Краткое опиание здания
1.1. Район строительства: РФ, Свердловская область, Нижний Тагил, Ленинский район, ул. Островского, деловой центр «Островский».
1.2. Строительная площадка граничит:
- на юге: Административное здание, МВД РФ;
- на севере: река Тагил;
- на западе: жилой дом;
- на востоке: улица Островского;
СП 131.13330.2012(Данные взяты для Верхотурья):
- средняя годовая температура воздуха – +1,1°С;
- абсолютный минимум – -52°С;
- абсолютный максимум – +38°С;
- средняя температура наиболее холодной пятидневки (0,98) – -45 °С;
- снеговой район по СП 20.13330.2011 – IV, cнеговая нагрузка: 2,4 кПа;;
- ветровой район по СП 20.13330.2011 – I, ветровое давление W0 = 0,23 кПа.
1.3. Геометрические параметры здания.
Длина здания: 51,625 м.
Ширина здания: 28,600 м.
Высота здания от отм. 0,000: +49,250 м.
Высота этажа: 3,3 м.
Описание дефекта конструкции
Колонна при монтаже получила отклонение своей верхней части от вертикали в плоскости максимальной жесткости – 4 см. Начальный эксцентриситет принять равным случайному. Геометрия колонны и материалы – проектные. Этаж - №6.
Проектная разрезка колонны: 3-х этажная, расчетный этаж – верхняя часть колонны.
Выбор композитного материала и способа усиления.
Метод усиления:
Устройство сплошных или прерывистых по высоте колонны горизонтальных обойм из композитного материала FibARM Tape, по всему периметру сечения внахлёст (200мм). Такое конструктивное решение повышает прочность и несущую способность, создавая объемно-напряженное состояние бетона.
Обоймы из композитного материала FibARM Tape, по всему периметру, можно наклеивать в несколько слоев без потери эффективности.
Закрытое акционерное общество «Холдинговая компания «Композит»
Углеродная лента FibARM Tape-230/300
Система внешнего армирования – лента из углеродного волокна.
ТУ 1916-005-61664530-2011:
Табл.1 Характеристики ленты
| Тип волокна | Высокопрочные углеродные волокна |
| Поверхностная плотность, г/м2 | 230±10 |
| Тип нити основы | Углеродная нить 12К (800 текс) |
| Плотность нитей основы, нитей на 10 см | 28±1 |
| Прочность волокна на растяжение, ГПа | 4,3±5% |
| Модуль упругости при растяжении волокна, ГПа | |
| Удлинение на разрыв волокна | 1,8% |
| Расчетная толщина, мм | 0,4 |
Способ применения:
Раскрой ленты производится в соответствии с принятой проектом схемой наклейки осуществляется на чистой ровной поверхности, покрытой защитной пленкой. Для резки ленты следует использовать ножницы или острый нож. Все работы необходимо проводить в защитных перчатках. Прикасаться к ленте руками не рекомендуется – это может привести к ухудшению адгезии со связующим. Не допускается попадание на ленту песка, пыли, воды, масел, растворителей и иных посторонних веществ. Ленту нельзя складывать – это может привести к разрушению части волокон и снижению прочности в месте сгиба. Для транспортировки допускается сматывать ленту в рулоны, предварительно подписав отрезанные части в соответствии со схемой наклейки. При работе с лентой следует соблюдать аккуратность – не допускается разделение ленты на жгуты, повреждение волокна, загрязнение поверхности ленты.
Нанесение:
Лента должна аккуратно укладываться на слой предварительно нанесенного адгезива без складок и излишнего натяжения. После укладки осуществляется прикатка ленты в направлении волокон. Поскольку в процессе прикатки происходит пропитка ленты, она должна осуществляться равномерно по всей поверхности ленты. Не допускается наличие складок и отслоений. После пропитки лента должна быть слегка липкой на ощупь, но безявно видимого присутствия адгезива. Излишки адгезива необходимо аккуратно удалить.
Расчетная часть
Исходные данные
Бетон В25 - Rb,n= 18,5 МПа.
Арматура А400, Rs = Rsc = 350 МПа, 4 стержня d = 22 мм, геометрия по проекту, защитный слой бетона 45 мм. Здание 15 этажей, бесчердачное.
Размеры колонны: 600х500 мм
Рис. 1 Грузовая площадь расчетной колонны
Сбор нагрузок
Табл. 2 Нагрузки от покрытия
| 4.1.1 | Наименование нагрузки | Нормативная нагрузка кН/м2 | gf | Расчетная нагрузка кН/м2 |
| Гидроизоляция – 2 слоя Изоспан | 0,15 | 1,3 | 0,195 | |
| Асфальтовая стяжка γ=24кН/м3, t=20мм | 0,48 | 1,3 | 0,624 | |
| Минплита повышенной жесткости gо = 2 кН/м3 t = 200 мм | 0,4 | 1,3 | 0,52 | |
| Пароизоляция – 1 слой Изоспан В | 0,05 | 1,3 | 0,07 | |
| Плиты железобетонные круглопустотные, t = 220 мм | 2,7 | 1,1 | 2,97 | |
| Ригели | 1,4 | 1,1 | 1,53 | |
| Снеговая нагрузка | 1,71 | 1,4 | 2,4 | |
| Итого: | 6,79 | 8,23 |
Табл.3 Нагрузки от перекрытий типовых этажей
| 4.1.2 | Наименование нагрузки | Нормативная нагрузка кН/м2 | gf | Расчетная нагрузка кН/м2 |
| Плиты железобетонные круглопустотные, t = 220 мм | 2,7 | 1,1 | 2,97 | |
| Стяжка цементно песчаная, t=30 мм | 0,54 | 1,3 | 0,702 | |
| Фанера, t=10 мм | 0,08 | 1,3 | 0,104 | |
| Ламинат, t=6 мм | 0,03 | 1,3 | 0,036 | |
| Перегородки | 0,5 | 1,3 | 0,65 | |
| Ригели | 1,4 | 1,1 | 1,53 | |
| Полезная нагрузка | 1,2 | 3,6 | ||
| Итого: | 8,25 | 9,91 |
Коэффициенты сочетания
φ3 = 0,4 + (φ1 – 0,5)/n0,5 = 0,4 + (0,71-0,5)/90,5 = 0,47, где
φ1 = 0,4 + 0,6/(А /А1)0,5 = 0,4 + 0,6/(33,64/9)0,5 = 0,71
Вертикальная нагрузка:
N = 5,75х5,85х8,23+ 9х5,75х5,85х9,91х0,71+ 10х25х0,6х0,5х3,3 = 2654 кН.
Изгибающий момент в плоскости максимальной жесткости колонны:
М = 5,75х5,85х9,91х0,675 = 225 кНм.
Рис. 2 Сечение колонны
Определение несущей способности элемента до отклонения от вертикали:
N ≤ Nult
Nult = φ(RbxA + RscxAs,tot), где
Rb - расчетное значения сопротивление бетона осевому сжатию,
Rb = Rb,n/γb = 18,5/1,3 = 14,23 МПа
А – площадь сечения бетона, А = 0,6х0,5 = 0,3 м2
Rsc - расчетное сопротивление арматуры сжатию, Rsc = 350 МПа,
As,tot – общая площадь арматуры, As,tot = 4х2,22х3,14/4 = 15,19 см2
φ - коэффициент, принимаемый при длительном действии нагрузки по таблице 8.1 СП 63.13330.2012 при l0/h = 0,8l/h = 0,8х3,3/0,5 = 5,28, φ = 0,923.
Nult = φ(RbxA + RscxAs,tot) = 0,923х(14,23х106х0,3 + 350х106х15,19х10-4) = 8,847 МН.
Определение несущей способности элемента с отклонением от вертикали на 4 см:
N·е ≤ Rb·b·х·(h0 – 0,5x) + Rsc·A’s·(h0 – a’), где:
х = (N + Rs·As - Rsc·A’s)/(Rb·b) = 2654 /(14,23·0,6) = 0,31 м.
е = е0·η + (h0 – a’)/2 + 0,04 ·η = 0,017·2,89 + (0,555 – 0,045)/2 + + 0,04·2,89 = 0,42 м.
η = 1/(1-N/Ncr) = 1/ (1- 2654/4057) = 2,89
Ncr = π2D/l02 = 3,142·9/2,642 = 4,057 МН
D = kbEbIb + ksEsIs = 0,166·32,5·0,009 + 0,7·200·0,000064 = 9 МН·м2
kb = 0,15/(φl(0,3 + δb)) = 0,15/(2· (0,3 + 0,15)) = 0,166
е0 = h/30 = 0,5/30 = 0,017 м.
N·е ≤ Rb·b·х·(h0 – 0,5x) + Rsc·A’s·(h0 – a’),
N≤(14,23·0,6·0,31·(0,555-0,5·0,31) + 350·0,00076·(0,555-0,045))/0,42 = 2844кН.
N ≤ 2844 кН. 2654 кН < 2844 кН, несущей способности колонны по-прежнему достаточно, но в учебных целях повышу нагрузку на 20% и рассчитаю усиление колонны.
N1 = 2654·1,2 = 3185 кН.
Nус = 3185 – 2844 = 341 кН.
Расчет усиления конструкции
Рис. 3 Схема усиления колонны
Приму Sw = 0,1 м.
Расчетное значение сопротивления растяжению:
Rf = γf1· γf2·Rf,n/ γf = 0,95·1·4,085/1,2 = 3,24 ГПа.
Расчетные значения сопротивления бетона сжатию в осевом направлении:
Rb3 = Rb + kef·ke·Rf·μf, где
kef - коэффициент эффективности обоймы,
kef = 1 – ((b – 2r)2 + (h – 2r)2)/2bh = 1 – ((500-2·15)2 + (600 -2·15)2)/(2·500·600) = 0,090, где r = 15 мм – радиус скругления граней сечения.
ke = (1 – sw/2((h2 + b2)0,5 – 2·r))2 = (1 – 0,1/2((0,52 + 0,62)0,5 – 2·0,015))2 = 0,871
μf = Аf / A = 880/300000 = 0,00293
Rb3 = Rb + kef·ke·Rf·μf = 14,23·106 + 0,090·0,871·3,24·109·0,00293 = 14,97 МПа
N·е ≤ Rb3·b·х·(h0 – 0,5x) + Rsc·A’s·(h0 – a’), где
х = (N + Rs·As - Rsc·A’s)/(Rb·b) = 3185 /(14,97·0,6) = 0,354 м.
N≤(14,97·0,6·0,354·(0,555-0,5·0,354) + 350·0,00076·(0,555-0,045))/0,42 = 3285кН.
3285> 3185кН, подобранного усиления достаточно.
Вывод
Принято усиление FibARM Tape-230/300 в виде внешнего поперечнего армирования полосами ламината шириной 300 мм с шагом 100 мм и нахлестом в 200 мм.