Основы конструирования сжатых элементов

Классификация сжатых элементов

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ЛЕКЦИЯ 10

1. Классификация сжатых элементов

2. Основы конструирования сжатых элементов

3. Расчёт элементов сжатых со случайным эксцентриситетом в форме центрального сжатия

 

Сжатые элементы воспринимают продольную силу, приложенную с некоторым эксцентриситетом.

К сжатым элементам относят колонны промышленных и гражданских зданий и сооружений, стойки эстакад, верхние пояса и сжатые раскосы ферм, элементы арок и т.п.

Сжатые элементы в зависимости от ряда факторов могут быть:

1) В зависимости от способа производства:

- сборные;

- монолитные.

2) В зависимости от типа жёсткости:

- постоянной жёсткости – призматические;

- переменной жёсткости – ступенчатые.

3) В зависимости от типа сечения колонны:

- сплошного сечения;

- сквозного сечения – двухветвевые.

4) В зависимости от армирования:

- с жёсткой арматурой в виде профильного проката;

- с гибкой арматурой в виде стальных стержней.

5) В зависимости от величины эксцентриситета приложения продольной силы(рис. 10.1):

- элементы со случайным эксцентриситетом - условно центрально сжатые;

- элементы с расчётным эксцентриситетом - внецентренно сжатые.

- случайный эксцентриситет приложения сжимающей силы относительно центра тяжести сечения элемента, значение которого принимают равным большему из следующих значений:

.

 

а. б.

Рисунок 10. 1 – Схема загружения сжатых элементов

а – элементы со случайным эксцентриситетом; б – элементы с расчётным эксцентриситетом

 

Причины возникновения случайного эксцентриситета:

- начальные искривления элемента;

- неточность установки арматуры;

- неоднородность свойств бетона по сечению, особенно при горизонтальном бетонировании;

- отклонение фактических размеров элемента от проектных;

- неточность монтажа конструкции;

- отклонения элемента от вертикали;

- не учтённые в расчётах горизонтальные силы.

 

- расчётный эксцентриситет приложения сжимающей силы относительно центра тяжести сечения элемента, равный:

- для статически определимых конструкций;

- для статически неопределимых конструкций,

где - эксцентриситет приложения сжимающей силы относительно центра тяжести сечения элемента, полученный из статического расчёта.

 

По форме поперечного сечения сжатые элементы со случайным эксцентриситетом изготавливают чаще всего квадратными или прямоугольными, реже круглыми, многогранными, двутавровыми. Поперечные сечения внецентренно сжатых элементов принимают прямоугольными или тавровыми развитыми в плоскости действия момента.

Размеры поперечного сечения колонн определяют расчётом. В целях стандартизации опалубки и арматурных каркасов размеры прямоугольных колонн назначают кратно 50 мм при размерах до 600 мм и кратно 100 мм при размерах 700 мм и более.

Ширину сечения для обеспечения качественного бетонирования принимают не менее 250 мм и не менее 1/30 расчётной длины элемента. Для внецентренно сжатых элементов отношение высоты сечения к его ширине . Размеры сечений внецентренно сжатых элементов для обеспечения их жёсткости рекомендуется принимать такими, чтобы гибкость элементов , не превышала нормируемых значений:

, для прямоугольных сечений (для колонн для прямоугольных сечений ).

Расчётную длину элемента определяют по формуле , где - коэффициент приведенной длины элемента (расчётной длины) зависящий от условий закрепления элемента по концам.

Для изготовления сжатых элементов применяют бетон классов по прочности на сжатие не ниже В15, для сильно нагруженных не ниже В25. Для элементов со случайным эксцентриситетом целесообразно применять более высокие классы бетона.

Сжатые элементы армируют продольными рабочими стержнями диаметром в монолитных конструкциях и диаметром в сборных конструкциях (в фермах диаметр может быть 10 мм) из стали классов А300, А400, А500.

 

Максимальные сжимающие напряжения а арматуре зависят от предельной сжимаемости бетона и достигают следующих величин:

- при кратковременном действии нагрузки;

- при длительном действии нагрузки.

Поэтому применение в сжатых элементах арматуры с не целесообразно, т.к. полностью не используются прочностные свойства стали.

Количество продольной арматуры определяют расчётом и оценивают коэффициентом или процентом армирования сечения. Их значения определяют:

для элементов со случайным эксцентриситетом и ;

для внецентренно сжатых элементов:

и - для растянутой арматуры;

и - для сжатой арматуры.

Минимальный процент армирования сжатых элементов установлен нормами в зависимости от их гибкости и равен:

- для элементов со случайным эксцентриситетом;

- для внецентренно сжатых элементов.

Оптимальный процент армирования сжатых элементов составляет . На практике максимальный процент армирования принимают .

Продольные стержни с помощью поперечной арматуры объединяют в плоские и пространственные сварные или вязаные каркасы. Поперечные стержни ставят без расчёта с соблюдением требований норм, которые должны исключить возможную потерю устойчивости сжатых продольных стержней. Шаг поперечных стержней следует устанавливать в зависимости от наименьшего диаметра продольной арматуры в сечении элемента и принимать. Если насыщение элемента продольной арматурой более 3% шаг поперечных стержней принимают. Фактический шаг поперечных стержней назначают кратным 50 мм, с округлением в меньшую сторону.

Диаметр поперечных стержней в сварных каркасах из условия доброкачественной сварки следует принимать не менее 0,25 наибольшего диаметра продольной арматуры - . Диаметр поперечных стержней в вязаных каркасах принимают не менее 6 мм.

 

В элементах со случайным эксцентриситетом продольную арматуру размещают равномерно по периметру сечения с обязательной постановкой стержней в углах сечения (рис. 10.2).

 

 

 

Рисунок 10.2 – Армирование элементов сжатых со случайным эксцентриситетом

 

Армирование внецентренно сжатых элементов может быть симметричным () или несимметричным (). Симметричное армирование применяют в конструкциях, испытывающих действие противоположных по знаку близких по величине изгибающих моментов, а так же с целью упрощения технологии изготовлении элементов. В элементах с сечениями, развитыми в плоскости действия момента, продольную арматуру ставят вдоль коротких сторон в один ряд (рис. 10.3).

 

Рисунок 10.3 – Армирование внецентренно сжатых элементов

3. Расчёт элементов сжатых со случайным