Проектирование конструкций переходных колонн

Анализ напряжений и армирования переходной колонны

Расчет ограничительных фрагментов и анализ результатов эксперимента показали, что переходная колонна находится в условиях сложного напряженно- деформированного состояния, где главные растягивающие напряжения σ⁺, а главные сжимающие напряжения σ^-.

Из рисунка видно, что при увеличении нагрузки трещины переходных колонн увеличиваются. Для ограничения образования наклонных трещин необходимо регулировать размер сечения переходной колонны. Вертикальное усилие антаблемента, которое передается от верхних колонн на «переходный стык» должно удовлетворять следующему условию: V_k≤ βƒ_tkbh, где V_k - нормативное значение вертикальных поперечных сил; β - коэффициент, учитывающий трещины (0,85); ƒ_tk- нормативное значение прочности бетона на растяжение; b - ширина сечения переходной колонны; h - высота переходной колонны.

Схема распределения напряжений в переходной колонне

7 - 00433 — Фотоальбом

Кроме выполнения предыдущего условия необходимо также регулировать величину поперечной силы:

7 - 000433 — Фотоальбом

где V - нормативное значение вертикальной поперечной силы; ƒ_c - нормативное значение прочности бетона на сжатие; y_RE - коэффициент сейсмостойкости, равный 0,85.

При сильном сейсмическом воздействии вертикальная арматура должна удовлетворять требованиям формулы:

7 - 00434 — Фотоальбом

где V₁ - нормативное значение вертикальных поперечных сил при сильном сейсмическом воздействии; ƒ_y - нормативное значение прочности арматуры на растяжение; y_RE - коэффициент сейсмостойкости, равный 0,85; A_sv - площадь сечения вертикальной арматуры; s - шаг вертикальной арматуры; h - высота сечения переходной колонны.

При сильном сейсмическом воздействии горизонтальная арматура должна удовлетворять требованиям формулы:

7 - 000434 — Фотоальбом

где V₂ - нормативное значение горизонтальных поперечных сил при сильном сейсмическом воздействии; ƒ_y - нормативное значение прочности арматуры на растяжение; y_RE - коэффициент сейсмостойкости, равный 0,85; A_sw - площадь сечения горизонтальной арматуры, s' - шаг горизонтальной арматуры; с - ширина сечения переходной колонны.

Для того чтобы ограничить возникновение температурных трещин в переходной колонне, коэффициент вертикального и горизонтального армирования должен удовлетворять следующему условию:

7 - 0000434 — Фотоальбом

где A_sv - площадь арматуры; b - ширина сечения переходных колонн; s - шаг арматуры.

Регулирование масштабных параметров

Для нормальной работы переходных колонн необходимо сначала отрегулировать жесткость и прочность переходных элементов, одновременно регулируя размеры переходных колонн. Применение предварительного напряжения зависит от масштабных параметров переходной колонны и может быть назначено при соблюдении следующих условий:

7 - 00000434 — Фотоальбом

В модели имеется три переходных этажа, при этом переходный масштаб C/h = 1,55/3,5 = 0,44 (на 10-м и 22-м этажах) и 33/4,8 = 0,69 (на 4-м этаже). На 4-м этаже перекрытия переходных этажей выполнены предварительно напряженными, на 10-м и 22-м этаже переходный масштаб < 0,45, предварительное напряжение не применяется, так как в этом случае достаточно обычного армирования.

Проектирование предварительно напряженных переходных колонн

Назначение предварительного напряжения

В этом проекте назначается величина предварительного напряжения (без учета потерь) примерно равной 70% нормативного сопротивления арматуры. Для армирования применяется высокопрочный стальной канат Ø15 мм. Величина предварительного напряжения в этом случае σ_сопI = 0,7ƒ_ptk (f_ptk= 1860 Н/мм).

Армирование переходной колонны 3-4-го этажей

1 - верхняя основная арматура балки; 2 - покрытие 4-го этажа; 3 - металлический каркас балки; 4 - нижняя основная арматура балки; 5 - сварка внахлест основной арматуры с двух сторон в верхней части колонны на 10d; 6 - сварка внахлест основной арматуры с двух сторон на 10d; 7 - покрытие 3-го этажа; 8 - хомут; 9 - растянутая арматура; 10- нахлест внешней арматуры колонны на 15d; 11 - загиб верхней и нижней арматуры балки на 15d

Расположение арматуры по концентрации растягивающих напряжений

Анализ результатов расчета и эксперимента показывает, что растяжение перекрытий от сосредоточенных сил колонн верхних этажей происходит неравномерно. Располагать предварительно напряженную арматуру в конструкциях перекрытий необходимо в соответствии с уровнем концентрации растягивающих напряжений. В балках каркаса установлено 2/3 от общего количества арматуры, а в остальных областях каркаса - 1/3.

Анкеровка арматуры

Из-за размещения различного оборудования и лифтовых шахт отдельная предварительно напряженная арматура не может пересекать целый этаж, поэтому арматура заанкеривается во внутренних стенах ствола. Толщина ствола 500 мм. Расположение предварительно напряженной арматуры показано на рисунке.

Армирование переходной колонны 10-11-го этажей

1 - хомут; 2 - растянутая арматура; 3 - сварка внахлест основной арматуры с двух сторон на 10d; 4 - верхняя основная арматура балки; 5 - нижняя основная арматура балки; 6 - сварка внахлест основной арматуры с двух сторон на 10d; 7 - сварка внахлест основной армаггуры с двух сторон на 10d; 8- покрытие 11-го этажа; 9 — покрытие 10-го этажа; 10- нахлест внешней арматуры колонны на 15d

Регулирование прочности и пластичности

Переходные колонны являются главными элементами проекта. Мероприятия при проектировании переходных колонн, колонн верхних и нижних этажей и ствола здания должны учитывать следующие особенности:

обеспечение прочности нормального и наклонного сечения при комбинированном сейсмическом воздействии;
учет большой поперечной силы при небольшом изгибающем моменте: загруженность наклонного сечения ≥ 1,2 загруженности нормального сечения;
внецентренное приложение сил при комбинированном сейсмическом воздействии;
необходимо увеличивать коэффициент продольного и поперечного армирования и длину зон анкеровки.

Схема расположения предварительно напряженной арматуры 4-го этажа

1 - дополнительная арматура 3-го ряда; 2 - дополнительная арматура 2-го ряда; 3 - дополнительная арматура 3-го ряда

← Экспериментальные исследования конструкций с переходными колоннами

Переходные конструкции с раскосами →