Здание четырехэтажное с высотами этажей 3,6 м. Сетка колонн каркаса 6,0×6,0 м. Каркас сборный с пустотными плитами перекрытий. Колонны сечением 400×400 мм выполнены из бетона класса В15, с расчетным сопротивлением Rb =8,5 МПа. Продольная рабочая арматура колонн принимается из стержневой горячекатаной периодического профиля арматуры класса А400 по ГОСТ 5781-82 с расчетным сопротивлением Rs =355 МПа, хомуты - из стержневой горячекатаной гладкой арматуры класса А240 по ГОСТ 5781-82.
Кровля здания плоская совмещенная без технического этажа. Нагрузки от собственного веса перекрытия и временная нагрузка на перекрытие приняты из таблицы 3 данного пособия. Состав кровли принять по рис 4.1. Снеговая нагрузка принята для IVснегового района по СП 20.13330.2011 "Нагрузки и воздействия" Sg =2,4 кПа.
Рис. 4.1. Схема для определения нагрузок на колонну
Наиболее нагруженным сечением колонны первого этажа является сечение в уровне заделки колонны в фундамент, отстоящее от уровня чистого пола на расстоянии 650 мм (серия 1.020-1/87).
Нагрузки на колонну
В расчетном сечении колонны действуют постоянные и временные нагрузки. К постоянным нагрузкам относятся нагрузки от:
- собственного веса колонны на всю высоту здания - Рк;
- веса конструкций перекрытий с полом - Рпер;
- веса конструкций покрытия с кровлей - Рпок;
К временным нагрузкам относятся:
- нагрузки на перекрытия от оборудования, складируемых материалов, мебели и людей - Pv, в том числе длительная - Pvl;
- снеговая нагрузка с полным нормативным значением S.
Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия
кПа,
где ce - коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов. В данной схеме загружения снеговой нагрузкой не учитывается;
ct - термический коэффициент. В данной схеме загружения снеговой нагрузкой не учитывается;
µ = 1- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.
Sg = 2,4 кПа - вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли.
Подсчет нормативных и расчетных нагрузок на 1 м2 покрытия приведен в таблице 4.
Таблица 4
Нормативные и расчетные нагрузки на покрытие
| № п/п | Вид нагрузок | Нормативное значение, кПа | Коэффициент надежности по нагрузке | Расчетное Значение, кПа |
| Постоянная: собственный вес плиты пароизоляция 1 слой техноэласта утеплитель жесткая минераловатная плита δ=120 мм ρ=1 кН/м3 цементно-песчаная стяжка δ=20 мм, ρ=20 кН/м3 гидроизоляционный ковер 2 слоя техноэласта | 3,0 0,05 0,12 0,4 0,1 | 1,1 1,3 1,3 1,3 1,3 | 3,3 0,065 0,156 0,52 0,13 | |
| Итого постоянная | 3,67 | 4,171 | ||
| Снеговая | 1,68 | 1,4 | 2,352 |
Постоянная нагрузка от собственного веса колонны
кН,
где 25 - объемный вес железобетона, кН/м3;
b, h - размеры поперечного сечения колонны, м;
L -полная длина колонны от обреза фундамента до кровли, м;
γf, γn - коэффициенты надежности по нагрузке и по ответственности здания.
Постоянная нагрузка от веса конструкций перекрытий с полом
где gпер - вес 1 м2 конструкций перекрытия с полом (раздел 3,табл. 3);
Агруз = l 1× l 2 =6,0×6,0 =36 м2 - грузовая площадь с которой передается нагрузка на колонну;
Ариг = 0,1895 м2 - площадь поперечного сечения ригеля высотой 450 мм;
lриг - длина ригеля между колоннами с учетом заделки зазоров бетоном;
n - количество перекрытий.
Постоянная нагрузка от отвеса конструкций покрытия с кровлей
где gпок - вес 1 м2 конструкций покрытия с кровлей (табл. 4).
Временная полная нагрузка с перекрытий
где v - временная полная нагрузка на перекрытие (раздел 3,табл. 3).
Временная длительная нагрузка с перекрытий
где vl - временная длительная нагрузка на перекрытие (раздел 3,табл. 3).
Снеговая нагрузка с покрытия
Продольная сила в расчетном сечении колонны от полной расчетной нагрузки
Продольная сила в расчетном сечении колонны от постоянной и временной длительной расчетной нагрузки
Подбор сечения арматуры колонны
Рабочая высота сечения
Поскольку колонна одним концом жестко закреплена в фундамент, а другим шарнирно опертыми ригелями расчетная длина колонны будет равна l 0=0,7 l =0,7·4,25 = 2,98 м, где l = 3,6+0,65 = 4,25 м - расстояние от верхнего обреза фундамента до отметки пола второго этажа. Тогда l 0/ h = 2,98/0,4 = 7,45˃4, т.е. учет прогиба обязателен.
Из табл. П17 приложения при l 0/ h = 2,98/0,4 = 7,45, находим φ = 0,913.
Принимая φ = 0,913, из условия (4.1) находим
.
Определяем площадь сечения продольной арматуры из вычисленного значения RsAs,tot =692098,4 Н
Окончательно принимаем 4Ø22 с As,tot = 1963мм2. Недобор площади арматуры составляет 1%, что меньше 3% допускаемых нормами. Процент армирования колонны 
(рис. 4.2).
Рис. 4.2. Схема армирования сечения колонны
Конструирование колонны
При конструировании колонн необходимо соблюдать конструктивные требования актуализированной редакции СНиП 52-01-2003 "Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения" Свод правил СП 63.13330.2012 [2].
В колоннах с размером меньшей стороны сечения 250 мм и более диаметр продольных стержней рекомендуется назначать не менее 16 мм.
Толщина защитного слоя бетона рабочей арматуры в колоннах, эксплуатируемых в закрытых помещениях при нормальной и пониженной влажности должна быть не менее 20 мм.
Наибольшие расстояния между осями стержней продольной арматуры, обеспечивающие эффективное вовлечение в работу бетона, равномерное распределение напряжений и деформаций, а также ограничение ширины раскрытия трещин между стержнями арматуры, в железобетонных колоннах должны быть не более: 400 мм - в направлении, перпендикулярном плоскости изгиба; 500 мм - в направлении плоскости изгиба.
Процент армирования внецентренно сжатых колонн µ = (As / bh 0)·100% следует принимать не менее:
при 
- 015;
при 
- 020.
Во внецентренно сжатых линейных элементах в целях предотвращения выпучивания продольной арматуры следует устанавливать поперечную арматуру с шагом не более 15 d и не более 500 мм (d - диаметр сжатой продольной арматуры).
Диаметр поперечной арматуры (хомутов) в вязаных каркасах внецентренно сжатых элементов принимают не менее 0,25 наибольшего диаметра продольной арматуры и не менее 6 мм.
В концевых участках сборных колонн, подверженных местному сжатию (смятию), должна устанавливаться поперечная арматура в виде сварных сеток косвенного армирования, которая должна удовлетворять следующим требованиям:
а) площади стержней сетки на единицу длины в одном и другом направлении не должны различаться более чем в 1,5 раза;
б) шаг сеток (расстояние между сетками в осях стержней одного направления) следует принимать не менее 60 и не более 150 мм;
в) размеры ячеек сеток в свету должны быть не менее 45 и не более 100 мм;
г) первая сетка располагается на расстоянии 15-20 мм от нагруженной поверхности элемента.
На концевых участках колонн количество сеток косвенного армирования определяется расчетом и принимается не менее 4.
Примеры конструкции колонны приведены на рис. 4.3 - 4.8
Рис. 4.3 Конструкция типовой колонны первого этажа.
Рис. 4.4. Пространственный каркас типовой колонны нижнего этажа.
Рис. 4.5. Опалубочные размеры концевых участков колонны
Рис. 4.6. Армирование концевых участков колонн
| |
| 
|
Рис. 4.7. Опалубочные размеры консоли
Рис. 4.8. Конструкция консолей колонны
Рис. 4.8. Арматурный каркас консолей