Проектирование элементов сборного балочного железобетонного перекрытия многоэтажного здания

ЖБК ПЗ КП№1.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Факультет: вечерне-заочного обучения
Кафедра: Промышленное и гражданское строительство
Расчетно-пояснительная записка
к курсовой работе по железобетонным
и каменным конструкциям на тему:
«Проектирование элементов сборного балочного
железобетонного перекрытия многоэтажного здания»
Руководитель проекта:
доцент Климушин П.И.
КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ БАЛОЧНОГО СБОРНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ3
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ РЕБРИСТОЙ ПАНЕЛИ4
1.Определение расчетного пролета панели и сбор нагрузки на неё.4
2. Определение расчетных и нормативных усилий5
3. Принятие расчетных данных для подбора сечений панели6
4. Определение высоты сечения панели6
5. Расчет прочности панели по нормальному сечению.7
6. Расчет прочности панели по наклонному сечению8
7. Расчет верхней полки на местный изгиб в поперечном направлении9
8.Определение прогибов ребристой панели10
9. Расчет панели по раскрытию трещин нормальных и продольной12
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕРАЗРЕЗНОГО РИГЕЛЯ13
1 Определение изгибающих моментов и поперечных сил13
2 Принятые расчетных данных для подбора сечений.16
3 Подбор сечений продольной арматуры по М.17
4 Расчет ригеля по наклонному сечению на Q19
5 Построение эпюры материалов (арматуры) и определение места обрыва продольных стержней.20
6 Расчет стыка ригеля с колонной24
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УСЛОВНО ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТОЙ КОЛОННЫ26
КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ БАЛОЧНОГО СБОРНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ
Балочное сборное перекрытие образуется из панелей укладываемых на ригели (балки) которые в свою очередь опираются на колонны и стены. Размеры перекрытия в плане и сетка колонн в здании приводятся в задании.
Компоновка конструктивной схемы перекрытия заключается в выборе направления ригелей установлении размера пролета ригелей типа и размеров панелей перекрытия в зависимости от величины нагрузки назначения здания технико-экономических показателей конструкции перекрытия.
При проектировании обычно разрабатываются несколько вариантов конструктивных схем перекрытий и на основании сравнения выбирают наиболее экономичный вариант. Ввиду ограниченности времени разработку нескольких вариантов схем не даем а ограничиваемся только изучением материала учебника и на основе этого обосновываем конструктивную схему перекрытия.
Во избежание утяжеления надоконных перемычек (в продольных стенах здания предусматриваются широкие оконные проемы) принимается поперечное расположение ригелей. Для уменьшения расхода материалов панели перекрытия проектируем облегченными - ребристыми. Наибольший вес сборных элементов устанавливается 3т.
Номинальную ширину панелей принимаем 1400мм кратной модулю 200мм а конструктивная ширина панели меньше номинальной на 10мм. Номинальная длина панели задается в задании (64м) и она не совпадает со стандартной. Конструктивная длина панели меньше номинальной на 30мм.
Железобетонные ригели (балки) принимаем прямоугольного сечения: высота сечения составляет пролета а ширина сечения – 03-04 высоты сечения. Продольные и торцевые кирпичные стены имеют привязку к разбивочной оси 200мм глубину заделки ригелей в стену принимаем 380мм и соответственно для панелей- 120мм в направлении их длины.
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ РЕБРИСТОЙ ПАНЕЛИ
1.Определение расчетного пролета панели и сбор нагрузки
Предварительно задаемся размерами сечения ригеля
Расчетный пролет панели при опирании ее на ригель будет равен:
Ребристую панель принимаем длиной шириной с полкой толщиной (рис.1).
Производим сбор нагрузок на перекрытия (табл.1).
Сбор нагрузок на 1м2 перекрытия
Нормативная нагрузка в
Коэффициент надежности по нагрузке
Собственный вес панели
Рис 1. Конструктивная схема панели
Расчетная нагрузка на 1м пог. панели:
Нормативная нагрузка на 1м пог. панели для расчета прогибов:
- длительно действующая (вся постоянная и часть временной):
- полная нормативная:
2. Определение расчетных и нормативных усилий
Панель рассматривается как однопролётная свободно опертая балка.
Тогда М и Q от расчетной нагрузки будут равны:
Рис.2. Расчётная схема панели
От полной нормативной нагрузки:
От нормативной длительно-действующей нагрузки:
3. Принятие расчетных данных для подбора сечений панели
Принимаем бетон класса В15 (). Арматура сварных каркасов: продольная рабочая из стали класса А-II () поперечная и монтажная из стали класса А-I ( ) сварные сетки верхней полки - из проволоки класса Вр-I ().
4. Определение высоты сечения панели
Исходя из условия прочности и необходимой жесткости высоту сечения панели находим по формуле:
(для ребристых панелей ).
Принимаем высоту панели 35см полезную высоту толщину верхней полки ширину ребер внизу 7см. Суммарная величина ширины ребер сечения с учетом замоноличивания швов между панелями:
Принятое сечение должно удовлетворять условию ограничивающему раскрытие трещин:
условие удовлетворяется.
5. Расчет прочности панели по нормальному сечению
Сечение ребристой панели приводится к тавровому сечению. Чтобы узнать положение нейтральной оси надо проверить условие: если при :
Момент полки > Мвнеш.
то нейтральная ось проходит в пределах толщины полки и тавровое сечение рассчитывается как прямоугольное с размерами (рис.3.)
Рис.3. Расчётное сечение панели
Проверяем это условие:
так как это условие выполняется то нейтральная ось проходит в пределах сжатой верхней полки.
Производим подбор сечения рабочей арматуры:
по таблице III.1 [2] при находим
Принимаем 2 25 А-II c (по одному стержню в ребре).
Находим высоту сжатой зоны сечения: см см действительно нейтральная ось проходит в пределах сжатой зоны полки панели.
Выполняется также условие: ; 0064065 (=065 при В-15 и А-II).
6. Расчет прочности панели по наклонному сечению
Проверяем условие необходимости постановки поперечной арматуры по расчету:
следовательно поперечную арматуру (хомуты) нужно определять по расчету.
Назначаем диаметр хомутов исходя из условия сварки:
Определяем погонное усилие воспринимаемое хомутами:
Находим шаг хомутов по трем условиям:
)из условия работы хомутов и сжатого бетона
) из условия работы только сжатого бетона
) из конструктивных соображений
Окончательно принимаем шаг хомутов равный S =15см на участке от опоры в середине пролёта S =30см.
7. Расчет верхней полки на местный изгиб в поперечном направлении
Расчетный пролет верхней полки:
где 25см - суммарная ширина двух ребер вверху. Расчетная нагрузка на 1м2 верхней полки с учетом ее собственного веса при толщине 5 см (без продольных ребер) будет:
- постоянная 225 кНм2;
- временная 732 кНм2;
- полная q=957 кНм2.
Вследствие частичного защемления продольных ребер плиты (заливка швов бетоном) момент в полке находим как в неразрезной балке шириной 1м (вырезается полоса ширимой 1м поперек панелей) (рис.4.).
Подбор арматуры для верхней полки производим как для прямоугольного сечения шириной b=100см с одиночным армированием:
По таблице III.1 [2] при А0 =011 находим .
Принимаем сварную сетку 25015045 (с поперечной рабочей арматурой) из проволоки класса ВР-I с расчетной площадью поперечных стержней на 1 пог. метр
Рис.4. Расчетная схема верхней полки панели
8.Определение прогибов ребристой панели
Прогибы панели из обычного железобетона определяются во II стадии с учетом трещин в растянутой зоне раздельно от кратковременного и длительного действия нормативных нагрузок.
Полный прогиб панели равен:
где - прогиб от кратковременного действия полной нагрузки (длительной и кратковременной);
-прогиб от кратковременного действия длительной нагрузки;
- прогиб от длительного действия длительной нагрузки.
При этом ребристую панель приводим к эквивалентному тавровому сечению (ширина ребра тавра равна суммарной ширине продольных ребр панели). Расчет прогиба панели производим приближенно предполагая что у панели развитая полка (>; 140см>315см) то можно считать что нейтральная ось проходит через нижнюю грань полки т.е. и тогда
Определяем плечо внутренней пары как для прямоугольного сечения:
Определяем также следуюцие параметры:
Находим жёсткость сечения при кратковременном действии нагрузки при :
Затем определяем прогибы:
Находим жёсткость сечения при длительном действии нагрузки при :
Должно выполняться условие:
Для ребристой панели при
9. Расчет панели по раскрытию трещин нормальных и продольной
Этот расчет ведется от нормативных нагрузок по П стадии. Ширина раскрытия трещин на уровне центра тяжести сечения растянутой арматуры определяем по формуле:
где (для изгиба) (для стержневой арматуры периодического профиля) (при кратковременном действии нагрузки) (при длительном действии нагрузки).
Вначале определяем ширину раскрытия трещин от длительного действия постоянных и длительных нагрузок:
Затем определяем ширину раскрытия трещин от кратковременного действия постоянных и временных нагрузок:
Для определения надо знать
Полная ширина раскрытия трещин:
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕРАЗРЕЗНОГО РИГЕЛЯ
Превращение сборных (однопролетных) элементов ригеля в неразрезную систему производится на монтаже путем сварки закладных деталей и замоноличивание стыков ригеля с колонной. Такой ригель представляет собой элемент рамной конструкции однако при свободном опирании концов ригеля на наружные стены ригель может быть рассчитан как неразрезная балка.
При этом возможен учет пластических деформаций приводящих к перераспределению и выравниванию изгибающих моментов.
Расчетный крайний пролет ригеля равен расстоянию от оси опоры на стене до оси колонны т.е.
а расчетный средний пролет равен расстоянию между осями колонн:
Нагрузка на ригель от ребристых панелей при числе ребер панелей в пролете ригеля более четырех считается равномерно распределенной. Подсчитаем расчетную нагрузку на 1 пог.м ригеля при ширине грузовой полосы перекрытия приходящийся на ригель равной
Постоянная расчетная нагрузка:
- от панелей и пола:
- от собственного веса ригеля:
- суммарная нагрузка:
Временная расчетная нагрузка:
1 Определение изгибающих моментов и поперечных сил
В случае неразрезного ригеля при равных или отличающихся не более чем на 20 % пролетах М и Q определяются по формулам:
Вычислим М и Q для различных схем загружения трех пролетного ригеля постоянной и временной нагрузками приводится в табл. 2 и на рис. 5.
По данным табл. 2 для различных комбинаций нагрузок строим эпюры моментов на ригеле. При этом постоянная нагрузка (схема загружения 1) входит в каждую комбинацию нагрузок.
Комбинации невыгоднейшего загружения
Рис. 5. Эпюра моментов в ригеле от 3-х комбинаций нагрузок
Эта эпюра моментов получена из расчета неразрезной балки по упругой схеме. Теперь выполним перераспределение моментов (учет пластических деформаций) уменьшив значение опорного момента полученного из расчета по упругой схеме на 30% т. е. возьмем (рис.6).
Наибольший выровненный момент составит:
Рис. 6. Эпюра моментов в ригеле с учетом перераспределения усилий
Этим и ограничим перераспределение моментов так как пролетные моменты после перераспределения практически мало изменяются. Практически эпюру М при схемах 1+2 и 1+3 можно взять в качестве выровненной. Затем определим изгибающий момент на грани опоры (колонны) приняв ее сечение см:
2 Принятие расчетных данных для подбора сечений
Принимаем бетон класса В20 (Rb = 115 МПа Rbt = 09 МПа).
- продольная рабочая арматура класса А-III (RS = 365 МПа)
- поперечная – класса А-I (RSW = 175 МПа)
- петли для подъема – сталь класса А-I
- закладные детали – из стали Ст.3.
Высоту сечения ригеля назначаем по опорному моменту задав при этом =035; А0=03 в предложении что на опоре В возникнет пластический шарнир который вызовет перераспределение моментов. Затем полученное сечение проверим по максимальному пролетному моменту.
с учетом унификации принимаем h=70см тогда h0 = h – a = 70 – 6 = 64см.
Проверяем сечение ригеля по максимальному пролетному моменту:
= 055; для В20 А-III - R = 059.
Должно выполняться условие: ≤ R 055 ≤ 059.
Проверяем сечение на поперечную силу:
Q=333300 Н 515200 Н.
Размены сечения ригеля 70х20см принимаем как окончательные и приступаем к подбору сечений арматуры.
3 Подбор сечений продольной арматуры по М
Сечение в I-ом пролете:
Тогда = 055 = 0725 R = 059.
Затем находим расчетную площадь продольной рабочей арматуры:
Принимаем 428 А-III c As=246см2 (см. рис. 7)
Сечение во 2-ом пролете:
=0283 R = 059; = 086
Принимаем 2 18 А-III + 2 22 А-III c As = 1269 см2 (см. рис. 8).
Рис. 7. Армирование сечения ригеля
Рис. 8. Армирование сечения ригеля
Находим количество верхней арматуры в пролете воспринимающее растягивающие усилия в верхней зоне от комбинации нагрузок 1+2 (М2= -9147 кНм):
Принимаем 2 18 А-III c As = 509 см2
Сечение на опоре B:
Принимаем со стороны 1-ого пролета:
28 А-III + 2 12 А-III c As = 1458 см2 (см. рис. 9)
а со стороны 2-ого пролета:
25 А-III + 2 18 А-III c As = 1491см2 (см. рис. 10).
Рис. 9. Армирование сечения ригеля
на опоре В со стороны 1-го пролета
Рис. 10. Армирование сечения ригеля
на опоре В со стороны 2-го пролета
4 Расчет ригеля по наклонному сечению на Q
На крайней опоре А проверяем условие необходимости расчета поперечной арматуры (хомутов) на Q:
Условие выполняется – требуется поперечная арматура по расчету.
Из условия сварки назначаем диаметр хомутов dw =10мм (Аsw = 0785см2) в сечении ригеля будут два плоских сварных каркаса (n=2).
Требуется определить шаг хомутов по трем условиям:
) из условия работы хомутов и сжатого бетона:
) из условия работы только сжатого бетона:
) по конструктивным соображениям:
Принимаем шаг хомутов S = 20 см на при опорном участке длиной l4 а на остальной части ригеля (в середине) S = 30 см.
На опоре В слева проверяем:
QВлев=333300Н > 06 . 09 . 20 . 64. (100) =67580 Н – нужен расчет хомутов.
Принимаем сварной каркас с хомутами dw =10мм и n=2.
Определяем шаг хомутов по трем условиям:
Принимаем на приопорном участке l4 шаг хомутов S = 15 см а на остальной длине S = 30 см.
5 Построение эпюры материалов (арматуры) и определение места обрыва продольных стержней
В целях экономии арматуры часть продольных рабочих стержней обрывают в соответствии с изменением огибающей эпюры моментов. Для проверки экономичности армирования ригеля и прочности всех его сечений строят эпюру материалов (арматуры) (см. рис.11). Ординаты эпюры материалов Мсеч вычисляются как момент внутренних сил в рассматриваемом сечении ригеля по фактической арматуре.
Первый пролет: Сечение I-I (середина 1-го пролета):
28 А-III As= 2463 см2;
Сечение II-II (около опоры А справа):
обрываем 2 28 А-III As= 1232 см2 остается 2 28 А-III As = 1232 см2;
Сечение III- III (около опоры В слева сверху):
28 А-III + 2 12 А-III As= 1458 см2
Сечение IV-IV (середина 1-го пролета сверху):
обрываем 2 28 А-III остаются 2 12 А-III As= 226 см2;
Второй пролет: Сечение V-V (середина пролета):
18 А-III + 2 22 А-III As= 1269 см2;
Сечение VI-VI (около опоры В справа внизу):
обрываем 2 18 А-III остаются 2 22 А-III As= 76 см2;
Сечение VII-VII (около опоры В справа сверху):
18 А-III+2 25 А-III с As= 1491 см2;
Сечение VIII-VIII (середина 2-го пролета сверху):
обрываем 2 25 А-III остаются 2 18 А-III As= 509 см2;
Найденные ординаты эпюры материалов Мсеч в определенных сечениях наносятся в масштабе на огибающую эпюру моментов (см. рис. 11).
Места теоретического обрыва стержней находят путем совмещения ступенчатой эпюры материалов Мсеч с огибающей эпюрой М от внешней нагрузки (точка пересечения).
Обрываемые стержни заводят за места теоретического обрыва на длину заделки w определяемую по формуле:
но не менее чем на 20d.
Здесь - поперечная сила в месте теоретического обрыва (находиться из подобия треугольников на эпюре );
- погонное усилие воспринимаемое хомутами в месте теоретического обрыва стержня;
d – диаметр обрываемого стержня в см.
Первый пролет (около опоры А снизу);
Принимаем W1= 58 см.
Первый пролет: (около опоры В слева внизу):
Принимаем W2 = 60 см.
Первый пролет: (около опоры В слева вверху):
Второй пролет (около опоры В справа внизу):
Принимаем W4= 48 см.
Второй пролет (около опоры В справа вверху):
Принимаем W5= 50 см.
6 Расчет стыка ригеля с колонной
Ригель опирается на консоли колонны. Расстояние между центрами тяжести закладных деталей ригеля на опоре равно: z = 70 – 6 = 64 см.
Усилие растяжения в стыке:
Площадь сечения верхних стыковых стержней:
Принимаем 2 28 А-III As=1232 см2 которые пропускаем через заделанные в колонны трубки диаметром 40 мм. Требуемая длина сварных швов для стыковых стержней при hш = 7мм:
и на один стержень при двухсторонней сварке:
С учетом непровара по концам принимаем lш=16см.
Длина стыковых стержней:
Затем делаем расчет стыковой пластинки (согнутая полоса) ригеля:
Определяем длину швов прикрепления ригеля к опорной пластинке консоли при hш = 10 мм:
где - коэффициент трения стали о сталь.
Длина шва с каждой стороны ригеля с учетом непровара:
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УСЛОВНО
ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТОЙ КОЛОННЫ
Запроектируем промежуточную колонну 4-х этажного 3-х пролетного здания с плоской кровлей. Здание возводится в III климатическом снеговом районе (г. Балаково ). Высота этажа НЭТ = 33м. Сетка колонн Верх фундамента заглублен ниже отметки пола на 06м. Ригели опираются на консоли колонн. Стыки колонн располагаются на высоте 15м от верха консоли. Сечение колонны предварительно принимаем х = 35х35см.
Расчетная длина колонны во II-IV этажах равна высоте этажа l0 = Нэт = 33 м а длина I этажа с учетом защемления колонны в фундаменте:
Класс бетона колонн В20 () продольная арматура класса А III ().
Собственный вес колонн на один этаж во II-IV этажах:
Подсчет нагрузки от покрытия и перекрытия выполняется умножением их значений на грузовую площадь с которой нагрузка передается на колонну:
Подсчет нагрузок приведен в табл. 3.
Нагрузка на 1м2 покрытия (перекрытия)
Рулонный ковер - 3 слоя
Цементный выравнивающий слой
Утеплитель – пенобетонные плиты
Собственный вес ребристых панелей
Собственный вес ригеля (02*07*25)64
Временная (снег) кратковременная нагрузка
Собственный вес ригеля
Собственный вес панелей
Временная длительная
Сбор нагрузок на колонну представлен на рис.12.
Рис. 12 Сбор нагрузок на колонну
Подсчет нагрузки на колонну сводим в табл.4. Все нагрузки по этажам в ней приведены нарастающим итогом путем последовательного суммирования сверху вниз.
Подсчет расчетной нагрузки на колонну кН
От покрытия. и перекрытия
Собственный вес колонны
Расчетная суммарная нагрузка
Рассчитываем колонну I этажа на уровне отметки верха фундамента ().
Предварительно задаемся сечением колонны 35х35см.
Бетон класса В-20 () продольная рабочая арматура класса А- III(). По таблице IV-I (Байков В.Н.) в зависимости от соотношений и находим φb и φr.
При = и φb = 0911; φr = 0916.
Задаем =002 определяем
φ = φb +2.(φr – φb) . . =
Должно быть φ ≤ φr; 0916 ≤ 0916.
Определяем площадь рабочих продольных стержней:
где = 1 при hк >20см.
Принимаем 428 АIII с АS = 2463см2 (рис.13).
Рис.13. Армирование колонны 1-го этажа
Определим фактический коэффициент армирования:
(отличие от заданного должно быть не более чем на 05%).
Для обеспечения совместной работы продольных стержней для восприятия поперечных деформаций бетона ставим без расчета хомуты 10 мм А-I с шагом 500мм. Затем производим расчет консоли колонны на уровне перекрытия I-го этажа. Ширина консоли равна ширине колонны bк = 35см ширина ригеля bр = 20см бетон и арматура - как в колонне.
Реакция от ригеля перекрытия равна:
Определим минимальный вылет консоли lк из условия смятия под концом ригеля:
Принимаем вылет консоли = 25см (из условия приварки ригеля к консоли колонны – см. расчет стыка ригеля с колонной).
Потом находим высоту сечения консоли по грани колонны. Минимальная высота:
Полную высоту сечения консоли по грани колонны принимаем по конструктивным соображениям равной h=50см тогда h0 =50-3 = 47см.
Высота свободного конца консоли будет равна (грань консоли наклонена к грани колонны под углом 45о):
h1 = h – lк.tg 450 = 50 – 25.1 = 25см.
Подбираем продольную арматуру консоли по М:
где а – расстояние от точки приложения опорной реакции до грани колонны.
Принимаем 216 АIII с АS = 402см2.
Эта арматура приваривается к закладным деталям консоли.
Т.к. h=25a h=50см 50251906=4765 то консоль армируется наклонными хомутами по всей высоте.
Минимальная площадь наклонных хомутов пересекающих верхнюю половину линии l от приложения Q до нижней грани консоли принимается равной:
Принимаем 412 АI с АS = 452 см2 (рис.14).
Рис. 14 Армирование консоли колонны
Рис 15 Сварной стык колонны
Запроектируем также (без расчета) сварной стык колонн между собой (рис.15). Передача усилия с колонны вышележащего этажа на колонну нижележащего производится через сварные швы по контору торцевых стальных листов и центрирующую прокладку толщиной 5мм и размерами .
Торцевые листы приняты размерами 330х330х12 мм. В таком стыке имеет место местное сжатие (смятие). Для усиления сжатого бетона ставим обойму в виде сварных сеток (не менее 4 штук на длине не менее 10d). Сетки из проволоки класса В-I d=5мм размер ячеек сетки 50 мм шаг сеток по высоте 70 мм. Стык колонн для удобства устраивают выше перекрытия на 05м.
СНиП 2.03.01–84. Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования М.1985.
Байков В. Н. Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции. М.1985.
Попов Н. Н. Забегаев А. В. Проектирование и расчет железобетонных конструкций. М.1985.
Бондаренко В. М. Суворкин Д. Г. Железобетонные и каменные конструкции. М.1987.
Климушин П.И. Методические указания к выполнению курсовой работы

жбкмой а1.cdw

Огибающая эпюра материалов
Центрирующая прокладка
железобетонным конструкциям
Проектирование элементов
Панель: бетон класса В15 (Rb=8
МПа). Арматура сварных каркасов: из стали класса А-II
из стали класса А-I (Rs=225 МПа
сварные сетки - из проволоки класса Bp-I
Ригель: бетон класса В20 (Rb=11
МПа). Арматура сварных каркасов: из стали класса А-III
петли для подъема - сталь класса А-I
закладные детали из стали Ст3.
Колонна: бетон класса В20 (Rb=11
(Rs=365 МПа). Для обеспечения совместной работы продольных стержней
для восприятия поперечных
деформаций бетона принимаем хомуты
мм класса А-I. Сварные сетки - из проволоки класса Bp-I
Армирование неразрезного ригеля М 1:25
Армирование колонны М 1:20
Армирование панели ПР-1 М 1:20
Расчетная схема панели
Спецификация арматуры на 1 элемент
Расчётная схема ригеля
Утеплитель-пенобетон h=12 см
Рулонный ковер 3 слоя
Поперечный разрез М 1:200
Стык ригеля с колонной М 1:20
Сварной стык колонн М 1:20