Курсовой проект по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции»

жбк чертежи.dwg

Конструктивная схема перекрытия М 1:100
Керамзит по уклону 100мм
Слой звукоизоляции 20мм
Цем.-песч. стяжка 40мм
Многопустотная плита 220мм
Цементно-песчаная стяжка 40мм
Гидроизоляционный ковер (3 слоя)
Минераловатный утеплитель 150мм
Керамическая плитка 10мм
НИУ МГСУ 08.03.01 - КП - 2020г.
Древесно-волокн. плита 12мм
Конструктивная схема перекрытия М 1:200
Схема армирования плиты П-1 М 1:25
Опалубочный чертеж ригеля М 1:15
Поз. 1 приварить к поз. 2 прерывистым швом
Поз. 9 приварить к поз. 1
Схема армирования ригеля
Бетон Тяжелый класса В30
Риска q*;разбивочной оси
Бетон Тяжелый Класса В40 2. Продольная рабочая класса ∅25 А500С 3. Поперечная класса А240
монолитного фундамента М1:25 Ф-1
Конструкция центрально нагруженного
Бетон Тяжелый класса В25 2.Грунт Основания - сулинок
Сетка С2 после сгиба
Кафедра Железобетонных и каменных конструкций
Тема: Проектирование несущих железобетонных конструкций многоэтажного каркасного здания из сборного железобетона (вариант 194)
Междуэтажное перекрытие
Схема перекрытия; разрез 1-1; плит П-1; разрезы: 2-2
Однопролетный ригель
Опалубочный чертеж ригеля; схема армирования ригеля; закладня деталь М1; разрезы: 1-1
Конструктивная схема монолитного ребристого перекрытия
НИУ МГСУ 08.03.01 - КП - 2021г.
Цементно-песчаный р-р 50мм
Керамзит по уклону 100 мм
Цементно-песчаная стяжка 40 мм
Гидроизоляционный ковер 3 слоя
Минераловатный утеплитель 150 мм
Сечение 1 - 1 М 1:25
Примечание: 1. Бетон Тяжелый класса В25 2. V=9
м³ 3. Грунт Основания - глина 4. Под подошвой фундамента предусмотреть гравийно-песчаную подготовку толщиной 100 мм
Вид сетки С2 после сгиба
Примечания: 1) Бетон тяжелый класса В25 2) V=2
м³ 3) Способ натяжения арматуры - электротермический на упоры 4) Места опирания плит при складировании и транспортировке принимаются на расстоянии 350 мм от торцов
Конструктивная схема перекрытия М1:200
Вид сетки С-2 после сгиба
Проектирование железобетонных конструкций многоэтажного каркасного здания (Вариант 25-8-4)
Графическая часть проекта
НИУ МГСУ 08.03.01-КП-2021
Кафедра железобетонных и каменных конструкций
Опалубочный чертеж К-1 М1:25
Риска разбивочной оси
Примечания: 1) Бетон тяжелый класса В50 2) V=0
Опалубочный чертеж ригеля М 1:50
Схема армирования ригеля М 1:10
Закладная деталь М1 М 1:5
место опирания при складировании
Поз.1 приварить к поз. 2 прерывистым швом
Примечания: 1) Бетон тяжелый класса В25 2) V=1

пз жбк.docx

по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции»
«Проектирование несущих железобетонных конструкций многоэтажного каркасного здания из сборного железобетона»
Руководитель курсового проекта к.т.н. доц. Ванус Д.С
(ученое звание ученая степень должность Ф.И.О.)
(дата подпись руководителя)
Курсовой проект защищен с
(оценка цифрой и прописью)
(дата подпись руководителя)
Председатель аттестационной
(ученое звание ученая степень должность Ф.И.О.)
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Тема курсового проекта «Проектирование несущих железобетонных конструкций многоэтажного каркасного здания из сборного железобетона »
Исходные данные к курсовому проекту табл.1 – 25 табл.2 – 8 тип пола 4.
Содержание текстовой части (перечень подлежащих разработке вопросов) компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия расчет и конструирование многопустотной плиты перекрытия расчет и конструирование однопролетного ригеля расчет и конструирование колонны расчет и конструирование фундамента под колонну.
Перечень графического и иного материала (с точным указанием обязательных чертежей): план сборного перекрытия и поперечный разрез здания рабочие чертежи сборной плиты перекрытия ригеля колонны и фундамента.
График выполнения курсового(й) проекта (работы):
Наименование этапа выполнения курсового проекта
Процент выполнения курсового проекта
Расчет и конструирование многопустотной плиты перекрытия.
Расчет и конструирование однопролетного ригеля.
Расчет и конструирование колонны
Расчет и конструирование фундамента под колонну.
Дата выдачи 19 марта 2021 г.
Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия6
Расчет и конструирование многопустотной предварительно напряженной плиты перекрытия.9
2. Расчет плиты по предельным состояниям первой группы11
2.1. Определение внутренних усилий11
2.2. Расчет по прочности нормального сечения при действии изгибающего момента12
2.3. Расчет по прочности при действии поперечной силы14
3. Расчет плиты по предельным состояниям второй группы16
3.1. Геометрические характеристики приведенного сечения16
3.2. Потери предварительного напряжения арматуры18
3.3. Расчет по раскрытию трещин нормальных к продольной оси20
3.4. Расчет прогиба плиты23
Расчет и конструирование однопролетного ригеля26
1. Исходные данные26
2. Определение усилий в ригеле27
3. Характеристики прочности бетона и арматуры28
4. Расчет ригеля по прочности нормальных сечений при действии изгибающего момента28
5. Расчёт ригеля по прочности при действии поперечных сил30
6. Построение эпюры материалов37
Расчет и конструирование колонны41
1. Исходные данные41
2. Определение усилий в колонне42
3. Расчет колонны по прочности43
Расчет и конструирование фундамента под колонну45
1. Исходные данные45
2. Определение размера стороны подошвы фундамента45
3. Определение высоты фундамента46
4. Расчет на продавливание47
5. Определение площади арматуры подошвы фундамента49
Курсовой проект составлены на основании программы дисциплины «Железобетонные и каменные конструкции» для студентов специальности 08.03.01 специализация «Строительство»
При проектировании использовался действующие свод правил по расчету и конструированию бетонных и железобетонных конструкций (СП 63.13330.2012). При проектировании реального сооружения производят повторные расчеты и конструирование с учетом требований содержащихся в «Правилах по обеспечению огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций» СТО 36554501-006-2006.
Цель курсового проекта— содействие в проектировании несущих элементов здания. В курсовом проекте проектируются основные несущие железобетонные конструкции 11- этажного здания каркасной конструктивной схемы со связевым каркасом и навесными стеновыми панелями. Пространственная жесткость (геометрическая неизменяемость) здания в продольном и поперечном направлениях обеспечивается диафрагмами жесткости (связевая система). Курсовой проект включают рассмотрение следующих вопросов:
проектирование сборного балочного междуэтажного перекрытия включающее компоновку конструктивной схемы перекрытия расчет многопустотной предварительно-напряженной плиты и ригеля проектирование колонны и отдельно стоящего фундамента.
Ширина здания в осях м
Длина здания в осях м
Расстояние от пола 1-го этажа до план. отм.
Временная нагрузка на перекрытие кНм2
Полное значение временной нагрузки
Номер варианта задания
Вариант состава пола
Линолеум - = 8 мм γ = 12 кНм3
Древесно-волокнистая плита - = 12 мм γ = 6 кНм3
Цементно-песчан. раствор - = 50 мм γ = 18 кНм3
Керамзит - = 60 мм γ = 8 кНм3
Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия
Рис. 1 Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия
Рис.2 Конструктивная схема здание
Рис.3 К расчету плиты перекрытия
Расчет и конструирование многопустотной предварительно напряженной плиты перекрытия.
Нагрузки на 1 м2 перекрытия
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности по нагрузке γf
Расчетное значение кНм2
Многопустотная сборная плита перекрытия с омоноличиванием швов
Итого постоянная нагрузка g
(длительная нагрузка)
Кратковременная часть Vsh
Длительная часть V lon
Итого временная нагрузка V
Временная нагрузка без учета перегородок V0
Нагрузка на 1 погонный метр длины плиты при номинальной ее ширине 18 м с учетом коэффициента надежности по ответственности здания
Расчетная постоянная ;
Нормативная постоянная
Нормативная постоянная и длительная
Конструктивный размер плиты:
Бетон - тяжелый класса по прочности на сжатие В20:
нормативные сопротивления бетона – МПа;
расчетные сопротивления бетона - МПа;МПа; (Приложение 4)
коэффициент условий работы бетона учитывающий влияние длительности действия статической нагрузки.
Начальный модуль упругости бетона МПа; (Приложение 5).
Технология изготовления плиты – агрегатно-поточная. Плита подвергается тепловой обработке при атмосферном давлении. Натяжение напрягаемой арматуры осуществляется электротермическим способом.
продольная напрягаемая класса А600
МПа (Приложение 7);
ненапрягаемая класса В500:
2. Расчет плиты по предельным состояниям первой группы
2.1. Определение внутренних усилий
Расчетный пролет плиты в соответствии:
Поперечное конструктивное сечение плиты заменяется эквивалентным двутавровым сечением. Размеры сечения плиты h = 22 см;
Рис.4 Расчетное сечение плиты
Плита рассчитывается как однопролетная шарнирно-опертая балка загруженная равномерно-распределенной нагрузкой (рис.4).
Рис. 5 Расчетная схема плиты и эпюры усилий
Усилия от расчетной полной нагрузки:
изгибающий момент в середине пролета:
поперечная сила на опорах:
Усилия от нормативной нагрузки (изгибающие моменты)
постоянной и длительной:
2.2. Расчет по прочности нормального сечения при действии изгибающего момента
При расчете по прочности расчетное поперечное сечение плиты принимается тавровым с полкой в сжатой зоне (свесы полок в растянутой зоне не учитываются).
При расчете принимается вся ширина верхней полки так как
где l - конструктивный размер плиты.
Положение границы сжатой зоны определяется из условия:
где М – изгибающий момент в середине пролета от полной нагрузки (;
момент внутренних сил в нормальном сечении плиты при котором нейтральная ось проходит по нижней грани сжатой полки;
Rb – расчетное сопротивление бетона сжатию;
Если это условие выполняется граница сжатой зоны проходит в полке и площадь растянутой арматуры определяется как для прямоугольного сечения шириной равной .
02 кН·см 1078767 кН·см – условие выполняется т.е. расчет ведем как для прямоугольного сечения.
относительная высота сжатой зоны бетона; должно выполняться условие ≤ R где R – граничная относительная высота сжатой зоны.
Значение R определяется по формуле:
где se b2 – относительная деформация сжатого бетона при напряжениях равных Rb принимаемая равной 00035.
Для арматуры с условным пределом текучести значение sel определяется по формуле:
где *sp – предварительное напряжение в арматуре с учетом всех потерь и коэффициентом γsp = 09.
Предварительное напряжение арматуры sp принимают не более 09Rsn для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры (А600) и не более 08Rsn для холоднодеформированной арматуры и арматурных канатов.
Принимаем sp = 09Rsn = 09·600 МПа = 540 МПа.
При проектировании конструкции полные суммарные потери следует принемать не менее 100 Мпа.
При определении sel:
Площадь сечения арматуры определяем по формуле:
Если соблюдается условие ≤ R расчетное сопротивление напрягаемой арматуры Rs допускается умножать на коэффициент условий работы γs3 учитывающий возможность деформирования высокопрочных арматурных сталей при напряжениях выше условного предела текучести и определяемый по формуле:
Если что для плит практически всегда соблюдается можно принимать максимальное значение этого коэффициента т.е.
Принимаем 614 А600;923см2
Напрягаемые стержни должны располагаться симметрично и расстояние между ними должно быть не более 400 мм.
Рис. 6 Расположение арматурных стержней
2.3. Расчет по прочности при действии поперечной силы
Поперечная сила от полной нагрузки кН.
Расчет предварительно напряженных элементов по сжатой бетонной полосе между наклонными сечениями производят из условия:
- коэффициент принимаемый равным 03;
b- ширина ребра b = 355 см;
Расчет предварительно напряженных изгибаемых элементов по наклонному сечению производят из условия:
Q - поперченная сила в наклонном сечение (кН);
Qb - поперечная сила воспринимаемая бетоном в наклонном сечении;
Qsw - поперечная сила воспринимаемая поперечной арматурой в наклонном сечении;
·γb1·Rbt·b·h0 05·γb1·Rbt·b·
φb2 - коэффициент принимаемый равным 15;
Rbt = 09 МПа = 009 кНсм2;
Qb = 05 γb1 · Rbt · b · h0 = 05 · 10 · 009 · 355 · 19 = 3035 кН.
Действующая в сечении поперченная сила Q = > 3035 кН следовательно необходимо установка поперечной арматуры по расчету.
Допускается производить расчет прочности наклонного сечения из условия:
поперечная арматура учитывается в расчете если qsw ≥ qswmin.
Принимаем qsw=129 кНсм.
- погонное усилие в хомутах по длине балки (плиты):
Назначаем шаг хомутов Sw=10см ≤ 05h0 получаем:
Принимаем на приопорных участках плиты по 6 каркасов длинной равной 14 продольного размера плиты с поперечной рабочей арматурой расположенной с шагом Sw = 10 см. Для 64B500 в одном сечение имеем
см2 проверяем прочность сечения
80 7367 кН т.к. условие выполняется то прочность по наклонному сечению обеспечена.
3. Расчет плиты по предельным состояниям второй группы
3.1. Геометрические характеристики приведенного сечения
Круглое очертание пустот заменим эквивалентным квадратным со стороной
с = 09d = 09·159 = 143 см.
Размеры расчетного двутаврового сечения:
толщина полок см; ширина ребра см; ширина полок см; bf= 179 см. Определяем геометрические характеристики приведенного сечения:
Площадь приведенного сечения:
А=204314 см2 – площадь сечения бетона.
Статический момент приведенного сечения относительно нижней грани:
Удаление центра тяжести сечения от его нижней грани:
Момент инерции приведенного сечения относительно его центра тяжести:
Момент сопротивления приведенного сечения по нижней грани:
То же по верхней грани:
Расчет предварительно напряженных изгибаемых элементов по раскрытию трещин производят в тех случаях когда соблюдается условие:
М – изгибающий момент от внешней нагрузки (нормативной);
Mcrc – изгибающий момент воспринимаемый нормальным сечением элемента при образовании трещин и равный:
eяр = еор + r – расстояние от точки приложения усилия предварительного обжатия до ядровой точки наиболее удаленной от растянутой зоны;
еор – то же до центра тяжести приведенного сечения;
r – расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки; Wp
Р – усилие предварительного обжатия с учетом потерь предварительного напряжения в арматуре соответствующих рассматриваемой стадии работы элемента.
3.2. Потери предварительного напряжения арматуры
Первые потери предварительного напряжения включают потери от релаксации напряжений в арматуре потери от температурного перепада при термической обработке конструкций потери от деформации анкеров и деформации формы (упоров).
Вторые потери предварительного напряжения включают потери от усадки и ползучести бетона при натяжении арматуры на упоры. Потери от релаксации напряжений арматуры sp1 определяют для арматуры классов А600-А1000 при электротермическом способе натяжения.
Потери от температурного перепада при агрегатно-поточной технологии принимаются равными 0; sp2 = 0.
Потери от деформации формы при электротермическом способе натяжения арматуры не учитывают; sp3 = 0.
Потери от деформации анкеров при электротермическом способе натяжения арматуры не учитывают; sp4 = 0.
Потери от усадки бетона:
- для бетона подвергнутого тепловой обработке где
деформации усадки бетона значения которых можно принимать в зависимости от класса бетона 00002 – для бетона классов В35 и ниже.
Потери от ползучести бетона sp6 определяются по формуле:
где φbcr – коэффициент ползучести бетона определяемый согласно п. 6.1.16[2] или по Приложению 15. Принимаем φbcr = 25 (W=74% для Ульяновска);
bpj – напряжение в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой j – ой группы стержней напрягаемой арматуры;
Р(1) – усилие предварительного обжатия с учетом только первых потерь;
еор – эксцентриситет усилия Р(1) относительно центра тяжести приведенного сечения;
y– расстояние от центра тяжести приведенного сечения до рассматриваемого волокна: y = еор + 3(см)
spj – коэффициент армирования равный где А – площадь поперечного сечения элемента; Aspj – площадь рассматриваемой группы стержней напрягаемой арматуры.
Полное значение первых и вторых потерь:
При проектировании конструкции полные суммарные потери для арматуры расположенной в растянутой при эксплуатации зоне сечения элемента следует принимать не менее 100 МПа. После того как определены суммарные потери предварительного напряжения арматуры можно определить Мcrc.
P(2) – усилие предварительного обжатия с учетом полных потерь;
Так как изгибающий момент от полной нормативной нагрузки
Мn = кН · м Мcrc =7321 кН· м
Следовательно в растянутой зоне образуются трещины от эксплуатационных нагрузок.
3.3. Расчет по раскрытию трещин нормальных к продольной оси
Расчет по раскрытию трещин производят из условия:
где — ширина раскрытия трещины от действия внешней нагрузки;
— предельно допустимая ширина раскрытия трещин (прил. 2).
Для арматуры классов А240–А600 В500C величина составляет:
мм — при продолжительном раскрытии трещин;
мм — при непродолжительном раскрытии трещин.
Ширину раскрытия нормальных трещин определяют по формуле:
где — напряжение в продольной растянутой арматуре в нормальном сечении с трещиной от соответствующей внешней нагрузки;
— базовое расстояние между смежными нормальными трещинами;
— коэффициент учитывающий неравномерное распределение относительных деформаций растянутой арматуры между трещинами; допускается принимать если при этом условие не удовлетворяется значение следует определять по формуле;
— коэффициент учитывающий продолжительность действия нагрузки принимаемый равным:
— при непродолжительном действии нагрузки;
— при продолжительном действии нагрузки;
— коэффициент учитывающий профиль продольной арматуры и равный 05 для арматуры периодического профиля и канатной;
— коэффициент учитывающий вид напряженного состояния и для изгибаемых элементов принимаемый равным .
Для прямоугольных тавровых и двутавровых сечений значение допускается определять по формуле:
где – плечо внутренней пары сил равное а коэффициент определяется по прил. 18 в зависимости от следующих параметров:
– усилие предварительного обжатия с учетом полных потерь равное Производя вычисления получаем:
Коэффициент для всех видов арматуры кроме канатной можно принимать равным где
По прил. 18 определяем: ;
С целью недопущения чрезмерных пластических деформаций в продольной рабочей арматуре напряжения в ней (а точнее их приращение под действием внешней нагрузки) не должны превышать (Rsser — sp(2)) где sp(2) — величина предварительного напряжения арматуры с учетом полных потерь т.е.:
Как видим полученное значение удовлетворяет установленному ограничению.
Ширину раскрытия трещин acrc принимают:
– при продолжительном раскрытии:
– при непродолжительном раскрытии:
acrc = acrc1 + acrc2 –
где acrc1 — ширина раскрытия трещин от продолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок;
acrc2 — ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянных и временных (длительных и кратковременных) нагрузок;
acrc3 — ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок.
Базовое расстояние между смежными нормальными трещинами определяют по формуле и принимают не менее 10d и 10 см и не более 40d и 40 см
где — площадь сечения растянутой арматуры;
— площадь сечения растянутого бетона равная:
где — высота растянутой зоны которую для прямоугольных тавровых и двутавровых сечений допускается принимать по формуле:
Поправочный коэффициент k учитывает неупругие деформации растянутого бетона и для двутавровых сечений принимается равным 095. Значение y0 есть высота растянутой зоны бетона определяемая как для упругого материала по приведенному сечению по формуле:
Значение Abt принимается равным площади сечения при ее высоте в пределах не менее 2а и не более 05h т.е. не менее
следовательно принимаем
Тогда Принимается не более 40d и не более 40 см. Окончательно принимается 40 см.
Поскольку изгибающий момент от постоянной и временной длительной нормативной нагрузок Mnl = 6483 кНм меньше момента образования трещин Mcrc = 7321 кНм то приращение напряжений в продольной рабочей арматуре от внешней нагрузки будет меньше нуля. В этом случае следует считать acrc1 = acrc3 = 0 и определять только ширину раскрытия трещин acrc2 от непродолжительного действия постоянных длительных и кратковременных нагрузок при φl = 10:
Это значение необходимо сопоставить с предельно допустимой шириной раскрытия трещин acrcult принимаемой из условия обеспечения сохранности арматуры при непродолжительном раскрытии:
acrc2 acrcult = 04 мм — условие удовлетворяется
3.4. Расчет прогиба плиты
Расчет изгибаемых элементов по прогибам производят из условия
где f– прогиб элемента от действия внешней нагрузки;
fult – значение предельно допустимого прогиба.
Полную кривизну изгибаемых элементов определяют для участков без трещин в растянутой зоне по формуле:
где – кривизна от непродолжительного действия всей нагрузки;
– кривизна от продолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок;
– кривизна от непродолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок.
Так как прогиб плиты ограничивается эстетико-психологическими требованиями
– кривизна вызванная непродолжительным действием кратковременной нагрузки не учитывается.
Таким образом кривизна в середине пролета определяется только от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок т.е. при действии изгибающего момента Мnl = 6483 кН·м.
Для элементов прямоугольного и таврового сечений при hf ≤ 03h0 кривизну допускается определять по формуле:
где – коэффициент определяемый по прил.15 в зависимости от параметров:
При определении s2 допускается принимать s =1 . Если при этом условие f fult не удовлетворяется то расчет производят с учетом коэффициента s определяемого по формуле:
где scrc — приращение напряжений в растянутой арматуре в сечении с трещиной сразу после образования нормальных трещин при М = М s — то же при действии рассматриваемой нагрузки:
z — расстояние от центра тяжести арматуры расположенной в растянутой зоне сечения до точки приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне элемента;
Ebred — приведенный модуль деформации сжатого бетона принимаемый равным
где b1red = 2810–4 при продолжительном действии нагрузки при относительной влажности воздуха окружающей среды 75 % ≥ W ≥ 40 %:
Р(2) — усилие предварительного обжатия с учетом всех потерь Р(2) = 39191 кН. Определяем величины необходимые для нахождения с:
Коэффициент приведения арматуры к бетону:
Приведенный модуль деформаций сжатого бетона:
Теперь по прил.14 путем интерполяции находим с = 05824. Определяем кривизну имея все данные:
Допустимый прогиб fu
Условие удовлетворяется т.е. жесткость плиты достаточна.
Расчет и конструирование однопролетного ригеля
Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м2 перекрытия принимаются те же что и при расчете панели перекрытия. Ригель шарнирно оперт на консоли колонны hb = 60 см. Расчетный пролет:
b – размер колонны;
см – зазор между колонной и торцом ригеля;
0 см – размер площадки опирания.
Расчетная нагрузка на 1 м длины ригеля определяется с грузовой полосы равной шагу рам в данном случае шаг рам 71 м.
от перекрытия с учетом коэффициента надежности по ответственности здания γn = 10:
где 2500 кНм3 – объемный вес железобетона.
С учетом коэффициента надежности по нагрузке γf = 11 и по ответственности здания γn = 10
Итого постоянная нагрузка погонная т.е. с грузовой полосы равной шагу рам:
Временная нагрузка (V) с учетом коэффициента надежности по ответственности здания γn = 10 и коэффициента сочетания
где А1 = 9 м2 для помещений указанных в поз.;
А – грузовая площадь ригеля; А = 71×64 = 4544 м2;
На коэффициент сочетания умножается нагрузка без учета перегородок:
Полная погонная нагрузка:
Рис.7 Расчетный пролет ригеля
2. Определение усилий в ригеле
Расчетная схема ригеля – однопролетная шарнирно опертая балка пролетом l0. Вычисляем значение максимального изгибающего момента М и максимальной поперечной силы Q от полной расчетной нагрузки:
3. Характеристики прочности бетона и арматуры
бетон тяжелый класса В25 расчетное сопротивление при сжатии Rb = 145 МПа при растяжении Rbt = 105 МПа (прил. 4) γb1 = 10;
арматура продольная рабочая класса А500 диаметром 10 40 мм расчетное сопротивление Rs = 435 МПа = 435 кНсм2
поперечная рабочая арматура класса А400 диаметром 6 8 мм Rsw = 280 МПа = 280 кНсм2
дополнительные хомуты и отгибы для предотвращения горизонтальных трещин отрыва у входящего угла подрезки класса А500С Rsw = 300 МПа = 300 кНсм2 (прил. 8).
4. Расчет ригеля по прочности нормальных сечений при действии изгибающего момента
Определяем высоту сжатой зоны
где h0 – рабочая высота сечения ригеля;
– относительная высота сжатой зоны определяемая в зависимости от αm.
h0 = (hb – 5) = 55 см
М =28079 кН·м = 28079 кН·см;
Rb = 145 МПа = 145 кНсм2;
b – ширина сечения ригеля b = 20 см.
Высота сжатой зоны х = ·h0 = 0242·55 = 1331см.
Граница сжатой зоны проходит в узкой части сечения ригеля следовательно расчет ведем как для прямоугольного сечения.
Расчет по прочности нормальных сечений производится в зависимости от соотношения относительной высоты сжатой зоны бетона и граничной относительной высоты R при которой предельное состояние элемента наступает по сжатой зоне бетона одновременно с достижением в растянутой арматуре напряжения равного расчетному сопротивлению Rs.
Рис. 8 Расчетное сечение ригеля
Значение R определяется по формуле:
Rs = 435 МПа Еs = 2·105МПа;
b2 – относительная деформация сжатого бетона при напряжениях равных Rb принимаемая равной 00035.
значение R можно определить по Приложению 11 т.к. R площадь сечения растянутой арматуры определяется по формуле:
По найденной площади сечения растянутой арматуры по сортаменту (Приложение 12) подбираем 220 А500С и 222 А500С Аsef = 1388см2;
5. Расчёт ригеля по прочности при действии поперечных сил
Расчёт ригеля по прочности при действии поперечных сил производится на основе модели наклонных сечений.
Ригель опирается на колонну с помощью консолей скрытых в его подрезке т.е. имеет место резко изменяющаяся высота сечения ригеля на опоре.
При расчёте по модели наклонных сечений должны быть обеспечены прочность ригеля по бетонной полосе между наклонными сечениями по наклонному сечению на действие поперечной силы и изгибающего момента. Для ригелей с подрезками на опорах производится расчёт по поперечной силе для наклонных сечений проходящих у опоры консоли образованной подрезкой. При этом в расчётные формулы вводится рабочая высота h01 короткой консоли ригеля. Таким образом в качестве расчётного принимаем прямоугольное сечение с размерами см в котором действует поперечная сила Q=кН от полной расчётной нагрузки. Рабочая высота сечения ригеля в подрезке составляет h01 = 42 см вне подрезки (у опор) h0 = 57 см в средней части пролёта h0 = 55 см.
При диаметре нижних стержней продольной рабочей арматуры ригеля ds=22 мм с учётом требований назначаем поперечные стержни (хомуты) 28 А400. Их шаг на при опорном участке предварительно принимаем по конструктивным соображениям swl=10 см что не превышает 05h01=05·42=210 см и 45 см. Значения прочностных характеристик бетона класса В25 входящие в расчётные зависимости принимаем с учётом коэффициента условий работы γb1=10.
Расчёт ригеля по бетонной полосе между наклонными трещинами производится из условия:
где φb1 коэффициент принимаемый 03.
Проверка этого условия даёт:
т.е. принятые размеры сечения ригеля в подрезке достаточны.
Проверяем требуется ли поперечная арматура по расчёту из условия:
кН кН поэтому расчёт поперечной арматуры необходим.
Находим погонное усилие в хомутах для принятых выше параметров поперечного армирования Asw=101 см2(28 А400) Rsw=280 МПа swl=10 см:
Расчёт ригеля с рабочей поперечной арматурой по наклонному сечению производится из условия:
где Qb Qsw поперечные силы воспринимаемые соответственно бетоном и поперечной арматурой в наклонном сечении которые находятся по формулам:
где с длина проекции наклонного сечения на продольную ось элемента
φb2 коэффициент принимаемый равным 15.
Подставляя эти выражения из условия минимума несущей способности ригеля по наклонному сечению в виде находим наиболее опасную длину проекции наклонного сечения равную:
которая должна быть не более 2h01 = 84 см. С учётом этой величины условие преобразуем к виду:
т.е. условие прочности ригеля по наклонному сечению в подрезке при действии поперечной силы соблюдается.
Необходимо также убедиться в том что принятый шаг хомутов sw =10 см не превышает максимального шага хомутов swmax при котором ещё обеспечивается прочность ригеля по наклонному сечению между двумя соседними хомутами т.е.
Выясним теперь на каком расстоянии от опор в соответствии с характером эпюры поперечных сил в ригеле шаг поперечной арматуры может быть увеличен. Примем шаг хомутов в средней части пролёта равным sw2=075h0=07555=4125 см что не превышает 500 мм. Погонное усилие в хомутах для этого участка составляет:
что не меньше минимальной интенсивности этого усилия при которой поперечная арматура учитывается в расчёте:
Очевидно что условие для опорных участков ригеля соблюдается с ещё большим запасом.
При действии на ригель равномерно распределённой нагрузки q=g1+v1 длина участка с интенсивностью усилия в хомутах qsw1 принимается не менее значения l1 определяемого по формуле:
с1 наиболее опасная длина проекции наклонного сечения для участка где изменяется шаг хомутов; определяется по формуле:
с заменой в ней h01 на h0 а также qsw1 на qsw2 но не более 2h0. Тогда имеем:
Поскольку c1 2h0=110 см то принимаем c1=110 см;
q=g+V= 6609 кНм =06609 кНсм тогда:
В ригелях с подрезками у концов последних устанавливаются дополнительные хомуты и отгибы для предотвращения горизонтальных трещин отрыва у входящего угла подрезки. Эти хомуты и отгибы должны удовлетворять условию прочности:
здесь h01 h0 рабочая высота сечения ригеля соответственно в короткой консоли подрезки и вне её.
Для рассматриваемого примера со сравнительно небольшим значением поперечной силы примем дополнительные хомуты у конца подрезки в количестве 212 А500С с площадью сечения Asw1= 226 см2 отгибы использовать не будем. Тогда проверка условия прочности даёт:
т.е. установленных дополнительных хомутов достаточно для предотвращения горизонтальных трещин отрыва у входящего угла подрезки.
Расчёт по прочности наклонного сечения проходящего через входящий угол подрезки на действие изгибающего момента производится из условия:
где М момент в наклонном сечении с длиной проекции «с» на продольную ось элемента; Мs Мsw Msinc моменты воспринимаемые соответственно продольной и поперечной арматурой а также отгибами пересекаемыми рассматриваемым наклонным сечением относительно противоположного конца наклонного сечения (в отсутствии отгибов Msinc=0 ).
В нашем случае продольная арматура короткой консоли подрезки представлена горизонтальными стержнями привариваемыми к опорной закладной детали ригеля что обеспечивает её надёжную анкеровку на опоре а значит и возможность учёта с полным расчётным сопротивлением. Примем эту арматуру в количестве 212 А500С с площадью сечения Аs= 226 см2 и расчётным сопротивлением Rs = 435 МПа.
Невыгоднейшее значение «с» определим по формуле:
при zs= h01-a’=42-3=39 см;
Подставляя найденные значения в условие получаем:
прочность рассматриваемого наклонного сечения на действие изгибающего момента не обеспечена.
Примем эту арматуру в количестве 214 А500С с площадью сечения Аs= 308 см2 и расчётным сопротивлением Rs = 435 МПа:
т.е. прочность рассматриваемого наклонного сечения на действие изгибающего момента обеспечена.
Определим необходимую длину заведения продольной растянутой арматуры за конец подрезки по формуле:ё
что не меньше базовой (основной) длины анкеровки равной:
где Rbond — расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном:
Выясним необходимость устройства анкеров для нижнего ряда продольной арматуры ригеля. Для этого выполним расчёт по прочности наклонного сечения расположенного вне подрезки и начинающегося на расстоянии от торца ригеля на действие изгибающего момента; тогда расстояние от конца анкеруемого стержня до рассматриваемого сечения
При пересечении наклонного сечения с продольной растянутой арматурой не имеющей анкеров в пределах зоны анкеровки усилие в этой арматуре
где длина зоны анкеровки арматуры равная:
α коэффициент учитывающий влияние поперечного обжатия бетона в зоне анкеровки арматуры и при отсутствии обжатия принимаемый равным 10.
Учитывая что в пределах длины ls =14 см к стержням нижнего ряда продольной арматуры приварены 2 вертикальных и 1 горизонтальный стержень 8 А400 увеличим усилие Ns на величину:
здесь коэффициент зависящий от диаметра хомутов dsw и принимаемый по таблице прил.24
nw – количество приваренных стержней по длине ls.
Определим высоту сжатой зоны бетоны (без учёта сжатой арматуры):
Невыгоднейшее значение «с» равно:
т.е. при таком значении «с» наклонное сечение пересекает продольную арматуру короткой консоли. Принимаем конец наклонного сечения в конце указанной арматуры т.е. на расстоянии от подрезки при этом .
Рис. 9 Наклонные сечения на приопорном участке ригеля с подрезкой: 1 – при расчете по поперечной силе;
– при расчете по изгибающему моменту
– при расчете по изгибающему моменту вне подрезки
Расчётный момент M в сечении проходящем через конец наклонного сечения равен:
Поскольку условие прочности по рассматриваемому наклонному сечению не соблюдается необходимы дополнительные мероприятия по анкеровке концов стержней нижнего ряда продольной арматуры ригеля или устройство отгибов у входящего угла подрезки. Примем два отгиба из стержней 16 А500С сечением что позволяет создать дополнительный момент в наклонном сечении равный:
Здесь т.к. начало рассматриваемого наклонного сечения и начало отгиба в растянутой зоне практически совпадают. Проверка условия даёт:
Таким образом установка отгибов позволяет обеспечить соблюдение условия прочности по наклонному сечению вне подрезки.
6. Построение эпюры материалов
Продольная рабочая арматура в пролете 220 А500С и 222 А500С. Площадь этой арматуры Аs определена из расчета на действие максимального изгибающего момента в середине пролета. В целях экономии арматуры по мере уменьшения изгибающего момента к опорам два стержня обрываются в пролете а два других доводятся до опор. Если продольная рабочая арматура разного диаметра то до опор доводятся два стержня большего диаметра.
Площадь рабочей арматуры Аsef = 1388 см2. Определяем изгибающий момент воспринимаемый сечением ригеля с полной запроектированной арматурой 220 А500С и 222 А500С (Аs = 1388см2).
Из условия равновесия имеем:
Rs·As = γb1 Rb · b ·
Rs = 435 МПа = 435 кНсм2;
Rb = 145 МПа = 145 кНсм2;
х = · h0=0252·55=1386 см.
Изгибающий момент воспринимаемый сечением ригеля определяется из условия равновесия:
М = Rs · As(h0 –05х);
то есть больше действующего изгибающего момента от полной нагрузки это значит что прочность сечения обеспечена.
До опоры доводятся 222 А500С h0 = 60 – 3 = 57 см As=76 см2.
х1 = ·h0=0130·57=741 см.
Определяем изгибающий момент воспринимаемый сечением ригеля с рабочей арматурой в виде двух стержней доводимых до опоры
Откладываем в масштабе на эпюре моментов полученные значения изгибающих моментов М(220+222) и М(222) и определяем место теоретического обрыва рабочей арматуры – это точки пересечения эпюры моментов с горизонтальной линией соответствующей изгибающему моменту воспринимаемому сечением ригеля с рабочей арматурой в виде двух стержней М(222).
Эпюра моментов для этого должна быть построена точно с определением значений изгибающих моментов в в и в пролета.
Рис. 10 Расчетное сечение ригеля в месте обрыва арматуры
Изгибающий момент в любом сечении ригеля определяется по формуле:
– опорная реакция х – текущая координата.
Длина анкеровки обрываемых стержней определяется по следующей зависимости:
где d – диаметр обрываемой арматуры.
Поперечная сила Q определяется графически в месте теоретического обрыва в данном случае Q=11779 кН.
Рис. 11 Эпюра материалов
Поперечные стержни 10 А400 Rsw = 280 МПа с Аsw = 101см2 в месте теоретического обрыва имеют шаг 10 см;
Принимаем W = 3081 см.
Место теоретического обрыва арматуры можно определить аналитически. Для этого общее выражение для изгибающего момента нужно приравнять моменту воспринимаемому сечением ригеля с арматурой 220А500
Это точки теоретического обрыва арматуры.
Длина обрываемого стержня будет равна 4693-1136+2·03=416 м. Принимаем длину обрываемого стержня 45 м.
Определяем аналитически величину поперечной силы в месте теоретического обрыва арматуры:
Графически поперечная сила была принята 11779 кН с достаточной степенью точности.
Для проектируемого 10-этажного здания принята сборная железобетонная колонна сечением 40×40 см. Для колонн применяется тяжелый бетон классов по прочности на сжатие не ниже В15 а для сильно загруженных – не ниже В25. Армируются колонны продольными стержнями диаметром 16 40 мм из горячекатаной стали А400 А500 и поперечными стержнями преимущественно из горячекатаной стали класса А240.
Нагрузка на 1 м2 покрытия принимается такой же как и в предыдущих расчетах (см. табл. 3).
Сбор нагрузки на 1 м2 покрытия представлен в табл. 4.
Нагрузка на 1 м2 покрытия
Нормативная нагрузка кНм3
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка кНм2
Гидроизоляционный ковер (3 слоя)
Армированная цементно-песчаная стяжка =22 кНм3
Утеплитель (минераловатные плиты)
Пароизоляция (1 слой)
Многопустотная плита перекрытия с омоноличиванием швов =22 кНм3
Итого постоянная нагрузка
Временная нагрузка –
в том числе длительная часть снеговой нагрузки Sl
Материалы для колонны:
Характеристики прочности бетона и арматуры:
- продольная рабочая класса А500С (:;
- поперечная класса А240:;
2. Определение усилий в колонне
Рассчитывается средняя колонна подвального этажа высотой hfl= 30м типового hfl= 36м.
Грузовая площадь колонны
Продольная сила N действующая на колонну определяется по формуле:
А — грузовая площадь;
g Vp V0 — соответственно постоянная и временная нагрузки на 1 м2 перекрытия по табл. 1
Продольная сила Nlon действующая на колонну от постоянной и длительной нагрузок определяется по формуле:
коэффициент сочетаний (коэффициент снижения временных нагрузок в зависимости от количества этажей);
3. Расчет колонны по прочности
Расчет по прочности колонны производится как внецентренно сжатого элемента со случайным эксцентриситетом еа:
Однако расчет сжатых элементов на действие продольной силы приложенной с эксцентриситетом
Где Nult - предельное значение продольной силы которую может воспринять элемент определяемое по формуле:
площадь сечения колонны;
площадь продольной арматуры в сечении колонны;
расчетная длина колонны подвала с шарнирным опиранием в уровне 1-го этажа и с жесткой заделкой в уровне фундамента;
расчетное сопротивление арматуры сжатию.
- коэффициент принимаемый при длительном действии нагрузки по Приложению 17 в зависимости от гибкости колонны.
Фактическое армирование подбирается по сортаменту по большему из значений Astot :
Подберем бетон другого класса ; ;
Из условия ванной сварки выпусков продольной арматуры при стыке колонн минимальный ее диаметр должен быть не менее 20 мм.
Принимаем 425 А500С .
Диаметр поперечной арматуры принимаем 8 А240 (из условия сварки c продольной арматурой). Шаг поперечных стержней s = 350 мм что удовлетворяет конструктивным требованиям: s ≤ 15d = 15·25 =375 мм и s ≤ 500 мм. Если > 3 % то шаг поперечных стержней должен быть s ≤ 10d и s ≤ 300 мм.
Рис. 12 Сечение колонны
Расчет и конструирование фундамента под колонну
Грунт основания – глина условное расчётное сопротивление грунта R0 = 035 МПа.
Бетон тяжелый класса В20. Расчетное сопротивление растяжению Rbt= 090 МПа γb1 = 09. Арматура класса А400С Rs = 350 МПа = 350 кНсм2.
Вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его обрезах γm= 20 кНм3.
Высоту фундамента предварительно принимаем 90 см. C учётом пола подвала глубина заложения фундамента Н1= 105 см. Расчетное усилие передающееся с колонны на фундамент N = . Нормативное усилие:
Nn= Nγfm= 115 = 411274 кН
где γfm= 115 – усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке.
2. Определение размера стороны подошвы фундамента
Площадь подошвы центрально нагруженного фундамента определяется по условному давлению на грунт R0 без учета поправок в зависимости от размеров подошвы фундамента и глубины его заложения
Размер стороны квадратной подошвы фундамента:
Давление на грунт от расчетной нагрузки:
Условие не выполняется
3. Определение высоты фундамента
Рабочая высота фундамента из условия продавливания
Полная высота фундамента устанавливается из условий:
)Заделки колонны в фундаменте
)Анкеровки сжатой арматуры
Базовая длина анкеровки необходимая для передачи усилия в арматуре с полным расчетным сопротивлениемна бетон определяется по формуле:
где и – соответственно площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры и периметр его сечения (в нашем случае для арматуры 25 А400С .
– расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки
где 1 – коэффициент учитывающий влияние вида поверхности арматуры. Для горячекатаной арматуры периодического профиля 1 = 25;
- коэффициент учитывающий влияние размера диаметра арматуры принимаемый равным
– при диаметре продольной арматуры
– при ds = 36 мм и ds = 40 мм.
Требуемая расчетная длина анкеровки арматуры с учетом конструктивного решения элемента в зоне анкеровки определяется по формуле:
где и – площади поперечного сечения арматуры соответственно требуемая по расчету и фактически установленная (для нашего случая
– коэффициент учитывающий влияние на длину анкеровки напряженного состояния бетона и арматуры. Для сжатых стержней периодического профиля . Тогда:
Кроме того согласно требованиям [3] фактическую длину анкеровки необходимо принимать
Из четырех величин принимаем максимальную длину анкеровки т.е.
Следовательно из условия анкеровки арматуры полная высота фундамента:
Принимаем трехступенчатый фундамент высотой 105 см с высотой ступеней 30 см 30 см и 45 см. При этом ширина первой ступени а1 = 15 м второй а2 =27 м.
Проверяем отвечает ли рабочая высота нижней ступени h03= 45 – 5 = 40см условию прочности при действии поперечной силы без поперечного армирования в наклонном сечении. Для единицы ширины этого сечения (b = 100 см) должно выполняться условие:
Поперечная сила от давления грунта:
где а — размер подошвы фундамента;
р — давление на грунт от расчетной нагрузки (на единицу длины).
прочность обеспечена
4. Расчет на продавливание
Проверяем нижнюю ступень фундамента на прочность против продавливания. Расчет элементов без поперечной арматуры на продавливание при действии сосредоточенной силы производится из условия где – предельное усилие воспринимаемое бетоном.
где F продавливающая сила принимаемая равной продольной силе в колонне подвального этажа на уровне обреза фундамента за вычетом нагрузки создаваемой реактивным отпором грунта приложенным к подошве фундамента в пределах площади с размерами превышающими размер площадки опирания (в данном случае второй ступени фундамента a2 × a2 =27×27м) на величину h0 во всех направлениях;
Ab– площадь расчетного поперечного сечения расположенного на расстоянии 05h0 от границы площади приложения силы N с рабочей высотой сечения h0.
В нашем случае h0= h03 = 04м.
Площадь Ab определяется по формуле:
где U – периметр контура расчетного сечения;
Площадь расчётного поперечного сечения:
Продавливающая сила равна:
где реактивный отпор грунта p =кНм2;
A1 площадь основания продавливаемого фрагмента нижней ступени фундамента в пределах контура расчётного поперечного сечения равная:
т.е. прочность нижней ступени фундамента против продавливания обеспечена
Рис. 13 Конструкция фундамента
5. Определение площади арматуры подошвы фундамента
Подбор арматуры производим в 3-х вертикальных сечениях фундамента что позволяет учесть изменение параметров его расчётной схемы в качестве которой принимается консольная балка загруженная действующим снизу вверх равномерно распределенным реактивным отпором грунта. Для рассматриваемых сечений вылет и высота сечения консоли будут разными поэтому выявить наиболее опасное сечение можно только после определения требуемой площади арматуры в каждом из них (см. рис. 10).
Из трёх найденных значений подбор арматуры производим по максимальному значению т.е.
Шаг стержней принимается от 150 мм до 300 мм (кратно 50 мм).
При ширине подошвы фундамента а ≤ 3 м минимальный диаметр стержней dmin= 10 мм при а > 3 м dmin= 12 мм.
Принимаем нестандартную сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях арматурой из стержней 2020 А400С с шагом 200 мм.
Определяем процент армирования и сравниваем его с минимально допустимым:
Так как во всех сечениях выбранная арматура удовлетворяет условию армированию. В случае диаметр принятой арматуры следует увеличить диаметр арматуры или уменьшить ее шаг.
Конструкция фундамента приведена на рис. 13.
СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия.. М.: ГУП ЦПП 2016.
СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные
положения. М.: ФГУП ЦПП 2012.
СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предвари-
Тельного напряжения арматуры. М.: ФГУП ЦПП 2005.
СП 52-102-2004. Предварительно напряженные железобетонные конструкции. М.: ФГУП ЦПП 2005.
СП 131.13330.2012 Строительная климатология .. М.: ГУП ЦПП 2016
Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из
тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП
0101-2003). М.: ФГУП ЦПП 2005.
Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона (к СП 520101-2003). М.: ФГУП