РАЗДЕЛ 4. КАМЕННЫЕ И АРМОКАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Тема 4.1. Общие сведения о конструкциях и материалах

Область применения, достоинства и недостатки каменных конструкций. Материалы и изделия для каменной кладки. Классы арматурной стали для армокаменной кладки.

Тема 4.2. Расчет прочности и деформативности каменной кладки

Основные прочностные и деформативные характеристики каменной кладки. Коэффициенты, принимаемые при расчетах. Расчетное сопротивление R сжатию кладки из кирпича всех видов. Стадии НДС кладки при сжатии.

Тема 4.3. Расчет неармированной каменной кладки по предельным состояниям

 Нормативные и расчетные характеристики кладки. Расчет центрально-сжатой каменной неармированной кладки. Расчет внецентренно сжатой каменной кладки.

Тема 4.4. Расчет армированной каменной кладки по предельным состояниям

Виды армирования и способы усиления кладки. Условия, определяющие армирование. Расчет центрально-сжатой армированной кладки. Расчет внецентренно сжатой армированной кладки. Расчет элементов с продольным армированием Расчет элементов на изгиб и срез.

Тема 4.5. Основные положения проектирования каменных и армокаменных конструкций

Конструктивные схемы зданий. Расчет перемычки. Расчет карнизов. Расчет элементов подпорной стены (подвала). Особенности расчета и конструирования каменных конструкций в зимнее время.

Вопросы для контрольной работы:

1. Преимущества каменных и армокаменных конструкций.

2. Конструкции из каменной кладки.

3. Каменные материалы.

4. Строительные растворы. Арматура для армокаменных конструкций.

5. Прочностные и деформативные характеристики каменной кладки.

6. Стадии НДС кладки при сжатии.

7. Расчет каменных конструкций по предельным состояниям первой группы.

8. Расчет каменных конструкций по предельным состояниям второй группы.

9. Расчет элементов каменных конструкций, работающих на центральное сжатие.

10. Расчет элементов каменных конструкций, работающих на центральное смятие.

11. Внецентренно сжатые элементы каменных конструкций.

12. Расчет элементов каменных конструкций, работающих на изгиб, растяжение и срез.

13. Виды армирования каменной кладки.

14. Виды усиления каменной кладки.

15. Расчет центрально сжатых элементов с сетчатым армированием.

16. Расчет внецентренно сжатых элементов с сетчатым армированием.

17. Расчет элементов с продольным армированием при сжатии.

18. Требования к каменным конструкциям зданий.

19. Предельная гибкость системы столбов. Температурные и деформационные швы.

20. Конструктивные схемы зданий.

21. Расчет стен и столбов зданий с жесткой конструктивной схемой.

22. Расчет стен и столбов зданий с гибкой конструктивной схемой.

23. Расчет стен подвалов.

24. Расчет карнизов.

25. Расчет перемычек.

РАЗДЕЛ 5. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ

Тема 5.1.Общие сведения об основаниях и фундаментах

1.Основные элементы фундамента и основания. Грунты основания. Основные физические и механические свойства грунтов. Основные виды грунтов и особая группа грунтов.

Тема 5.2. Распределение напряжений в грунтах основания. Расчет оснований

Распределение напряжений в грунтах от сосредоточенных сил, равномерно-распределенной нагрузки и собственного веса грунта. Метод угловых точек. Распределение напряжений под подошвой фундамента. Фазы напряженно-деформированного состояния грунта. Понятие о предельном равновесии грунта. Определение глубины заложения подошвы фундамента. Расчет фундаментов и их оснований по предельным состояниям первой и второй групп – несущей способности и деформациям. Расчетное сопротивление грунта основания (формула с расшифровкой).

Тема 5.3. Фундаменты неглубокого заложения на естественных основаниях

Расчет осадки методом послойного суммирования. Центрально нагруженные фундаменты. Внецентренно нагруженные фундаменты. Расчет и конструирование ленточных фундаментов.

Тема 5.4. Свайные фундаменты

1. Классификация свайных фундаментов и свай. Определение несущей способности свай по материалу. Определение несущей способности сваи по грунту. Расчет свайных фундаментов.

Вопросы для контрольной работы:

1. Основные понятия об основаниях и фундаментах.

2. Характеристики физического состояния грунтов.

3. Классификация грунтов оснований.

4. Механические характеристики грунтов оснований.

5. Подземные воды и верховодка.

6. Распределение напряжений в грунтах оснований от сосредоточенных сил.

7. Распределение напряжений в грунтах оснований от равномерно распределенной нагрузки.

8. Распределение напряжений под подошвой фундамента.

9. Фазы напряженно-деформированного состояния грунта, критические давления.

10. Расчет оснований фундаментов по предельным основаниям. Общие сведения. Особенности расчета оснований и фундаментов.

11. Формы деформации зданий и сооружений.

12. Расчет деформаций фундаментов.

13. Классификация фундаментов и их конструирование.

14. Назначение глубины заложения подошвы фундаментов.

15. Определение размеров подошвы жестких центрально нагруженных фундаментов.

16. Определение размеров подошвы жестких внецентренно нагруженных фундаментов.

17. Классификация свай и свайных фундаментов.

18. Определение несущей способности свай.

19. Расчет свайных фундаментов.

20. Методы уплотнения грунтов оснований.

21. Устройство грунтовых подушек.

22. Методы закрепления грунтов оснований.

23. Фундаменты на просадочных грунтах.

24. Устройство фундаментов в районах вечной мерзлоты.

25. Фундаменты при сейсмических воздействиях.

Часть 2.

Методические рекомендации по решению практических задач разделов и тем учебной дисциплины

Задача 1.

РАЗДЕЛ 2: МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

Тема: Металлические колонны

Наименование работы: Расчет и конструирование базы сплошной центрально-сжатой колонны.

Цель работы: Приобрести навык расчета и конструирования базы центрально-сжатой колонны.

Задание: 1. Подобрать сечение стержня колонны из двутавра по вариантам таблицы 1 Коэффициенты γ_n=1, γ_c =1. Расчет произвести по первой группе предельных состояний.

2. Рассчитать (подобрать размеры) базу колонны.

3. Рассчитать сварные швы.

Пособие СНиП 11-23-81*, сортамент, калькулятор, 1, стр.161-193

                                        Пример расчета.

Произвести расчет и законструировать базу сплошной центрально-сжатой колонны. Опорная плита из стали ВСТЗпс6. Бетон фундамента марки С16/20 Коэффициенты: γ_n = 0,95. Выполнить чертеж базы колонны с нанесением размеров. Длина колонны l_o = μ · Н = 1 · 7 = 7 м. Колонна двутаврового сечения 40К5.

Решение

Расчет стержня колонны.

1.1. Из сортамента выписываем размеры двутавра 40К5:

 h = 410,5 мм; b = 407,7 мм; А = 262 см²

i_min=10,3 cм; t_f =25мм; t_w =15,5 мм.

1.2. Расчетные сопротивления:

Для стали ВСТ3пс6 R_y = 225МПа = 22,5 кН/см²

Для бетона С16/20 fcd =16/ γ_c = 16 / 1,5 = 10,667 МПа = 1,07 кН/см²

1.3. Определяем фактическую гибкость:

λ = = = 67,96 ≤  λ_сr = 120

1.4. Определяем коэффициент продольного изгиба φ методом интерполяции:

φ = 0,805 – · 7,96 = 0,765

1.5. Находим максимальную нагрузку (из формулы 2.1. для расчета сжатых элементов на прочность):

N = (R_y · γ_c / γ_n) ·φ· A = · 0,764 · 262 = 4740 кН

2. Расчет базы колонны.

2.1. Определяем площадь опорной плиты:

= = = 4442,4 см²

2.2. Предварительно назначаем размеры базы, исходя из размеров сечения колонны:

h=410,5 мм; b=407,7 мм.

Находим коэффициент соотношений сторон двутавра k =  =  = 1,01.

= = = 66,32 см; =  · k = 66,32 · 1,01 = 66,98 см.

Окончательно принимаем размеры опорной плиты: b_оп · l_оп = 66 · 67 см.

2.3. Определяем реактивный отпор фундамента:

q =  = = 1,07 ≤  fcd =1,07 кН/см²

Принимаем базу из толстой стальной плиты с передачей всех усилий через сварные швы. Плиту рассчитываем по максимальному моменту на консольном участке и участке, опертом на 3 стороны (см. рис. 1.1.) расчет производим для ширины 1 см.

2.3.1. Момент в консоли:

M₁ =  = = 90,07 кН · см,

Где а₁ =(670-410,5)/2=129,7 мм–консольный участок.

2.3.2. Момент на участке, опертом на 3 стороны определяется по формуле:

М₂ = β · q · a², коэффициент β зависит от соотношения сторон .

При соотношении:

= = 0,9 > 0,5 коэффициент β принимается по таблице: β = 0,107, тогда

М₂ = β · q · a² = 1,07 · 36,05² = 148,79 кН · см.

Если  < 0,5, то М₂ находится по формуле:  

 M₂ =

4. Требуемую толщину плиты определяем по максимальному изгибающему моменту:

t = = = 5,75 см ≈ 6 см, где γ_c =1,2 для фундаментных плит.

Принимаем плиту толщиной 60 мм.

1. Расчет сварных швов.

Определяем необходимую толщину сварного углового шва (β_f = 0,7; γ_wf = l для сварки вручную), для приварки стержня колонны по периметру к плите базы. Принимаем, что вся продольная сила N передастся через сварные швы.

1. Длина сварных швов:

l = 2 · 40,47 + 2 · 36,05 + 2 · (40,47– 1,55) = 230,88 см.

2. Расчетная длина сварных швов с учетом непровара

l_w = l – 1см = 230,88 – 1 = 229,88 см.

3. Для электродов марки Э42 R_wf  =180 МПа необходимая катет шва:

k_f = N/ (β_f · R_wf · l_w · γ_wf · γ_c) = 4740 / (0,7 · 18 · 229,88 · 1 · 1) =1,64 см = 16,4 мм,

По конструктивным требованиям принимаем k_f = 17 мм, т.к. при наименьшей толщине соединяемых элементов t_w = 15,5 мм, она должка быть не более 1,2t =1,2 · 15,5 =18,6 мм.

Таблица 1.

                                                    Задача 2.