Проектирование элементов сборного каркаса многоэтажного здания из железобетона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.

Факультет Экономики и менеджмента (ФЭМ)

Специальность "Экспертиза и управление недвижимостью"

Кафедра "Экономика предприятий, инженерная экономика и логистика" (ЭПЛ)

Курсовой проект

Проектирование элементов сборного каркаса многоэтажного здания из железобетона

Выполнила:

студентка группы ЭУН-41 (д/о)

Рябинина А.И.

Руководитель работы:

асс. Игнатьев А.С.

Саратов 2014



1. Общие данные о проекте

1.1 Задание на проектирование

Запроектировать элементы сборного каркаса многоэтажного здания из железобетона (рис. 1). Параметры здания, величины нагрузок и тип конструкций принять по табл. 1-3 в соответствии с шифром зачетной книжки (100514).

1.2 Состав проекта

А. Расчетная часть (пояснительная записка)

1. Компоновка сборного перекрытия: размещение колонн в плане (назначение шага и пролета): определение нормативных размеров колонн, балок и плит перекрытия.

2. Расчет и конструирование плиты перекрытия (с приведением схем и рисунков): сбор нагрузки; определение конструктивных размеров плиты и расчетных усилий; выбор материала: расчет плиты на прочность по нормальным сечениям и на прочность по наклонным сечениям: конструирование плиты.

3. Расчет и конструирование колонны (с приведением схем и рисунков): название расчетной схемы: определение расчетных усилий: выбор материала; расчет колонны на прочность: конструирование колонны.

4. Расчет и конструирование монолитного фундамента стаканного типа (с приведением схем и рисунков): определение характеристик грунта основания: выбор материала: определение расчетных нагрузок; и глубины заложения; определение размеров подошвы и габаритных размеров; расчет на продавливание: определение площади рабочей арматуры; конструирование фундамента.

Б. Графическая часть

1. План и разрез здания (М1:200, М1;: 300).

2. Конструкция плиты перекрытия (план, продольный разрез М1:50, поперечный разрез М1:20).

3. Конструкция колонны (М1:50: сечение М1:20).

4. Конструкция фундамента (план, поперечный разрез (М1:50).

Рис. 1 - Неполный каркас: а-главные продольные балки Б1, К1-колонны

Таблица 1 - Характеристика здания

Последняя цифра шифра - 4
Разм. здания в осях длина ширина	№ схемы (рисунок 1.1.)	Высота этажа	Количество этажей	Размеры окон
м		м	шт	м
36	а	4,2	3	4,2*1,8
18,2

Таблица 2 - Временная нагрузка и толщина стен здания для заданного района

Последняя цифра суммы последних двух цифр шифра - 5
Район строительства	Толщина несущей стены	Временная нагрузка на перекрытие
город	см	кН/м2
Краснодар	51	7,0



Таблица 3 - Конструкция пола и тип плиты перекрытия

Последняя цифра суммы трех последних цифр шифра - 0
Конструкция пола	Тип плиты перекрытия	Толщина слоев,мм	Плотность ?, кН/м3
1)бетон		t1=50	22
2)цеметно-песчаный раствор		t2=50	11
3)лёгкий бетон		t3=150	18
плита перекрытия	многопустотная	по расчету	25

1.3 Выбор и компоновка сборного балочного перекрытия

1.3.1 Назначение сетки колонн, расположения прогонови толщины наружной стены

Для выбора всех характеристик проектируемого здания необходимо использовать табл. 1. По варианту принимаем длину здания L=36 м, ширину здания В=18,2 м, высоту этажа h=4,2 м, количества этажей n=3, размер оконных проемов а*b=4,2*1,8 м и номер конструктивной схемы здания (а). С учетом перечисленных параметров назначаем сетку колонн здания: шаг колонн -l1= 7,2 м, пролеты -l2=6,1; 6,1 и 6 м с модулем 100 мм. Значение временной нагрузки 7,0Кн/м² и толщина наружной стены ?=51 см выбираем по табл. 2. Принимаем смещение внутренней грани стены от оси внутрь, равное 200 мм по всему периметру здания.

1.3.2 Определение габаритных размеров колонн, балок и плит

Колонны. Размеры поперечного сечения колонн К1 рекомендуется принять из условия hк = bк=1/ 20* hэт, но кратные 50 мм и не меньше чем 200 мм. Принимаем К1=250*250 мм.

Прогон (ригель). Прогон принять прямоугольного сечения размерами h= (1/8 - 1/12)* l1, b = (1/2 - 1/3)*h. Высота поперечного сечения должна быть кратна 50 мм, если h< 600 мм и кратна 100 мм, если h> 600 мм. Ширина поперечного сечения должна быть кратна 50 мм. Принимаем h=600 мм, b =250 мм.

Плиты перекрытия. Ширина плит В назначается согласно следующим рекомендациям:

а) ширина плит перекрытия должна быть 1,0< В< 3,0 м;

б) ширина плит П1 всегда кратна основному модулю 100 мм, принимаем П1=1,6 м;

в) между колоннами укладываются связевые (распорные) плиты перекрытия П2 - 0,4 <Впл<0,9 м, принимаем П2=0,5 м;

г) доборные (пристенные) плиты ПЗ шириной 0,4 <Впл<1,2 м - не требуются, т.к. l1 делится на целое число.

Рис. 2 - Поперечное сечение многопустотной плиты перекрытия

Высота пустотной плиты h кратна 10 мм и равна 220 мм.

Диаметр и количество отверстий определяется методом подбора из выражения:

Впл = dотв * nотв+2b?'р + (nотв - 1)* bр,

где В - ширина плиты;

dотв - диаметр пустот, 140 мм - 160 мм;

nотв - количество пустот:

b?'р - толщина от крайнего отверстия до боковой грани поперечного сечения плиты, 60 <b?'р< 70 мм;

bр - расстояние между пустотами, 30 <bр< 50 мм.

Принимаем В=1600 мм, dотв=148 мм, b?'р=61 мм, bр=42 мм, тогда количество пустот nотв=8.



2. Расчет многопустотной плиты перекрытия

2.1 Определение расчетных усилий

При расчете многопустотных плит нагрузку собирают на 1 п.м. плиты. Полная нагрузка на плиту включает постоянную и временную части.

Определение расчетных нагрузок на 1 п.м. плиты рекомендуется проводить в табличной форме (табл. 4).

Таблица 4 - Расчетная нагрузка на ребристую плиту

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетные нагрузки, кН/м
1. Постоянные нагрузки
а) вес пола
-покрытие	1,76	1,2	2,112
-выравнивающий слой	1,44	1,3	1,872
-подстилающий слой	4,32	1,1	4,752
б) собственный вес плиты	4,4	1,1	4,84
Продолжение табл.4
2. Временная нагрузка	11,2	1,2	13,44
Итого	23,12	-	27,016

1. Постоянные нагрузки:

1.1. Вес пола:

? Покрытие - бетон t1=0,05 м, ?1=22 кН/м³,тогда

Нормативная нагрузка

q1n= ?1*t1*Впл = 22*0,05*1,6=1,76 кН/м

Расчетная нагрузка



q1= ?f1 * q1n = 1,2*1,76=2,112 кН/м

? Выравнивающий слой - цементно-песчаный раствор t2=0,05 м, ?2=18 кН/м³,тогда

Нормативная нагрузка

q2n= ?2* t2* Впл =1,44 кН/м

Расчетная нагрузка

q2= ?f2 * q2n =1,872 кН/м

? Подстилающий слой - лёгкий бетон t3=0,15м, ?3=18 кН/м³,тогда

Нормативная нагрузка

q3n= ?3* t3* Впл =4,32 кН/м

Расчетная нагрузка

q3= ?f3 * q3n =4,752 кН/м

1.2. Собственный вес плиты: ?=25 кН/м³

Нормативная нагрузка

q4n=0,5 *?* h * Впл = 0,5*25*0,22*1,6 = 4,4кН/м

Расчетная нагрузка

q4= ?f4 * q4n = 1,1*4,4=4,84 кН/м



2. Временная нагрузка:

Нормативная нагрузка

q5n= Vn* Впл = 7,0*1,6=11,2 кН/м

Расчетная нагрузка

q5= ?f5 * q5n = 13,44 кН/м

Расчетная схема плиты - однопролетная балка на шарнирных опорах, загруженная равномерно распределенной нагрузкой q по длине всего пролета 1о (рис. 3). Величина максимальных расчетных усилий определяется по формулам:

кН*м

м

кН

Рис. 3 - Расчетная схема плиты

Выбор материала. Плита сборная заводского изготовления, поэтому бетон принимают класса В20 - В40. Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию Rb для расчета на прочность (предельное состояние первой группы) принимают по табл. 5.



Таблица 5 - Расчетное сопротивление бетона и модуль упругости

Класс бетона В30
Осевое сжатие Rb, МПа	Растяжение осевое Rbt, МПа	Начальный модуль упругости Eb, МПа
1	2	3
17,0	1,2	32 500

Арматура для рабочих стержней класса А-III (стержневая горячекатаная периодического профиля), для поперечных стержней класса А-I (стержневая горячекатаная круглая). В качестве конструктивной арматуры можно принять арматуру класса Вр-I (обыкновенная арматурная проволока периодического профиля) по табл. 6.

Таблица 6 - Расчетное сопротивление арматуры

Класс стали	Расчетное сопротивление сжатию-растяжению Rs, МПа	Расчетное сопротивление срезу Rsw, МПа	Начальный модуль упругости Es, МПа
1	2	3	4
А-I	225	275	210 000
А-III	365	255	200 000

2.2 Расчет плиты на прочность по нормальным сечениям

Расчетное сечение может рассматриваться как тавровое высотой h с полкой в сжатой зоне (рис.4.) толщиной:

мм



Рис.4 - Расчетное поперечное сечение плиты

Ширина полки должна быть принята равной конструктивной ширине плиты поверху bf' = Bпл(1) = 1550 мм.

Ширина ребра расчетного сечения определяется как сумма всех ребер многопустотной плиты (рис. 4)

мм

Рабочая высота поперечного сечения

мм

где а = С + d/2 = 25 -расстояние от ц. т. рабочей арматуры до нижней грани ребра (С = 10-15 мм - защитный слой бетона, d- диаметр рабочей арматуры, рис. 4).

2.3 Определение положения нейтральной оси

С этой целью найдем изгибающий момент, воспринимаемый сечением при X = hf, X- высота сжатой зоны бетона



кН*м

где ?b2 = 0,9 для тяжелого бетона.

В результате полученных данных (Mn>Mmax) можно заключить, что нейтральная ось будет проходить в пределах толщины полки, и тавровое сечение рассчитаем как прямоугольное, размерами bf' *h0, поскольку площадь бетона в растянутой зоне нанесущую способность не влияет.

Определяем величину табличного коэффициента А0:

Площадь рабочей арматуры Аs:

Принимаем Аs= 0,0018 м²

Определяем процент армирования плиты ?:

Площадь сечения одного стержня будет равна:

Далее, по таблице определяем диаметр и массу стержня рабочей арматуры: d1=18 мм, g=1,998 кг.



2.4 Расчет плиты на прочность по наклонным сечениям

Определяем минимальную поперечную силу, воспринимаемую бетоном над наклонной трещиной:

В результате полученных данных Qb>Qmax- расчет поперечной арматуры не проводится. Диаметр и шаг колонн принимаются конструктивно. Диаметр поперечной арматуры принимают по диаметру стержня рабочей арматуры по условию сварки. Шаг поперечных стержней назначается из условия:

S=h/2,

но не более 150 мм, если h<450 мм.

Принимаем поперечную арматуру d2=5 мм с шагом поперечных стержней 110 мм



3. Расчет и конструирование колонны

3.1 Расчетная схема

Колонна принята сечением bк?hк и высотой hэт. Колонны среднего ряда рассчитывают с учетом конструктивной схемы промышленного здания (рис.1) как условно центрально сжатые, ввиду малости величины случайного эксцентриситета еа:

еа>hэт/600 ,еa>hк/30

Расчетная схема центрально сжатой колонны показана на рис. 5.

здание бетон колонна плита

Рис.5 - Расчетная схема колонны

3.2 Определение расчетных усилий

Нагрузка на колонну нижнего этажа передается от перекрытий. Грузовая площадь, с которой собирается нагрузка на колонну, определена как произведение расстояний между координатными осями (рис. 6.).



Рис. 6 - Схема сбора нагрузки на колонну

Нагрузку на колонну нужно определять в табличной форме (табл.7.)

Таблица 7 - Расчетная нагрузка на колонну

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетные нагрузки, кН/м
1. Постоянные нагрузки
вес пола
-покрытие	144,93	1,2	173,92
-выравнивающий слой	118,584	1,3	154,16
-подстилающий слой	355,752	1,1	391,33
вес плиты перекрытия	362,34	1,1	398,574
вес прогона	81	1,1	89,1
вес колонны	19,69	1,1	21,66
Итого	1082,296	-	1228,744
2. Временная нагрузка	907,2	1,2	1088,64
Всего	1989,496	-	2317,384

1. Постоянные нагрузки, вес пола:

? Покрытие: t1=0,05м, ?1=22 кН/м³,тогда

Нормативная нагрузка:

?1*t1*l1 * l2 *nэт = 22*0,05*7,2*6,1*3=144,93 кН

Расчетная нагрузка: 1,2 * 144,93 = 173,92 кН

? Выравнивающий слой: t2=0,05 м, ?2=18 кН/м³,тогда

Нормативная нагрузка:



?2* t2* l1 * l2 *nэт = 18*0,05*7,2*6,1*3 = =118,584кН

Расчетная нагрузка: 1,3 * 118,584= 154,16кН

? Подстилающий слой: t3=0,15м, ?3=18 кН/м³,тогда

Нормативная нагрузка:

?3 * t3 * l1 * l2 *nэт = 18*0,15*7,2*6,1*3 = =355,752 кН

Расчетная нагрузка: 1,1 * 355,752= 391,33кН

? Вес плиты перекрытия

Нормативная нагрузка:

x*l1 * l2 * ? * nэт= 0,138*7,2*6,1*25*3=362,34 кН

Расчетная нагрузка: 1,1 * 362,34 =398,574 кН

x= A/B = 0,22/1,6 = 0,138 м

? Вес прогона

Нормативная нагрузка:

Vпр* ? * nэт= 1,08*25*3 =81 кН

Расчетная нагрузка: 1,1 * 81 = 89,1

Vпр= 0,6*0,25*7,2 = 1,08 м³

? Вес колонны

Нормативная нагрузка:

?b * hк * bk* hэт *nэт= 25*0,25*0,25*4,2*3 =19,69 кН



Расчетная нагрузка: 1,1 * 19,69 =21,66 кН

2. Временная нагрузка:

Нормативная нагрузка:7,0* 7,2 * 6 * 3 = 907,2 кН

Расчетная нагрузка 1,2*907,2=1088,64 кН

Выбор материала. Для сборных колонн принимаем бетон класса В30. Рабочая арматура класса А-III, конструктивная А-I. Расчетные сопротивления бетона Rb =17,0 Мпа и арматуры Rs =365 Мпа.

3.3 Расчет колонны на прочность

Предварительно задаемся процентом армирования:

?= 1%

Принимаем коэффициент продольного изгиба ? = 0,95. Тогда требуемая площадь сечения бетона колонны будет равна

Принимаем сечение колонны квадратное bк = hк, тогда

Определим коэффициент продольного изгиба:

где ?b, ?r - коэффициенты, которые определяются с помощью таблицы в зависимости от следующих величин:



В зависимости от этих величин принимаем ?b= 0,89, ?r= 0,9.

Определим площадь рабочей арматуры:

Определяем процент армирования:

В нашем случае, при сечении колонны hk<400 мм назначают арматуру из 4х стержней, тогда

Затем по таблице сортамента арматуры принимаем диаметр рабочей арматуры d=25 мм.



4. Расчет и конструирование монолитного фундамента

4.1 Характеристика грунта основания

Принимаем необходимые для расчета характеристики:

? расчетное сопротивление грунтов основания Rо =(150-200) кН/м²;

? усредненное расчетное значение плотности грунта ?гр= 18 кН/м³;

? средняя плотность материала фундамента и грунта ?грср = 20 кН/м³.

Выбор материала. Для фундаментов принять бетон класса В10. Арматура нижней сетки класса А-II, конструктивная арматура класса А-I. Расчетные сопротивления бетона Rbt =850 кН/м² и арматуры Rs =365 Мпа.

4.2 Определение глубины заложения фундамента

Высота фундамента под колонны первого этажа проектируемого здания определяются в следующей последовательности.

Глубина стакана для установки колонны определяется из двух конструктивных условий

где ? = 50мм - величина зазора.

Из двух условий глубина стакана принимается наибольшая (hc=350 мм). Расстояние от дна стакана до подошвы фундамента принято 200 мм. Тогда полная высота фундамента равна



Расстояние от уровня чистого пола до верха фундамента принимается равным 150мм. В этом случае глубина заложения фундамента будет равна

Рис. 7 - Габаритные размеры фундамента

4.3 Определение размеров подошвы фундамента

Площадь подошвы фундамента определяют из условия прочности основания на действие центрально приложенного усилия от колонны Nn, массы фундамента и грунта на его обрезах

Центрально нагруженные фундаменты делают квадратными, поэтому размеры подошвы фундамента принимают

Площадь подошвы фундамента равна



4.4 Расчет на продавливание

Полезная высота фундамента определяется из условия прочности на продавливание без учета, как массы фундамента, так и грунта на нем

где Ргр- давление на основание от расчетной нагрузки равное

Полная высота фундамента

где С = а+ d/2 =35+25/2=48 (мм) - расстояние от ц. т. арматуры до подошвы фундамента.

4.5 Определение площади рабочей арматуры

Величина изгибающего момента, возникающего от реактивного давления грунта:

- у граней колонны (сечение 1-1):



- у граней ступеней (сечение 2-2, 3-3):

Площадь сечения арматуры (на всю ширину подошвы фундамента):

- у граней колонны:

- у граней ступеней:

Требуемую площадь арматуры принять равную величине, которая больше из полученных значений по предыдущим формулам, т.е. 28 см².

Арматурные сетки фундаментов примем с шагом 200 * 200 мм, поэтому число стержней рабочей арматуры должна быть:

3,3/200=22 расстояний, следовательно, число стержней принимаем равным 23.

Затем находим площадь одного стержня рабочей арматуры: 28/23=1,22 см² и назначаем диаметр стержней по таблице - d=12 мм с шагом S=150 мм.

Рис. 8 - Армирование фундамента

Размещено на Allbest.ru