Расчет и конструирование железобетонных конструкций многоэтажного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

- 2 -

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский Государственный Строительный Университет

Курсовой проект

Тема

Расчет и конструирование железобетонных конструкций многоэтажного здания

Студент: Грибань Д.И.

Содержание

перекрытие плита колонна фундамент

Компоновка конструктивной схемы междуэтажного перекрытия

Расчет и проектирование многопустотной предварительно-напряженной плиты перекрытия

Расчет и конструирование однопролетного ригеля

Расчет и конструирование фундамента под колонну

Библиографический список

Компоновка конструктивной схемы сборного межэтажного перекрытия

Связевая конструктивная схема здания с поперечным расположением ригелей и сеткой клон с размерами в плане м

Колонны 400*400 мм

Ригель таврового сечения шириной 20 см

=4,2 …. 6,6 м

=45 см-высота ригеля без предварительного напряжения арматуры;

Плита перекрытия выбирается в зависимости от временной нагрузки при - многопустотные питы.

= 4,2… 6,6 м- длина плиты

= 5,9 м( 7 секций )

Ширина плиты:

Основная плита =1,2…2,4м

Плита распорка = 0,8…1,8 м

Плита доборная

Принимаем =1,7м, =1,6м, .

Количество пустот 8шт Ш159мм, расстояние между пустотами =30 мм.

Высота плиты =22 см.

Расчет и проектирование многопустотной предварительно-напряженной плиты перекрытия

Исходные данные Нагрузки на 1 м² перекрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, Н/м2	Коэффициент надежности по нагрузке,	Расчетная нагрузка, Н/м2
1	2	3	4
Паркет, д = 12 мм.	0,096	1,3	0,12
Древесно-волокнистая плита д = 8 мм.	0,048	1,3	0,06
Цементно-песчаная стяжка д = 30 мм.	0,54	1,3	0,7
Многоустотная плита с омоноличиванием швов	3,4	1,1	3,74
Постоянная нагрузка	4,08	-	4,62
Временная нагрузка: Перегородки (длительная) Полезная (из задания) в т. ч. длительная Кратковременная	0,5 4,0 1,5 2,5	1,2 1,2 1,2 1,3	0,6 4,8 1,8 3,25
Итого временная нагрузка	4,5	-	5,4
Полная нагрузка	8,58	-	10,02

Нагрузка на 1 п. м. длины плиты при нормальной ее ширине 1,7 м с учетом коэффициента надежности по ответственности здания :

- расчетная постоянная

- расчетная полная

- нормативная постоянная

- нормативная полная

- нормативная постоянная и длительная

Материалы для плиты:

Бетон - тяжелый класса по прочности на сжатие В25. , ; , ; коэффициент условия работы бетона .

Начальный модуль упругости

Технология изготовления плиты - агрегатно-поточная. Плита подвергается тепловой обработке при атмосферном давлении. Натяжение напрягаемой арматуры осуществляется электротермическим способом.

Арматура:

- продольная напрягаемая класса А-600: , , ;

- ненапрягаемая класса А - 500, ,

Расчет плиты по предельным состояниям первой группы

Определение внутренних усилий

Расчетный пролет плиты в соответствии с рис.2

Поперечное конструктивное сечение плиты заменяется эквивалентным двутавровым сечением.



; ; ; ; .

Плита рассчитывается как однопролетная шарнирно-опертая балка, загруженная равномерно-распределенной нагрузкой

Усилия от расчетной полной нагрузки:

- изгибающий момент в середине пролета

 кНм

- поперечная сила на опорах

кН.

Усилия от нормативной нагрузки:

- полной

кНм

- постоянной и длительной

кНм

Расчет по прочности сечения, нормального к продольной оси плиты

При расчете по прочности расчетное поперечное сечение плиты принимается тавровым с полкой в сжатой зоне.

При расчете принимается вся ширина верхней полки , так как

где l - конструктивный размер плиты.

Положение границы сжатой зоны плиты определяется согласно:

;

Следовательно, граница сжатой зоны проходит в полке и расчет плиты ведется как прямоугольного сечения с размерами и h.

Должно выполнятся условие

Граничная относительная высота сжатой зоны определяется по формуле:

;

где - относительная деформация арматуры растянутой зоны, вызванная внешней нагрузкой при достижении в этой арматуре напряжения, равного R_s ;

- относительная деформация сжатого бетона при напряжениях, равных R₆ принимаемая равной 0,0035.

Для арматyры c условным пределом текучести значение ,определяется по формуле:

;

- предварительное напряжение в арматуре с учетом всех потерь и коэффициентом = 0,9.

Предварительное напряжение арматуры принимают не более 0,9 для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры (А600) и не более 0,8 для холоднодеформированной арматуры и арматурных канатов (2.2.3.1 [4]).

Принимаем = 0,8 = 0,8*600 = 480 МПа.

При проектировании конструкций полные cyммapныe потери следует

принимать не менее 100 МПа (п. 2.2.3.9 [4]), = 100 МПа.;

При определении : =0.9*480-100 = 332 МПа

;

Площадь сечения арматуры определяем по формуле:

; - коэффициент условий работы

Принимаем 7Ш12 А600 ; см²

Напрягаемые стержни должны располагаться симметрично и расстояние между ними должно быть не более 400 мм при h> 150 мм.

Расчет по прочности сечения при действии поперечной силы

Поперечная сила от полной нагрузки Q=45,22 кН

Расчет предварительно напряженных элементов производят из условия:

- коэффициент принимаемый равным 0,3

b- ширина ребра =41,8см

Расчет предварительно напряженных изгибаемых элементов по наклонному сечению производят из условия:

Q - поперечная сила в наклонном сечении

принимается не более и не менее ;

- коэффициент. Принимаемый равным 1,5

Поперечная арматура (хомуты) необходима по расчету для восприятия усилия:

Усилие в поперечной арматуре на единицу длины равно:

;

назначая шаг хомутов ,получаем:

Окончательно принимаем на приопорных участках плиты по четыре каркаса с поперечной рабочей арматурой(хомутами), расположенной с шагом . В этом случае для 1Ш5 В500 в одном сечении имеем : .

Расчет плиты по второй группе предельных состояний

Геометрические характеристики приведенного сечения

Круглое очертание пустот заменим эквивалентным квадратным со стороной

.

Размеры расчетного двутаврового сечения: толщина полок , ширина ребра , ширина полок .

При

площадь приведенного сечения

А = 2027,63 см²

Статический момент приведенного сечения относительно нижней грани

Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения

.

Момент инерции приведенного сечения относительно от центра тяжести

Момент сопротивления приведенного сечения по нижней зоне

то же, по верхней грани:

.

Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны, согласно формуле:

.

Эксцентриситет усилия обжатия

- для двутаврового симметричного сечения.

=7,9+5,53= 13,43 см

Потери предварительного напряжения арматуры

Потери от релаксации напряжений в арматуре при электротермическом способе натяжения стержней арматуры

.

Потери от температурного перепада между натянутой арматурой и упорами , т.к. при агрегатно-поточной технологии форма с упорами нагревается вместе с изделием.

Потери от деформации формы при электротермическом способе натяжения арматуры не учитывают .

Потери от деформации анкеров электротермическом способе натяжения арматуры не учитывают; .

Первые потери:

Потери от усадки бетона: ; - деформация усадки бетона классов В35 и ниже.

;

Потери от ползучести бетона определяются по формуле:

;

- коэффициент ползучести бетона , принимаем =2,5

;

;

;

Полное значение первых и вторых потерь:

;

принимаем

- усилие предварительного обжатия с учетом полных потерь;

- момент образования трещин;

Нормативный момент от полной нагрузки M_n=102,77 кНм.

;

Изгибающий момент от полной нормативной нагрузки = 102,77кНм больше,чем M_n=54,3 кНм - трещины в растянутой зоне от эксплутационных нагрузок не образуются.

Расчет прогиба плиты

Расчет изгибаемых элементов по прогибам производят из условия

Где -прогиб от внешней нагрузки;

- значение предельно допустимого прогиба. ;

Полную кривизну для участков с трещинами определяется по формуле:



где

- кривизна от непродолжительного действия кратковременных нагрузок.

- кривизна от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок.

- кривизна от непродолжительного усилия предварительного обжатия

Так как прогиб плиты ограничивается эстетико-психологическим требованиями

- кривизна, вызванная непродолжительным действием кратковременной нагрузки, не учитывается.

Таким образом, кривизна в середине пролета определяется только от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок, т.е. при действии изгибающего момента кНм.

Кривизну элемента определяют по формуле:

;

в зависимости от параметров:

;

Коэффициент приведения арматуры к бетону:

Приведенный модуль деформаций сжатого бетона

.

.

.

Находим =0,736.

Условие удовлетворяется, т.е. жёсткость плиты достаточна.

Расчет и конструирование однопролетного ригеля

Для опирания пустотных панелей принимается сечение ригеля высотой или , для опирания ребристых панелей принимается сечение ригеля высотой . Ригели могут выполняться обычными или предварительно напряженными. Высота сечения обычного ригеля .

Исходные данные

Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м² перекрытия принимаются те же, что и при расчете панели перекрытия. Ригель шарнирно оперт на консоли колонн, . Расчетный пролет равен:

где - пролет ригеля в осях;

- размер колонны;

20 мм - зазор между колонной и торцом ригеля;

130 см - размер площадки опирания.

Расчетная нагрузка на 1 м длины ригеля определяется с грузовой полосы, равной шагу рам, в данном случае шаг рам 5,9 м.

Постоянная (g):

- от перекрытия с учетом коэффициента надежности по ответственности

- от веса ригеля

где 2500кг/м³ - плотность железобетона.

С учетом коэффициента надежности по ответственностии надежности по нагрузке ;

Постоянная погонная нагрузка :

кн/м

Временная нагрузка (V) с учетом коэффициента надежности по назначению здания и коэффициента снижения временной нагрузки в зависимости от грузовой площади

где А₁=9м²; А - грузовая площадь, А=5,9*6,7=39,53м².

- полная погонная нагрузка

g + V = 29,56+25,38 =54,94 кН/м

Определение усилий в ригеле

Расчетная схема ригеля - однопролетная шарнирно опертая балка пролетом . Вычисляем значения максимального изгибающего момента М и максимальной поперечной силы Q от полной расчетной нагрузки:

Характеристики прочности бетона и арматуры:

- бетон тяжелый класса В35, расчетное сопротивление при сжатии , при растяжении ; коэффициент условий работы бетона ;

- арматура продольная рабочая класса А500 диаметром 10-40 мм, расчетное сопротивление и поперечная рабочая арматура класса А400 диаметром 6-8 мм, .

Расчет прочности ригеля по сечению, нормальному к продольной оси

Определяем высоту сжатой зоны ,

где h_о - рабочая высота сечения ригеля;

- относительная высота сжатой зоны, определяемая по _m

,

,

где М=258,01кНм; R_b=19,5 МПа;

b- ширина сечения ригеля, b=20 см.

=0,72;

высота сжатой зоны

Значение определяется по формуле

Где - относительная деформация растянутой арматуры при напряжения равных Rs

, Rs= 435МПа, Es=

- относительная деформация сжатого бетона при напряжения равных Rb принимаемая равной 0,0035

,

площадь сечения растянутой арматуры определяется по формуле

;

т.к. граница сжатой зоны проходит в узкой части сечения ригеля

Принимаем арматуру: 428 А500(Аs=24,63 cм²)

Расчет ригеля по прочности при действии поперечных сил

Расчет производится рядом с подрезкой в месте изменения сечения ригеля.

В качестве расчетного принимаем прямоугольное сечение с размерами , в котором действует поперечная сила от полной расчетной нагрузки . Рабочая высота в сечении ригеля в подрезке составляет , вне подрезки (у опор) , в средней части пролета .

При диаметре нижних стержней продольной рабочей арматуры ригеля назначаем поперечные стержни Ш12 А400. Их шаг на приопорном участке принимаем;

Расчет ригеля по бетонной полосе между наклонными трещинами производится из условия:

,

где - коэффициент принимаемый 0,3. Проверка этого условия дает:

т.е принятые размеры сечения ригеля в подрезке достаточны.

- расчет поперечной арматуры необходим.

Погонное усилие в хомутах:

(2Ш12А400) ,

(не более 54 см ) -наиболее опасная длина проекции наклонного сечения.

- условие прочности ригеля по наклонному сечению в подрезке при действии поперечной силы соблюдается.

Необходимо также убедиться , что шаг хомутов не превышает максимального шага хомутов , при котором еще обеспечивается прочность ригеля по наклонному сечению между двумя соседними хомутами, т.е

Примем в средней части пролета шаг хомутов равным , что не превышает 500 мм.

Погонное усилие в хомутах для этого участка составляет:



что не меньше минимальной интенсивности этого усилия, при которой поперечная арматура учитывается в расчете:

;

- условие соблюдается.

Поскольку ,то принимаем ; q = g + V = 54,94 кН/м

;

В ригелях с подрезками у концов последних устанавливаются дополнительные хомуты и отгибы для предотвращения трещин отрыва у входящего угла подрезки. Эти хомуты и отгибы должны удовлетворять условию:

Примем дополнительные хомуты у конца подрезки в количестве 2Ш12 А500 с ,отгибы использовать не будем. Проверка условия дает: ,т.е установленных хомутов достаточно для предотвращения горизонтальных трещин отрыва у входящего угла подрезки.

Построение эпюры материалов

Продольная рабочая арматура в пролете 4Ш28 А500

Площадь этой арматуры Аs определена из расчета на действие максимального изгибающего момента в середине пролета. В целях экономии арматуры по мере уменьшения изгибающего момента к опорам два стержня обрываются в пролете, а два других доводятся до опор.

Из условия равновесия

,где

Rs=435 Мпа, Rb=19,5Мпа=1,95Кн/cм²

;

;

Определим изгибающий момент, воспринимаемый сечением ригеля с рабочей арматурой в виде , двух стержней доводимых до опоры:

273,21>258,01 т.е.прочность сечения обспечена.

До опоры доводятся 228 А500

h0=45-3=42см

Графически по эпюре моментов определяем место теоретического обрыва стержней 228 А500. Эпюра моментов для этого должна быть построена точно с определением значений изгибающих моментов в, в и в пролета.

Изгибающий момент в любом сечении ригеля определяется по формуле:

, где - опорная реакция, х - текущая координата.

Изгибающий момент в полета при

.

Изгибающий момент при



Изгибающий момент при ;

Длина анкеровки обрываемых стержней определяется по следующей зависимости:

.

Поперечная сила Q определяется графически в месте теоретического обрыва, в данном случае Q=102кН.

Поперечные стержни 28 А400 с Аsw=1,01 cм² в месте теоретического обрыва имеют шаг 10 см.

.

ПринимаемW=30 см

Место теоретического обрыва арматуры можно определить аналитически.

Для этого общее выражение изгибающего момента нужно приравнять к моменту, воспринимаемому сечением ригеля с арматурой 2Ш28 А500

или

х1= 4,81м ; х2 = 1,39м - это точки теоретического обрыва арматуры. Длина обрываемого стержня равна 4,81-1,39+2W=4,02м

Принимаем длину обрываемого стержня 4,1 м

;

графически поперечная сила была принята 102 кН с достаточной степенью точности.

Расчёт и конструирование колонны

Для проектируемого 9- этажного здания принята сборная железобетонная колонна сечением .

Исходные данные

Вид нагрузки	Нормативная Нагрузка кН / м2		Расчётная нагрузка кН / м2
Гидроизоляционный ковер (3 слоя) Армированная цементно-песчаная стяжка, 40мм, плотность - 2200 кг/м3 Керамзит по уклону, 100мм, плотность- 600кг/м3 Утеплитель - минераловатные плиты, 150мм, плотность 150кг/м3 Пароизоляция 1 слой Многопустотная плита перекрытия с омоноличиванием швов, 220мм	0,15 0,88 0,6 0,225 0,05 3,4	1,3 1,3 1,3 1,2 1,3 1,1	0,195 1,144 0,78 0,27 0,065 3,74
Постоянная нагрузка (groof)	5,305		6,194
Временная нагрузка(полная) Снеговая S=Sgm в том числе длительная часть снеговой нагрузки Slon	1,2*0,7=0,84 0,63	- -	1,2 0,9
Полная нагрузка (g+S)	6,565		7,394

Материалы для колонны:

- бетон тяжелый класса В35, расчетное сопротивление при сжатии R_b = 19.5 Мпа = 1,95 кН/см2

- арматура продольная рабочая класса А500 ( диаметр 16 … 40 мм) , расчетное сопротивление R_s = 435Мпа = 43,5 кН/см2

Поперечная класса А 240

Определение усилий в колонне

Грузовая площадь средней колонны: м²

Продольная сила N, действующая на колонну определяется по формуле:

где n - количество этажей = 9 . - грузовая площадь. g, v - постоянная и временные нагрузки на 1 м 2 перекрытия.

g = 4,62 кН/м2, v = 5,4 кН/ м2.

- постоянная нагрузка на 1 м2 покрытия = 6,194 кН/м2.

S - полная снеговая нагрузка на 1 м2 покрытия

- собственный вес ригеля с учетом и ;

= 3,66*(6,7-0,4) =23,06кН;

- собственный вес колонны ;

Коэффициент сочетания (снижения временных нагрузок в многоэтажных зданиях).

;

где n - число перекрытий от которых рассчитывается нагрузка.

Расчет по прочности колонны

Расчет по прочности колонны производится как внецентренно сжатого элемента со случайным эксцентриситетом

;;

Расчет сжатых элементов из бетона класса B 35 на действие продольной силы, приложенной с эксцентриситетом , при , допускается производить из условия , где - площадь сечения колонны

- площадь всей продольной арматуры в сечении колонны .

- расчетная длина колонны фундамента с шарнирным опиранием в уровне 1- го этажа и с жесткой заделкой в уровне фундамента ;

- коэффициент , принимаемые в зависимости от

коэффициенты = 0,92

;

Принимаем окончательно 4Ш32 А500 с .

Диаметр поперечной арматуры принимаем Ш8 А 240 (из условий свариваемости с продольной арматурой). Шаг поперечных стержней s=300 мм, что удовлетворяет конструктивным требованиям s?=15d = 15* 20 = 300 мм и s?= 500 мм.

Расчет и конструирование фундамента под колонну

Исходные данные:

Грунты основания - супесь, условное расчетное сопротивление грунта = 0,28 Мпа

Бетон тяжелый класса В35 = 1,3 Мпа, =0,9.

Арматура класса А500 = 435 Мпа.

Вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его обрезах 20 кН/м³

Высоту фундамента предварительно принимаем 90 см. С учетом пола подвала глубина заложения фундамента Н1= 105 см.

Расчетное усилие передающееся с колонны на фундамент, N=3073,7кН. Нормативное усилие

Усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке = 1,15

Определяем размер стороны подошвы фундамента

Площадь подошвы центрально загруженного фундамента определяем по условному давлению на грунт без учета поправок в зависимости от размеров подошвы фундамента и глубины его заложения:

- условное давление на грунт, зависящее от вида грунта

- усредненная на грузка от единицы объема фундамента и грунта на его уступах, 20 кН/м³

H - глубина заложения фундамента

Размер стороны квадратной подошвы:

; принимаем размер = 3,3м (кратным 0,3м )

Давление на грунт от расчетной нагрузки

Определяем высоту фундамента

Рабочая высота из условия продавливания :

1) продавливание

2) Из условия заделки колонны в фундамент:

3) из условия анкеровки сжатой арматуры колонны:

базовая длина анкеровки

;

требуемая расчетная длина анкеровки

d - диаметр арматуры

Принимаем

;

Принимаем трехступенчатый фундамент общей высотой 90 см . При этом ширина первой ступени =1,1м а второй .

Проверяем отвечает ли рабочая высота нижней ступени условию прочности при действии поперечной силы без поперечного армирования в наклонном сечении. Для единицы ширины этого сечения b = 100см должно выполняться условие:

.

Поперечная сила от давления грунта:

Поперечная сила, воспринимаемая нижней ступенью фундамента без поперечного армирования:

14,12<234кН - условие прочности удовлетворяется.

Расчет на продавливание

Проверяем или нижнюю ступень фундамента на прочность против продавливания.

Расчет элементов без поперечной арматуры на продавливание при действии сосредоточенной силы производится из условия:.

Где F - продавливающая сила , принимаемая равной продольной силе в колонне подвального этажа на уровне обреза фундамента за вычетом нагрузки, создаваемой реактивным отпором грунта, приложенным к подошве фундамента в пределах площади с размерами, превышающими размер площадки опирания на величину во всех направлениях ;

- площадь расчетного поперечного сечения , расположенного на расстоянии 0,5 от границы приложения силы N с рабочей высотой сечения.

Площадь определяется по формуле: , где U - периметр контура расчетного сечения

Площадь расчетного поперечного сечения равна =10 * 0,4 =4 м2

Продавливающая сила:



- площадь основания продавливаемого фрагмента нижней ступени фундамента в пределах контура расчетного поперечного сечения, равная

Проверка условия дает , т.е прочность нижней ступени фундамента против продавливания обеспечена

Определение площади арматуры подошвы фундамента

Подбор арматуры производим в 3-х вертикальных сечениях фундамента, что позволяет учесть изменении изменение параметров его расчетной схемы, в качестве которой принимается консольная балка, загруженная действующим снизу вверх равномерно распределенным реактивным отпором грунта. Для рассматриваемых сечений вылет и высота сечения консоли будут разными, поэтому выявить наиболее опасное сечение можно только после определения требуемой площади арматуры в каждом из них.

Сечение I-I

Площадь сечения арматуры определяется по формуле:

;

Сечение II- II



Сечение III - III

Из трех найденных значений подбор арматуры производим по максимальному значению , т.е

Шаг стержней принимается от 150мм до 300 мм. При ширине подошвы фундамента а = 3м минимальный диаметр стержней =10мм.

Примем шаг стержней = 250 мм.

Принимаем нестандартную сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях арматурой 13Ш14 А500 с .

Процент армирования:

В сечении I-I

В сечении II-II

В сечении III-III



Так как во всех сечения , количество принятой арматуры оставляем без изменения.

Библиографический список

1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М.:ГУП ЦПП, 2003.

2. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. М.: ФГУП ЦПП, 2004.

3. СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М.: ФГУП ЦПП, 2005.

4. СП 52-102-2004. Предварительно напряженные железобетонные конструкции. М.: ФГУП ЦПП, 2005.

5. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-11-2003). М.:ФГУП ЦПП, 2005.

6. Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона (к СП 52-102-2004) М.: ФГУП ЦПП, 2005.

Размещено на Allbest