Проектирование пятиэтажного железобетонного каркаса жилого дома

22

Федеральное агентство по образованию РФ

Пермский Государственный Технический Университет

Строительный факультет

Кафедра строительных конструкций

Курсовой проект на тему:

«Проектирование пятиэтажного ж/б каркаса жилого дома»

Выполнил студент гр. ПГС - 06 -1

Захарова А.Б.

Проверил преподаватель

Тихонов Ю.Л.

Пермь, 2009

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

№ п/п	Исходные данные	Ед. измер.	Размеры, величена.
1	Размер здания	м	16,2х56 (17,4х51,2)
2	Сетка колонн	м	5,8х6,4
3	Количество этажей		5
4	Высота этажа	м	4,6
5	Город		Пермь
6	Степень агрессивности		неагрессивная
7	Временная нагрузка перекрытия	КН/м2	7,5

Монолитное ребристое перекрытие

· Схема №1. Главные балки располагаются вдоль здания.

Заданы следующие величины:

1. Пролет главных балок:

2. Пролет второстепенных балок:

3. Пролет плиты:

Находим:

1. Высота главных балок:

Принимаем

2. Ширина главных балок:

Принимаем

Высота и ширина главных балок:

3. Высота второстепенных балок:

Принимаем

4. Ширина второстепенных балок:

Принимаем

Высота и ширина второстепенных балок:

5. Высота плиты: (по методическим указаниям).

Необходимо подсчитать расход бетона на все здание.

Общее количество бетона:

· Схема №2. Главные балки располагаются поперек здания.

Заданы следующие величины:

1. Пролет главных балок:

2. Пролет второстепенных балок:

3. Пролет плиты:

Находим:

1. Высота главных балок:

Принимаем

2. Ширина главных балок:

Принимаем

Высота и ширина главных балок:

3. Высота второстепенных балок:

Принимаем

4. Ширина второстепенных балок:

Принимаем

Высота и ширина второстепенных балок:

5. Высота плиты: (по методическим указаниям).

Необходимо подсчитать расход бетона на все здание.

Общее количество бетона:

Вывод: в дальнейшем будем рассматривать 1 схему, т.к. для ее реализации требуется меньшее количество бетона.

Расчет монолитной плиты

Плита рассматривается в коротком направлении, рассчитывается как неразрезная многопролетная балка, загруженная равномерно распределенной нагрузкой. Для расчета выделяется полоса шириной 1м, на которую собираются все нагрузки. Сбор нагрузок выполнен в табличной форме:

Таблица 1

Вид нагрузки	Нормативное значение, кН/м2	Коэффициент перегрузки, гf	Расчетное значение, кН/м2
I. Постоянные нагрузки: · конструкция пола: - паркет - шлакобетонный слой - пенобетонная звукоизоляционная плита · собственный вес плиты	0,16 1,04 0,3 1,75	1,1 1,2 1,2 1,1	0,176 1,248 0,36 1,925
II. Временная нагрузка	7,5	1,2	9,0
Итого:	10,75		12,709

Конструктивный расчет: плита рассматривается как балка прямоугольного сечения шириной 1м.

Принимаем бетон класса В15, временное сопротивление осевому сжатию которого .

Задаемся классом арматуры В500, расчетное сопротивление которой .

Принимаем толщину защитного слоя бетона .

(задаемся средним диаметром арматуры ).

Подбор арматуры в среднем пролете

(, -ширина сечения).

Площадь арматуры:

.

Далее из сортамента выбираем диаметр и количество металлических стержней на ширину 1м. Принимаем диаметр стержней 6мм, их количество 5 штук () - 56В500 - продольная арматура.

Поперечная арматура подбирается конструктивно.

С1: ().

Подбор арматуры в крайнем пролете

(, -ширина сечения).

Площадь арматуры:

.

Принимаем диаметр стержней 3мм, их количество 5 штук () - 53В500 - поперечная арматура.

Продольная арматура подбирается конструктивно.

С2: ().

Т.к. диаметр арматуры ?6мм, то армирование производят рулонными сетками.

4. Расчет второстепенной балки

Второстепенная балка рассматривается как многопролетная неразрезная балка, загруженная равномерно распределенной нагрузкой.

Сбор нагрузок на второстепенную балку:

1. Постоянная нагрузка

· Вес пола и вес монолитной плиты:

· ,

· где 1,6 м - расстояние между второстепенными балками в осях.

· Собственный вес второстепенной балки:

.

2. Временная нагрузка

.

Итого: расчетная нагрузка .

Для промежуточных значений моменты будем находить по следующим формулам:

,

.

х/l	Для крайнего пролета	М+	М-	Для среднего пролета	М+	М-
	б1	в1	в2			б1	в1	в2
0	0	0	0	0	0	-0,063	-0,063	-0,063	-41,7	-41,7
0,1	0,038	0,038	0,011	24,92	13,05	-0,017	-0,017	-0,045	-11,3	-23,7
0,2	0,066	0,066	0,018	43,29	22,19	0,018	0,018	-0,03	11,91	-9,38
0,3	0,084	0,084	0,021	55,09	27,4	0,043	0,043	-0,02	28,46	0,513
0,4	0,091	0,091	0,019	59,68	28,03	0,058	0,058	-0,015	38,38	6,004
0,5	0,089	0,089	0,014	58,37	25,4	0,063	0,063	-0,012	41,69	8,426
0,6	0,077	0,077	0,005	50,5	18,85	0,058	0,058	-0,015	38,38	6,004
0,7	0,055	0,055	-0,008	36,07	8,379	0,043	0,043	-0,02	28,46	0,513
0,8	0,023	0,023	-0,025	15,08	-6,015	0,018	0,018	-0,03	11,91	-9,38
0,9	-0,02	-0,019	-0,046	-12,5	-24,33	-0,017	-0,017	-0,045	-11,3	-23,7
1	-0,07	-0,071	-0,071	-46,6	-46,56	-0,063	-0,063	-0,063	-41,7	-41,7

Значения поперечной силы на опорах равны:

,

,

.

Подбор арматуры в крайнем пролете

Класс бетона В15, . Класс арматуры А - 400, защитный слой бетона . Принимаем . Тогда:

,

, .

Тогда: . Принимаем: .

,

где , , , .

.

-

нейтральная ось проходит в полке, следовательно, сечение рассматривается как прямоугольное шириной .

,

Площадь арматуры:

.

( - арматура класса А-400).

Принимаем диаметр стержней 16 мм, их количество 4 штуки:

() - 416А400.

Подбор арматуры в среднем пролете

,

Площадь арматуры:

.

( - арматура класса А-400).

Принимаем диаметр стержней 18 мм, их количество 2 штуки:

() - 218А400.

Подбор арматуры на опоре

На опоре балка армируется двумя сетками. Растянутая полка в расчете не учитывается, рассматривается прямоугольное сечение .

Принимаем арматуру класса В500, . При назначении рабочей высоты сечения необходимо учесть, что над этими сетками должны располагаться арматурные сетки плиты перекрытия. Тогда:

, задаемся , .

,

Площадь арматуры:

.

( - арматура класса В-500).

Принимаем диаметр стержней 8 мм, их количество 9 штук

() - 98В500 - количество стержней в двух сетках.

Сетки устанавливаются на ширине . Шаг сеток , где - количество стержней. . Сетки раскатываются поперек второстепенной балки, рабочая арматура поперечная. Шаг стержней принимаем 420 мм. Продольная арматура принимается конструктивно.

С3: ().

Подбор верхней арматуры в пролете

Крайний пролет

,

,

,

.

Средний пролет

,

.

Т.к. на расстоянии 1/3L момент ни в крайнем, ни в среднем пролете не лежит выше нулевой линии, то расчет на подбор верхней арматуры в пролете не нужен. Верхняя арматура в пролете назначается конструктивно: 28А400.

Расчет второстепенной балки на поперечную силу

Определяется необходимость постановки хомутов:

.

Класс бетона В15, - расчетное сопротивление бетона растяжению.

, т.к. ,

то хомуты устанавливают по расчету.

Расчет производится из условия: ,

где - поперечное усилие, воспринимаемое бетоном, кН,

- момент, воспринимаемый бетоном, кН*м,

- длина проекции наиболее опасного сечения на продольную ось элемента, м, где - полная расчетная нагрузка, действующая на балку,

- поперечное усилие, воспринимаемое хомутами, кН,

- усилие в хомутах на единицу длины элемента, кН/м.

Примем диаметр поперечных стержней 10 мм, класс арматуры А400, . Площадь сечения хомутов равна: .

, примем шаг стержней 150 мм.

Определяем:

.

, , .

Определяем: .

Определяем шаг поперечных стержней:

В средней части шаг принимаем конструктивно - 300 мм.

По конструктивным соображениям в целях унификации каркасов для балок средних пролетов (каркас К2) принимаем поперечные стержни диаметром 10 мм, с шагом 150 и 300 мм, также как и для каркаса К1 в крайнем пролете.

Расчет обрыва стержней в пролете

- момент, воспринимаемый двумя стержнями,

- момент, воспринимаемый четырьмя стержнями,

- величина сжатой полки, (смотри подбор арматуры в крайнем пролете), , , .

,

.

Тогда:

, .

, .

,

, , , ,

, принимаем .

, принимаем .



Компоновка сборного перекрытия



Расчет многопустотной плиты перекрытия

Сбор нагрузок на плиту перекрытия

№	Вид нагрузки	Нормативная нагрузка,		Расчетная нагрузка,
I	Постоянная нагрузка
1	Собственный вес конструкции пола	1,5	1,1	1,65
2	Собственный вес плиты	3	1,1	3,3
	Итого	4,5	-	4,95
II	Временная нагрузка:	7,5	1,2	9
1	Кратковременная (принимаем)	2,5	1,2	3
2	Длительная	5	1,2	6
	Всего	12	-	13,95
	в т.ч. длительная	9,5	-	10,95
	в т.ч. кратковременная	2,5	1,2	3

Определение внутренних усилий

Рис. 1. Расчетная схема и эпюры внутренних усилий.

Нагрузка на 1 плиту шириной 1200мм составляет 22,334*1,2=26,8 кН/м².

Расстояние между осями ригелей составляет L=5800 мм.

Длина плиты L_пл=L-300мм-10мм=5800-300-10=5490 мм.

Расчетная длина плиты l_p=l_пл-100 мм=5490-100=5390 мм.

20

Расчет по предельным состояниям первой группы

Рис. 2 Сечение плиты

Рис. 3 Расчетное сечение плиты

Расчет по нормальному сечению

Расчетное (эквивалентное) сечение плиты показано на рис.3. Определяем его размеры:

Зададимся классом бетона: В15.

Находим значения:

- нейтральная ось проходит в полке.

Нейтральная ось проходит в полке, значит рассчитываем сечение как прямоугольное.

Зададимся арматурой: А600,, , .

Определяем граничное значение относительной высоты сжатой зоны

,

где ;

- предельная относительная деформация сжатого бетона;

минимальные потери напряжений 100МПа, тогда в формулу вводим с коэффициентом : .

Нейтральная ось проходит в полке. Сечение рассчитывается как прямоугольное, уточняем

определяем

Находим :

В соответствии с требованием при расчете элементов с высокопрочной арматурой класса А-IV при соблюдении условия расчетное сопротивление арматуры должно быть умножено на коэффициент .

Принимаем .

Проверяем несущую способность плиты при принятой арматуре

Уточняем значение высоты сжатой зоны бетона х:

Определяем несущую способность:

Несущая способность плиты обеспечена.

Расчет плиты по прочности на действие поперечных сил

Прочность по бетонной полосе между наклонными сечениями.

Прочность по бетонной полосе между наклонными сечениями проверяют по условию:

;

- условие выполнено.

Проверяется необходимость постановки поперечной арматуры ,

, где ;

.

Так как требуется постановка поперечной арматуры.

Принимаем 4 каркаса с арматурой и шагом поперечных стержней 100мм

, тогда .

Поперечная сила, воспринимаемая хомутами:

, где .

Поперечная сила, воспринимаемая бетоном ,

где с - невыгоднейшее значение при равномерной нагрузке

,

где

.

;

;

.

Расчет на действие изгибающего момента.

Длина зоны передачи напряжений

,

где ;

; ;

;

- для горячекатаной и термически упрочненной арматуры класса А.

Расстояние от торца панели до начала зоны передачи напряжений:

.

Условие прочности имеет вид:

,

где - момент, воспринимаемый напрягаемой арматурой, учитывается, если ,

;

; ;

где - площадка опирания - 10см.

- момент, воспринимаемый продольными проволоками каркасов ;

;

; ;

- момент, воспринимаемый поперечной арматурой;

; ;

;

Несущая способность обеспечена.

Расчет по предельным состояниям второй группы.

Геометрические характеристики приведенного сечения определяем по расчетному сечению

Площадь приведенного сечения:

Статический момент площади приведенного сечения относительно нижней грани:



Момент инерции приведенного сечения относительно его центра тяжести:

Момент сопротивления приведенного сечения:

относительно нижней грани:

относительно верхней грани:

Упругопластический момент сопротивления:

относительно нижней грани:

относительно верхней грани: .

Радиусы инерции: ; .

Определение потерь предварительного напряжения.

Способ натяжения арматуры - электротермический.

Первые потери:

1. От релаксации напряжений в арматуре:

- потери от температурного перепада в агрегатно-поточной технологии отсутствуют;

- потери от деформации формы учитываются в расчете требуемого удлинения при электротермическом натяжении;

- потери от деформации анкеров учитываются при расчете удлинения.

Вторые потери:

- от усадки бетона:

;

- от ползучести:

.

где - коэффициент ползучести бетона. При классе бетона В15 и нормальной влажности 40-75% находим ;

;

;

- напряжение в бетоне на уровне центра тяжести напряженной арматуры;

.

.

Суммарные потери:

.

Потери напряжений округляются до 5МПа и должны быть не менее 100МПа.

Усилие в арматуре с учетом всех потерь:

.

Расчет трещинообразования.

Расчет по раскрытию нормальных трещин.

Ширину раскрытия нормальных трещин определяют по формуле:

.

При непродолжительном раскрытии трещин:

,

где - ширина раскрытия трещин при действии постоянных и длительных нагрузок (от действия ) при ;

- для арматуры периодического профиля;

- для изгибаемых элементов;

Предварительно назначаем .

По ,

где , так как центр усилия совпадает с центром тяжести растянутой арматуры;

;

;

z - плечо внутренней пары сил ,

тогда .

Т.к .

- ширина раскрытия от кратковременного действия полного момента (при ).

.

.

- ширина раскрытия от кратковременного действия момента от постоянных и длительных нагрузок (при ).

.

Полная ширина раскрытия трещин кратковременная:

.

Трещиностойкость обеспечена.

Расчет прогибов.

Прогиб для плит, загруженных равномерной нагрузкой

.

Полная кривизна принимается для элементов с трещинами по формуле:

.

Для пустотных плит, деформации которых нормируются эстетическими требованиями полная кривизна определяется как

Так как , то кривизну от продолжительного действия постоянной и длительной нагрузки допускается определять по ф.:

.

находим в зависимости от , , :

;

;

;

, принимая ;

;

при продолжительном действии нагрузки ;

;

;

;

Находим .

Кривизна, обусловленная остаточным выгибом вследствие усадки и ползучести бетона от усилия обжатия определяется по ф. ,

где ;

находим при

тогда

.

.

.

Проверим условие

,

где .

.

.

Полный прогиб: .

Расчет плиты в стадии изготовления, транспортировки и монтажа

Проверка прочности верхней зоны плиты

Определяем усилия, действующие на стадии изготовления.

Усилие обжатия в предельном состоянии

,

где ;

Изгибающий момент относительно верхней зоны

.

Момент над петлей от собственного веса

;

При передаточной прочности :

.

Требуемое количество арматуры верхней зоны

Назначаем продольные стержни верхней сетки плиты - , и верхние стержни каркасов - , .

Тогда принятая площадь верхней арматуры



Прочность верхней зоны обеспечена.

Проверка трещиностойкости верхней зоны плиты.

Условие отсутствия трещин при :

При передаточной прочности бетона находим

Трещины в верхней зоне при обжатии образуются. Необходимо учесть их влияние на снижение трещиностойкости нижней зоны.

Определим непродолжительное раскрытие верхних трещин:

;

.

;

.

.



37



Спецификация на арматурные элементы (на 1 плиту).

Обозначение	Позиция	Наименование	Кол-во	Масса единицы, кг/м	Длина, м	Общая масса, кг
К1	1		16	0,092	1,348	1,98
	2		112	0,092	0,18	1,85
С1	3		6	0,092	5,39	2,98
	4		18	0,092	1,16	1,92
С2	5		10	0,092	1,45	1,33
	6		16	0,092	0,22	0,32
Напрягаемая арматура			5	1,208	5,39	32,55
Монтажные петли			4	0,617	0,2	0,49
Итого:						43,42

Примечание:

- класс бетона В15,

- предварительное напряжение в напрягаемой арматуре ,

- электротермический способ преднапряжения арматуры.

Расчет ригелей.

Сбор нагрузок на ригель.

№	Вид нагрузки	Нормативная нагрузка,		Расчетная нагрузка,
1	Постоянная нагрузка от веса плиты и конструкции пола	26,1	1,1	28,71
	Собственный вес ригеля	5,19	1,1	5,71
	Итого:	31,29		34,42
2	Временная нагрузка:	43,5	1,2	52,2
	Всего:	74,79	-	86,62

Расчетная схема

Конструктивный расчет ригеля

Расчетные характеристики материалов:

Бетон класса В35:

Напрягаемая арматура класса А600:

Ненапрягаемая арматура класса А400:

Ненапрягаемая арматура класса В500:

Расчет нормального сечения ригеля



Граничная относительная высота сжатой зоны бетона:

=> по расчету требуется арматура в сжатой зоне.

Вводим в расчет сжатую арматуру. Арматура в верхней зоне класса А400:

Принимаем 2 стержня арматуры А400 диаметром 10мм (). Расстояние между центрами стержней 200мм. .

Принимаю в нижней зоне 4 стержня класса А600 d=28 мм.

Определение величины предварительного напряжения и потерь предварительного напряжения

Площадь бетона:

Площадь приведенного сечения:

Момент инерции приведенного сечения относительно его центра тяжести:

Величина предварительного напряжения для класса А600:

.

Способ натяжения арматуры электротермический.

1) Первые потери от предварительного напряжения.

Величина предварительного напряжения с учетом первых потерь (от релаксации напряжений в арматуре):

Усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь:

2) Вторые потери от предварительного напряжения.

Потери от усадки бетона: .

Потери напряжений в рассматриваемой напрягаемой арматуре от ползучести бетона:

где , ,

Сумма всех потерь:

Величина предварительного напряжения с учетом всех потерь:

Усилие обжатия с учетом всех потерь:

Расчет наклонного сечения по наклонной сжатой полосе

Принимаем с=120 см.

Расчет наклонного сечения на действие поперечной силы.

Поперечная сила, воспринимаемая бетоном: .

Интенсивность хомутов:

Шаг хомутов:

Принимаем: .

Принимаем 2 хомута диаметром 8мм арматуры класса В500 ().

Уточняем интенсивность хомутов:

Поперечная сила, воспринимаемая хомутами:

Прочность по наклонному сечению обеспечена.

Расчет наклонного сечения на действие изгибающего момента

Проверяю условие:

Условие выполняется.

- момент, воспринимаемый продольной арматурой.

- момент, воспринимаемый хомутами.

Нижние стержни хомутов принимаем диаметром 10 мм из арматуры класса А400: .

Длина анкеровки:

Принимаю .

Расчет консоли ригеля



Принимаю шаг S=200мм.

Количество стержней: .

Принимаю 5 стержней арматуры класса В500 d=4 мм на 1 м ригеля ().

В качестве поперечной арматуры для данной сетки принимаю стержни класса В500 d=4 мм с шагом 200мм.

Расчет ригеля на стадии изготовления и монтажа.



расстояние от центра тяжести напрягаемой арматуры до центра тяжести приведенного сечения.

при транспортировке

Принимаем в качестве сжимаемой арматуры и верхней распределительной арматуры каркасов.

Примечание

- класс бетона В35,

- ,

- предварительное напряжение в напрягаемой арматуре ,

- электротермический способ преднапряжения арматуры.



Расчет колонн

№	Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м2	гf	Расчетная нагрузка, кН/м2
1	От покрытия
1.1.	Постоянная
	- рулонная гидроизоляция	0,06	1,1	0,066
	- ц/п стяжка	2,7	1,2	3,224
	- утеплитель «пеноситал»	0,02	1,1	0,022
	- пароизоляция «полиэтилен»	0,02	1,1	0,022
	Итого от кровли:	2,8		3,35
	- собственный вес плиты покрытия	3,00	1,1	3,3
	- собственный вес ригеля	0,89	1,1	0,98
	Итого:	6,69		7,63
1.2.	Временная
	- снеговая	2,24	1,2	3,2
	- в т.ч. длительная	1,6	1,2	1,92
	Итого:	9,89		11,47
	В т.ч. длительная	8,29		9,55
2	От перекрытия
2.1.	Постоянная
	- собственный вес конструкции пола	1,5	1,1	1,65
	- собственный вес плиты перекрытия	3,0	1,1	3,3
	- собственный вес ригеля	0,89	1,1	0,98
	Итого:	5,39		5,93
2.2.	Временная
	- полезная	7,5	1,2	9
	- в т.ч. длительная	5	1,2	6
	Итого:	12,89		14,93
	В т.ч. длительная	10,39		11,93
	Всего от покрытия и перекрытий (n=5):	74,34		86,12
	В т.ч. длительная	60,24		69,2

Грузовая площадь:

Класс бетона для колонн: В35. (,)

Класс продольной арматуры: А400. (,)

Назначаем предварительные размеры колонн:

.

Принимаем типовые колонны прямоугольного сечения: 400х400 мм.

Расчетные длины колонн:

- для рядовых колонн;

- для колонны подвала.

Собственный вес всех колонн:



Нагрузка от покрытия и перекрытий, кН	Gк, кН	Расчетная нагрузка, кН
длительная	кратковременная		длительная	кратковременная	полная
2568,704	628,066	115,83	2684,534	628,066	3312,6

Расчет по нормальному сечению

В первом приближении принимаем: - процент армирования.

Т.к. и , то ,

, определяются по таблицам 3.5, 3.6 пособия к СП 52-101-2003.

Принимаем 2 стержня диаметром 28мм арматуры класса

А400:.

Проверка несущей способности:

Несущая способность обеспечена.

.

Поперечные хомуты принимаем конструктивно диаметром 6мм из арматуры А400. Шаг принимаем 300мм.

Расчет стыка колонн

По конструктивным требованиям количество сеток должно быть не менее 4.

Зададимся арматурой для сеток: .

Шаг сеток - S=80мм ().

Размер ячейки - 45х45мм ().

Определяем коэффициент косвенного армирования:

- количество стержней;

- площадь поперечного сечения одного стержня;

- конструктивная длина одного стержня;

-

площадь, заключенная внутри контура сеток косвенного армирования, считая по их крайним стержням.

стинки 18*18)

Расчетное сопротивление бетона сжатию при местном действии нагрузки:

Приведенное с учетом косвенного армирования в зоне местного сжатия расчетное сопротивление бетона сжатию:

Условие выполняется.

Расчет консоли колонны

;

;

,

где ;

;

Требуемая площадь арматуры в верхней части консоли:

Принимаем: ().

Арматуру внизу сечения принимаем конструктивно: .

Принимаем пластину из стали С245 толщиной 16мм.

Усилие в пластине:

; ;

Проверка:

;

.

Расчет колонны на стадии изготовления, транспортирования и монтажа

Арматура класса А400:

Принимаем: ().

В итоге принимаем арматуру из расчета по нормальному сечению: .

Проверка трещиностойкости на стадии транспортировки

- условие не выполняется. Следовательно ставим еще одну опору.

- условие выполняется.

Примечание: класс бетона В35.