всей продольной арматуры в сечении колонны:

φ – коэффициент, учитывающий влияние гибкости колонны на ее прочность,

φ = φ_b+2*( φ_sb- φ_b)*α_s ,при этом приведенный коэффициент армирования

α_s =

Значение  коэффициентов φ_b и φ_sb принимают по таблице , приведенной в приложении 10

Принимаем толщину защитного слоя продольной рабочей арматуры колонны

a=a’=3см

Отношение расчетного продольного усилия в  колонне от длительных нагрузок к  расчетному продольному усилию от полной нагрузки 
 
 

По приложению 10 находим линейной интерпритацией для =0,93, l₀/h=12,8 , a=a’=3,0 cм<0,15*30 = 4,5 и предполагаем отсутствие промежуточных стержней:

φ_b=0,86; φ_sb=0,89

Принимаем в первом приближении

φ_b= φ_sb=0,89

Находим требуемую площадь рабочей арматуры 

A_s,tot===0,009 м^-4>0

следовательно, диаметр продольной арматуры колонны  принимается по расчету, но диаметром  не менее 16 мм.

в нашем  случае: 
 

  

 Принимаем  конструктивное армирование колонны  – 4d16  A500 с общей площадью сечения арматуры А_s + А_s’ = 8,04 см². Процент армирования сечения колонны m = [(А_s + А_s’)/А]*100% = 8,04*100/30*30 = 0,89% > m_min = 0,1%. Здесь m_min – минимальный процент армирования внецентренно загруженных элементов. 
 
 

2.4.4. Конструирование  колонны 

Продольную  арматуру 4d16 А500 размещаем в углах сечения колонны. Поперечную арматуру (хомуты) назначаем диаметров не менее 4 мм. С учетом условий сварки принимаем поперечную арматуру d4 В-500. Шаг хомутов назначается не более 20d (где d – диаметр продольной арматуры колонны), но не более 500 мм и кратным 50 мм. Принимаем шаг хомутов 200 мм < 20d =20*16= 320 мм.

      Величину  защитного слоя бетона принимаем 20 мм, что соответствует привязке арматуры к наружной грани – а = а = 30 мм.

      Армирование колонны выполняем пространственным каркасом, состоящим из двух плоских  каркасов КР – 3 и отдельных стержней, соединяющих плоские каркасы в пространственный. Закладная деталь под опоры ригелей приваривается в тавр к продольным стержням пространственного каркаса.

В месте  опирания ригелей принимаем косвенное дополнительное армирование сетками из арматуры  d4 В500 с ячейкой 70´70 см. 5 сеток с шагом вдоль колонны 80 мм на участке длиной l=4*80=320 мм>10d=10*16=120 мм (рис.5) 
 

2.5. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ  СТОЛБЧАТОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО  ФУНДАМЕНТА

2.5.1. Общие положения 

      Фундаменты  резервуара воспринимают постоянную и  временную нагрузки от покрытия, нагрузки от веса ригелей, веса колонн, собственного веса и передают эти нагрузки на днище и грунт основания. Для  лучшего контакта с днищем сборные  железобетонные фундаменты монтируются  на поверхность днища на слой свежеуложенного  цементно – песчаного раствора толщиной 3 см.

      Возникающие при этом напряжения под подошвой фундамента не должны превышать допускаемого расчетного давления на днище. Расчетная  величина допускаемого давления на днище  зависит от прочности грунта в  основании резервуара, деформативности основания, толщины днища, класса бетона днища, вида гидроизоляции.

      Фундамент под колонны резервуара, как правило, загружен центрально, без момента, поэтому  конструкция фундамента принимается  столбчатой с квадратной плитной  частью в основании. Форма плитной части фундамента и подколонника пирамидальная, что связано с условиями изготовления и экономией бетона.

      Подколонник фундамента выполняется в виде стакана, куда устанавливается и заделывается колонна. Глубина стакана, высота фундамента и размеры плитной части определяются расчетом в зависимости от величин нагрузок, величины допускаемого давления на днище, класса бетона и т.д.

      Размеры фундамента должны отвечать требованиям  унификации. Высота фундамента и высота его плитной части назначаются  кратными 150 мм, не менее 300 мм. По наружному  периметру фундамента размер плиты  по высоте в тонкой ее части назначается  равным 150 мм.

      Размеры в плане плитной части а  и размеры подколонника а₁ и а₂ назначаются кратными 100 мм.(рис.6)

      Для конструкций фундаментов резервуара, как и для колонн принимают бетон класса прочности на сжатие не ниже В15, по водонепроницаемости марки W₄, марка по морозостойкости F100.

 Для  армирования фундаментов используется  арматура классов В500, А240, А300, А400

      Конструкцию фундаментов относят к конструкциям, длительное раскрытие трещин в которых  ограничивается величиной 0,3 мм, непродолжительное  – 0,4 мм. 

2.5.2. Расчет прочности  фундамента 

      Фундамент столбчатый пирамидальной формы (рис.6). Бетон тяжелый класса прочности  на сжатие В20, R_b = 11,5 МПа, R_bt = 0,9 МПа. Рабочая арматура класса А500, R_s = 435 МПа.

      Расчетная нагрузка на фундамент, без собственного веса фундамента, N = 1277 кН.

      Требуемая площадь фундамента с учетом гидростатического  давления воды на днище

А = N/(R - r*H),

где R = 0,17 МПа – допускаемое давление на днище; r = 1 т/м³=0,01 Н/см³ – плотность воды;

Н = 4,84 м  – высота водяного столба.

А = 1277000/(0,28*(100) – 0,01*480) = 55043 см²

      Соответственно  сторона квадратного фундамента

      По  условиям унификации принимаем ближайший  больший размер, кратный 100 мм, т.е. а = 240 см.=2,4 м.

      Высота  фундамента назначается из условия  заделки колонны в фундамент  и условия продавливания фундамента колонной, кратной 150 мм по условиям унификации.

      Глубина заделки колонны в фундамент  h_f принимается:

1. исходя  из условия заделки колонны в фундамент - не менее h, где h = 30 см – высота сечения колонны;
2. исходя  из условия анкеровки рабочей продольной арматуры колонны в фундаменте не менее 15d, где d  - диаметр рабочей продольной арматуры колонны,
3. не менее ,где , - коэффициент, зависящий от напряженного состояния бетона и арматуры и -  площадь продольной арматуры колонны соответственно, требующаяся по расчету и фактически принятая, - коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, - коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, и - соответственно площадь поперечного сечения и периметр анкеруемого арматурного стержня.
4. не менее ,где - относительная длина анкеровки, зависящая от классов арматуры и бетона, равная или принимаемая по табл. 3.3, здесь - коэффициент, учитывающий влияние поперечного обжатия бетона и наличие поперечной арматуры
5. не менее 200 мм.

В нашем  случае будем иметь:

и l_an будет близко к нулю

4. при для арматуры класса А500, для арматуры d<36мм, при отсутствии поперечного обжатия;

Принимаем большее значение из пяти требуемых, округляя до ближайшего большего числа, кратного 50мм, т.е принимаем =800 мм = 80 см = 0,8 м.

      Глубина стакана подколонника h_h принимается на 5 см больше величины h_f,

h_h = h_f + 5 = 0,8+0,05=0,85 м

      Принимаем высоту фундамента Н_f = h_h + 0,25 = 1,1 м, принимаем Н_f=1,2 что кратно 150 мм.

      Проверка  фундамента на продавливание. Условие  продавливания:

N_р £ R_bt *b_m*h₀₁,

где N_р – расчетная продавливающая сила; b_m – средний периметр пирамиды продавливания; h₀₁ – расстояние от дна стакана до рабочей арматуры плитной части фундамента при величине защитного слоя бетона 5 см.

N_р = р*(а² – (h₂ + 2*h₀₁)²),

где р – давление под подошвой фундамента;

р = N/а² = 1277/2,40² = 221,7 кН/м²;

h₂ – ширина для стакана h₂= h + 0,10 = 0,30 + 0,10 = 0,40 м;

h₀₁ = Н_f – h_h – 0,05 = 1,1 – 0,85 – 0,05 = 0,35 м.

N_р = 221,7*(2,40² – (0,40 + 2*0,35)²) = 1008,7 кН;

b_m = 4*( h₀₁ + h₂) = 4*(0,35 + 0,40) = 3,0 м;

R_bt*b_m*h₀₁*(100) = 900*3,0*0,35= 945 кН < N_р = 1008,7 кН;

Прочность на продавливание не обеспечивается. Увеличим класс бетона фундамента до B25, R_b=14,5 МПа, R_bt =1,05 МПа

Выполним  пересчет прочности на продавливание  при классе бетона В20

R_bt*b_m*h₀₁= 10500*3,0*0,35 = 1102,5 кН > N_р = 732,3 кН

Прочность на продавливание обеспечена.

Толщину стенки стакана d_h назначаем из условий: d_h<0,5* h_h =0,5*80=40 см

d_h>0,2* h=0,2*30=6 cм;  d_h>15 cм. Принимаем d_h=25см.(рис.6) Армирование стенок стакана конструктивное.

      Высоту  плитной части фундамента h₁ принимаем 30 см, в тонкой ее части – 15 см, по требованиям унификации. Рабочая высота сечения плитной части h₀₁ = h₁ – 5 = 30 – 5 =

= 25 см, где  5 см – расстояние от подошвы  фундамента до центра тяжести  арматуры плитной части.

      Армирование плитной части фундамента определяется расчетом по усилиям в сечениях 1 – 1 и 2 – 2. Сечение 1 – 1 – по грани  стаканной части фундамента, сечение 2 – 2 – по грани колонны.(рис.6) R_s =435 мПа для арматуры А500