Проектирование жби

ЖБК - Разбит._курсовой_.dwg-2004.dwg

Железобетонные конструкции многоэтажного каркасного здания
Армирование пустотной плиты перекрытия
Спецификация арматуры панели
арматура по ГОСТ 5781-82
Бетон омоноличивания
Схема каркаса здания М 1:200

курсовой_пояснительная.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Дальневосточный Государственный технический Университет
Пояснительная записка
По дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции»
На тему: «Железобетонные конструкции многоэтажного каркасного здания»
Преподаватель Игнатенко Т.К.
Исходные данные для выполнения проекта
Компоновка каркаса здания
Проектирование многопустотной панели перекрытия
2. Сбор нагрузок на панель
3. Расчетная схема панели нагрузки усилия
4. Расчет прочности нормального сечения
5. Расчет многопустотной плиты по предельным состояниям второй группы
5.1. Определение геометрических характеристик приведенного сечения
5.2. Определение потери предварительного напряжения арматуры
5.3. Расчет по образованию трещин нормальных к продольной оси
5.4. Расчет по раскрытию трещин нормальных к продольной оси
6. Расчет по деформациям (расчет прогиба плиты)
7. Расчет панели на монтажные нагрузки
Проектирование ригеля сборного балочного перекрытия
2. Расчетная схема нагрузки усилия
3. Расчет прочности ригеля по сечениям нормальным к продольной оси
4. Расчет прочности ригеля по сечениям наклонным к продольной оси
5. Конструирование арматуры ригеля
Проектирование сборной железобетонной колонны
2. Нагрузка на колонну расчетная схема расчетное усилие
3. Определение гибкости критической силы коэффициента продольного
4. Расчет прочности колонны
Проектирование центрально нагруженного фундамента под колонну
3.Расчет тела фундамента
4. Проверка высоты нижней ступени
5. Расчет арматуры у подошвы фундамента
Список использованной литературы
Исходные данные для выполнения проекта
- размеры сетки колонны – 50х70 количество пролетов -по длине здания;
- номинальная ширина панели перекрытия -м;
-тип панели перекрытия –пустотная;
- количество этажей -4 высота этажа подвального -м;
- расчетное сопротивление грунта основания МПа
- район строительства –г.Иркутск (снеговая нагрузка – по II району)
- временная нормативная полезная нагрузка кНм2 перекрытия
- тип ригеля – прямоугольного сечения;
Компоновка каркаса здания
Здание имеет связевой каркас: стыки ригелей с колоннами шарнирные. Многоэтажные рамы образованные колоннами и ригелями каркаса воспринимают только вертикальные нагрузки. Устойчивость здания то есть восприятие ветровых нагрузок в поперечном направлении обеспечивается двумя вертикальными диафрагмами в продольном направлении – вертикальными стальными связями. Это означает что здание и в поперечном и в продольном направлении имеет связевую несущую систему.
Здание имеет три пролета в поперечном направлении шаг продольных осей м. Шаг поперечных осей м длина здания м
Колонны каркаса имеют поэтажную разрезку стыки расположены на расстоянии 80 см от верха панели перекрытия. Сечение колонны квадратное.
Рис.1. Конструктивный план здания.
Проектирование элементов сборного балочного перекрытия
1. Компоновка сборного балочного перекрытия
Перекрытие состоит из ригелей шарнирно опирающихся на колонны и панелей которые опираются на ригели.
Ригели перекрытия ориентированы в поперечном направлении здания панели – в продольном. Номинальный пролет ригеля м. Сечение ригеля прямоугольное высота сечения ригеля см ширина сечения см.
2. Проектирование многопустотной панели перекрытия
Многопустотная предварительно напряженная панель П1 сборного балочного перекрытия с номинальными размерами: длина ширина м.
Конструктивные размеры м м
Продольная предварительно напрягаемая арматура А-IV (МПа МПа; МПа) поперечная арматура и арматура сеток Вр-1
Бетон тяжелый на плотных заполнителях принимается при арматуре А-IV согласно указаниям класса В20 (МПа; МПа; МПа; МПа; ; МПа; МПа)
Полезная временная нагрузка кНм2 в том числе кратковременная кНм2.
По степени ответственности здание относиться к 1 классу (коэффициент надежности по назначению)
Рис. 2 Поперечное сечение панели
2.2.Сбор нагрузок на панель
Сбор вертикальных нагрузок на 1 м представлен в таб. 1.
Нормативная нагрузка кНм
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка кНм
Собственный вес перекрытия
- цементно-песчаная стяжка
- керамическая плитка
2.3. Расчетная схема панели нагрузки усилия
Расчетная схема панели – балка свободно лежащая на двух шарнирных опорах.
При опирании на ригель поверху расчетный пролет мм=685 м
Рис.3 Опирание панели на ригель прямоугольного сечения
Расчетная нагрузка на 1 м длины при ширине прилиты 125 м:
- полная расчетная кНм.
- полная нормативная кНм.
- нормативная длительная кНм.
Усилия от расчетных и нормативных нагрузок.
От расчетной полной нагрузки [2]:
От полной нормативной нагрузки:
- нормативная длительная
2.4. Расчет прочности нормального сечения
Цель расчета: подобрать продольную предварительно напрягаемую рабочую арматуру в ребрах панели.
Расчетное сечение панели – тавровое.
Размеры расчетного сечения: Высота сечения многопустотной (6 круглых пустот диаметром 159мм) предварительно напряженной плиты см принимаем 22 см; рабочая высота сечения см; размеры сжатой полки: ширина ; толщина см толщина ребра см
Рис.4 Расчетное сечение панели при расчетах на прочность
Проверяем ширину свесов полки вводимую в расчет:
Так как условия выполняются в расчет вводиться вся ширина полки см
Назначаем начальную величину предварительного напряжения в арматуре
Предварительное напряжение арматуры принимают равным МПа
Проверяем выполнение условия:
При электротермическом способе натяжения МПа;
) МПа МПа – условие выполняется
) МПа > МПа – условие выполняется
Коэффициент точности натяжения арматуры
Вычисляем предельное отклонение предварительного напряжения:
– число напрягаемых стержней.
Коэффициент точности натяжения при благоприятном влиянии предварительного напряжения по формуле
При проверке по образованию трещин в верхней зоне плиты при обжатии принимают
Предварительное напряжение с учетом точности натяжения МПа
Граничное значение относительной высоты сжатой зоны
Определяем граничную высоту сжатой зоны:
- расчетное сопротивление продольной арматуры растяжению;
- характеристика сжатой зоны для тяжелого бетона;
МПа- электромеханическое натяжение.
Определяем положение нейтральной оси
Положение нейтральной оси определяется для того чтобы установить расчетный случай таврового сечения:
кНм проверим условие
кНм кНм следовательно нейтральная ось проходит в ребре сечение рассчитывается как тавровое.
Определяем требуемую площадь сечения продольной арматуры
Зная находим =059 то есть постановка арматуры в сжатой зоне не требуется.
Находим коэффициент условий работы учитывающий сопротивление напрягаемой арматуры выше условного предела текучести.
- для арматуры класса А-IV
Для обеспечения прочности нормальных сечений панели у нижней грани принимаем 7d16 А-IV А=1407 см.
Расчет прочности плиты по сечению наклонному к продольной оси
Цель расчета: проверить прочность наклонных сечений при принятой по конструктивным требованиям поперечной арматуре.
Принимаем поперечные стержни 4 Вр-1 которые устанавливаются в продольных ребрах панели на приопорных участках длиной м с шагом см принимаем 10см.
Площадь сечения одного поперечного стержня см2; число поперечных стержней в поперечном сечении ; см2
Бетон тяжелый класса В20 (МПа; МПа; МПа; МПа; ; МПа; МПа)
Продольное сжимающее усилие (определяем предварительно)
Влияние продольного усилия обжатия
Нсм > =1720 Нсм - условие выполняется
Проверяем другое условие
не выполняется следовательно необходим расчет поперечной арматуры.
Так как см >см примем
Влияние свесов в сжатой полке
Максимальное расстояние между хомутами определяется:
- условие удовлетворяется
Для обеспечения прочности по наклонному сечению на участке между соседними хомутами необходимо выполнение условия:
- условие удовлетворяется
Поперечное усилие воспринимаемое бетоном сжатой зоны над вершиной наклонного сечения:
Так как условие с= 1140 > см принимаем с=633 см
Длина проекции расчетного наклонного сечения
см > =19 см так как см > =19 см
см> 2 =38 см принимаем 38 см
175+35230=604050 Н > 52364 Н - обеспечивается
Проверка по сжатой наклонной полосе:
Н - прочность обеспечивается
Для обеспечения прочности наклонных сечений в ребрах панели на ее приопорных участках длиной м предусмотрено по 4 каркаса К1 с поперечными рабочими стержнями 4 Вр-1 установленными с шагом 10см.
В средней части пролета поперечная арматура не применяется так как высота сечения менее 300мм.
2.7 Расчет плиты по предельным состояниям второй группы
Определение геометрических характеристик приведенного сечения
В расчетах по второй группе предельных состояний расчетное сечение панели принимается двутавровым с размерами
Высота сечения многопустотной (7 круглых пустот диаметром 159мм) 22 см; рабочая высота сечения см;
Размеры верхней полки: ширина см высота см
Размеры нижней полки: ширина см высота см
Рис.5 Расчетное сечение панели для расчетов по второй группе предельных состояний
Коэффициент приведения
Площадь приведенного сечения
Статический момент площадь приведенного сечения относительно нижней грани
- площадь части сечения - расстояние от центра тяжести сечения до оси.
Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения
Расстояние от верхней грани до центра тяжести приведенного сечения
Расстояние от оси арматуры до центра тяжести приведенного сечения см
Момент сопротивления приведенного сечения по нижней грани сечения
Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне
– для двутаврового сечения при 26
Определение потери предварительного напряжения арматуры
МПа - потери от релаксации напряжений в арматуре; - потери от температурного перепада;
- потери при электротермическом напряжении арматуры;
МПа - напряжение в бетоне при обжатии
МПа 09– потери от быстронатекающей ползучести бетона где МПа – требование выполняется.
Определяем коэффициент 08
где и - коэффициенты принимаемые:
Первые потери МПа где
Усилие обжатия с учетом первых потерь Н
Вычисляем сжимающие напряжения в бетоне на уровне центра тяжести площади напрягаемой арматуры от усилия обжатия (без учета момента от веса плиты) МПа
МПа- потери напряжений в арматуре от усадки бетона;
При 075 МПа – потери от ползучести бетона
Вторые потери МПа где
Полные потери МПа > 100 МПа
Усилие обжатия с учетом полных потерь
Расчет по образованию трещин нормальных к продольной оси
Расчет выполняют для выяснения необходимости проверки по раскрытию трещин [21]. При этом для элементов к трещиностойкости которых предъявляют требования 3-й категории принимают значения коэффициента надежности по нагрузки ; кНм
Радиус верхней точки ядра сечения см
кНм - момент образования трещин вычисленный по приближенному способу ядровых моментов где ядровый момент усилий обжатия при составляет
Поскольку кНм трещины в растянутой зоне образуются. Следовательно необходимо произвести расчет по раскрытию трещин .
Расчет по раскрытию трещин нормальных к продольной оси
Коэффициент точности натяжения
Предельная ширина раскрытия трещин: непродолжительная =04 мм продолжительная =03 мм.
Изгибающие моменты от нормативных нагрузок: полной кНм; постоянной и длительной кНм.
Ширина раскрытия нормальных трещин:
мм - диаметр продольной арматуры.
коэффициент армирования 002
- для изгибаемых элементов;
- при кратковременном действии нагрузок;
- при длительном действии нагрузок;
-при стержневой арматуре периодического профиля;
; - плечо внутренне пары сил
Определяем приращение напряжений:
МПа –действия полной нагрузки;
МПа – от длительного действия постоянной и длительной нагрузок;
Определяем ширину раскрытия трещин от непродолжительного действия полной нагрузки:
Определяем ширину раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузки
Определяем ширину раскрытия трещин от действия постоянной и длительной нагрузки
Полная ширина раскрытия нормальных трещин:
мм =04 мм трещиностойкость панели обеспечена.
Расчет по деформациям (расчет прогиба плиты)
Прогиб определяют от нормативного значения постоянной и длительной нагрузок; предельный прогиб составляет [2] см.
Вычисляют параметры необходимые для определения прогиба плиты с учетом трещин в растянутой зоне. Заменяющий момент равен изгибающему моменту кНм; суммарная продольная сила равна усилию предварительного обжатия с учетом всех потерь и при кН; ;
Коэффициент характеризующий неравномерности деформаций растянутой арматуры на участке между трещинами
коэффициент при длительном действии нагрузки
Вычисляем кривизну оси при изгибе [2]
см > 338 см – условие не выполняется.
3.Проектирование ригеля сборного балочного перекрытия
3.1. Исходные данные
Ригель прямоугольного сечения.
Шаг ригелей а=70м конструктивная длина
Расчетное сопротивление осевому сжатию МПа;
Расчетное сопротивление осевому растяжению МПа;
Модуль упругости бетона МПа;
Коэффициент условий работы бетона ;
Расчетное сопротивление растяжению арматуры МПа;
Расчетное сопротивление растяжению поперечной арматуры МПа;
3.2. Расчетная схема нагрузки усилия
Ригель работает как однопролетная шарнирно опертая балка.
Нагрузка на ригель от панелей считается равномерной.
Расчетная нагрузка на метр длины ригеля:
От панелей (собирается с шага ригелей а=70м)
см2 – площадь ригеля
Определяем максимальные усилия в ригели
Изгибающий момент: кНм
3.3. Расчет прочности ригеля по сечениям нормальным к продольной оси
Цель расчета – подобрать продольную рабочую арматуру
Расчетное сечение ригеля - прямоугольной
Высота сечения h=50см ширина b=25см. Рабочая высота сечения см
Уточняем высоту сечения см где
При находим (из условий ограничения ширины раскрытия трещин)
Принимаем h=50см b=25см
Определи требуемую площадь сечения рабочей продольной арматуры
- расчетное сопротивление бетона на сжатие; - коэффициент условия работы бетона; - ширина верхней полки; - рабочая высота сечения.
Зная находим =0845.
Вычисляем площадь сечения арматуры:
Принимаем 222 и 228 А-III с общей площадью А=199 см.
3.4. Расчет прочности ригеля по сечениям наклонным к продольной оси
Цель расчета – проверить прочность наклонных сечений при принятой по конструктивным требованиям поперечной арматуры.
Поперечная сила 21930 кН =997 кНм
Диаметр поперечных стержней устанавливается из условия сварки с продольными стержнями d =28 мм и принимаем мм класса А-III с площадью см МПа МПа.
Бетон тяжелый класса В35 (МПа; МПа; МПа; ; МПа; МПа МПа)
Число каркасов – два см
Шаг поперечных стержней – конструктивно S = см
Для приопорных участков длиной принимаем шаг S = 20 см
В средней части пролета S = см.
Влияние продольного усилия обжатия ( Р=0 так как ригель без предварительного напряжения)
Нсм =9970 Нсм - условие выполняется
Н Н– условие не выполняется следовательно необходим расчет поперечной арматуры.
Влияние свесов в сжатой полке так как в сечении ригеля отсутствует полка в сжатой зоне.
Для обеспечения прочности по наклонному сечению на участке между соседними хомутами необходимо выполнение условия: [2]
=1693 Нсм > Нсм - условие удовлетворяется
см см - условие соблюдается
см см - условие не соблюдается
см >см - условие соблюдается
5756+81000=236756 Н> 127610 Н- обеспечивается
- прочность обеспечивается
3.5. Конструирование арматуры ригеля
Ригель армируется двумя сварными каркасами часть продольных стержней обрывается в соответствии с изменением огибающей эпюры моментов.
Определение ординат эпюры материалов
Определяется несущая способность сечения 1-1 (222 и 228 А-III с общей площадью А=199 см см)
- момент воспринимаемый сечением с фактической арматурой
Определяется несущая способность сечения 2-2 (222 А=76см см)
Определение точек теоретического обрыва стержней 22
м принимаем м так как больше длины ригеля 46м
Определение длины заделки обрываемых стержней
Обрываемые стержни заводятся за место теоретического обрыва на длину анкеровки.
Длина анкеровки см > см.
Принимаем длину анкеровки 55см.
Ригель армируется двумя сварными каркасами соединенными между собой по верху и по низу соединительными стержнями 8 А-III с шагом 200мм.
Требуется запроектировать колонну подвала каркасного 4-х этажного здания высота этажа м; высота подвала м. Сетка колонн 5х70м.
Район строительства г. Иркутск ( кНм2)
Сечение колонны предварительно приято квадратным 30х30см.
- бетон тяжелый класса В25 МПа МПа МПа
- арматура А-III МПа МПа.
Нагрузка на колонну собирается с грузовой площади:
От массы панелей и кровли кН
В том числе длительная часть снеговой нагрузки кН
Полная нагрузка от покрытия кН
Длительная часть нагрузки от покрытия кН
От одного перекрытия
От массы панелей и полов кН
Временная (полезная) кН в том числе длительная часть временной нагрузки кН
Полная нагрузка от перекрытия кН
Нагрузка от масс колонны
Расчетная схема колонны подвала – стержень с защемленным нижним концом и шарнирно опертым верхним концом длинной
Усилия в колонне ( в уровне обреза фундамента)
От полной расчетной нагрузки
кН2000Н окончательно принимаем колонну 30х30см
От длительной расчетной нагрузки
Находим случайный эксцентриситет и из трех значений выбираем максимальное.
3. Определение гибкости критической силы коэффициента продольного изгиба
Гибкость колонны: где
см - радиус инерции.
Так как > 14 необходимо при расчете на прочность внецентренно сжатого элемента учитывать влияния продольного изгиба и длительного действия нагрузки путем введения в расчетные формулы коэффициента продольного изгиба - .
Критическая продольная сила при которой происходит потеря устойчивости определяется по формуле [20]:
см - момент инерции колонны
см - момент инерции сечения арматуры вычисляемой относительно центра тяжести колонны задаемся коэффициентом армирования
- отношение модулей упругости
- коэффициент учитывающий влияние длительного действия на прогиб элемента в предельном состоянии где для тяжелого бетоны
Коэффициент при 10 см
так как 0033 принимаем
Вычисляем коэффициент :
Цель расчета – определить требуемую площадь сечения продольной рабочей арматуры.
Принимаем симметричное армирование.
Определяем предварительно случай внецентренного сжатия
Так как см см => случай малых эксцентриситетов
Определяем граничную относительную высоту сжатой зоны: [2]
Значение расчетного эксцентриситета: см при 10 см
Так как > 0 то площадь арматуры определяют по формуле: [2]
Принято 225 А-III с см
- для определения было принято - перерасчет можно не делать.
Колонна армируется пространственным каркасом образованным из плоских каркасов. Наименьший диаметр поперечных стержней при диаметре продольной арматуры 25 А-III согласно[2] равен 8 мм принимаем 8 А-III с шагом мм по размеру стороны сечения колонны мм что менее мм рис. 8. У нижнего конца колонны на длине ее заделки в фундамент шаг поперечных стержней принимается 150мм для усиления бетона который здесь испытывает местное сжатие.
Стык колонн выполняют на ванной сварке выпусков стержней так как d>20 мм то применяют сварное соединение в стык с обетонированием концы колонн усиливают поперечными сетками.
Сечение колонны 30х30 см.
Расчетное усилие колонны у заделки в фундамент кН
Нормативное усилие колонны у заделки в фундамент кН
Вес единицы объема фундамента и грунта на его обрезах кНм
- бетон тяжелый класса В20 МПа; МПа
Грунты основания – суглинки расчетное сопротивление грунта МПа.
Цель расчета - определение геометрических размеров подошвы фундамента.
Площадь фундамента определяется по формуле: [2]
5 - коэффициент учитывающий наличие момента.
где 015м – расстояние о пола подвала до обреза фундамента
Высотой фундамента Н предварительно задаемся из условий:
заделки колонны в гнезде фундамента
см где длина заделки колонны при жестком защемлении - размер сечения колонны
анкеровки арматуры колонны
см принимаем длину анкеровки арматуры при бетоне класса В20 см где d=25 – диаметр арматуры колонны
Примем окончательно высоту фундамента см и глубину заложения см
Фундамент квадратный в плане так как колонна одинаково работает в двух направлениях получаем м Принимаем размер подошвы фундамента м.
Проверка высоты фундамента расчетом на продавливание.
Условие прочности на продавливание:
см - среднее между верхним и нижним периметром основания пирамиды продавливания;
м - площадь нижнего основания пирамиды;
кН м - давление на грунт от расчетной нагрузки;
кН кН – условие прочности на продавливание выполняется.
Принимаем окончательно фундамент высотой см см – трехступенчатый.
Рис. 6. К расчету фундамента
Проверим удовлетворяет ли рабочая высота нижней ступени фундамента см условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении.
Для единицы ширины этого сечения (=100 см):
кН кН – условие прочности выполняется высота сечения подушки достаточна.
Расчетные сечения принимаются по граням ступеней и грани колонны.
Крайняя часть фундамента работает как консоль на изгиб от реактивного давления грунта.
Расчет изгибаемой консоли по сечению 1-1 2-2 3-3. [2]
Изгибающий момент :
Требуемое сечение арматуры:
Принимаем 1612 см с шагом 200 мм.
Процент армирования:
Список использованной литературы.
СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия.-М.: 2003.
Байков В.Н. Сигалов Э.Е. железобетонные конструкции. Общий курс. Учебник для вузов.-М.: Стройиздат 1994.
СНиП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции.-М.: 1985.
Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений.-М.: Стройиздат 1978.
Железобетонные конструкции многоэтажного каркасного здания. Методические указания к курсовому проекту.-В.:1996
Заикин А.И. Проектирование железобетонных конструкций многоэтажных промышленных зданий.-М.: АСВ2055.