РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ КОЛОННЫ
Исходные данные: Сетка колонн 8 x 5 м
Высота этажа 5,4 м
Количество этажей 5
Нормативная полезная нагрузка на перекрытие 11кПа
Район строительства Березники 3,2 кПа
Бетон класса В20
Арматура А-III
Сбор нагрузок на колонну от покрытия и перекрытия представлен в таблице 4.1 на 1м2 горизонтальной поверхности.
Таблица 4.1
| № п/п | Наименование нагрузок | Нормативная, кПа | Расчетная нагрузка, кПа | |
| 1 | Покрытие: вес кровли вес железобетонной плиты вес ж.б. ригеля | 2,5 3,0 4,0 | 1,3 1,1 1,1 | 2,75 3,3 4,4 |
| Итого постоянная Временная от снега в том числе длительная | 9,5 2,28 1,14 | 1,4 1,4 | 10,48 3,2 1,6 | |
| 2 | Перекрытие вес конструкции пола и плиты перекрытия вес ж.б. ригеля | 4,35 4,0 | 1,1 1,1 | 4,785 4,4 |
| Итого Временная нагрузка на перекрытие В том числе длительно-действующая Кратковременная Постоянная + длительно-действующая | 8,35 11 3,3 7,7 11,65 | 1,2 1,2 1,2 1,2 | 9,185 13,2 3,96 9,24 13,98 |
Определение расчетной продольной нагрузки на колонну
Грузовая площадь на колонну 8х5=40 м2
Собственный вес колонны сечением 500х500 мм и длиной 5,4 м.
От покрытия:
- длительная: 
- кратковременная: 
От перекрытия:
- длительная: 
- кратковременная: 
Расчетные продольные нагрузки в сечениях колонн расположенных на уровне перекрытий и обреза фундамента
5-этаж
4-этаж
3-этаж
2-этаж
1-этаж
Определение изгибающих моментов колонны от расчетных нагрузок
Определяем максимальный момент колонны при загружении при 1+2 без перераспределения моментов:
М21=-(0,1*45,4+0,062*70,224)52=-222,3кНм
М23=-(0,091*45,4+0,03*70,224)52=-155,9кНм – при действии длительных нагрузок
При действии полной нагрузки:
М21=-М21-0,06*30,096*52=-222,3-0,062*30,096*52=-268,95кНм
М23=-М23-0,03*30,096*52=-155,9-0,03*30,096*52=-178,5кНм
Разность опорных моментов в узле рамы:
При длительных нагрузках: ∆М=222,3-155,9=66,4кНм
При полной нагрузке: ∆М=268,95-178,5=90,45кНм
Изгибающие моменты колонн 1-го этажа в уровне ригелей:
От длительной нагрузки Мдл=0,5*66,4=33,2кНм
От полной нагрузки Мп=0,5*90,45=45,225кНм
Расчет прочности колонны 1-го этажа
Характеристика прочности бетона и арматуры:
Бетон класса В20: Rв= 11,5 МПа; Ев= 2,7*104 МПа
Арматура класса А-III: Rs= 365 МПа; Es= 2*105 МПа
Расчетные усилия N1=3451,16кН; МП=149,64кНм; Мдл=37кНм;
Задавшись 
можно предварительно определить сечение колонны
Сечение колонны на всех этажах принимаем 500х500 мм
Рабочая высота сечения 
, ширина сечения в=50см.
Эксцентриситет силы 
Случайный эксцентриситет:
, но не менее 1 см.
Поскольку случайный эксцентриситет силы 
больше эксцентриситета силы 
его принимаем для расчета статически неопределимой системы.
Моменты относительно растянутой арматуры:
При длительной нагрузке
Мдл=Мдл+Nдл(0,5h-а)=33,2+2905,6(0,5*0,50-0,04)=643,37 кНм
При полной нагрузке
Мп=45,225+4512(0,5*0,5-0,04)=992,75 кНм
Отношение 
где 
Выражение для критической силы имеет вид:
где, 
При бетоне класса B 20 и арматуре класса А-III ξR=0,68 по таблице
Площадь сечения продольной арматуры
Принимаем 4Ø36 с А=40,72см2, 
,что незначительно отличается от 
, которым задавались раннее. Сечение подобрано удовлетворительно.
Поперечную арматуру принимаем d=8мм при диаметре поперечных стержней 36 мм. Арматурные каркасы сварные и поэтому шаг поперечных стержней принимаем S=20d=20*36=720 мм>300 мм. Следовательно, принимаем шаг поперечных стержней 300 мм. Для колонн с сечением свыше 400х400,необходимо,конструктивно, устанавливать стержни арматура. Принимаем конструктивно 4 Ø16
Расчет и конструирование коротких консолей
Размеры площадки консоли колонны определяются от опорного давления ригеля Q=445, 2кН. Класс бетона В20, расчетное сопротивление на осевое сжатие 
МПа. Коэффициент работы бетона 
. Арматура класса А-III с 
МПа. Шаг хомутов должен быть не более s=150мм.
Рисунок 4.1 – К расчёту консоли колонны
Сечение поперечных стержней, как и для колонны, 2Ø8 A-I с Asw=101 мм2.
Коэффициент армирования 
.
Коэффициент 
; 
Требуемую длину площади передачи нагрузки вдоль вылета консоли определяем по формуле:
Можно принять 
; l=300+50=350мм. Требуемая высота консоли
При h=650мм как в типовых колоннах 
. Изгибающий момент в сечении примыкания консоли к колонне
Требуемое сечение арматуры класса A-III с Rs=365МПа, огибающее конструкцию,
Можно принять 2Ø18 A-III с Аs= 462 мм2. Кроме того, конструктивно устанавливают отогнутую арматура 3Ø16 A-III.
Расчёт стыка колонны
В стадии монтажа необходимо рассчитать прочность сечения колонны, ослабленного подрезками. Рассмотрим устройство стыка на 2 этаже. Из условия удобства производства работ стыки колонн назначают на 1-1,2 м выше перекрытия. Продольная сила в стыке N=2309,38кН.
Площадь сечения торца колонны, ослабленного подрезками:
Abk=(500-2*100)*500=150000мм2
Расчетное сечение стыка может быть принято как площадь ядра сечения, ограниченного контуром сварных сеток, которые должны быть защищены слоем бетона не менее 15 мм. Таким образом, А0=(250-30)(500-30)=103400мм2.
Усилие в стыке колонны предается при монтаже через закладные детали: центрирующую прокладку и распределительные листы в торцах колонн. Центрирующую прокладку принимаем толщиной 20мм и размером 125х125 мм.
Размеры распределительных листов определяют площадью смятия бетона. Принимаем площадь смятия ½ площади сечения колонны Aloc=250*250=62500мм2
Требуемую приведенную прочность бетона на смятие при использовании косвенного армирования в виде сварных сеток найдем из формулы:
Коэффициент косвенного армирования назначаем 
Принимаем сварные сетки из арматура Ø5 Вр-I с Rs=360 МПа и As=19,6 мм2
Коэффициент 
Коэффициент эффективности косвенного армирования по формуле:
Коэффициенты, характеризующие напряженное состояние смятий, определяются по формулам:
Но не более 3,5, 
Приведенная прочность бетона на смятие по формуле:
Прочность стыка при монтаже обеспечена.
Сетки образованы пересечением стержней: 6Ø5 Вр-I с l=470мм на 6Ø5 Вр-I с l=470мм. С шагом 100 мм.
Требуемый шаг сеток
Рисунок 4.2 – Конструкция стыка колонны