Организация строительства семнадцатиэтажного жилого дома в г.Новосибирске

3 КОНСТРУКТИВНО  – РАСЧЁТНЫЙ РАЗДЕЛ

 

3. РАСЧЁТ КОЛОННЫ

 

3.1 Определение грузовой площади

 

Требуется рассчитать по заданию наиболее нагруженную колонну.

Для расчёта принимаю две колонны:

• колонна в осях  Д-3;
• колонна в осях  Д-1.

По всем этажам колонны разбиваю на три типоразмера

1.Колонна подвального помещения:  сечение 400*400, l=4 400мм.

2. Колонна с первого по четвёртый этаж: сечение 400*400, l=3 300мм.

3. Колонна пятого по семнадцатый этаж: сечение 400*400, l=3 000мм

Рисунок 3.1.- Схема грузовой площади колонны в осях Д-3

Колонна в осях Д-3 расстояние между осями колонн 6 метров, отсюда грузовая площадь А_гр, с которой передаётся нагрузка от перекрытий равна:

А_гр=6*3+4,5*1,5=24,75 м².

Колонна в осях Д-1: смотри рисунок 3.2, отсюда грузовая площадь А_гр, с которой передаётся нагрузка от перекрытий равна:

А_гр=3,72*4,5=16,74 м².

 

Рисунок 3.2.- Схема грузовой площади колонны в осях Д-1

 

 

 

3.2. Определение  нагрузок

 

3.2.1. Сбор нагрузок от покрытия и перекрытий

 

Сбор нагрузок производится на 1м² покрытия (смотри таблица 3.1. и 3.3) и перекрытий (смотри таблица 3.2.).

 

3.2.1.1 Определение нагрузки от стропильной конструкции     

 

Стропильная конструкция  выполнена из бруса сечением 100*100мм.

Обрешетка сплошная под металлочерепицу выполнена из досок 22*200мм

Используемая древесина  сосна 2-го сорта с λ=0,5 г/см³ .

 

Для определения веса стропильной  конструкции необходимо узнать общую длину бруса необходимого для устройства кровли данного вида. 

   длина бруса : l=2650м

Отсюда требуемый объём  древесины V=l*S_сеч= 2650*0,01=26,5м³

  где S_сеч- площадь сечения бруса, м

Определяю нагрузку от стропильной  конструкции 

26,5*500*9,8/485=0,267 кПа

где, площадь на которую распределяется нагрузка от конструкции

равна 495м².

 

Для определения веса от сплошной обрешетки необходимо узнать общую площадь покрытия.

   площадь покрытия: 624м²

отсюда требуемый  объём древесины V=h*S= 0,022*624=11,7м³

     где  S- площадь покрытия, м²

             h- высота сечения доски обрешетки, м

Определяю нагрузку от обрешотки 

11,7*500*9,8/485=0,118 кПа

 

Таблица 3.1.-Сбор нагрузок на 1м² от кровли для колонны в осях Д-3, кПа

Наименование  нагрузки	Нормативная	Коэффициент надёжности по нагрузке γn	Расчётная
1	2	3	4
1. Собственный  вес металлочерепицы	0,128	1,2	0,154
2. Собственный вес обрешетки	0,118	1,2	0,142
3.Собственный вес стропильной конструкции	0,267	1,2	0,320
4.Гидроизоляция(Плёнка TEVEK)	0,05	1,2	0,06
5. Листы гипсокартона	0,078	1,2	0,093
6.Минераловатные плиты (ρ=2 кН/м3; δ=240 мм)	0,480	1,2	0,576
7. Керамзит (ρ=0,5 кН/м3; δприв=25 мм)	0,125	1,2	0,150
8. Цементно-песчаная стяжка (ρ=20 кН/м3; δ=20 мм)	0,400	1,2	0,480
ИТОГО постоянная нагрузка	1,646		1,975
9. Временная нагрузка в чердачном помещении	0,700	1,3	0,910
10. Снеговая нагрузка	1,500	1,4	2,100
ИТОГО временная нагрузка	2,200		3,010
ВСЕГО	3,846		4,985

 

 

 

Таблица 3.2.-Сбор нагрузок на 1м² междуэтажного перекрытия, кПа

Наименование  нагрузки	Нормативная	Коэффициент надёжности по нагрузке γn	Расчётная
1	2	3	4
1. Собственный  вес железобетонных плит перекрытия	4,000	1,1	4,400
2. Водонепроницаемая бумага	0,020	1,2	0,024
3. Цементно-песчаная стяжка (ρ=20 кН/м3; δ=20 мм)	0,400	1,2	0,480
4. Линолеум с подосновой	0,150	1,2	0,180
ИТОГО постоянная нагрузка	4,570		5,080
5. Временная  нагрузка в квартирах	1,500	1,3	1,950
6. Временная  нагрузка в офисных помещениях	2,000	1,5	3,000
ВСЕГО

 

Таблица 3.3.- Сбор нагрузок на 1м² от кровли для колонны в осях Д-1, кПа

Наименование  нагрузки	Нормативная	Коэффициент надёжности по нагрузке γn	Расчётная
1	2	3	4
1. Собственный вес металлочерепицы	0,128	1,2	0,154
2. Собственный  вес обрешетки	0,118	1,2	0,142
3.Собственный вес стропильной конструкции	0,267	1,2	0,320
4.Гидроизоляция(Плёнка TEVEK)	0,05	1,2	0,06
5. Листы гипсокартона	0,078	1,2	0,093
6.Минераловатные  плиты (ρ=2 кН/м3; δ=240 мм)	0,480	1,2	0,576
7. Керамзит (ρ=0,5 кН/м3; δприв=25 мм)	0,125	1,2	0,150
8. Цементно-песчаная  стяжка (ρ=20 кН/м3; δ=20 мм)	0,400	1,2	0,480
ИТОГО постоянная нагрузка	1,646		1,975
9. Временная  нагрузка в чердачном помещении	0,700	1,3	0,910
10. Снеговая  нагрузка	1,500	1,4	2,100
ИТОГО временная  нагрузка	2,200		3,010
ВСЕГО	3,846		4,985

Таблица 3.4.-Сбор нагрузок на 1м² междуэтажного перекрытия, кПа

Наименование  нагрузки	Нормативная	Коэффициент надёжности по нагрузке γn	Расчётная
1	2	3	4
1. Собственный  вес железобетонных плит перекрытия	4,000	1,1	4,400
2. Водонепроницаемая  бумага	0,020	1,2	0,024
3. Цементно-песчаная  стяжка (ρ=20 кН/м3; δ=20 мм)	0,400	1,2	0,480
4. Линолеум с  подосновой	0,150	1,2	0,180
ИТОГО постоянная нагрузка	4,570		5,080
6. Временная  нагрузка в квартирах	1,500	1,3	1,950
7. Временная  нагрузка в офисных помещениях	2,000	1,5	3,000
ВСЕГО

 

 

 3.2.1.2 Сбор вертикальных нагрузок на колонну в осях Д-3

  с первого по семнадцатый этаж

 

Нагрузка от веса перекрытия с первого по четвёртый этаж

 кН.

Нагрузка от веса перекрытия с пятого по семнадцатый этаж

 кН.

Нагрузка от веса перекрытия всех этажей

 кН.

Нагрузка от собственного веса колонн

кН.

Нагрузка от веса покрытия и кровли

кН.

Нагрузка от веса перегородок одного этажа

 кН;

Нагрузка от веса всех перегородок

 кН.

Суммарная нагрузка

 кН.

      3.2.1.3 Сбор вертикальных нагрузок на колонну в осях Д-1

                 с первого по семнадцатый этаж

 

Нагрузка от веса перекрытия с первого по четвёртый этаж

 кН.

Нагрузка от веса перекрытия с пятого по семнадцатый этаж

 кН.

Нагрузка от веса перекрытия всех этажей

 кН.

Нагрузка от собственного веса колонн

кН.

Нагрузка от веса покрытия и кровли

 кН.

Нагрузка от веса перегородок одного этажа

 кН;

Нагрузка от веса стены одного этажа

 кН;

Нагрузка от веса всех перегородок и стен

 кН.

Суммарная нагрузка

 кН.

    

3.2.1.4 Сбор вертикальных нагрузок на колонну в осях Д-3

      со второго по семнадцатый  этаж

 

Так как по пункту 3.2.1.1  и 3.2.1.2  можно определить, какая колонна более нагружена, дальнейший сбор нагрузок произвожу  для колонны в осях Д-3

Нагрузка от веса перекрытия с первого по четвёртый этаж

 кН.

Нагрузка от веса перекрытия с пятого по семнадцатый этаж

 кН.

Нагрузка от веса перекрытия со второго по семнадцатый этаж

 кН.

Нагрузка от собственного веса колонн

кН.

Нагрузка от веса покрытия и кровли

кН.

Нагрузка от веса перегородок одного этажа

25 кН;

Нагрузка от веса всех перегородок

 кН.

Суммарная нагрузка

 кН.

 

             3.2.1.5 Сбор вертикальных нагрузок на колонну в осях Д-3

              с пятого по семнадцатый 

 

Нагрузка от веса перекрытия с пятого по семнадцатый этаж

 кН.

Нагрузка от веса перекрытия всех этажей

 кН.

Нагрузка от собственного веса колонн

кН.

Нагрузка от веса покрытия и кровли

кН.

Нагрузка от веса перегородок одного этажа

25 кН;

Нагрузка от веса всех перегородок

 кН.

Суммарная нагрузка

 кН

 

                     3.2.2 Определение нагрузок от ветра

 

В данном проекте  рассматривается рамно-связевая система. При расчёте рамно-связевых систем допускается усилия от горизонтальных нагрузок полностью передавать на элементы жёсткости (связи).В этом случае колонны рассчитываются только на вертикальные нагрузки.

Нагрузки от ветра определяются  для оценки:

1.Отклонения  здания от вертикальной оси  в пределах 1/500.

2.Ускорения  верхних этажей в пределах 0,12м/с².

Данные условия  необходимы для комфортной жизнедеятельности  человека.

В данном проекте  эти условия не рассчитываются.

 

 3.3 Расчёт колонны

 3.3.1 Исходные данные

 Требуется рассчитать и законструировать колонну в осях  Д-3 сечение h=400мм и b=400мм с подбором арматуры класса А – III R_s = R_sc=365 МПа (табл. 22 [8]) и Е_s= 200000 МПа .

Для снижения трудоемкости арматурных работ и для повышения надежности получаемых решений примем симметричное армирование по всей высоте колонны.

        Сечение арматуры подбираем по максимальным усилиям

1. N_max1=5203,19 кН для колонн подвала

2. N _max2=4884,51 кН для первого колонн этажа

3.N _max3=3928,47 кН для колонн пятого этажа

 Расчетная длина колонны

- подвального  этажа, где высота помещения равна 3 100мм 

    l₀=l*μ=3.1*0.7=2.17 м, отсюда λ= l*μ/ i=18,8

  - первого этажа l₀=l*μ=3.3*1=3,3 м, отсюда λ= l*μ/ i=28,6

  - пятого этажа l₀=l*μ=3.0*1=3,0 м, отсюда λ= l*μ/ i=25,9                                                 

а) б) в)

 

Рисунок 3.3- Определение  расчётной длины колонны

                       а)подвального этажа

                               б)первого этажа

                               в)пятого этажа

        На несущую способность длинных (гибких) сжатых железобетонных элементов заметное влияние оказывают случайные эксцентриситеты.

Случайный эксцентриситетs e_a  должны приниматься равными  большему из следующих значений : 1/30 высоты сечения элемента, 1/600 длины элемента отсюда e_a=400/30=13,3мм и e_a=4400/600=7,3мм, выбираю наибольший случайный эксцентриситет e_a=13,3мм

    

3.3.2 Расчёт колонны подвального этажа

 

  Принимаем для колонн подвального этажа тяжелый бетон В50.

 По табл. 13 [8] R_b =27,5 МПа,  с учетом g_b2= 1,1 R=1,1×27,5=30,25 . Для продольной арматуры принимаю а=40мм 

Руководствуясь  методикой расчёта  приведённой  в пункте 4.2. [30] .

Элементы  прямоугольного сечения , а именно с симметричным армированием продольными стержнями из стали А-׀, А-׀׀,А-׀׀׀ при l₀≤20h и эксцентриситете e_a≤h/30 в практике допускается рассчитывать по несущей способности, как центрально сжатые, исходя из условия

,

где N - продольное сжимающее усилие, А - площадь сечения элемента,    ή -коэффициент условия работы равный 1 при h>200мм,φ- коэффициент, учитывающий длительность загружения, гибкость и характер армирования элемента. Задаюсь площадью арматуры 4Ǿ32 А_s=32,17 мм² .Принятая арматура обеспечивает m = 32,17×100/(40×40) = 2,01 %, что больше минимального m_min=0,25 % при λ≥24