Расчет железобетонных конструкций многоэтажного каркасного здания с несущими наружными кирпичными стенами

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Здание 5-ти этажное, без подвала с размерами в плане 22,8* 54,0м в крайних разбивочных осях. Сетка колонн 7,6х5,4м. Высота этажа -Н_эт=5,2м. Кровля плоская совмещённая, нормативная временная нагрузка на перекрытие -6кН/м². Коэффициент надёжности по назначению здания _n=0,95. Температурные условия нормальные. Влажность воздуха выше 40% Район строительства г. Новосибирск, снеговой район IV, расчетная снеговая нагрузка S_g=2,4кПа. (Длительная часть снеговой нагрузки 30% от S_g и равна0,72кПа; кратковременная 70% от S_g и равна1,68кПа).

2. КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА ЗДАНИЯ

Здание многоэтажное, каркасное, с неполным ж/б каркасом и несущими наружными кирпичными стенами. Ж/б перекрытие разработано в 2-х вариантах - сборном и монолитном. Пространственная жёсткость здания решена по рамно-связевой схеме.

В сборном варианте поперечная жесткость здания обеспечивается поперечными рамами и торцевыми стенами, воспринимающими горизонтальные ветровые нагрузки через диски перекрытий. Торцевые стены служат вертикальными связевыми диафрагмами. Жесткость здания в продольном направлении обеспечивается жесткими дисками перекрытий и вертикальными связями, установленными в одном среднем пролете по каждому ряду колонн, по всей высоте здания.

Под кирпичные стены принят ленточный фундамент, под колонны отдельно стоящие фундаменты стаканного типа.

3. КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА СБОРНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ

Ригели расположены поперек здания, перекрывая большие пролеты, и опираются на продольные несущие стены и консоли колонн. Сопряжение ригелей с колоннами принято жестким на сварке закладных деталей и выпусков арматуры с последующим замоноличиванием стыков. Опирание ригелей на стены принято шарнирным. Плиты перекрытия приняты пустотные, предварительно напряженные, опирающиеся на опорные столики ригеля. Сопряжение плит с ригелем принято на сварке закладных деталей с замоноличиниваем стыков и швов. Привязка стен к крайним разбивочным осям: продольным -- нулевая, поперечным --120мм. Заделка ригелей в стены 250 мм. нагрузка шарнир ригель сечение

П1-1,5х5,4м - 4 шт

П2-1,5х5,4 - 16 шт

П3-1,5х5,4 - 4 шт

П4-1,5х5,4 - 16 шт

П5-2,0х5,4 - 8 шт

П6-2,0х5,4 - 40 шт

П7-2,2х5,4 - 4шт

П8-2,2х5,4 - 16 шт

П9-1,2х5,4 - 4 шт

П10-1,2x5,4 - 16шт

Рис.1Конструктивная схема сборного перекрытия

4. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ ПЛИТЫ

4.1 Определение размеров и формы плиты

Рассчитываем плиту П3 (2000х6000) - как наиболее распространенную.

Сечение плиты:

Для перехода от номинальных размеров к конструктивным используем следующие формулы:

4.2 Характеристика материалов

Предварительно напряженная арматура принята класса Вр1200(ВрІ І) с электротермическим натяжением на упоры. Бетон принят тяжелый класса В45.Плиты подвергаются тепловой обработке при атмосферном давлении.

Характеристики арматуры:

1. Нормативное сопротивление арматуры растяжению R_sp,ser=1200 МПа;

2. Расчетное сопротивление арматуры растяжению R_sp=1000МПа;

3. Модуль упругости E_sp=2*10⁵ МПа;

Характеристики бетона:

1. Нормативная призменная прочность бетона на сжатие R_b,ser=32 МПа;

2. Расчетная призменная прочность бетона на сжатие R_b=25 МПа;

3. Коэффициент условий работы бетона ;

4. Нормативное сопротивление бетона осевому растяжению R_bt,ser=2,25 МПа;

5. Расчетное сопротивление бетона осевому растяжению R_bt=1,5 МПа;

6. Модуль упругости бетона E_b= 37*10³ МПа.

Характеристики прочности бетона и арматуры.

Передаточная прочность бетона Rbp принята так, чтобы при обжатии:

Величина предварительного напряжения арматуры равна:

При электротермическом способе натяжения проверяется условие:

где

Условия выполняются.

Отклонение коэффициента точности предварительного напряжения определяется формулой:

,

где n=9 - число арматурных стержней.

Коэффициент точности натяжения при благоприятном действии преднапряжения:

При проверке по образованию трещин в верхней зоне плиты при обжатии принимаем

Предварительное напряжение с учетом точности натяжения:

.

4.3 Нагрузки на 1 м² перекрытия

Нормативные и расчетные нагрузки на 1м² перекрытия.

Нагрузки	Нормативная нагрузка кН/м2	Коэф-т надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка кН/м2
Постоянная: Собственный вес пустотной плиты с круглыми пустотами Тоже слоя цементного раствора () Тоже керамической плитки	3 0.44 0.234	1,1 1,3 1,1	3.3 0.57 0.2574
Итого Временная: В том числе: - длительная - кратковременная	3.674 6 4.2 1.8	- 1,2 1,2 1,2	4.1274 7.2 5.04 2.16
Полная нагрузка В том числе: постоянная и длительная кратковременная	9.674 7.874 1.8	- - -	11.3274 9.1674 2.16

Расчетная нагрузка на 1 м при ширине плиты 2 м с учетом коэффициента надежности по назначению здания .

Постоянная:

Временная:

Полная:

Нормативная нагрузка на 1 м:

Постоянная:

Полная:

Постоянная и длительная:

4.4 Расчетная схема, расчетное сечение, нагрузки и усилия

Находим расчетный пролет плиты из выражения:

Расчётная схема



5. РАСЧЕТ СБОРНОГО НЕРАЗРЕЗНОГО РИГЕЛЯ

5.1 Конструктивная и расчетная схемы. Нагрузки и расчетные сечения

Ригели расположены поперек здания. Стык ригеля с колонной принят консольный. Жесткость стыка обеспечивают сваркой закладных деталей и выпусков арматуры, с последующим замоноличиванием стыков. Опирание ригеля на стену принято шарнирное, заделка в стену 250мм.

Ригели с колоннами образуют поперечные рамы, которые работают на восприятие вертикальных нагрузок. Рама имеет регулярную схему этажей и равные пролеты.

Рис. Расчетная схема поперечной рамы.

Эпюры изгибающих моментов.

Сечения ригелей и стык приняты постоянными, такую многоэтажную раму расчленяют для расчета на вертикальную нагрузку на одноэтажные рамы с нулевыми точками моментов- с шарнирами, расположенными по концам стоек в середине длины всех этажей, кроме первого.



Нагрузка от плит перекрытия принята равномерно распределенной, ширина грузовой полосы (шаг поперечных рам)

Определяем нагрузки на 1 м длины ригеля:

1. Расчетная нагрузка на 1м длины ригеля. Постоянная от перекрытия:

где:

- расчетная постоянная нагрузка на плиту с учетом ее собственного веса (см. табл.1); - коэффициент надежности по назначению здания;

2. Постоянная нагрузка от собственного веса ригеля:

, где:

=1,1 - коэффициент надежности по назначению

3. Полная постоянная нагрузка:

4. Расчетная временная длительная нагрузка на перекрытие:

, где:

- расчетная длительная нагрузка на перекрытие (см. табл.1).

5. Временная кратковременная нагрузка на перекрытие:

, где:

- расчетная длительная нагрузка на перекрытие (см. табл.1).

6. Полная временная нагрузка:

7.Полная расчетная нагрузка:

5.2 Усилия в сечениях ригеля

Отношение погонных жесткостей ригеля и колонны:

, где

- момент инерции сечения колонны.

- момент инерции сечения ригеля;

- высота этажа;

Таблица 2

Схема загружения.	Опорные моменты, кНм.	Пролётные моменты, кНм.	Поперечные силы, кН.
	М21	М23	М32			Q12	Q21	Q23	Q32
	-0,1100429,937,1252= = -167,2	-0,0934829,937,02= = -137,1	-0,0934829,937,02= = -137,1	115,53	46,22	83,16	-130,1	104,76	-104,76
	-0,0806·41,04· ·7,1252=-167,9	-0,0294441,0472= = -59,2	-0,0294441,0472= = -59,2	183,24	-59,2	122,64	-169,77	0	0
	-0,0294441,047,1252= = -61,34	-0,0640441,0472= = -128,78	-0,0640441,0472= = -128,78	-24,54	122,59	-8,61	-8,61	143,64	-143,64
	-0,1175241,047,1252= = -244,84	-0,1089641,0472= = -219,11	-0,0490841,0472= = -98,7	152,39	92,47	111,84	-180,57	160,84	-126,44
1+2	-335,1	-196,3	-196,3	298,77	-12,98	205,8	-299,87	104,76	-104,76
1+3	-228,54	-265,88	-265,88	90,99	168,81	74,55	-138,71	248,4	-248,4
1+4	-412,04	-356,21	-235,8	267,92	138,69	195,0	-310,67	265,6	-231,2
1+4выр	-335,1	-265,88	-265,91	298,7	168,8	205,8	-299,86	248,39	-248,4
?	76,94	90,33	-30,11	30.78	30,11	-	-	-	-

Опорные моменты:

от постоянной нагрузки: M=gl².

от временной нагрузки: M=l².

от полной нагрузки: M=(g+)l².

Определение поперечных сил:

Схема 1:

Схема 2:

Схема 3:

Схема 4:

Определение пролетных моментов:

Схема 1:

Схема 2:

Схема 3:

Схема 4:

5.3Перераспределение моментов под действием пластических шарниров

Пластический расчет заключается в уменьшении опорных моментов не более 30%, при этом намечается образование пластических шарниров на опоре. Выполняем перераспределение моментов по схеме для эпюры (1+4). Для этого к эпюре (1+4) добавляется выравнивающая эпюра.

Расчет ординат выравнивающей эпюры:

М₂₁= =-(-412,04)+(-335,1)=76,94кН·м

М₂₃= =-(-356,21)+(-265,88)=90,33кН·м

М₃₂= -М₂₃/3= -90,33/3= -30,11кН·м

кН·м

кН·м

Поперечные силы для схемы (1+4)^выр.

Построение эпюр.

По данным расчетов п.п. 5.2-5.3 строятся эпюры изгибающих моментов и поперечных сил.

Огибающие эпюры моментов и поперечных сил.



5.4Опорные моменты ригеля по граням колонн

На средней опоре при схеме загружения (1+4) опорный момент ригеля по грани колонны не всегда оказывается максимальным, а следовательно и расчетным. При большой временной нагрузке и относительно малой погонной жесткости он может оказаться расчетным при схеме загружения (1+2) или (1+3), т.е. при больших отрицательных моментах в пролете.

Необходимую схему загружения для расчетного опорного момента ригеля по грани колонны можно установить сравнительным анализом опорных моментов и ограничить вычисления одной этой схемой.

Схема (1+2):

М₂₁^гр=|М₂₁|-|Q₂₁|h_к/2 = 335,1-299,870,4/2 = 275,126 кНм

М₂₃^гр=|М₂₃|-|Q₂₃|h_к/2 = 196,3-104,760,4/2 = 175,35 кНм

Схема (1+3):

М₂₁^гр=|М₂₁|-|Q₂₁|h_к/2 = 228,54-138,710,4/2 = 200,8 кНм

М₂₃^гр=|М₂₃|-|Q₂₃|h_к/2 = 265,88-248,40,4/2 = 216,2 кНм

Схема (1+4выр):

М₂₁^гр=|М₂₁|-|Q₂₁|h_к/2 = 335,1-299,860,4/2 = 275,128 кНм

М₂₃^гр=|М₂₃|-|Q₂₃|h_к/2 = 265,88-248,390,4/2 = 216,2 кНм

Для расчетов принимаем максимальный из полученных расчетных моментов. Расчетный опорный момент по грани колонны принят М₂₁^гр=275,128 кНм.

5.5 Расчет прочности ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси

Характеристики прочности бетона и арматуры.

Принимаем бетон тяжелый класса В25, нормативная призменная прочность бетона на осевое сжатие R_bn=R_b,ser=18.5МПа;нормативная призменная прочность бетона на осевое растяжение R_btn=R_bt,ser=1.55МПа; расчетные сопротивления при сжатии R_b=14,5 МПа, при растяжении R_bt=1,05МПа; коэффициент условий работы бетона ?_b2=0,9; модуль упругости Е_b=30000МПа. Арматура продольная рабочая класса А-IV, расчетное сопротивление R_s=520 МПа, модуль упругости Е_s=200000 МПа; Нормативные значения сопротивления растяжению R_s,n=600МПа.

Ранее были приняты размеры ригеля: 350х700мм.

Оптимальная относительная высота сечения сжатой зоны бетона принимается в пределах , принимаем , . Для этих значений определяем требуемую рабочую высоту сечения:

Необходима проверка h₀ по пролетному моменту, т.к. , что больше, чем М₂₁^гр

Полная высота h=h₀+a_s=47,57+5=52,57см. > h=55см.

a_s = 5 см - расстояние до арматуры.

b=1/2*55=27.5см

b=1/3*55=18.3см

В расчет принимаем hp=350мм, hp=700мм

Производим подбор сечений арматуры в расчетных сечениях ригеля.

Сечение 1-1:

По табл. 3.1 [1] находим

Находим требуемую площадь нижней арматуры:

По приложению 6[1] принимаем нижнюю арматуру 4ш18 А- IV c A_S=10,18 см², верхнюю арматуру принимаем конструктивно 2ш12 A- IV с A_S=2,26см².

Сечение 2-2:

По табл. 3.1 [1] находим

По приложению 6[1] принимаем нижнюю арматуру 4ш14 А- IV c A_S=6,16см², верхнюю арматуру принимаем конструктивно 2ш14 A- IV с A_S=3,08 см².

Сечение 3-3:

Находим верхнюю арматуру

По табл. 3.1 [1] находим

По приложению 6[1] принимаем верхнюю арматуру 3ш20 А- IV c A_S=9,41см².

Нижняя арматура 2 ?18 А- IV с А_s=5,09 см² (по сечению 1-1).

Сечение 4-4:

Находим верхнюю арматуру:

По табл. 3.1 [1] находим

По приложению 6[1] принимаем верхнюю арматуру 3ш20 А- IV c A_S=9,41см².

Нижняя арматура 2 ?14 А- IV с А_s=3,08 см² (по сечению 2-2).

5.6 Расчет прочности ригеля по сечениям, наклонным к продольной оси

На средней опоре поперечная сила Q=310,67кН.

Диаметр поперечных стержней устанавливаем из условия сварки их с продольной арматурой диаметром d=20 мм и принимаем равным d_sw=10 мм (прил.9) с площадью A_s=0,785 см². При классе А- IV R_sw=405 МПа; поскольку , условие не выполняется, поэтому коэффициент условий работы не вводится . Число каркасов - 2, при этом .

Шаг поперечных стержней по конструктивным условиям s=h/3=70/323.3 см. На всех приопорных участках длиной l/4 принимаем шаг s=15 см, в средней части пролета шаг s=3h/4=3*70/452.5 см, принимаем 40см.

Вычисляем:

. -- условие удовлетворяется.

Требование: удовлетворяется.

Расчет прочности по наклонному сечению:

Вычисляем:

.

Поскольку:

< значение с вычисляем по формуле:

.

Принимаем с=219.78см

.

Проверка прочности по сжатой полосе между наклонными трещинами:

Условие: -- обеспечивается.

Построение эпюры материала

Принятая рабочая продольная арматура определена по максимальным пролетным и опорным моментам. По мере удаления от середины пролета к опорам часть рабочей арматуры можно оборвать, так как пролетный момент к опорам уменьшается. Точки пересечения огибающей эпюры и эпюры материалов теоретические точки обрывов продольной арматуры.

Порядок обрыва продольной арматуры:

1. В масштабе строим огибающие эпюры моментов и поперечных сил от внешней нагрузки.

2. Определяем моменты, которые могут воспринять сечения, армированные принятой арматурой (ордината моментов эпюры материала).

3. В масштабе моменты эпюры материалов накладываем на огибающую эпюру моментов, точки пересечения огибающей эпюры моментов и эпюры материалов дают теоретические точки обрыва продольной арматуры.

4. Определяем анкеровку обрываемых стержней за теоретические точки обрыва.

Крайний пролёт:

Сечение 1-1

а) момент, который может воспринять сечение, армированное 4 стержнями Ш 18 мм А- IV с площадью( нижняя арматура).

Коэффициент армирования

По таблице 3.1.

б) момент, который может воспринять сечение, армированное 2 стержнями Ш 12 мм А- IV(верхняя арматура) с площадью

Коэффициент армирования

По таблице 3.1.

Крайний пролет:

Сечение 2-2

в) момент, который может воспринять сечение, армированное 4 стержнями Ш 14 мм А- IV с площадью(нижняя арматура).

Коэффициент армирования

По таблице 3.1.

г) момент, который может воспринять сечение, армированное 2 стержнями Ш 14 мм А- IV с площадью(верхняя арматура).

Коэффициент армирования

По таблице 3.1.

Опора:

д) момент, который может воспринять сечение, армированное 2 стержнями Ш 18 мм А- IV с площадью(нижняя арматура).

Коэффициент армирования

По таблице 3.1.

е) момент, который может воспринять сечение, армированное 2 стержнями Ш 14 мм А- IV с площадью(нижняя арматура).

Коэффициент армирования

По таблице 3.1.

ж) момент, который может воспринять сечение, армированное 3 стержнями Ш 20 мм А- IV с площадью (верхняя арматура).

Коэффициент армирования

По таблице 3.1.

Крайний пролет	Средний пролет	Опора

Определение анкеровки обрываемых стержней.

- поперечная сила в точке теоретического обрыва (эпюра поперечных сил).

- диаметр обрываемой арматуры.

Длина анкеровки :

Длина анкеровки :

Длина анкеровки :

Длина анкеровки :

Длина анкеровки :

Длина анкеровки :

Длина анкеровки :

6. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОННЫ ПЕРВОГО ЭТАЖА

6.1 Нагрузки, продольные усилия

Грузовая площадь колонны при сетке колонн :

Нагрузка от покрытия и перекрытия приведена в таблице.

Таблица 6.1

Вид нагрузки	Нормативная,	Коэффициент надёжности по нагрузки	Расчётная нагрузка,
Нагрузка от покрытия
Нагрузка от покрытия: Постоянная: 1.Рулонный ковёр в 3 слоя. 2.Цементная стяжка , 3.Утеплитель (пенобетонные плиты ,) 4.Пароизоляция 5.Сборные плиты покрытия 6.Ригель: (0,7х0,35х7)*25*103/42= =1,021кН/м2	0,12 0,44 0,48 0,04 3,0 1,021	1,2 1,3 1,2 1,2 1,1 1,1	0,144 0,572 0,58 0,05 3,3 1,123
Итого:	5,101	-	5,769
Временная: (Снеговая - снег. р-н ІV) Длительная 30% Кратковременная 70%	0,504 1,176	1,4 1,4	0,72 1,68
Итого:	1,68	-	2,4
Всего: В том числе длительная	6,781 5,605	- -	8,169 6,489
Нагрузка от перекрытия
Постоянная: 1.Собственный вес плиты перекрытия 2.Цементная стяжка , 3.Керамическая плитка , 4.Ригель	3 0,44 0,234 1,021	1,1 1,3 1,1 1,1	3,3 0,57 0,2574 1,123
Итого:	4,695	-	5,2504
Временная: Длительная Кратковременная	4,2 1,8	1,2 1,2	5,04 2,16
Итого:	6	-	7,2
Всего: В том числе длительная	10,695 8,895	- -	12,4504 10,2904

Расчётная длина колонны в многоэтажных зданиях принимается равной высоте этажа.

Сечение колонны .

Определяем нагрузку от собственного веса колонны в пределах одного этажа:

Расчет продольных усилий в колонне

таблица 6.2

№ этажа	Нагрузки от покрытия и перекрытия, кН	Вес колонны кН	Расчётные усилия, кН
	длительная	кратковременная		длительная	кратко- временная	полная
5	Покрытие 6,489Ч42Ч0,95=258,91	Покрытие 1,68Ч42Ч0,95=67,032	21,74	280,65	67,032	347,682
4	Перекрытия 10,2904Ч42Ч0,95+258,91= =669,5	Перекрытие 2,16Ч42Ч0,95+67,032= =153,216	43,48	712,98	153,216	866,196
3	669,5+10,2904Ч42Ч0,95= =1080,09	153,216+2,16Ч42Ч0,95= =239,4	65,22	1146,12	239,4	1385,52
2	410,59+1080,09= =1490,68	239,4+2,16Ч42Ч0,95= =325,584	86,96	1577,64	325,584	1903,22
1	410,59+1490,68= =1901,27	86,184+325,584= =411,768	108,7	2009,97	411,768	2421,738

6.2 Определение изгибающих моментов колонны от расчетных нагрузок

Вычисляем опорные моменты ригеля, перекрытия от расчетных нагрузок по разностям абсолютных значений опорных моментов ригеля в узле.

Для определения опорных моментов ригелей первого этажа находим коэффициент:

Определяем максимальный момент колонны при загружении (1+2) без перераспределения моментов:

- от действия полной нагрузки

- от действия длительной нагрузки

Значения и определяются по приложению 11 (таблица 1) по схемам 1 и 2 соответственно.

Разность абсолютных значений опорных моментов в узле рамы:

- от действия полной нагрузки

- от действия длительной нагрузки

Изгибающие моменты колонны первого этажа:

- от длительной нагрузки:

- полной нагрузки:

Изгибающие моменты колонны второго этажа:

- от длительной нагрузки:

- полной нагрузки:

Вычисляем изгибающие моменты колонн, соответствующие максимальным продольным силам; для этого воспользуемся загружением пролётов ригеля по схеме (1+1).

- от длительной нагрузки

- от полной нагрузки

Изгибающие моменты колонны первого этажа:

- от длительной нагрузки:

- полной нагрузки:

Изгибающие моменты колонны второго этажа:

- от длительной нагрузки:

- полной нагрузки:

Эпюры продольных усилий и изгибающих моментов колонн



6.3 Расчет прочности колонны

Характеристики прочности бетона и арматуры.

Бетон тяжёлый класса В25:

- расчётная призменная прочность бетона на сжатие: ,

- расчётное сопротивление бетона осевому растяжению: ,

- коэффициент условий работы бетона: ,

- модуль упругости бетона: .

Арматура продольная рабочая класса А-III:

- расчётное сопротивление растяжению

- расчётное сопротивление сжатию

- модуль упругости

Комбинации расчетных усилий:

в том числе от длительной нагрузки

Расчет ведем по двум основным комбинациям усилий:

-- по схеме загружения 1+1, дающей максимальные продольные усилия:

от действия полной нагрузки

от действия длительной нагрузки:

-- по схеме 1+2, дающей максимальные изгибающие моменты:

от действия полной нагрузки :

от действия длительной нагрузки:

Подбор сечения симметричной арматуры.

Подбор сечения симметричной арматуры .

По схеме 1+1.

Рабочая высота сечения колонны: ,

Эксцентриситет продольной силы: .

Случайный эксцентриситет:

Принимаем в расчёт

Находим значения моментов в сечении относительно оси, проходящей через центр тяжести наименее сжатой (растянутой) арматуры:

-при длительной нагрузке:

-при полной нагрузке:

Отношение

- радиус ядра сечения.

Выражение для критической продольной силы при прямоугольном сечении с симметричным армированием без предварительного напряжения

Расчетную длину колонн многоэтажного здания при жестком соединении ригелей с колоннами в сборных перекрытиях принимаем равной высоте этажа

, принимаем

Отношение модулей упругости:

Задаёмся процентом армирования:

Коэффициент

Значение е равно:

Граничная относительная высота сжатой зоны:

Определяем площадь арматуры:

По схеме 1+2

Находим значения моментов в сечении относительно оси, проходящей через центр тяжести наименее сжатой (растянутой) арматуры:

-при длительной нагрузке:

-при полной нагрузке:

Отношение

- радиус ядра сечения.

Выражение для критической продольной силы при прямоугольном сечении с симметричным армированием без предварительного напряжения

Расчетную длину колонн многоэтажного здания при жестком соединении ригелей с колоннами в сборных перекрытиях принимаем равной высоте этажа

, принимаем

Отношение модулей упругости:

Задаёмся процентом армирования:

Коэффициент

Значение е равно:

Граничная относительная высота сжатой зоны:

Определяем площадь арматуры:

Выбираем большее значение

Принимаем 3 стержнями Ш 20 мм А-III с площадью

Процент армирования

Перерасчет для N_cr можно не делать.

Поперечная арматура принята из стали А-III диаметром 8 мм (из условия свариваемости с продольными стержнями). Шаг поперечной арматуры принимаем, исходя из следующих условий:

Принимаем

Поперечная арматура принимается для обеспечения устойчивости продольных стержней, исключая выпучивание.

6.4 Расчет и конструирование консоли колонны

Опорное давление ригеля

Принимаем длину опорной площадки ригеля из условия смятия бетона:

коэффициент, учитывающий неравномерность давления ригеля на опорную консоль

При местной краевой нагрузке на консоль

Требуемый вылет консоли:

Учитывая рекомендации принимаем

Уточняем

Определяем высоту колонны в сечении у грани колонны:

, принимаем .

С учётом наклона сжатой грани консоли высота консоли у сводного края:

Момент в опорном сечении:

Рабочая высота сечения консоли:

Требуемая площадь сечения продольной арматуры подбирается по изгибающему моменту у грани колонны, увеличенному на 25%:

Принимаем 2 стержнями Ш 16 мм А-III с площадью.

Консоль армируется горизонтальными хомутами Ш 6мм А-I(А-240) с площадью , установленными с шагом.

Проверка прочности короткой консоли по наклонной сжатой полосе

Прочность короткой консоли проверяем из условия:

1.

Q-угол наклона сжатой полосы горизонтали

- условие выполняется.

2. - условие выполняется.

3. - условие выполняется.

Прочность консоли обеспечена.

Площадь сечения отогнутых стержней

Принимаем 2 Ш 25 А-III с площадью.

6.5 Расчет стыка колонны

Наиболее экономичный стык по расходу металла осуществляется ванной сваркой выпусков рабочей продольной арматуры колонны с последующим замоноличиванием стыка, такой стык является равнопрочным с сечением колонны в стадии эксплуатации. В стадии монтажа рассчитывается прочность ослабленного подрезами сечения колонны на местное смятие. Для производства работ стык колонны назначаем на уровне 0,8-1,2 м выше перекрытия. Принимаем стык на расстоянии 1м выше перекрытия.

При расчёте в стадии монтажа учитывают усилия в сечении стыка только от постоянных нагрузок:

-- вес покрытия

--вес перекрытия

где - количество этажей

-- вес колонны

Тогда полная постоянная нагрузка на стык составит:

Площадь ослабленного сечения колонны:

Расчётное сечение стыка принимаем как площадь ядра сечения , ограниченного контуром сварной сетки (в осях крайних стержней). Сетки косвенного армирования принимаем из проволоки Ш 4 мм класса Bp-I . Шаг проволоки с от 45 до 100мм, принимаем с=50мм.

, где n - число ячеек в сетке. Толщина центрирующей прокладки - 20 мм. Размер стороны центрирующей прокладки меньше

Площадь распределительных листов с целью экономии металла принята не более

Толщина листов принята 10мм.

Сторона листа

принимаем

Площадь распределительных листов :

Условие прочности при косвенном армировании сварными сетками:

Коэффициент учитывающий повышение прочности бетона от местном смятии:

- коэффициент повышения несущей способности бетона с повышенным армированием;

- расчётное сопротивление арматуры сеток (Ш4 В-500).

,

где: - количество горизонтальных и вертикальных стержней в сетке соответственно;

- длина соответственно горизонтальных и вертикальных стержней в сетке;

-площадь сечения одного стержня

S = 100 мм - шаг сеток, принятый в соответствии с условиями:

, тогда

.

Тогда:

Окончательно условие примет вид: --удовлетворяется.

Число сеток у торцов колонны принимается не менее четырех. Длина участка расстановки должна быть не менее 10d=1020=220, где d- диаметр продольных стержней колонны.

Требуемое число сеток: n=10d/s+1=220/100+1=3,2. Принимаем 4 сетки.

6.6 Размеры. Формы колонны

Заделка колонн в стакан фундамента принимается:

Принимаем

7. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА ПОД КОЛОННУ

7.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента

Нагрузка, передаваемая колонной 1-го этажа по обрезу фундамента - (см. табл. 6. 2) - расчетная;

Нормативная -- , где - усредненный коэффициент надежности по нагрузке.

По конструктивным требования минимальная высота фундамента:

Глубина заложения подошвы фундамента:

7.2 Назначение размеров подошвы фундамента

Необходимая площадь подошвы фундамента:

, где: R=350кПа - расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента (по заданию); - усредненный вес грунта на уступах фундамента.

Пренебрегая малыми значениями моментов, фундамент рассчитывается как центрально загруженный. Наиболее рациональная форма центрально загруженного фундамента - квадратный в плане. Тогда сторона подошвы .

Принимаем . Затем пересчитываем площадь: .

7.3 Конструирование тела фундамент

Рабочая высота фундамента из условия продавливания

Расчет прочности нормальных сечений по изгибаемому моменту.

Сечение 1-1:

,

Сечение 2-2:

Сечение 3-3:

Плитная часть армируется сеткой со стержнями арматуры класса А-III с . Бетон марки В-20.

Требуемая площадь арматуры:

В дальнейшем подбираем арматуру по максимальному значению требуемой площади сечения арматуры.

Определяем шаг стержней и их требуемое количество:

1) ,

2) ,

3) ,

Окончательно принимаем 18Ш12 класса А-III, A= 1,313см² c As= 23,634см²

8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕБРИСТОГО МОНОЛИТНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ

8.1 Конструктивная схема перекрытия

Требуется запроектировать и рассчитать монолитное ребристое перекрытие для 5-ти этажного промышленного здания размерами в плане 21х60м с несущими наружными стенами из кирпича толщиной 770 мм и неполным ж/б каркасом.

Сетка колонн 7,0х6,0м. Эксплуатационная нагрузка на перекрытие 6кН/м², высота этажа 5,2м,привязка продольных стен “0”, торцевых “120”.

Для прямоугольной сетки колонн 7,0х6,0м расположение главных балок принимаем поперек здания (перекрывая большие пролеты) полетом l₁=7м.

Второстепенные балки размещаются по осям колонн (в четвертях либо в третях пролета главной балки), при этом пролеты плиты(шаг второстепенных балок) между осями ребер равны

Шаг второстепенных балок: . Принимаем

Толщина плиты в соответствии с действующей нагрузкой принимается

Глубина опирания на стены:

главных балок с=25см;

второстепенных балок с=20см;

плиты с=120мм

Предварительно задаемся размерами сечения балок:

Главная балка:

Высота сечения:

Принимаем

Ширина сечения:

Принимаем

Второстепенная балка:

Высота сечения:

Принимаем

Ширина сечения :

Принимаем Принимаем бетон тяжелый класса В25, нормативная призменная прочность бетона на осевое сжатие R_bn=R_b,ser=18.5МПа;нормативная призменная прочность бетона на осевое растяжение R_btn=R_bt,ser=1.55МПа; расчетные сопротивления при сжатии R_b=14,5 МПа, при растяжении R_bt=1,05МПа; коэффициент условий работы бетона ?_b2=0,9; модуль упругости Е_b=30000МПа. Арматура продольная рабочая класса А-IV, расчетное сопротивление R_s=520 МПа, модуль упругости Е_s=200000 МПа; Нормативные значения сопротивления растяжению R_s,n=600МПа.

8.2 Характеристика материалов

Для железобетонных конструкций задан бетон В25, призменная прочность R_b=14,5 МПа, прочность при осевом растяжении R_bt=1,05МПа, коэффициент работы бетона , модуль упругости Е_b=30000МПа

Арматура: продольная рабочая для второстепенных балок из стали класса А-IV: расчетное сопротивление R_s=520 МПа; модуль упругости Е_s=200000 МПа; R_sw=300 МПа Арматура сварных сеток для армирования плиты из обыкновенной стальной проволоки класса В-500(Вр-I), для диаметра d=3..5мм.

8.3Расчет монолитной плиты

8.3.1 Расчетная схема. Нагрузки

Для расчёта плиты условно вырезаем полосу шириной 1 м, условно опёртую на второстепенные балки и нагруженные равномерно распределенной нагрузкой.

Расчётные пролёты:

крайний

средний

В продольном направлении расчетный пролёт плиты

плита рассчитывается как работающая по короткому направлению.

Подсчет нагрузок на 1 м² перекрытия приведен в таблице.

Нагрузка на 1 м² перекрытия

Таблица 8.1

Нагрузка	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, кН/м2
Постоянная От собственного веса плиты, ?=80 мм (?=2500 кг/м3)	2	1,1	2,20
слой цементного р-ра, ?=20 мм (?=220 кг/м3)	0,440	1,3	0,572
керамические плитки, ?=13 мм (?=1800 кг/м3)	0,234	1,3	0,3042
Итого:
Временная:		1,2
Итого:

При принятой ширине полосы 1м нагрузка, приходящаяся на 1мІ плиты, в то же время является нагрузкой на 1 погонный метр полосы. С учётом коэффициента надёжности по назначению здании нагрузка на 1 п/м будет равна:

За расчётную схему плиты принимаем неразрезную балочную с равными пролетами.

8.3.2 Определение усилий

Расчётные изгибающие моменты в сечениях плиты определяются с учётом перераспределения моментов за счёт появления пластических деформаций.

В среднем пролете на средних опорах:

В крайнем (первом) пролёте и на первой промежуточной опоре:

Средние пролеты плиты окаймлены по всему контуру монолитно связными с ними балками и под влиянием возникающих распоров изгибающие моменты уменьшаются на 20%, если , ,

8.3.3 Расчет прочности

Требуемое количество продольной арматуры для обеспечения прочности нормальных сечений при рабочей высоте сечения плиты . Для среднего пролета.

Расчетный табличный коэффициент

.

, .

Требуемая площадь сечения арматуры:

принимаем для средних пролетов и над средними опорами 7?3 В_р-I А_S =0,49 см² и

соответствующую рулонную сетку марки:

Сетки С-1 раскатывают поперек второстепенных балок. В учебных целях при разработке курсового проекта допускается проектировать индивидуальные сетки.

Процент армирования: .

Для крайнего пролета плиты;

, .

Для крайних пролетов плит, опора которых на стену является свободной, влияние распора не учитывают.

.

Кроме сетки С-1, которая должна быть перепущена из среднего пролёта, А_S=0,49см²необходима дополнительная сетка (С-2) с площадью сечения рабочей арматуры , принимается дополнительная сетка С-2, 5?3 В500 А_S =0,35 см²

Проверяется условие:

- условие выполняется, поэтому хомуты в плите перекрытия не нужны.

8.4 Расчет и конструирование второстепенной балки

8.4.1 Расчетная схема. Нагрузки

Второстепенная балка рассчитывается как многопролетная неразрезная балка таврового сечения. Конструктивная и расчетная схема второстепенно балки показана на рис.

Расчетные пролеты:

Конструктивная схема и эпюры.



-- крайние ;

-- средние ;

Расчетные нагрузки на 1 м длины второстепенной балки.

Таблица 8.2

Вид нагрузки	Нагрузка, кНхм
Постоянная -собственный вес пола и плиты -собственный вес балки
Итого: Временная
Постоянная с учетом
Временная с учетом
Полная

8.4.2 Определение усилий

Расчетные усилия в сечениях балки определяются с учетом их перераспределения за счет появления пластических шарниров.

Изгибающие моменты:

- в первом пролете ;

- на первой промежуточной опоре ;

- в средних пролетах и на средних опорах ;

Отрицательные моменты в средних пролетах определяем по огибающей эпюре моментов. Они зависят от отношения временной нагрузки к постоянной, т.е.

В расчетном моменте в месте обрыва надопорной арматуры отрицательный момент при отношении можно принять равным 40% от момента на первой промежуточной опоре

Поперечные силы:

- на крайней опоре :;

- на первой промежуточной опоре слева:;

- на первой промежуточной опоре справа и на остальных опорах:

.

8.4.3 Определение высоты сечения балки

Высота сечения подбираемой по опорному моменту при относительной высоте сжатой зоны бетона равной , т.к. на опоре момент определяем с учетом образования пластического шарнира.

На опоре момент отрицательный, полка ребра находится в растянутой зоне.

Сечение работает как прямоугольное с шириной ребра

Полная высота:

.

Принимаем , тогда .

В пролетах сечение тавровое с полкой в сжатой зоне.

Проверяем достаточность высоты сечения второстепенной балки для обеспечения прочности бетона при действии главных сжимающих усилий.

Условие удовлетворяется, следовательно, высота сечения второстепенной балки достаточна.

8.4.4 Расчет прочности второстепенной балки по сечениям, нормальным к продольной оси

Отношение , значит в расчет может быть введена ширина полки таврового сечения в пролете балки.

.Принимаем в расчет

Находим изгибающий момент, воспринимаемый сжатой полосой сечения и растянутой арматурой:

Т. к. , то нейтральная ось пересекает полку и пролетное сечение балки рассчитывается как прямоугольное.

Определение площади сечения нижней продольной рабочей продольной арматуры в крайнем пролете балки:

,

по табл.3.1 Байкова определяем табличные коэффициенты , .

Принимаем 2Ш18 класса А-IV c As= 5,09 см².

Коэффициент армирования:

Определение площади сечения арматуры в среднем пролете балки:

,

табличные коэффициенты , , тогда

.

Принимаем 2Ш14 класса А-IVc As= 3,08 см².

Растянутую рабочую арматуру в опорных сечениях второстепенных балок монолитных перекрытий конструируют в виде рулонных сеток с поперечной рабочей арматурой, раскатываемых вдоль главных балок.

Размеры расчетного сечения: .

Принята арматура для сеток класса В500 для диаметра d=3..5мм

Определение рабочей арматуры в сечении над второй от края опорой:

,

, .

Принимаем 26Ш5 В500 c As= 5,096 см²

Коэффициент армирования:

В сечении сеток, располагаемых в 2 слоя на ширине требуемый шаг стержней

Принимаем

Ставим две рулонные сетки:

с площадью одной сетки А= As/2=5,096/2=2,548см²

Обрывы надопорных сеток назначаем на следующих расстояниях от оси опоры: для одного конца сетки ; для второго .

Определение рабочей арматуры в сечении над остальными опорами:

,

табличные коэффициенты , .

- для одной сетки

Принимаем 22Ш5 В500 c As=4,312 см²

Коэффициент армирования:

В сечении сеток, располагаемых в 2 слоя на ширине требуемый шаг стержней

Принимаем

Ставим две рулонные сетки:

с площадью одной сетки А= As/2=4,312/2=2,156см²

Обрывы надопорных сеток назначаем на следующих расстояниях от оси опоры: для одного конца сетки ; для второго .

За пределами длины надопорных сеток , т.е. на расстоянии l/3 от опор минимальный отрицательный момент должен быть воспринят верхними стержнями арматурного каркаса и бетоном.

Расчет верхней арматуры от отрицательного изгибающего момента

см²

табличные коэффициенты , .

Принимаем 2Ш10 А-IV c A_s= 1,57 см².

8.4.5 Расчет прочности второстепенной балки по сечениям, наклонных к продольной оси

Прочность элемента по наклонному сечению на действие поперечной силы считается обеспеченной при отсутствии наклонных стержней, если соблюдается условие:,

где: - поперечная сила в элементе;

- сумма осевых усилий в поперечных арматурных стержнях, пересекаемых сечением;

- проекция на нормаль к продольному направлению элемента равнодействующей усилий в сжатой зоне бетона.

Вычисляем проекцию расчетного наклонного сечения (С) на продольную ось.

Влияние свесов сжатой полки:,

где принимается не более , тогда.

Вычисляем:

в расчетном наклонном сечении

,

Для тяжелого бетона

Приимаем в расчет

Диаметр поперечных стержней устанавливаем из условия сварки с рабочими продольными

стержнями d=18мм и принимаем dsw=10мм. Класс поперечной арматуры А-IV c Rsw=300МПа

Число каркасов 2.

Шаг поперечных стержней по конструктивным условиям для приопорных участков равен

Для средней части пролета:

Производим проверку по сжатой полосе между наклонными трещинами.

Процент армирования поперечной арматуры

;

;

;

.

Прочность по наклонной сжатой зоне для элементов прямоугольного таврового и других элементов обеспечивается если выполняется условие

-- удовлетворяется.

9. РАСЧЕТ НЕСУЩЕГО ПРОСТЕНКА КАМЕННОЙ НАРУЖНОЙ СТЕНЫ

9.1 Исходные данные

Сетка колонн

Число этажей-

Высота этажа

Ширина и высота оконного проема

Ширина простенка

Толщина стены

Материал наружной стены -кирпич

Тип кирпича -обожженная глина пластического прессования; плотность 18кН/м³

Марка кирпича М50

Марка раствора М25

Кладка сплошная

Определение расчетного пролета или расчетной длины простенка

Согласно СНиП ІІ-22-81 допускается считать стену как расчлененную по высоте на отдельные однопролетные элементы с расположением шарниров в плоскостях опирания перекрытия (в уровне ригеля).

Нагрузка от верхних этажей, перераспределившись, прикладывается в центр тяжести сечения простенка. Нагрузка от перекрытия рассматриваемого этажа приложена с

фактическим эксцентриситетом. Расстояние от точки приложения опорной реакции балки до внутренней поверхности стены . Принимаем .

9.2Расчетные усилия

1. Расчетная нагрузка от покрытия и перекрытия в уровне верха перекрытия 1-го этажа:

1. Нагрузка от покрытия и перекрытия в уровне верха плиты перекрытия 1-го этажа:

здесь - количество этажей;

2. Расчетная нагрузка от веса кирпичной кладки в уровне верха плиты перекрытия 1-го этажа:

3. Нагрузка от кладки над оконным простенком 1-го этажа:

4. Нагрузка от перекрытия 1-го этажа:

.

5. Полная расчетная нагрузка в сечении II-II:

.

Определим расчетные моменты:

- момент в сечении I-I:

;

- момент в уровне простенка сечении II-II:

,

9.3 Проверка прочности простенка

Определяем расчетные характеристики.

1.Площадь сечения простенка: . Коэффициент

условия работы кладки для крупных блоков и камней, изготовленных из тяжелых бетонов и из природного камня. Расчетное сопротивление сжатию кладки кирпича марки М50 на растворе марки М25 с . Упругая характеристика кладки . Расчетная линия простенка. Гибкость простенка . По таблице 18 [3] определяем коэффициент продольного изгиба (по интерполяции).

Расчетное сечение II-II расположено в первой трети высоты простенка поэтому значение для сечения принимаем равным

Расчетный эксцентриситет продольной силы:

.

Проверку несущей способности простенка в сечении II-II производим из расчета его на внецентренное сжатие:

Коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии:

Высота сжатой части сечения:

Гибкость сжатой части сечения:

;

Здесь:- площадь сжатой части сечения. Для прямоугольного сечения:

;

При -; , тогда несущая способность простенка в сечении I I -I I:

Прочность простенка не обеспечена. Следовательно, необходимо усилить кладку поперечным армированием. Применим сетку из проволоки класса В500диаметром 3 мм. А_s = 0,071 см² с расчетным сопротивлением

R_s=415МПа; R_sn=500МПа;

средний предел прочности кладки

Находим коэффициент продольного изгиба в зависимости от упругой характеристики армирования кладки в зависимости от и гибкости

в зависимости от и гибкости

Расчетное сопротивление армированной кладки при внецентренном сжатии при марке раствора М25

Расчетное сопротивление неармированной кладки в рассматриваемый срок твердения раствора:

\

расчетное сопротивление кладки при марке М25

При

Несущая способность армированного прямоугольного сечения простенка по формуле:

Необходимо увеличить . Принимаем

прочность простенка обеспечена.

Высота одного ряда кладки

Требуемое количество рядов кладки между сетчатой арматурой

При принятом диаметре стержней сеток

Определяем шаг сеток

Принимаем

Фактический шаг сеток

Расстояние между арматурными сетками с учетом раствора швов между рядами

Список литературы

1. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Москва, 2004г.

2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Госстрой СССР, 1986г.

3. СНиП II-22-81. Каменные и армокаменные конструкции. Госстрой СССР, 1983г.

4. СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. Москва, 2004г.

5. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. Москва, 2006г.

6. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: общий курс: Учебник для вузов М.: Стройиздат, 1991г.

Размещено на Allbest.ru