Железобетонные колонны состоят из двух разнородных материалов. Стальная продольная арматура обычно составляет 1-3% от площади поперечного сечения, но её наличие позволяет не только увеличить прочность, но и обеспечивает транспортирование и монтаж сборных ж/б колонн. Обладая большой несущей способностью и относительно небольшой стоимостью, они широко применяются в промышленном, гражданском, с/х строительстве в качестве элементов каркаса и отдельных опор. Наиболее простым является колонна квадратного сплошного сечения.
При больших длинах они могут быть решетчатыми; по высоте – постоянного или переменного сечения. Колонны переменного сечения передают нагрузки, расположенные на разной высоте (от ферм покрытия и мостовых кранов)
Основным случаем потери несущей способности ж/б колонн является потеря общей устойчивости. Причем, если продольные стержни арматуры не закрепить поперечными стержнями, то они, потеряв устойчивость раньше бетона, выпучиваются и разрушают защитный слой (а). Для исключения этого явления к продольным стержням привариваются или привязываются проволокой поперечные стержни, которые уменьшают расчетную длину рабочих продольных стержней (б).
При правильной постановке поперечных стержней бетон и продольная арматура разрушаются одновременно. Отсюда, основными целями расчета являются:
· Подбор необходимого количества продольной арматуры, обеспечивающей общую устойчивость
· Постановка поперечных стержней на расстояниях, исключающих потерю продольной арматурой устойчивости раньше, чем вся колонна
Расчет ж/б колонн со случайным эксцентриситетом
Чаще всего поперечное сечение колонны выполняется квадратным, прямоугольным и круглым. В сжатых ж/б элементах сложно добиться центрального сжатия, так как неоднородность бетона, неточность постановки арматуры, особенности опирания на них конструкций приводят к тому, что практически все элементы можно рассматривать как внецентренно сжатые. Для практических расчетов элементы, на которые действует сжимающая сила, приложенная без эксцентриситета, разрешено условно относит к центрально сжатым. Такие элементы принято называть сжатыми элементами со случайным эксцентриситетом.
|
|
Случайный эксцентриситет (ео) принимается равным большему из двух значений 1/600 длины колонны или 1/30 ширины сечения, но не менее 10мм.
Принимаются следующие условия расчета:
· Продольное армирование выполняется стержнями, расположенными вдоль двух сторон по углам сечения (симметричное армирование)
· Отношение расчетной длины колонны к меньшей стороне поперечного сечения не должно превышать 20, т.е. lo/h ≤ 20
· Коэффициент (процент) армирования, т.е. отношение площади поперечного сечения арматуры к площади сечения колонны, чаще всего находится в пределах от 0,004 до 0,03 (0,4 – 3%)
При значениях μ меньше указанных в таблице, колонна считается бетонной.
Оптимально, если процент армирования принимается в пределах
1 – 2%
Базовая формула несущей способности выведена для однородного материала, для ж/б колонны она преобразуется как сумма несущих способностей бетона и арматуры.
Основная расчетная формула для центрально сжатых колонн прямоугольного сечения принимает вид
|
|
где Rsc –расчетное сопротивление сжатой арматуры,
Rb – расчетное сопротивление бетона сжатию (призменная прочность)
γb2 – коэффициент условия работы бетона (для тяжелого бетона γb2 = 0,9)
b – ширина сечения
h – высота сечения
As, A|s – площади сечения арматуры, соответственно по одной и по другой стороне сечения.
φ – коэффициент продольного изгиба
φ = φb + 2(φsb – φb)αs ≤ φsb
φsb,φb определяются по таблице в зависимости от отношения расчетной длины колонны к меньшей стороне сечения колонны h и от отношения нагрузок – соответственно длительной части нагрузки ко всей нагрузке Ni/N
Расчетная длина колонны принимается в гражданских зданиях высоте этажа.
