Расчет железобетонных колонн по норме ACI 318-19 в программе RFEM 6

Техническая статья из области расчета конструкций и использования программ Dlubal Software

  • База знаний

Техническая статья

Эта статья была переведена Google Translator

Посмотреть исходный текст

С помощью аддона Concrete Design можно выполнить расчет бетонных колонн по норме ACI 318-19. В следующей статье будет подтвержден расчет арматуры в аддоне Concrete Design с помощью пошаговых аналитических уравнений по норме ACI 318-19, включая требуемую продольную стальную арматуру, площадь сечения брутто и размер/шаг стяжек.

Расчет железобетонной колонны

Железобетонная колонна с квадратными шпалами рассчитана на то, чтобы выдержать осевую постоянную и временную нагрузку в размере 135 и 175 тысяч фунтов соответственно с использованием расчета ULS и учтенных сочетаний нагрузок LRFD по норме ACI 318-19 [1] , как показано на рисунке 01. Прочность бетона на сжатие f'c равна 4 тысячам фунтов на кв. дюйм, тогда как предел текучести арматурной стали fy достигает величины 60 тысяч фунтов на кв. дюйм. Вообще предполагается, что доля стального армирования в колонне составляет 2%.

Расчет

Прежде всего, требуется рассчитать размеры сечения. Для квадратной колонны с хомутами определяется в качестве контролируемой силы давление, потому что все ее осевые нагрузки подвержены исключительно сжатию. По таблице 21.2.2 [1] коэффициент снижения прочности Φ равен 0,65. При определении максимальной осевой прочности следует руководствоваться таблицей 22.4.2 [1] , в которой коэффициент альфа (α) устанавливается равным 0,80. Теперь можно рассчитать расчетную нагрузку Pu.

Pu = 1,2 (135) + 1,6 (175) = 442 тысячи фунтов

На основе данных коэффициентов, составляет расчетная нагрузка Pu 442 фунтов на кв. дюйм. Затем можно рассчитать сечение брутто Ag по уравнению 22.4.2.2.

расчетная нагрузка

Pu = (Φ) (α) [ 0.85 f'c (Ag - Ast) + fy Ast]

где

Φ - коэффициент снижения прочности

α - коэффициент альфа

f 'c - прочность на сжатие

Ag - Сечение брутто

Ast - процент стальной арматуры

442 тысячи фунтов = (0,65) (0,80) [0,85 (4 тысячи фунтов) (Ag - 0,02 Ag ) + ((60 ksi) (0,02) Ag )]

При решении уравнения для Ag, у нас выходит площадь размером 188 дюймов2. Берется квадратный корень из Ag , который округляется в большую сторону, чтобы получить сечение колонны размером 14 х 14 дюймов.

Требуемая стальная арматура

Теперь, когда Ag задано, можно рассчитать площадь стальной арматуры Ast по уравнению. 22.4.2.2, подставив известное значение Ag = 196 в 2 и решив его.

442 тысячи фунтов = (0,65) (0,80) [0,85 (4 тысячи фунтов) (196 фунтов на квадратный дюйм - Ast ) + ((60 ksi) (Ast ))]

Решение для Ast дает значение 3,24 в 2 . Отсюда можно определить количество стержней, необходимое для расчета. Согласно разделу 10.7.3.1 [1] , колонна с квадратными стяжками должна иметь не менее четырех стержней. На основе этого критерия и минимальной требуемой площади 3,24 дюйма 2 , (8) стержней № 6 для стальной арматуры используется приложение B [1] . Это обеспечивает площадь армирования ниже.

Ast = 3.52 дюйма2

Выбор хомута

Для определения минимального размера стяжки требуется раздел 25.7.2.2 [1] . В предыдущем разделе мы выбрали продольные стержни № 6, которые меньше, чем стержни № 10. На основе этой информации и раздела, выбираем № 3 для шпал.

Шаг хомута

Чтобы определить минимальные расстояния между стяжками, обратитесь к разделу 25.7.2.1 [1] . Швы, состоящие из замкнутых деформированных стержней, должны иметь шаг, соответствующий пунктам (a) и (b) из данного сечения.

(a) Расстояние в свету должно быть не менее (4/3) dagg . У данного расчета предполагается, что общий диаметр (dagg) составляет 1,00 дюйм.

smin = (4/3) dagg = (4/3) (1.00 in.) = 1.33 дюйма

(b) Расстояние между центрами не должно превышать минимум 16 db диаметра продольного стержня, 48 db анкерного стержня или наименьшего размера стержня.

sМакс . = Мин. (16 db , 48 db , 14 дюймов)

16 db = 16 (0,75 дюйма) = 12 дюймов

48 db = 48 (0,375 дюйма) = 18 дюймов

Согласно расчетам, минимальный чистый размер хомута равен 1,33 дюйма, а максимальный - 12 дюймам. В данном расчете будет определяющим фактором именно максимальный размер хомута, который составляет вышеупомянутых 12 дюймов.

Подробная проверка

Теперь можно выполнить детальную проверку для проверки процентного содержания армирования. Требуемый процент стали должен составлять от 1% до 8% согласно требованиям ACI 318-19 [1] .

Процент стали

AstAg = 3.52 in2196 in2 = 0.01795 · 100  = 1.8 %

где

Ast = общая площадь ненапряженной продольной арматуры, включая стержни или стальные профили, без преднапряженной арматуры

Ag - Сечение брутто

Продольное расстояние стержней

Максимальное продольное расстояние стержней можно рассчитать на основе шага защитного слоя и диаметра поперечных и продольных балок.

Максимальный шаг продольных стержней

14 in. - 2 (1.5 in.) - 2 (0.375 in.) - 3 (0.75 in.)2 = 4.00 in.

4 дюйма меньше чем 6 дюймов, требуемых по статье 25.7.2.3 (a) [1].

Минимальный продольный шаг стержней можно рассчитать, используя ссылку 25.2.3 [1] , в которой указано, что минимальный продольный шаг для колонн должен быть, по крайней мере, наибольшим из значений (a) - (c).

(a) 1,5 дюйма

(b) 1,5 db = 1,5 (0,75 дюйма) = 1,125 дюйма

(c) (4/3) db = (4/3) (1,00 дюйм) = 1,33 дюйма

Соответственно минимальное продольное расстояние стержней составляет 1,50 дюйма.

Длину развертки (Ld ) также необходимо рассчитать со ссылкой на 25.4.9.2 [1] . Он будет равен наибольшему из значений (a) или (b), рассчитанных ниже.

(а) Длина развертки

Ldc = fy · ψr50 · λ · f'c · db = 60,000 psi · 1.050 · 1.0 · 4000 psi · 0.75 in. = 14.23 in.

где

fy - заданный предел текучести для ненапряженного армирования

ψr - коэффициент, используемый для изменения длины развертки на основе ограниченной арматуры

λ - коэффициент модификации для отражения пониженных механических свойств легкого бетона по сравнению с обычным бетоном той же прочности на сжатие

f 'c - Прочность на сжатие

db - номинальный диаметр стержня, проволоки или преднапряженной пряди

(b) Длина развертки

Ldc = 0.0003 · fy · ψr · db = 0.0003 · (60000 psi) · (1.0) · (0.75 in.) = 13.5 in.

где

fy - заданный предел текучести для ненапряженной арматуры

ψr - коэффициент, используемый для изменения длины развертки на основе ограниченной арматуры

db - номинальный диаметр стержня, проволоки или преднапряженной пряди

В данном примере (a) - это большее значение, поэтому Ldc = 14,23 дюйма.

Ссылаясь на 25.4.10.1 [1] , длина развертки умножается на соотношение требуемой стальной арматуры к предоставленной стальной арматуре.

Длина развития

Ldc = Ldc As, providedAs, required = (14.23 in.)1 ft.12 in.1.92 in.23.53 in.2 = 0.65 ft

Усиленная колонна с квадратными анкерами рассчитана полностью, ее сечение показано на Рисунке 02.

Сравнение с программой RFEM

Альтернативой расчета квадратной анкерной колонны вручную является использование аддона Concrete Design в программе RFEM 6 и выполнение расчета по норме ACI 318-19 [1] . Аддон определит требуемую арматуру, способную противостоять действующим нагрузкам на колонну. Затем пользователю требуется вручную настроить заданное расположение арматуры, чтобы оно соответствовало показанному требуемому армированию.

На основе примененных нагрузок в этом примере программа RFEM 6 определила требуемую площадь продольной арматуры размером 3,24 кв . Длина развертки, рассчитанная в аддоне Concrete Design, равна 0,81 м. Расхождение по сравнению с длиной развертки, рассчитанной с помощью аналитических уравнений, происходит из-за нелинейных расчетов программы ', включая частный коэффициент γ. Коэффициент γ - это соотношение предельных и действующих внутренних сил, взятое из программы RFEM. Длина развертки в аддоне Concrete Design находится путем умножения обратного значения гаммы на длину, определенную по 25.4.9.2 [1] . Длину развертки и арматуру можно предварительно просмотреть на Рисунках 03 и 04 соответственно.

Минимальная требуемая площадь поперечной арматуры (Av, min ) для стержня в аддоне Concrete Design была рассчитана и составила 0,14 дюйма 2 стержня с минимальным шагом (smax ) 12 дюймов. Требуемая схема расположения поперечной арматуры показана на рисунке 05.

Автор

Alex Bacon, EIT

Alex Bacon, EIT

Инженер технической поддержки

Алекс отвечает за обучение клиентов, техническую поддержку и за разработку наших программ для североамериканского рынка.

Ключевые слова

Rfem 6 Расчёт железобетонных конструкций ACI 318-19 Бетонная конструкция Бетонная колонна Расчёт

Литература

[1]   Dlubal Software. (2017). Manual RF-CONCRETE Members. Tiefenbach.
[2]   ACI 318-19, Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary

Ссылки

Добавить комментарий...

Добавить комментарий...

  • Просмотры 577x
  • Обновления 23. мая 2022

Контакты

Связаться с Dlubal

У вас есть дополнительные вопросы или вам нужен совет? Свяжитесь с нами по телефону, электронной почте, в чате или на форуме или найдите предлагаемые решения и полезные советы на странице часто задаваемых вопросов, доступной круглосуточно.

+49 9673 9203 0

[email protected]

Онлайн-обучение | Английский

Rfem 6 | Основы

Онлайн-обучение 29. июля 2022 9:00 - 13:00 CEST

Онлайн-обучение | Английский

Rfem 6 | Основы | США

Онлайн-обучение 11. августа 2022 12:00 - 16:00 EDT

Онлайн-обучение | Английский

Еврокод2 | Железобетонные конструкции по норме DIN EN 1992-1-1

Онлайн-обучение 12. августа 2022 8:30 - 12:30 CEST

Онлайн-обучение | Английский

Еврокод 3 | Стальные конструкции по норме DIN EN 1993-1-1

Онлайн-обучение 8. сентября 2022 9:00 - 13:00 CEST

Онлайн-обучение | Английский

Еврокод5 | Деревянные конструкции по норме DIN EN 1995-1-1

Онлайн-обучение 15. сентября 2022 9:00 - 13:00 CEST

Онлайн-обучение | Английский

RFEM 6 | Основы

Онлайн-обучение 7. октября 2022 9:00 - 13:00 CEST

Онлайн-обучение | Английский

Еврокод2 | Бетонные конструкции по DIN EN 1992-1-1

Онлайн-обучение 14. октября 2022 9:00 - 13:00 CEST

Онлайн-обучение | Английский

Еврокод 3 | Стальные конструкции по норме DIN EN 1993-1-1

Онлайн-обучение 17. ноября 2022 9:00 - 13:00 CET

Онлайн-обучение | Английский

Еврокод5 | Деревянные конструкции по норме DIN EN 1995-1-1

Онлайн-обучение 15. июня 2022 8:30 - 12:30 CEST

Онлайн-обучение | Английский

RFEM 6 для студентов | США

Онлайн-обучение 8. июня 2022 13:00 - 16:00 EDT

Алюминиевый дизайн ADM 2020 в\n RFEM 6

Алюминиевый дизайн ADM 2020 в RFEM 6

Webinar 25. мая 2022 14:00 - 15:00 EDT

Расчётные опоры в RFEM 6

Расчётные опоры в RFEM 6

Длительность 1:27 мин

RFEM 6
Зал с арочной кровлей

Основная программа

Программа для расчета конструкций RFEM является основой модульной системы нашего программного обеспечения.
Основная программа RFEM 6 используется для определения конструкций, материалов и нагрузок у плоских и пространственных конструктивных систем, состоящих из плит, стен, оболочек и стержней.
В ней также можно создавать смешанные системы, такие как элементы тел или контактные элементы.

Цена первой лицензии
3 990,00 USD
RFEM 6
Визуализация арматурных стержней

расчет

Аддон Concrete Design позволяет рассчитывать железобетонные конструкции в соответствии с различными нормативами.
С его помощью можно рассчитывать стержни, поверхности и колонны, а также выполнять расчёт на продавливание и определение деформаций.

Цена первой лицензии
2 200,00 USD