Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Проектирование сборного ригеля среднего пролета (Р 1)

1.1 Расчетная схема ригеля, нагрузки, усилия

1.2 Расчет прочности нормальных сечений

1.3 Расчет прочности наклонных сечений

1.4 Конструирование арматуры ригеля

1.5 Расчет ригеля на монтажные нагрузки

2. Проектирование предварительно напряженной панели перекрытия

2.1 Сбор нагрузок на перекрытие

2.2 Расчетная схема панели, расчетный пролет, нагрузки, усилия

2.3 Расчет прочности нормальных сечений

2.4 Расчет прочности наклонных сечений

2.5 Расчет полки панели на местный изгиб

2.6 Расчеты по второй группе предельных состояний

2.6.1 Определение геометрических характеристик приведенного сечения

2.6.2 Определение потерь предварительных напряжений в арматуре

2.6.3 Расчет по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси панели

2.6.4 Расчет панели перекрытия по деформациям

3. Проектирование колонны подвала среднего ряда (К 1)

3.1 Исходные данные, нагрузка на колонну, расчетная схема, расчетное усилие

3.2 Нагрузка на колонну, расчетная схема, расчетное усилие

3.3 Расчет прочности колонны

4. Проектирование центрально-загруженного фундамента под колонну среднего ряда (К 1)

4.1 Исходные данные

4.2 Расчет основания

4.3 Расчет тела железобетонного фундамента

4.4 Компоновка размеров фундамента

4.5 Проверка высоты нижней ступени фундамента

4.6 Расчет арматуры у подошвы фундамента

5. Проектирование монолитного балочного перекрытия с балочными плитами

5.1 Компоновка перекрытия

5.2 Расчет и армирование монолитной балочной плиты

5.3 Расчет и армирование второстепенной балки

5.4 Расчет прочности наклонных сечений

Список использованной литературы



Введение

Целью курсового проекта является изучение методов расчета железобетонных конструкций. В курсовом проекте необходимо запроектировать элементы 5-ти этажного каркасного промышленного здания (ребристую панель перекрытия, ригель, колонну среднего ряда, фундамент под колонну среднего ряда, монолитное ребристое перекрытия (плиту и второстепенную балку)).

Таблица 1. Исходные данные. Компоновка перекрытия (с маркировкой элементов)

№ задания

Сетка колонн , м

Число пролетов, k

Ширинапанели

Тип панели

Тип ригеля

Число этажей n

м

м

Сопротивление грунта R, МПа

Временная нагрузка

Район строительства

2

5,45,4

5

1,8

Ребристая

Прямоугольный

5

3,9

3,2

0,28

10

Иркутск

Рис. 1. План компоновки сборного балочного перекрытия

1. Проектирование сборного ригеля среднего пролета (Р 1)

1.1 Расчетная схема ригеля, нагрузки, усилия

Требуется запроектировать ригель прямоугольного сечения. Шаг ригелей а=5,4.

Расчетная схема ригеля- балка на двух опорах с шарнирным закреплением т.к. здание со связевым каркасом т.е. стык ригеля с колонной шарнирный.

Рис. 2. Ригель

Определение размеров ригеля.

Сечение колонны принимаем .

Расчетная длина ригеля .

Расчетный пролет

Высоту(h) и ширину ригеля(b) назначаем в соответствии с СП 52-101-2003

1)принимаем .

2) принимаем .

Таблица 2. Сбор нагрузки на 1м² панели перекрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м 2	Коэффициент надежности по нагрузке, .	Расчетная нагрузка, кН/м 2
А. Постоянная
Собственный вес плиты перекрытия	2,5	1,1	2,75
Вес пола: Цементная стяжка	0,44	1,3	0,57
Керамическая плитка	0,24	1,2	0,29
Итого(g):			3,61
Б. Временная
Длительная	8	1,2	9,6
Кратковременная	2	1,2	2,4
Итого(v):			12

Полная расчетная нагрузка на ригель:

,

где полная постоянная нагрузка: .

- нагрузка от 1 метра ригеля.

Полная временная нагрузка: , тогда

.

Определим усилия в ригеле от расчетных нагрузок.

.

.



1.2 Расчет прочности нормальных сечений

Рис. 3. Поперечные сечения ригеля

Механические характеристики материала ригеля:

1) Бетон класса В-30:

- нормативное сопротивление бетона осевому сжатию R_b,n, МПа 18,5;

- расчётное сопротивление бетона осевому сжатию R_b, МПа 17,0;

- нормативное сопротивление осевому растяжению R_bt,n, МПа 1,75;

- расчётное сопротивление осевому растяжению R_bt, МПа 1,15;

- начальный модуль упругости бетона E_b, МПа 32,5.

2) Арматура класса А 400(А III):

- нормативное сопротивление R_s,n, МПа 400;

- расчётное сопротивление R_s, МПа 355;

- модуль упругости E_s, МПа 2*10⁵.

Подбор площади продольной рабочей арматуры.

,

где - высота рабочего сечения, .

Рассчитаем коэффициент:

.

По таблице 8 прил. 1 , так как сжатая арматура в сечении не требуется.

=14,32 см².

Для обеспечения прочности нормальных сечений у нижний грани ригеля по табл. 7 прил.1 принимаем А-400 с А_s=15.20 см².

.

Подсчитаем коэффициент армирования: .

.

1.3 Расчет прочности наклонных сечений

Цель: поверить прочность наклонных сечений при принятой по конструктивным требованиям поперечной арматуре (п.п. 8.3.10-8.3.11 [1]).

Прочность следует проверить только на действие поперечной силы Q. Прочность на действие М обеспеченна, так как продольная арматура верхнего ряда обрываемая в пролете, заводится за точки теоретического обрыва на длину w (п.п. 3.64 [1]).

При диаметре продольных рабочих стержней арматуры 22мм с учетом требований 8.3.10 назначаем поперченные стержни(хомутов) 6мм А-400, с (площадь сечения стержня).

В поперечном сечении устанавливаем 2 каркаса, тогда:

,

где n-число каркасов, .

Согласно п.п. 8.3.11 СП 53-101-2003 шаг стержней в приопорных участках .

, примем .

Шаг стержней в пролете принимаем 40 см.

Максимально допустимый шаг хомутов в приопорных участках (3.35 [4]):

.

- принятый шаг не превышает максимально допустимого.

Проверим прочность бетонной полосы между наклонными трещинами на действие главных сжимающих напряжений (3.30,3,43 [4]).

.

прочность бетонной полосы между наклонными трещинами обеспеченна.

Расчет ригеля по наклонному сечению производится из условия:

,

где - поперечная сила воспринимаемая бетоном.

- поперечная сила воспринимаемая арматурой.

Усилие в хомутах у опор на единицу длины (п.п. 3,31):

.

.

Условие п.п. 3.49 [4] выполняется хомуты учитываются полностью.

По 3,46 .

Определим длину наиболее опасной наклонной трещины (п.п. 3,32).

,

где =q-0.5q_v=88.49-0.5*64.8=560.2.

.

Проверим условия п.п. 3,32 [4].

.

1).

2)=0,28<2 условия выполняются, принимаем с=155,3 см.

Поперечная сила на расстоянии с от опоры.

.

Выполним проверки п.п. 3,41 [4]:

1)

.

2) Q_max ? 2,5R_btbh_o,

.

Условие 1 не выполняется, поэтому необходим расчет с учетом поперечной рабочей арматуры.

Поперечная сила воспринимаемая бетоном:

,

при и .

.

.

условия выполняются.

Поперечная сила воспринимаемая арматурой в наклонном сечении по 3.47 [4]:

,

где - проекция наклонной трещины, принимаемая с =, но не более 2

С=2=112.

.

Выполним проверку:

.

87083,07+67750,2=154833,27 проверка выполняется. Следовательно прочность наклонных сечений на действие главных растягивающих напряжений обеспечена.

Определить на каком расстояние от опор можно увеличить шаг хомутов.

Усилие в хомутах на единицу длины.

.

Проверим условие:

.

403,280 условие 3.49 [4] не выполняется тогда:

см. 3,34 [4].

Длина участка c интенсивностью хомутов :

.

.

, при и .

.

.

принимаем .

.

Принимаем с шагом хомутов .

Для обеспечения прочность наклонных сечений от действия поперечной силы на приопорные участки длиной установлены поперечные стержни с шагом , в средней части пролета шаг принят .

1.4 Конструирование арматуры ригеля

Для экономного армирования ригеля продольные стрежни верхнего ряда обрывают в пролете в соответствии с характером эпюры изгибающих моментов. Для определения местоположения сечений за которыми расположение стержней верхнего ряда не требуется по расчету (точек теоретического обрыва), строится эпюра материалов.

Определение ординат эпюры материалов.

Определение несущей способности сечения 1-1.

.

=0.235(1-0.5*0235)=0.204.

.

Определение несущей способности сечения 2-2.

.

.

.

Рис. 4. Эпюра материалов ригеля

Определение точек теоретического обрыва арматуры верхнего ряда.

Точки теоретического обрыва стрежней соответствую сечениям на расстоянии у от опор в которых ординаты эпюр моментов и несущая способность сечения 2-2 равны:

.

.

.

.

Примем у =. Поскольку:

,

что не имеет смысла.

Определение длины заделки обрываемых стрежней.

Для обеспечения прочности наклонных сечений обрываемую арматуру надо завести за точки теоретического обрыва на расстояние w, которая определяется согласно п.п. 3.47 [4]. Поперечная сила в сечении у проходящая через точку теоретического обрыва:

.

Усилие в хомутах на единицу длины:

, .

.

Так как , то:

.

Принимаем .

Согласно пункту 3.45 пособия к СП 52-101-2003длина анкеровки должна быть не менее следующего значения:

- длина анкеровки.

,

.

.

, .

Принимаем окончательную длину заделки продольных стержней верхнего ряда за точки теоретического обрыва равной наибольшему из значений . W= Так как длина заделки , то обрывать стержни верхнего ряда не имеет смысла, доводим их до конца. проектирование прочностной железобетонный перекрытие

1.5 Расчет ригеля на монтажные нагрузки

Для восприятия ригелем монтажных нагрузок у верхней грани ставится продольная арматура .

Проверка состоит в сравнении:

условие обеспечения прочности на монтажные нагрузки.

.

- опорный момент (на петле).

- расстояние от края ригеля до монтажных петель 0,7м.

.

Рис. 5. Расчетная схема и эпюра моментов от монтажных нагрузок

Несущая способность сечения.

1).

2).

3)

прочность ригеля на монтажные нагрузки обеспечена.



2. Проектирование предварительно напряженной панели перекрытия

2.1 Сбор нагрузок на перекрытие

Таблица 3. Подсчет нагрузок на 1м² панели перекрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка , кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке,	Расчетная нагрузка, кН/м 2
А. Постоянная
Собственный вес плиты перекрытия	2,5	1,1	2,75
Вес пола: Цементная стяжка	0,44	1,3	0,57
Керамическая плитка	0,24	1,2	0,29
Итого(g):			3,61
Б. Временная
Длительная Vln	8	1,2	9,6
Кратковременная Vsh	2	1,2	2,4
Итого(v):	10		12
Итого(q=g+v)	13.18		15.61

2.2 Расчетная схема панели, расчетный пролет, нагрузки, усилия

Расчетная схема панели - балка, свободно лежащая на двух опорах.

Конструктивная длина: .

Расчетный пролет: .

Нагрузки на расчетную схему (собирается с номинальной ширины м), усилии определяем с учетом коэффициента надежности здания по назначению .

- полная расчетная нагрузка: .

- полная нормативная нагрузка: .

- длительная нормативная нагрузка: .

Усилия от полной расчетной нагрузки:

.

.

Усилия от полной нормативной нагрузки:

.

Усилия от длительной нормативной нагрузки:

.

Рис. 6. Расчетная схема и эпюры внутренних усилий

2.3 Расчет прочности нормальных сечений

Цель расчета: подобрать продольную предварительно напряженную арматуру в ребрах панели.

Материалы для панели перекрытия:

Бетон класса B25:

расчётное сопротивление осевому сжатию R_b, МПа 14,5;

нормативное сопротивление осевому сжатию R_b,n, МПа 18,5;

расчётное сопротивление осевому растяжению R_bt, МПа 1,05;

нормативное сопротивление осевому растяжению R_bt,n, МПа 1,55;

начальный модуль упругости бетона E_b, МПа 30000.

Рис. 7. Поперечное сечение панели перекрытия

Продольная арматура предварительно напряженная класса А 600 (А-IV):

нормативное сопротивление R_s,n, МПа 600;

расчётное сопротивление R_s, МПа 520;

модуль упругости E_s, МПа 20•10⁴.

Расчетное сечение панели тавровое (Рис.) с высотой h=5 см, ширина сжатой полки , е высота , толщина ребра равна удвоенно осредненной толщине продольного ребра: .

Проверяем требования п.п. 6.2.12 СП 52-102-2003:

1) ,

где ширина свеса.

2)

Т.к. условия п.п. 6.2.12 СП 52-102-2003 выполняются, то в расчет вводится полная ширина полки .

Назначим ширину предварительных напряжений в арматуре:

Согласно п. 2.25 [5]=540 Мпа.

Определим положение нейтральной оси (для установления расчетного случая) сравнив .

- момент, при котором нейтральная ось проходит между полкой и ребром.

.

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

Определение требуемой площади продольной арматуры.

Т.к. отсутствует сжатая продольная арматура то:

.

.

По табл. 3.1 [5] граничное значение граничной высоты сжатой зоны для А 600 при , , то есть постановка арматуры в сжатой зоне не требуется.

Согласно пункту 3.9 [5] коэффициент условия работы определяется по формуле:

,

при , .

Тогда для обеспечения прочности нормальных сечений принимаем (по одному арматурному стержню в каждое продольное ребро панели).

.

2.4 Расчет прочности наклонных сечений

Цель: проверить прочность наклонных сечений при принятой по конструктивным требованиям поперечной арматуры.

Прочность наклонных сечений требуется проверить только на действие поперечной силы.

Для поперечной арматуры принимаем проволоку

расчётное сопротивление R_sw, МПа 300;

модуль упругости E_s, МПа 20•10⁴.

Число поперечных стержней в сечении 2(n=2- число каркасов по одному в каждом продольном ребре).

Согласно п.п. 5.12 [5] шаг поперечных стержней принимается:

, примем .

Максимально допустимы шаг хомутов:

.

По формуле 3.53а [5] коэффициент:

,

где P-усилие обжатия бетона , тогда:

.

Следовательно приняты шаг не превышает максимально допустимого.

Поперечная сила , согласно п.п. 3.33 пособия распределенная нагрузка q₁=q-0.5vb_n=28.098-0.5121.8=17.30 кН/м.

Проверим прочность сжатой бетонной полосы между наклонными трещинами (п.п. 3.30 [5]):

.

Прочность сжатой полосы бетона между наклонными трещинами на действие главных сжимающих напряжений обеспечена.

Проверка прочности наклонного сечения на действия поперечной силы.

Интенсивность хомутов у опор:

.

Проверим условие 3.56 [5]:

.

выполняются тогда По 3,46 .

При этом и с_о=2h_o=72 см.

Согласно п.п. 3.33 [5] определим длину проекции наиболее опасной проекции трещины.

.

Проверим условия п.п. 3,32:

.

1).

2)=0,37<2 условия выполняются, принимаем с=176.08 см.

Но поскольку с=176.08 см>3h_o=108 см окончательно принимаем с=108 см, что соответствует .

Поперечная сила на расстоянии с от опоры.

.

Поперечная сила воспринимаемая хомутами в наклонном сечении с проекцией:

,

где - проекция наклонной трещины, принимаемая =, но не более 2. С_о=2=72 см.

.

Выполним проверку:

.

56448+42336=98744 проверка выполняется, следовательно прочность наклонных сечений на действие главных растягивающих напряжений обеспечена.

Для обеспечения прочности наклонных сечений на действие поперечной силы Q в ребрах панели установлены поперечные стержни

2.5 Расчет полки панели на местный изгиб

Рис. 7. Расчетная схема полки ребристой панели

Проверим соотношение размеров в свету между гранями продольных и поперечных ребер панели в свету(размеры свободного поля полки):

, поскольку , то полка работает как балочная плита в коротком направлении , расчетная схема стержень защемлен с двух концов, загруженный равномерно распределенной нагрузкой.

Расчетная нагрузка на 1 м² полки.

Складывается из веса пола .

Собственного веса полки .

Временной нагрузки V=V_ln+V_sh=8+2=10 кН/м².

Нагрузку собираем с полосы шириной b=1 м.

.

Изгибающий момент для балки(полосы) шириной b=1 м.

.

Определение требуемой площади сечения рабочей арматуры полки(арматура поперечного направления).

Расчетное сечение 1-1 полки (грузовой полосы) с шириной b=100 см и , с рабочей высотой сечения .

Используется арматура В 500 с R_s=415 Мпа.

.

Относительная высота рабочей зоны:

, тогда

.

У нижней грани полки панели устанавливается арматурная сетка с поперечной рабочей арматурой на каждый метр длины полки с шагом 100 мм. Для восприятия растягивающих усилий от опорных моментов у верхней грани полки в угловых зона устанавливается сетка с такой же рабочей арматурой как у нижней грани.

2.6 Расчеты по второй группе предельных состояний

Во вторую группу расчетов (по пригодности к нормальным условиям эксплуатации) согласно п.п. 4.1.1 [3] для панели перекрытия входит расчеты по раскрытию трещин и по деформациям(прогибам).

При расчете по второй группе нагрузки принимаются с коэффициентом надежности по нагрузке .

2.6.1 Определение геометрических характеристик приведенного сечения

Коэффициент приведения:.

Площадь приведенного сечения: .

Статический момент относительно нижней грани:

.

.

Расстояние от нижней грани до цента приведенного сечения:

.

От верхней грани: .

Эксцентриситет усилия обжатия Р(расстояние от оси арматуры до центра тяжести приведенного сечения): .

Момент инерции относительно приведенного сечения относительно своего цента:

.

.

Момент сопротивления относительно нижней грани сечения:

.

Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки:

.

Упругопластический момент сопротивления:

, где табл. 4.1 [5]

.

2.6.2 Определение потерь предварительных напряжений в арматуре

Предварительное напряжение арматуры выполняют путем электротермического натяжения на упоры.

Определение потерь предварительных напряжений арматуры выполняется по формулам, приведенных в п.п. 2.27-2.32.

Первые потери:

:

1) Потери от релаксации при напряжении в арматуре при электротермическом способе натяжения:

.

2) Потери от температурного перепада между натянутой арматурой и упорами:

.

т.к. при пропаривании форма с упорами нагревается вмести с изделием то тогда .

3) Потери от деформации упоров (форм) .

4) Потери от деформации анкеров .

Итого первые потери (происходящие при передачи усилия натяжения арматуры на бетон) .

Усилие обжатия бетона с учетом первых потерь:

.

В соответствии с п. 2.34 [5]проверяем максимальные сжимающие напряжения в бетоне:

,

где и .

Окончательно принимаем .

.

требования п. 2.34 [5]выполняются. Передаточная прочность бетона .

Вторые потери:

:

1) Потери от усадки бетона (п.2.31 [5])

.

для бетона класса В<35.

2) Потери от ползучести бетона:

.

где - коэффициент армирования .

- коэффициент ползучести бетона принимается по табл. 2.6 [5] при В=, .

.

- напряжения в бетоне на уровне центра тяжести площади напрягаемой арматуры.

- момент от веса панели тогда:

.

.

Итого вторые потери составляют:

.

Полные потери равны: .

Усилие обжатия с учетом всех потерь:

.

2.6.3 Расчет по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси панели

Определим момент трещинообразования по формуле 4.3 [5]:

,

.

- условие трещиностойкости.

условие не выполняется, образуются трещины и необходим расчет на раскрытие трещин.

Определение ширины раскрытия трещин.

Расчет на раскрытие трещин производят из условия пункта 4.2 пособия к СП 52-102-2003: a_crc ? a_crc,ult..

a_crc,ult равен (для арматуры класса А 600):

0,3 мм - при продолжительном раскрытии трещин;

0,4 мм - при непродолжительном раскрытии трещин.

Полная ширина раскрытия трещин:

.

Ширину раскрытия нормальных трещин определяют по пункту 4.8 пособия к СП 52-102-2003:

.

- коэффициент, учитывающий продолжительность действия нагрузки и принимаемый равным:

1,0 - при непродолжительном действии нагрузки;

1,4 - при продолжительном действии нагрузки;

- коэффициент, учитывающий профиль арматуры и принимаемый равным:

0,5 - для арматуры периодического профиля и канатной;

0,8 - для гладкой арматуры (класса А 240);

- коэффициент, учитывающий вид напряженного состояния и равен:

1 - для изгибаемых и внецентренно сжатых элементов.

1,2- для растянутых элементов.

- коэффициент, учитывающий неравномерное распределение относительных деформаций растянутой арматуры между трещинами:

.

l_s - базовое (без учета вида внешней поверхности арматуры) расстояние между смежными нормальными трещинами, определяемое согласно п. 4.10 пособия к СП 52-102-2003 и принимают не менее 10d_s и 100 мм и не более 40d_s и 400 мм.

.

где - площадь сечения растянутого бетона, определяемая в общем случае согласно указаниям п. 4.7. При этом высота растянутой зоны бетона принимается не менее 2a и не более 0,5h.

,

где - высота растянутой зоны и равна:

.

К- поправочный коэффициент и равен 0,9.

.

.

, тогда:

.

Окончательно принимаем .

Приращение напряжений от действия момента .

.

Где плечо внутренней пары сил:

,

где определяется по табл. 4.2 [5] в зависимости от параметров:

1),

2) .

3) .

4) коэффициент приведения арматуры к бетону .

5) тогда по табл. 4.2 [5].

, тогда

.

Приращение напряжений при действии полной нормативной нагрузки ():

,

, .

.

.

Проверим условие п.п. 4.21 к СП ширину раскрытия трещин можно проверить только на непродолжительное раскрытие a_crc,ult=0,4 мм.

1) Ширина раскрытия трещин от продолжительного действия постоянной и временной длительной нагрузки.

.

Приращение напряжений от постоянных и временных длительных нагрузок по формуле:

,

,

так как точка приложения усилия обжатия совпадает с центром тяжести арматуры то , то .

Плечо внутренней пары сил:

,

где определяется по табл. 4.2 в зависимости от параметров:

1) ,

2) .

3) .

тогда по табл. 4.2 пособия .

.

.

.

2) Ширина раскрытия трещин от кратковременного воздействия полной нагрузки:

.

3) Ширина раскрытия трещин от кратковременного действия постоянной и длительной временной нагрузок:

.

Ширина раскрытия непродолжительного трещин:

- ширина раскрытия трещин панели перекрытия не допускает предельной величины.

2.6.4 Расчет панели перекрытия по деформациям

Расчет изгибаемых элементов по прогибам производят из условия по пункту 4.16 пособия к СП 52-102-2003: f ? f_ult.

Полный прогиб определяется по пункту 4.18 пособия к СП 52-102-2003:

.

где S - коэффициент, принимаемый по табл. 4.3 пособия к СП 52-102-2003. S=5/48.

- полная кривизна в сечении с наибольшим изгибающим моментом.

Полная кривизна в сечении определяется по пункту 4.22 пособия к СП 52-102-2003:

.

где - кривизна от кратковременного действия полной нагрузки;

- кривизна от кратковременного действия постоянной и длительной временной нагрузки;

- кривизна от продолжительного действия постоянной и длительных временной нагрузок.

Кривизна вычисляется по формуле:

.

E_b,red - приведенный модуль деформации сжатого бетона, принимаемый равным:

.

где значение е_b1,red определяют по табл. 4.6 [5].

при непродолжительном действии нагрузки - 15 ? 10^-4;

при продолжительном действии нагрузки при относительной влажности воздуха окружающей среды W > 75 % - 24 ? 10^-4.

При непродолжительном действии нагрузки:

.

При продолжительном действии нагрузки:

.

1) Кривизна от непродолжительного действия полной нагрузки:

.

2) Кривизна от непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок:

.

3) Кривизна от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок:

.

Полная кривизна в сечении:

.

Полный прогиб панели:

.

Предельное допустимое значение прогиба по пункту 10.7 СНиП 2.01.07-85 не должно превышать 1/200 :

f_ultсм > см условие выполняется прогиб панели перекрытия не превышает предельного.



3. Проектирование колонны подвала среднего ряда (К 1)

3.1 Исходные данные, нагрузка на колонну, расчетная схема, расчетное усилие

Требуется запроектировать колонну подвального этажа среднего ряда 5 этажного здания. Высота этажа , высота подвала . Сетка колонн . Район строительства- г. Иркутск. Расчетное значение веса снегового покрова .

Сечение колонны предварительно принято .

Материалы, принятые для колонны:

1) Бетон класса В-25:

- расчётное сопротивление бетона осевому сжатию R_b, МПа 14,5;

- нормативное сопротивление осевому растяжению R_bt,n, МПа 1,55;

- начальный модуль упругости бетона E_b, МПа 32,5.

2) Арматура класса А 400:

- нормативное сопротивление R_s,n, МПа 400;

- расчётное сопротивление R_s, МПа 355;

- модуль упругости E_s, МПа 2*10⁵.

3.2 Нагрузка на колонну, расчетная схема, расчетное усилие

а) Нагрузка на колонну:

собирается с грузовой площади .

1) Нагрузка от покрытия:

От веса панелей и кровли. .

От веса ригелей. .

От снега(временная) согласно указаниям п.п. 5,1 [7].

, где согласно п.п. 5,5 [7].

В том числе длительная часть снеговой нагрузки согласно п.п. 1.7 [7]

.

Полная нагрузка от покрытия: .

Длительная часть нагрузки от покрытия: .

2) Нагрузка от одного перекрытия:

От веса панелей и пола: .

От веса ригелей: .

Временная(полезная) .

В том числе длительная часть временной нагрузки: .

Полная нагрузка от перекрытия: .

Длительная часть нагрузки от перекрытия: .

3) Нагрузка от веса колонны одного этажа.

.

.

Б) Расчетное усилие. Усилие в колонне на уровне обреза фундамента:

От полной расчетной нагрузки. .

От длительной расчетной нагрузки..

Б) Расчетная схема.

Рис. 8. Расчетная схема колонны

В связевом каркасе расчетная схема колонны подвала- стержень с одной стороны защемлен в уровне обреза фундамента, с другой шарнирно опертый (по оси ригеля перекрытия над подвалом).

.

- расстояние между точками закрепления:

.

Расчетная длина:

,

где к - коэффициент зависящий от закрепления концов стержня.

.

Так как колона связевого каркаса находится в центре грузовой площади, фактический эксцентриситет е ₀ продольного усилия N равен нулю и изгибающий момент отсутствует, следовательно, колонна работает со случайным эксцентриситетом е_а. Случайный эксцентриситет определяется согласно пункту 3.49 пособия к СП 52-101-2003:

1).

2).

3).

Примем , в дальнейших расчетах эксцентриситет принимаем равным случайному .

3.3 Расчет прочности колонны

Рис. 9. Нормальное сечение колонны

Цель: определить требуемую площадь сечения продольной рабочей арматуры .

Армирование колонны симметрично, то есть . Так как колонна работает на сжатии со случайным эксцентриситетом.

Согласно п.п. 3,58 [4] расчет элементов с симметричным армированием со случайным эксцентриситетом и расчетной длине допускается производить расчет как условно центрально сжатых из условия 3,97.

Предварительно вычислим отношение .

Вычислим гибкость колонны. согласно п.п. 3,54 [4]следует учитывать продольный изгиб.

При по табл. 3.5 [4] коэффициент , по табл. 3.6 коэффициент.

(при ). Задаемся коэффициентом армирования , тогда .

Коэффициент по формуле 3.98 .

Площадь сечения всей продольной рабочей арматуры из условия 3.97 [4].

.

Согласно сортаменту на арматуру принимаем .

Тогда фактический коэффициент армирования .

.

Окончательно принимаем .

Конструкция колонны армируется пространственным каркасом К 1 образованным из двух плоских. Продольная рабочая арматура (по у каждой грани колонны) подобрана по расчету. Поперечная арматура конструктивная, её диаметр выбирается из условий сварки с продольной рабочей арматурой, примем поперечную арматуру. Шаг поперечных стрежней арматуры (п.п. 5.23 [4]) в сварном каркасе не более 15d=1525=375 мм, не более 500мм и не больше размеров сечения колонны b=h=400 мм. Принимаем шаг стержней 300 мм. У нижнего конца колонны на длине её заделки фундамент, шаг поперечных стержней принимается 150 мм для усиления бетона, испытывающего дополнительно местное сжатие.

Стык колонный подвала с колонной первого этажа выполняется на расстоянии 800 мм от верха перекрытия над подвалом, выполнен с ванной сваркой выпусков продольной арматуры с последующим бетонированием, при этом диаметр арматура из условия производства ванной сварки должен быть не меньше 20мм. Концы колонн усиливаются сетками косвенного армирования, арматура сеток подбирается из расчета на местное сжатие.



4. Проектирование центрально-загруженного фундамента под колонну среднего ряда (К 1)

4.1 Исходные данные

Требуется запроектировать отдельный ступенчатый фундамент из монолитного железобетона под колонну сечением , диаметр рабочей продольной арматуры 25мм. Усилие на фундамент равно усилию колонны в уровне обреза фундамента от полной расчетной нагрузке , а нормативное значение:

,

где - усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке (принимаем 1,15), тогда .

Материалы, принятые для фундамента:

1) Бетон класса В-20:

- расчётное сопротивление бетона осевому сжатию R_b, МПа 11,5;

- нормативное сопротивление осевому растяжению R_bt,n, МПа 1,35;

- начальный модуль упругости бетона E_b, МПа 27,5.

2) Арматура класса А 400:

- нормативное сопротивление R_s,n, МПа 400;

- расчётное сопротивление R_s, МПа 355;

- модуль упругости E_s, МПа 2*10⁵.

Грунты основания: глина тугопластичная с R=0.28 МПа.

4.2 Расчет основания

Цель: определение размеров подошвы фундамента.

Размеры подошвы фундамента определяются из расчета грунта основания по деформациям. В курсовом проекте допускается определить размеры приближенной исходя из расчета основания на прочность. Нагрузка на основание складывается из нагрузки от колонны , передаваемой через фундамент, веса фундамента и грунта на его уступах

В грунте возникают реактивные напряжение, равномерно распределенные по подошве А_ф, значение которых в предельном состоянии принимаются равными расчетному сопротивлению грунта R.

Условие прочности основания:

,

отсюда площадь подошвы фундамента:

,

где - средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах, принимаем , -глубина заложения фундамента , Н- высота фундамента предварительно задаем:

1) заделки колонны в "стакане" фундамента.

,

-длина анкеровки, .

Тогда .

2) анкеровки арматуры колонны.

,

где d-диаметр продольной рабочей арматуры колонны

.

Принимаем окончательную высоту фундамента и глубину заложения тогда:

.

Центрально загруженный фундамент проектируется квадратным в плане, поэтому сторона подошвы , примем (кратно 10 см).

4.3 Расчет тела железобетонного фундамента

Условие прочности фундамента на продавливание:

,

где - рабочая высота фундамента ,

- средний периметр пирамиды продавливания, , -сторона нижнего основания пирамиды продавливания , тогда .

Продавливающая сила:

,

где .

.

условие прочности выполняется следовательно принятая по конструктивным требованиям высота фундамента достаточна.

4.4 Компоновка размеров фундамента

Количество ступеней назначается в зависимости от высоты фундамента: если - две ступени, или - три ступени.

Высота ступени принимается равной 300,400, 450, 500 мм, исходя из того чтобы контур фундамента находил снаружи пирамиды продавливания.

Принимаем три ступени фундамента высотой 400 мм.

Минимальный зазор между стенкой стакана и гранью колонный принимается:

- по верху 75 мм;

- по низу 50 мм;

- между дном стакана и торцом колонны 50 мм.

Толщина дна стакана принята 400 мм (минимальная 200 мм), размеры ступеней показаны на рис.



Рис. 10. Компоновка сечения фундамента

4.5 Проверка высоты нижней ступени фундамента

Высота нижней ступени должна быть такой что бы выполнялось условие прочности наклонного сечения, начинающего в сечении 4-4 и оканчивающего у верхней грани нижней ступени, на действие поперечной силы без постановки поперечной арматуры:

.

(п.п. 3.41, формула 3,65 пособия к СП 52-101-2003).

Поперечная сила в сечениях 4-4 равна:

,

где b - ширина сечения примем 1 м, - реактивный отпор грунта , =L₁-h_o1=450-360=90 мм, тогда .

Несущая способность наклонного сечения:

.

Проверка выполняется, следовательно предварительно принятая высота ступени 40 см достаточна.

4.6 Расчет арматуры у подошвы фундамента

Для обеспечения прочности нормальных сечений устанавливается арматурная сетка у его подошвы.

Рассматриваются нормальные сечения, проходящие по граням ступеней и грани колонны 1-1, 2-2,3-3.

Расчетная схема: консоли, защемленные в теле фундамента и работающие на изгиб от реактивных напряжений в грунте .

Определим изгибающие моменты в сечениях 1-1, 2-2, 3-3, момент в i-том сечении:

,

где c_{i -} длина консольных стержней.

Требуемая площадь сечения арматуры:

.

Сечение 1-1.

.

.

Рис. 11. Расчетные сечения фундамента

Сечение 2-2.

.

.

Сечение 3-3.

.

.

Примем у подошвы фундамента сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой из .

Вычислим процент армирования в каждом сечении:

.

1-1: .

2-2: .

3-3: что больше (по табл. 5.2 пособия к СП 53-101-2003 пункт 3).



5. Проектирование монолитного балочного перекрытия с балочными плитами

5.1 Компоновка перекрытия

Сущность монолитного ребристого перекрытия состоит в том, что из растянутой зоны удален бетон и оставлены лишь ребра, в которых расположена рабочая арматура.

Перекрытие состоит из плиты, второстепенных балок, являющихся опорами для плиты, и главных балок которые воспринимают нагрузку от второстепенных балок в виде опорных реакций и передают ее на вертикальные несущие конструкции(колонны).

Рис. 12. План монолитного ребристого перекрытия



Рис. 13. Сечения монолитного ребристого перекрытия

Главные балки: работают как неразрезные многопролетные конструкции (3 пролета), с шагом и пролетом , высота сечения принимается , ширина сечения .

Второстепенные балки: работаю как неразрезные многопролетные конструкции с число пролетов 5, пролет а=5,4 м, шаг второстепенных балок с=1,8 м, высота сечения , ширина сечения Плита: работает на местный изгиб по пролету, равному расстоянию в свету между гранями второстепенных балок (), толщина плиты по экономическим соображениям принимается минимальной, но для гражданских зданий и в промышленных . Расчетная схема плиты - многопролетная неразрезная балка с пролетом и числом пролетов n. При принимаем n=5, при принимаем . Окончательно принимаем n=5.

5.2 Расчет и армирование монолитной балочной плиты

Сетка колонн здания . Принято поперечное направление главных балок. Размеры главных балок , . Второстепенные балки располагаются в продольном направлении с шагом с=1,8м. Размеры сечения второстепенных балок ,. Монолитная плита перекрытия с пролетами в свету между гранями второстепенных балок и между гранями главных балок .

Таблица 4. Сбор нагрузки на 1м² плиты

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м 2	Коэффициент надежности по нагрузке,	Расчетная нагрузка, кН/м2
А. Постоянная
Собственный вес плиты при и	1,5	1,1	1,65
Вес пола: Цементная стяжка .	0,44	1,3	0,57
Керамическая плитка .	0,24	1,2	0,29
Итого(g):			2,51
Б. Временная
Длительная	8	1,2	9,6
Кратковременная	2	1,2	2,4
Итого(v):	12.18		12

Полная расчетная нагрузка на плиту: .

Отношение пролетов плиты в свету: , поскольку , то плита работает как балочная в коротком направлении .

Плита с пролетом загружена равномерно распределенной нагрузкой , b- грузовая полоса шириной 1м, Определение расчетных усилий:

1) В крайних пролетах и на первой опоре .

2) В средних пролетах и на средних опорах .

При учитывается снижение изгибающего момента в средних пролетах на 20 % из-за распора. , условие соблюдается тогда в расчет вводится .

Рис. 13. Расчетная схема балочной плиты

Материалы для монолитного ребристого перекрытия:

Бетон класса B25:

- расчётное сопротивление осевому сжатию R_b, МПа 8,5;

- нормативное сопротивление осевому сжатию R_b,n, МПа 11;

- расчётное сопротивление осевому растяжению R_bt, МПа 0,75;

- нормативное сопротивление осевому растяжению R_bt,n, МПа 1,1;

- начальный модуль упругости бетона E_b, МПа.24000.

Продольная арматура рулонные сетки В 500:

- нормативное сопротивление R_s,n, МПа 500;

- расчётное сопротивление R_s, МПа 415;

- модуль упругости E_s, МПа 20•10⁴.

Подбор продольной арматуры в средних пролетах и на средних опорах.

Расчетное сечение плиты прямоугольное с шириной b=100 см, высотой и рабочей высотой .

.

Относительная высота рабочей зоны:

, тогда:

.

Для обеспечения прочности нормальных сечений плиты в средних пролетах у нижней грани и на средних опорах у верхней грани принимаем с шагом стержней 12,5 см.

Подбор продольной арматуры в крайних пролетах и на первых промежуточных опорах. .

.

Относительная высота рабочей зоны:

, тогда:

.

Поскольку в плите уже предусмотрена основная сетка с рабочей арматурой ширины плиты, принимаем дополнительное армирование в крайних пролетах и на первых промежуточных опорах по , тогда полная площадь сечения.

.

Монолитная плита армируется сварными рулонами (т.к. диаметр арматуры меньше 6 мм) сетками с рабочей арматурой вдоль главных балок. Размещение арматуры соответствует характеру эпюры изгибающих моментов. Поперечная арматура конструктивная с шагом 250 мм.

5.3 Расчет и армирование второстепенной балки

Расчетная схема и нагрузки. Расчетная схема - 5-ти пролетная неразрезная балка. Расчетный пролет - расстояние в свету между гранями главных балок .

Расчетная нагрузка на 1 метр длины второстепенной балки:

1) от участка плиты шириной с=1,8м.

1.1) постоянная .

1.2) временная .

2) от собственного веса ребра второстепенной балки:

.

Рис. 14. Расчетная схема второстепенной балки с эпюрами изгибающих моментов и поперечных сил

Для построения огибающей эпюры моментов принимаются две схемы загружения второстепенной балки. Огибающая эпюра необходима для определения отрицательных величин моментов в пролетах второстепенной балки.

Первая схема:

Полная нагрузка: - в нечетных пролетах.

Условная полная нагрузка: - в четных пролетах.

Вторая схема:

- в четных пролетах.

- в нечетных пролетах.

Расчетные усилия определяются с учетом их перераспределения в предположении образования пластического шарнира на первой промежуточной опоре.

Ординаты выровненной эпюры моментов:

-в первом пролете .

-на первой промежуточной опоре .

-в средних пролетах и на средних опорах .

Отрицательные изгибающие моменты определяются в сечениях балки соответствующих местам обрыва надопорной арматуры (на расстоянии ).

При отношении можно принять . Поскольку .

Поперечные силы:

-на крайней опоре .

- на первой промежуточной опоре слева .

- на первой промежуточной опоре справа.

Для второстепенной балки принята арматура А 400.

- нормативное сопротивление R_s,n, МПа 400;

- расчётное сопротивление R_s, МПа 355;

- модуль упругости E_s, МПа 2*10⁵.

Расчетное сечение второстепенной балки тавровое сечение. Полка тавра- участок плиты имеющий ширину с=1,8 м, высота сечения , ширина ребра .

Проверка принятой высоты сечения второстепенной балки.

Поверка производиться по моменту на первой промежуточной опоре:

.

Значение относительной высоты сжатой зоны, соответствует условию образования пластического шарнира коэффициент .

Момент отрицательный, т.е. полка сечения растянута, поэтому расчет производится как для сечения прямоугольной формы с высотой , .

, тогда полная высота сечения поэтому увеличиваем высоту сечения и в дальнейших расчетах принимаем .

Расчет прочности нормальных сечений.

Цель расчета: подобрать продольную рабочую арматуру в опорных и пролетных сечениях балки.

Сечение в крайних пролетах (): расчетное сечение тавровой формы с размерами: , , высота сечения , рабочая высота сечения , ширина ребра .

.

Относительная высота рабочей зоны:

,

Высота сжатой зоны: следовательно нейтральная ось проходит в полке, расчет ведется для прямоугольного сечения шириной .

.

Для обеспечения прочности нормальных сечений в крайних пролетах балки у нижней(растянутой) грани принимаем по .

Сечение в среднем пролете():

.

Относительная высота рабочей зоны:

.

Высота сжатой зоны: .

Следовательно нейтральная ось проходит в полке, расчет ведется для прямоугольного сечения шириной .

.

Для обеспечения прочности нормальных сечений в средних пролетах балки у нижней(растянутой) грани принимаем по .

Сечение в среднем пролете на расстоянии 0,25 от грани главной балки (отрицательный момент ).

Расчетное сечение имеет прямоугольную форму с размерами: , , .

.

Относительная высота рабочей зоны:

.

.

Для обеспечения прочности нормальных сечений в средних пролетах балки на расстоянии 0,25от грани главной балки у верхней (растянутой) грани принимаем по .

Сечение на первой промежуточной опоре().

Расчетное сечение на опорах имеет прямоугольную форму так как здесь действует отрицательный изгибающий момент и полка растянута. Размеры сечения: , , .

.

Относительная высота рабочей зоны:

.

.

Для обеспечения прочности нормальных сечений на первой промежуточной опоре балки у верхней(растянутой) грани принимаем по .

Сечение на средних опорах ().

Расчетное сечение на опорах имеет прямоугольную форму так как здесь действует отрицательный изгибающий момент и полка растянута. Размеры сечения: , , .

.

Относительная высота рабочей зоны:

.

.

Для обеспечения прочности нормальных сечений на средних опорах балки у верхней (растянутой) грани принимаем по .

5.4 Расчет прочности наклонных сечений

Цель: проверить прочность наклонных сечений при принятой по конструктивным требованиям поперечной арматуре.

Прочность наклонных сечений следует проверить только на действие максимальной поперечной силы .

Для поперечной арматуры принимаем, из условий свариваемости с продольной арматурой, проволоку, расчётное сопротивление R_sw, МПа 300; модуль упругости E_s, МПа 20•10⁴.

В поперечном сечении устанавливаем 2 каркаса тогда:

,

где n-число каркасов, .

Согласно п.п. 8.3.11 шаг стержней в приопорных участках , примем .

Максимально допустимый шаг хомутов в приопорных участках:

- принятый шаг не превышает максимально допустимого.

Проверим прочность бетонной полосы между наклонными трещинами на действие главных сжимающих напряжений.

.

прочность бетонной полосы между наклонными трещинами обеспеченна.

Расчет второстепенной балки по наклонному сечению производится из условия:

,

где - поперечная сила воспринимаемая бетоном.

- поперечная сила воспринимаемая арматурой.

Усилие в хомутах у опор на единицу длины (п.п. 3,31):

.

.

Условие выполняется хомуты учитываются полностью.

По 3,46

Определим длину наиболее опасной наклонной трещины (п.п. 3,32).

,

где =q=27,32=273,2.

.

Проверим условия п.п. 3,32.

.

1).

2)=0,69<2 условия не выполняются, принимаем

.

Поперечная сила на расстоянии с от опоры.

.

Выполним проверки п.п. 3,41:

1).

2) Q_max ? 2,5R_btbh_o, .

Условие 1 не выполняется, поэтому необходим расчет с учетом поперечной рабочей арматуры.

Поперечная сила, воспринимаемая бетоном:

,

.

.

.

.

условия не выполняются, следовательно необходим расчет с рабочей арматуры.

Поперечная сила, воспринимаемая арматурой в наклонном сечении по 3.47 [4]:

,

где - проекция наклонной трещины принимаемая с =, но не более 2, =50,39.

.

Выполним проверку:

.

+29629,32=73030,75 проверка выполняется, следовательно, прочность наклонных сечений на действие главных растягивающих напряжений обеспечена.



Список использованной литературы

1. СНиП 23-01-99*. Строительные нормы и правила Российской Федерации. Строительная климатология. / Госстрой России.

2. СП 52-101-2003. Свод правил по проектированию и строительству. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры / Госстрой России. - М.: ГУП "НИИЖБ", ФГУП ЦПП, 2004.

3. СП 52-102-2004. Свод правил по проектированию и строительству. Предварительно напряженные железобетонные конструкции / Госстрой России. - М.: ГУП "НИИЖБ", ФГУП ЦПП, 2005.

4. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003). ЦНИИПромзданий, НИИЖБ. - М.: ОАО "ЦНИИПромзданий", 2005.

5. Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона (к СП 52-102-2003). ЦНИИПромзданий, НИИЖБ. - М.: ОАО "ЦНИИПромзданий", 2005.

6. СП 52-103-2007.Свод правил по проектированию и строительству. Железобетонные конструкции монолитных зданий. / Госстрой России. - М.: ГУП "НИИЖБ", ФГУП "НИЦ "Строительство", 2007.

7. СНиП 2.01.07-85^*. Нормы проектирования. Нагрузки и воздействия. - М.: ГУП ЦПП, 2003.

Размещено на Allbest.ru