Железобетонные и каменные конструкции

zhbk_strela.docx

Липецкий государственный технический университет
по дисциплине: «Железобетонные каменные и армокаменные конструкции»
на тему: «Железобетонные и каменные конструкции»
Студент Стрельникова М.Г.
Руководитель Суслов И.А.
Задание на проектирование . . . ..4
Расчет монолитного балочного перекрытия .. 5
1.Назначение вариантов компоновки конструктивного решения монолитного ребристого перекрытия .. 5
2.Расчёт и конструирование балочной плиты перекрытия . 9
2.1 Расчётная схема и сбор нагрузок . 9
2.2. Определение расчётных усилий . 11
2.3. Расчёт арматуры и конструирование плиты . . 12
3.Расчет и конструирование второстепенной балки 15
3.1. Расчётная схема и сбор нагрузок . . 15
3.2. Определение расчётных усилий .. .. 17
3.3. Подбор продольной арматуры 20
3.4. Подбор поперечной арматуры 23
Каменные и армокаменные конструкции .. 26
1.Расчет каменного простенка первого этажа .. . . 26
1.1.Исходные данные . . 26
1.2.Определение нагрузок и усилий .. 27
1.3.Проверка прочности простенка . 35
2.Расчет армокаменного столба подвала. Подбор сечения армокаменного столба с сетчатой арматурой .. . 38
3.Расчет армокаменного фундамента под центрально-нагруженный
армокаменный фундамент 42
Библиографический список .. 45
Задание на проектирование
Размеры здания (между внутренними гранями стен) – 318 х 424 м.
Количество и высота этажей (без подвала) – 3 по 35 м.
Конструкция пола –полимерцемент покрытие – теплое.
Высота подвального этажа – 32 м.
а) для обычных конструкций -кл. – А-II В-I.
б) для преднапряженной сборной плиты -кл. – Ат-V.
Нормативная полезная нагрузка на междуэтажное перекрытие – 48 кНм2.
Район строительства – город Данков.
Сопротивление грунта 031 МПа объемный вес γ=170 Тм3.
Марка раствора – 100 марка кирпича – СУР-15030.
Рассчитать и запроектировать:
а) в монолитном варианте - неразрезную плиту и второстепенную балку:
б) в разделе каменных и армокаменных конструкций - простенок
наружной стены первого этажа армированный кирпичный столб
подвала фундамент под столб.
Расчет монолитного балочного перекрытия
1.Назначение вариантов компоновки конструктивного решения монолитного ребристого перекрытия
Проектируем три варианта конструктивных схем монолитного ребристого перекрытия.
Выбираем вариант №1.
2. Расчёт и конструирование балочной плиты перекрытия
2. 1. Расчётная схема и сбор нагрузок
Рис. 4. Схема для определения эксплуатационных нагрузок и усилий.
Для определения расчётных пролётов плиты задаёмся размерами сечений второстепенных и главных балок.
Второстепенная балка:
Расчётные пролёты плиты:
Поскольку и то плиту рассчитываем как балочную в направлении коротких пролётов.
Расчёт производим для условной полосы плиты шириной 100 см расположенной поперёк второстепенных балок.
Толщину плиты принимаем .
Рис. 5. Расчетная схема пролетов плиты.
Нагрузки действующие на плиту определяем с учетом коэффициента надежности по назначению здания γn = 095. Нагрузки на плиту приведены в следующей таблице.
Сбор нагрузок на плиту
Нормативная нагрузка кНм2
Расчетная нагрузка кНм2
Собственный вес плиты
Временная полезная нагрузка
2. 2. Определение расчётных усилий
Расчётные изгибающие моменты в сечениях плиты определяем с учётом их перераспределения за счёт проявления пластических деформаций.
В крайнем пролете и на первой промежуточной опоре:
На средних пролетах и средних промежуточных опорах:
Для плит окаймленных по всему контуру монолитно связанными с ними балками изгибающие моменты в сечениях промежуточных пролетов и над промежуточными опорами уменьшают на 20% для учета возникающего распора
2. 3. Расчет арматуры и конструирование плиты
Подбор рабочей продольной арматуры балочной плиты осуществляем из расчёта прочности сечений нормальных к продольной оси элемента.
- класс бетона: В15 (Rb(t) = 85 МПа Rbt = 075 МПа);
- коэффициент условия работы бетона γb2 = 09;
- класс рабочей арматуры: В-I (Rs = 360 МПа);
- диаметр рабочей арматуры: d = 5 мм.
Фактическое значение прочности бетона:
Характеристики сжатой зоны бетона:
Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона:
Примем толщину защитного слоя бетона равной 10 мм тогда рабочая высота сечения будет равна:
Определим площадь рабочей арматуры. Все расчеты приведем в табличной форме.
Определение параметров армирования плиты перекрытия.
на 1-ом пролете и 1-ой опоре
в средних пролетах и на средних опорах
неокаймленные балками по всему контуру
окаймленные балками по всему контуру
Для средних пролетов неокаймленных по всему контуру ребрами и над средними опорами принимаем сетку С-1 с рабочими стержнями d = 5 мм класса Bp-I и шагом 200 мм (As = 118 см2 > As min = 068 см2 As min = 086 см2) распределительные стержни d = 3 мм класса Вр-I с шагом 250 мм. Марка сетки:
Для средних пролетов окаймленных по всему контуру ребрами и над средними опорами этих плит необходимости в установке дополнительных арматурных сеток не возникает так как сетка С-1 обеспечивает необходимую прочность (As = 118 см2 > As min = 068 см2).
Для плит расположенных в 1-ом пролёте (вдоль поперечных стен здания) и на 1-ых промежуточных опорах необходима установка дополнительной арматурной сетки С-2 с площадью 152-118=034 см2.. Принимаем по сортаменту сетку с продольной арматурой марки
(As = см2 > As min = 034 см2)
Полная площадь сечения арматуры основной и дополнительной сеток составит: As
Рис.6. Поперечный разрез монолитного перекрытия с обозначением армирования.
3. Расчёт и конструирование второстепенной балки
3. 1. Расчётная схема и сбор нагрузок
Второстепенную балку таврового сечения рассчитываем по неразрезной схеме.
Размеры расчётных пролётов:
Рис. 7. Расчетная схема пролетов второстепенной балки.
Нагрузки на второстепенную балку собираем с грузовой полосы равной шагу второстепенных балок 1988 м учитывая собственный вес балок и коэффициент надежности по назначению здания γn = 095
Сбор нагрузок на второстепенную балку
Нормативная нагрузка кНм
Расчетная нагрузка кНм
Собственный вес жб плиты
Теплоизоляция (пенопласт)
Собственный вес 1 п. м. балки
(04 - 007)25095 = 1805
3. 2. Определение расчетных усилий
Расчетные усилия определяем с учётом их перераспределения за счёт проявления пластических деформаций:
- в крайних пролетах:
- на первых промежуточных опорах:
- в средних пролетах и на средних опорах:
Построим огибающую эпюру изгибающих моментов:
Положение нулевой точки в крайнем пролёте определяем из соотношения:
Определение изгибающих моментов в сечениях перекрытия.
Расстояние до сечения м
Изгибающие моменты кНм
l01 = 026007 =1201 м
25l01 = 04256007 =2552 м
l01 = 066007 =3604 м
l01 - x = 6007 – 129 = 4717 м
5l02 = 0155757 = 0863 м
l02 = 025757 =1151 м
l02 = 045757 =2303 м
l02 = 065757 =3454 м
l02 - 015l02 = 4893 м
Рис. 8. Огибающая эпюра изгибающих моментов.
- на крайней опоре:
- на первой промежуточной опоре слева:
- на первой промежуточной опоре справа и на средней опоре:
Уточним размеры сечения второстепенной балки. По моменту на первой промежуточной опоре определим полезную высоту сечения:
где αm=0289 при =035 (для элементов рассчитываемых с учетом перераспределения внутренних усилий).
Оставляем размеры сечения балки .
Предполагая отсутствие поперечной арматуры (в данном случае запас прочности) при φ1=1 проверим условие:
Q2 = 13564 кН где φb1=1-001Rb=1-0010985=09235
Q2 = 68465 кН 13564 кН
следовательно принятые размеры балки достаточны.
3. 3. Подбор продольной арматуры
На действие положительных моментов сечение принимается тавровым со сжатой полкой толщина полки равна:
Расчетная ширина полки:
Прямоугольное сечение второстепенной балки имеет размер:
Рабочая высота сечения балки:
- в крайних пролетах при а = 5 см: h0 = 40 – 5 = 35 см;
- в средних пролетах при а =3 см: h0 = 40 – 3 = 37 см;
- на опорах при а =2 см: h0 = 40 – 2 = 38 см;
Расчет арматуры выполняется для 5-ти сечений: в крайнем и среднем пролетах на первой и средней промежуточных опорах в средних пролетах на расстоянии 025 l02 от первой промежуточной опоры.
Расчетное сопротивление арматурной стали А-II для предельных состояний первой группы: Rs=280 МПа.
Результаты расчета продольной арматуры приведены в таблице 5.
=357438 кНм >62314 кНм
следовательно нейтральная ось проходит в полке
=357438 кНм >3935 кНм
Продолжение табл. 5.
на первой промежуточной
на средней промежуточной
в средних пролетах на расстоянии 025l02 от первой промежуточной опоры
На 1 п.м. 4246:2=2123
На основании полученных результатов расчета принимаем для армирования:
- крайних пролетов 2 22 А-II с As = 76 см2 ( > 646 см2);
-средних пролетов 2 16 А-II с As = 402 см2 ( > 386 см2);
Отрицательный момент в пролете на расстоянии 025l02 от первой промежуточной опоры воспринимается верхней продольной арматурой каркасов: 2 10 А-II с As = 157 см2 ( >143 см2).
Сечения на опорах в целях экономии арматуры будем армировать двумя сварными сетками с поперечной рабочей арматурой. Требуемая площадь сечения арматуры одной сетки армирования опор:
-на первых промежуточных A’s = 5342 = 267 см2пог. м;
-на средних промежуточных A’s = 42462 = 2123 см2пог. м.
При отношении pg = 134 3 одну сетку обрываем на расстоянии 14 l02 а вторую - на расстоянии 13 l02 от опоры.
Подбираем сетку С-3 марки:
Площадь сечения рабочих стержней (поперечных) на 1 м. п. длины сеток раскатываемых вдоль главных балок составляет: 028362=34 см2пог. м > 267 см2пог. м.
Для армирования средних промежуточных опор выбираем эту же сетку С-3.
3. 4. Подбор поперечной арматуры
Выполним расчет сечений наклонных к продольной оси элемента на действие поперечной силы.
Проверим необходимость установки поперечной арматуры по расчету:
следовательно поперечная арматура требуется по расчету.
Определим требуемую интенсивность хомутов приопорного участка. Коэффициент:
Учитывая коэффициент для тяжелого бетона и получим:
то интенсивность поперечного армирования определяем:
Для хомутов устанавливаемых по расчету должно соблюдаться условие:
Так как 39898 49781 то определяем по формуле:
Согласно п. 5.27 СНиП 2.03.01-84 (1996) шаг хомутов на приопорных участках равных l должен быть не более h2 = 4202 = 200 мм и не более 150 мм а в пролете не более 34 h = 300 мм и не более 500 мм.
Максимально допустимый шаг у опоры:
для тяжелого бетона.
Принимаем шаг хомутов у опоры S1=150 мм а в пролете S1=300 мм.
Принимаем в поперечном сечении 2 5 А-II с As = 0393 см2 ( > 0293 см2).
Каменные и армокаменные конструкции
1. Расчет каменного простенка первого этажа
1. 1. Исходные данные.
- Толщина стены - 510 мм:
- раствор марки 100;
- кирпич СУР 15030 ГОСТ 379-95 (кирпич силикатный утолщенный (h = 88 мм) рядовой марка по прочности – 150 по морозостойкости – F30);
- высота этажа: 35 м;
- полезная нагрузка: 48 кНм2;
- ветровой район – II (o = 030 кПа);
- снеговой район – III (Sg = 18 кНм2);
Вычислим размеры простенка:
Поправочный коэффициент для стен с проёмами:
Требуемая толщина стены по предельной гибкости:
- коэффициент отношения определяемый по таблице 2 [10].
так как то коэффициент mg=1.
1. 2. Определение нагрузок и усилий
Нагрузка на простенок в пределах этажа
Цементно-песчаная стяжка
Плиты минераловатные
= 200 мм ρ = 300 кгм3
Собственный вес жб панели
Собственный вес жб ригеля
Второстепенная балка
Временная нагрузка в т.ч.
длительно действующая
Рис. 9. Схема расположения оконных проёмов в плане
Рис. 10. Схема расположения оконных проёмов по высоте.
Площадь стены на участке шириной l2 = 6057 м и высотой равной расстоянию между сечением 1-1 и отметкой 113 м вместе с оконными проёмами:
(1122 - (08 + 17 + 022)) · 6057 = 51485 м2.
Площадь оконного проёма в пределах второго и третьего этажей здания:
Расчетная постоянная нагрузка от собственной массы стены в сечении 1-1:
Nст 1-1 = (51485 – 136) · 051 · 17 · 11 = 361309 кН.
Расчетная постоянная нагрузка от двух перекрытий и покрытия собственной массы стены в сечении 1-1:
Ng 1 = (5411 + 49732) 2408 + 361309 = 731105 кН.
Ng 2 = 731105 + 6057 · 022 ·051 17 · 11 = 748435 кН.
Ng 3 = 748435 + 2057 095· 051 · 17 · 11 = 765502 кН.
Расчётная снеговая длительно действующая нагрузка:
Расчётная снеговая кратковременная нагрузка:
Ns sh = 23942408·07 = 40356 кН;
Расчётная временная нагрузка от двух перекрытий в сечении 1-1:
Nv1 = 547224082 = 263532 кН;
в том числе длительно действующая Nv1 = 263532 07 = 184472 кН
и кратковременная Nvsh = 26353203 = 7906 кН.
Изгибающие моменты будут возникать только от нагрузки передаваемой на стену от перекрытия над первым этажом.
Вычислим значения изгибающих моментов в сечениях 1-1 2-2 3-3.
Длина опирания ригеля на стену принята равной с1 = 380 мм.
Эксцентриситет приложения опорного давления передаваемого ригелем на стену:
При эксцентриситете опорной реакции расположенной на расстоянии 7 см от внутренней грани наружной стены:
е1=h2-7=0512-007=019 м=19 см
Принимаем наибольшее значение e1 =19 см.
Изгибающие моменты в сечении 1-1:
от веса междуэтажного перекрытия (постоянная нагрузка)
Мg 1 = 49732408·019 = 22752 кНм;
от временной длительно действующей нагрузки
от кратковременной нагрузки
Мsh 1 = 1642240803·019 = 2254 кНм.
Изгибающие моменты в сечениях 2-2 3-3 вычислим по интерполяции т.к. эпюра изгибающих моментов изменяется по линейному закону тогда изгибающие моменты в сечении 2-2 соответственно:
Рис.11. Расчетная схема простенка и эпюры усилий
Мg 2 = H1H · Мg 1 = 32 35 · 22752 = 20801 кНм;
Мsh 2 = H1H · Мsh 1 = 32 35 · 2254 = 2061кНм;
Изгибающие моменты в сечении 3-3 составят 23 от изгибающих моментов в сечении 1-1:
Мg 3 = 23 · Мg 1 = 2 3 · 22752 = 15168 кНм;
Мsh 3 = 23 · Мsh 1 = 2 3 · 2254 = 1503 кНм;
Влияние ветровой нагрузки
Погонная ветровая нагрузка:
где - коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте
для местности типа В – городская застройка;
с – аэродинамический коэффициент.
С наветренной стороны:
С заветренной стороны:
Изгибающий момент от ветровой нагрузки определяется по формуле:
Тогда с наветренной стороны сечения 1-1:
с заветренной стороны сечения 1-1:
Изгибающие моменты от ветровой нагрузки на расстоянии х = 022 м от сечения 1-1 определим по формуле:
Тогда изгибающий момент от расчётной ветровой нагрузки в сечении 2-2 с наветренной стороны:
с заветренной стороны:
Изгибающие моменты от расчётной ветровой нагрузки на расстоянии х = 117 м от сечения 1-1 (сечение 3-3):
с наветренной стороны:
Составим расчётные сочетания усилий в сечениях простенка
Основное сочетание (II группа)
Прочность простенка наружной стены проверяем по следующим сочетаниям расчетных усилий:
. 1. 3. Проверка прочности простенка
Для кладки из кирпича марки 150 на растворе марки 100 расчетное сопротивление сжатию R = 22 МПа.
Расчётную площадь в сечении 1-1 принимаем:
A = b h = 6057 51 = 308907 см2.
Расчетная высота стены принимается равной:
l0 =800+1700+220=2720 мм=272 см.
Проверку прочности сечения 1-1 выполним по формуле:
- площадь сжатого сечения;
- коэффициент учитывающий длительные нагрузки ;
- коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии.
- коэффициент продольного изгиба всего сечения;
- коэффициент продольного изгиба по сжатому сечению (табл. 6 [10]).
Площадь сжатого сечения:
Найдем высоту сжатого сечения:
Гибкость сжатой кладки:
- упругая характеристика кладки зависящая от группы кладки и марки раствора (табл. 5. [10]).
При α = 750 и λhc = 622:
Следовательно прочность кладки обеспечена.
Расчётную площадь простенка в сечении 2-2 принимаем:
A = b h = 2057 51 = 104907 см2.
При α = 750 и λhc =:
Расчётную площадь простенка в сечении 3-3 принимаем:
При α = 750 и λhc = 586:
2. Расчет армокаменного столба подвала.
Подбор сечения армокаменного столба
с сетчатой арматурой
- Толщина стены – 510 мм;
- высота подвала: 32 м;
- грузовая площадь:
- количество этажей: 3;
- упругая характеристика кладки α = 750;
- арматурная проволока Вр-I 4 мм Rs = 219 МПа Rsn = 243 МПа Ast = 0126 см2.
Значения продольных усилий указаны в таблице 13.
Сбор нагрузок на армокаменный столб подвала
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка
Расчетная нагрузка кН
в т. ч. длительно действующая (30%)
- длительно действующая
Нагрузка от собственного веса колонны типового этажа сечением 250×250 при высоте этажа 35 м:
Ncol = 025· 025 · 35 · 25 · 11 · 095 = 5715 кН.
Нагрузка на столб без учета его собственной массы:
Собственная масса столба может быть приближенно принята равной 5% от полной расчетной нагрузки N:
Полная расчетная нагрузка с учетом массы столба
Максимально возможное значение расчетного сопротивления армированной кладки сжатию:
Определим необходимый процент армирования обеспечивающий заданную прочность кладки:
Для армирования принимаем сетку с квадратными ячейками c = 40 мм. Определим их необходимый шаг S по высоте кладки:
Выразим полученное значение S через эквивалентное число рядов кладки из утолщенного кирпича толщиной 88 мм:
Устанавливаем сетки с шагом S =10 см равным 1 ряду кладки.
Вычислим упругую характеристику кладки с сетчатой арматурой и временные сопротивления неармированной и армированной кладки :
Используя характеристику αsk = 482 по табл. 6 [10] получаем φ = 0975
Определим в первом приближении площадь и размеры поперечного сечения армированного столба:
Принимаем hст = 64 см.
Фактическая площадь поперечного сечения столба:
По найденным размерам поперечного сечения столба и вычисленной упругой характеристики кладки αsk = 482 определим гибкость столба принимая :
Полученное произведение коэффициентов сравним с исходным и определим расхождение:
следовательно окончательно принимаем hст =64 см.
Проверим достаточность принятых размеров сечения столба:
следовательно принятые размеры поперечного сечения столба достаточны.
3. Расчет каменного фундамента под центрально-нагруженный армокаменный столб
Фундамент под столб предназначен для распределения давления от столба на грунт с интенсивностью не превышающей расчетного сопротивления грунта сжатию.
Для кладки фундаментов применяют крупные бетонные блоки бетонные и природные камни неправильной формы бетон бутобетон хорошо обожженный кирпич пластического прессования.
Уширение фундаментов к подошве производится уступами. Высота уступа принимается для бутобетона не менее 30см а для бутовой кладки – два ряда кладки (35 – 60 см).
- нагрузка на верх армокаменного столба: N = кН;
- армокаменный столб имеет размеры поперечного сечения: 64х64 см;
- материал фундамента – бутобетон;
- марка бутового камня: 200;
- сопротивление грунта: Rгр = 031 МПа.
Высоту фундамента и размеры его уступов определяют по формуле:
где - размер подошвы или уступа фундамента;
- коэффициент принимаемый по табл.3 [10].
Полная расчетная нагрузка на фундамент с учетом веса армокаменного столба:
Нормативная нагрузка в уровне верхнего обреза фундамента:
Примем вес фундамента приблизительно равным 10% от и найдем размер стороны фундамента а:
Принимаем: a =260см.
Определим напряжение в грунте:
Согласно табл. 10 [10] при = 029 МПа > 025 МПа принимаем k = 15.
Определим высоту фундамента:
Принимаем высоту фундамента Hф = 150 см в три уступа по 50 см. Размеры фундамента приведены на рисунке.
Рис.12. Схема каменного фундамента под армокаменный столб
Проверим прочность фундамента на смятие под подошвой армокаменного столба т.е. Nсм N:
- коэффициент полноты эпюры давления при равномерно распределено нагрузке
d - коэффициент зависящий от вида кладки
= 6464 = 4096 см2 – площадь смятия;
А = = 16641 см2 – расчетная площадь сечения;
Прочность бутобетона по таблице 12 [10]
R = 3115 = 345тогда:
следовательно прочность фундамента на местное сжатие обеспечена.
Библиографический список
СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. Минстрой России – М.: ГЦ ЦПП 1996 – 172 с.
СНиП II-22-81. Каменные и армокаменные конструкцииГосстрой СССР. – М.: ЦНИИСК 1995. – 64 с.
Байков В. Н. Железобетонные конструкции. Общий курс. Учеб. для вузов. Издание пятое переработанное и дополненное В.Н. Байков Э.Е.Сигалов – М.: Стройиздат 1991. – 767 с.:ил
Мандриков А. П. Примеры расчета железобетонных конструкций: уч. пособие.А. П. Мандриков. - Москва: Стройиздат 1979.- 423 с.
Заикин А.И. Проектирование железобетонных конструкций многоэтажных промышленных зданий: Учеб. Пособие. А.И. Заикин. М.: АСВ 2002. – 192 с
«Железобетонные и каменные конструкции» для студентов специальности 2903 (Расчет и конструирование элементов монолитного ребристого перекрытия):Метод. Указания к выполнению курсового проекта №1 ЛГТУ: Сост. М.В. Горюнов И.И. Пантелькин В.В. Кузнецов. Липецк 1990–32 с.
Методические указания к выполнению комплексного курсового проекта №1 по курсу «Железобетонные и каменные конструкции». «Пример расчета ригеля поперечной рамы многоэтажного здания» ЛГТУ: Сост. М.В. Горюнов И.И. Пантелькин В.В. Кузнецов. Липецк 1987–26 с.
Проектирование кирпичного простенка и стены подвала многоэтажного
здания: Методические указания к курсовому проекту №1 по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» для студентов специальности ПГС Сост. М.В. Горюнов И.И. Пантелькин. Липецк: ЛГТУ 2002.-33 с.
Расчет армокаменного столба и каменного фундамента: Методические указания к выполнению первого курсового проекта по курсу «Железобетонные и каменные конструкции» (для студентов специальности 2903) ЛГТУ; Сост. М.В. Горюнов И.А. Суслов М.М. Горюнова. Липецк 1995.-28 с.

zhbk_rita.dwg

Арматурная сетка С - 1
Арматурная сетка С-1
Разраб. Абрамов А.С.
Железобетонные и каменные конструкции
Компоновка и армирование монолитного ребристого перекрытия
Схема армирования второстепенной балки
Арматурная сетка С-3
Арматурная сетка С-2
Схема монолитного ребристого перекрытия
Схема раскладки сеток
Спецификация на монолитное железобетонное перекрытие
Сетка арматурная С-1
Сетка арматурная С-2
Сетка арматурная С-3
Балка второстепенная
Железобетонные и каменные
Схема и раскладка сеток монолитного ребристого перекрытия
армирование второстепенной балки
Фундамент под армокаменный столб
Фрагмент плана здания
фундамент под армокаменный столб
плоские каркасы КР-1