Проект 16-и этажного кирпичного жилого дома

 

r=φ∙W_red/ A_red = 0,85∙18923,61 /2233,9= 7,2 см.           (2.28)

 

То же, наименее удаленной  от растянутой зоны (нижней): r_inf=7,2 см. Здесь

 

φ_n=1,6-σ_bp/R_b,s_er= 1,6-0,75=0,85                           (2.29)

 

Отношение напряжения в бетоне от нормативных нагрузок и усилий обжатия к расчетному сопротивлению  бетона для предельных состояний  второй группы предварительно принимаем  равным 0,75.

Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне( γ=1,5)

 

W_pl=γW_red=1,5∙18923,61=28385,42см³.                     (2.30)

 

Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне в  стадии изготовления и обжатия элемента: W’_pl= 28385,42 см³

2.1.2.2 Определение потерь предварительного напряжения арматуры

 

Расчет потерь выполняют  в соответствии со значениями предварительных  напряжений в арматуре и бетоне по СНиП . Коэффициент точности натяжения арматуры при этом : γsp=0,91.

Потери от релаксации напряжений в арматуре при электротермическом способе натяжения 

 

σ1=0,03σsp=0,03∙590 =17,8 МПа.                         (2.31)

 

Потери от температурного перепада между растянутой арматурой  и упорами σ2=0, так как при пропаривании форма с упорами нагревается вместе с изделием.

Усилие обжатия 

 

P₁=A_s(σ_sp- σ₁) = 5,5∙ (590-17,8)100 = 315 кН.                         (2.32)

 

Эксцентриситет этого  усилия относительно центра тяжести  приведенного сечения e_op=y_o-a=12-3=9 см.

Напряжение в бетоне при  обжатии

 

σ_bp=P1/A_red+P₁∙e_op∙y_o/J_red=314710/2233,9+314710∙9∙12/227083,26)/100=2,9 МПа.                                                                                               (2.33)

 

Устанавливаем передаточную прочность бетона из условия σ_br/R_bp≤0,75

 

R_bp=2,9/0,75=3,87 МПа<0,5∙В15;

 

принимаем R_bp=7,5 МПа. Тогда σ_bp/R_bp= 2,9/7,5=0,39.

Вычисляем сжимающее напряжение в бетоне на уровне центра тяжести  напрягаемой арматуры от усилия обжатия  (без учета момента от веса плиты)

 

σ_bp=(314710/2233,9 +  (314710∙92 /227083,26 ) ) /100 =2,53МПа.

 

Потери от быстронатекающей ползучести при 

 

σ_bp/R_bp=2,53/7,5=0,34                              (2.24)

 

и при α>0,34 составляют

 

σ_bp=40∙0,34=13,6 МПа.

 

Первые потери

 

σ_los1 =σ₁+σ_s= 17,8+13,6=31,4 МПа.                         (2.25)

 

С учетом потерь σ_los1 напряжение σ_bp=2,15 σ_bp/R_bp=0,29.

Потери от осадки бетона σ₈=35 МПа (СНиП ).

Потери от ползучести бетона  составляют

 

σ₉=150∙0,85∙0,29=36,98 МПа.

 

Вторые потери

 

σ_los2=σ₈+σ₉=35+36,98=71,98 МПа.                        (2.26)

 

Полные потери

 

σ_los=σ_los1+σ_los2=31,4+71,98=103,38 > 100 МПа.                 (2.27)

 

Усилие обжатия с учетом полных потерь:

 

P₂=A_s∙ (σ_sp-σ_los)=5,5∙ (590-103,38) ∙100 =268 кН.                 (2.28)

 

2.1.2.3 Расчет по образованию трещин нормальных к продольной оси.

Выполняют для выяснения  необходимости проверки по раскрытию  трещин. При этом для элементов, к  трещиностойкости которых предъявляют  требования 3-й категории, принимают  значение коэффициента надежности  по нагрузке  γ_f=1; М=68,961кН*м, условие: М≤M_crc. Вычисляют момент появления трещин по приближенному способу ядровых моментов:

 

М_crc=R_bt,_ser∙W_pl+M_rp=1,15∙28385,42 +3907440=39,4 кН∙м      (2.29)

 

Здесь ядровый момент усилия обжатия при  γ_sp=0,91 составляет:

 

М_rp=P2(e_op+r)=0,91∙268000∙ (9 +7,2)=3907440 Н∙см                 (2.30)

 

Так как М=68>М_crc=39,4 трещины в растянутой зоне  образуются. Следовательно, необходим расчет по раскрытию трещин.

Проверяют, образуются ли начальные  трещины в верхней зоне плиты при ее обжатии при значении коэффициента точности натяжения y_sp = 1,10 (момент от веса плиты не учитывается). Расчетное условие

 

Р₁(е_оp -  r_inf) ≤R_btpW_pl;                                                (2.31)

 

1,1∙315000(9 - 7,2) = 623700 Н∙см;

 

R_btpW_pl = 1∙28385,42 (100) = 2838542Н∙см;

623700 < 2838542 - условие удовлетворяется, начальные трещины не образуются; здесь R_btp = 1 МПа - сопротивление бетона растяжению, соответствующее передаточной прочности бетона 7,5 МПа.

 

2.1.2.4 Расчет по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси

Предельная ширина раскрытия трещин: непродолжительная а_crc - 0,4 мм, продолжительная а_сrс  = 0,3 мм . Изгибающие моменты от нормативных нагрузок: постоянной и длительной - М = 57,47 кН∙м; полной - М = 68,96 кН∙м. Приращение напряжений в растянутой арматуре от действия постоянной и длительной нагрузок определяют

 

σ_s = (5747000 - 268000 ∙ 19,57) /107,64 (100) = 46,7 МПа,

 

где z₁ ≈ h₀ - 0,5h_f = 21 - 0,5(5,7/2) = 19,57 см - плечо внутреннем пары сил;

      е_sN=0 - усилие обжатия Р, приложенное в центре тяжести площади нижней напрягаемой арматуры;

 

W_S = A_SZ₁ = 5,5∙19,57 = 107,64 см³ -                         (2.32)

 

момент  сопротивления сечения по растянутой арматуре.

Приращение напряжений в арматуре от действия полной нагрузки

 

σ_s = (6896000 - 268 000-19,57)/107,64(100) = 153 МПа.

 

Вычисляют по формуле ширину раскрытия трещин от непродолжительного действия полной нагрузки

 

а_crc1 = 20 (3,5 - 100μ)δηφ_l (σ_s /E_s)

= 20(3,5∙                                              100∙0,0077)∙1∙1∙1(153/190000) = 0,09 мм                                      (2.33)

 

где μ=A_s/bh₀=5,5/34∙21=0,0077;

      δ₁= 1;

       η=1; φ_l=1;

      d=10 мм -диаметрпродольной арматуры;

Ширину раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузок

 

а_сrс1 = 20(3,5 - 100∙0,0077) 1∙1∙1 (46,7/190 000) = 0,03 мм;

 

ширину раскрытия трещин от постоянной и длительной нагрузок

 

а_crc2 = 20 (3,5 — 100∙0,0077) 1∙1∙1,5 (46,7/190 000)

= 0,04 мм.

 

Непродолжительная ширина раскрытия  трещин

 

а_crc = а_crc1 - а_crc1 + а_crc2 = 0,09 —0,03 + 0,04 = 0,10 мм < [0,4 мм];

 

Продолжительная ширина раскрытия  трещин

 

а_crc = а_crc2 = 0,04 мм < [0,3 мм];

 

2.1.3 Расчет прогиба плиты

 

Прогиб определяют от постоянной и длительной нагрузок, предельный прогиб f = l/200 = 3 см. Вычисляют параметры, необходимые для определения прогиба плиты с учетом трещин в растянутой зоне. Заменяющий момент равен изгибающему моменту от постоянной и длительной нагрузок  M = 57,47 кН∙м; суммарная продольная сила равна усилию предварительного обжатия с учетом всех потерь и при

 

γ_sp = l; N_tot = P₂ = 268 кН;

 

эксцентриситет

 

e_tot = M/N_tot  = 5747 000/268 000 = 21,44 см;

 

коэффициент φ_l=0,8 - при длительном действии нагрузoк

 

φ_т= 1,15∙28385,42 (100)/(5747000 - 3907440) = 1,77>1

 

принимают φ_m = l;

коэффициент, характеризующий  неравномерность деформации растянутой арматуры на участке между трещинами

 

ψ_s = 1,25 - 0,8 = 0,45<1.

 

Вычисляют кривизну оси при  изгибе :

 

где ψ_s = 0,9;

 

v = 0,15 - при длительном действии нагрузок

     А_b = 216∙З,7=800 см² - при A_s = 0 и допущении, что ξ=h_f /h₀.

Вычисляют прогиб

 

f = (5/48) 710²∙3,59∙10^-5 = 1,89 см < 3 см.

 

Учет выгиба от ползучести бетона вследствие обжатия бетона несколько  уменьшает прогиб.

 

2.2 Расчет фундамента

 

2.2.1 Оценка инженерно геологических условий строительства.

 

2.2.1.1 Определение вида грунтов по гранулометрическому составу и числу пластичности.

 

,                                      (2.35)

где Wl, Wp – соответственно влажность грунта на границе текучести и раскатывание.

Ip1 = 13 – 5 = 8 – суглинок; Ip2 = 53 – 30 = 23 – глинистый, так как Ip больше 1; Ip3 = 44 – 24 = 20 – глинистый, так как Ip больше 1;

 

2.2.1.2 Определение разновидности грунтов по числу пластичности.

Далее последовательно  суммируем содержание фракций в  грунте, начиная с самых крупных  и сопоставляем с таблицей, приведенной  в СНиП .

> 2 мм = 0 > 25 % - гравелистый,

> 0,5 мм = 0 + 4 = 4 > 50 % - крупный,

> 0,25 мм = 0 + 4 + 4 = 8 > 50  - средней крупности,

> 0,1 мм = 8 + 45 = 53 > 75 % - мелкие,

> 0,1 мм = 53 + 47 = 100 < 75 % - пылеватые.

Ip2 = 23 - глина, Ip3 =20 – глина.

 

2.2.1.3 Определение коэффициента пористости грунтов.

 

                                       (2.36)

где Ys – удельный вес твердых частиц грунта, кН/м3

       Y – удельный вес грунта, кН/м3

       W – природная влажность грунта в долях единицы.

 

1 слой: е = (1 + 0,2) ∙26,2/18,8 -1 = 0,67 – средней плотности;

2 слой: е = (1 + 0,26) ∙27,4/18,8 -1 0,836 – рыхлые;

3 слой: е = (1 + 0,25) ∙26,%/19 -1 = 0,74 – средней плотности.

 

 

2.2.1.4 Определение степени влажности грунтов.

                                                    (2.37)

где Yw – удельный вес воды, принимаемый 10 кн/м3;

 

1 слой: Sr = 0,2∙26,2/(0,67∙10) = 0,776  - влажные,

2 слой: Sr = 0,26∙27,4/(0,836∙10) = 0,852 – влажные водой,

3 слой: Sr = 0,25∙26,5/(0,74∙10) = 0,89 – насыщенные водой.

 

2.2.1.5 Определение показателя текучести Il глинистых грунтов.

                                                      (2.38)

2 слой: Il2 = -0,17 – твердые,

3 слой: Il3 = 0,05 – твердые.

По величине , в соответствии с [1, c. 21] устанавливается разновидность глинистого грунта.

 

2.2.1.6 Оценка особых свойств грунтов.

1) Оценка просадочности грунтов. По предварительной оценке к просадочным относятся глинистые грунты со степенью влажности , для которых величина безразмерного показателя меньше значений, приведенных в таблице 2.2.

 

Таблица 2.2 - Значение показателя

Ip	0,17	0,05
Iss	0,24	0,24

 

,                                                    (2.39)

где el – коэффициент пористости, соответствующий влажности грунта;

                                                      (2.40)

2) Оценка набухающих свойств  глинистых грунтов.

2 слой

 

el₂ = 0,53∙27,4/10 = 1,45

 

Iss = 0,24 < 0,3 – ненабухающий, просадочный грунт,

3 слой

 

el₃ = 44∙26,5/10 = 1,166 –

 

набухающий, непросадочный грунт.

 

2.2.1.7 Определение механических характеристик грунтов.

Фундамент залегает на глубине менее 2 м от уровня земля, поэтому в  расчет берется только первый слой грунта – песчаный.

Расчетное сопротивление грунта определяем методом интерполяции.

Rо = 0,15 МПа;

Характеристики прочности и  деформируемости  грунтов – сцепление  С, угол внутреннего трения µ, модуль деформации Е.

 

Е = β/Mv,                                                      (2.41)

 

где β = (1 – 2v2)/(1-v)

       Mv = Mo/(1 +e)

       v – коэффициент поперечной деформации, принимаемый равным 0,3 для суглинка.

Тогда

 

Е = (1-2∙0,09)(1+0,07)/(0,16∙0,07) = 12,2

 

Результаты расчетов заносятся  в таблицу 2.3.

 

Таблица 2.3 - Физико-механические характеристики грунтов

 

Наименование грунта полное	Значение характеристик слоев  грунта
	Y	Ys	e	Sr	Il	Kf	E	ф	C	Ro
песчаный грунт	18,8	26,2	0,67	0,77	-	4*10	12,2	30	0,004	0,15

 

2.2.2 Оценка проектируемого здания

 

2.2.2.1 Определение  предварительных размеров фундаментов.

Фундамент ленточный. Ось в графической части 1 А-Г Фундамент сложен из пяти фундаментных блоков ФБС и одного ФС-3. Фундаментная подушка выполнена из тяжелого бетона класса В-15.

Ось фундамента смещена относительно оси во внутреннюю грань стены, и относительно самой грани на 10 см вглубь кирпичной кладки.

Залегание фундаментной подушки конструктивно расположено  по отметке -3,470 м. Толщина несущей  кирпичной стены 0,64 м, высота здания 54 м, перекрытия – сборные железобетонный плиты, кровля плоская, покрытия ж/б  плиты, тип грунта песчаный залегает до отметки 4,2 м Расчетами выявлено, что следующие слои – глинистые, ненабухающие, просадочные. Подбор и  расчет свайного фундамента не требуется.