Проектирование железобетонных конструкций пятиэтажного жилого дома

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

Строительные конструкции

Тема:

«Проектирование железобетонных конструкций пятиэтажного жилого дома»

Введение

Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры, работающих совместно, благодаря сцеплению, возникающему между ними. Бетон - искусственный каменный материал, хорошо сопротивляется сжатию, а на растяжение работает в 15…20 раз слабее. Для повышения прочности бетона применяют арматуру, которая обладает значительно более высокой прочностью на растяжение и позволяет существенно повысить несущую способность строительных конструкций.

Основные достоинства бетона - высокая прочность, долговечность, огнестойкость, стойкость против атмосферных воздействий, возможность использования местных строительных материалов, простота формообразования, небольшие эксплуатационные расходы.

К недостаткам железобетона следует отнести большую плотность, высокую тепло- и звукопроводность, появление трещин вследствие усадки и силовых воздействий. Для снижения плотности и теплопроводности железобетона следует использовать легкие пористые заполнители, при этом массу конструкции можно уменьшить, применяя тонкостенные и пустотелые конструкции. Специальная технологическая обработка с помощью пропаривания, вакуумирования повышает трещиностойкость железобетона.

Бетон должен обладать необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной плотностью для защиты арматуры от коррозии. Сцепление арматуры с бетоном - наиболее важное свойство железобетона, так как оно служит основой работы материалов, входящих в состав железобетона, прочностные и деформативные свойства конструктивных элементов. Надежное сцепление арматуры с бетоном обеспечивается склеиванием геля с арматурой, трением, вызванным давлением от усадки бетона, зацеплением за бетон выступов и неровностей на поверхности арматуры. Главенствующую роль для надежного сцепления арматуры с бетоном играют выступы и неровности на поверхности арматуры. При создании периодического профиля арматуры возрастает примерно в два раза.

1. Архитектурно-конструктивное решение здания

В соответствии с заданием и паспортом запроектирован 5-тиэтажного жилого дома в г. Рогачеве Гомельской области. Высота этажа 3 м. Размер здания в осях 17,9?12,2 м. Подвал - отсутствует. Климатический район строительства IIБ.

Здание запроектировано с продольными несущими стенами. Пространственная жесткость и устойчивость здания обеспечивается перевязкой вертикальных швов между кирпичами, армированием углов и мест примыкания внутренних стен к наружным и анкеровкой плит перекрытия со стеной (Г-образный анкер) и между собой (линейный анкер).

В проекте применены ленточные фундаменты. Глубина заложения фундамента 0,9 м. По долговечности здание относится к II степени, т.к. его конструктивные элементы рассчитаны на срок службы не менее 50 лет.

По огнестойкости в соответствии с СНБ 2.02.01-98 здание относится к III степени.

Класс ответственности здания - II степени по СНиП 2.01.07-85.

Здание размещается на участке со спокойным рельефом, характеризующийся горизонталями 156-156,5.

В основании залегает грунт - супесь текучая e=0,5; г_II^'= г_II=19,8кН/м³; ц_II=29°.

Уровень грунтовых вод находится на отметке -1,5 м от дневной поверхности.

2. Сбор нагрузок

2.1 Сбор нагрузки на 1 м² чердачного перекрытия

Таблица 1

№ № п/п	Нагрузка	Подсчет	Нормативная нагрузка gn кН/м2	гYf	Расчетная нагрузка q, кН/ м2
1 1.1 1.2 1.3	Постоянная нагрузка Цементно-песчаная стяжка Крошка из пеностекла Панель перекрытия приведенного сечения	0,03?1800?10/103 0,32•500•10/10? 0,12·2500·10/103	0,54 1,6 3	1,35 1,35 1,35	0,729 2,16 4,05
		всего:	gn = 5,14		g = 6,94
2 2.1	Временная Полезная	по табл. 3 СНиП 2.01.07-85	pn = 0,7	1,6	p = 1, 5
		итого:	gn = 5,84		g = 8,44

3. Расчет несущей брусковой перемычки над оконным проемом

Исходные данные:

Назначение здания - 5-ти этажное жилое здание, ширина оконного проема в свету - 1510 мм, толщина стены 510 мм, расстояние между осями наружной и внутренней стены l=6,1 м.

Перекрытия в здании из многопустотных панелей толщиной 220 мм. Пол - линолеум. Класс бетона С , класс продольной арматуры S400, класс поперечной арматуры S500.

3.1 Подбор элементов перемычки

Перемычка над оконным проемом состоит из 4-ёх элементов одинаковой ширины. На внутренний элемент перемычки опираются панели перекрытия, остальные элементы перемычки несут нагрузку только от кладки (самонесущие).

Определяем минимальную длину перемычек при минимальных размерах заделки концов в стену:

- в самонесущих - 120 мм;

- в несущих - 250 мм;

l₁ = 1510 + 2 • 120 = 1750 мм

l₂ = 1510 + 2 • 250 = 2010 мм

Принимаем перемычки:

1 - марки 3ПБ 21-8 сечением b x h = 120 x 220 мм, l_к = 2070 мм, V = 0,055 м², m = 0,137 т.

2 - марки 2ПБ 19-3 сечением b x h = 120 x 140 мм, l_к = 1940 мм, V = 0,033 м², m = 0,081 т.

3.2 Определение расчетных усилий

Несущая перемычка воспринимает нагрузку:

- от половины пролета перекрытия;

- от собственного веса перемычки;

- от кладки высотой пояса 3,9 - 2,035 = 1,87 м.

Расчетная нагрузка на 1 м.п. перемычки от веса перекрытия

q_пер = q^таб_пер • l/2 = 7,596• 6,1/2= 23,17 кН/м,

где l = 6,1 м - расстояние между осями стен.

Расчетная нагрузка на 1 м.п. перемычки от собственной массы

q_соб = b x h x p x г_f x 10 / 10³ = 0,12 • 0,22 • 2500 • 1,35 • 10/10³ = 0,891 кН/м,

где b x h = 120х220 - сечение перемычки,

p = 2500 кг/м³ - плотность железобетона,

г_f = 1,35 для железобетона (таб. 1 СНиП 2.01.07-85)

Расчетная нагрузка от массы стены

q_ст = · t · h · p · г_f · 10 / 10³ = • 0,5 • 1,87 • 1800 • 1,35 • 10/10³ = 4,68 кН/м

где t = 0,51 - толщина стены;

p = 1800 кг/м³ - плотность кирпича;

г_f = 1,35 - коэффициент надежности по нагрузке для каменных конструкций (таб. 1 СНиП 2.01.07-85);

h = 1,87 м - высота стены над перемычкой.

Перемычка работает как однопролетная, свободно лежащая, равномерно нагруженная балка (рисунок 3).

q = q_пер + q_соб + q_ст = 23,17+ 0,891 + 4.68 = 28,69 кН/м

Конструктивная длина перемычки l_к = 2070 мм

Расчетный пролет l₀ = l_к - а = 2070 - 280 = 1790 мм

Максимальная поперечная сила Q:

Q = q • l₀/2 = 28,69 • 1,79/2 = 25,68 кН

Максимальный изгибающий момент М:

М = q • l₀²/8 = 28,69 • 1,79²/8 =11, 49 кН • м

3.3 Определение прочностных характеристик материалов

Для бетона класса С

- нормативное сопротивление бетона на осевое сжатие

f_ck = 12 МПа и осевое растяжение f_ctk = 1,1 МПа (таб. 6.1. СНБ 5.03.01-02)

- расчетное сопротивление на осевое сжатие и растяжение

f_cd = f_ck/г_с = 12/1,5 = 8 МПа

f_ctd = f_ctk/г_с = 1,1/1,5 = 0,73 МПа

где г_с = 1,5 - частный коэффициент безопасности по бетону для железобетонных конструкций.

Для продольной арматуры класса S400 расчетное сопротивление f_yd = 367 МПа (таб. 6.5. СНБ 5.03.01-02).

Для поперечной арматуры класса S500 f_ywd = 348 МПа (для сварного каркаса из проволочной арматуры).

3.4 Расчет перемычки на прочность по нормальным сечениям

Расчетное сечение перемычки - прямоугольное с двойным армированием.

Рабочая продольная арматура - класса S400.

Рабочая высота сечения d = h - c = 0,22 - 0,03 = 0,19 м.

Определяем

о _lim=0,650

где щ = 0,85 - 0,008 • 8 = 0,786

Определяем

б_lim = о _lim (1 - 0,5 • о _lim) = 0,650 (1 - 0,5 • 0,650) = 0,439

Определяем коэффициент

б₀₌0,39

Проверяем условие б₀ = 0,39 < б_lim = 0,439

Условие выполняется, по расчету требуется только растянутая арматура.

По значению б₀ = 0,39 определяем ? = 0,735

A_s1=0,0002242 м²=2,242 см²

Принимаем стержень ? 18 мм с A_s = 2,545 см²

Перемычка армируется одним сварным каркасом КР1 с продольной нижней арматурой ? 18 мм, верхней арматурой ? 6 мм класса S400.

3.5 Расчет перемычки на прочность по наклонным сечениям

Расчетная поперечная сила на опоре Q = 25,68 кН

Проверяем условие прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами, полагая ?_wl = 1.

Q<0,3 ?_wl • ?_с1 • f_cd • b • d

Q=25,68 кН < 0,3 • 1 • 0,92 • 8 •10³ • 0,12 • 0,19 = 50,34 кН,

где ?_с1 = 1 - 0,01 • f_cd = 1 - 0,01•8 = 0,92

Условие выполняется, размеры поперечного сечения перемычки достаточны.

Проверяем условие

Q>0,6 • f_ctd • b • d

Q=25,68 кН >0,6 • 0,73 • 10³ • 0,12 • 0,19 = 9,99 кН,

Условие выполняется

Шаг поперечной арматуры на приопорных участках S=100 мм, в середине пролета S=200 мм, диаметр 4 мм класса S500.

Максимальный шаг поперечной арматуры

S_max= = =0,185 м

S = 0,1 м < S_max = 0,185, условие выполняется.

Определяем усилие

V_sw=43,85 кН/м,

где = 0,126 см² - площадь сечения арматуры ? 4 мм.

Определяем длину проекции наклонного сечения на продольную ось элемента

l_inc = 2 • d/ = 2 • 0,19/0,6 = 0,63 м

где - 0,6 для тяжелого бетона

Проверяем условие l_inc < l/4

l_inc = 0,63 > l/4 = 2,07/4 = 0,517 м

Условие не выполняется, принимаем l_inc = l/4 = 0,517 м

Определяем длину проекции наиболее опасной трещины

l_{inc, cr} =0,38 м

Проверяем условие

l_{inc, cr} ? 2d

l_{inc, cr} = 0,38 м = 2d = 2 • 0,19 = 0,38 м

Условие выполняется, принимаем l_{inc, cr} = 0,38 м

Проверяем условие

Q < / l_inc + • l_{inc, cr}

Q = 25,68 кН < 2 • 0,73 • 10³ • 0,12 • 0,19² / 0,517 + 43,85 • 0,38 = 12,234 + 16,663 = 28,9 кН

Условие выполняется, прочность элемента по наклонному сечению обеспечена.

4. Расчет многопустотной панели перекрытия

Исходные данные:

Рассчитать и сконструировать многопустотную панель перекрытия марки ПК 60.18. Панель опирается на несущие стены из кирпича здания жилого дома. Расчетная равномерно-распределенная нагрузка на перекрытие q=6,99 кН/м^2. Панель перекрытия выполнена из бетона класса С30/37, панель армируется стержневой арматурой периодического профиля класса S400, поперечная арматура принята класса S500.

4.1 Определение расчетных усилий и прочностных характеристик материалов.

Конструктивная длина панели l_k=5980 мм

Расчетная длина панели l₀=l_k-130/2-150/2=5980-65-75=5840 мм

Расчетная нагрузка на 1 погонный метр панели q=q^таб·В=6,99•1,8=13,68 kН/м

Максимальная расчетная сила Q_max=q·l₀/2=13,68 •5,84/2=39,95 kH

Максимальный изгибающий момент M_max=q·l₀²/8=13,68 •5,84²/8=58,32 kН·м

Расчетная схема панели - однопролетная свободно опертая балка с расчетным пролетом l₀, равным расстоянию между осями её опор.

1-наружная стена, 2-внутренняя стена

Для бетона класса С30/37:

- Нормативное сопротивление бетона осевому сжатию f_ck=30 MПа и осевому растяжению f_ctk= 2 MПа (таб. 6.1 СНБ 5.03.01-02);

- Коэффициент безопасности по бетону _с=1,5 (для ж/б конструкций);

- Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию f_cd=f_ck/_c=30/1,5=20 MПа, осевому растяжению f_ctd=f_ctk/_c=2/1,5=1,2 МПа;

- Модуль упругости бетона при марке по удобоукладываемости СЖ 2 E_cm= 41•10³ MПа (таб. 6.2 СНБ 5.03.01-02);

Для продольной ненапрягаемой арматуры класса S400 10…32 мм нормативное сопротивление f_yd=367 МПа (таб. 6.2 СНБ 5.03.01-02).

Для поперечной арматуры класса S 500 расчетное сопротивление f_ywd =417 МПа для сварного каркаса из проволочной арматуры (таб. 6.5 СНБ 5.03.01-02).

Модуль упругости арматуры всех классов E_s =200•10³ МПа.

4.2 Определение геометрических характеристик сечения

Сечение многопустотной панели приводим к эквивалентному двутавровому профилю. Круглые отверстия заменяют с той же площадью, моментом инерции и положением центра тяжести.

Высота эквивалентного квадрата h₁ =0,9d=0,9·159= 143 мм.

Бетон растянутой зоны в работе не участвует.

Высота полки таврового сечения:

h_f' =220-143/2=38,5 мм

Расчетная ширина ребра b=b_f' -n·h_1,где n - количество пустот

b=1460-8•143=616 мм

Отношение h_f' /h=38,5/220=0,175>0,1, в расчет вводится вся ширина полки b_f' =1760 мм.

Рабочая высота сечения d=h-c=22-3=19 см.

4.3 Расчет прочности по нормальным сечениям

Определяем положение нейтральной оси, проверяем условие

Mб·f_cd ·b_f'·h_f'·(d - 0,5·h_f')

M_max=58,32 kH•м<1•20•10³•1,76•0,0385•(0,19-0,5•0,0385)=231,4 kH•м

Условие выполняется, нейтральная ось проходит в полке, сечение рассчитывается как прямоугольное шириной b=b_f' =1,76 м

Определяем граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона

??=0,53

где ??=0,85-0,008·f_cd =0,85-0,008•20=0,69

Определяем б_lim=??_lim(1-0,5 ??_lim)=0,53 (1-0,5•0,53)=0,39

Определяем коэффициент

б₀==0,054

Проверяем условие б₀б_lim

б₀б_lim =0,39

Условие выполняется по, по значению б₀ определяют коэффициент з=0,972, ??=0,056.

Определяем площадь сечения продольной арматуры:

A_s1==0,000865 м²=8,65 см²

По сортаменту принимаем 9 стержней 12 мм с A_s1=10,18 см² из арматуры класса S400.

4.4 Расчет прочности по наклонным сечениям

Расчетная поперечная сила Q_max=39,95 kH

Проверяем условие прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами, полагая, что з_w1=1

Q= 39,95 kH <0,3•з_w1•з_c1•б•f_cd •b•d=0,3•1•0,8•1•20•10³•0,616•0,19=561,79 kH

Где коэффициент з_с1=1-0,01·f_cd=1-0,01•20=0,8

Условие выполняется, размеры поперечного сечения панели достаточны.

Проверяем условие

Q= 39,95 kH <0,6·f_ctd·b·d =0,6•1,33•10³•0,616•0,19=93,40 kH

Условие выполняется, поперечную арматуру устанавливаем конструктивно. Принимаем 5 каркасов К1 на приопорном участке из арматуры 4 мм класса S500 с шагом s=100 мм. Определяем максимальный шаг поперечной арматуры

s_max=0,75•з_с2f_ctd•b•d²/Q=0,75•2•1,33•10³•0,616•0,19²/39,95 =1,1 м

Где з_с2=2

Проверяем условие s=0,1 мs_max=1,1 м

Условие выполняется.

Определяем усилие

V_sw=f_ywd•A_sw/s=417•10³•0,628•10^-4/0,1=261,88

Где A_sw=0,628 см² для 5 стержней 4 мм.

Определяем длину проекции наклонного сечения на продольную ось элемента:

где з_с3=0,6 для тяжелого бетона

Проверяем условие l_inc=0,63 м<l/4=5,98/4=1,49 м

Условие выполняется.

Определяем длину проекции наиболее опасной наклонной трещины

l_{inc сr} == 0,61 м

Проверяем условие l_{inc сr}=0,61 м < l_inc=0,63 м

Условие выполняется.

Проверяем условие l_{inc сr}= 0,61 м <2•d =2•0,19=0,38 м

Условие не выполняется, принимаем l_{inc сr}=0,38 м

Проверяем условие

Q=32,02 kH<2•f_ctd•b•d²/ l_inc+V_sw• l_{inc сr}=2•1,33•10³•0,616•0,19²/0,63+261,88•0,38=193,41 kH

Условие выполняется, прочность железобетонного элемента по наклонному сечению обеспечена.

4.5 Проверка панели на монтажные условия

Панель армирована 4 монтажными петлями класса S240, расположенными на расстоянии 365 мм от концов панели.

С учетом коэффициента динамичности k_d=1,4 расчетная нагрузка от собственного веса панели

q=k_d•_f•g•B=1,4•1,35•2750•1,79=9303,53 H/м

где g=h_red·=0,11·2500=2750 H/м - собственный вес панели; B=1,79 - конструктивная ширина панели; h_red - приведенная высота сечения; -плотность железобетона.

Расчетная схема панели показана на рис. 4.4. Отрицательный изгибающий момент консольной части панели:

M=q•l₁²/2=9303,53 •0,365²/2=619,73 H/м

Момент воспринимается продольной монтажной арматуры каркасов. Полагая, что z₁=0,9d, требуемая площадь сечения составляет

A_s= =0,0000166 м²=0,166 cм²

Где f_yd=218 МПа - расчетное сопротивление монтажной арматуры класса S240 (таб. 6.5 СНБ 5.03.01-02).

Принимаем конструктивно стержни 16, A_s=2,011 см²

5. Расчет ленточного фундамента под наружную стену здания

Исходные данные:

Требуется рассчитать ленточный фундамент под наружную стену

по оси А 5-этажного жилого дома.

Кровля - скатная, чердак - холодный, пол - линолеум. Район строительства - г. Рогачев Гомельской области. УГВ на отметке -1,500. Глубина заложения фундамента d = 0,9 м. Грунт - супесь текучая, со следующими характеристиками:

- коэффициент пористости е = 0,5;

- удельное сцепление грунта с_n=17 кПа;

- угол внутреннего трения ц_n=29?;

- удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента г_II'=19,8 кН/м?

- удельный вес грунта, залегающего ниже подошвы фундамента г_II=19,8 кН/м?

- нормативная нагрузка на перекрытие дома =5,96 кН/м²

- нормативная нагрузка на покрытие дома =5,04 кН/м²

Полезная нагрузка на перекрытие жилого дома pⁿ=1,5кПа (таб. 3 СНиП 2.01.07-85)

5.1 Сбор нагрузки на фундамент

Нагрузка от массы 1 м погонного стены от отметки -0,516 до отметки 15,830

Нст = 0,516 +15,83 = 16,346 м;

=16,346 ·(0,02·1800 + 0,51·1800+0,08·50 + 0,02·1600)·10/10 ³ = 158,98 кН/м

==158,98 ·1,35= 214,62 кН/м

Нагрузка от массы 2-ух стеновых фундаментных блоков

= 0,6?(2·0,6)•2400•10/10? = 17,28 кН/м;

= = 17,28·1,35 = 23,34 кН/м

Полная нагрузка на 1 м пог. фундамента по обрезу фундаментной плиты

=

=5,04·3,05+5,96·3,05·4+17,28+158,98 = 264,34 кН/м;

=

=5,04·3,05+5,96·3,05·4+23,34+214,62 =326,04 кН/м

5.2 Определение ширины подошвы фундамента.

Для предварительного определения ширины фундаментной плиты пользуемся табличными значениями расчетного сопротивления грунта (таб. 3 приложение 3 [2]).

Для песка средней крупности R₀ = 300 кПа.

Определяем ширину фундаментной плиты

где = 20 кН/м - средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах;

d - глубина заложения фундамента.

Принимаем b = 1 м.

Определяем расчетное сопротивление грунта с учетом поправки на ширину фундамента и глубину заложения по формуле 1 приложения 3 [2].

где k₁ = 0.05 для песка средней крупности, b₀ = 1 м, d₀ = 2 м.

Определяем ширину фундамента при R = 210,98 кПа

Принимаем b = 1,4 м массой m =1,9 т длиной 2380 мм

Определяем расчетное сопротивление грунта основания по формуле 7 [2]

где=1,2, = 1,1 (при соотношении L/H = 17,9/12,2=1,47<1,5);

k = 1, т.к. характеристики грунта ц_II и с_II определены непосредственными испытаниями.

1,06; 5,25; 7,67 для = 29? (таб. 4 [2]).

1 при b = 1,4<10 м.

Нормативная нагрузка по подошве фундамента с учетом собственной массы фундаментной плиты Р_ф и массы грунта P_гр.:



где

Определяем среднее давление по подошве фундамента:

Проверяем условие P_ср = 194,64 кПа > R=334,39 кПа.

Т.к. разница между значениями значительная, принимаем ширину фундаментной плиты b=0,8 (масса блока 1,15т, длина 2380).

Определяем расчетное сопротивление грунта при ширине фундамента b=0,8

где

Определяем среднее давление по подошве фундамента:



Проверяем условие P_ср = 338,99 кПа > R=кПа.

Условие выполнено, окончательно принимаем по каталогу фундаментную плиту шириной b=0,8 (масса блока 1,15 т, длина 2380).

Литература

здание нагрузка перекрытие прочностной

1. Берлинов М.В., Ягупов Б.А. Строительные конструкции. - М.: Агропромиздат, 1990.

2. Павлова А.И. Сборник задач по строительным конструкциям. - М.: ИНФРА - М, 2005.

3. Сетков В.И., Сербин Е.П. Строительные конструкции. - М.: ИНФРА-М, 2005.

4. Мандриков А.П. Примеры расчета железобетонных конструкций. - М.: Стройиздат, 1989.

5. Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов. - М.: Стройиздат, 1990.

6. Методическая инструкция. Курсовое проектирование. - Гомель.: УО ГГДСК, 2005.

Размещено на Allbest.ru