Проектирование и расчет строительных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

СТРОИТЕЛЬНО-АРХИТЕКТУРНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

Производство строительных изделий и конструкций (ПСК)

Курсовой проект

по дисциплине "Строительные конструкции"

Проверила:

Павлова Ирина Леонидовна

Выполнила:

студентка гр. ПСК-41з

Волкова Елена Юрьевна

Шифр 073861

Саратов, 2011г.



Реферат

плита железобетон ребро фундамент

Целью данного курсового проекта было запроектировать и рассчитать на прочность ребристую плиту покрытия размером 36 м из преднапряженного железобетона, ригель прямоугольного сечения, колонну первого этажа сечением 4040 см, фундамент высотой 1,2м.

В работе проведены все необходимые технологические расчеты.



Введение

Железобетонные конструкции являются базой современного индустриального строительства. Из железобетона возводят промышленные одноэтажные и многоэтажные здания, гражданские здания различного назначения, в том числе жилые дома, сельскохозяйственные здания различного назначения. Железобетон широко применяют при возведении тонкостенных покрытий (оболочек) промышленных и общественных зданий больших пролетов, инженерных сооружений: силосов, бункеров, резервуаров, дымовых труб, в транспортном строительстве для метрополитенов, мостов, туннелей на автомобильных и железных дорогах; в энергетическом строительстве для гидроэлектростанций, атомных установок и реакторов; в гидромелиоративном строительстве для и ирригационных устройств; в горной промышленности для надшахтных сооружений и крепления подземных выработок н т. д. На изготовление железобетонных стержневых конструкций расходуется в 2,5--3,5 раза меньше металла, чем на стальные конструкции. На изготовление настилов, труб, бункеров и т. п. железобетонных конструкций требуется металла в 10 раз меньше, чем на аналогичные стальные листовые конструкции.

Рациональное сочетание применения железобетонных, металлических и других конструкций с наиболее рациональным использованием лучших свойств каждого материала имеет большое значение.

Сборные железобетонные конструкции в наибольшей степени отвечают требованиям индустриализации строительства. Применение сборного железобетона позволяет существенно улучшить качество конструкций, снизить по сравнению с монолитным железобетоном трудоемкость работ на монтаже в несколько раз, уменьшить, а во многих случаях и полностью устранить расход материалов на устройство подмостей и опалубки, а также резко сократить сроки строительства.



Исходные данные для проектирования

Габаритная схема здания:

n - число пролётов 3; пролёт - 6м; количество этажей - 5; высота этажа - 4,8 м; покрытие - ребристое.

Рассчитать на прочность и запроектировать:

ребристую панель 3х6 м из преднапряженного железобетона (бетон класса В30 (легкий), напрягаемая арматура А600 с электротермическим способом натяжения на упоры, арматура Вр-I для плиты панели),

ригель прямоугольного сечения (бетон класса В25),

колонну первого этажа сечением 40х40 см (рабочая арматура класса А400),

фундамент высотой 1,2 м (бетон класса В15, арматура класса А400, расчетное сопротивление грунта 0,27 МПа).



Расчет ребристой плиты покрытия из преднапряженного железобетона

Требуется подобрать сечение и рассчитать по предельным состояниям I-ой и II-ой групп ребристую плиту покрытия 3х6м из преднапряженного жезобетона.

Данные для расчета:

Бетон: класс В30, плотностью q=1700 кг/м³; R_bn=R_b,ser=22Мпа; R_btn=1,8Мпа; R_b=17Мпа; R_bt=22Мпа; г_b2=0,9; R_bt=0,7х30=21Мпа.

Подбор сечения плиты (полки) ребристой панели при заданных классах бетона и арматуры производят следующим образом. При отсутствии поперечных рёбер ее рассматривают как балку шириной 100 см, упруго заделанную в продольных рёбрах. Её расчётный пролёт равен расстоянию между внутренними гранями продольных рёбер. Арматура: продольные ребра армируются механическим способом стержневой преднапрягаемой арматурой класса А-IV(А600), R_sn=R_s,ser=590Мпа; Rs=510Мпа. Полка плиты армируется сварными сетками из проволоки класса Вр - I, Rs=360Мпа.

Таблица 1 Подсчет нагрузок на 1м² плиты покрытия.

№ п/п	Вид нагрузки	Формула подсчета	Нагрузка на 1м2
			Нормативная кН/м2	Коэффициент надёжности	Расчетная кН/м2
I.	Постоянная: 1. Гидроизоляция 2. Цементно-песчаная стяжка 3. Теплоизоляция 4. Пароизоляция 5. Ребристая плита покрытия	0,015х400 0,015х2200 0,05х600 0,005х400 0,03х1700	0,06 0,33 0,3 0,02 0,51	1,3 1,3 1,3 1,3 1,1	0,078 0,429 0,39 0,026 0,561
	Итого:		1,22	--	1,484
II.	2. Временные снеговая (IV район)		3,36	0,7	4,8
	3. Полная q		qn = 4,58	--	6,284



Расчет плиты по I-ой группе предельных состояний

Полка плиты. Расчет ведется для плиты опертой по контуру (2,74х0,83).

Отношений размеров плиты в свету

Следовательно, полка рассчитывается как балка на двух опорах по короткой стороне

Определяем изгибающий момент в плите:

Определяем максимальное значение

, где

- напряжение в арматуре, для ненапряженной арматуры класса Вр-I, принимается МПа; - предельное напряжение в арматуре сжатой зоны, принимается 400 МПа (по СНиП); W - характеристика сжатой зоны бетона, W=б-0.008Rb, где для тяжелого бетона б=0,85

W=0,80-0.008*17=0,664

Задаемся относительной высотой сжатой зоны бетона

Найдем коэффициент А₀:



Определяем полезную высоту плиты:

Определяем полную высоту плиты:

Тогда

Уточняем относительную высоту сжатой зоны бетона, исходя из того, что

Определяем высоту сжатой зоны бетона:

Площадь сечения растянутой арматуры на 1 м ширины:

Для армирования полки плиты принимаем сварную сетку из арматуры класса Вр-I с поперечным расположением рабочих стержней O 5 мм с шагом 100 мм. Площадь сечения на 1 м ширины Аs=1,37 см².



Расчет поперечного ребра

Рис.3 Расчетное сечение и расчетная схема поперечного ребра плиты.

Определим нагрузку на поперечное ребро:

q=q₁+q

q₁=6,284*0,98=6,158 кН/м

q- нагрузка от собственного веса ребра

q=b(h-h'_f)с*1.1=0.75(0.15-0.03)*17*1.1=1,683 кН/м

q=6,158+1,683=7,841 кН/м

Определяем изгибающий момент

Находим коэффициент А₀

Площадь арматуры

Поперечные ребра армируем плоским сварным каркасом из арматуры класса Вр-I O 3 мм с площадью двух стержней Аs=0,14 см².

Расчет плиты по сечению, нормальному к продольной оси

Плита в продольном направлении рассчитывается как свободно опертая балка таврового сечения с полкой в сжатой зоне.

Таблица 2 Подсчет нагрузок на 1м плиты при ее ширине 3м, кН

№ п/п	Наименование нагрузок	Формула подъсчёта	Норма-тивная	Коэффициент надёжности	Расчётная
I	Постоянная: 1.От плиты вместе с кровлей	1,484 х 3 1,22х3	3,66	1,1	4,452
	2.Масса продольных ребер	0,15 х(0,3х 0,03)х1,7	0,023	1.1	0,025
	3.Масса поперечных ребер	1,683х3	5,05	1,1	5,55
	ИТОГО:		8,733		10,03
II	Кратковременная: Снеговая (VI район)		3,36	0,7	4,8
	ИТОГО:		12,093		14,83

Определим усилия от расчетной нагрузки:

от расчетных нагрузок:



Определим местоположение нейтральной оси:

>M=66,07 кНм

Ось проходит в пределах полки.

Вычисляем максимальную относительную высоту сжатой зоны бетона. Относительная высота сжатой зоны бетоне о_r, соответствующая условиям, при которых предельное состояние сжатой зоны элемента наступает одновременно с достижением в растянутой арматуре напряжений R_s:

, где характеристика сжатой зоны бетона -

Для ориентировочных расчётов величину предварительного напряжения арматуры принимаем _sp = 0,8, R_sn = 0,8 590 = 472 МПа.

Приращение преднапряжения

у_sch = 500 МПа

Вычисляем коэффициент



При , о=0,02,

Коэффициент, учитывающий работу высокопрочной арматуры за пределами её расчётной величины предела текучести:

где для арматуры А -IV з = 1,2

г_s,6 =

Поскольку после подстановки в уравнение соответствующих г_s,6 >з, то принимаем г_s,6 = з = 1,2

Для армирования продольных рёбер принимаем арматуру класса А-IV O 12 мм, с площадью сечения четырех стержней А_s = 4,52 см².

Расчет плиты по сечению, наклонному к продольной оси элемента

Высота сечения должна удовлетворять условию:

Условие удовлетворяется.

Определим необходимость постановки поперечной арматуры. При выполнении условия поперечная арматура устанавливается конструктивно.

Где - коэффициент,характеризующий тип бетона на скалывание, для легкого бетона принимается по СНиП 2.03.01-84

-коэффициент, учитывающий влияние полок в тавровых сечениях, определяемый по формуле

Коэффициент _n, учитывающий влияние преднапряженной арматуры, определяется по формуле

, где

P- усилие преднапряжения с учетом всех потерь (по таблице 5 из СНиП).

Определим потери преднапряжения арматуры при коэффициенте точности натяжения _sp = 520Мпа.



Расчет монтажных петель

Площадь поперечного сечения одной петли:

,

где N - усилие растяжения одной петли,

,

где G - масса плиты, G=1,8*1700=3060 т =30,60 кН; - коэффициент надежности; n - количество петель в элементе, n=3

Принимаем петли из стали класса А-I (А-240) O 10 мм с Аs=0,785 см². Сталь принимаем конструкционную углеродистую обыкновенного качества маркой Ст3сп.

Расчёт элементов рамного каркаса

Сбор нагрузок на ригель.

Нагрузка на ригель от плит считается равномерно распределенной. Ширина грузовой полосы на ригель равна шагу поперечных рам, и равна l₂ = 6м.



Расчетная нагрузка на 1м длинны ригеля.

Наименование нагрузок	Формула подсчёта	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надёжности	Расчётная нагрузка, кН/м2
Собственная масса плиты вместе с кровлей	8,733 х 6	52,2	1,1	57,64
Собственная масса ригеля	0,3 х 0,6 х 2500 х 10-2	4,5	1,1	4,95
Эксплуатационная нагрузка	4,5 х 6	27,0	1,2	32,4
Итого:		83,7		95

При жестком закреплении ригеля на опорах он является стержнем рамной конструкции.

Для рамного каркаса пролетом м высота ригеля принимается и выполняется с обычной напряженной арматурой.

Сечение колонн, входящих в раму принимается 40х40 см.

Моменты инерции сечений без учёта арматуры:

Жёсткость элементов при одном классе бетона В 25 Е_в = 27 · 10³ МПа.

.

Прогонная жёсткость ригеля:



.

Погонная жёсткость колонны нижнего этажа (расчётная длина - растояние от низа ригеля над первым этажём до верха фундамента H_н = 405 см):

.

Погонная жёсткость колонны второго этажа (расчётная длина - от верха нижерасположенного ригеля до низа вышерасположенного ригеля Н_в = 420 см):

Соотношение погонных жёсткостей:

Опорные моменты в ригеле находим из табл. 2 приложения, принимая всю нагрузку равномерно распределённой по раме (схема табл. 1 Приложения ).



Таблица 7 Опорные моменты на ригелях в узлах рамы (по абсолютной величине)

М12, кНм	М21, кНм	М23, кНм
от расчётных нагрузок
0,047 · 95 · 62 = 161	0,096 · 95 · 62 = 328	0,088 · 95 ·62 = 301
от нормативных нагрузок
0,047 · 83,7 · 62 = 142	0,096 · 83,7 · 62 = 289	0,088 · 83,7 ·62 = 265

Опорные реакции и изгибающие моменты в пролётах находят известным методом строительной механики.

От расчетных нагрузок	От нормативных нагрузок
Опорные реакции в первом и втором пролётах:
Изгибающие моменты в пролётах:
м м	м м
Изгибающие моменты в узле I:
в узле II
В месте заделки колонн в фундамент в крайней колонне:
в средней колонне:
Расчётные значения опорных моментов находим у грани опор узел I:
узел II:
узел III:
Поперечные силы в ригеле у грани колонн:

Расчётные значения усилий сведены в табл. 8 с учётом коэффициента степени ответственности здания

Расчёт ригеля среднего пролёта по I - й группе предельных состояний

Студент разрабатывает конструкцию ригеля среднего пролёта.

Усилия в ригеле: М₃ = 244 кНм; М_II = 210,5 кНм; Q = кН; h₀ = 60 - 4 = 56 см; в = 30 см.

Таблица 8 Сводная таблица усилий в рамном каркасе:

а) в ригеле

Опорные моменты у грани колонн, кНм	Пролётные моменты, кНм	Опорные реакции у грани колонн, кН
М1	М2	М3	МI	МII	R1гр	R2гр	R'2гр
от расчётных нагрузок
109,6	265,4	244	187,16	210,5	238,2	294	266
от нормативных нагрузок
96,7	233,9	214,8	358,7	185,15	210	258,3	234,3
б) в стойках
Мв1	Мн1	Мв2	Мн2	Мф1	Мф2	Н1	Н2
95,21	65,8	15,97	11,03	32,9	5,52	24,0	4,45



Принимаем класс бетона В 25 R_в = 14,5 МПа; R_вt =1,05 МПа;

продольная арматура класса А - III R_s = 365 МПа;

поперечная арматура класса А - I R_sw = 175 МПа

Из соображений ограничения распространения трещин принимаем симметричную арматуру в верхней и нижней зонах ригеля: 8 14 A_s = 12,31 см²

Расчет средних стоек первого этажа

Здание 5 - этажное с сеткой колонн 6 x 6 м. Снеговая нагрузка для VI-го района - р_n = 0,5 кН/м² при коэффициенте надёжности 1,4 р = 0,7 кН/м².

Нагрузка от покрытия с учетом утеплителя, пароизоляции, кровли и т.д. суммарно принимается такой же, что и от перекрытий.

С учетом изложенного и учитывая, что эксплуатационная нагрузка действует длительно, произведён подсчет нагрузок на стойку на уровне низа перекрытия над первым этажём.

Схема подсчёта приведена в таблице 9



Таблица 9 Подсчёт нагрузок на среднюю стойку, кН

Наименование нагрузок	Нормативная	Расчётная
Собственная масса конструкций перекрытий, покрытия и ригелей	(52,2+4,5)х6х5 = 1701	(57,64+4,95)х6х5=1877,7
Собственная масса стоек 0,4 х 0,4 х 4,8 х 5 х 25	96	105,6
Эксплуатационная нагрузка на перекрытиях	45х6х4 = 1080	54х6х4 = 1296
Снеговая нагрузка	0,5х6х6 = 18	0,7х6х6 = 25,2
Итого:	2895	3304,5

Усилия в стойке на уровне низа перекрытия:

М_н2 = 11,03 кНм; N = 2325,11 кН

или 0,5 см

Расчет можно производить по упрощенному методу, то есть, как условно центрально сжатых конструкций. Учитывая некоторую условность предпосылок к расчету, коэффициента в расчёт не вводим.

Стойка имеет унифицированные размеры поперечного сечения 40x40 см, гибкость = 430 : 40= 10,75, m = 1,0 Кратковременная нагрузка от снега составляет 1,1% от общей. В расчёте принимаем, что вся нагрузка -N_у.

Для ориентировочного расчета принимаем арматуру класса А - III, R_sc = 365 МПа, и 0,01.

Из формулы

Принимаем класс бетона стойки В 35, R_в = 19,5 МПа и армирование 4 d 25 мм А_s = 19,63 см².



Усилие, воспринимаемое колонной

Колонна армируется двуя каркасами плоскими, объединёнными в один пространственный каркас.

Поперечная арматура из проволоки 6 мм класса А - I, шаг хомутов S = 300 мм.

Столбчатый (отдельный) фундамент

Усилия на уровне верха фундамента

Площадь подошвы фундамента принято на практике рассчитывать на воздействие нормативных нагрузок (см. табл. 9).

N_н = 2895+ 0,4 · 0,4 · 4,8 · 25 + 1,2 · 3 · 3 · 20 = 3130,2 кН.

Ориентировочные размеры подошвы 3 х 3 м, высота фундамента 1,2 м.

Площадь подошвы фундамента:

,

Где расчетное сопротивление грунта , средняя плотность фундамента и грунта на его обрезах ,

- расстояние от уровня планированной отметки (пола первого этажа) - 1,35 м.

Принимаем подошву фундамента размерами 3,6 x 3,6 м.

Полезная высота фундамента:

,

где h_к = в_к = 40 см, при классе бетона В 15 R_в = 8,5 МПа, R_вt = 0,75 МПа.

Реактивное давление грунта на подошву фундамента от воздействия расчётной нагрузки, равной: N = 3304,5 + 0,4 · 0,4 · 4,8 · 25 · 1,35 = 3330,4 кН,

Полную высоту фундамента принимают не менее нижеследующих значений:

а) из условия продавливания h₀ +а_s = 84,4 см;

б) из условия заделки колонны h_к +25 = 65 см;

в) из условия анкеровки сжатой арматуры (d = 25 мм) колонны класса А - III в бетоне класса В 15



Изгибающий момент от реактивного давления грунта у грани колонны

Подставляя в уравнение значения составляющих,

у грани второго обреза фундамента:

у грани третьего обреза:

Площадь арматуры на всю ширину (или В) находят по формулам:

В этих формулах: h₀₁ =117см, h₀₂ =60см, h₀₃ =30см, В₁ = 120 см, В₂ = 220 см.

По результатам подсчёта принимаем А_{s max}=38

Во взаимно - перпендикулярном направлениипринимают то же количество арматуры А_{s max}.

Армируем сеткой с шагом стержней 140мм используем 8O25 А-400 (А-III) с см².



Список используемых источников

1. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс. Учебник для вузов.- М.:Стройиздат, 1985.- 728 с.

2. Еремин А.П., Кизимова О.В. Железобетонные и каменные конструкции. Методические указания к выполнению курсовой работы.- СГТУ, 2004.-38 с.

3. СНиП 2.03.01 - 84 Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1983. - 79с.

4. СНиП II - 22 - 81 Каменные и армокаменные конструкции / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1983. - 40с.

5. Бондаренко В.М., Суворкин А.Г. Железобетонные и каменные конструкции. - М.: Высш. шк., 1987. - 384 с.

6. СНиП 2.01.02 - 85. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 36 с.

7. Мандриков А.П. Примеры расчета железобетонных конструкций. - 2-е изд. перераб. - М.: Стройиздат, 1989. - 506 с.

8. СНиП 2.01.01 - 82. Строительная климатология и геофизика/ Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1983. - 136 с.

9. Бондаренко В.М., Судницын А.И., Назаренко В.Г. Расчет железобетонных и каменных конструкций: Учеб. пособие для строит. вузов / Под ред. В.М. Бондаренко. - М.: Высш. шк., 1988. - 304 с.

Размещено на Allbest.ru