Проектирование железобетонных конструкций с неполным каркасом и сборно-монолитными перекрытиями

ЖБК, Пояснительная записка.docx

Министерство науки и высшего образования РФ
Расчётно-пояснительная записка
Проектирование железобетонных конструкций с неполным каркасом и сборно-монолитными перекрытиями
В данном курсовом проекте рассматривается пятиэтажный жилой дом с неполным каркасом. Здание компонуется из одного температурно-осадочного блока. Схема расположения элементов каркаса представлена на рис. 1. Несущую систему здания образуют сборные плиты перекрытий сборные колонны и монолитные ригели. В зданиях с неполным каркасом плиты крайних пролетов опираются непосредственно на кирпичные наружные стены.
Задание на проектирование
Требуется разработать проект железобетонных конструкций многоэтажного здания с неполным каркасом и сборно-монолитными перекрытиями выполнить расчеты многопролетного неразрезного монолитного ригеля колонны и фундамента; выполнить рабочие чертежи проектируемых железобетонных конструкций и деталей узлов сопряжения элементов.
Исходные данные для выполнения курсового проекта
Шаг колонн в продольном направлении l1 м
Шаг колонн в поперечном направлении l2 м
Число пролетов в продольном направлении
Число пролетов в поперечном направлении
Тип конструкции пола
Тип конструкции кровли
Временная нормативная нагрузка на перекрытие кHм2
Высота полки монолитного ригеля мм
Пролет плиты перекрытия м
Класс бетона монолитных конструкций и фундамента
Класс бетона сборных конструкций
Класс арматуры монолитных конструкций и фундамента
Класс арматуры сборных конструкций
Класс предварительно напряг. арматуры
Способ натяжения напряг. Арматуры
Глубина заложения фундамента м
Условное расчетное сопротивление грунта Мпа
Влажность окружающей среды %
Уровень ответственности здания
Компоновка конструктивной схемы здания подбор сечений расчетная схема здания сбор нагрузок.
1. Компоновка конструктивной схемы здания
Сечение колонны назначается после сбора нагрузок.
Сечение ригеля назначается конструктивно. В соответствии с заданием пролёт плиты перекрытия (номинальный размер) составляет lnном = 418. Ширина среднего монолитного ригеля при этом будет равна b = 48 – 4.18 = 0.62 м. Высота полки монолитного ригеля по заданию hf’ = 50 мм. Тогда высота ригеля составит h = 220 + 50 = 270 ( - высота сечения плиты). Ширина свесов полок монолитного ригеля принимается не более 16 его пролёта. Принимаем ширину свеса . Ширина полки ригеля равна: bf = 620+700+700 = 2020 мм. Расчётная схема поперечного сечения монолитного ригеля представлена на рис 1.
Рис. 1. Расчётная схема поперечного сечения монолитного ригеля.
Ширину площадки опирания плит перекрытия на наружные стены принимаем 200мм (не менее 120мм) тогда ширина крайних пролётов в продольном направлении (между осями 1 и 2 5 и 6) составит 4600мм (кратно модулю М100).
Раскладку плит перекрытия производим по их конструктивной ширине . Для пролётов между осями А и Б В и Г принимаем 2 плиты ширинойи 1 плиту шириной а для пролета между осями Б и В принимаем 3 плиты шириной . Ширина монолитного участка составит.
2. Выбор расчетной схемы каркаса
Расчётная схема рамы представляет собой плоскую раму см. рис. 2. При построении расчётной схемы учитывается жёсткое сопряжение ригеля с колонной шарнирное опирание ригеля на стены. Ригели и колонны рассчитываются с длиной равной соответственно и Нэт = 2700 мм.
Рис. 2. Расчётная схема поперечной рамы (размеры условные).
Расчётная высота колонн равна расстоянию между центрами тяжести поперечного сечения прямоугольной части монолитного ригеля без учёта полок. Высота нижних колонн принимается с учетом расстояния от пола до верхнего обреза фундамента
Ветровая нагрузка не учитывается.
Нагрузка на ригель прикладывается равномерно распределённой.
3. Сбор нагрузок на элементы перекрытия
По бланку задания район строительства – II расчётное значение снеговой нагрузки (временной нагрузки на покрытие) по п. 5.2 [4] составляет 100 кгм2 (1 кНм2) нормативное значение с учётом коэффициента надёжности для снеговой нагрузки γ = 1.4.
Значение временной нормативной нагрузки на перекрытие по заданию – 300 кгм2 (3 кНм2). В соответствии с п. 3.7 [4] значение коэффициента надёжности для временной нагрузки составит γf = 1.2.
Коэффициенты надёжности по материалу указаны в таблицах 1 и 2 коэффициент надёжности по уровню ответственности здания принимается в соответствии с прил. 7 [4] для класса ответственности II составляет γ n = 1.
В соответствии с заданием тип конструкции пола –2 тип конструкции кровли – 5. Состав конструкций кровли и пола указан в таблицах 1 и 2 соответственно. Подсчёт нагрузок на плиты покрытия и перекрытия в соответствии с требованиями [4] приводится в таблицах 1 и 2.
Согласно п. 3.8 [4] коэффициент сочетания зависящий от грузовой площади для расчета монолитного ригеля равен:
– в соответствии с п. 3.8 [4].
Коэффициент учитывающий количество перекрытий в соответствии с п. 3.9 [4] равен:
где n = 4 – число перекрытий расположенных над рассчитываемой колонной.
Собственный вес ригеля составляет:
= 02374*1*25*1.1*1 = 653 кНм
где Ap = 0.62*0.22 + 202*0.05 = 0.2374 м2 – площадь сечения ригеля (062 – ширина ригеля – высота ребра ригеля 202 м – ширина полки ригеля 005 м – толщина полки ригеля);
– плотность железобетона ригеля;
– коэффициент надёжности по нагрузке для собственного веса железобетона ригеля;
γ n = 1 – коэффициент надёжности по II уровню ответственности.
Сбор нагрузок на покрытие и междуэтажные перекрытия
А. Постоянные нагрузки
Нагрузка от покрытия
Слой гравия втопленного в мастику
Четыре слоя гидроизола
Утеплитель – URSA П-75
Обмазочная пароизоляция
Круглопустотные плиты покрытия
Нагрузка от междуэтажных перекрытий
Обмазка на основе синтетических смол
Круглопустотные плиты перекрытия
Б. Временные нагрузки
Временная на междуэтажное перекрытие
Коэффициент надежности по II уровню отвественности
Расчётная нагрузка на покрытия с учётом класса ответственности здания II будет равна q = (4.12 + 1.4)*1 = 552 кНм2.
Расчётная нагрузка на перекрытия с учётом класса ответственности здания II будет равна q = (4275 + 36*0.63*0.52)*1 = 5.45 кНм2 (36 – временная расчетная нагрузка на перекрытие)
Расчётная нагрузка на ригеля от покрытия с учётом собственного веса ригеля составит:
-постоянная: ppпок = gp + pпок *
где gp = 653 кНм – собственный вес ригеля;
pпок = 412 – расчётная постоянная нагрузка на покрытие;
γn = 1 – коэффициент надёжности по II уровню ответственности;
ppпок = 653+412*48*1 = 2662 кНм;
-временная:Vpпок = 14*48*1 = 703 кНм;
-полная:qpпок = 2662 + 703 = 3365 кНм;
qplпок = 653 + (412 + 14*05)*48*1 = 3639 кНм.
где – коэффициент учитывающий долю длительной составляющей в полной снеговой нагрузке в соответствии с [4].
По аналогии расчётная нагрузка на ригеля от перекрытия с учётом собственного веса ригеля составит:
-постоянная: ppпер = 653 + 4275*48*1 = 2705 кНм;
-временная: Vpпер = 36*48*1*063 = 1089 кНм;
-полная: qpпер = 2705 + 1089 = 3794 кНм;
где – коэффициент учитывающий долю длительной составляющей во временной нагрузке (принят условно).
Где 063 - коэффициент сочетания зависящий от грузовой площади перекрытия.
Нормативная нагрузка на ригеля от перекрытия с учетом собственного веса ригеля составит:
-постоянная pp нормпер = 65311 + 375*48*1 = 2394 кНм;
-временная Vp нормпер = 3*48*1*063 = 907 кНм;
-полная qp нормпер = 2394 + 907 = 3301 кНм;
-длительная qp нормпер = 2394 + 907*07 = 3029 кНм;
-кратковременная Vp нормперsh = 907*0.3 = 272 кНм.
Для подбора сечения колонны определяем продольную силу воспринимаемую колонной первого этажа от полной расчётной нагрузки:
где qпок – полная расчётная нагрузка на покрытия;
qпер – полная расчётная нагрузка на перекрытия;
nэт – число перекрытий передающих нагрузку на колонну;
N = 5.52*48*4.2 + 5.45*48*4.5(4-1) = 440896 кН.
Назначаем размеры поперечного сечения колонн из условия п. 6.2.17 [1] когда где . Гибкость колонны в любом случае должна быть: . Отсюда требуемая оптимальная высота поперечного сечения колонны (при ): где в соответствии с требованиями п. 6.2.18 [1]
lo = 0.8*Hэт = 0.8*2850 = 2280мм.
Требуемая оптимальная высота поперечного сечения составляет:
h = 228014 = 162.86 мм.
Поскольку колонна воспринимает только вертикальные нагрузки предварительно принимаем её поперечное сечение квадратным со стороной .
Для окончательного назначения размеров поперечного сечения с учётом полученных по расчёту вертикальных нагрузок определяем собственный вес колонны.
Собственный вес колонны составит qc = 0.25*0.25*25*1.1*1 = 1.72 кНм (где – сторона поперечного сечения колонны; – объёмный вес железобетона; ;γn = 1).
Определяем усилие в колонне первого этажа с учётом её собственного веса:
N = 440896 + 1.72*2.7*4 = 4627 кН;
Где 440896 – усилие в колонне от полной расчётной нагрузки; 27 м – высота этажа; 4 – число этажей).
Предварительно определяем несущую способность колонны приняв в первом приближении коэффициент продольного изгиба по формуле 3.97 [3]:
где – расчётное сопротивление бетона по прочности на осевое сжатие;
– площадь поперечного сечения колонны;
– расчётное сопротивление арматуры сжатию;
– коэффициент соответствующий максимальному проценту армирования – 3%.
Для класса бетона В15 Rb = 85 МПа для арматуры класса А500 Rsc = 435МПа.
Предельная несущая способность составит:
Nu = 0.8*(8.5*62500+435*62500*0.03) = 10775 кН > N = 4627 кН. Следовательно окончательно принимаем колонну с размерами поперечного сечения .
Рис. 3. Поперечное сечение колонны.
Этап №1 Задание№215
Дополнительные данные для проектирования для расчёта колонны и монолитного фундамента:
Nn =39831кН – усилие в колонне первого этажа от нормативных нагрузок с учётом её собственного веса.
Nl = 42742кН – усилие в колонне первого этажа от расчётных длительных нагрузок с учётом её собственного веса.
Статический расчёт рамы
В курсовом проекте статический расчёт выполняем для монолитного железобетонного ригеля третьего этажа.
Поперечная рама здания имеет регулярную расчётную схему с равными пролётами монолитных ригелей и длинами колонн. Сечение монолитных ригелей и колонн одинаково на всех этажах. Монолитные ригели опираются на наружные стены шарнирно. При расчёте инженерным методом с целью упрощения такую многоэтажную раму расчленяют на одноэтажные при этом в точках нулевых моментов колонн (в середине высоты) условно размещают опорные шарниры.
Рис. 4. Расчётная схема одноэтажной рамы (цифрами обозначены номера опор размеры условные).
Определяем геометрические характеристики элементов поперечной рамы.
Находим центр тяжести поперечного сечения монолитного железобетонного ригеля представляющего собой тавр:
– статический момент ребра относительно верхней грани полки.
– статический момент полки относительно её верхней грани.
– площадь поперечного сечения ригеля.
Момент инерции ригеля относительно центра тяжести поперечного сечения:
Момент инерции поперечного сечения колонны:
Погонная жёсткость ригеля:
где – начальный модуль упругости для бетона класса В20 (по заданию для монолитных конструкций).
Погонная жёсткость колонны:
где – начальный модуль упругости для бетона класса В20 (по заданию для сборных конструкций).
iinfk = isupk = Ebp*Ik0.5*Hэт = 27500*32552083330.5*2700 = 6630979937 59 Н*мм.
Определяем соотношение погонных жёсткостей средней колонны и ригеля пересекающихся в одной точке:
Изгибающие моменты ригеля в опорных сечениях вычисляем по формуле:
где ( – в соответствии со схемой загружения табл. 2) – коэффициенты для вычисления опорных изгибающих моментов определяются по табл. 26 [5] в зависимости от схем загружения и коэффициента .
– постоянная расчетная нагрузка на ригеля от перекрытия;
– временная расчётная нагрузка на ригеля от перекрытия;
– расчётная длина ригеля.
Варианты схем загружения представлены в табл. 2.
Рис. 5. Схема расположения опорных моментов (цифрами обозначены номера опор размеры условные).
Вычисляем изгибающий момент ригеля в опорном сечении от постоянной нагрузки и различных схем загружения временной нагрузкой. Вычисления выполняем в табличной форме см. табл. 2.
Определение расчётных изгибающих моментов ригеля в опорных сечениях
Расчётные опорные моменты
При расположении временной нагрузки через пролёт (схема загружения 23) определяется максимальный изгибающий момент в пролёте. При расположении временной нагрузки в двух крайних пролётах определяются максимальный изгибающий момент и перерезывающая сила.
Значения опорных моментов принимать отрицательными.
Изгибающий момент ригеля в опорном сечении (изгибающий момент от 4 схемы загружения см. рис.6) находим из уравнений строительной механики (из уравнения трёх моментов) по формуле:
Определяем изгибающие моменты ригеля в пролётных сечениях:
- в крайнем пролёте – невыгодная комбинация схем загружения “1+2” изгибающий момент в опорном сечении:
максимальный изгибающий момент в пролётном сечении:
- в среднем пролёте – невыгодная комбинация схем загружения “1+3” изгибающий момент в опорном сечении:
Перераспределение моментов ригеля под влиянием об разования пластического шарнира. В соответствии с [2 5] практический расчёт заключается в уменьшении не более чем на 30 % опорных моментов ригеля для комбинации схем загружения “1+4” при этом намечается образование пластического шарнира на опоре.
К эпюре моментов комбинации схем загружения “1+4” добавляют выравнивающую треугольную эпюру так чтобы уравнялись опорные моменты для удобства армирования опорного узла.
Для комбинации схем загружения “1+4” уменьшаем на 30 % максимальный опорный момент и вычисляем ординаты выравнивающей треугольной эпюры моментов:
К эпюре моментов для комбинации “1+4” прибавляем выравнивающую эпюру. Значения изгибающих моментов ригеля в опорных сечениях на эпюре выровненных моментов:
Изгибающие моменты ригеля в пролётных сечениях на эпюре выровненных моментов:
- в крайнем пролёте – изгибающий момент ригеля в опорном сечении для комбинации схем загружения “1+4”:
Расстояние от опоры в которой значение перерезывающих усилий в крайнем пролёте равно 0 (координата в которой изгибающий момент в пролёте максимален) находим из уравнения:
Находим значение изгибающего момента в пролётном сечении для комбинации “1+4” по формуле:
Определяем значение изгибающего момента на выравнивающей эпюре в точке с координатой:
Изгибающий момент ригеля в пролётном сечении на эпюре выровненных моментов:
- в среднем пролёте – изгибающий момент ригеля в опорном сечении на второй и третьей опорах для комбинации схем загружения “1+4”:
перерезывающие усилия в среднем пролёте ригеля:
Изгибающий момент в пролётном сечении среднего ригеля для комбинации схем загружения “1+4” который находится в центре среднего пролёта ригеля:
Значение момента на выравнивающей эпюре в центре среднего пролёта:
Изгибающий момент в пролётном сечении на эпюре выровненных моментов:
Определяем изгибающие моменты ригеля в опорных сечениях по грани колонны.
На средней опоре при комбинации схем загружения “1+4” опорный момент ригеля по грани колонны не всегда оказывается расчётным для подбора арматуры. Поэтому опорные моменты ригеля по грани колонны необходимо вычислять при всех комбинациях загружений.
Вычисляем изгибающие моменты в опорном сечении по грани крайней колонны слева:
- для комбинации “1+4” и выровненной эпюре моментов:
где – высота сечения колонны .
- для комбинации “1+3”:
- для комбинации “1+2”:
Вычисляем изгибающие моменты в опорном сечении по грани крайней колонны справа:
перерезывающая сила на опоре:
По остальным схемам загружения действующие изгибающие моменты ригеля в опорном сечении справа колонны меньше чем слева т. е. их можно не вычислять.
По результатам вычислений расчётный (максимальный) изгибающий момент ригеля в опорном сечении по грани средней колонны равен:
Расчётный изгибающий момент ригеля в пролётном сечении:
Этап №2 Задание №215
Контролируемый параметр
Дополнительные данные
Моп норм 48.82 кНм длительный 45.81 кНм
Мпр норм 56.53 кНм длительный 51.75 кНм
Моп норм 36.86 кНм длительный 33.64 кНм
Мпр норм 24.97 кНм длительный 22.04 кНм
Этап 3. Расчёт монолитного железобетонного ригеля по предельным состояниям первой группы
1 Расчёт ригеля на прочность по сечениям нормальным к продольной оси
На этом этапе необходимо выполнить подбор продольной рабочей арматуры монолитного железобетонного ригеля крайнего пролёта второго этажа. Все необходимые усилия для расчёта были получены на этапе 2.
Определим площадь сечения продольной арматуры в пролётном сечении ригеля. Расчёт производим в предположении что сжатая арматура по расчёту не требуется.
Согласно результатам компоновки сборно-монолитного перекрытия (см. этап 1) геометрические размеры поперечного сечения ригеля составляют:b=620 мм h=270 мм . Толщину защитного слоя бетона назначаем с учётом требований п. 5.7 [3] величину принимаем равной .
Характеристики бетона и арматуры: бетон тяжёлый класс бетона монолитных конструкций по бланку задания (см. этап 1) В20 по табл. 6.8 [3] определяем расчётное сопротивление бетона по прочности на сжатие:.
Продольная рабочая арматура по заданию – класса А500 расчётное значение сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы определяем по табл. 6.14 [3]:
Расчётный изгибающий момент в пролётном сечении крайнего пролёта:.
По табл. 3.2 [3] находим:.
Определяем рабочую высоту сечения бетона:.
– следовательно граница сжатой зоны проходит в полке ригеля. Согласно п. 3.25 [3] площадь сечения растянутой арматуры определяем как для прямоугольного сечения шириной.
– сжатая арматура не требуется.
Определяем относительную высоту сжатой зоны бетона:
Требуемая площадь растянутой арматуры:
Количество стержней принимаем равным n=(b100)+1=620100+1=7 шт.
По сортаменту принимаем (7 12 – семь стержней диаметром 12 мм).
Определяем насколько процентов площадь поперечного сечения фактически установленных стержней больше требуемой по расчёту:
Толщина защитного слоя составляет a-d2=35-122=29 мм.
Продольную сжатую арматуру принимаем конструктивно 7 стержней класса А240 диаметром равным диаметру поперечных стержней.
Определим площадь сечения продольной арматуры в опорном сечении ригеля.
На опоре растянутая зона располагается в верхней части поперечного сечения ригеля следовательно рабочая арматура будет расположена в этой зоне. С целью обеспечения удобства армирования опорного узла было произведено выравнивание изгибающих моментов в опорных сечениях ригеля. Согласно п. 8 расчётов по этапу 2 расчётным изгибающим моментом ригеля в опорном сечении по грани средней колонны является момент полученный по комбинации схем загружения “1+2” (см. табл. 3).
При подборе продольной арматуры растянутые свесы полки ригеля в расчётах не учитываем. Однако учитывая тот факт что сборные плиты перекрытия имеют арматурные выпуски которые замоноличиваются в ригель можно сделать вывод о том что бетон сжатой зоны ригеля и бетон плиты перекрытия работают совместно. В связи с этим поперечное сечение ригеля на опоре будем рассматривать как тавровое с полками в сжатой зоне. Высота свесов полок поперечного сечения плиты перекрытия составляет Ширину свесов полок принимаем равными 16.
Расчёт выполняем согласно п. 3.24 [3].
Геометрические размеры поперечного сечения ригеля на опоре составляют: b=620 мм h=270 мм . Толщину защитного слоя бетона назначаем с учётом требований п. 5.7[3] величину принимаем равной .
Характеристики бетона и арматуры (см. подбор продольной арматуры в пролётном сечении ригеля):.
Продольная рабочая арматура по заданию – класса А500.
Расчётный изгибающий момент в опорном сечении ригеля (см. результаты расчетов по этапу 2):.
По табл. 3.2 [3] находим;.
– следовательно граница сжатой зоны проходит в полке расчётного поперечного сечения ригеля. Согласно п. 3.25 [3] площадь сечения растянутой арматуры определяем как для прямоугольного сечения шириной.
Количество стержней на опоре принимаем на 1 больше чем в пролете.
По сортаменту принимаем (8 12– восемь стержней диаметром 12 мм).
Конструирование монолитного ригеля
Рабочая арматура в пролетном сечении ригеля объединяется в плоский каркас КР-1 с помощью поперечных стержней и продольных стержней (диаметр принимается равным диаметру поперечных стержни крайних каркасов смещаются вниз на 30 мм).
Рабочая арматура в сечении ригеля на опоре принимается в виде отдельных стержней поз.1 вылет стержней принимается равным пролета ригеля плюс 10 диаметров стержней. Для надежной анкеровки и предотвращения выпучивания стержни закрепляем с помощью деталей поз 3. устанавливаемых шагом 200 мм. В зоне стыка ригеля и колонны закрепление осуществляем с помощью деталей поз. 4.
Конструктивная арматура в опорном сечении в виде стержней поз.2 служит для работы монолитного ригеля по неразрезной схеме и располагается между каркасами КР-1. Их диаметр принимается равным таким же (или меньшему из диаметров) как и у стержней растянутой арматуры в пролете т.е. 14 мм количество назначается на один стержень меньше чем растянутой арматуры в пролете. Следовательно принимаем 6 стержней диаметром 12 мм. . Вылет стержней должен составлять не менее .
Монтажную арматуру поз.5 принимаем 3 В500 и устанавливаем шагом 200 мм.
В полке монолитного ригеля устанавливаем сетки С-1 и С-2 продольные и поперечные стержни принимаем диаметром 8 мм с шагом 200 мм из арматуры класса А240 (для восприятия опорного момента в плитах перекрытия. В зоне стыка ригеля с колонной выполняется нахлест сеток и для этого сетка С-2 изготавливается с вырезом под размеры сечения колонны. Величина нахлеста должна составлять не менее 200 мм.
2 Расчёт ригеля на прочность по сечениям наклонным к продольной оси
На этом этапе необходимо выполнить расчёт ригеля по полосе между наклонными трещинами подбор поперечной арматуры для ригеля крайнего пролёта второго этажа. Все необходимые усилия для расчёта были получены на этапе 2.
Расчёт монолитного ригеля по полосе между наклонными трещинами выполняем согласно п. 3.30 [3].
Геометрические параметры поперечного сечения ригеля: b=620 мм h=270 мм . Рабочая высота сечения бетона:.
Характеристики бетона: .
Расчётная перерезывающая сила согласно результатам расчётов по этапу 2.
Определяем предельную поперечную силу в сечении нормальном к продольной оси ригеля:
Прочность элемента по полосе между наклонными трещинами обеспечена.
Требуется произвести расчёт по прочности на действие поперечной силы по наклонному сечению.
Проверку прочности ригеля по сечениям наклонным к продольной оси на действие поперечной силы выполняем согласно п. 3.31 – 3.42 [3].
Геометрические параметры поперечного сечения ригеля – см. расчёт по полосе между наклонными сечениями.
Характеристики бетона:. По табл. 6.8 [3] определяем расчётное сопротивление бетона по прочности на растяжение:.
Т. к. диаметр продольной растянутой арматуры каркаса КР-1 составляет 12 мм наименьший допустимый диаметр стержней поперечного направления из условия свариваемости составляет 3 мм. Класс поперечной арматуры назначаем В500 – по табл. 5.8 [1].
Количество поперечных стержней принимаем равным количеству продольных – 7Тогда площадь сечения семи стержней поперечной арматуры диаметром 3 мм составит.
Шаг поперечных стержней на опоре согласно п. 5.21 [3] назначается из условий:
Принимаем шаг поперечных стержней на опоре – кратно .
Шаг поперечных стержней в пролёте согласно п. 5.21 [3] назначается из условий:
Принимаем шаг поперечных стержней в пролёте – кратно .
Расчётная перерезывающая сила согласно результатам расчётов по этапу 2 значение полной расчётной нагрузки на ригеля от перекрытия с учётом его собственного веса равно (см. результаты расчёта этапа 1).
Определяем значение :
Интенсивность установки поперечных стержней на опоре () и в пролёте () составляет:
Находим длину проекции наклонного сечения:
– условия не выполняются и согласно п. 3.32 [3] значение не корректируем.
С= – условие выполняется.
Значение принимаем .
Длину проекции наклонной трещины принимаем равной :
– условие выполняется.
Значение принимаем равным .
Поперечная сила воспринимаемая хомутами в наклонном сечении:
Поперечная сила воспринимаемая бетоном в наклонном сечении:
Поперечная сила в наклонном сечении с длиной проекции от внешних сил принимается в сечении нормальном к продольной оси элемента проходящем на расстоянии от опоры и определяется по формуле:
– условие выполняется прочность элемента по сечениям наклонным к продольной оси обеспечена.
При уменьшении интенсивности хомутов от опоры – к пролёту с до вызванном увеличением шага поперечных стержней длину участка с интенсивностью хомутов следует принимать не менее пролёта монолитного ригеля и не менее значения определяемого в зависимости от :
Т. к. согласно п. 3.34 [3] значение определяем по формуле:
– условие не выполняется значит значение и корректируем.
С учётом ширины площадки опирания ригеля на наружные кирпичные стены ( – см. общие сведения о сборно-монолитном перекрытии этап 1) значение составит: . Значение необходимо принимать не менее пролёта ригеля что составляет .
Окончательно длину участка с интенсивностью хомутов назначаем кратно шагу поперечных стержней на опоре: кратно .
Этап №3 Задание №215
Этап 4. Расчёт монолитного железобетонного ригеля по предельным состояниям второй группы
1 Расчёт ригеля по образованию и раскрытию трещин
На этом этапе необходимо выполнить расчёт ригеля крайнего пролёта второго этажа по предельным состояниям второй группы: определить момент трещинообразования вычислить ширину продолжительного и непродолжительного раскрытия трещин нормальных к продольной оси ригеля выполнить расчёт по деформациям. Все необходимые усилия были получены на этапе 2.
В случае если трещины не образуются расчёт по раскрытию трещин выполнять не следует.
Момент образования трещин с учётом упругих деформаций определяем согласно п. 4.4 – 4.8 [3].
Геометрические параметры поперечного сечения ригеля: b=620 мм h=270 мм =2020 мм a=35 мм где 20 мм – минимальная толщина защитного слоя бетона 3 – диаметр сжатой арматуры в пролетном сечении.
Характеристики бетона и арматуры для расчёта ригеля по предельным состояниям второй группы: бетон тяжёлый класс бетона В20 по табл. 2.1 [3] расчётное сопротивление бетона по прочности на сжатие . Значение начального модуля упругости бетона принимаем по табл. 2.4 [3]:.
Продольная рабочая арматура по заданию – класса А500 значение модуля упругости арматуры принимаем равным (см. п. 2.20 [3]). Площадь фактически установленной продольной растянутой арматуры в пролётном сечении составляет (7 12) продольной сжатой: (7 3).
За расчётный диаметр стержней растянутой арматуры принимаем наибольший диаметр – .
Изгибающий момент ригеля в пролётном сечении в крайнем пролёте от действия полной нормативной нагрузки равен в т. ч. изгибающий момент в пролётном сечении в крайнем пролёте от действия нормативной длительной нагрузки .
Площадь поперечного сечения ригеля в пролётном сечении:
Определяем коэффициент приведения арматуры к бетону:
Площадь приведённого сечения ригеля:
Статический момент полного приведённого сечения относительно растянутой грани:
где = – статический момент стенки монолитного ригеля относительно растянутой грани;
– статический момент полки ригеля относительно растянутой грани;
7(792*35+495*(270-215))=29095085 – статический момент сжатой и растянутой арматуры относительно растянутой грани.
Расстояние от наиболее растянутого волокна бетона до центра тяжести приведённого сечения ригеля:
Расстояние от наиболее сжатого волокна бетона до центра тяжести приведенного сечения монолитного ригеля будет равно:
Момент инерции приведённого сечения относительно его центра тяжести:
=– момент инерции поперечного сечения бетона ригеля относительно центра тяжести приведённого сечения;
– момент инерции растянутой арматуры относительно центра тяжести приведённого сечения;
– момент инерции сжатой арматуры относительно центра тяжести приведённого сечения;
Момент сопротивления :
Согласно п. 4.8 [3] для тавровых сечений при определении момента образования трещин с учётом неупругих деформаций растянутого бетона допускается заменять значение на где – коэффициент зависящий от формы поперечного сечения элемента определяемый по табл. 4.1 [3]. Для элемента таврового профиля коэффициент .
Момент образования трещин с учётом неупругих деформаций бетона:
– условие выполняется трещины образуются требуется расчёт по раскрытию трещин.
Ширину раскрытия трещин нормальных к продольной оси ригеля определяем согласно п. 4.4 – 4.8 [3].
Исходные данные см. расчёт по определению момента трещинообразования.
коэффициент приведения арматуры к бетону:
Напряжения в растянутой арматуре монолитного ригеля определяют по формуле:
-момент инерции приведенного поперечного сечения монолитного ригеля определяемого с учетом площади сечения только сжатой зоны бетона площадей сечения растянутой и сжатой арматуры принимая в соответствующих формулах значения коэффициента приведения арматуры к бетону
Для определения высоты сжатой зоны бетона вычисляем коэффициенты армирования:
где - площадь сжатых свесов полок.
Высоту сжатой зоны определяем по формуле 4.44 [3]:
Момент инерции приведенного сечения относительно его центра тяжести с учетом площади сечения только сжатой зоны бетона площадей сечения растянутой и сжатой арматуры определяем по формуле:
=- момент инерции приведенного сечения относительно его центра тяжести с учетом площади сечения только сжатой зоны;
- момент инерции растянутой арматуры относительно центра тяжести приведенного сечения;
- момент инерции сжатой арматуры относительно центра тяжести приведенного сечения.
Определяем высоту растянутой зоны бетона:
где – поправочный коэффициент равный для элементов таврового сечения с полкой в сжатой зоне;
y=16442*09=14798 мм.
При определении площади сечения растянутого бетона высота растянутой зоны бетона принимается не менее и не более :
– условие выполняется значение не корректируем
Также значение принимаем y не должно превышать 05h:
Окончательно принимаем у равным
Площадь сечения растянутого бетона:
Базовое расстояние между трещинами :
где - см. исходные данные определения момента трещинообразования.
Значение принимают не менее и :
. – условие выполняется значение не корректируем.
Значение принимают не более и :
–условие не выполняется значение необходимо скорректировать
Окончательно принимаем .
Значение напряжения в растянутой арматуре монолитного ригеля определяем по формуле:
где – к определению ширины раскрытия трещин при действии полной нормативной нагрузки;
– к определению ширины раскрытия трещин при действии нормативной длительной нагрузки.
– напряжение в растянутой арматуре при действии полной нормативной нагрузки;
– напряжение в растянутой арматуре при действии нормативной длительной нагрузки.
Значение коэффициента учитывающего неравномерное распределение относительных деформаций растянутой арматуры между трещинами:
– при действии полной нормативной нагрузки;
– при действии нормативной длительной нагрузки.
Значения коэффициентов согласно п. 4.10 [3]:
– учитывает продолжительность действия нагрузки равный при непродолжительном действии нагрузки; равный – при продолжительном.
– учитывает профиль продольной арматуры равный для арматуры класса А500;
– учитывает характер нагружения равный для изгибаемых элементов.
Ширина раскрытия трещин:
при продолжительном действии длительных нагрузок:
при непродолжительном действии полной нагрузки:
при непродолжительном действии длительных нагрузок:
Согласно п. 4.14 [3] ширина продолжительного раскрытия трещин:
Ширина непродолжительного раскрытия трещин:.
где – предельно допустимая ширина раскрытия трещин равная:
– при продолжительном раскрытии трещин;
– при непродолжительном раскрытии трещин.
– условие выполняется;
Следовательно требования к монолитному ригелю по трещиностойкости удовлетворяются.
2 Расчёт ригеля по деформациям
Расчёт по прогибам с трещинами в растянутой зоне выполняем согласно п. 4.17 – 4.25 [3].
Геометрические размеры рассматриваемого поперечного сечения ригеля в пролёте составляют: b=620 мм h=270 мм =2020 мм a=35 мм.
Размеры ригеля на опоре: b=620 мм h=270 мм =2020 мм a=35 мм.
Расчётный пролёт монолитного ригеля:
; (– высота сечения колонны – ширина площадки опирания ригеля на кирпичную стену).
Характеристики бетона и арматуры для расчёта по предельным состояниям второй группы см. расчёт по определению момента трещинообразования.
Площадь фактически установленной продольной растянутой арматуры в пролётном сечении составляет (7 12) продольной сжатой: =(7 3).
Площадь фактически установленной продольной растянутой арматуры в опорном сечении согласно расчётам по этапу 3.1: ((8 12) продольной сжатой: = (см. конструирование).
Изгибающий момент ригеля в пролётном сечении в крайнем пролёте от действия полной нормативной нагрузки (см. этап 2 дополнительные данные) равен в т. ч. момент в пролётном сечении в крайнем пролёте от действия нормативной длительной нагрузки . Изгибающий момент в опорном сечении по грани средней колонны от действия полной нормативной нагрузки от действия нормативной длительной нагрузки .
Для определения кривизны монолитного ригеля находим значения коэффициентов а также значение коэффициента приведения сжатой арматуры к бетону :
Где -для продолжительного действия нагрузки при определении коэффициента ;
Где --для непродолжительного действия нагрузки при определении коэффициента и при определении коэффициента ;
Значения коэффициентов для определения кривизны сечения ригеля в пролете составят:
для продолжительного действия нагрузок при определении коэффициента :
для непродолжительного действия нагрузок при определении коэффициента и при определении коэффициента
Значения коэффициентов для определения кривизны сечения ригеля на опоре составят:
Коэффициент и определяем по табл. 4.5 [3].
Находим кривизну монолитного ригеля от непродолжительного действия нагрузок:
для сечения в пролёте: и
для сечения на опоре: и 02279
От непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок:
для сечения в пролёте: 0696 и 02387
От продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок:
для сечения в пролёте: и 02193
для сечения на опоре: и
Коэффициент принимаем как для свободно опёртой балки: .
Прогиб крайнего пролёта ригеля:
Согласно п. 10.7 [4] находим .
– условие выполняется
Этап №4 Задание №215
Этап 5. Расчёт сборной железобетонной колонны на действие сжимающей продольной силы со случайным эксцентриситетом и монолитного центрально нагруженного фундамента
1 Расчёт сборной железобетонной колонны на действие сжимающей продольной силы со случайным эксцентриситетом
На этом этапе необходимо подобрать площадь сечения продольной сжатой арматуры и поперечной арматуры в сечении сборной железобетонной колонны. При этом значение эксцентриситета продольной силы принимаем равным случайному эксцентриситету (определяется согласно п. 3.49 [3]). Все необходимые усилия были получены на этапе 2.
Подбор продольной арматуры выполняем согласно п. 3.49 – 3.58 [3].
Сечение колонны принято на 1 этапе и составляет . Величину защитного слоя назначаем в соответствии с требованиями п. 5.6 – 5.8 [3] и принимаем . Длина колонны первого этажа составляет . Расчётную длину элемента принимаем согласно требованиям п. 6.2.18 [1]: .
Характеристики бетона и арматуры: бетон тяжёлый класс бетона В15 по СП 63.13330.2018 [3] определяем расчётное сопротивление бетона по прочности на сжатие: . Продольная рабочая арматура по заданию – класса А500 расчётное сопротивление арматуры для предельных состояний первой группы определяем по табл. 6.14 [3]: .
Расчётные усилия в колонне первого этажа:
усилие в колонне первого этажа от расчётных нагрузок с учётом её собственного веса ;
усилие в колонне первого этажа от расчётных длительных нагрузок с учётом её собственного веса .
Определяем рабочую высоту сечения бетона колонны:
Т. к. >4 и расчёт допускается производить из условия .
При по табл. 7.1 [3] применяя линейную интерполяцию находим φ=0904.
Вычисляем требуемую площадь сечения по формуле:
Принимаем минимальное конструктивное армирование колонны сечением – 4 16 .
Фактическая несущая способность колонны:
условие выполняется следовательно прочность колонны обеспечена.
Диаметр стержней поперечной и монтажной арматуры назначаем из условия свариваемости и принимаем равным . Шаг стержней принимаем равным что не более .
Косвенное армирование назначаем в виде четырёх сварных сеток С-1 с размером ячейки . Первую сварную сетку устанавливаем на расстоянии от нагруженной грани колонны остальные – с шагом размещаем на длине что больше .
Конструирование колонны показано в графической части.
2 Расчёт монолитного центрально нагруженного фундамента
Фундамент проектируем под колонну рассчитанную на этапе 5.1. верх фундамента располагаем на отметке . Все необходимые усилия были получены на этапе 2.
Геометрические размеры сечения колонны приняты на этапе 1 и составляют . По заданию грунт основания имеет условное расчётное сопротивление . Глубина заложения фундамента составляет .
Характеристики бетона и арматуры: бетон тяжёлый класс бетона В20 по табл. 6.8 [3] определяем расчётное сопротивление бетона осевому растяжению: .
Продольная рабочая арматура по заданию – класса А500 расчётное сопротивление арматуры для предельных состояний первой группы определяем по табл. 6.14 [3]: .
Усилие в колонне первого этажа от нормативных нагрузок с учётом её собственного веса (см. этап 1): усилие в колонне первого этажа от расчётных нагрузок с учётом её собственного веса:.
Усреднённый вес единицы объёма бетона фундамента и грунта на его обрезах принимаем равным .
Требуемая площадь подошвы фундамента:
Размер стороны квадратной подошвы фундамента должен быть не менее . Принимаем (кратно нечётное) при этом площадь подошвы фундамента будет равна .
Давление под подошвой фундамента от расчётной нагрузки:
Высота фундамента составляет где 195 м – глубина заложения фундамента – расстояние от отметки до уровня верха фундамента. Расстояние от наиболее растянутой грани подошвы фундамента до центра тяжести стержней продольной арматуры в плитной части принимаем равным .
Ширину стакана в уровне верха принимаем равной 400 мм в уровне низа 350 мм.
Величину заделки колонны в стакан фундамента принимаем равной при этом глубина стакана составит .
Толщину стенок стакана назначаем равной . Тогда ширина подколонника составит .
Высота плитной части конструктивно равна:
Уточняем требуемую рабочую высоту плитной части:
где – коэффициент принимаемый равным .
С учётом требуемая высота плитной части составит:
Окончательно высоту плитной части принимаем Тогда рабочая высота плитной части составит
Вылет подошвы фундамента равен – плитную часть фундамента выполняем одноступенчатой высоту ступени назначаем равной . Рабочая высота первой ступени будет равна . Высота подколонника составит . Рабочая высота фундамента
Рис. 6. К расчёту фундамента (размеры условные).
Проверку прочности нижней ступени фундамента по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении (для единицы ширины этого сечения ) производим из условия
где – поперечная сила воспринимаемая бетоном в наклонном сечении;
- следовательно поперечную силу в наклонном сечении вычисляем по формуле
– условие выполняется т. е. прочность нижней ступени фундамента по поперечной силе обеспечена.
Продавливание плитной части низом колонны от действия продольной силы (расчёт производится на продавливание от низа подколонника т. к. ).
Расчёт на продавливание плитной части низом подколонника (от низа колонны граница продавливания находится за пределами подошвы фундамента) производится из условия ;
где – продавливающая сила принимается равной ;
– среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания.
– условие выполняется продавливания не происходит.
Проверку плитной части фундамента на раскалывание от действия продольной силы производим из условия ;
где – коэффициент трения бетона по бетону;
– коэффициент учитывающий совместную работу фундамента с грунтом;
– площадь вертикального сечения фундамента в плоскости проходящей по оси сечения колонны параллельно стороне подошвы для одноступенчатого фундамента:
– условие выполняется раскалывания не происходит.
Площадь сечения арматуры подошвы фундамента в сечениях I-I II-II и III-III:
где – изгибающий момент в расчётном сечении;
– рабочая высота фундамента в расчётном сечении;
– расчётное сопротивление арматуры на растяжение.
(для одноступенчатого фундамента ).
Определяем требуемую площадь арматуры в сечениях I-I и III-III (сечение II-II отсутствует т.к. фундамент одноступенчатый):
Для ширины подошвы фундамента 1500 мм количество стержней продольной арматуры в плитной части устанавливаемой с шагом будет равно 8.
По максимальной из требуемых площадей арматуры определяем требуемую площадь сечения одного стержня:
Минимальный диаметр стержней продольной арматуры в плитной части фундамента – 12 мм окончательно принимаем сетку с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой 8 12 (восемь стержней диаметром 12 мм) с площадью сечения .
Конструирование фундамента показано в графической части.
Этап №5 Задание №215