ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОЛОНН С ОСЕВОЙ НАГРУЗКОЙ - Строительство и ремонт

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СЖАТИЯ
На практике редко встречаются сжатые колонны, подверженные чисто осевой нагрузке. Все колонны подвергаются некоторому моменту, который может быть вызван случайным эксцентриситетом или концевым ограничением, накладываемым монолитно расположенными балками или перекрытиями.
Колонна может быть классифицирована как короткая или длинная в зависимости от ее эффективного коэффициента податливости. Короткая колонна имеет максимальный коэффициент сужения 12. Ее конструкция основывается на прочности колонн и приложенных нагрузках. Длинная колонна имеет коэффициент податливости больше 12. Однако максимальное значение Однако максимальный коэффициент упругости колонны не должен превышать 60. Длинная колонна рассчитана на сопротивление приложенным нагрузкам плюс дополнительные нагрузки, вызванные ее склонностью к изгибу.
Эффективная длина
Эффективная длина колонны определяется как длина между точками противоположного изгиба смятой колонны. Для расчета эффективной длины колонн в каркасной конструкции в кодексе приведены две таблицы. Для нормального использования эффективная длина в данной плоскости может быть принята по таблице ниже, исходя из идеализированных условий.
Таблица: Эффективная длина элементов колонн (IS 456:2000)

Нет.

Степень ограничения концевой части элемента

Эффективная длина

Эффективно удерживается в положении и удерживается от вращения с обоих концов

0.65L

Эффективно удерживается в положении на обоих концах и удерживается от вращения на одном конце.

0.80 L

Эффективно удерживается в положении с обоих концов, но не удерживается от вращения.

Эффективно удерживается в положении и удерживается от вращения на одном конце, а на другом конце удерживается от вращения, но не удерживается в положении.

1.20 L

Эффективно удерживается в положении и удерживается от вращения на одном конце и на другом конце, частично удерживается от вращения, но не удерживается в положении.

1.50 L

Эффективно удерживается в положении, но не удерживается от вращения на одном конце, а на другом конце удерживается от вращения, но не удерживается в положении.

2.0 L

Эффективно удерживается в положении и удерживается от вращения на одном конце, а на другом конце не удерживается от вращения и не удерживается в положении.

Где L – неподдерживаемая длина сжатого элемента.
АСПЕКТ ДИЗАЙНА
Зависимость между напряжением и деформацией в бетоне принимается параболической. Максимальное сжимающее напряжение равно или 0,446. Прочность бетона на растяжение игнорируется.
Напряжения в арматуре определяются на основе репрезентативной зависимости напряжения от деформации для данного типа стали.

Рисунок 1: Распределение напряжений в поперечном сечении колонны
Линии распределения напряжений для случая чисто осевого сжатия и для предельного случая, когда деформация изменяется от 0,0035 на одном краю до нуля на противоположном краю, как показано на рисунке (1). Эти линии пересекаются друг с другом на глубине от сильно сжимающего края. Предполагается, что эта точка выступает в качестве точки опоры для линии распределения деформаций, когда нейтральная ось лежит над сечением, как показано на рисунке (1). Это приводит к предположению, что максимальная деформация сжатия в крайнем сильно сжатом волокне в бетоне в 0,002 минус 0,75 раза больше деформации в наименее сжатом волокне.
Максимальная деформация сжатия в крайнем сильно сжатом волокне, когда секция частично находится на кручении, принимается равной 0,0035.
КОРОТКАЯ КОЛОННА ПРИ ОСЕВОМ СЖАТИИ
Факторизованная осевая нагрузка, определяется уравнением,

Где = площадь бетона и, = площадь продольной арматуры колонны.
Это уравнение может быть переформулировано следующим образом

Где P = процент армирования. На основе этого уравнения составляются расчетные схемы.
РЕИНФОЦЕНТ
Существует два вида арматуры в колонне: продольная и поперечная арматура. Цель поперечной арматуры – удерживать вертикальные стержни в нужном положении, обеспечивая боковую поддержку, чтобы отдельные стержни не могли выгибаться наружу и раскалывать бетон.
1. Продольное армирование колонн (согласно IS 456:2000)
a) Площадь поперечного сечения продольной арматуры должна составлять не менее 0,8% и не более 6% от общей площади поперечного сечения колонны.
Примечание: Использование 6-процентной арматуры может быть сопряжено с практическими трудностями при укладке и уплотнении бетона, поэтому рекомендуется меньший процент. В тех случаях, когда стержни из нижележащих колонн должны располагаться внахлестку со стержнями рассматриваемой колонны, процент арматурной стали обычно не должен превышать 4%.
b) В любой колонне, имеющей большую площадь поперечного сечения, чем требуется для восприятия нагрузки, минимальный процент стали должен основываться на площади бетона, необходимой для сопротивления прямому напряжению, а не на фактической площади.
c) Минимальное количество продольных стержней в колонне должно быть четыре в прямоугольных колоннах и шесть в круглых колоннах.
d) Диаметр стержней должен быть не менее 12 мм.
д) Железобетонная колонна со спиральным армированием должна иметь не менее шести стержней продольной арматуры в пределах спирального армирования.
f) В спирально армированной колонне продольные стержни должны соприкасаться со спиральной арматурой и быть равноудаленными по ее внутренней окружности.
g) Расстояние между продольными стержнями, измеренное по периферии колонны, не должно превышать 300 мм.
h) В случае тумбы, в которой продольное армирование не учитывается в расчетах прочности, должно быть предусмотрено номинальное армирование не менее 0,15% от площади поперечного сечения.
Примечание: Пьедестал – это сжимающий элемент, эффективная длина которого не превышает трехкратного наименьшего поперечного размера.
(2) Поперечное армирование в колоннах:
(a) Усиленная сжатая колонна должна иметь поперечную арматуру или спиральную арматуру, расположенную таким образом, чтобы каждый продольный стержень, ближайший к грани сжатия, имел эффективную боковую поддержку против смятия с учетом положений пункта (b) ниже. Эффективная боковая поддержка обеспечивается поперечной арматурой либо в виде круговых колец, способных воспринимать окружное напряжение, либо многоугольными звеньями (боковыми связями) с внутренними углами, не превышающими . Концы поперечной арматуры должны быть надлежащим образом закреплены.
(b) Расположение поперечной арматуры:

Если расстояние между продольными стержнями не превышает 75 мм с каждой стороны, то для обеспечения эффективных боковых опор поперечное армирование должно проходить только вокруг угловых и чередующихся стержней. (рисунок 2)

Если продольные стержни, расположенные на расстоянии, не превышающем 48-кратный диаметр стяжки, эффективно связаны в двух направлениях, дополнительные продольные стержни между этими стержнями должны быть связаны в одном направлении открытыми стяжками (рис. 3).

Если продольные арматурные стержни в сжатом элементе расположены более чем в один ряд, можно считать, что обеспечена эффективная боковая поддержка продольных стержней во внутренних рядах, если

поперечное армирование предусмотрено для внешнего ряда и

ни один стержень внутреннего ряда не находится ближе к ближайшей грани сжатия, чем в три раза больше диаметра самого большого стержня внутреннего ряда (рисунок 4)

Если продольные стержни в сжимающем элементе сгруппированы (не соприкасаются) и каждая группа адекватно связана поперечной арматурой, то для определения шага и диаметра поперечной арматуры поперечная арматура для сжимающего элемента в целом может быть выполнена исходя из предположения, что каждая группа представляет собой один продольный стержень. Диаметр такой поперечной арматуры не должен превышать 20 мм (рис. 5).

(c) Шаг и диаметр боковых связей (согласно IS 456:2000)

Шаг – Шаг поперечной арматуры должен быть не более наименьшего из следующих расстояний:

a. Наименьший поперечный размер сжатого элемента
b. Шестнадцать раз наименьший диаметр продольного арматурного стержня, который необходимо связать
c. Сорока восьмикратный диаметр поперечной арматуры.

Диаметр – Диаметр многоугольных звеньев или боковых связей должен быть не менее одной четвертой диаметра самого большого продольного прута, но ни в коем случае не менее 5 мм.

(d) Спиральная арматура (в соответствии с IS 456: 2000)

Шаг – Спиральная арматура должна быть правильной формы с равномерным расстоянием между витками спирали, а ее концы должны быть закреплены надлежащим образом путем обеспечения полутора дополнительных витков спирального стержня. Если допускается повышенная нагрузка на колонну по прочности спиральной арматуры, шаг витков спирали должен быть не более 77 мм и не более одной шестой диаметра стержня колонны, не менее 25 мм и не менее трехкратного диаметра стального стержня, образующего спираль. В остальных случаях должны соблюдаться требования к поперечной арматуре.

Диаметр – Диаметр спиральной арматуры должен соответствовать пункту (с) выше.

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5
Короткие колонны со спиральным армированием:
Допустимая нагрузка для колонн со спиральным армированием, удовлетворяющим следующим требованиям, должна быть в 1,05 раза больше допустимой нагрузки для аналогичного элемента с боковыми связями или кольцами.
Отношение объема спиральной арматуры к объему стержня должно быть не менее чем

где = общая площадь сечения
= площадь сердцевины спирально армированной колонны, измеренная до наружного диаметра спирали.
= характерная прочность бетона на сжатие
= характерная прочность спиральной арматуры, но не более 415. .

Читайте далее: