Проектирование железобетонных элементов многоэтажного здания

ЖБК КП№2.1.dwg

Отправочная единица главной балки
детали примыкания балки к колонне
верхний и нижний пояса
Проект рабочей площадки промышленного здания
Эпюры моментов ригеля
Эпюры моментов ригеля после перераспределения усилий
Многоэтажное производственное здание. Панель перекрытия.
Многоэтажное производственное здание. Ригель.
закладная деталь МН1
Конструктивная схема перекрытия М1:200
стержень ø10 A800 L=5230
стержень ø5 B500C L=1420
стержень ø4 B500C L=205
стержень ø5 B500C L=5640
стержень ø4 B500C L=1440
Петля П-1 ø12 A240 L=1180
Спецификация арматуры на 1 элемент
Ведомость расхода стали на 1 элемент
C2 в согнутом виде М1:10
Плита перекрытия М1:25
стержень ø5 B500C L=1715
стержень ø4 B500C L=270
Поперечный разрез здания М1:200
стержень ø20 A800 L=7840
стержень ø10 A400 L=770
Закладная деталь МН1
стержень ø14 А400 L=450
стержень ø14 А400 L=430
Схема армирования ригеля М1:25
Cтык с колонной М1:20
Цементно-песчаный раствор М100
стержень ø25 А800 L=6490
стержень ø20 A800 L=1670
стержень ø32 A800 L=2095
стержень ø8 A400 L=1060
стержень ø8 A400 L=7640
стержень ø8 A400 L=610
стержень ø8 A400 L=250
стержень ø12 A400 L=6950

ЖБК ПЗ1.docx

Общие данные для проектирования3
Расчет многопустотной плиты перекрытия по предельным состояниям первой группы3
1. Расчетный пролет и нагрузки3
2. Характеристики прочности бетона и арматуры6
3. Расчет прочности плиты по сечению нормальному к продольной оси7
4. Расчет прочности многопустотной плиты по сечению наклонному к продольной оси8
Расчет многопустотной плиты по предельным состояниям второй группы8
1. Определение геометрических характеристик приведенного сечения8
2. Определение потерь предварительного напряжения арматуры9
3. Расчет по образованию трещин нормальных к продольной оси10
4. Расчет по раскрытию трещин нормальных к продольной оси11
5. Расчет прогиба плиты12
1. Расчетная схема и нагрузки13
2. Вычисление изгибающих моментов в расчетных сечениях ригеля14
3. Перераспределение моментов под влиянием образования пластических шарниров в ригеле16
4. Опорные моменты ригеля по грани колонны18
5. Поперечные силы ригеля19
Расчет прочности ригеля по сечениям нормальным к продольной оси19
1. Характеристики бетона и арматуры19
2. Определение высоты сечения ригеля19
Расчет прочности ригеля по сечениям наклонным к продольной оси21
1. Расчет прочности по наклонному сечению21
Конструирование арматуры ригеля22
Общие данные для проектирования.
Трехэтажное здание имеет размеры в плане 25.554.0 м и сетку колонн 8.56.0 м. Высота этажей 4.8 м. Принимается поперечное расположение ригелей. Пролет ригелей – 8.5 м шаг – 6.0 м. Плиты перекрытий - многопустотные предварительно напряженные. Ширина основных плит – 1.5 м (по 4 плиты в пролете); по рядам колонн размещаются связевые плиты с номинальной шириной 1.0 м. Каркас здания полный значит стена из керамического кирпича является самонесущей и не передает нагрузку на каркас. Место строительства г. Астрахань район по снеговой нагрузке – I. Здание отапливаемое.
Расчет многопустотной плиты перекрытия по предельным состояниям первой группы.
1. Расчетный пролет и нагрузки.
В качестве панели перекрытия принимается многопустотный настил с предварительно напряженной арматурой так как пролет по заданию составляет больше 6 м.
Панель изготавливается из тяжелого бетона плотной структуры прочностью B25 и плотностью γb=2400 кгм3.
Принимаем плиту ПК57.15 по серии 1.141-1 Выпуск 19.
Армирование продольных ребер панели осуществляется предварительно напряженными стержнями из арматуры класса А800 и плоскими сварными каркасами К1 из арматуры класса B500.
Коэффициент надежности по нагрузке γf=1.2 коэффициент надежности по назначению здания γn=0.95.
Для расчета плиты перекрытия необходимо вычислить расчетную длину плиты.
Номинальные размеры плиты перекрытия: bн=1.49 м Lн1=6 м.
Расчетная длина вычисляется по формуле:
где Lн1 – номинальная длина плиты м;
bw2 – ширина ригеля м;
C – длина площадки опирания панели.
Подсчет нагрузок на 1 м2 перекрытия приведен в табл. 1.
Таблица 1. Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м2 перекрытия.
Нормативная нагрузка Pn
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка P
- от перегородок и пола
- временная полезная нагрузка на перекрытие по зданию
Расчетная нагрузка на 1 м длины при ширине плиты 1.49 м с учетом коэффициента надежности по назначению здания :
постоянная: g=5.742×1.49×0.95=8.13 кНм
временная: v=12.0×1.49×0.95=16.99 кНм
полная: g+v=8.13+16.99=25.12 кНм
Нормативная нагрузка:
постоянная: g=5.22×1.49×0.95=7.39 кНм
временная: v=10.0×1.49×0.95=14.16 кНм
полная: g+v=7.39+14.16=21.55 кНм
От расчетной нагрузки:
От нормативной полной нагрузки:
Сечение плиты указано на рис. 1.
Рис. 1 – Поперечные сечения ребристой плиты
Многопустотное поперечное сечение панели перекрытия имеет следующие конструктивные размеры: bf=149 см; d=15.9 см; h=22 см. Для упрощения расчетов это сечение заменяется равновеликим и эквивалентным по напряженно-деформированному состоянию двутавровым.
Размер стороны квадратного поперечного сечения «пустоты» переходного сечения панели равен: 0.9×d=0.9×15.9=14.3 см. Ширина ребра и толщина полок расчетного сечения соответственно равны: bw1=149-14.3×7=48.9 см; hf=3.9 см.
Высота сечения многопустотной предварительно напряженной плиты:
Рабочая высота сечения: ;
В расчетах по предельным состояниям первой группы расчетная толщина сжатой полки таврового сечения при этом в расчет вводится вся ширина полки ; расчетная ширина ребра .
2. Характеристики прочности бетона и арматуры.
Ребристую предварительно напряженную плиту армируем стержневой арматурой класса A800 с электротермическим натяжением на упоры форм. К трещиностойкости плиты предъявляют требования 3-й категории. Изделие подвергают тепловой обработке при атмосферном давлении.
Бетон тяжелый класса В25 соответствующий напрягаемой арматуре.
Призменная прочность:
нормативная расчетная .
Коэффициент условий работы бетона ; нормативное сопротивление при растяжении расчетное ; начальный модуль упругости бетона . Передаточная прочность бетона устанавливается так чтобы при обжатии отношение напряжений .
Арматура продольных ребер – класса А800 нормативное сопротивление расчетное сопротивление ; модуль упругости . Предварительное напряжение арматуры принимают равным .
Проверяем выполнения условия при электротермическом способе натяжения:
Условие выполняется.
Вычисляем предельное отклонение предварительного напряжения по формуле:
Коэффициент точности натяжения при благоприятном влиянии предварительного напряжения по формуле: .
При проверке по образованию трещин в верхней зоне плиты при обжатии принимают .
Предварительное напряжение с учетом точности натяжения:
3. Расчет прочности плиты по сечению нормальному к продольной оси.
Сечение тавровое с полкой в сжатой зоне.
Из табл. 3.1 находим ; - нейтральная ось проходит в пределах сжатой полки; .
Вычисляем характеристику сжатой зоны по формуле:
Вычисляем граничную высоту сжатой зоны по формуле:
электротермическое натяжение;
в знаменателе выражения принято 500 МПа т.к. .
Коэффициент условий работы учитывающий сопротивление напрягаемой арматуры выше условного предела текучести согласно формуле:
Где для арматуры класса А800; принимаем .
Вычисляем площадь сечения растянутой арматуры:
Принимаем с площадью сечения .
4. Расчет прочности многопустотной плиты по сечению наклонному к продольной оси.
Влияние продольного усилия обжатия .
Проверяем требуется ли поперечная арматура по расчету.
Условие удовлетворяется следовательно поперечная арматура не требуется по расчету.
На приопорном участке длиной =1420 мм устанавливаем в каждом ребре плиты поперечные стержни с шагом конструктивно применяем s=10 см; в средней части пролета поперечная арматура не применяется.
Продольную арматуру в сжатой зоне принимаем конструктивно
Расчет многопустотной плиты по предельным состояниям второй группы.
1. Определение геометрических характеристик приведенного сечения.
Круглое очертание пустот заменяют эквивалентным квадратным со стороной 0.9×d=0.9×15.9=14.3 см.
Толщина полок эквивалентного сечения h'f = hf=( 22-14.3)*0.5= 3.9 см.
Ширина ребра 149—7*14.3=48.9 см. Ширина пустот 149—48.9=100.1 см.
Площадь приведенного сечения Ared=149*22—100.1*14.3=1847 см2
(пренебрегают ввиду малости величиной a As).
Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения y0=0.5h=0.5*22= 11 см.
Момент инерции симметричного сечения:
Момент сопротивления приведенного сечения по нижней зоне:
то же по верхней зоне W`red = 9 802 см3
Расстояние от ядровой точки наиболее удаленной от растянутой зоны до центра тяжести приведенного сечения согласно формуле:
Отношение напряжений в бетоне от нормативных нагрузок и усилия обжатия к расчетному сопротивлению бетона для предельных состояний второй группы предварительно принимают равным 0.75.
Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне в стадии изготовления и обжатия элемента здесь – для таврового сечения с полкой в растянутой зоне при и .
2. Определение потерь предварительного напряжения арматуры.
Коэффициент точности натяжения арматуры при этом
Потери от релаксации напряжений в арматуре при электротермическом способе натяжения
Потери от температурного перепада между натянутой арматурой и упорами так как при пропаривании форма с упорами нагревается вместе с изделием.
Эксцентриситет этого усилия относительно центра тяжести приведенного сечения:
Напряжение в бетоне при обжатии в соответствии с формулой:
Устанавливают передаточную прочность бетона из условия
Вычисляют сжимающие напряжения в бетоне на уровне центра тяжести площади напрягаемой арматуры от усилия обжатия (без учета момента от веса плиты).
Потери от быстронатекающей ползучести при и при составляют
Первые потери 33.8 МПа.
С учетом потерь напряжение
Потери от осадки бетона
Потери от ползучести бетона при составляют
Полные потери т.е. больше установленного минимального значения потерь.
Усилие обжатия с учетом полных потерь:
3. Расчет по образованию трещин нормальных к продольной оси.
Выполняем для выяснения необходимости проверки по раскрытию трещин. При этом для элементов к трещиностойкости которых предъявляют требования 3-й категории принимаем значение коэффициента надежности по нагрузке
По формуле Вычисляем момент образования трещин по приближенному способу ядровых моментов по формуле:
Здесь ядровый момент усилия обжатия по формуле при составляет
Поскольку трещины в растянутой зоне плиты при ее обжатии при значении коэффициента точности натяжения Расчетное условие:
– условие удовлетворяется начальные трещины не образуются; здесь – сопротивление бетона растяжению соответствующее передаточной прочности бетона .
4. Расчет по раскрытию трещин нормальных к продольной оси
Предельная ширина раскрытия трещин: продолжительная
Изгибающие моменты от нормальной постоянной нагрузки Приращение напряжений в растянутой арматуре от действия постоянной и длительной нагрузок по формуле:
Здесь принимаем – плечо внутренней пары сил; так как усилие обжатия приложено в центре тяжести площади нижней напрягаемой арматуры: – момент сопротивления сечения по растянутой арматуре.
Ширину раскрытия трещин от непродолжительного действия всей нагрузки вычисляем по формуле:
Здесь – диаметр продольной арматуры;
Ширину раскрытия трещин от постоянной и длительной нагрузок:
Непродолжительная ширина раскрытия трещин:
Продолжительная ширина раскрытия трещин:
5. Расчет прогиба плиты.
Прогиб определяется от нормативного значения постоянной и длительных нагрузок; предельный прогиб составляет
Вычисляем параметры необходимые для определения прогиба плиты с учетом трещин в растянутой зоне. Заменяющий момент равен изгибающему моменту от постоянной и длительной нагрузок ; суммарная продольная сила равна усилию предварительного обжатия с учетом всех потерь и при ; эксцентриситет Коэффициент – при длительном действии нагрузки. По формуле:
Коэффициент характеризующий неравномерности деформаций растянутой арматуры на участке между трещинами определяем по формуле:
Вычисляем кривизну оси при изгибе по формуле:
Здесь – при длительном действии нагрузок;
в соответствии с формулой при и допущением что
Вычисляем прогиб по формуле:
Расчет ригеля по предельным состояниям первой группы.
1. Расчетная схема и нагрузки.
Поперечная многоэтажная рама имеет регулярную расчетную схему с равными пролетами ригелей и равными длинами стоек (высотами этажей). Сечения ригелей и стоек по этажам также принимаем постоянными. Такую многоэтажную раму расчленяем для расчета на вертикальную нагрузку на одноэтажные рамы с нулевыми точками моментов – шарнирами расположенными по концам стоек – в середине длины стоек всех этажей кроме первого.
Нагрузку на ригель от многопустотных плит принимаем равномерно распределенной т.к. число ребер в пролете ригеля более 4. Ширина грузовой полосы на ригель равна шагу поперечных рам 6м.
Расчетный пролет ригеля . Подсчет нагрузок на 1 м2 ригеля приведен в табл. 2.
Таблица 2. Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м2 ригеля.
- собственный вес плит
- кратковременная снеговая
Расчетная нагрузка на 1 м длины ригеля с учетом коэффициента надежности по назначению здания :
В том числе длительная = ;
2. Вычисление изгибающих моментов в расчетных сечениях ригеля.
Опорные моменты при различных схемах загружения рассчитаны в таблице 3.
Таблица 3. Опорные моменты ригеля при различных схемах загружения.
Опорные моменты кН*м
Расчетные схемы для опорных моментов
Расчетные схемы для пролетных моментов
Пролетные моменты ригеля:
) В крайнем пролете:
– схемы загружения 1+2 опорные моменты: нагрузка ;
Максимальный пролетный момент:
– схемы загружения 1+3 опорные моменты:
– схемы загружения 1+4 опорные моменты:
) В среднем пролете:
– схемы загружения 1+2 опорные моменты
максимальный пролетный момент:
– схемы загружения 1+3 опорные моменты
– схемы загружения 1+4 опорные моменты
Эпюры моментов ригеля при различных комбинациях схем загружения на рис.1. Постоянная нагрузка по схеме загружения 1 участвует во всех комбинациях.
3. Перераспределение моментов под влиянием образования пластических шарниров в ригеле.
Практический расчет заключается в уменьшении примерно на 30% опорных моментов ригеля по схемам загружения 1+4; при этом намечается образование пластических шарниров на опоре.
К эпюре моментов схем загружения 1+4 добавляем выравнивающую эпюру моментов так чтобы уравнялись опорные моменты и были обеспечены удобства армирования опорного узла. Ординаты выравнивающей эпюры моментов:
Разность ординат в узле выравнивающей эпюры моментов передается на стойки. Опорный момент на эпюре выравненных моментов составляет:
Пролетный момент на эпюре выравненных моментов в крайнем пролете составляет:
Рис.1 Эпюры моментов ригеля при различных комбинациях схем загружения.
4. Опорные моменты ригеля по грани колонны.
Опорный момент ригеля по грани средней колонны слева :
) По схемам загружения 1+4 и выравнивающей эпюре моментов
) По схемам загружения 1+3 и выравнивающей эпюре моментов
) По схемам загружения 1+2 и выравнивающей эпюре моментов
Опорный момент ригеля по грани средней колонны справа
) По схемам загружения 1+3 и выравнивающей эпюре моментов
) По схемам загружения 1+2 и выравнивающей эпюре моментов
Следовательно расчетный опорный момент ригеля по грани средней опоры .
Опорный момент ригеля по грани крайней колонны по схеме загружения 1+4 и выравнивающей эпюре моментов:
5. Поперечные силы ригеля.
Для расчета прочности по сечениям наклонных к продольной оси принимаем значения поперечных сил ригеля большие из двух расчетов: упругого расчета и с учетом перераспределения моментов. На крайней опоре на средней опоре слева по схеме загружения 1+4:
Принимаем Q2=500 кН.
На средней опоре справа по схемам загружения 1+4:
Принимаем Q2=476.89 кН.
Расчет прочности ригеля по сечениям нормальным к продольной оси.
1. Характеристики бетона и арматуры.
Бетон тяжелый класса В25; расчетные сопротивления при сжатии ; при растяжении ; коэффициент условий работы бетона ; модуль упругости бетона .
Арматура продольная рабочая – класса А800 расчетное сопротивление ; модуль упругости .
2. Определение высоты сечения ригеля.
Высоту сечения подбираем по опорному моменту при поскольку на опоре момент определен с учетом образования пластического шарнира. Принятое же сечения ригеля следует затем проверить по пролетному моменту (если он больше опорного) так чтобы относительная высота сжатой зоны была и исключалось переармированное неэкономичное сечение. ;
Принятое сечение проверяем в данном случае по пролетному моменту т.к.
Из табл. 3.1 находим ; - нейтральная ось проходит в пределах сжатой зоны; .
Подбираем сечение арматуры в расчетных сечениях ригеля.
Сечение в первом пролете:
Из табл. 3.1 находим ;
Сечение в среднем пролете:
Арматуру для восприятия отрицательного момента в пролете устанавливают по эпюре моментов. Принимаем с площадью сечения .
Сечение на средней опоре:
Арматура расположена в один ряд.
Сечение на крайней опоре:
Расчет прочности ригеля по сечениям наклонным к продольной оси.
На средней опоре поперечная сила .
Диаметр поперечных стержней устанавливаем из условия сварки их с продольной арматурой диаметром и принимаем равным с площадью сечения . При классе А400 т.к. вводим коэффициент условий работы и тогда Число каркасов – 2 при этом .
Шаг поперечных стержней по конструктивным условиям На всех приопорных участках длиной принимаем шаг в средней части пролета шаг
– Условие выполняется.
Требование выполняется.
1. Расчет прочности по наклонному сечению.
Т.к. ; значение будет равно: . При этом Поперечная сила в вершине наклонного сечения .
Длина проекции расчетного наклонного сечения равна:
Условие прочности – Обеспечивается.
Проверка прочности по сжатой полосе между наклонными трещинами:
Конструирование арматуры ригеля.
Стык ригеля с колонной выполняют на ванной сварке выпусков верхних надопорных стержней и сварке закладных деталей ригеля и опорной консоли колонны. Ригель армируют двумя сварными каркасами часть продольных стержней каркасов обрывают в соответствии с изменением огибающей эпюры моментов и по эпюре арматуры. Обрываемые стержни заводят за место теоретического обрыва на длину заделки W.
Эпюру арматуры строим в следующей последовательности:
) Определяем изгибающие моменты M воспринимаемые в расчетных сечениях по фактически принятой арматуре;
) Устанавливаем графически на огибающей эпюре моментов по ординатам M места теоретического обрыва стержней;
) Определяем длину анкеровки обрываемых стержней причем поперечную силу Q в месте теоретического обрыва стержня принимают соответствующей изгибающему моменту в этом сечении.
Рассмотрим сечения первого пролета. На средней опоре арматура с площадью сечения
В месте теоретического обрыва арматуры с
Поперечная сила в этом сечении поперечные стержни в месте теоретического обрыва сохраняем с шагом Длина анкеровки
Арматуру в пролете принимаем с площадью сечения
В месте теоретического обрыва пролетных стержней остается арматура с
Поперечная сила в правом сечении Длина анкеровки
Поперечная сила в левом сечении Длина анкеровки
На крайней опоре арматура с площадью сечения