- •Введение.
- •Шаг колонн в продольном направление, м………………………12.00
- •2.1. Компоновка поперечной рамы и определение нагрузок.
- •2.3. Проектирование стропильной конструкций. Безраскосная ферма.
- •2.5. Оптимизация стропильной конструкции.
- •Проектирование колонны. Определение расчетных комбинаций усилий и продольного армирования.
- •2.6. Конструирование продольной и поперечной арматуры и расчет подкрановой консоли .
- •2.7. Расчет и конструирование монолитного внецентренно нагруженного
2.7. Расчет и конструирование монолитного внецентренно нагруженного
фундамента под колонну.
Решение.
Вычисленные ЭВМ три комбинации усилий N,MиQдля расчета основания и тела фундамента представлены в табл.1.3
Случай расчета |
первая |
вторая |
третья | ||||||
N |
M |
Q |
N |
M |
Q |
N |
M |
Q | |
основание |
560,00 |
157,61 |
19,97 |
725,43 |
-251,87 |
-34,91 |
970,86 |
-188,76 |
-42,13 |
фундамент |
644,00 |
181,25 |
22,96 |
834,24 |
-289,65 |
-40,14 |
1116,49 |
-217,07 |
-48,45 |
Для предварительного определения размеров подошвы фундамента находим усилия NnfиM nfна уровне подошвы фундамента для комбинаций усилий с максимальным эксцентриситетом с учетом нагрузки от ограждающих конструкций.
Расчетная нагрузка от стеновых панелей и остекления равна G3=84,45 кН, а для расчета основанияGn3=G3/f =84,45/1,1=76,77 (кН). Эксцентриситет приложения этой нагрузки относительно оси фундамента будет равен е3 = 240/2+350 = 470 мм = 0,47 м.
Анализируя значения усилий в табл. находим, что наиболее неблагоприятной комбинацией для предварительного определения размеров подошвы фундамента по условию максимального эксцентриситета (отрыва фундамента) является вторая комбинация усилий. В этом случае получим следующие значения усилий на уровне подошвы фундамента:
Nnf =Nn+Gn3 = 725,43+76,77 = 802,2 (кН).
M nf=M n+Qnhf+Gn3e3 = -251,87-34,912,0-76,770,47 = -357,7 (кНм);
ео==357,7/802,2 = 0,446 (м).
С учетом эксцентриситета продольной силы определим размеры подошвы фундамента:
.
.
где mt=20 кН/м3- средний удельный вес фундамента с засыпкой грунта на обрезах;R= =Ro= 0,3МПа = 300 кПа – условное расчетное сопротивление грунта по индивидуальному заданию.
Принимаем предварительно размеры подошвы фундамента а = 2,1м и b= 3,0м. Уточняем расчетное сопротивление песчаного грунта основания согласно прил. 3 [9]:
R=Ro[(1+к1(b-bо)/bо]+к2mt(d-dо) = 300[1+0,125(3,0 -1)/1]+0,2520(2,25-2) = 377,7 (кПа).
Определим усилия на уровне подошвы фундамента принятых размеров от нормативных нагрузок и соответствующих им краевые давления на грунт по формулам:
Nninf =Nn+Gn3+abdmtn;
Мninf = Мn+Qn3 hf+Gn3e3;
рnл(n) =Nninf/Аf Мninf/Wf; гдеn- 0,95 – для класса ответственности здания 2;
Аf = ab = 2,13,0= 6,3 (м); Wf = ba2/6 = 3,02,12/6 = 2,205 (м3).
Результаты вычисления усилий, краевых и средних давлений на грунт основания приведены в табл.1.4
Комбинация усилий от колонны |
Усилия |
Давления, кПа | |||
Nninf, кН |
Мninf, кН |
рnл |
рn n |
рnm | |
Первая Вторая Третья |
942,00 1107,43 1352,8 |
233,63 -285,61 -236,94 |
43,57 305,3 322,2 |
255,5 46,25 107,27 |
149,5 175,7 214,7 |
Так как вычисленные значения давлений на грунт основания
.
.
, то предварительно назначенные размеры подошвы фундамента удовлетворяют предъявленным требованиям по деформациям основания и отсутствию отрыва части фундамента от грунта при крановых нагрузках. Таким образом, оставляем окончательно размеры подошвы фундамента, а =2,1м и b= 3,0м.
Расчет тела фундамента выполняем для принятых размеров ступеней и стакана. Глубина стакана назначена в соответствии с типом опалубки колонны по приложению 5, а поперечное сечение подколонника имеет размеры типовых конструкций фундаментов под колонны промышленных зданий.
Расчет на продавливание ступеней фундамента не выполняем, так как размеры их входят в объем пирамиды продавливания.
Для расчета арматуры в подошве фундамента определяем реактивное давление грунта основания при действии наиболее неблагоприятных комбинаций расчетных усилий (третьей) без учета собственного веса фундамента и грунта на его обрезах. Находим соответствующие усилия на уровне подошвы фундамента:
Ninf =Nc+G3 = 1116,49+84,45 = 1200,9 (кН);
Minf =Mc+G3e3+Qchf = -217,07-84,450,47-48,452 = -274,3 (кНм);
Тогда реактивные давления грунта на грунт будут равны:
Pmax= 1200,9/6,3+274,3/2,205 = 190,6+124,4 = 315 (кПа);
Pmin= 190,6 – 124,4 = 66,2 (кПа);Pm =190,6 (кПа);
;
;
Расчетные изгибающие моменты в сечениях 1-1 и 2-2 вычисляем по формуле:
;
;
Требуемое по расчету сечение арматуры составит:
=40,9106/(3650,9260) = 478,8 (мм2);
=157,3106/(3650,9560) =855,1 (мм2);
Принимаем минимальный диаметр арматуры для фундамента при а<3 м равным 10 мм. Для основного шага стержней в сетке 200 мм на ширине b=3,0м будем иметь в сечение
2-2 1010 А-3,As=785 мм2. Процент армирования будет равен
= As100/(bho2)=785100/(3000560)=0,05>min=0,05%.
Расчет рабочей арматуры сетки плиты фундамента в направление короткой стороны выполняем на действие среднего реактивного давления грунта Pm=135,79 кПа, соответственно получим:
;
=18,01106/(3650,9250) = 219,3 (мм2);
По конструктивным требованиям принимаем минимальное армирование 12 А-3, с шагом 200 мм (As=1137 мм2 >219.3 мм2 ).
Расчет продольной арматуры подколонника выполняем в ослабленном коробчатом сечении 4-4 в плоскости заделки колонны и на уровне низа подколонника в сечении 5-5.
Сечение 4-4. Размеры коробчатого сечения стаканной части фундамента преобразуем к эквивалентному двутавровому с размерами, мм:
B = 650; h =1500; bf = b’f =1200;
hf = h’f = 325; a = a’= 50; ho=1450.
Вычислим усилия в сечении 4-4 от второй комбинации усилий в колонне с максимальным изгибающем моментом:
N=Nc+G3+acbcdcfn = 834.24+84.45+1,51,20,9251,10,95 = 961.01 (кН);
М = Мc+G3e3+Qcdc= 289,65+40,140,9+84,450,47 = 365,46 (кНм);
Эксцентриситет продольной силы будет равен
ео= М/N= 365,46/961,01 = 0,380 (м) = 380 мм >ea=h/30 = 1500/30 = 50 (мм).
Находим эксцентриситет силы Nотносительно центра тяжести растянутоц арматуры:
е = ео+(hо-a’)/2 = 380+(1450-50)/2 =1080 (мм).
Проверяем положение нулевой линии.
Так как Rbb’fh’f = 14,51200325 = 5655 (кН)>N= 961,01 (кН), то указанная линия проходит в полке и сечение следует рассчитывать как прямоугольное с ширинойb=b’f =1200 мм. Расчет прочности сечения для случая симметричного армирования выполняем согласно п.3.62[3].
Вычисляем коэффициенты:
n = N/(Rbbho) = 961,01103/(14,512001450) = 0,038;
m1= Ne/(Rbbh2o) = 961,011031080/(14,5120014502) = 0,0284;
= a’/ho= 50/1450 = 0,0345.
Требуемую площадь сечения продольной арматуры вычислим по формуле:
Армирование назначаем в соответствии с конструктивными требованиями в количестве не менее 0,05% площади подколонника:
0,0005 12001500 =900 (мм2). Принимаем1005 мм2(516 А-3).
В сечение 5-5 по аналогичному расчету принято конструктивное армирование.
Поперечное армирование стакана фундамента определяем по расчету на действие максимального изгибающего момента. Вычисляем эксцентриситет продольной силы в колонне от второй комбинации усилий ео=Mc/Nc= 289,65/834,24 = 0,347 (м).
Поскольку ео= 0,347 м >hc/6 = 0,7/6 = 0,117 м, то поперечная арматура стакана не требуется по расчету. Так как ео= 0,347м >hc/2 = 0,7/2 = 0,35м, то момент внешних сил в наклонном сечении 6-6 вычисляем по формуле:
;
Тогда площадь сечения одного стержня поперечной арматуры стакана фундамента будет равна:
;
Принимаем As=50,3мм2(8 А-1).