Строим дом Мечты сбываются

Расчетные ситуации и сочетания нагрузок при расчете колонн. Учимся анализировать.

Колонны в основном рассчитываются как внецентренно сжатые элементы. Что это значит? Если на колонну действует просто вертикальная сила, причем эта сила приложена ровно в центре колонны, то такая колонна фактически работает лишь на сжатие. Сжимающее усилие железобетон выдерживает очень хорошо. Мы знаем, что расчетное сопротивление бетона класса В25 осевому сжатию Rb = 148 кг/см2. Что это значит? Что каждый квадратный сантиметр бетона колонны (или другого сжатого элемента из бетона кл. В25) может выдержать нагрузку в 148 кг. Если колонна у нас сечением 300х300 мм, то ее площадь равна 30∙30 = 900 см2, и такая колонна может выдержать 148∙900 = 133200 кг = 133,2 т вертикальной силы. Число внушает уважение. Но это лишь при условии строго вертикальной нагрузки, расположенной четко по оси колонны (в геометрическом центре сечения). В реальности картина обычно далека от идеала, и даже в запроектированной с центральной нагрузкой колонне может произойти смещение этой нагрузки в любую сторону на какую-то случайную величину. Эту величину принято называть случайным эксцентриситетом. А если нагрузка приложена с эксцентриситетом, т.е. не посередине, то колонну будет гнуть в ту сторону, в которую смещена нагрузка. То есть, в колонне возникает изгибающий момент. А на изгиб железобетон работает гораздо хуже, чем на сжатие. И арматура, которая получается в результате расчета колонны, не мало увеличена именно за счет действия изгибающих моментов в колонне.

Какие бывают расчетные ситуации для колонн?

Ситуация А. Когда на колонну действует только вертикальная сила.

В этой ситуации можно выделить несколько случаев.

Случай 1. Вертикальная сила приложена четко по оси колонны (в геометрическом центре сечения).

Как на самом деле эта сила учитывается в расчете?

Помимо самой силы N в расчет еще включаются две величины: изгибающие моменты, которые могут возникнуть в результате смещения силы N в ту или иную сторону на величину случайного эксцентриситета. Да, этот эксцентриситет невелик, он определяется по конкретным формулам, но нагрузку на колонну он увеличивает.

В итоге вместо одной силы N мы получаем N + М1 + М2, и, конечно, это отразится на армировании.

Случай 2. Вертикальная сила, действующая на колонну сбита вдоль вертикальной оси, но находится на горизонтальной оси.

В этом случае вертикальная сила создает конкретный изгибающий момент М = N∙e1. Этот изгибающий момент вызывает в колонне определенные деформации – часть сечения колонны оказывается сжатой, а часть – растянутой.

При небольшом моменте и маленьком эксцентриситете растяжения может не возникнуть вообще, просто колонна будет сжата не равномерно – где-то больше, а где-то меньше.

Если в колонне есть растянутая зона, армирования следует ждать большого – бетон не работает на растяжение, все растягивающие усилия примет на себя арматура.

Еще хочется добавить, что если вертикальная сила сбита только в одном направлении, и эксцентриситет сбивки нам известен, то в перпендикулярном направлении при расчете нам может потребоваться задать случайный эксцентриситет, чтобы учесть неучтенные неблагоприятные факторы. В итоге на колонну в одном направлении будет действовать изгибающий момент М1, возникший из-за смещения силы N на расстояние e1 относительно оси колонны; а в другом направлении – изгибающий момент М2, возникший из-за возможного смещения силы N на величину случайного эксцентриситета еа.

Расчет такой колонны происходит в два этапа: сначала рассчитывается колонна в плоскости изгиба (N + М1), затем из плоскости изгиба (N + М2). По результатам каждого расчета находится площадь арматуры для двух противоположных граней колонны.

Потом эту арматуру нужно будет пересчитать в конкретные арматурные стержни и законструировать сечение колонны.

Примером для такого случая будет шарнирное опирание на колонну сборной балки (например, опирание на консоль). Балка никак не может передать нагрузку ровно по центру, эта нагрузка всегда будет смещена в сторону от оси колонны. Расстояние смещения и есть эксцентриситет е1. А вот случайный эксцентриситет еа для такого случая может быть вызван тем, что монтажники случайно установили балку не ровно по оси колонны, а со сбивкой на пару сантиметров в сторону. Бывает? Бывает. Вот всякие такие случайности и учитывает случайный эксцентриситет (простите за тавтологию).

Случай 3. Бывает, что сила N сбита относительно обеих осей (или же вертикальных сил две и более, и каждая из них сбита в какую-то сторону). Тогда и М1, и М2 определяются умножением соответствующей силы N на соответствующий эксцентриситет – расстояние от оси колонны до точки приложения нагрузки.

Этот случай самый сложный. Он дает значительный изгиб колонны сразу в двух направлениях. И если в случае 2 сжатая зона колонны  находилась у одной грани, а растянутая – у противоположной, то в случае 3 грань между сжатой и растянутой зоной проходит по косой, и максимально растянутым выходит один угол колонны, а максимально сжатым – противоположный. То есть, растянутыми будут две соседние грани колонны, а сжатыми – две противоположные им соседние грани.

Такая колонна рассчитывается на косое внецентренное сжатие. Армируется она, в итоге, симметрично, но самое главное – сделать расчет правильно, чтобы самые перенапряженные растяжением стержни выдержали.

Обычно расчет (ручной) на косое внецентренное сжатие производится в виде проверки: сначала задается армирование конкретными стержнями с конкретной привязкой, а затем выполняется проверочный расчет, определяющий, выдержит ли арматура нагрузку.

Если вы хотите глубже понять воздействие вертикальной силы и изгибающего момента на арматуру колонны, можете еще ознакомиться со статьей "Как армирование колонны зависит от нагрузки".

А мы продолжим рассматривать расчетные ситуации для колонн.

Ситуация Б. На колонну действует вертикальная сила N и один или более изгибающий момент М.

В рамах это очень распространенная ситуация. Ведь жестко соединенное с колонной перекрытие передает изгибающие моменты на колонну, и при расчете рамы мы все эти моменты определяем как нагрузку на нашу колонну.

В данной ситуации мы можем выделить два случая.

Случай 1. Когда изгибающий момент (или сумма всех изгибающих моментов) приложен к колонне в одной плоскости.

Такая колонна рассчитывается как внецентренно сжатая. По сути, нагрузка на нее подобна нагрузке по случаю 2 ситуации А, только к моменту от силы N прибавляется еще и момент от перекрытия. Из плоскости колонны также действует момент от силы N, приложенной со случайным эксцентриситетом.

Случай 2. Когда изгибающие моменты (или сумма моментов) действуют на колонну в двух плоскостях.

Эта компоновка сил подобна случаю 3 ситуации А, расчет колонны ведется на косое внецентренное сжатие.

В чем особенность наличия изгибающих моментов в колонне (то ли от сбитой от центра вертикальной силы, то ли непосредственно моментов от перекрытия)? Как я уже писала выше, моменты вызывают изгиб колонны, а изгиб может привести к возникновению растяжения в части сечения колонны. И как только появляется растяжение, сразу сильно возрастает армирование. Что можно сделать в ситуациях с перегруженными изгибающим моментом колоннами, вы можете узнать из статьи "Изгибающие моменты в колонне. Что можно сделать?"

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Последняя статья на сайте

Если в фундаментной плите слишком большая верхняя арматура?

Бывает такая ситуация: принимаешь решение сделать под домом фундаментную плиту, выполняешь расчет в программном комплексе и обнаруживаешь странное явление: чрезмерную верхнюю арматуру в плите, прямо вот очень большую. Давайте рассмотрим на примере, откуда у этого явления ноги растут.

На рисунке показан результат расчета (верхнее армирование вдоль оси Х) обыкновенной фундаментной плиты с монолитными стенами по периметру (стены с плитой жестко связаны). Как видите, верхняя арматура достигла диаметра 18 мм с шагом 200 мм. Внушительно для небольшой плиты в частном доме.

В чем же причина такого явления?

Прочитать статью

Новые статьи

Последние комментарии

  • Михаил 13.12.2017 16:28
    Ирина, Вы молодец! Спасибо за Ваш труд!

    Подробнее...

     
  • Иринa 10.12.2017 06:52
    На облицовку опирать нельзя, лучше оставить зазор. А кирпич под плиту не помешает, чтобы газоблоку ...

    Подробнее...

     
  • Андрей 09.12.2017 16:01
    Стена из газобетона 400 с облицовкой, под плиту проложить 3 ряда кирпича поперек, чтобы половина ...

    Подробнее...

     
  • Иринa 09.12.2017 15:33
    Что значит "на облицовку? Звучит подозрительно... да, этого будет достаточно

    Подробнее...