Проектирование несущих железобетонных конструкций многоэтажного промышленного Задание 027 здания 84х18 м

Гарик.docx

ВАРИАНТЫ КОМПОНОВКИ СБОРНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ4
ПОДБОР ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ7
2 Назначение марки плиты7
1 Сбор нагрузок и подбор сечения8
2 Статический расчет9
3 Огибающие эпюры изгибающих моментов и поперечных сил11
4 Конструктивный расчет15
4.1 Подбор продольной арматуры и расчет несущей способности ригеля15
4.2 Подбор поперечной арматуры22
5 Расчет по раскрытию трещин нормальных к продольной оси ригеля38
6 Расчет прогиба ригеля40
7 Расчет стыка ригеля с колонной42
РАСЧЕТ КОЛОННЫ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ45
1 Расчетно-конструктивная схема45
2 Конструирование колонны45
4 Расчет консоли колонны56
5 Расчет стыка колонн58
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ63
Для нумерации с учетом титульного листа
Многоэтажные промышленные здания.Преимущества многоэтажных промышленных зданий по сравнению с одноэтажными: меньшая площадь застройки сокращение протяженности путей коммуникаций между производственными участками и цехами в связи с применением вертикального транспорта меньшая протяженность инженерных сетей меньшие затраты на эксплуатацию и отопление зданий более простое решение систем вентиляции.
Многоэтажные здания особенно пригодны для размещения таких предприятий как мельницы пивоваренные заводы бумажные фабрики склады и вообще для размещения производств где материалы сперва доставляются на верхний этаж а оттуда проходя обработку на отдельных станках и машинах под действием собственного веса опускаются на самые нижние этажи.
Для многоэтажных промышленных зданий характерно хорошее естественное освещение через окна в стенах.Такие здания пригодны также для размещения предприятий оптической промышленности точной механики предприятий пищевой промышленности и швейных фабрик. Недостатки многоэтажных зданий указаны в главе Промышленные здания.
В соответствии с заданием 027 выполняется проектирование основных несущих железобетонных конструкций сборного железобетонного каркаса 6-этажного промышленного здания.
Здание прямоугольное в плане с размерами в осях 18х84 м запроектировано в неполном каркасе с наружными стенами из камней силикатных толщиной 510 мм. Выбран вариант сборного перекрытия с поперечным расположением ригелей. Шаг колонн 60 м пролет ригелей 60 м. Высота этажа здания 36 м. Колонны квадратного поперечного сечения ригели прямоугольного поперечного сечения. Ригели опираются на консоли колонн.
Целью проектирования является разработка наиболее технологичных конструктивных решений обеспечивающих несложное быстрое и экономичное изготовление транспортирование и монтаж конструкций которые будут надёжны и безопасны в эксплуатации.
ВАРИАНТЫ КОМПОНОВКИ СБОРНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ
Балочные сборные перекрытия представляют собой систему балок (ригелей) расположенных в одном (продольном или поперечном) или в двух направлениях и опирающихся на них плит перекрытий.
Балки опираются на колонны. Так как проектируется здание с неполным каркасом то балки в крайних пролетах одним концом опираются на промежуточные колонны каркаса другим – на наружные несущие стены.
Компоновка перекрытия заключается в выборе типа балок их направления и пролета назначении шага колонн выборе типа и ширины плит.
Ригели перекрытия проектируются неразрезными но изготавливаются и монтируются из однопролетных сборных элементов. Неразрезность обеспечивается за счет сварки выпусков арматуры закладных и накладных деталей и омоноличивания стыков сопрягаемых элементов.
Привязка колонн к разбивочным осям здания – "осевая".
Тип плит перекрытий назначается в зависимости от полной нагрузки и вида потолка. При переменных нагрузках 11 кПа и выше рекомендуются ребристые плиты с ребрами вниз номинальной шириной 750 1000 1200 и 1500 мм высотой несущих ребер 400 мм. Нагрузка от ребристых плит на ригель передается в местах (точках) опирания ребер т. е. как от сосредоточенных сил. Для упрощения статического расчета ригеля ребристые плиты раскладывают таким образом чтобы количество мест опирания по длине ригеля было не менее 4. В таком случае нагрузка принимается как равномерно распределенная вдоль ригеля.
При раскладке плит необходимо учитывать что колонны препятствуют свободной раскладке поэтому в местах их расположения устанавливают специальные плиты имеющие вырез или устраивают монолитные участки шириной равной поперечному размеру колонны. Если между крайней плитой и стеной образуются зазоры то их замоноличивают.
В курсовом проекте рассматриваются два варианта компоновки перекрытия с поперечным и продольным расположением ригелей и изображены их схемы.
Ниже приведены компоновочные схемы перекрытий с продольным и поперечным (рисунок 2) расположением ригелей.
Рисунок 1. – Компоновочная схема раскладки плит перекрытий c продольным расположением ригелей
При раскладке плит перекрытий с продольным расположением ригелей:
количество плит – 182;
количество ригелей – 28;
количество узлов сопряжений ригелей с колоннами –24.
Рисунок 2. – Компоновочная схема раскладки плит перекрытий c поперечным расположением ригелей
При раскладке плит перекрытий с поперечным расположением ригелей:
количество плит – 168;
количество ригелей – 42;
количество узлов сопряжений ригелей с колоннами – 24.
Принимаем компоновочную схему с поперечным расположением ригелей т.е. располагаем ригели поперёк здания. В этом случае они образуют вместе с колоннами раму с жесткими узлами обеспечивая дополнительную пространственную жесткость каркаса в поперечном направлении.
ПОДБОР ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ
Плиты перекрытий подбираются по каталогам или типовым сериям в зависимости от действующей на перекрытие полной нагрузки.
Нагрузки складываются из постоянных и переменных. Переменные нагрузки могут быть кратковременно и длительно действующими.
В таблице 1 приведен порядок сбора нагрузки.
Таблица 1. – Нагрузки действующие на плиту перекрытия кНм2
коэффициент надежности по нагрузке γf
Стационарное оборудование (длительно действующая)
Вес людей и материалов
(кратковременно действующая)
В том числе длительно действующие
2 Назначение марки плиты
Марку плиты перекрытия выбираем по каталогу или серии учитывая полную расчетную нагрузку конструктивную длину и ширину плиты. Выбираем ребристую плиту ПК 60.12. Размеры: l=5950 мм b=1485 мм расход стали – 113 кг объем бетона – 095 м3 масса – 24 т.
1 Сбор нагрузок и подбор сечения
Собираем нагрузку распределенную по площади перекрытия (таблица 1) в распределенную по длине ригеля. Для этого ее умножаем на грузовую ширину ригеля которая равна шагу ригелей – 6 м.
Кроме этого учитываем нагрузку от собственного веса ригеля.
Определяем расчетное сопротивление бетона осевому сжатию
где – нормативное сопротивление бетона осевому сжатию МПа.
– частный коэффициент безопасности для бетона
Вычисляем расчетную нагрузку как произведение полной расчетной нагрузки на шаг ригелей:
Рассчитываем изгибающий момент для свободно опертой балки наибольшего из пролетов (l) без учета нагрузки от ее собственного веса:
Рассчитываем примерную рабочую высоту сечения ригеля:
где – расчетная сопротивление бетона осевому сжатию МПа.
Рассчитываем примерную ширину сечения ригеля:
гдеd – рабочая высота сечения м.
Для получения высоты сечения к рабочей высоте добавляют 30 – 50 мм:
Назначаем размер сечения. Ширину принимаем кратно 5 см: b=30 см. Высота сечения при h ≥ 60 см назначается кратно 10 см: h=70 см.
Нагрузка от собственного веса ригеля:
где 25 кНм3 – объемный вес железобетона;
b – принятая ширина сечения ригеля м;
h – принятая высота сечения ригеля м.
Нагрузки действующие на ригель сводим в таблицу 2.
Таблица 2. – Нагрузки действующие на ригель кНм
надежности по нагрузке γf
Ригель (b = 40 см h = 100 см)
Стационарноеоборудование (длительно действующая)
Веслюдейиматериалов (кратковременно действующая)
2 Статический расчет
Изгибающие моменты в пролетном и опорном сечениях определяются по формуле:
где α и – табличные коэффициенты зависящие от характера загружения неразрезной балки (приведены в приложении Б [2]);
g и p – соответственно величины постоянной и переменной равномерно распределенных нагрузок;
l2 – пролет ригеля (для опорного момента – наибольший из примыкающих к опоре).
Расчет с помощью таблиц разрешается для балок пролеты которых равны или отличаются друг от друга не более чем на 10 %.
В таблице 3 приведены результаты определения максимальных моментов на опорах и серединах пролетов для трехпролетного ригеля приg=3544 кНм p = 63 кНм l = 6 м.
Таблица 3. – Максимальные изгибающие моменты в ригеле кНм
В целях экономии материалов и унификации армирования произведем перераспределение моментов: понизим момент на опоре В на 30 % и увеличим на опоре С при загружении 3. Таким образом получим:
3 Огибающие эпюры изгибающих моментов и поперечных сил
Огибающие эпюры усилий дают полное представление о работе ригеля и позволяют решать задачи о поперечном армировании и обрыве стержней если они выполняются графически.
Изгибающие моменты в любом сечении М(х) определяются по формуле:
где М0 – момент в свободно опертой балке.
Для равномерно распределенной нагрузки:
х – расстояние от левой опоры до расчетного сечения.
Поперечные силы V(х) определяются по формуле
Вычисления ведем в табличной форме. Результаты вычислений для всех видов загружения приведены в таблицах 4-6.
Таблица 4. – Вычисление М и V при загружении 1
Таблица 5. – Вычисление М и V при загружении 2
Таблица 6. – Вычисление М и V при загружении 3
В таблице 7 полученные в сечениях ригеля всех пролетов внутренние усилия М и V сведены воедино.
Таблица 7. – Внутренние усилия М и V для всех загружений
По значениям М и V таблицы 7 строим эпюры изгибающих моментов и поперечных сил для всех вариантов загружений (рисунок 3).
Рисунок 3. – Эпюры моментов и поперечных сил
4 Конструктивный расчет
4.1 Подбор продольной арматуры и расчет несущей способности ригеля
Учитывая симметрию конструкции и перераспределение опорных моментов арматуру подбирают для первого и второго пролетов и первой промежуточной опоры по максимальным изгибающим моментам растягивающим верхние и нижние волокна бетонного сечения.
Расчет производим по альтернативной модели. Предварительно назначаем величину с = 50 мм и определяем рабочую высоту сечения d. В приведенных расчетах ригеля: класс бетона fcd = 1067 МПа класс арматуры S400 fуd = 365 МПа класс по условиям эксплуатации ХС2; b = 300 мм h = 700 мм.
Определяем рабочую высоту сечения:
где – защитный слой бетона м.
Первый пролет. Нижняя арматура МSd=331128кНм. Расчет выполняем по альтернативной модели.
Определяем относительный момент сжатой зоны бетона
где коэффициент учитывающий длительность действия нагрузки
Рассчитываем относительную высоту сжатой зоны бетона
Вычисляем характеристику сжатой зоны сечения
где коэффициент для тяжелого бетона.
Определяем предельное значение относительной высоты сжатой зоны бетон
где – предельное напряжение в арматуре сжатой зоны сечения.
Определяем требуемую площадь арматуры
Принимаем 425 мм с расположением арматуры в два ряда.
Рассчитываем расстояние от нижних растянутых волокон до центра тяжести арматуры
где минимальный защитный слой бетона принимаемый по табл. 11.4 [2] в зависимости от класса среды по условиям эксплуатации для класса среды XC2
предполагаемый диаметр продольной арматуры.
Определяем рабочую высоту сечения
Определяем несущую способность.
Несущая способность сечения по растянутой арматуре
Сечение арматуры подобрано верно.
Определяем несущую способность при 2-х оборванных стержнях 25 мм
Опора В. Верхняя арматура МSd=27505кНм. Расчет выполняем по альтернативной модели.
Вычисляем относительную высоту сжатой зоны бетона
Определяем предельное значение относительной высоты сжатой зоны бетона
Рассчитываем площадь арматуры
Принимаем 4 22 мм Аs=1520 см2 с расположением арматуры в два ряда.
Вычисляем расстояние от нижних растянутых волокон до центра тяжести арматуры
Рассчитываем несущую способность
Определяем несущую способность сечения по растянутой арматуре:
Определяем несущую способность при 2-х оборванных стержнях 25 мм
Пролет 2. Нижняя арматура МSd=20199кНм. Расчет выполняем по альтернативной модели.
Определяем предельное значение относительной высоты сжатой зоны бетона:
Рассчитываем требуемую площадь арматуры
Принимаем 4 18 мм Аs=920 см2 с расположением арматуры в два ряда.
Определяем расстояние от нижних растянутых волокон до центра тяжести арматуры
Рассчитываем рабочую высоту сечения
Определяем несущую способность
Несущая способность сечения по растянутой арматуре:
Верхняя арматура. Принимаем однорядное расположение арматуры в верхней зоне: c=50 мм d = 650 мм МSd=8150 кНм.
Рассчитываем предельное значение относительной высоты сжатой зоны бетона:
Принимаем 2 16 мм Аs=402 см2 с расположением арматуры в один ряд.
Вычисляем рабочую высоту сечения
Определяем несущая способность
Рисунок 4. – Армирование ригеля: а – крайний пролет; б – опора В; в – средний пролет.
4.2 Подбор поперечной арматуры
Расчет ригеля крайнего (первого) пролета.
Максимальная поперечная сила для левого приопорного участка (левой четверти первого пролета)
Необходимые расчетные величины: d = 0638 мAs = 1964 см2 b=03 м бетон класса класс арматуры S240.
Проверка необходимости установки расчетной поперечной арматуры выполняется согласно п. 7.2.1.1 [2].
Определяем коэффициент продольного армирования
Определяем поперечную силу воспринимаемую железобетонным элементом без поперечного армирования
Определяем минимальную продольную силу воспринимаемую железобетонным элементом без поперечного армирования
где – расчетное сопротивление бетона растяжению
Поскольку то необходима постановка поперечной арматуры по расчету.
Определяем величину распределенной поперечной силы приходящейся на один хомут
где – коэффициент учитывающий влияние вида бетона = 2;
– коэффициент учитывающий влияние сжатых полок в тавровых и двутавровых элементах ;
– коэффициент учитывающий влияние продольных сил = 0.
Определяем длину проекции опасной наклонной трещины на продольную ось элемента:
где – усилие в хомутах на единицу длины элемента кHм.
Выполняем требование п. 7.2.2.10 [2] для хомутов установленных по расчету
где – коэффициент для тяжелого бетона равен 06.
Из технологических требований сварки при крестовом соединении двух стержней ≥ 4=224=55 мм принимаем =6 мм А=057 см2.
Вычисляем расчетный шаг поперечных стержней:
где – расчетное сопротивление поперечной арматуры МПа.
Определяем максимально допустимый шаг стержней:
Конструктивные требования шага хомутов для приопорных участков балки высотой h>450мм:
Принимаем наименьшее значение s=90 мм.
Определяем поперечную силу воспринимаемую одним хомутом
Вычисляем длину проекции опасной наклонной трещины на продольную ось элемента:
Определяем поперечное усилие воспринимаемое наклонным сечением
Определяем правильность выбора сечения и шага поперечных стержней
Сечение и шаг поперечных стержней подобраны верно.
Проверка прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами.
Вычисляем коэффициент приведения арматуры к бетону
где – модуль упругости арматуры = 200 МПа.
– модуль упругости бетона МПа.
Определяем коэффициент поперечного армирования
Определяем коэффициент учитывающий влияние хомутов нормальных к продольной оси элемента
Определяем коэффициент
Проверяем условия обеспечения прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами
Прочность обеспечена.
Максимальная поперечная сила для правого приопорного участка (правой четверти первого пролета) VSd =3412·12=40944 кН.
Необходимые расчетные величины: d=0644 м As=1520 см2 b=03 м бетон класса класс арматуры S240.
Проверяем необходимость расчета
Вычисляем коэффициент продольного армирования
Определяем длину проекции опасной наклонной трещины на продольную ось элемента
Принимаем наименьшее значение s= 60 мм.
Определяем поперечное усилие воспринимаемое наклонным сечением:
Определяем правильность выбора сечения и шага поперечных стержней:
Проверка прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами
Определяем коэффициент учитывающий влияние хомутов нормальных к продольной оси элемента:
Проверяем условия обеспечения прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами:
Пролетный участок ригеля (средние четверти пролета).
Определяем максимальную поперечную силу
Необходимые расчетные величины аналогичны величинам для левого приопорного участка.
Определяем необходимость расчета:
т.к. условие не выполняется то необходима постановка поперечной арматуры.
Подбор поперечной арматуры.
Выполняем требование п. 7.2.2.10 для хомутов установленных по расчету
Вычисляем расчетный шаг поперечных стержней
Конструктивные требования шага хомутов для пролетных участков балки высотой h>300мм:
Определяем поперечную силу воспринимаемую одним хомутом:
Рисунок 6. – Схема армирования ригеля первого пролета поперечными стержнями.
Расчет ригеля второго пролета.
Максимальная поперечная сила для левого приопорного участка (левой четверти первого пролета) VSdl=3412 кН.
Необходимые расчетные величины: d=0651 м As=1017 см2b=03 м бетон класса класс арматуры S240.
Проверка необходимости установки расчетной поперечной арматуры выполняется согласно п. 7.2.1.1 [2].
Проверяем необходимость расчета:
Определяем минимальную продольную силу воспринимаемую железобетонным элементом без поперечного армирования:
Определяем величину распределенной поперечной силы приходящейся на один хомут:
Из технологических требований сварки при крестовом соединении двух стержней ≥ 4=184=45 мм принимаем =6 мм А=057 см2.
Принимаем наименьшее значение s=70 мм.
Вычисляем длину проекции опасной наклонной трещины на продольную ось элемента
Проверка прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами
Рассчитываем коэффициент поперечного армирования:
Максимальная поперечная сила для правого приопорного участка (правой четверти второго пролета) VSd =3355·12=4026 кН. Необходимые расчетные величины: d=0644 м As=1288 см2b=03 м бетон класса класс арматуры S240.
Конструктивные требования шага хомутов для приопорных участков балки высотой h>450мм
Принимаем наименьшее значение s=60 мм.
Пролетный участок ригеля (средние четверти пролета). Определяем максимальную поперечную силу
Из технологических требований сварки при крестовом соединении двух стержней ≥ 4=224=55 мм принимаем = 6 мм А=057 см2.
Определяем максимально допустимый шаг стержней
Конструктивные требования шага хомутов для пролетных участков балки высотой h>300мм
Принимаем наименьшее значение s=120 мм.
5 Расчет по раскрытию трещин нормальных к продольной оси ригеля
Определим ширину раскрытия трещин ригеля первого пролета при загружении №1 которое вызывает наибольший изгибающий момент.
Определяем момент от нормативных длительных действующих нагрузок:
Определяем геометрические характеристики сечения.
Вычисляем площадь сечения ригеля:
Определяем положение центра тяжести бетонного прямоугольного сечения
Вычисляем момент инерции прямоугольного сечения относительно горизонтальной оси проходящей через центр тяжести
Определяем момент сопротивления бетонного сечения в уровне центра тяжести растянутой арматуры
где – момент инерции прямоугольного сечения относительно центра тяжести.
Определяем момент трещинообразования
где – прочность бетона на осевое растяжение установленная для проектирования конструкций;
– момент сопротивления бетонного сечения рассчитанный как для линейного упругого материала.
Вычисляем коэффициент учитывающий неравномерность распределения относительных деформаций растянутой арматуры на участках между трещинами
где – коэффициент принимаемый для стержневой арматуры периодического профиля ;
– коэффициент учитывающий длительность действия нагрузки. При длительно действующих нагрузках ;
– момент трещинообразования.
Определяем процент армирования сечения
т.к. процент армирования больше 1% следовательно z=085d.
Определяем напряжение
Вычисляем относительную деформацию растянутой арматуры в сечении с трещиной
Определяем значение средней относительной деформации арматуры
где – коэффициент учитывающий неравномерность распределения относительных деформаций растянутой арматуры на участках между трещинами.
Определяем эффективную площадь растянутой зоны сечения
Вычисляем эффективный коэффициент армирования
где – эффективная площадь растянутой зоны сечения.
Находим среднее расстояние между трещинами
где – коэффициент учитывающий условия сцепления арматуры с бетоном: для стержней периодического профиля ;
– коэффициент учитывающий вид напряженно-деформированного состояния элемента для изгиба ;
– эффективный коэффициент армирования.
Вычисляем ширину раскрытия трещин
где – коэффициент учитывающий отношение расчетной ширины раскрытия трещин к средней. При расчете ширины раскрытия трещин образующихся от усилий вызванных соответствующим сочетанием нагрузок ;
– среднее расстояние между трещинами;
– средние относительные деформации арматуры определяемые при соответствующем сочетании нагрузок.
6 Расчет прогиба ригеля
Проверку жесткости ригеля производим из условия где – прогиб ригеля от действия внешней нагрузки; – предельно допустимы прогиб.
Для железобетонных элементов прямоугольного и таврового сечения с арматурой сосредоточенной у верхней и нижней граней и усилиями действующими в плоскости симметрии сечения прогиб можно определять по формуле
где – коэффициент зависящий от схемы опирания плиты и характера нагрузки (таблица Ж.1)[2];
– максимальное значение расчетного момента при (от нормативной нагрузки);
– изгибная жесткость элемента определяемая при длительном действии нагрузки.
Определим прогиб первого пролета при загружении № 1. Из предыдущего расчета
Вычисляем эффективный модуль упругости бетона
где – предельное значение коэффициента ползучести для бетона – для класса бетона С 1620.
Рассчитываем высоту сжатой зоны x1
Определяем момент инерции сечения без трещин в растянутой зоне
Рассчитаем высоту сжатой зоны
Определяем момент инерции сечения с трещинами
Вычисляем изгибаемую жесткость
Определяем величина прогиба
Жесткость ригеля обеспечена.
7 Расчет стыка ригеля с колонной
Узлы соединения ригелей между собой и с колонной должны обеспечивать восприятие опорных моментов и поперечных сил ригеля. Это достигается соединением опорной арматуры соседних ригелей и устройством в колоннах опорных консолей (рисунок 5).
Стык ригеля с колонной должен обеспечить работу ригеля как неразрезной балки а соединения стыка должны быть равнопрочны с основной конструкцией. Поэтому площадь стыковых стержней и закладных деталей ригеля принимается по опорной арматуре ригеля.
– закладные детали ригеля; 2 – закладные детали колонны; 3 – стыковые стержни; 4 – отверстия в колонне
Рисунок 7. – Узел соединения ригеля с колонной
Принимаем стыковые стержни равными опорной арматуре
класс стали стыковых стержней S400
Принимаем марку стали С235 = 230 МПа.
Определяем минимальное поперечное сечение закладной детали
Принимаем размер закладной детали – 15×200 мм (3000 мм2).
Принимаем: тип электрода (по ГОСТ 9467-75) – Э46 Э46А.
Марка проволоки – Св-09ГА.
Вычисляем длину сварных швов
где катет сварного шва;
Сжимающие усилия в обетонированном стыке воспринимаются бетоном заполняющим полость между торцом ригеля и гранью колонны. В необетонированных стыках усилие N передаётся через сварные швы прикрепляющие нижнюю закладную деталь ригеля к стальной пластине консоли.
Суммарная длина сварных швов
Определяем силу трения от вертикального давления на опоре
РАСЧЕТ КОЛОННЫ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ
1 Расчетно-конструктивная схема
Колонны этажей рассчитываются как стойки с шарнирно-неподвижным опиранием в уровнях перекрытий с расчётной длиной = Н где Н - высота этажа.
Стыки колонн устраиваются в каждом этаже или через этаж. Ригели опираются на консоли колонн. Стык ригеля с колонной предусматривается жестким. Ввиду того что жесткость ригеля выше жесткости колонн влияние изгибающих элементов на несущую способность колонн незначительно.
Однако при расчёте сжатых элементов всегда должен приниматься во внимание случайный эксцентриситет эксцентриситет от неучтённых факторов который суммируется с эксцентриситетом приложения продольной силы. Величину случайного эксцентриситета принимают как большую из следующих значений: 130 высота сечения элемента 1600 расчётной длины 20 мм для сборных колонн.
Для сокращения типоразмеров сборных элементов целесообразно назначать сечение колонн постоянным на всех этажах за исключением подвального варьируя классом бетона и коэффициентом армирования принимая его в пределах ρ = 002 003. Класс бетона назначается не ниже а для сильно нагруженных – не ниже.
2 Конструирование колонны
Продольные стержни в поперечном сечении колонны размещаются как можно ближе к поверхности элемента с соблюдением минимальной толщины защитного слоя которая по требованию норм должна быть не менее диаметра стержней арматуры и не менее 20 мм.
Поперечные стержни (хомуты) в колонне ставятся без расчета но с соблюдением требований норм [2]. Расстояние между ними должно быть при сварных каркасах не более 20S при вязаных – 15S но не более 500 мм (S – наименьший диаметр продольных стержней). Расстояние между хомутами округляют до размеров кратных 50 мм. Диаметр хомутов sw сварных каркасов должен назначаться из условий сварки. Диаметр хомутов sw вязанных каркасов должен быть не менее 5 мм и не менее 025S (S – наибольший диаметр продольных стержней.
Здание пятиэтажное высота этажа 48 м нормативная переменная нагрузка 14 в том числе длительно действующая 55; грузовая площадь 42 м2.
Подсчет нагрузок действующих на колонну от покрытия и перекрытия сведём в таблицы 8 и 9.
Таблица 8 – Нагрузки на колонну передаваемые с покрытия
Величина нагрузки кН
Коэффициент надежности по нагрузке γf
Слой гравия на битумной мастике
Гидроизоляционный ковер
Цементно-песчаная стяжка
Утеплитель = 4; = 015 м
В том числе длительная
Таблица 9 – Нагрузки на колонну передаваемые с перекрытия
Стационарное оборудование
Вес людей и материалов
Нагрузка от собственного веса колонны в пределах этажа при предварительно принятых размерах её сечения 04×04 м и объёмном весе железобетона 25 кНм3 составит:
нормативная 04·04·36·25 = 144 кН;
расчётная 144·135 = 1944 кН.
По полученным данным вычисляем нагрузки на колонны каждого этажа.
Определяем расчетные нагрузки:
Где коэффициент сочетания для снеговой нагрузки.
Расчётные нагрузки при >1:
В том числе длительно действующая
Расчёт колонны 1-го этажа:
Принимаем бетон класса С арматура класса S400 .
Определяем требуемую площадь сечения колонны без учета влияния продольного изгиба и случайного эксцентриситета
Принимаем квадратное сечение колонны размером 40x40 см тогда
Определяем величину случайного эксцентриситета
Вычисляем условную расчётную длину колонны
Рассчитываем гибкость колонны
Определяем относительную величину случайного эксцентриситета
По и интерполируя определяем
Определяем необходимое сечение всей продольной арматуры
Определяем процент армирования
По конструктивным требованиям поэтому оставляем принятое армирование.
Расчёт колонны 2-го этажа:
Определяем величину случайного эксцентриситета:
Вычисляем условную расчётную длину колонны
Рассчитываем гибкость колонны
Определяем относительную величину случайного эксцентриситета
Расчёт колонны 3-го этажа:
Определяем величину случайного эксцентриситета
Определяем необходимое сечение всей продольной арматуры:
Определяем процент армирования:
Расчёт колонны 4-го этажа:
Так как площадь получилась отрицательной то армирование не требуется.
По конструктивному решению принимаем 412 мм
Расчёт колонны 5-го этажа:
Расчёт колонны 6-го этажа:
4 Расчет консоли колонны
Для опирания ригелей балочных перекрытий в колоннах предусматривают короткие консоли скошенные под углом α=45. Ширина консоли bc назначается равной ширине колонны а вылет lc - исходя из удобства размещения закладных деталей для крепления ригеля и необходимой длины сварных швов.
Вылет консоли должен быть не менее 13 высоты опорного сечения hc и не более 09 рабочей высоты консоли d.
Определяем минимально допустимую длину площади опирания ригеля из условия прочности бетона на смятие
где – поперечная сила ригеля на опоре;
– ширина поперечного сечения ригеля.
Если расстояние от торца сборного ригеля до грани колонны =50 мм тогда требуемый вылет консоли
Конструктивно принимаем 015 м .
Если принять =095 то требуемую рабочую высоту консоли у грани колонны из условия прочности наклонного сечения по сжатой полосе определяем
Конструктивно принимаем d=0.5 м
Определяем полную высоту консоли у её основания
Нижняя грань консоли у её основания наклонена под углом 45о.
Определяем высоту свободного конца консоли
Подбираем сечение продольной арматуры As консоли по увеличенному на 25% изгибающему моменту в опорном сечении
Стержни располагают у двух боковых граней консоли и приваривают к закладным деталям консоли.
Концы продольной арматуры растянутой зоны односторонней консоли заводят за грань колонны и доводят до противоположной грани колонны.
Поперечные стержни устанавливают у двух боковых граней консоли с шагом не более hc 4 и не более 150 мм.
Определяем площадь сечения отогнутой арматуры по эффективному коэффициенту поперечного армирования:
Принимаем 2 16 мм . Отогнутую арматуру устанавливают у двух боковых граней консоли.
5 Расчет стыка колонн
При выбранных конструкциях и условиях работы колонны наиболее целесообразным является стык с ванной сваркой продольных стержней. Для осуществления этого стыка в торцах стыкуемых звеньев колонн в местах расположения продольных стержней устраивают подрезки (рисунок 5). При четырех стержнях подрезки располагают по углам. Глубина подрезки должна позволять устанавливать инвентарные медные формы для сваривания выпусков продольных стержней колонны.
Продольные стержни выступают в виде выпусков свариваемых в медных съемных формах. После сварки стык замоноличивают бетоном того же класса или ниже на одну ступень класса бетона колонны.
Стык такого типа рассчитывается для стадий: до замоноличивания как шарнирный на постоянные нагрузки и после замоноличивания как жесткий с косвенным армированием на полные нагрузки.
Рассмотрим устройство стыка на втором этаже где действует продольная сила:
– от полных нагрузок
– от длительнодействующих нагрузок
где соответственно нагрузка на колонну в уровне первого и второго этажей.
При расчете стыка до замоноличивания усилие от нагрузки воспринимается бетоном выступа колонны усиленным сетчатым армированием (и арматурными выпусками сваренными ванной сваркой (. Поэтому условие прочности стыка имеет вид
где – коэффициент учитывающий неравномерность распределения напряжений под центрирующей прокладкой;
– площадь смятия принимаемая равной площади центрирующей прокладки или площади распределительного листа если она приваривается при монтаже к распределительному листу и его толщина не менее 13 расстояния от края листа до центрирующей прокладки;
– коэффициент продольного изгиба выпусков арматуры;
– площадь сечения всех выпусков арматуры;
– приведенная призменная прочность бетона.
Размеры сечения подрезки можно принять равными размера стороны поперечного сечения колонны:
Расстояние от грани сечения колонны до оси сеток косвенного армирования в пределах подрезки ; за пределами подрезки
Тогда площадь части сечения ограниченная осями крайних стержней сетки косвенного армирования:
Центрирующую прокладку назначают толщиной 12-20 мм с размерами в плане не более 13 соответствующего размера сечения колонны. Размеры распределительных листов определяют площадь смятия бетона. Для уменьшения расхода стали не следует назначать площадь распределительных листов больше чем половина расчетного сечения стыка. Толщина распределительных листов принимается 15-20 мм.
За площадь смятия принимаем площадь распределительного листа:
Коэффициент учитывающий повышение прочности бетона при смятии:
- коэффициент; для элементов с косвенным армированием
Расчетное сопротивление бетона смятию
Для сеток косвенного армирования применяется арматурная проволока класса S400 при ≤ 6 мм или арматурные стержни классов S240 S400 при =(6-14) мм. Размеры ячеек сеток и шаг сеток должны соответствовать требованиям п.11.2.25 [2]. Минимально допустимый коэффициент косвенного армирования ρ=0.125 (п.5.92 [2]).
Сварные сетки конструируем из проволоки 6 S400 с и . Расчётная длина длинных стержней – 450 см коротких – 180 см.
Коэффициент косвенного армирования
где – соответственно число стержней площадь поперечного сечения
длина стержня сетки в одном направлении;
– то же в другом направлении;
– расстояние между сетками;
Коэффициент эффективности косвенного армирования
Здесь =1.1 т.к. расчёт ведётся в стадии монтажа (переходная расчётная ситуация).
Значение определяемое по формуле 7.150 [2]
Так как менее принимаем к дальнейшим расчетам
Для вычисления усилия определяем радиус инерции арматурного стержня диаметром 40 мм
Расчётная длина выпусков арматуры равна длине выпусков арматуры т.е. .
Определяем гибкость выпусков арматуры:
Коэффициент продольного изгиба арматуры .
Усилие воспринимаемое выпусками арматуры:
Предельная продольная сила воспринимаемая незамоноличенным стыком:
Таким образом прочность колонны в стыке до замоноличивания больше усилий от длительно действующих нагрузок. Проверку прочности в стадии эксплуатации можно не производить т.к. добавится ещё прочность замоноличенного бетона и таким образом прочность стыка колонны будет такой же как и в сечении ствола колонны.
Рисунок 8. – Стык колонн с ванной сваркой выпусков арматуры
В ходе выполнения курсового проекта были запроектированы сборные железобетонные конструкции многоэтажного промышленного здания с неполным каркасом.
Здание запроектировано 5-этажное прямоугольное в плане с размерами в осях 66х21 м. Район строительства – г. Брест. Высота этажа здания 48 м.
В результате сравнения технико-эксплуатационных показателей выбран вариант компоновочной схемы с поперечным расположением ригелей. В этом случае они образуют вместе с колоннами раму с жесткими узлами обеспечивая дополнительную пространственную жесткость каркаса в поперечном направлении. Ригели находящиеся у продольной наружной стены опираются одним концом на эту стену а другим - на консоль колонны. Глубину заделки ригеля в стену примем равной длине кирпича – 250 мм.
Произведен сбор нагрузок на плиту перекрытия в результате чего по каталогу без конструктивного расчета была подобрана ребристая плита перекрытия – ИП5-4.
Собраны нагрузки и произведен статический расчет трехпролетного неразрезного ригеля размером 40х100 см класс бетона С1215 класс продольной арматуры S500. В качестве поперечного армирования принята арматура класса S240 диаметром 7-9 мм.
Проведена проверка ригелей по несущей способности раскрытию трещин и по прогибу; законструирован стык ригелей с консолями колонн.
Собраны нагрузки на колонны; подобрана продольная и поперечная арматура; запроектированы консоли и произведен расчет стыка колонн. Произведены расчеты колонн квадратного сечения 50х50 см.
На основании проведенных расчетов разработана графическая часть курсового проекта.
Таким образом решенные вышеперечисленные задачи отвечают всем требованиям задания и позволяют сделать вывод: цель курсового проекта полностью достигнута.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Железобетонные и каменные конструкции: курсовое проектирование сост.: С.Н. Щур С.Н. Цалко. – Мозырь: МГПУ им. Шамякина 2016. – 76 с.
СНБ 5.03.01-02. Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования. – Взамен СНиП 2.03.01-84*; введ. 01.07.2003. – Мн.: Минстройархитектуры РБ 2003. – 139 с.
СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. – Введ. 01.01.1987. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1986. – 36 с.
ТКП 45-5.01-67-2007 (02250). Фундаменты плитные. Правила проектирования. –
Введ. 01.09.2007. – Мн.: Минстройархитектуры РБ 2008. – 136 с.
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. – Взамен СНиП II-В.3-72; введ. 01.01.1982. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1990. – 96 с.
Железобетонные конструкции. Основы теории расчета и конструирования: учеб. пособие для студентов строительных специальностей; под ред. Т. М. Пецольда и В. В. Тура. – Брест: БГТУ 2003. – 380 с.
Байков В. Н. Железобетонные конструкции: Общий курс В. Н. Байков Э. Е. Сигалов. – М.: Стройиздат 1991. – 767 с.
Попов Н. Н. Проектирование и расчет железобетонных и каменных конструкций Н. Н. Попов А. В. Забегаев. – М.: Высшая школа 1989. – 400 с.

Danik.dwg

Бетон мелкозернистый
Цементно-песчаный раствор М100
Закладная деталь ригеля
Закладная деталь плиты
КП.1-08-01 01-05.ЖБК.904
Проектирование несущих железобетонных
конструкций многоэтажного промышленного
Схема расположения колонн
плит перекрытия на отм. +4800. Разрез
спецификация жб изделия
расхода стали по элементам.
КП 1-08 01 01-05.ЖБК.180.2020
плит перекрытия 1:200
цементно-песчаный раствор М 100
закладная деталь плиты
закладная деталь ригеля
УО МГПУ им. И.П. Шамякина
Спецификация сборных железобетонных изделий
Ведомость расхода стали
Армирование ригеля 1:10
Ригель Р1 (опалубочный чертёж) 1:50
Ригель Р1 (опорно-опалубочный чертёж) 1:50
стержни стыковые 2ø14+2ø14 S500
Мелкозернистый бетон класса С2530
Соединение ригеля с колонной 1:20
Проектирование несущих железобетонных конструкций многоэтажного промышленного здания
Схема расположения колонн ригелей плит перекрытий; разрез; ведомость расхода стали; спецификация сборных железобетонных изделий.
ригелей и плит перекрытия 1:200
Ригель Р 1 (опалубочный чертеж) 1:50
Ригель Р 1 (арматурно-опалубочный чертеж) 1:50
стержни стыковые 2ø25+2ø25 S400
Мелкозернистый бетон класса С3037