Практическое занятие 1 Сбор нагрузок - Теоретическая часть

Практическое занятие 1

 

Сбор нагрузок

Теоретическая часть

При реконструкции и усилении несущих стен нагрузки собираются на простенок или на 1 п. м стены, приходящейся на нижнее сечение, или на уровне наиболее поврежденной части стены. При этом учитывается нагрузка, приходящаяся от перекрытий и от покрытия с включением постоянных и временных нагрузок.

При расчете колонны сбор нагрузок выполняется с учетом возможного эксцентриситета для нижнего сечения колонны.

Изгибаемые элементы (балки, плиты) рассчитываются на погонную нагрузку, приходящуюся на конструкции.

Нагрузки от собственного веса элементов назначаются исходя из фактических размеров сечения и объемной массы материала конструкции.

Временная нагрузка принимается с учетом ее невыгодного сочетания. При статическом расчете принимается наиболее невыгодное расположение.

При выполнении надстройки или при перепланировке помещений необходимо учесть изменение величины нагрузки и ее размещения. Подсчет нагрузки выполняется в табличной форме.

 

Задача

Данные для проектирования

Стена выполнена из кирпича обыкновенного глиняного пластического прессования марки 75(р=18 кН/м³). Раствор марки 25. Высота этажа Н = 3,6 м. Количество этажей с подвалом – 5. Состояние кладки удовлетворительное. Толщина стены – 510 мм. Стена оштукатурена с двух сторон, толщина одного слоя 20 мм. Опирание перекрытия на стену d = 120 мм. Полная расчетная нагрузка от 1 м² перекрытия q_nep= 13,05 кН/м². Полная расчетная нагрузка от 1 м² покрытия q_пок. = 10,754 кН/м². Высота и ширина оконных проемов b_0K x h_0K= 1,5x1,55м. Ширина простенка В = 2,14 м., пролет L = 5.5 м.

В стене с проемами каждый простенок рассчитывается на нагрузку соответствующую участку стены расположенному между осями соседних проемов. Нагрузки на перекрытие собираем в табличной форме (табл. 1).

Таблица 1 – Нагрузки на 1м2 перекрытия типового этажа.
Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэф. надёж-ти по нагрузке, γ f	Расчётная нагрузка, кН/м2
Постоянная g:
-Паркет штучный - 20 мм,
р = 700 кг/м3.	0,02 x 7 = 0,14	1,1	0,154
Ц./п. стяжка - 20 мм,
р = 1800 кг/м3.	0,02 х 18 = 0,36	1,3	0,468
Пссчан. засыпка - 40 мм
ρ = 16 кН/м3.	0,04 х 16 = 0,64	1,3	0,832
Ж./б. плита – 220 м
ρ = 16 кН/м3, d =0,12 м	0,12*16=1,92	1,1	2,112
Всего постоянная
нагрузка:	3,06		3,566
Временная v:	8,23	1,2	9,874
в т.ч: кратковременная vSh	5,85	1,2	7,024
дли тельная VL	2,38	1,2	2,85
Итого полная q:	11,3	-	13,05

 

1. Определение расчетного усилия ∑N.

а) Нагрузка от собственного веса стены (с учетом веса штука -турки толщиной 2 см с двух сторон).

N_Co6,вec= (Н_зд. х δ_ст. х В – h_ок. х b_ок х n) x p x δ⁄κ = (14,9 x 0,55 x 2,14 - l,5 x 0,55 x l,55 x 4) x p x δ⁄κ = 245,96 кН;

где ρ = 18 кН/м³, δ⁄κ = 1,1;

б) Нагрузка от одного перекрытия.
N_lnep= 13,05 x B x L/2 = 13.05 x 2,14 x 2,75 = 76,82 кН;

в) Нагрузка от двух перекрытий.
N_2nep= 76,82 x 2 = 153,64 кН.

г) Нагрузка от покрытия.
N_пок= 10,754 x B x L/2 = 10,754 х 2,14 x 2,75 = 63,29 кН.

д) Собственный вес перемычки высотой 230 мм.
G = 0,23 x 0,55 x 2,14 x 18 x 1,1 = 14,74 кН.

е) ∑N = N_co6._вec+ N_2пep+ N_nок+ G х n= 245,96 + 153,64 + 63,29 +

+ 14,74 x 4 = 477,63 кН

2) Момент, возникающий от одного перекрытия под сечением I-I.
Мх = N x е x (l- h_перем/Н_эт) = 76,82 х 0,215 х (1 – 0,23/3,6) = 15,46 кН/м;
е =h_пер/2 - d/3 = 51/2 - 12/3 = 21,5 см.

3) Определяем расчетный эксцентриситет е_о
е₀ = Mx/∑N = 15,46/477,63 = 0,0324 м = 3,25 см.

Вопросы к практическому занятию

1. Для каких элементов производится сбор нагрузок?

2. Какие нагрузки необходимо учесть?

3. Какие нагрузки являются постоянными и временными?

4. Как собирается собственный вес конструкций?

Список рекомендуемой литературы

[1, 2]

 

Практическое занятие 2

Проверка прочности конструктивных элементов

Теоретическая часть

Для выполнения статического расчета приводится расчетная схема каждого рассматриваемого элемента с указанием пролетов, расположения нагрузок и вида опор. В каркасных зданиях элементы перекрытий работают преимущественно по балочной схеме с шарнирным или жестким закреплением.

В зданиях бескаркасные перекрытия могут работать по пространственной схеме – плиты, опертые по контуру с разным характером закрепления.

При изменении расположения проемов статический расчет выполняется для новых участков перемычек.

Расчеты следует выполнять для стадии проведения реконструкции и стадии работы элементов после реконструкции.

В результате статического расчета составляется таблица усилий [М, N Q], действующих в характерных сечениях элементов, – наибольшие значения усилий.

Задача

Условие прочности:

∑N ≤ m_g x φ₁ x R_к x A x ώ x γ_к x (l- 2e_o/h); е₀ = M_x/∑N.,

где: R_k – расчетное сопротивление кладки при сжатии, (табл. 2-9 СНиП);

А – площадь кладки. А = b x h (без учета проема и штукатурки);

m_g – коэффициенты, учитывает влияние длительного действия нагрузки;

m_g= l – η x N_g /N (1 + 1,2 e_og /h );

η – коэффициент, принимается по табл. 20 СНиП в зависимости от λ_h = H/h;

e_og – эксцентриситет, от действия длительных нагрузок; e_og = M_g/N_h;

φ_l – коэффициент продолжительного изгиба (табл. 18);

ώ – коэффициент, определяемый по таблице 19;

γ_к – коэффициент, зависящий от состояния кладки;

При удовлетворительном состоянии γ_к = 1; при работе с трещинами γ_к = 0,7;

R_к = 1,1 МП; А = 0,64 x 0,51 = 0,326 cм²;

λ_h при l_o /h_min= 360/51 = 7,15; φ = 0,95;

Расчетная схема простенка приведена на рис. 1.

 

Рисунок 1 – Расчетная схема простенка

 

ώ = 1 + e _o /h= 1 + 3,25/51 = l,064 < l,45; m_g= 1 (размер сечения > 30 см.); j_K= 1; ∑N = 477,63 >1 х 0,95 х 1,1 х 0,326 х [1– (2 х 0,0325/0,51)] x 1,064 х 1=316 кН;

Условие не выполняется, несущая способность не обеспечена. Необходимо выполнить усиление простенка.

Вопросы к практическому занятию

1. Для каких частей стены выполняется статический расчет?

2. Что собой представляет условие прочности для каменного простенка?

3. Что собой представляет расчетная схема?

Список рекомендуемой литературы:

[1, 2, 7 – 10]

Практическое занятие 3

Расчет каменных элементов, усиленных железобетонной обоймой

Теоретическая часть

Для каждого типа конструкций следует рассмотреть варианты усиления (реконструкции), аргументировать их выбор с учетом преимуществ или недостатков в зависимости от функциональных особенностей здания и его назначения.

Привести подробное описание усиления в части использования материалов, способов его выполнения и конструктивной особенности.

В результате должны быть сформированы зоны с однотипными видами усиления, которые затем должны быть указаны на чертежах.

При назначении типов усиления необходима оценка решений с позиций технологичности, техничности, экономичности.

Все принятые виды усиления должны быть размещены на планах и разрезах здания. Одним из наиболее эффективных методов повышения несущей способности существующей каменной кладки является включение ее в обойму. В этом случае кладка работает в условиях всестороннего сжатая, что значительно увеличивает ее сопротивляемость воздействию продольной силы.

Применяются три основных вида обойм: стальные, железобетонные и армированные растворные. Железобетонная обойма выполняется из бетона классов 7,5 – 15 с армированием вертикальными стержнями и сварными хомутами. Расстояние между хомутами должно быть не свыше 15 см. Толщина обоймы назначается по расчету и принимается от 6 до 10 см.

Задача

Наиболее эффективно – усиление обоймой. Железобетонная обойма выполняется из бетонов классов В12,5 – В15, армируется вертикальными стержнями и сварными хомутами. Расстояние между хомутами должно быть не свыше 15 см. толщина обоймы назначается по расчету и принимается от 6 до 10 см.

Проверка несущей способности по условию:

∑N ≤ ψ х φ х[(m_g х m_k х R_к+η х (ЗμR_sw)/(1+μ100)) х А + m_bR_bA_b + R_SCA_S'];

ψ= l – 2 x e_o/h; η= l – 4 x e_o/h;

N – продольная сила;

А – площадь сечения усиливаемой кладки (без обоймы);

A_s' – площадь сечения продольной арматуры железобетонной обоймы;

А_ь – площадь сечения бетона обоймы, (без учета защитного слоя);

R_sw – расчетное сопротивление поперечной арматуры обоймы;

R_sc – расчетное сопротивление продольной сжатой арматуры;

φ – коэффициент продольного изгиба (значение апринимается как для не усиленной кладки);

m_g – коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки;

m_к – коэффициент условия работы кладки, принимаемый для кладки без повреждений равным 1 и для кладки с трещинами – 0,7;

m_b – коэффициент условий работы бетона, принимаемый равным 1 – при передаче

нагрузки на обойму; 0,35 – без непосредственной передачи нагрузки на обойму;

μ = (2 x A_s x (h+b) x l00)/(h x b x S) – процент армирования хомутами или поперечными

планками;

h, b, – размеры сторон усиливаемого элемента;

S – расстояние между осями планок или между хомутами (S ≤ 15 см) .

Рассмотрим вариант усиления железобетонной обоймой.

Задаемся минимальной толщиной обоймы по конструктивным соображениям, а = 6 см, бетон класса В12,5 (ячеистый) с R_b = 7 мПа. Принимаем армирование обоймы продольными стержнями d l6 A-I с R_s = 43 мПа (см. таблицу 2). Всего продольных стержней 8d l6 A-I с A_s = 16,08 см². Поперечные стержни d l6 A-I с R_sw = 150 мПа (табл. 2). Эти стержни пропускают сквозь стену и заанкеровывают в обойме. Они пропускаются два по торцам и один посередине простенка – получаем 3d8 A-I A_sw = 6,03 см². По высоте эти стержни устраиваются с шагом S = 50 см. Кроме этого ставим конструктивно по периметру сетку из проволочной арматуры d5 Вр-1 с ячейкой 150 ^х 150 мм. Арматура сетки в расчете не учитывается.

Проверка несущей способности простенка

Основной фактор влияющий на эффективность обоймы – это поперечное армирование. Определяем процент поперечного армирования. Μ = [(2 x Asw x ( h + b)/(b x h x S)]xl00 % = [(2x6,03x(51+64))/(51x64x50)]x 100=0,85, что меньше максимального,…

Вопросы к практическому занятию

1. Каковы варианты усиления каменного простенка?

2. Какая арматура принимается для усиления простенка?

3. Как выглядит сечение простенка усиленного железобетонной обоймой?

Список рекомендуемой литературы

[1, 2, 7, 10]

 

Практическое занятие 4

Расчет каменных элементов, усиленных металлической обоймой

Теоретическая часть

Стальная обойма состоит из вертикальные уголков, устанавливаемых на растворе по углам усиливаемого элемента, и хомутов из полосовой стали или круглых стержней, приваренных к уголкам. Расстояние между хомутами должно быть не более меньшего размера сечения и не свыше 50 см.

Устройство стальной обоймы выше приведенным способом в сравнении с традиционным позволяет дополнительно на 15 – 20 % увеличить несущую способность усиливаемого элемента. Положительный эффект достигается как за счет ощутимого преднапряжения обоймы расширяющимся цементом, так и вследствие хорошего сцепления арматуры (уголков) с раствором наполнения, а через него и с кирпичной кладкой.

Исследования показывают, что по эффективности сдерживания поперечных деформаций кирпичной кладки указанная обойма приближается к железобетонной.

Расчет конструкций из кирпичной кладки, усиленной стальной обоймой по предложенному методу, при центральном и внецентренном сжатии при эксцентриситетах, не выходящих за приделы ядра сечения, рекомендуется производить по формуле:

,

где N – продольная сила;

А – площадь сечения усиливаемой кладки;

A– площадь сечения продольных уголков стальной обоймы;

R_sw – расчетное сопротивление поперечных планок обоймы

назначаемое в соответствии с (1, табл.10);

R_sc – расчетное сопротивление уголков (1, табл.10);

j – коэффициент продольного изгиба;

m_q – коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия нагрузки;

m_k – коэффициент условий работы кладки, принимаемый равным 1;

для кладки без повреждений и 0,7 для кладки с трещинами;

m – процент армирования поперечными планками, определяемый по формуле;

m=

где h и b – размеры сторон усиливаемого элемента;

S – расстояние между осями поперечных планок, принимаемое не более 50 см; (h³.S³b).

Коэффициенты ф и n принимаются при центральном сжатии ф=1; n=1,

при внецентренном сжатии определяются по формулам:

 

где – эксцентриситет приложения сжимающей силы N при стальной обойме.

Задача

В связи с реконструкцией, требуется усилить кирпичный простенок сечением bּh=64ּ64 см для восприятия сжимающей силы =360 кН, приложенной с эксцентриистетом =5 см, расчетная высота столба =2,8 м.

Характеристика материалов.

Кирпич глиняный, пластического прессования марки 75, раствор марки 25,

R=1.1 мПа; α =1000.

Кладка имеет повреждения m_k=0,7. Вертикальная арматура стальной обоймы из четырех уголков 50*50 мм =19.2 см², R_SC=43 мПа; поперечные планки из полосовой стали R_SW=150 мПа.

Усиление стальной обоймой проектируем в двух вариантах:

1-й вариант – традиционный (по оштукатуренной поверхности простенка);

2-й вариант – на напрягающем цементе.

Находим общие расчетные параметры.

Коэффициенты:

m_q =1;

Гибкость

Коэффициент

Определяем составляющую усилия, которая воспринимается поперечными планками обоймы:

 

Определяем требуемый процент поперечного армирования для 1-го варианта усиления:

 

откуда =2,13 %

Принимаем шаг поперечных планок S=25 см. Площадь поперечного сечения планки определяем по формуле:

см².

Находим требуемый процент поперечного армирования для второго варианта усиления:

 

откуда =0,64 %

Площадь поперечного сечения планки при заданном шаге S=25 см² будет равна:

см².

Таким образом, расход стали на поперечные планки при усилении по 2-му варианту, сокращается примерно в 3 раза.

Примечание. Для восприятия сжимающей силы N=500 кН (при тех же исходных данных) расход металла на поперечные планки во 2-м варианте будет меньше.

Рисунок 3 – Усиление металлической обоймой

Вопросы к практическому занятию

1. Из каких элементов состоит металлическая обойма?

2. Как обеспечивается совместность работы обоймы и простенка?

3. Каким образом создается напряжение обоймы?

Список рекомендуемой литературы

[1, 2, 7, 8]

 

 

Практическое занятие 5

Расчет железобетонных сжатых элементов, усиленных железобетонными обоймами

Теоретическая часть

Прочность сжатых железобетонных колонн, усиленных железо­бетонной обоймой по адгезионной промазке (рис. 4), при загружении продольной силой приложенной с эксцентриситетом равным случайному и при l₀ £ 20h проверяется по условию

N £ j [h_b(R _b A + R_scA_s) + h_rcr(R_b,rcrA_rcr+ R_sc,rcrA_s,rcr)],

где N – продольное сжимающее усилие от расчетных нагрузок; h_b – коэффициент условий работы, равный 0,9 при h<200 мм и I при h ≥ 200 мм; φ – коэффициент продольного изгиба усиленной колонны; h_rcr – коэффициент условий работы обоймы, равный: 0,9 – при использовании предва­рительно напряженной поперечной арматуры; 0,8 – при выполне­нии поперечной арматуры в виде обычных замкнутых хомутов;

R_b – призменная прочность бетона усиливаемой колонны, со­ответствующая фактической кубиковой прочности выявленной при проведении обследований;

R_b,rcr – расчетная призменная проч­ность бетона обоймы;

R_sc, R_sc,rcr – расчетное сопротивление ар­матуры соответственно усиливаемой конструкции и обоймы; А, A_rc – площадь поперечного сечения бетона соответственно уси­ливаемой колонны и обоймы; A_s, A_s,

N £ j h_b(R^* _b A + R_scA_s),

где R^* _b – приведенная призменная прочность бетона усиленной конструкции; значения N, h_b, φ, R_sc, А и A_s приведены выше.

Приведенная призменная прочность бетона определяется по формуле:

R^* _b = R _b(1+0,5 ) ,

 

где R _b и R _bt – призменная прочность и прочность бетона на осевое растяжение усиливаемой конструкции, соответствующее фактической кубиковой прочности по результатам испытаний неразрушающими методами; σ_r – дополнительное напряжение в бетоне, вызванное работой поверхностно-оклеечного стеклопласти­ка, которое рекомендуется определять для предельного состояния по формуле

σ_r = (2n_f P_f)/b,

где n_f – количество слоев стеклоткани в стеклопластике; b – ширина усиливаемой колонны; P_f – расчетная прочность на растяжение 1 см стеклопластика из одного слоя стеклоткани.

Расчетное значение (n_f) и характеристика (P_f) поверхност­но-оклеечного стеклопластика, при этом необходимо соблюдать условие

n_f P_f ≥ R _bt b

 

Задача

Усилить ствол колонны с помощью железобе­тонной обоймы.

Исходные данные:

колонна сечением b х h = 0,3x0,3 м из бетона класса B15; R_b=8,5 мПа;

рабочая продольная арматура 4Ǿ12А-II; A’_s=4,52 см²; R_sc=280 мПа;

высота этажа H₃=3,6 м.

Эксцентриситет приложения нагрузки е_о=0.

Нагрузка длительно-действующая N=N_d= 1200 кН.

Задаемся толщиной обоймы δ=0,06 м, тогда суммарные размеры сечения (рис.5)

b₁=h₁=b+28=0,3+2-0,006=0,42 м.

Ориентировочно назначаем площадь сечения продольной арматуры обоймы, пользуясь выражением

A_s1,=0,009(h_1*b₁ – h*b)=0,009(0,42-0,42-0,3*0,3)=7,8*10^-4м²=7,8 см².

Принимаем 6Ǿ14AII (A'_s1 = 7,69 см²)

Определяем несущую способность колонны до ее усиления.

Так как l0 /h = 3,6/0,3 = 12 < 20 при ео=0, колонну рассчитываем как центрально-сжатую из условия   N≤ φ(RbA + RscA's); φ = φb +2(φsb –φb) α s.   RscA's 280*4,52*10-4 α s=RbA = 8,5 -0,3 0,3 = 0,165   Согласно табл. 3 φb =0,8б; φsb =0,89; тогда φ=0,86+2(0,89-0,86)0,165=0,97. N>0,87(8,5*103*0,09+280*103* 4,52*10-4) = 776 кН, 1200>776 кН. Рисунок 5 – Расчетная схема и сечение колонны с обоймой

следовательно, несущая способность колонны недостаточна. Вычисляем прочность колонны после ее усиления обоймой:

α ₌ R_SC(A'_S + A'_s1) ₌ 280(4,52 + 7,69) * 10^-4

R_b *A 8,5*0,42* 0,42 = 0,23

 

l₀ / h = 3,6/0,42 = 8,57; φ_b = 0,905; φ_sb = 0,905;

φ = 0,905+2(0,905-0,905)0,23=0,905;

N < 0,905*8,5*10³*0,42*0,42+280*10³*(4,52+7,69)*10⁴=1667 кН;

1200<1667 кН.

Несущая способность усиленной колонны обеспечена. Эффективность усиления по нагрузке составляет: 1667 - 776 = 891 кН.

 

 

Вопросы к практическому занятию

 

1. Какие методы усиления используются для сжатых элементов?

2. Как определить несущую способность сжатого элемента?

3. Как обеспечивается совместность работы элементов усиления и усиливаемой конструкции?

Список рекомендуемой литературы

[1-4, 7-11]

 

Практическое занятие 6

Расчет железобетонных сжатых элементов, усиленных металлическими обоймами

Теоретическая часть

Усиление колонн стальной обоймой (рис. 5в), довольно прос­тое в исполнении, незначительно увеличивает размер поперечного сечения и позволяет использовать колонну в эксплуатационном ре­жиме сразу же после ее усиления Продольные элементы обоймы из уголковой стали устанавливаются на цементно-песчаном растворе и прижимаются к колонне с помощью струбцин, после чего к уголкам привариваются поперечные планки, устанавливаемые по длине ко­лонны с шагом 400-600 мм.

В предварительно напряженных обоймах поперечные планки нагреваются до температуры 100 – 120°С, а затем уже привариваются к продольным элементам. При остывании планки укорачиваются и создают эффект преднапряжения.

Усиление колонн стальными распорками (рис. 5г) является достаточно эффективным средством увеличения их несущей спо­собности, которая повышается пропорционально площади попереч­ного сечения распорок.

Распорки состоят из двух уголков (швеллеров), связанных между собой соединительными планками.

Вверху и внизу каждой распорки крепятся опорные уголки, через которые усилие распора передается на консоли. Как видно из рис. 5г, распорки с перегибом устанавливаются в середине их высоты. Для создания предварительного напряжения сжатия рас­порки с помощью натяжных болтов выпрямляются, принимая вер­тикальное положение. При этом распорки надежно включаются в совместную работу с колонной, частично разгружая ее. Величина сжимающих напряжений в распорках в период их включения в работу достигает 60-80 мПа.

Усиление колонн предварительно напряженными распорками целесообразно при длине распорок не более 5 м, когда не требуется большого расхода металла для обеспечения их устойчивости.

Рисунок 5 – Способы усиления колонн: в – металлическая обойма; г – металлические распорки

Задача

Выбор метода усиления консоли колонны, как правило, зависит от ее формы и характера действующих усилий. Так, при больших изгибающих моментах эффективной оказывается горизонтальная затяжка (рис. 7а) из тяжей, натягиваемых гайками до напря­жений 60-90 мПа. При больших значениях поперечной силы и сжи­мающих напряжений в наклонной сжатой полосе целесообразно усиление преднапряженной наклонной затяжкой (рис. 7, б) или металлическим столиком (рис. 7, в), приваренным к продоль­ной арматуре колонны.

Площадь сечения ветвей горизонтальной затяжки определяется по формуле

Аs₁₃=1,25(М₁-М)/R_snh₀₁*О,9 ,

где М₁, М – соответственно изгибающие моменты, воспринимаемые консолью после и до усиления; h₀₁ – полезная высота сечения консоли, усиленной затяжкой.

Площадь сечения ветвей наклонной затяжки можно определить из условия

Q £ 0,8 R_b b l_sup sin² q (1 + 5 am_w), в котором правая часть принимается не более 3,5 R_bt b h_o и не менее 2,5 R_bt b h_o.

В условии (6.1): l_sup – длина площадки опирания нагрузки вдоль вылета консоли;

q – угол наклона расчетной сжатой полосы к горизонтали ;

– коэффициент армирования хомутами, расположенными по высоте консоли; здесь s_w – расстояние между хомутами, измеренное по нормали к ним.

При расчете учитываются хомуты горизонтальные и наклонные под углом не более 45° к горизонтали. Напряжение сжатия в местах передачи нагрузки на консоль не должно превышать R_b,loc. Для коротких консолей, входящих в жесткий узел рамной конструкции с замоноличиванием стыка, значение l_sup в выражении (6.1) принимается равным вылету консоли l₁, если при этом выполняются условия М/Q ³ 0,3 м и l_sup/l₁ ³ 2/3 (где М и Q – соответственно момент, растягивающий верхнюю грань ригеля, и поперечная сила в нормальном сечении ригеля по краю консоли). В этом случае правая часть условия (6.1) принимается не более 5R_btbh_o.

а)

б) в)

Рисунок 7 – Усиление горизонтальной затяжкой (а), наклонной затяжкой (б), металлическим столиком (в).

 

Рисунок 8 – Расчетная схема для короткой консоли при действии поперечной силы

 

Вопросы к практическому занятию

1. Как выполняется металлическая обойма?

2. Из каких элементов состоит металлическая обойма?

3. Преимущества и недостатки металлической обоймы?

4. Как рассчитывается усиление колонны металлической обоймой?

Список рекомендуемой литературы

[1 - 4]

Практическое занятие 7

Расчет усиления железобетонных изогнутых элементов

Теоретическая часть

Междуэтажные перекрытия выполняют важную роль в обеспе­чении пространственной жесткости здания, являясь горизонталь­ными диафрагмами. Поэтому при разработке конструкции усиления необходимо обеспечивать не только прочность, но и жесткость перекрытия.

Применяется несколько способов усиления монолитных и сбор­ных плит перекрытий.

Способ наращивания плиты перекрытия состоит в нане­сении на ее поверхность нового слоя армированного бетона, класс которого, как правило, назначается на одну ступень выше класса бетона плиты. Для обеспечения хорошего сцепления нового бетона со старым поверхность перекрытия очищается от инородных вклю­чений и промывается водой, после чего делается насечка зубилом на глубину 0,5 – 1 см. Если же бетон плиты был подвержен значительной коррозии или пропитан техническими маслами, то необходимо обеспечить шпоночное соединение между его новым и старым слоя­ми. Для этого в перекрытии пробиваются сквозные отверстия разме­рами 8x8 см и шагом 50 – 80 см. В отверстия вставляются У-образные стержни шпоночного усиления 06-8 мм. Образуемые после бето­нирования железобетонные шпонки воспринимают касательные уси­лия между новой и старой плитами при изгибе, обеспечивая их совместную работу. Возможны и другие способы шпоночного соеди­нения плит.

Задача

Определить несущую способность плиты, усиленной наращиванием, и оценить эффективность усиления.

Параметры плиты до усиления: бетон класса В15; R_b=8,5 мПа; рабочая арматура сетки класса АII; R_s=280 мПа; А_s=7,85 см² (1ОǾ1ОАII); полезная высота сечения hо=0,05 м.

Параметры усиленной плиты: бетон в сжатой зоне класса В20; R_b=11,5 мПа; полезная высота сечения h₀₁ =0,11 м.

Решение. Выделяем в плане плиты условную полосу шириной b = 1 м и рассматриваем ее расчетную схему, представленную на рис. 9.

Из схемы видно, что при наращивании "новый" бетон оказыва­ется в сжатой зоне сечения, следовательно, эффективность усиления будет тем заметнее, чем выше класс бетона и его толщина.

 

Рисунок 9 - Расчетная схема плиты:

а – расчетное сечение плиты до усиления;

б – то же, усиленной плиты

Определяем несущую способность плиты до усиления: устанавливаем характеристики сечений

х =

R_SA_S 280 • 7,85 •10^-4 =0,025 м;

8,5•1

R_bb

;

ξ = x / h_o = 0,25/0,05 = 0,5; ξ < ξr (0,5<0,68);

вычисляем, используя значение ξ по вспомогательным таблицам для изгибаемых элементов,

α₀=0,375;

находим изгибающий момент, воспринимаемый нормальным сечением плиты:

М=α_о*R_b* γ_b2* b *h_o ² =0,375*8,5*10³* 0,9* 1* 0,05²=7,17 кНм,

где γ_b2 - коэффициент условий работы (γ_b2 =0,9).

 

Расчетная нагрузка, воспринимаемая сечением,

g= 8М / l = (8 * 7,17)/ З² = 6,67 кН/м

 

Определяем несущую способность усиленной плиты:

280*7,5 * 10^-4

Х₁ = 11,5*1 = 0,019 м;

 

ξ = 0019 /0,11 =0,173; α_o=0,158;

M₁=0,158*11,5*10³*0,9*1*0,11²=19,8 кН*м;

q = ( 8* 19,8) /3³ = 17,6 кН/м.

Увеличение полезной нагрузки за счет наращивания плиты со­ставляет

17,6 - 6,37 = 11,23 кН/м.

 

Вопросы к практическому занятию

1. Какие способы усиления плит перекрытия?

2. Что собой представляет способ усиления наращиванием?

3. Из каких элементов состоит усиление плиты перекрытия?

Список рекомендуемой литературы

[ 1, 2 ]

 

 

Практическое занятие 8

Расчет железобетонных изогнутых элементов дополнительными металлическими элементами

Теоретическая часть

При расчете усиления балочных элементов, выполняемого путем постановки предварительно-напряженного шпренгеля, рассматри­вают комбинированную систему. Учитывая, что усиление балки вы­полняется тогда, когда к ней уже приложена основная нагрузка, выполняют приближенный расчет усиления как для балки, находя­щейся под воздействием заданной внешней нагрузки и усилий, пе­редаваемых на балку со стороны шпренгеля (рис. 10а), которые приравниваются к внешней нагрузке.

Сечения усиленной балки работают на сжатие с изгибом, и их несущую способность можно определять как для внецентренно-сжатых элементов.

Расчет балки, усиленной шпренгелем, ведут в такой последова­тельности:

а) выбирают габариты шпренгеля a, b, c, h, φ, A_str;

б) определяют изгибающие моменты в пролете балки до и пос­ле усиления соответственно М и М_g ;

в) назначают величину предварительного напряжения в шпренгельной затяжке σ_sp = 70 ¸ 100 мПа;

г) определяют распор в шпренгеле в предельном состоянии по формуле

где 0,8 — коэффициент условий работы;

 

 

Рисунок 10. Расчетная схема балки: а – усиленной предвари­тельно-напряженным шпренгелем; б – усиленной металлической балкой предварительно напрягаемой созданием начального прогиба; в – усиленной предварительно-напряженной горизонтальной затяжкой

 

Задача

Требуется: рассчитать усиление сборной железобетонной балки пе­рекрытия пролетом 600 см и размерами поперечного сечения b ´ h = 25х50 см;

Балка запроектирована на нагрузку q = 50 кН/м, в том числе на постоянную нагрузку 23 кН/м; после замены оборудования нагрузка на балку должна воз­расти до 70 кН/м.

Результатами проведенного обследования установлено, что геометрические размеры балки соответствуют проектным; признаки повреждений в балке отсут­ствуют; прочность бетона на сжатие соответствует условному классу В25; про­дольная арматура в растянутой зоне выполнена из 4 Æ 22 A-III

(A_s = 15,2 см²), в сжатой зоне из 2 Æ 14 A-III (A¹_s = 3,08 см²), признаков корро­зии арматуры нет; поперечные стержни арматурного каркаса из стали класса А-1 диаметром 8 мм при п = 2 (A_sw = 0,503 см²) с шагом s = 20 см в крайних четвертях пролета и s = 30 см в средней части балки, защитный слой бетона снизу около 3 см (а=3 см), сверху - 2,5 см ( а’ =3 см); h_o = 47 см.

Решение: так как бетон и арматура балки не имеют повреждений, то пове­рочный расчет выполняем по предельным состояниям, принимая расчетные сопро­тивления бетона и арматуры [1]: R_b= 14,5 мПа, R _bt = 1,05 мПа, R_.s = R_sc= 365 мПа, R_sw = 175 мПа, n_b2 = 0,9, xR= 0,551.

Определяем несущую способность балки по моменту и поперечной силе

М= n_b2R_b× b × x(h₀ – 0,5x) + R_sc A¹_s(h₀ -- a¹);

 

x =

 

M = 0,9 (100) 14,5 ´ 25 ´ 13,56 (47,0 -- 0,5 ´ 13,56) = (100) 365 ´ 2,26 (47,0 -- 3,0) = 22739606 Н × cм = 227,4 кН × .м

Q = Q_b + Q_sw,

Q_b =

 

 

 

где q¹ = q = 50,0 кН/м » 0,56q_sw = 49,28 кН/м;

 

Q_b= Q_b,min = 74,0 кН;

 

Q_b,min = j_b3(1 + j_f) R_bt b h₀ = 0,6 ´ 1,05 (100) 25 ´ 47 = 74020 Н = 74 кН.

Q_sw = q_sw c₀ ,

 

 

где c = 1,52 м > c₀ = 1,12 м > 2h₀ = 0,94 м ;

принимаем c₀ = 2h₀ = 0,94 м;

тогда Q_sw = 92,75 ´ 0,94 = 87,2 кН;

Q = 76,3 + 87,2 = 163,5 кН.

При существующей нагрузке

Таким образом до реконструкции удовлетворялись условия прочности как по М, так и по Q:

M > M_max, Q > Q_max

После реконструкции максимальный изгибающий момент и максимальная по­перечная сила будут соответственно равны

M_max = Q_max = 70 ´ 3 = 210,0 кН.

 

Следовательно, усиление балки необходимо.

Выбор способа усиления зависит от конкретных условий. Предположим, что условия допускают применение нескольких способов усиления, которые рассмот­рим ниже.

Усиление балки предварительно напряженным шпренгелем.

   

Вопросы к практическому занятию

1. Для каких элементов используется усиление с помощью шпренгеля?

2. Из каких элементов состоит усиление?

3. Какое напряженное состояние возникает в балке при усилении?

Список рекомендуемой литературы

[ 1, 4 ]

 

Список рекомендуемой литературы

Основная литература

1. Абрашитов, В. С. Техническая эксплуатация и обследование строительных конструкций / В. С. Абрашитов. – М.: АСВ, 2002. – 121 с.

2. Железобетонные и каменные конструкции /под общ. ред. В. М. Бондаренко – М.: Высшая школа, 2002. – 610 с.

3. Иванов, Ю. В. Реконструкция зданий и сооружений: усиление, восстановление, ремонт: учебное пособие / Ю. В. Иванов. – Воронеж: 2003. – 322 с.

4. Касьянов, В. Ф. Реконструкция жилой застройки городов: учебник для вузов / В. Ф. Касьянов. – М.: АСВ, 2002. – 336 с.

5. Реконструкция и обновление сложившейся застройки города.: учебное пособие / под ред. П. Г. Грабового, В. А. Харитонова. – М.: АСВ и «Реалпроект», 2005. – 782 с.

6. Технология возведения зданий и сооружений: учебник для вузов / под ред. В. И. Теличенко. – М.: Высшая школа, 2002. – 412 с.

 

Дополнительная литература

7. ГОСТ 2.105-95. ЕСКД. Общие требования к текстовым документам. – Введ.1996-01-01. – М. : Изд-во стандартов, 1995. – 28 с.

8. ГОСТ 2.106-96. ЕСКД. Текстовые документы. – Введ.1997-01-01. – М.: Изд-во стандартов, 1996. – 39 с.

9. ГОСТ 7.1-2003. Библиографическая запись. Библиографическое описание. – М. : Изд-во стандартов, 2004.

10. Методические указания. Усиление железобетонных и каменных конструкций. Ставрополь, СевКавГТУ, 2002. – 26 с.

11. СНиП II-22-81 Каменные и армокаменные конструкции. – М.: Гостстрой СССР, 1995. 40 с.

12. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции, – М.: ЦИТП, 1989. 89 с.

 

 

Методические указания
к практическим занятиям по дисциплине

«РЕКОНСТРУКЦИЯ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И ЗАСТРОЙКИ»

ДЛЯ СТУДЕНТОВ СПЕЦИАЛЬНОСТИ 270102

«ПРОМЫШЛЕННОЕ И ГРАЖДАНСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО»

 

 

Составитель: Гутенева С. В.

 

 

Редактор:

 

Подписано в печать

Формат 60х84 1/16 Печать офсетная. Бумага газетная.

Усл. печ. л. Уч.изд.1. Тираж 25 экз. Заказ №

355028, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2

ГОУВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет»

 

Издательство СевКавГТУ