Оценка предварительных размеров бетонных элементов имеет решающее значение для проектирования конструктивных бетонных элементов. Первоначально проектировщик должен определить нагрузки, чтобы приступить к проектированию, которое включает в себя расчет размеров бетонных элементов и необходимой площади армирования.
Собственный вес является одной из значительных нагрузок, которые должна выдерживать конструкция. Для расчета собственного веса необходимы размеры бетонного элемента. Кроме того, целью проектирования является определение геометрических размеров и площади армирования. Поэтому необходимо быстро разработать предварительные размеры железобетонных элементов, чтобы проектировщик мог начать процесс проектирования.
Предварительные размеры не являются точными, но можно принять значения, которые являются достаточно точными и позволяют избежать длительных итераций процедуры расчета для достижения хороших проектных значений.
Как оценить предварительные размеры бетонных элементов?
1. Односторонняя плита
Пролет плиты определяется по плану здания, который составляется архитектором. Толщина бетонной односторонней плиты – единственное значение, которое необходимо принять.
В таблице 1, взятой из ACI 318-19, указана минимальная толщина для сплошных односторонних плит, не поддерживающих и не прикрепленных к перегородкам или другим конструкциям, которые могут быть повреждены при больших прогибах.
При учете этих значений расчет прогибов не требуется. Однако, если предполагаемая толщина перекрытия меньше значений, указанных в Таблице-1, то прогиб перекрытия следует проверить, чтобы убедиться, что он не превышает допустимые пределы прогиба.
Другой метод определения предварительного размера односторонней сплошной плиты – деление меньшего пролета плиты на 40, но толщина плиты не должна быть меньше 7 см для обычных плит перекрытия и 12 см для плит, поддерживающих движение транспортных средств.
Таблица 1 Минимальная толщина односторонней сплошной плиты, согласно ACI 318-19
Состояние опорыМинимум, hПростая опораℓ/20Один конец сплошнойℓ/24Один конец сплошнойℓ/28Кантилеверℓ/10
Примечание:
Толщина плиты
2. Композитная плита
Для композитной плиты, построенной из легкого и обычного бетона, укрепленной во время строительства, и где легкий бетон находится в сжатом состоянии, умножьте значения в Таблице-1 на большее из двух значений (1,09 или 1,65-0,0003*вес бетона) для получения предварительной толщины.
3. Сборная и ребристая плита
Предварительная толщина сборных и ребристых плит может быть определена путем деления меньшего пролета плиты на 20. Согласно Единым строительным нормам и правилам (UBC) минимальная толщина ребристой плиты должна составлять 1/12 расстояния между ребрами или 51 мм.
4. Двусторонняя сплошная плита
В качестве эмпирического правила толщину просто поддерживаемой двухсторонней бетонной плиты можно принять равной 4 см на метр пролета и 3,5 см на метр пролета для сплошной плиты.
В качестве альтернативы, разделите периметр панели перекрытия на 180, чтобы получить предварительную толщину двусторонней сплошной плиты. Более подробный расчет минимальной толщины двухстороннего перекрытия можно найти здесь.
5. Плита с заделанными объектами
UBC рекомендует, чтобы минимальная толщина перекрытий со встроенными трубопроводами и трубами была на 25 мм больше, чем общая глубина трубопроводов или труб.
ACI 318-14 определяет, что трубы и трубопроводы не должны быть больше по наружным размерам, чем 1/3 общей толщины плиты, стены или балки, в которую они встроены.
6. Плита на земле
UBC рекомендует минимальную толщину бетонной плиты перекрытия, опирающейся непосредственно на грунт, 89 мм.
7. Панель падения
В плоских перекрытиях для повышения прочности на сдвиг иногда используются опускные панели в верхней части колонн. Опускная панель должна выступать под перекрытием не менее чем на одну четвертую толщины перекрытия.
Длина и ширина панели падения составляет одну шестую длины пролета, измеренной от центра до центра опор в направлении длины и глубины панели падения соответственно.
8. Балки
Как и для односторонних сплошных перекрытий, ACI 318-19 устанавливает минимальную высоту для ненапрягаемой бетонной балки, не поддерживающей и не прикрепленной к перегородкам или любой другой конструкции, которая может быть повреждена при больших прогибах.
Если проектировщик выбирает минимальную высоту бетонной балки, предложенную ACI 318-19, проверка прогиба балки не требуется. Однако, если высота балки меньше значений, указанных в Таблице-2, необходимо провести детальный расчет прогиба балки.
Что касается ширины балки, то ее можно принять равной 0,3-0,6 от высоты балки.
Таблица-2: Минимальная высота ненапрягаемой балки, согласно ACI 318-19
Состояние опорыМинимум, hПростая опораℓ/16Один конец непрерывныйℓ/18,5Два конца непрерывныеℓ/21Кантилеверℓ/8
Примечание:
Балки в бетонной конструкции
9. Колонны
Налагаемые нагрузки определяют размер колонны. Поэтому первым шагом является передача нагрузок от перекрытия и балок к колоннам. После этого задайте коэффициент армирования, равный или больше минимального коэффициента армирования (0,01) и равный или меньше максимального коэффициента армирования (0,08).
Предпочтительно выбирать коэффициент армирования не более 0,04, чтобы избежать возможных скоплений стали в местах соединения и сращивания колонн. Теперь, когда известны и арматура, и действующие нагрузки, используйте следующее уравнение для определения площади колонн, а затем определите их форму и размеры.
Где:
phi*Pn(max): расчетная нагрузка на колонну
phi: коэффициент снижения прочности, который составляет 0,65 для связевых колонн и 0,75 для спиральных колонн
fc’: прочность бетона на сжатие
Ag: общая площадь колонны
Ast: площадь стали в колонне
fy: предел текучести стали
Уравнение 1 используется для связанной колонны, а уравнение 2 – для спиральной колонны.
В качестве альтернативы, исходя из осевой нагрузки, размеры колонны могут быть взяты из таблицы 3:
Таблица-3: Размеры колонны в зависимости от осевой нагрузки
Эквивалентная осевая нагрузка на колонну с учетом коэффициента момента (КН)размер колонны (мм)До 500230 x 230От 500 до 800230 x 300От 800 до 1200230 x 450От 1200 до 1500230 x 600От 1500 до 1950300 x 750
10. Стенка сдвига
Толщина сдвигаемой стены варьируется от 150 мм до 500 мм в зависимости от количества этажей, возраста здания и требований к теплоизоляции. Минимальная толщина 150 мм должна использоваться для зданий высотой до двух этажей. Минимальная толщина 150 мм должна быть увеличена на 25 мм для каждого этажа ниже двух верхних этажей.
Стенка сдвига в здании
11. Фундамент
Минимальная глубина фундамента под поверхностью ненарушенного грунта, уплотненного отсыпного материала или контролируемого материала низкой прочности должна составлять 305 мм. Минимальная ширина фундаментов должна составлять 305 мм. Глубина фундамента также может быть определена с помощью теории Ранкина.
12. Плотовый фундамент
Минимальная толщина плотового фундамента составляет 300 мм.
Часто задаваемые вопросы
Что такое предварительный расчет размеров бетонных элементов?
Предварительное определение размеров – это процесс, в ходе которого определяются приблизительные размеры бетонных элементов с использованием рекомендаций проектных норм и правил. Предполагаемые размеры могут быть уточнены в процессе детального проектирования.
Почему расчет предварительных размеров бетонных элементов важен?
Предварительные размеры бетонных элементов используются для расчета собственного веса бетонного элемента, который является основной нагрузкой, которую необходимо поддерживать.
Как определить размер бетонной колонны?
Размер бетонной колонны определяется приложенной нагрузкой. Вначале необходимо рассчитать приложенную нагрузку, затем принять коэффициент армирования в диапазоне от 0,01 до 0,08, предпочтительно не более 0,04. После этого можно оценить размеры колонны.
Методы проектирования железобетонных конструкций: использование, сравнение и преимущества
Основные допущения при проектировании железобетонных конструкций
Минимальная толщина бетонного перекрытия, балки, колонны, фундамента
Читайте далее:- Как спроектировать одностороннее перекрытие в соответствии с ACI 318-19? | Прилагается пример.
- Виды железобетонных плит – конструкция, стоимость и применение.
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Минимальное и максимальное соотношение армирования в различных железобетонных элементах.
- Типы систем перекрытий для строительства многоэтажных стальных конструкций.
- Теория линии текучести для проектирования перекрытий – допущения, методы анализа.
- Теория анализа нагрузок Марстона-Спенглера для канализационной санитарной системы.