close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Poyasnitelnaya zapiska Kaledin(1)

код для вставкиСкачать
 Введение
Железобетонные конструкции являются базой современной строительной индустрии. Их применяют: в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве - для зданий различного назначения; в транспортном строительстве - для метрополитенов, мостов, туннелей; в энергетическом строительстве - для гидроэлектростанций, атомных реакторов и т.д. Такое широкое распространение в строительстве железобетон получил вследствие многих его положительных свойств: долговечности, огнестойкости, стойкости против атмосферных воздействий, высокой сопротивляемости статическим и динамическим нагрузкам, малых эксплуатационных расходов на содержание зданий и сооружений и др.
Каркас многоэтажного здания образуют основные вертикальные и горизонтальные элементы - колонны, заделанные в фундамент и ригели шарнирно или жестко соединенные с колоннами. В каркасном здании горизонтальные воздействия (ветровые, сейсмические и т.п.) могут восприниматься совместно каркасом и вертикальными связевыми диафрагмами, соединенными перекрытиями в единую пространственную систему, или же при отсутствии вертикальных диафрагм только каркасом как рамной конструкцией.
Для устройства фундаментов под сборные железобетонные колонны используются сборные железобетонные фундаменты. Фундаменты выполняют в виде массивных элементов с плоской нижней поверхностью - подошвой, устанавливаемых на уплотненный грунт или бетонную подготовку, с устройством сверху гнезда - стакана глубиной, равной 1 - 1,5 высоты сечения колонны, служащего для заделки колонны в фундаменте.
Колонны общественных зданий выполняют в основном в виде прямолинейных элементов сечением 300×300 и 400×400, длиной на один, два, три или четыре этажа. Ригели каркасов зданий выполняют таврового сечения с полкой по низу или с приливами по боковым граням для опирания плит перекрытий. Перекрытия зданий выполняют из сборных железобетонных пустотных или ребристых плит.
Ребристые плиты изготовляют из тяжелого или легкого бетона П-образного сечения длиной до 8,8 м. шириной до 1,5 м, высотой до 400 мм, их масса до 4 т. При больших пролетах применяют ребристые плиты типа 2Т. Они выполняются длиной до 15 м, шириной до 3 м и высотой до 600 мм, масса до 11 т.
Выполнение и защита курсовой работы ставят своей целью: 1. закрепление и углубление знаний лекционного материала;
2. изучение на практике существующих методов расчета, норм проектирования и оформление строительных рабочих чертежей железобетонных конструкций.
При выполнении курсовой работы ставятся практические задачи реального проектирования - расчет и конструирование железобетонных конструкций (колонны, плиты перекрытия).
Глава 1 Железобетонные конструкции
1.1 Область применения
Железобетонные конструкции широко используют в капитальном строительстве при воздействии температур не выше 50 °С и не ниже -70 °С. В каждой отрасли промышленности и жилищно-гражданском строительстве имеются экономичные формы конструкций из сборного, монолитного или сборно-монолитного железобетона. Во многих случаях конструкции из железобетона (особенно предварительно напряженного) целесообразнее каменных или стальных. К ним относятся: атомные реакторы, мощные прессовые устройства, морские сооружения, мосты, аэродромы, дороги, фабрично-заводские, складские и общественные здания и сооружения; тонкостенные пространственные конструкции, силосы, бункера и резервуары; напорные трубопроводы; фундаменты под прокатные станы и под машины с динамическими нагрузками, башни, высокие дымовые трубы, сваи, кессонные основания, подпорные стены и многие другие массивные сооружения.
Большое применение железобетон находит при устройстве набережных, тепло- и гидроэлектрических станций, плотин, шлюзов, доков и других гидротехнических сооружений. Железобетон является незаменимым строительным материалом в санитарно-техническом и подземном строительстве. Он в значительной степени вытеснил древесину и металл при горных разработках. В строительстве железобетонных судов и плавучих доков Россия достигла значительных результатов. На изготовление железобетонных линейных конструкций расходуется в 2...3 раза, а на изготовление плит, настилов, труб в 10 раз меньше металла, чем на стальные конструкции.
1.2. Поведение ЖБК в условиях пожара
В железобетоне при высокотемпературном нагревании изменение деформационных свойств стали обуславливает особенности ее взаимодействия с бетоном. Развитие пластических деформаций ведет к уменьшению поперечного перерезу растянутой арматуры и, как следствие, к послаблению ее контакта с бетоном. С повышением температуры железобетонных конструкций роста разицы коэффициентов температурной деформации бетона и стали вызывает дополнительнве напряжения сдвига между ними. В бетоне коэффициент температурной деформации при нагревании уменьшается, а в стальной арматуре- увеличивается. Поэтому бетон, который окружает арматуру, растягивается в поперечном направлении и в защитном слое появляются щели. При охлаждении свойства стали в значительной мере восстанавливаются, а бетона, напротив, - продолжают ухудшаться из-за вторичного гашения, что определяет дополнительную потерю контакта между ними.
При расчете огнестойкости конструкций должны выполняться требования к их несущей способности. В соответствии с нормами расчет по несущей способности должен обеспечивать сохранение конструкции от разрушения при совместном действии силовых факторов и опасных влияний внешней среды. Предельное состояние конструкции по огнестойкости характеризуется тремя показателями (призраками) по потере:
- несущей способности;
- теплоизолирующей способности;
- целостности.
Свойства бетона и железобетона при влиянии высоких температур определяются поведением их составляющих заполнителей цементного камня и стальной арматуры.
Бетон при нагревании изменяется в объеме и дает огневую усадку. Наибольшие значения огневой усадки наблюдаеются при температурах порядка 800-1200 ºС. При нагревании поялвляются два вида температурных деформаций бетона: температурное расширение (обратимая деформация) и усадка (необратимая деформация).
Наличие арматуры существенно влияет на температурные деформации железобетона. С ростом температуры нагревания арматурных сталей изменяются их прочностные характеристики, снижается модуль упругости, увеличиваются температурные деформации, ползучесть и релаксация напряжений.
Арматурные стали характеризуются критической температурой, при нагревании выше которой под действием внешней нагрузки происходит беспрестанное нарастание деформаций. С ростом температуры нагревания снижается модуль упругости арматурных сталей. Деформации стали, вызванные сниженеим модуля упругости и температурной ползучести, необратимые.
При пожаре в зданиях, где применяются бетонные и железобетонные конструкции, возможно хрупкое разрушение бетона. Разрушение бетона происходит внезапно, быстро и потому является наиболее опасным. Хрупкое разрушение бетона начинается, как правило, через 5-20 мин от начала огневого действия и проявляется как откалывание от поверхности конструкции от кусков нагретого бетона в виде площадок приблизительно от 1 см² до 0,5-1 м² и толщиной от 1 мм до 5 см. Разрушение бетона может продолжаться на протяжении всего огневого действия до полного разрушения конструкции. При хрупком разрушении бетона возможен разлет кусков весом до нескольких килограммов на расстояние до 10-20 м.
Уменьшение толщины или откалывание защитного слоя несущей арматуры в железобетонных балках приводит к быстрому прогреванию этой арматуры до критической температуры (500-7000 С) и разрушению конструкции.
Увеличение толщины защитного слоя бетона уменьшает скорость нагрева арматуры, тем самым повышая огнестойкость железобетонных плит. Эффективнее оказывается использование специальных штукатурок ( с использованием асбеста, перлита, вермикулита и т.п.) Даже при малых величинах таких штукатурок (1,5-2 см) огнестойкость железобетонных плит увеличивается в несколько раз (2-5).
1.3. Изгибаемые железобетонные элементы и их поведение в условиях пожара
Наиболее распространенные изгибаемые элементы железобетонных конструкций - плиты и балки. Плитами называют плоские элементы, толщина которых h значительно меньше длины 1 и ширины b. Балками называют линейные элементы, длина которых значительно больше поперечных размеров h и b. Из плит и балок образуют многие железобетонные конструкции, чаще других - плоские перекрытия и покрытия, сборные и монолитные, а также сборно-монолитные.
Плиты и балки могут быть однопролетными и многопролетными.
Плиты в монолитных конструкциях делают толщиной 50-100 мм, в сборных - возможно тоньше.
Такие плиты деформируются подобно балочным конструкциям при различного рода нагрузках, если значение их не изменяется в направлении пендикулярным пролету.
Армируют плиты сварными сетками. Сетки укладывают в плитах так, чтобы стержни их рабочей арматуры располагались вдоль пролета и воспринимали растягивающие усилия, возникающие в конструкции при изгибе под нагрузкой, в соответствии с эпюрами изгибающих моментов. Поэтому в пролетах плит сетки размещают понизу, а в многопролетных плитах - также и поверху над промежуточными опорами.
Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3-10 мм, располагают их на расстоянии (с шагом) 100-200 мм один от другого.
Защитный слой бетона для рабочей арматуры принимают не менее 10 мм, в особо толстых плитах (толще 100 мм) не менее 15 мм.
Поперечные стержни сеток (распределительную арматуру) устанавливают для обеспечения проектного положения рабочих стержней, уменьшения усадочных и температурных деформаций конструкций, распределения местного воздействия сосредоточенных нагрузок на большую площадь. Поперечные стержни принимают меньшего диаметра общим сечением не менее 10 % сечения рабочей арматуры, поставленной в месте наибольшего изгибающего момента; размещают их с шагом 250-300 мм, но не реже чем через 350 мм.
Армирование плит отдельными стержнями с вязкой их в сетки вручную с помощью вязальной проволоки применяют в отдельных случаях (плиты сложной конфигурации в плане или с большим числом отверстий и т. д.), когда стандартные сварные сетки не могут быть использованы.
Железобетонные балки могут быть прямоугольного, таврового, двутаврового, трапециевидного сечения.
Высота балок h колеблется в широких пределах; она составляет l/l0 часть пролета в зависимости от нагрузки и типа конструкции. В целях унификации высота балок назначается кратной 50 мм, если она не более 600 мм, и кратной 100 мм при больших размерах, из них предпочтительнее размеры, кратные 100 мм до высоты 800 мм, затем высоты 1000, 1200 мм, а далее кратные 300.
Ширину прямоугольных поперечных сечений Ь принимают в пределах (0,3-0,5) h, а именно 100, 120, 150, 200, 220, 250 мм и далее кратной 50 мм, из них предпочтительнее размеры 150, 200 мм и далее кратные 100.
Для снижения расхода бетона ширину балок назначают наименьшей. В поперечном сечении балки рабочую арматуру размещают в растянутой зоне сечения в один или два ряда с такими зазорами, которые допускали бы плотную укладку бетона без пустот и каверн. Расстояние в свету между стержнями продольной арматуры, ненапрягаемой или напрягаемой с натяжением на упоры, должно приниматься не менее большего диаметра стержней, а также для нижних горизонтальных (при бетонировании) стержней не менее 25 мм и для верхних стержней не менее 30 мм; если нижняя арматура расположена более чем в два ряда, то горизонтальное расстояние между стержнями в третьем (снизу) и выше расположенных рядах принимается не менее 50 мм.
В стесненных условиях стержни можно располагать попарно без зазоров. Расстояние в свету между стержнями периодического профиля принимают по номинальному диаметру. Продольную рабочую арматуру в балках (как и в плитах) укладывают согласно эпюрам изгибающих моментов в растянутых зонах, где она должна воспринимать продольные растягивающие усилия, возникающие при изгибе конструкции под действием нагрузок. В балках шириной 150 мм и более предусматривают не менее двух продольных (доводимых до опоры) стержней, при ширине менее 150 мм допускается установка одного стержня (одного каркаса).
В железобетонных балках одновременно с изгибаюдоши моментами действуют поперечные силы. Этим вызывается необходимость устройства поперечной арматуры. Количество ее определяют расчетом и по конструктивным требованиям.
Для объединения всех арматурных элементов в единый каркас, устойчивый при бетонировании, и для анкеровки концов поперечной арматуры у верхних граней балок ставят монтажные продольные стержни диаметром 10-12 мм. В сборных балках монтажные стержни могут быть использованы как расчетные в условиях транспортирования и монтажа. В этом разделе рассмотрено воздействие на строительные конструкции пожаров сравнительно небольшой продолжительности, порядка нескольких часов. Наиболее важным показателем, который необходимо установить как можно точнее, является максимальная температура, достигаемая при пожаре в различных частях здания. Это касается наружной поверхности таких несущих элементов, как перекрытия, балки и колонны. Наиболее подвержены воздействию температуры нижние поверхности железобетонных плит перекрытий и балок.
В Научно-исследовательской станции по огнестойкости в Борэм Вуд (Хартфордшир) проведены многочисленные испытания материалов и конструктивных элементов. Результаты этих испытаний использованы для установления степени огнестойкости материалов и элементов, которые включены в Строительные нормы в виде пределов огнестойкости в часах. Соответствие результатов испытаний на огнестойкость и действительного воздействия пожара на аналогичные материалы и конструкции сомнительно. Должно существовать различие между искусственными условиями, создаваемыми при лабораторных испытаниях, и условиями, в которых находится здание при пожаре. Особенность воздействия пожара на строительные материалы и конструкции определяется но только разницей температур, но и концентрацией пламени, продолжительностью его воздействия, наличием других материалов и работой противопожарного оборудования.
При действии огня изменяется не только прочность конструкции, но в ней возникают и напряжения, объясняемые ростом температуры до максимума и последующим остыванием до температуры окружающего воздуха после прекращения пожара. Напряжения от температурного расширения и сжатия зависят от большого числа факторов, в том числе от степени защемления одних элементов конструкции другими и перепада температур. Последний фактор может быть отнесен к влиянию условий на строительной площадке, который трудно смоделировать в лабораторных условиях.
Однако, как и при других испытаниях сооружений, не существует разумного альтернативного подхода, а лабораторные испытания дают большой объем полезной информации. Тем не менее следует четко представлять их ограниченность.
Опыт показывает, что в целом материалы и элементы конструкций, для которых получены хорошие результаты при испытаниях на огнестойкость, надежно работают в условиях пожаров, и наоборот.
Очень важно по возможности точнее оценить максимальные температуры, которые могут быть достигнуты в разных частях сооружения во время пожара, и перепад температур в отдельных элементах конструкции.
Максимальные температуры можно с достаточной степенью точности оценить на основании тщательного осмотра следов обрушения после пожара. Следовательно, чем раньше проведены осмотр и обследование, тем лучше; в противном случае во время уборки после пожара может быть уничтожена ценная информация. Температуры, определенные таким образом, вероятно, будут значительно отличаться от температур, которым подвергались многие элементы конструкции во время пожара.
Как правило, более четкие пределы температур во время пожара можно установить после изучения видимых повреждений железобетонных конструкций. Эти др. иные можно затем использовать при планировании дополнительных исследований и испытаний, необходимых для выявления степени требуемого ремонта.
В последующем разделе отмечается, что следы пожаров могут быть обманчивы и не позволяют безоговорочно судить о характере повреждений. В связи с этим для строгой оценки влияния пожара на сооружение следует изучать следы разрушения элементов из других материалов. Под другими материалами обычно подразумеваются металлические детали, керамика и стекло. Время, в течение которого элементы из этих материалов подвергались воздействию высоких температур, является весьма важным фактором, и вся информация о продолжительности пожара и его предполагаемой интенсивности имеет первостепенное значение.
Основная проблема заключается в определении воздействия пожара на железобетонные конструкции. Чтобы правильно ответить на этот вопрос, следует рассмотреть воздействие огня на составляющие бетона, на стальную арматуру и на конструкцию в целом.
1.4. Огнезащита ЖБК
Гидроизоляционную защиту подразделяют на первичную и вторичную. К первичной относят мероприятия, обеспечивающие непроницаемость конструктивнного материала сооружения. К вторичной - дополнительное покрытие поверхностей конструкций гидроизоляционными материалами (мембранами) со стороны непосредственного воздействия агрессивной среды.
Меры первичной защиты включают в себя использование для изготовления бетона и железобетона материалов, имеющих повышенную коррозионную стойкость, выбор составов и технологических режимов, обеспечивающих повышенную коррозионную стойкость бетона в агрессивной среде, его низкую проницаемость и обеспечивающих дальнейшее развитие прочностных деформативных его свойств. К мерам первичной защиты относятся также вопросы выбора рациональных геометрических очертаний и форм конструкций, назначение категорий трещииностойкости и предельно допустимой ширине раскрытия трещин, рассмотрение сочетания нагрузок и определение непродолжительного раскрытия трещин, назначение толщины защитного слоя бетона с учетом его непроницаемости. Так же можно отнести к первичной защите применение интегральных капиллярных материалов, которые, по сути, химически модифицируют сущестующий бетон-гидроизоляция строительными смесями проникающего действия. Задача вторичной защиты - не допустить или ограничить возможность контакта агрессивной среды и железобетона. В качестве вторичной защиты используют обеспыливающие пропитки, тонкослойные покрытия, наливные полы и высоконаполненные покрытия. Чаще всего, в качестве связующего материала, при производстве полимерных составов, применяются эпоксидные, полиуретановые и полиэфирные компоненты. Механизм защиты бетонного основания заключается а уплотнении поверхностного слоя и изоляции минеральной поверхности от негативных разрушающих факторов.
Глава 2 Пожарно-техническая классификация строительных материалов
Строительные материалы
Строительные материалы характеризуются только пожарной опасностью.
Пожарная опасность строительных материалов определяется следующими пожарно-техническими характеристиками:горючестью, воспламеняемостью, распространением пламени по поверхности, дымообразующей способностью и токсичностью.
Горючесть строительных материалов
Строительные материалы подразделяются на негорючие (НГ) и горючие (Г). Горючие строительные материалы подразделяются на четыре группы:
Г1 (слабогорючие);
Г2 (умеренногорючие);
Г3 (нормальногорючие);
Г4 (сильногорючие).
Горючесть и группы строительных материалов по горючести устанавливают по ГОСТ 30244.
Воспламеняемость строительных материалов
Горючие строительные материалы по воспламеняемости подразделяются на три группы:
В1 (трудновоспламеняемые);
В2 (умеренновоспламеняемые);
В3 (легковоспламеняемые).
Группы строительных материалов по воспламеняемости устанавливают по ГОСТ 30402.
Распространение пламени по поверхности строительных материалов
Горючие строительные материалы по распространению пламени по поверхности подразделяются на четыре группы:
РП1 (нераспространяющие);
РП2 (слабораспространяющие);
РП3 (умереннораспространяющие);
РП4 (сильнораспространяющие).
Группы строительных материалов по распространению пламени устанавливают для поверхностных слоев кровли и полов, в том числе ковровых покрытий, по ГОСТ 30444 (ГОСТ Р 51032-97).
Дымообразующая способность строительных материалов
Горючие строительные материалы по дымообразующей способности подразделяются на три группы:
Д1 (с малой дымообразующей способностью);
Д2 (с умеренной дымообразующей способностью);
ДЗ (с высокой дымообразующей способностью).
Группы строительных материалов по дымообразующей способности устанавливают по ГОСТ 12.1.044.
Токсичность строительных материалов
Горючие строительные материалы по токсичности продуктов горения подразделяются на четыре группы:
Т1 (малоопасные);
Т2 (умеренноопасные);
ТЗ (высокоопасные);
Т4 (чрезвычайно опасные).
Группы строительных материалов по токсичности продуктов горения устанавливают по ГОСТ 12.1.044.
Глава 3 Расчетная часть
3.1 Расчёт предела огнестойкости железобетонной плиты перекрытия
Статический расчет плиты
Для расчёта выбирается полоса шириной 1 м, направленная параллельно короткой стороне панели.
(1)
,
где - длина крайнего пролета, а - длина среднего пролета
(2)
a`- шаг второстепенных балок, а L-длина рабочего пролета
(3)
Каждая панель в монолитном железобетонном перекрытии работает отдельно с защемлением опорных сечений во второстепенных балках, поэтому, если распределённая нагрузка (q) действует на один пролёт плиты, плита в этом пролёте изгибается, как балка, но в других пролётах балка не изгибается, так как везде жёсткое защемление.
Расчетная схема плиты, эпюры изгибающих моментов и поперечных сил изображены на рисунке 1.
Изгибающие моменты для плиты:
; (4)
Изгибающие элементы для определения арматуры:
; (5)
(6)
Определяем нормативную нагрузку:
Определяем максимальный изгибающий момент от действия нормативной нагрузки:
Поперечные силы:
(7) Рисунок 1 - Эпюры изгибающих моментов и поперечных сил плиты
Для обеспечения прочности, трещиностойкости и деформаций в пределах норм и min расходе бетона, толщина плиты должна быть близкой к оптимальной.
Критерием оптимальности служит отношение:
относительная высота сжатой зоны.
Для плит сплошного поперечного сечения .
Принимаю при .
Бетон В-22,5, по табл. "Прочностные и деформативные характеристики тяжелого бетона", имеет , где - расчетное сопротивление бетона сжатию.
Коэффициент условия работы бетона . Для расчёта плиты принимается полоса b=1 м. Определяем коэффициент при , .
Требуемая рабочая высота сечения:
(8)
Требуемая толщина плиты : [мм], (9)
где а - толщина защитного слоя
Окончательно принимаем толщину плиты . Расчёт прочности опасных нормальных сечений
Непрерывное армирование плиты плоскими сетками. Арматура: класс Вр-1 d=3; 4; 5 мм. ;
Пролетное сечение плиты представлено на рисунке 2.
Рисунок 2 - Пролетное сечение плиты
Опорное сечение плиты изображено на рисунке 3.
Рисунок 3 - Опорное сечение плиты
Определяем коэффициент по формуле:
, (10)
где Мр - расчетный момент, кНм;
- относительная величина изгибающего момента;
ho - рабочая высота сечения, м;
b - ширина расчетной полосы плиты, м.
По коэффициенту посредством прил. находим коэффициенты и . Требуемая площадь арматуры определяется по формуле:
, (11)
где Rs - расчетное сопротивление арматуры, МПа.
Требуемый шаг стержней определяем по формуле:
, (12)
где - площадь сечения одного стержня, см2.
Фактическая площадь сечения находится по формуле:
, (13)
где S - принятый шаг стержней,м.
Проверка расчета выполняется по формулам:
, м; (14)
, кН·м; (15)
; (16)
должно быть в пределах -2% +5%.
Крайний пролет (сетка С1): ; .
АS(d=5мм)=0,196см2, (6 стержней)
Принимаю S=160мм, Проверка:
Средний пролет (сетка С2): ; .
АS(d=4мм)=0,126см2, берем 4 стержня
Принимаю S=190мм, Проверка:
условие выполняется.
Теплотехнический расчет плиты
Определяем расчетное сопротивление сжатого бетона: Для бетона класса В22,5 нормативная прочность бетона МПа, (17)
где коэффициент надежности по бетону.
По приложению для арматуры класса Bp-1 определяем нормативное сопротивление растяжению МПа.
Определяем расчетное сопротивление:
МПа, (18)
где - коэффициент надежности по арматуре.
Находим , предполагая что < (19)
Определяем напряжение в сечении растянутой арматуры:
(20)
Определяем коэффициент снижения прочности стали:
(21)
Из приложения при для арматуры класс Вp-1 определяем ºС.
Определяем значение функции Гаусса:
(22) Находим значение Гауссового интеграла ошибок (из приложения) x=0,56
Определяем теплофизические характеристики бетона:
Средний коэффициент теплопроводности при t=450ºC.
(23)
Вт/(м º С).
Средний коэффициент теплоемкости при t=450 ºC
(24)
Дж/(кг º С)
Определяем приведенный коэффициент температуропроводности:
(25)
где 50,4 - влияние испарения воды в бетоне при нагреве;
- влажность бетона
- плотность бетона
(26)
,
где y - расстояние от нормали обогреваемой поверхности до расчетной точки
К=
К1- коэффициент, зависящий от плотности сухого бетона
С учетом пустотности плиты ее фактический предел огнестойкости находится путем умножения найденного значения на коэффициент 0,9.
Тогда 3.2 Расчет предела огнестойкости железобетонной колонны
Статический расчет колонны
Находим эксцентриситет:
е0= (27)
е0=
Высота сжатой зоны:
x= (28)
x=
Выбираем симметричное армирование. Принимаем защитный слой для основной и вспомогательной арматуры
a=á=40 мм h0=h-a=500-40=460 мм
Рисунок 4 - Сечение колонны
Определим моменты действия силы:
(29)
кН∙м
Неслучайный эксцентриситет:
(30)
Находим момент от усилия в бетоне:
(31)
Находим момент от усилия в арматуре:
(32)
кН∙м
Площадь вспомогательной арматуры:
(33)
По сортаменту подбираем арматуру: 6 стержней АS(d=16мм) с Проверка:
(34)
Теплотехнический расчет колонны
Определяем нормативную нагрузку:
(35)
,
где - 1,2 - усредненный коэффициент надежности по нагрузке.
По приложению 13 для арматуры класса Вр-1 определяем нормативное сопротивление растяжению , (36)
где - соответствующий коэффициент надежности по арматуре, а МПа.
Определяем суммарную площадь арматуры (приложение 9)
Бетон класса, по приложению 12 определяем нормативное сопротивление сжатию бетона: , (37)
где - коэффициент надежности по бетону.
Определяем теплофизические характеристики бетона (приложение 4):
(38)
(39)
Определяем приведенный коэффициент температуропроводности бетона:
, (40)
где 50,4 - влияние испарения воды в бетоне при нагреве;
- влажность бетона, - плотность бетона
Для дальнейших расчётов задаемся интервалами времени , равными
1. Для несущая способность колонны будет равна:
(41)
,
где - коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность загружения и гибкость бетона, принят по приложению 7, в зависимости от отношения (метод интерполяции).
2. Для Определяем критерий Фурье:
(42)
(43)
где - коэффициент, зависящий от средней плотности бетона (приложение 5).
(44)
(45)
,
где , (46)
(47)
- расстояние от центра конструкции до расчетной точки.
Из приложения 2 находим относительную избыточную температуру в неограниченной пластине .
Определяем температуру в расчетной точке:
(48)
(49)
Температура арматурных стержней при обогреве колонны с четырех сторон будет равна:
(50)
где - изменение температуры при стандартном температурном режиме, определяемся по формуле:
(51)
По приложению 8 находим значение коэффициента снижения прочности арматуры Вр-1 (методом интерполяции)
Для определения размеров ядра бетонного сечения необходимо найти значение : (52)
Величина - температура в средней неограниченной пластине находится из приложения 3 при:
(53)
(54)
При критической температуре бетона на гранитном щебне ºС:
(55)
(56)
Из приложения 2 при и находим ,
и находим тогда:
(57)
(58)
Несущая способность колонны при будет равна:
(59)
где - коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность нагружения и гибкость бетона, принят по приложению 7 в зависимости от отношения (методом интерполяции).
3. Для Определяем критерий Фурье:
(60)
(61)
При , и, (см. расчет) и из приложения 2 находим относительную избыточную температуру в неограниченной пластине ,.
Определяем температуру в расчетной точке:
(62)
(63)
Температура арматурных стержней при обогреве колонны с четырех сторон будет равна:
(64)
,
где - изменение температуры при стандартном температурном режиме.
По приложению 8 находим значение коэффициента снижения прочности арматуры Вр-1 (методом интерполяции)
Для определения размеров ядра бетонного сечения необходимо найти значение и (65)
Величина - температура в средней неограниченной пластине находится из приложения 3 при:
(66)
(67)
При критической температуре бетона на гранитном щебне ºС:
(68)
(69)
Из приложения 2 при и находим ,
и находим тогда:
(70)
(71)
Несущая способность колонны при будет равна:
(72)
где - коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность нагружения и гибкость бетона, принят по приложению 7 в зависимости от отношения (методом интерполяции).
Несущая способность, кН·м
По результатам расчета строим график снижения несущей способности колонны в условиях пожара.
Рисунок 5 - Зависимость несущей способности исходной центрально сжатой железобетонной колонны от времени
Определяем фактический предел огнестойкости 1,8 ч=108 мин
3.3 Создание новой колонны в соответствии с требованиями
Колонны каркаса приняты сечением 400X400 мм, высотой в один или два этажа для возможности решения здания любой этажности (четной или нечетной). Принятые высоты колонны предусматривают также возможность организации технических этажей и зальных помещений.
Выбор высоты колонны, равной высоте двух этажей, обусловлен производственными возможностями предприятий Главмоспромстройматериалов, неотработанными методами монтажа высоких (трех-, пятиэтажных) колонн и, в частности, их монтажным закреплением, заведением в сетку многоэтажных колонн элементов диафрагм жесткости, ригелей и плит перекрытий и т.д.
Выбор единого поперечного сечения колонн 400X400 мм отвечает задаче сокращения номенклатуры самих колонн и (что особенно важно) примыкающих элементов - ригелей, диафрагм жесткости, стен, распорок перекрытий и т. д.
Колонны выполняются из бетона марок М 300, М 400, М 500 и М 600.
Стволы колонн армируются стержнями диаметром от 16 до 40 мм из стали класса A-III, что позволяет получать экономически эффективную градацию их несущей способности до 9400 кН.
Градация несущих способностей колонн на разных этапах освоения и совершенствования каркаса неоднократно менялась вследствие ряда причин, из которых на первом этапе определяющими были производственные возможности предприятий сборного железобетона по освоению ограниченной номенклатуры изделий, изменение нормативной базы, а также проведение комплекса научных исследований, позволяющих технически совершенствовать конструкции.
Совершенствование номенклатуры конструкций на каждом этапе проводилось на основе оптимизации путем сравнения технико-экономических показателей различных вариантов, отвечающих возможностям производства и достижения науки и техники в области сборного железобетона.
Проведенные проектные проработки и исследования показали, что наиболее рациональная номенклатура может быть получена на основе следующих предпосылок: установления оптимальной градации расчетных нагрузок для колонн (введение по высоте 16-25-этажного здания четырех-пяти марок колонн по несущей способности); установки закладных деталей в колоннах только в необходимых случаях; внедрения бетонов высоких марок - М 600 -М 800, которые особенно эффективно применять в сжатых элементах - колоннах; применения эффективных марок сталей, в частности стали класса Ат-V и др.
Опыт изготовления и монтажа колонн со сферическими торцами показал необходимость особо тщательного подхода к геометрическим размерам и точности сферических поверхностей, так как перекос сферы приводит к резкому смещению центра передачи усилий в стыке и появлению значительных эксцентриситетов в колонне. Для необходимой центрировки усилий в этих стыках после многочисленных исследований была принята форма стыка, в котором радиусы сфер создают наилучшие условия для передачи усилий. При этом радиусы кривизны сфер стыкуемых колонн принимались разными. Следует подчеркнуть особые качества стыка сферического типа, выявившиеся в процессе исследований: самоцентрирование усилия за счет некоторого смятия бетонных поверхностей при случайных эксцентриситетах, т.е. своего рода приспособляемость стыка к внецентренней нагрузке в процессе его работы при постепенном росте нагрузок. Накопленный опыт производства таких колонн и их монтажа позволил предположить возможность замены сферических поверхностей плоскими, имеющими в средней части центрирующий бетонный выступ. Исследованиями было выявлено, что бетонные элементы, армированные сетками, при центральном сжатии могут выдерживать весьма большие напряжения (до 300 МПа), превышающие призменную прочность бетона более чем в 10 раз. При этом усилия, которые передает прокладка, распределяются равномерно по всему сечению бетона. Эти свойства и были использованы при конструировании замоноличенных стыков с подрезками и ванной сваркой продольной арматуры. На основе экспериментальных исследований было принято следующее конструктивное решение стыка: концы элементов колонн усилены армированием поперечными сварными сетками и заканчиваются плоскими торцами с центрирующей бетонной площадкой, выступающей на 20- 25 мм, снабженной сеткой. Размеры подрезки бетона назначены с учетом выполнения сварки выпусков арматуры. После установки колонн и выверки выпуски арматуры соединяют полуавтоматической ванной сваркой в съемных медных формах. Узкий шов между торцами элементов колонн и подрезки, в которых расположены выпуски арматуры, замоноличивают либо бетоном с зачеканкой его в щель и заполнением подрезки с применением вибраторов, либо раствором под давлением.
Заключение
Широкие формообразующие и технические возможности железобетонных конструкций оказали огромное влияние на мировую архитектуру 20 в. На основе железобетонных конструкций сложились новые масштабы, архитектоника и пространственная организация зданий и сооружений. Прямолинейные каркасные конструкции придают зданиям строгий геометризм форм и мерный ритм членений, чёткость структуры. Горизонтальные плиты перекрытий покоятся на тонких опорах, лёгкая стена, будучи лишена несущей функции, нередко превращается в стеклянный экран-завесу. Равномерное распределение статических усилий создаёт тектоническую равнозначность элементов постройки. Большой пластической и пространственной выразительностью обладают криволинейные конструкции (особенно тонкостенные оболочки различных, иногда причудливых очертаний), с их сложной тектоникой форм (порой приближающихся к скульптурным) и непрерывно сменяющимся ритмом элементов. Криволинейные конструкции позволяют перекрывать без промежуточных опор огромные зальные помещения и создавать необычные по форме объёмно-пространственные композиции. Некоторые современные железобетонные конструкции (например, решётчатые) обладают орнаментально-декоративными качествами, формирующими облик фасадов и покрытий. Пластически осмысленные современные железобетонные конструкции придают эстетическую выразительность не только жилым и гражданским зданиям, но и инженерным и промышленным сооружениям (мостам, эстакадам, плотинам, градирням и др.).
Новые, прогрессивные способы использования ЖБК в массовом жилищном и гражданском строительстве (например, строительство из объёмных блоков или на основе каталога унифицированных индустриальных изделий для строительства) создают возможность богатого варьирования планировки зданий и их объёмно-пространственной структуры.
Список литературы
1. Байков, В. Н. Железобетонные конструкции. Общий курс/ В. Н.Байков, Э. Е. Сигалов.- М.:Стройиздат, 1991. - 767.;
2. Демехин, В.Н. Сооружения, здания и их устойчивость при пожаре: учебное пособие / В.Н. Демехин, И.Л. Мосалков, Г.Ф. Плюснина.- М.: 2003. - 656 с.; 3. Милованов А. Ф. Стойкость железобетонных конструкций при пожаре/ А.Ф. Милованов.- М.: Стройиздат, 1998. - 304 с.
4.СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции;
5.СНиП 21.01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений.
2
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
336
Размер файла
780 Кб
Теги
poyasnitelnaya, zapiska, kaledin
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа