Расчет элементов железобетонных конструкций многоэтажных промышленных зданий

В соответствии с расчетной схемой прочность на отрыв обеспечена, если выполняется условие:

где

Q- опорная реакция второстепенной балки; hs- расстояние от центра тяжести сжатой зоны опорного сечения второстепенной балки до цента тяжести сечения нижней продольной арматуры главной балки; hогб- рабочая высота сечения главной балки; - сумма усилий, воспринимаемых арматурной сеткой по длине зоны отрыва.

Величины hs и а определяются, в частности, высотой сжатой зоны х:

где Аs-площадь верхней продольной арматуры второстепенной балки на первой промежуточной опоре.

опорная реакция второстепенной балки

Арматура сеток над первыми промежуточными опорами 4Ш14А-III с Аs=8,04см2.

Высота сжатой зоны

hs=h0-hbгб+х/2=0,74-0,5+0,192/2=0,34м; а=2hs+bbгб=2*0,34+0,2=0,88м.

Назначим арматуру сетки Ш12А-I с шагом 200 мм. Тогда на длине а размещается 5 стержней площадью Аsw=5,65 см2.

Проверка прочности на отрыв:

Армирование главной балки

Армирование главной балки выполняется плоскими сварными каркасами. Пролетные (КР1,КР2) и опорные (КР3) каркасы устанавливаются в ребро и объединяются соединительными стержнями. Шаг поперечных стержней в пролетных каркасах назначается по расчетам наклонного сечения, но не более трети высоты сечения ребра и не более 500мм. Шаг поперечных стержней в опорных каркасах назначается не более 600мм. Шаг соединительных стержней - не более 600мм и не более чем две ширины ребра. В местах примыкания второстепенных балок устанавливаются П- образные сетки, обеспечивающие прочность на отрыв. Суммарная площадь стержней рабочей арматуры должна быть не менее требуемой по расчету, геометрические параметры каркасов должны соответствовать конструктивным требованиям армирования элементов на изгиб, а также обеспечивать возможность укладки и уплотнения бетонной смеси.

2.4 Армокаменный столб

Армокаменные столбы опираются на столбчатые фундаменты и имеют закрепление в горизонтальной плоскости в уровнях междуэтажных перекрытий. Расчеты и конструирование с учетом усилий, полученных из статического расчета стойки, на которую передаются вертикальные нагрузки от перекрытий с грузовой площади Lгб*Lвб.

Сосредоточенные силы представляют вертикальные нагрузки от каждого перекрытия; распределенная нагрузка соответствует собственному весу столба. Сосредоточенные силы являются результатом сложения полных (максимальных) величин нагрузок разного рода, распределенных по площади, длине и объему.

Сбор нагрузок

Постоянные нагрузки от междуэтажного перекрытия в виде сосредоточенных сил:

-от веса плиты и материалов пола

-от веса ребер второстепенных балок

- от веса ребра главной балки

Итого нагрузка от междуэтажного перекрытия:

Временная нагрузка от междуэтажного перекрытия



Расчет постоянной нагрузки g**от верхнего перекрытия сведем в таблицу

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке гf	Расчетная нагрузка кН/м2
Покрытие
Постоянная -гравийное покрытие д=0,05м; с=17кН/м3 -гидроизоляционный ковер д=0,02м; с=14кН/м3 -цементно-песчаная стяжка д=0,025м; с=18кН/м3 -теплоизоляция д=0,1м; с=3кН/м3 -собственный вес плиты д=0,1м; с=3кН/м3	17*0,05=0,85 14*0,02=0,28 18*0,025=0,45 3*0,1=0,3 25*0,08=2	1,3 (табл.1[2]) 1,3 1,3 1,3 1,1	1,11 0,36 0,59 0,39 2,2
ИТОГО:	gn=?=3.88		g=?=4,65
Итого постоянная с учетом гn=0,95	4,65*0,95=4,41

Постоянные нагрузки от верхнего перекрытия в виде сосредоточенных сил:

- от веса плиты и материалов кровли

Итого постоянная нагрузка от верхнего перекрытия

Временная нагрузка от веса снегового покрова

Распределенная нагрузка от собственного веса столба

где 0,04м- суммарная толщина отделочных слоев.

Продольная сжимающая сила в расчетном сечении на отм. 2,500:

Здесь 18-2,5=15,5- длина столба на расчетной схеме.

Поскольку на расчетной схеме столб загружен продольными силами, центрально, усилия в любом поперечном сечении определяются по условиям равновесия. Согласно СНиП по каменным и армокаменным конструкциям по требованиям первой группы предельных состояний для столба выполняются проверка прочности как центрально сжатого элемента и проверка прочности в узле опирания главных балок. Устойчивость столба обеспечивается заведомо при назначении размеров сечения.

До выполнения проверок назначаем с учетом конструктивных требований размеры сечения, материалы каменной кладки и сетчатое армирование.

Размеры сечения должны быть согласованы с размерами каменной кладки, отвечать требованиям по предельной гибкости. Поскольку каменная кладка столбов относится к 1-ой группе, то согласно нормам отношение высоты этажа к любому размеру сечения столба должно быть не менее 25. Кроме того, ширина столба bsk назначается не менее bгб+250мм, то есть кладка столбов охватывает ребро главной балки.

В качестве косвенной арматуры назначаются сварные сетки из проволоки класса Вр-I Ш3 или 4мм. Сетки размещаются между стержнями в сетках, назначаются в пределах 30-120мм. Сетки размещаются в горизонтальных швах кладки столбов не реже, чем через 5 рядов кладки.

Назначаем марку кирпича М150; марку раствора М100; размеры армокаменного столба bsk*hsk=770*770мм.

Назначим сварную сетку косвенного армирования столба из проволоки Вр-I Ш4, шаг стержней 50 мм в обоих направлениях.

Выполним проверку прочности армокаменного столба, предварительно назначив и просчитав дополнительные величины:

-площадь поперечного сечения столба А= bsk*hsk=0,77*0,77=0,59м2.

-площадь сечения одной проволоки сеток Аs=0,126см2.

-расстояние между стержнями в сетке с=40мм.

-расстояние между соседними сетками (шаг сеток) по высоте столба- через 4 ряда кладки s=150мм.

-объемный коэффициент армирования кладки столба, выраженный в процентах,

что более 0,1%.

-расчетное сопротивление кладки R=2,2Мпа.

- определение расчетного сопротивления центральному сжатию армированной кладки

что менее 2R=4,4МПа, где Rs=365МПа- расчетное сопротивление растяжению проволоки сеток; гcs=0,6- коэффициент условия работы арматуры.

- проверка выполнения условия:

-определение упругой характеристики кладки

где Rsku=2R+2мRsn/100=2*2,2+(2*0,42*0,6*405)/100=6,44МПа- предел прочности армированной кладки и Rsn=405МПа-нормативное сопротивление растяжению арматуры сеток, учитываемое с коэффициентом условий работы арматуры гcs=0,6;

условная гибкость столба л=lo/hsk=5,8/0,77=7,53;

-коэффициент продольного изгиба по линейной интерполяции ц=0,909 при бsk=683 и л=7,53 (прил 10)

Выполним проверку прочности армокаменного столба по формуле:

N=3128,3кН?mgцRskA=1*0.909*4,04*0,59*103=2166,7кН-

условие не выполняется.

Делаем перерасчет

увеличим марку кирпича и раствора

Кирпич М300

Раствор М200.

Расчетное сопротивление кладки R=3,9МПа;

Расчетное сопротивление центральному сжатию армированной кладки:

что менее 2R=7,8МПа, где Rs=365МПа- расчетное сопротивление растяжению проволоки сеток; гcs=0,6- коэффициент условия работы арматуры.

Проверим выполнение условия:

Определим упругую характеристику кладки

где Rsku=2R+2мRsn/100=2*3,9+(2*0,42*0,6*405)/100=7,81МПа- предел прочности армированной кладки и Rsn=405МПа-нормативное сопротивление растяжению арматуры сеток, учитываемое с коэффициентом условий работы арматуры гcs=0,6;

условная гибкость столба л=lo/hsk=5,8/0,77=7,53;

Коэффициент продольного изгиба по линейной интерполяции ц=0,941 при бsk=1211 и л=7,53 (прил 10)

Выполним проверку прочности армокаменного столба по формуле:

N=3128,3кН?mgцRskA=1*0.941*5,74*0,59*103=3186,8кН-

условие выполняется.

Узел опирания главной балки на столб

В узле опирания главной балки на армокаменный столб происходит передача вертикальных нагрузок от перекрытий и вышерасположенных элементов столба через ребро главной балки. Необходимой конструкцией в передаче нагрузок является распределительная железобетонная плита.

Назначим размеры и армирование распределительной плиты.

Плита размером 770*770*200; бетон тяжелый класса В15. армирование тремя сварными сетками из арматурной проволоки класса ВР-I Ш4мм, шаг стержней с=50мм.

Объемный коэффициент армирования плиты

что более 0,5%, где s=200/2=100мм-усредненный шаг сеток в плите.

Расчетное продольное усилие N определим из статического расчета столба для сечения, находящегося под ребром главной балки первого этажа (за вычетом веса столба между отметками 1,900 и 4,950.

N=3128,3-12,3(4,95-1,9)=3090,8кН.

Момент инерции вертикального сечения распределительной плиты

Модуль деформации кладки столба Е=1000R=1000*3,9=3900МПа.

Расстояние

0,5bsk=0.5*0.77=0,39>1,57Но=1,57*0,12=0,19.

у1=0.

Выполним проверку прочности кладки:

Максимальные местные сжимающие напряжения

Условия выполняются.

К расчету узла опирания главной балки на столб

2.5 Простенок несущей стены

При проектировании зданий с каменными несущими стенами толщина стен определяется, как правило, теплотехническими расчетами. Проверки несущей способности стен зданий с жесткой конструктивной схемой выполняют на участках их ослабления проемами и в местах передачи опорных реакций конструктивных перекрытий.

Расчетная схема является стойка с горизонтальными опорами в уровнях междуэтажных перекрытий, на которую передаются все вертикальные нагрузки с грузовой площади 0,5Lгб*Lвб.

Назначим размеры оконных проемов: высота hок=3750мм, ширина bок=2100 мм. При размещении двух оконных проемов по длине Lвб=6,7м ширина простенка составляет bпр=(6,7-2*2,1)/2=2,5м. Верх оконных проемов размещаем на 200мм ниже ребер главных балок.

Так как грузовая площадь перекрытия в расчете в 2 раза меньше грузовой площади столба, нагрузки, передаваемые ребрами главных балок равны

Froof=281,4/2=140,7кН; Vsn=97,8/2=48,9кН, F=136,2кН, V=290,2кН.

Выполним расчет простенка верхнего этажа:

Так как 0,5(h-lsup)=0,5(0,77-0,4)=0,19 меньше 0,5h-0,07=0,5*0,07-0,07=0,32м, эксцентриситет е=0,32м.

Нагрузка от веса стены выше отм.21,300:

где д=0,02м- суммарная толщина отделочных слоев.

Усилия на расчетной схеме:

По эпюре моментов М=(4,6/4,8)*М1=(4,6/4,8)60,67=58,14кНм.

где (22,9-21,3)=1,6м- длина участка стены от расчетного сечения до отм. 22,9.

Назначим каменную кладку из кирпича М150 на растворе марки М100. По прил.11 расчетное сопротивление кладки сжатию R=2,2Мпа. Упругая характеристика кладки б=1000.

Размеры расчетного сечения: высота h=0,77м; ширина bпр=2.5м.

Эксцентриситет силы N относительно центра тяжести расчетного сечения

ео=М/N=58,14/260,96=0,22м.

Площадь сжатой зоны сечения Ас=bпрh(1-2ео/h)=2,5*0,77(1-2*0,22/0,77) =1,08м2.

Высота сжатой зоны сечения

hc=h-2eo=0,77-2*0,22=0,33м.

Коэффициент mg=1, т.к. h>300мм.

Условная гибкость л=H/h=4,8/0,77=6,23, коэффициент продольного изгиба ц=0,911.

Условная гибкость лс=H/hс=4,8/0,33=14,54, коэффициент продольного изгиба ц=0,778.

Средний коэффициент продольного изгиба:

Коэффициент w=1+е0/h=1+0,22/0,77=1,29, что меньше 1,45.

Выполним проверку прочности простенка верхнего этажа по формуле:

Условие выполняется, прочность простенка обеспечена.

Выполним расчеты 1-ого этажа.



Нагрузка от веса простенков

где д=0,02м- суммарная толщина отделочных слоев.

Усилия на расчетной схеме:

По эпюре моментов М=(4,95/5,15)*М1=(4,95/5,15)136,4=131,1кНм.

?N-продольная сила, равная сумме всех вертикальных нагрузок, передаваемых на простенок выше отм. 5,000. В соответствии с расчетной схемой:

где (1,6+1,85)-суммарная длина участков стены с нагрузкой от веса перемычек

q1(3*3,75)- суммарная длина участков стены с нагрузкой от веса простенков.

Эксцентриситет силы N относительно центра тяжести расчетного сечения

ео=М/N=131,1/1773,42=0,07м, что более h/30=0,77/30=0,03м.

Площадь сжатой зоны сечения Ас=bпрh(1-2ео/h)=0,77*2,5(1-2*0,07/0,77) =1,58м2.

Высота сжатой зоны сечения

hc=h-2eo=0,77-2*0,07=0,63м.

Коэффициент mg=1, т.к. h>300мм.

Условная гибкость л=H/h=5,15/0,77=6,69, коэффициент продольного изгиба ц=0,913.

Условная гибкость лс=H/hс=5,15/0,63=8,17, коэффициент продольного изгиба ц=0,92

Средний коэффициент продольного изгиба:

Коэффициент w=1+е0/h=1+0,07/0,77=1,09, что меньше 1,45.

Коэффициент условий работы кладки при твердении раствора более 1 , тогда гс=1,1.

Выполним проверку прочности простенка первого этажа:

Условие выполняется, прочность простенка первого этажа обеспечена.

Узел главной балки

Узел содержит железобетонную распределительную плиту и предназначен для передачи на каменную кладку стены опорной реакции главной балки N=F+V. Силы F и V определены при расчете простенка.

Для расчета обеспечения прочности узла назначим размеры распределительной плиты. Толщина 220мм. Размеры в плане а=770мм, что более bгб+2hp=300+2*220=740мм; b=510мм, что более lsup+70=400+70=470мм.

Опорная реакция главной балки N=F+V=136,2+290,2=426,4кН.

Площадь смятия кладки под плитой

Расчетная площадь смятия



Проверка прочности кладки на смятие под распределительной плитой

Коэффициент что менее 1,5.

Сопротивление кладки смятию Rc=оR=1,45*2,2=3,2МПа.

N=426,4<0,625 RcAc=0,625*3,2*0,266*103=531кН- условие выполняется, прочность обеспечена.

Выполним проверку на максимальные местные сжимающие напряжения.

Расстояние от ординаты с местными напряжениями у0 до грани стены а0=1,125*а1=1,125*0,07=0,079м.

Напряжения



Расстояние

Максимальные напряжения

Тогда уmax=5,87МПа<1,8R=1,8*3,6=6,48Мпа-проверка на максимальные сжимающие напряжения выполняется.

Список литературы

1. СНиП52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции./ Госстрой России.- М: ГУП НИИЖБ Росстроя России, 2003-30 с.

2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. / Госстрой России.- М.: ГУП ЦТП, 2001. 44 с.

3. СНиП II-22-81. Каменные и армокаменные конструкции.- М: Стройиздат, 1983. 40 с.

4. ГОСТ 21.503-80. Конструкции бетонные и железобетонные. Рабочие чертежи. М: Изд-во стандартов, 1981, 18 с

5. Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений для промышленного строительства/ В.М. Свиридов, В.Т. Ильин, И.С. Приходько, С.Н. Алексеев, Ф.А. Иссерс, В.А. Клевцов, М.Г. Костюковский, Н.М. Ляндерс, В.М. Москвин, Р.И. Рабинович, Н.В. Селиверстова, Г.К. Хайдуков, Б.М. Чкония, А.Н. Королев, В.С. Шейнкман, Р.Г. Шишкин, М.С. Шорина, Л.Ш. Ямпольский. Под общ. ред. Г.И. Бердичевского. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1981. 488 с. (Справочник проектировщика).

6. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие/ А.Б. Голышей, В.Я. Бачинский, В.П. Полищук, А.В. Харченко, И.В. Руденко. Под общ. ред. А.Б. Голышева. Киев: 1985. 496с.

7. Байкалов В.Н. Железобетонные конструкции. Общий курс: Учебник для вузов. 5-е изд. перераб. и доп./ В.ПН. Байкалов, Э.Е Сигналов. М: Стройиздат, 1991.767 с

8. Мандриков А.П. Примеры расчета железобетонных конструкций: Учебное пособие . 2-е изд. , перераб и доп. М: Стройиздат, 1989. 506с

9. Расчет и конструирование железобетонных конструкций многоэтажного здания: Методические указания к курсовому проекту для студентов специальности 290500- «Городское строительство и хозяйство», 291400- «Проектирование даний»; Сост. О.П. Медведева. Красноярск: КрасГАСА,2004. 105 с.

10. Пример расчета и конструирования монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами; Методические указания к курсовому проекту 1 для студентов специальностей 290300- «Промышленное и гражданское строительство; Сост. В.И. Колдырев, С.Н. Абовская, Л.В.Щебаков, О.П. Медведева. Красноярск: КрасГАСА,1999. 48 с.

11. СТП 5055012-94. Стандарт предприятия. Проекты дипломные и курсовые. правила оформления; Сост. В.А. Яров, Г.Ф. Шишканов, В.К. Младенцева/ КИСИ. Красноярск, 1994. 35с

Размещено на Allbest.ru