Расчетно-графическая работа - Расчет и конструирование основных несущих конструкций промышленного здания

zakaz_Klochko.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет»
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина
Кафедра строительных конструкций и механики грунтов
Расчетно-графическая работа
По дисциплине: «Железобетонные конструкции»
Расчет и конструирование основных несущих конструкций промышленного здания
Студент: Клочко Е.А.
Группа: Ст-470001 ПГС-1
Преподаватель: Редикульцев Е. А.
Исходные данные для проектирования3
Расчет сборной железобетонной круглопустотной плиты.4
1. Расчет круглопустотной плиты перекрытия по предельным состояниям первой группы.6
2. Расчет круглопустотной плиты перекрытия по предельным состояния второй группы.12
3. Расчет прогиба плиты16
1. Исходные данные:19
2. Сбор нагрузок от покрытия19
3. Определение грузовой площади20
4. Расчет действующих усилий с наибольшей продольной силой21
5. Расчет действующих усилий с наибольшим изгибающим моментом23
Расчет монолитного железобетонного перекрытия.26
1. Компоновка монолитного балочного перекрытия.26
2. Сбор нагрузок на перекрытие.28
3. Определение расчетных длин пролетов.28
4. Определение изгибающих моментов.29
5. Армирование плиты30
6. Расчет главной балки.33
6.1. Определение нагрузок на балку33
6.2. Расчет усилий в главной балке35
6.3. Армирование в главной балке40
6.4. Расчет хомутов обрамляющих второстепенные балки45
Расчет хомутов обрамляющих второстепенные балки выполняют по формуле:45
7. Конструирование арматуры. Построение эпюры материалов.48
Расчет кирпичного простенка.51
Библиографический список57
Исходные данные для проектирования
Расстояние между осями в продольном направлении (направление второстепенных балок) 72 х 5 м.
Расстояние между осями в поперечном направлении (направление главных балок) 60 + 60 м.
Нормативное значение временной нагрузки на перекрытия 8 кПа.
Тип плит междуэтажного перекрытия П-220.
Класс бетона сборной жб плиты В30.
Класс арматуры сборной жб плиты А800.
Нормативное значение снеговой нагрузки 07 кПа.
Количество этажей 6.
Класс бетона сборной жб колонны В30.
Класс арматуры сборной жб колонны А400.
Класс бетона монолитной жб плиты перекрытия В25.
Класс арматуры монолитной жб плиты перекрытия А500.
Класс продольной арматуры монолитной жб балки А400.
Класс поперечной арматуры монолитной жб балки А240.
Расчет сборной железобетонной круглопустотной плиты.
Рис.1.1. Схема раскладки плит перекрытия.
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка кНм2
Расчетная нагрузка кНм2
Жб пустотная плита перекрытия
Итого постоянная нагрузка g
Итого временная нагрузка v
Полная нагрузка g + v
Определим расчетный пролет плиты:
Рис. 1.2. Опирание плиты
Рис. 1.3. Расчетный пролет плиты
Усилия от нагрузок на 1 м длины панели шириной 15 м (коэффициент надежности по назначению n=1):
Находим усилия от полной расчетной нагрузки:
Находим усилия от полной нормативной нагрузки:
1. Расчет круглопустотной плиты перекрытия по предельным состояниям первой группы.
Рис.1.4. Фактическое сечение плиты перекрытия.
1.1. Расчет по прочности нормального сечения при действии изгибающего момента
Поперечное конструктивное сечение плиты заменяется эквивалентным двутавровым сечением (рис.1.5).
Рабочая высота сечения:
где - высота сечения многопустотной плиты;
Круглое очертание пустот заменим эквивалентным квадратным со стороной
Толщина полки двутаврового сечения:
Ширина нижней полки:
Ширина верхней полки:
где n – число пустот.
Ширина свеса полки:
Рис.1.5. Расчетное сечение плиты перекрытия.
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 изгибающий момент в середине пролета от полной нагрузки;
момент внутренних сил в нормальном сечении плиты при котором нейтральная ось проходит по нижней грани с полки;
расчетное сопротивление бетона сжатию. Для бетона В30 ;
Если это условие выполняется граница сжатой зоны проходит в полке и площадь растянутой арматуры определяется как для прямоугольного сечения шириной равной .
Условие выполняется т. е. расчет ведем как для прямоугольного сечения.
Определяем относительную величину изгибающего момента:
Определяем относительную высоту сжатой зоны бетона:
относительная высота сжатой зоны бетона; должно выполняться условие где - граничная относительная высота сжатой зоны. Значение определяется по формуле:
где – относительная деформация арматуры растянутой зоны вызванная внешней нагрузкой при достижении в этой арматуре напряжения равного ;
– относительная деформация сжатого бетона при напряжениях равных принимаемая равной 00035.
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 определяют для арматуры классов А600-А1000 при механическом способе по формуле:
где предварительное натяжение арматуры без потерь 720 Мпа.
Потери от температурного перепада t определяемого как разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства воспринимающего усилия натяжения при нагреве бетона принимают равными:
При отсутствии точных данных по температурному перепаду допускается принимать
Потери от деформации стальной формы (упоров) при неодновременном натяжении арматуры на форму определяют по формуле:
где число стержней натягиваемых одновременно;
сближение упоров по линии действия усилия натяжения арматуры определяемое из расчета деформации формы;
расстояние между наружными гранями упоров.
При отсутствии данных о конструкции формы и технологии изготовления допускается принимать
Потери от деформации анкеров натяжных устройств при натяжении арматуры на упоры определяют по формуле:
где обжатие анкеров или смещение стержня в зажимах анкеров;
При отсутствии данных допускается принимать
Потери от усадки бетона при натяжении арматуры на упоры определяют по формуле:
– деформации усадки бетона значения которых можно принимать в зависимости от класса бетона равными:
0020 – для бетона классов В35 и ниже;
0025 – для бетона класса В40;
0030 – для бетона классов В45 и выше;
Потери от ползучести бетона определяются по формуле:
где коэффициент ползучести бетона определяемый согласно п.6.1.16[2]. Принимаем
напряжение в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой j – ой группы стержней напрягаемой арматуры;
расстояние между центрами тяжести сечения рассматриваемой группы стержней напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения элемента
площадь приведенного сечения элемента и ее момент инерции относительно центра тяжести приведенного сечения;
коэффициент армирования:
где площади поперечного сечения элемента и рассматриваемой группы стержней напрягаемой арматуры соответственно.
Напряжения определяют по правилам расчета упругих материалов принимая приведенное сечение элемента включающее площадь сечения бетона и площадь сечения всей продольной арматуры (напрягаемой и ненапрягаемой) с коэффициентом приведения арматуры к бетону согласно п. 9.1.11.
Напряжения в бетоне определяют по формуле:
где усилие предварительного обжатия с учетом только первых потерь;
эксцентриситет усилия относительно центра тяжести приведенного сечения;
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 100МПа (п. 9.1.10[2]).
Для арматуры с условным пределом текучести значение определяется по формуле:
где – предварительное напряжение в арматуре с учетом всех потерь и коэффициентом
Предварительное напряжение арматуры принимают не более 09 для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры (А800) и не более 08для холоднодеформированной арматуры и арматурных канатов (9.1.1[2]).
. Следовательно элемент не переармирован сечения бетона достаточно.
Если соблюдается условие расчетное сопротивление напрягаемой арматуры допускается умножать на коэффициент условий работы 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 516 А800; Аsp = 1005 см2.
Напрягаемые стержни должны располагаться симметрично и расстояние между ними должно быть не более 400 мм и не более 15h при h> 150 мм.
1.2 Расчет по прочности при действии поперечной силы
Поперечная сила от полной нагрузки Q = 7465 кН
Расчет предварительно напряженных элементов по сжатой бетонной полосе между наклонными сечениями производят из условия:
где коэффициент принимаемый равным 03;
коэффициент принимаемый равным 09;
b – ширина ребра b = 459 см.
Расчет предварительно напряженных изгибаемых элементов по наклонному сечению производят из условия:
Q – поперечная сила в наклонном сечении
- поперечная сила воспринимаемая бетоном в наклонном сечении;
- поперечная сила воспринимаемая поперечной арматурой в наклонном сечении.
где – коэффициент принимаемый 15;
– расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;
наиболее опасная длина наклонного сечения
принимается не более и не менее
Действующая в сечении поперечная сила:
Условие выполняется. Установка поперечной арматуры не требуется.
1.3 Расчет в стадии предварительного обжатия
Принимаем расстояние до монтажной петли
Длина зоны передачи предварительного напряжения на бетон (п.9.1.12 [1]):
где предварительное напряжение в напрягаемой арматуре с учетом первых потерь:
где коэффициент точности натяжения при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения (п.9.2.6 [1]).
сопротивление сцепления напрягаемой арматуры с бетоном отвечающее передаточной прочности бетона (п.10.3.24 [1]):
гдерасчетное сопротивление бетона осевому растяжению отвечающее передаточной прочности бетона .
По п.6.1.6 [1] передаточную прочность бетона следует назначать не менее 15 МПа и не менее 50% принятого класса бетона по прочности на сжатие:
Следовательно для класса В15
- коэффициент учитывающий влияние вида поверхности арматуры для горячекатаной и термомеханически обработанной арматуры класса А.
коэффициент учитывающий влияние размера диаметра арматуры для всех типов напрягаемой арматуры.
и площадь и периметр стержня арматуры:
где – погонная нормативная нагрузка от собственного веса плиты.
Рис.1.7. Эпюры изгибающих моментов от собственного веса и изгибающих моментов от усилия предварительного обжатия
Следовательно длина зоны передачи напряжений больше расстояния от торца до точки опоры но меньше расстояния до точки нулевых моментов от собственного веса.
Проверка прочности в стадии предварительного обжатия
По п.9.2.11 [1] расчет производят из условия:
где усилие предварительного обжатия (п.9.2.10 [1]):
расстояние от точки приложения продольной силы с учетом влияния изгибающего момента от внешней нагрузки действующей в стадии изготовления (собственная масса элемента) до центра тяжести сечения ненапрягаемой арматуры растянутой или наименее сжатой (при полностью сжатом сечении элемента) от этих усилий:
расчетное сопротивление бетона сжатию принимаемое как для класса бетона по прочности на сжатие численно равного передаточной прочности бетона. Для класса В15:
Принимаем ненапрягаемую арматуру 2 А400
Относительная высота сжатой зоны:
Граничная относительная высота сжатой зоны (п.8.1.6 [1]):
где - относительная деформация растянутой арматуры при напряжениях равных ((8.2) [1]):
относительная деформация сжатого бетона при напряжениях равных (п.6.1.20 [1]): для бетонов класса по прочности на сжатие В60 и ниже ;
следовательно случай больших эксцентриситетов тогда
Условие прочности выполняется следовательно окончательно принимаем
ненапрягаемую арматуру 2 А400.
2. Расчет круглопустотной плиты перекрытия по предельным состояния второй группы.
Рис.1.6. Расчетное сечение плиты перекрытия.
Определяем геометрические характеристики приведенного сечения:
Площадь приведенного сечения:
Площадь сечения бетона А = 1854 см2
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 на образование трещин
Расчет предварительно напряженных изгибаемых элементов по раскрытию трещин производят в тех случаях когда соблюдается условие:
- изгибающий момент от внешней нагрузки (нормативной);
- изгибающий момент воспринимаемый нормальным сечением элемента при образовании трещин и равный:
упругопластический момент сопротивления приведенного сечения для крайнего растянутого волокна:
расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельных состояний II группы
усилие предварительного обжатия с учетом потерь предварительного напряжения в арматуре соответствующих рассматриваемой стадии работы элемента:
расстояние от точки приложения усилия предварительного обжатия до ядровой точки наиболее удаленной от растянутой зоны;
то же до центра тяжести приведенного сечения;
расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки;
Так как изгибающий момент от полной нормативной нагрузки больше чем то в растянутой зоне от эксплуатационных нагрузок образуются трещины. Следует провести расчет на раскрытие трещин.
Расчет ширины раскрытия трещин
Значение напряженийв растянутой арматуре изгибаемых предварительно напряженных элементов от внешней нагрузки определяют по формуле:
где внешняя продольная сила равная усилию предварительного обжатия;
изгибающий момент от внешней нагрузки;
расстояние от центра тяжести арматуры расположенной в растянутой зоне сечения до точки приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне элемента.
расстояние от центра тяжести той же арматуры до точки приложения внешней продольной силы
Для элементов прямоугольного таврового (с полкой в сжатой зоне) и двутаврового поперечного сечения допускается значениепринимать равным
Напряжение не должны превышать
Согласно пункту 8.2.15 ширину раскрытия нормальных трещин определяют по формуле:
где напряжение в продольной растянутой арматуре в нормальном сечении с трещиной от соответствующей внешней нагрузки;
базовое (без учета влияния вида поверхности арматуры) расстояние между смежными нормальными трещинами определяемое согласно 8.2.17;
и применяют не менее 10 и 10 см и не более и 40 см.
где площадь растянутого бетона;
площадь сечения растянутой арматуры;
номинальный диаметр арматуры.
Рис.1.7. Площадь растянутого бетона.
коэффициент учитывающий неравномерное распределение относительных деформаций растянутой арматуры между трещинами; допускается принимать коэффициент; если при этом условие (8.118) не удовлетворяется то значениеследует определять по формуле (8.138);
коэффициент учитывающий продолжительность действия нагрузки принимаемый равным:
- при непродолжительном действии нагрузки;
- при продолжительном действии нагрузки;
коэффициент учитывающий профиль продольной арматуры принимаемый равным 05 - для арматуры периодического профиля и канатной;
коэффициент учитывающий характер нагружения принимаемый равным 10 - для элементов изгибаемых и внецентренно сжатых;
Расчет по раскрытию трещин производят из условия:
где ширина раскрытия трещин от действия внешней нагрузки;
предельно допустимая ширина раскрытия трещин.
Для арматуры класса А800:
при продолжительном раскрытии трещин;
при непродолжительном раскрытии трещин.
Следовательно проверка по раскрытию трещин не пройдена тогда требуется повысить класс бетона.
3. Расчет прогиба плиты
Расчет изгибаемых элементов по прогибам производят из условия:
прогиб элемента от действия внешней нагрузки;
значение предельно допустимого прогиба.
При действии постоянных длительный и кратковременных нагрузок
прогиб балок или плит во всех случаях не должен превышать 1200 пролета
Для свободно опертой балки максимальный прогиб определяют по формуле:
где S – коэффициент зависящий от расчетной схемы и вида нагрузки;
S=548 (при действии равномерно распределенной нагрузки);
полная кривизна в сечении с наибольшим моментом от нагрузки при которой определяется прогиб.
Полную кривизну изгибаемых элементов определяют для участков с трещинами в растянутой зоне по формуле:
где кривизна от непродолжительного действия кратковременных нагрузок;
кривизна от непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;
кривизна от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок.
Кривизну элемента на участие без трещин определяют по формуле:
где М – изгибающий момент от внешней нагрузки или момент усилия предварительного обжатия относительно оси проходящей через центр тяжести приведенного сечения;
изгибная жесткость приведенного поперечного сечения элемента определяемая по формуле:
где момент инерции приведенного сечения;
модуль деформации сжатого бетона определяемый по формуле:
При продолжительном действии нагрузки:
где – начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении.
– коэффициент ползучести бетона принимается по таблице.
При непродолжительном действии нагрузки
Кривизна от непродолжительного действия кратковременных нагрузок:
где изгибающий момент от непродолжительного действия кратковременных нагрузок.
Кривизна от непродолжительного действия постоянных и временных нагрузок:
где изгибающий момент от непродолжительного действия постоянных и временных нагрузок.
Кривизна от продолжительного действия постоянных и временных нагрузок:
Максимальный прогиб:
Так как можно выгиб в стадии изготовления не учитывать.
- Расчет проводим для средней колонны 1 этажа.
- Сечение колонны принимаем размером 40х40 см.
- Количество этажей: .
- Принимаем расстояние от края до растянутой арматуры
- Материал колонны – бетон В30. Расчетное сопротивление при сжатии
- Арматура колонны - А400. Расчетное сопротивление
2. Сбор нагрузок от покрытия
Нагрузку на междуэтажное перекрытие принимаем из расчета плиты перекрытия.
Нагрузка на 1 м2 покрытия
Нормативная нагрузка кПа
Коэффициент надежности по нагрузке γf
Расчетная нагрузка кПа
Гидроизоляционный ковер (3 слоя)
Армированная цементно-песчаная стяжка
Полная нагрузка (groof+S)
3. Определение грузовой площади
Рис.2.1. Схема расположения колонн и ригелей.
Рис.2.2. Определение грузовой площади.
В соответствии с рисунком вычисляем значение грузовой площади:
Определение усилий в колонне
Возможны два варианта расположения временной нагрузки. Первый вариант (с наибольшей продольной силой) – временной нагрузкой загружены перекрытия всех этажей и покрытие и эта нагрузка передается всеми ригелями. Второй вариант (с наибольшим изгибающим моментом) – временная нагрузка расположена как по первому варианту за исключением перекрытия над первым этажом где она имеется только на одном из ригелей примыкающих к колонне. Второй ригель временной нагрузкой не загружен.
4. Расчет действующих усилий с наибольшей продольной силой
Постоянная нагрузка на колонну от перекрытия типового этажа:
Временная нагрузка на колонну от перекрытия типового этажа:
Нагрузку на колонну от покрытия:
Нагрузка от собственного веса колонны одного этажа:
Сумма всех нагрузок приложенных выше перекрытия первого этажа:
Определяем эксцентриситеты:
Продольная сила от вышестоящих колонн приложена к колонне первого этажа со случайным эксцентриситетом . Значение определяется исходя из:
где – высота колонны см;
– высота сечения колонны см.
Следовательно значение случайного эксцентриситета принимаем равным:
Нагрузка передаваемая перекрытием над первым этажом приложена с эксцентриситетом определяемым по формуле:
где Np – разность величин опорных реакций ригелей опирающихся на колонну в перекрытии над первым этажом;
N1 – сумма этих реакций;
а – расстояние от оси колонны до центра площадки опирания ригеля.
Полный эксцентриситет для расчета в плоскости ригелей будет равен:
где N – сумма всех нагрузок приложенных выше перекрытия первого этажа.
Для арматуры А400 найдем значение граничной относительной высоты сжатой зоны:
α = 085 для тяжелого бетона;
= 340 МПа = 500 МПа.
Вычисляем коэффициент
тогда требуемое количество симметричной арматуры вычисляем по второму случаю ():
При принимают конструктивно по минимальному проценту армирования.
Принимаем арматуру класса А400 420 = 1257 см2.
где площадь сечения колонны равная: см2.
Диаметр поперечной арматуры принимаем 6 А400 (из условия сварки с продольной арматурой). Шаг поперечных стержней s = 300 мм что удовлетворяет конструктивным требованиям:
5. Расчет действующих усилий с наибольшим изгибающим моментом
а – расстояние от оси колонны до центра площадки опирания ригеля
Рис.2.3. Армирование колонны.
Расчет монолитного железобетонного перекрытия.
Класс бетона монолитной железобетонной плиты перекрытия: В25.
Класс арматуры монолитной железобетонной плиты перекрытия: А500.
Класс продольной арматуры монолитной железобетонной балки: А400.
Класс поперечной арматуры монолитной железобетонной балки: А240.
1. Компоновка монолитного балочного перекрытия.
Монолитные ребристые перекрытия состоят из плит второстепенных и главных балок которые бетонируются вместе и представляют собой единую конструкцию. Плита опирается на второстепенные балки а второстепенные – на главные опорами которых служат колонны и стены.
Назначаем толщину плиты:
где пролет плиты между осями второстепенных балок
Назначаем размеры главной балки:
где: пролет главной балки
Назначаем размеры второстепенной балки:
где: пролет второстепенной балки
Глубина заделки плиты в стену – 120 мм главной балки – 380 мм второстепенной – 250 мм.
Привязка разбивочных осей по периметру здания – 200 мм от внутренней грани кирпичной стены.
Рис.3.1. Конструктивная схема монолитного ребристого перекрытия
Б1 – главная балка Б2 –второстепенная балка
2. Сбор нагрузок на перекрытие.
Рулонная гидроизоляция 1 слой
Длительная (нагрузка на перекрытия)
Кратковременная (снеговая)
3. Определение расчетных длин пролетов.
Для расчета плиты на плане перекрытия условно выделяют полосу шириной 1 м и рассчитывают ее как многопролетную неразрезную балку.
Рис.3.3. Схема для определения расчетной длины монолитной железобетонной плиты
Расчетную длину крайнего пролета плиты принимаем равным расстоянию от оси опоры на стене до грани ребра:
где пролет плиты в осях второстепенных балок;
ширина второстепенной балки;
привязка кирпичной стены от внутренней грани;
глубина заделки плиты в стену.
Расчетную длину среднего пролета монолитной плиты принимают равной расстоянию в свету между боковыми гранями второстепенных балок:
4. Определение изгибающих моментов.
На плиту действует равномерно-распределённая нагрузка от собственного веса перекрытия и полезная нагрузка. Для расчета условно выделяют полосу шириной b = 1 м.
Полная погонная нагрузка на железобетонную плиту перекрытия:
где ширина расчетной полосы плиты;
коэффициент надежности по назначению.
Изгибающие моменты в неразрезных балочных плитах определяем с учетом перераспределения моментов.
В первом пролете и на первой промежуточной опоре:
В средних пролетах и на средних опорах:
Рис.3.4. Расчетная схема плиты и эпюра моментов
При больших полезных нагрузках () нужно проверять прочность плиты на отрицательный момент в средних пролетах при невыгодном расположении временной нагрузки по формуле:
Поскольку то проверка прочности плиты на отрицательный момент в середине пролета при невыгодном расположении временной нагрузки не требуется.
5. Армирование плиты
Армирование плиты производим рулонными сетками с продольной рабочей арматурой. При конструировании плиты вначале подбираем рулонные сетки для средних пролетов. В крайних пролетах устанавливаем дополнительные сетки при этом суммарная площадь арматуры двух сеток должна быть не менее общей площади арматуры полученной по расчету.
Требуемая площадь продольной арматуры для средних пролетов шириной 1 м:
где изгибающий момент в среднем пролете плиты (М=Мnp2)
расчетное сопротивление арматуры осевому растяжению
Rs = 435 МПа = 415000 кНм2 (табл. 6.14 СП 63.13330.2012);
рабочая высота сечения бетона
защитный слой бетона (п 10.3 СП 63.13330.2012)
Принимаем сетку рулонную типа 4С шириной 1050 мм с продольными стержнями (рабочая арматура) из проволоки класса А500 диаметром 6 мм шагом 200 мм и выпусками продольных стержней 25 мм поперечными стержнями (распределительная арматура) из проволоки класса А500 диаметром 3 мм шагом 350 мм и выпусками поперечных стержней – 25 мм (ГОСТ 23279-2012)
Коэффициент армирования продольной арматуры определяют по формуле:
Оптимальный процент армирования для балочных плит
Для крайних пролетов подбирается дополнительная сетка которая укладывается на основную.
Требуемая площадь дополнительной сетки определяется как:
где требуемая суммарная площадь арматуры в крайнем пролете;
где – фактическая площадь арматуры подобранной сетки в среднем пролете плиты.
Принимаем сетку рулонную типа 4С шириной 2500 мм с продольными стержнями (рабочая арматура) из проволоки класса А500 диаметром 4 мм шагом 200 мм и выпусками продольных стержней 25 мм поперечными стержнями (распределительная арматура) из проволоки класса А500 диаметром 3 мм шагом 400 мм и выпусками поперечных стержней – 25 мм (ГОСТ 23279-2012) :
Рис.3.5. Схема армирования монолитного перекрытия сварными сетками
Рис.3.6. Армирование плиты рулонными сетками
6. Расчет главной балки.
6.1. Определение нагрузок на балку
Главную балку рассчитываем как многопролетную неразрезную железобетонную конструкцию таврового сечения нагруженную сосредоточенными силами Р (от постоянной нагрузки) и V (от временной нагрузки) в виде реакций от второстепенных балок. Число второстепенных балок принимаем не более трех в каждом пролете. За расчетный пролет главной балки принимаем пролет в осях.
Определяем грузовую площадь:
где грузовая площадь для определения сосредоточенных сил;
пролет второстепенной балки в осях;
пролет плиты в осях второстепенных балок.
Определяем сосредоточенную силу от собственного веса плиты от собственного веса второстепенной балки и собственного веса главной балки:
где расчетная постоянная нагрузка от собственного веса плиты;
высота ширина длина главной балки соответственно;
высота ширина длина второстепенной балки соответственно;
= 25 кНм3 – удельный вес железобетона;
– коэффициент надежности по нагрузке;
– коэффициент надежности по назначению;
Определяем сосредоточенную силу от временной нагрузки:
где – расчетная временная нагрузка.
Рис.3.7. Расчетная схема главной балки
6.2. Расчет усилий в главной балке
Рис.3.8. Опасные сечения главной балки
Строим эпюру изгибающих моментов от действия постоянной нагрузки во всех пролетах балки.
Эпюра А. От действия P в обоих пролетах балки.
Эпюру второго пролета отражаем зеркально в силу симметрии схемы.
Эпюра Б. От действия V в левом пролете.
Эпюра В. От действия V в обоих пролетах.
Эпюру второго пролета отражаем зеркально в силу симметрии схемы.
Эпюра Г. От действия V в правом пролете.
Отражаем зеркально от эпюры Б.
Рис.3.9. Эпюры изгибающих моментов от действия постоянных и временных нагрузок
Зеркально эпюре А+Б в силу того что эпюра А симметрична сама по себе а эпюра Г симметрична эпюре Б.
Из всех возможных вариантов действия временных нагрузок выбирают такие при которых в опасных сечениях возникают наибольшие изгибающие моменты. Так в эпюре А+В на центральной опоре возникает изгибающий момент больший моментов в других сечениях балки.
Построим дополнительную эпюру обратного знака Д.
Для дополнительной эпюры вводится ограничение состоящее в том что наибольшая величина ординаты моментов на опоре не должна превышать 30% от уменьшаемой ординаты эпюры моментов.
Строим исправленную эпюру А+В (т. е. эпюру А+В+Д).
По эпюрам моментов не подвергаемым дальнейшим исправлениям построим эпюру огибающих моментов состоящую из эпюр А+Б А+Г и А+В+Д.
По огибающей эпюре моментов построим огибающую эпюру поперечных сил.
Величина поперечной силы в сечении 1:
Рис.3.10. Суммарные эпюры изгибающих моментов от действия постоянных и временных нагрузок
Рис.3.11. Дополнительная и огибающая эпюры изгибающих моментов и огибающая эпюра поперечных сил
6.3. Армирование в главной балке
Подбираем продольную арматуру в крайнем пролете учитывая плиту как полку таврового сечения. Ширина свеса полки расчетного сечения в каждую сторону от ребра должна быть:
Предварительно назначаем рабочую высоту сечения:
где защитный слой арматуры.
Расчет продольной арматуры в пролетном сечении:
Определим требуемую площадь арматуры в пролетном сечении:
где изгибающий момент в пролетном сечении главной балки принимается максимальный пролетный момент с огибающей эпюры моментов 47872 кНм;
расчетное сопротивление арматуры осевому растяжению в зависимости от класса арматуры (определяется по табл.6.14 СП 63.13330.2012) кНм2
рабочая высота сечения бетона:
высота сечения главной балки ;
защитный слой бетона принимаемый не менее 20 мм и не менее диаметра стержней рабочей арматуры (п.10.3 СП 63.13330.2012).
Принимаем арматуру 820 А400 по ГОСТ 5781-82 фактическая площадь поперечного сечения арматуры
Расположение рабочих продольных стержней будет в 2 ряда. Минимальное расстояние между стержнями расположенных в два ряда по вертикали должно быть не менее или не менее 20 мм.
Оптимальный коэффициент армирования пролетного сечения главной балки
Высоту сжатой зоны бетона определяют по формуле:
где кНм2 – расчетное сопротивление арматуры осевому растяжению;
кНм2 – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;
ширина полки тавровой балки с учетом свесов (800 мм).
Длина свеса полки назначается в соответствии с п.8.1.11 СП 63.13330.2012.
Расчет продольной арматуры в опорном сечении
Высоту сжатой зоны бетона рассчитывают по формуле:
Относительная высота сжатой зоны бетона:
Для проверки условия найдем граничную относительную высоту сжатой зоны:
Так как то элемент не переармирован сечения бетона достаточно. Арматура в сжатой зоне не требуется. Дальнейший расчет выполнен как для сечения с одиночной арматурой в растянутой зоне.
Определим требуемую площадь арматуры в сечении у опоры:
где – требуемая площадь продольной арматуры в сечении у опоры главной балки;
– изгибающий момент на опоре главной балки по грани колонны рассчитываемый по формуле:
где изгибающий момент по оси колонны;
поперечная сила по оси колонны;
ширина сечения колонны;
плечо внутренней пары сил на опоре главной балки
где рабочая высота сечения
высота сжатой зоны бетона.
Расчет поперечной арматуры
С целью экономии арматуры в балках армированных вязаным каркасом стержни пролетной арматуры отгибаются на опоры а в местах примыкания второстепенной балки к главной балке устраивают хомуты воспринимающие сосредоточенную силу приложенную в пределах высоты сечения главной балки.
Для расчета хомутов и отогнутых стержней определим прочность главной балки по наклонному сечению
где Q – поперечная сила в наклонном сечении определяемая от всех внешних сил;
поперечная сила воспринимаемая бетоном в наклонном сечении
поперечная сила воспринимаемая хомутами в наклонном сечении;
поперечная сила воспринимаемая отгибами в наклонном сечении. Угол наклона отгибов к продольной оси балки рекомендуется принимать в пределах (принято ).
Поперечная сила воспринимаемая хомутами в наклонном сечении:
Для того чтобы определить требуемую площадь поперечного сечения хомутов необходимо задать шаг этих хомутов исходя из конструктивных требований.
Диаметр хомутов в вязаных каркасах должен быть не менее 6 мм при Шаг поперечных стержней назначается не более 0 и не более 300 мм (п.10.3.13 СП 63.13330.2012). Рекомендуется чтобы каждый хомут в одном ряду охватывал не более пяти растянутых стрежней и не более трех сжатых стержней.
Первоначально задаем для хомутов:
Тогда площадь поперечного сечения хомутов в одной плоскости:
Усилие в поперченной арматуре на единицу длины проекции наклонного сечения определим по формуле:
где погонное усилие в поперечных стержнях отнесенное к единице длины элемента:
где расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению
площадь поперечного сечения хомутов ;
проекция наклонной трещины на горизонтальную ось определяется по методике НИИЖБ = 1 м (см. ниже).
По зависимости Немировского:
где – коэффициент принимаемый равным 15;
кНм2 – расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;
ширина сечения балки;
полезная высота сечения балки;
длина проекции наиболее опасного наклонного сечения на продольную ось элемента (пролет среза).
проекция наклонной трещины на продольную ось.
Наименьшая несущая способность наклонного сечения определяется из условия :
Условие выполняется следовательно принимаем
Поперечная сила воспринимаемая бетоном в наклонном сечении:
Поперечная сила воспринимаемая отогнутыми стержнями:
Изначально задаем количество отгибов в сечении исходя из следующих требований: в балках с шириной сечения более 400 мм отгибать менее двух стержней в каждой плоскости не допускается. Отгибы стержней следует располагать симметрично относительно вертикальной оси сечения балки.
площадь поперечного сечения принятых двух отгибов (220 А400) в одной плоскости ;
Прочность главной балки по наклонному сечению обеспечена.
6.4. Расчет хомутов обрамляющих второстепенные балки
Расчет хомутов обрамляющих второстепенные балки выполняют по формуле:
где отрывающая сила:
расстояние от уровня расположения силы до центра тяжести сечения продольной арматуры ;
усилие в хомутах по длине зоны отрыва;
где ширина нижней грани второстепенной балки.
- усилие в хомутах из 48 в одном срезе с площадью сечения см²
n = 4 – число хомутов в зоне отрыва.
Прочность хомутов по линии отрыва второстепенной балки обеспечена.
Рис.3.12. Схема для расчета на отрыв
Рис.3.13. Схема армирования для главной балки
7. Конструирование арматуры. Построение эпюры материалов.
Конструирование арматуры главной балки определение мест обрывов и начала отгибов стержней рабочей арматуры начинают с составления эпюры материалов.
Для этого на огибающей эпюре моментов в том же масштабе в котором она построена наносят горизонтальные полосы каждая из которых в отдельности представляет собой момент воспринимаемый одним стержнем арматуры соответствующего диаметра.
Высота каждой полосы определяется по формуле:
где изгибающий момент воспринимаемый стержнем арматуры с поперечным сечением ;
полезная высота сечения.
Сумма высот всех полос в выбранном масштабе моментов изображает теоретическую величину несущей способности главной балки на опоре и в пролете. Огибающая эпюра моментов включает расчетную величину моментов по которой подбирают сечение рабочей арматуры в пролетах и на опорах.
Требуемую расчетную длину анкеровки арматуры с учетом
конструктивного решения элемента определяют по формуле п.10.3.25 СП
площади поперечного сечения арматуры требуемая по расчету и фактически установленная соответственно;
см2 (для пролетного сечения)
см2 (для опорного сечения)
см2 (для пролетного и опорного сечений)
коэффициент учитывающий влияние на длину анкеровки
напряженного состояния бетона и арматуры и конструктивного решения
элемента в зоне анкеровки (для ненапрягаемой арматуры при анкеровке
стержней периодического профиля с прямыми концами (прямая анкеровка)
или гладкой арматуры с крюками или петлями без дополнительных
анкерующих устройств для растянутых стержней принимаем для
базовая длина анкеровки определяемая по формуле:
где соответственно площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры и периметр его сечения определяемые по номинальному диаметру стержня
расчетное сопротивление арматуры растяжению;
расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном
принимаемое равномерно распределенным по длине зоны анкеровки
которую определяют по формуле:
где расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;
коэффициент учитывающий влияние вида поверхности арматуры принимаемый для ненапрягаемой арматуры:
– для гладкой арматуры
– для холодноформируемой арматуры периодического профиля;
– для горячекатаной и термомеханически обработанной арматуры
периодического профиля;
коэффициент учитывающий влияние размера диаметра арматуры принимаемый для ненапрягаемой арматуры:
– при диаметре арматуры ds ≤ 32 мм;
– при диаметре арматуры 36 и 40 мм.
Таким образом на концах отогнутых стержней должны устраиваться
прямые участки длиной не менее
Несущая способность двух стержней:
Несущая способность четырех стержней:
Несущая способность шести стержней:
Несущая способность восьми стержней:
Рис.3.14. Эпюра материалов
Расчет кирпичного простенка.
Предварительно назначаем:
Расчетное сопротивление сжатию кладки на тяжелых растворах из кирпича при марке раствора М150: .
Определение нагрузок
На простенок первого этажа нагрузка от всех вышележащих этажей включая массу кладки передается центрально а нагрузка от перекрытия первого этажа приложена с эксцентриситетом.
Таким образом простенок следует рассчитывать как внецентренно сжатый стержень имеющий прямоугольное сечение.
Рис.4.1. Определение грузовой площади
Расчётная нагрузка от междуэтажных перекрытий выше первого этажа:
где – количество этажей
– полная нагрузка на монолитное перекрытие;
– коэффициент надежности по назначению
Расчётная нагрузка от перекрытия первого этажа:
Расчётная нагрузка от покрытия:
Расчётная нагрузка от собственного веса стены:
– плотность кирпичной кладки
– толщина кирпичной кладки стены ;
– плотность штукатурки
– толщина штукатурного слоя
– коэффициент надежности по нагрузке по СП 20.13330.2016 для каменных конструкций
– коэфф. надежности по назначению
Нагрузка от всех вышележащих этажей включая массу кладки:
Нагрузка от первого этажа:
Эксцентриситет равнодействующей опорного давления главной балки перекрытия относительно оси простенка равен:
где – толщина кирпичной кладки
– расстояние от точки приложения силы до внутренней грани стены должно приниматься равным 13 глубины заводки балки в стену но не более 70 мм. При величине заводки главной балки в расчетах принимаем
Изгибающий момент в уровне опирания главной балки на стену:
Величина изгибающего момента M в любом сечении по высоте простенка находится из подобия треугольников по эпюре M.
Изгибающий момент в сечении 1-1 (вычисляем пропорцией):
где – расчетная длина простенка принимается равной расстоянию от верха фундамента до низа главной балки ;
– расстояние от низа главной балки до расчетного сечения .
Рис.4.2. Конструктивная схема расчетная схема эпюра изгибающих моментов эпюра продольных сил эпюра коэффициента продольного изгиба.
ПоСП15.13330.2012пункт7.7расчетвнецентренносжатыхнеармированных элементов каменных конструкций следует производить по формуле:
где – площадь сжатой части сечения при прямоугольной эпюре напряжений определяемая из условия что ее центр тяжести совпадает с точкой приложения расчетной продольной силы . Положение границы площади определяется из условия равенства нулю статического момента этой площади относительно ее центра тяжести для прямоугольного сечения:
где – площадь сечения простенка:
– высота сечения в плоскости действия изгибающего момента ;
– эксцентриситет расчетной силы относительно центра тяжести сечения:
где – коэффициент продольного изгиба для всего сечения в плоскости действия изгибающего момента определяемый в зависимости от гибкости элемента и упругой характеристики кладки
Упругая характеристика кладки определяется по таблице 16 СП15.13330.2012:
Определяем интерполяцией по таблице 19 СП15.13330.2012 коэффициент :
– коэффициент продольного изгиба для сжатой части сечения определяемый по фактической высоте элемента в плоскости действия изгибающего момента при отношении:
где – высота сжатой зоны поперечного сечения в плоскости действия изгибающего момента для прямоугольного сечения:
Определяем интерполяцией по таблице 19:
– расчетное сопротивление кладки сжатию ;
– коэффициент определяемый по формуле:
где – расчетная продольная сила от длительных нагрузок;
– коэффициент принимаемый по таблице 21 при проценте продольного армирования 01 и менее и гибкости :
– эксцентриситет от действия длительных нагрузок.
Условие выполняется следовательно прочность обеспечена.
Проверка прочности кирпичной кладки на местное сжатие (смятие) под опорным участком главной балки
По заданию главная балка перекрытия сечением опирается на простенки толщиной Поскольку нагрузка на простенок передающаяся с главной балки превышает 100 кН то требуется обязательная укладка распределительных опорных плит толщиной кратной толщине ряда кладки.
Толщину распределительных плит назначают кратной толщине рядов кладки но не менее 220 мм а длину кратной 12 кирпича но не более 510 мм при толщине наружных стен в 25 кирпича.
Выбираем размеры распределительной плиты при глубине заводки главной балки .
Расчет сечений на смятие при распределении нагрузки на части площади сечения следует производить по формуле:
где – продольная сжимающая сила от местной нагрузки:
– расчетное сопротивление кладки на смятие определяемое согласно:
где – расчетная площадь сечения ввиду того что шаг главных балок превышает удвоенную толщину простенка расчетная площадь сечения вычисляется:
– площадь смятия (под плитой):
– коэффициент зависящий от материала кладки и места приложения нагрузки
– коэффициент вычисляемый по формуле для кирпичной и виброкирпичной кладки:
где – коэффициент полноты эпюры давления от местной нагрузки. При треугольной эпюре давления
Несущая способность кладки будет равна:
Условие выполняется следовательно прочность кладки на смятие обеспечена.
Рис. 4.3. Распределение напряжений
Библиографический список
Железобетонные и каменные конструкции: Методические указания к выполнению первого курсового проекта Ю.А. Каширский. Екатеринбург: УГТУ-УПИ 2008. 26 с.
Методическое пособие по выполнению расчетно-графической работы «Расчет и конструирование монолитного железобетонного перекрытия». Часть 1 В. Х. Куршпель. – Екатеринбург : УрФУ 2018. — 51 с.
Чирков В.П. Левитский В.Е. Железобетонные конструкции многоэтажного промышленного здания. Часть 3 Расчёт прочности простенка несущей каменной стены. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции». - М.: МИИТ 2012 - 24 с.
СП 52-101-2003. «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры». М.: ЦПП 2003. 60 с.
ГОСТ 8478–81 «Сетки сварные для железобетонных конструкций». Технические условия.
ГОСТ 5781–82 «Сталь горячекатанная для армирования железобетонных конструкций». Технические условия.

zakaz_Klochko.dwg

Второстепенные балки
Железобетонная подушка
эпюра изгибающего момента для арматуры по расчету
эпюра изгибающего момента для арматуры по факту
Схема расположения ригелей и колонн
Схема расположения плит перекрытия
Цементно-песчаный раствор
Хомут ø6 А400 шаг 300 мм
Разрез 2-2 (армирование)
Схема монолитного перекрытия
Схема армирования монолитного перекрытия
Д.ИСА.00000.470001.000.РГР.2020
Многоэтажное промышленное здание с железобетонным каркасом
Сборное железобетонное перекрытие
Схема расположения колонн
Монолитное железобетонное перекрытие
Схема армирования главной балки