Расчёт и конструирование монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами

Расчёт и конструирование монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами - копия.doc

1Конструирование второстепенной балки .5
2Назначение размеров поперечного сечения элементов ..5
3Данные для проектирования ..6
4Расчет и конструирование плиты . 6
4.1. Определение расчетных пролетов и нагрузок для средних пролетов 6
4.2. Определение изгибающих моментов 8
4.3. Проверка принятой толщины плиты 8
4.4. Расчет прочности нормальных сечений плиты ..8
4.5. Армирование плиты сварными сетками ..9
5. Расчет и конструирование многопролетной второстепенной балки.13
5.1. Определение расчетных пролетов и нагрузок 13
5.2.Определение изгибающих моментов и перерезывающих сил . 14
5.3.Проверка принятой высоты сечения балки ..16
5.4.Расчет прочности нормальных сечений и подбор арматуры .16
5.5 Расчет прочности наклонных сечений 18
Список литературы .22
Железобетон — строительный материал в котором рационально объединены цементный бетон и стальная арматура. Арматура воспринимает в основном растягивающие напряжения упрочняет бетон.
Железобетонные конструкции и изделия подразделяют на сборные изготовляемые на железобетонных заводах и монтируемые на строительных площадках и монолитные бетонируемые в опалубке на месте строительных работ. Кроме того они могут быть с обычной или с предварительно напряженной арматурой. Различают железобетонные изделия из бетонов на основе портландцемента и его разновидностей; из силикатных бетонов получаемых на основе известково-кремнеземистого вяжущего; из специальных видов бетона. Железобетонные изделия могут быть сплошными и пустотелыми а также иметь различные типоразмеры.
По назначению железобетонные изделия и детали разделяют на четыре основные группы: изделия для жилых и общественных зданий; промышленных зданий; инженерных сооружений; изделия общего назначения. Рассматривая перспективы развития производства и применения сборного железобетона можно выделить следующие основные направления: разработку и применение эффективных и крупноразмерных конструкций и изделий из сборного железобетона; применение высокопрочных и предварительно напряженных бетонов; более широкое использование легких бетонов и тонкостенных пространственных конструкций; уменьшение числа типоразмеров и снижение стоимости массового производства их на специализированных заводах.
Эффективность сборного железобетона значительно возрастает при использовании в строительстве унифицированных элементов конструкций допускающих комбинирование изделий и деталей в различных сочетаниях. Унификация изделий из сборного железобетона позволяет уменьшить число типоразмеров повысить качество продукции и совершенствовать технологию их производства. Так например благодаря разработке единого каталога унифицированных деталей для жилищного строительства число элементов для полносборного домостроения сократилось на 20% по сравнению с ранее существовавшими типовыми решениями. В строительстве промышленных зданий и сооружений также разработаны проекты зданий различного назначения возводимых из унифицированных элементов
1.Конструктивная схема перекрытия
Требуется рассчитать и законструировать монолитное ребристое перекрытие с балочными плитами. Размеры здания в плане 272 х 48 м: сетка колонн м. Полезная нагрузка составляет 136 кНм² (при γf=1).
Для разработки элементов перекрытия принята конструктивная схема показанная на рис. 2.1.
Принято поперечное расположение главных балок. Второстепенные балки размещены по осям колонн и в третях пролета балки.
2.Назначение размеров поперечного сечения элементов
Для определения нагрузки от собственного веса элементов перекрытия и их расчетных пролетов рекомендуется предварительно задаваться размерами поперечных сечений балок и плиты.
Высота сечения главной балки принимается равной ширина сечения b=(0.4 ÷ 0.5)h. Назначаем высоту сечения главных балок
Высота сечения второстепенной балки принимается равной ширина сечения b=(0.3 ÷ 0.5)h. Назначаем высоту сечения второстепенных балок
Толщину плиты примем равной hf =70мм.
3. Данные для проектирования
Для монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами принимаем тяжелый бетон класса В20.
Расчетные сопротивления бетона согласно [1 табл. 13] Rb = 115* МПа Rbt = 0.75МПа
Модуль упругости бетона Еб =27·104 МПа[1].
Учитывая коэффициент условия работы бетона γb2 = 09 имеем
Rb = 115·0.9=1035МПа Rbt = 09·09= 081МПа
Для армирования плиты принимаем сварные сетки из арматурной проволоки класса Вр-I.
Расчетные сопротивления арматуры [1 табл. 23]:
При 5 Вр-I Rs = 360МПа;
При 4 Вр-I Rs = 365МПа;
При 3 Вр-I Rs = 375МПа;
Для армирования второстепенных балок принимаем продольную рабочую арматуру класса А-III (Rs = 365 МПа). На опоре второстепенная балка армируется узкими сетками. Продольная арматура класса А-III поперечная класса Bp-I (Rsw =260МПа; Es =1.7*10 МПа [4.6])
4. Расчет и конструирование плиты
4.1. Определение расчетных пролетов и нагрузок для средних пролетов (рис. 2.2.) имеем
для крайних пролетов
В длинном направлении расчетный пролет плиты равен расстоянию между гранями главных балок т.е.
bгл.б. – ширина сечения главной балки.
Рис. 2.2. Расчетная схема монолитной балочной плиты
Отношение пролетов lxly = 450150 = 3> 2 т.е. плиту рассчитываем как балочную работающую в коротком направлении.
Определение нагрузок на 1м² перекрытия приводится в табл. 2.1.
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка кНм2
Собственный вес плиты = 60 мм.
Слой цементного раствора = 2 мм.
Плиточный пол = 15 мм.
Полная расчетная нагрузка на 1 м² плиты с учетом коэффициента надежности по назначению γп = 0.95 составляет
q= g+v = (282+ 84)095= 1066кНм².
Для расчета плиты выделим полосу шириной 1 м (рис. 2.1.) и выполним расчет плиты как многопролетной неразрезной балки прямоугольного сечения размерами b×hf =100×7см (рис. 2.2).
Полная расчетная нагрузка на 1 п.м.плиты составляет
q = 1066 кНм² × 1м = 1066 кНм
4.2. Определение изгибающих моментов
Изгибающие моменты определяют как для многопролетной плиты с учетом перераспределения моментов [3].
В средних пролетах и в средних опорах
М2=М3= -Мс= ± ql02²16= ± 1066 (15)²16= 15 кНм
В крайнем пролете и на первой промежуточной опоре
М1=-Мв= ± ql01²11=1066 (146)²11= 206 кНм
В плитах окаймленных по всему контуру балками (см. полосу II рис.2.1.) под влиянием возникающих распоров изгибающие моменты уменьшаются на 20% при выполнении условия: hfl02 ≥ 130
В нашем случае hfl02 =7150= 121>130 т.е. условие соблюдается.
В средних пролётах окаймленных с четырех сторон балками оставляем действующий момент М2= 189 кНм
4.3. Проверка принятой толщины плиты
Стоимость железобетонных плит близка к оптимальной при значениях
Принимаем = 0.15. По табл. 3.1.[4] αm= 0.139. Полезная высота сечения плиты
Полная толщина плиты hf=h0+а=44+(10+25)=56560мм где 10 мм -толщина защитного слоя; 25 мм - половина предполагаемого диаметра арматуры сетки.
h0= hf – a=60-125=47мм
4.4. Расчет прочности нормальных сечений плиты
В средних пролетах и на средних опорах
При диаметре арматуры 5 мм. Rs = 360 МПа; h0= 47 мм.
По табл. 3.1. [4] находим = 0925
В крайнем пролете и на первой промежуточной опоре
Стоимость плиты считается оптимальной если процент ее армирования находится в пределах =0.3÷0.6%[4.6]
Будем считать что экономическая сторона рассматриваемого вопроса учтена.
4.5. Армирование плиты сварными сетками
Сетки конструируются в соответствии с требованиями ГОСТ 8478-81 «Сетки сварные для железобетонных конструкций» [8].
Условное обозначение сетки:
где C – маркировка сетки например C1C2 и т.д.; D – диаметр продольных стержней; d – диаметр поперечных стрежней; vc – шаг продольных стрежней; u – шаг поперечных стержней; A – ширина сетки; L – длина сетки; c1 c2 – длина свободных концов продольных стрежней; k – длина свободных концов поперечных стрежней.
При c1 =c2 = к = 25 мм эти обозначения опускаются.
Рис.2.3. Сетка в железобетонной конструкции
Шаг стержней рабочей арматуры
Количество стержней на 1 м ширины плиты
Площадь сечения рабочих стержней (мм2) при их диаметрах (мм)
Диаметр рабочей арматуры
Диаметр и шаг (мм) стержней распределительнойарматуры при шаге стержней и рабочей арматуры (мм)
Примечание: в числителе диаметр распределительных стержней
в знаменателе их шаг. После диаметров D и d указывается класс арматуры.
Ширина сеток А ограничивается размером 3800 мм; длина сетки принимается по проекту но не более 9000 мм.
В нашем примере при hf =60мм будем использовать вариант непрерывного армирования рулонными сетками с продольной рабочей арматурой.
Диаметры и шаг рабочих стержней сеток на 1 пог.м. плиты будем подбирать по табл. 2.2. а распределительных стержней - по табл. 2.3.
Шаг рабочих стержней принимаем не более 200 мм а шаг распределительных стержней - 250÷350 мм причем всегда кратным 50 мм.
Между главными балками можно уложить две три четыре и т.д. сетки с нахлесткой распределительных стержней на один шаг рабочей арматуры который принимается в среднем 150 мм (см.рис. 2.4.).
Рис. 2.4. Сетка с нахлесткой распределительных стержней на один шаг рабочей арматуры
Минимальная ширина сетки определяется по формуле:
где L - шаг главных балок (мм); bгл.б. - ширина главной балки (мм); n -количество укладываемых сеток.
При использовании двух сеток в нашем случае ширина каждой из них должна быть не менее
Остановимся на первом варианте т.е. Аmin = 2330 мм. Для средних пролетов и над средними опорами по расчету получилось As = 12012мм2. По табл. 2.2 принимаем сетки с диаметром рабочей арматуры 5 мм и шагом 150 мм (as =131мм2 >12012мм2).
При диаметре рабочей арматуры 5 мм и шаге 150 мм распределительные стержни принимаем 3 мм с шагом 350 мм (см. табл. 2.3.).
Фактическая ширина сетки Аф определяется так:
Aminvc = 2330150=15516 ячеек тогда
Аф =150×16 + 2×25=2450 мм.
Марка сетки будет В крайних пролетах и над первыми промежуточными опорами укладываем дополнительные сетки С2 (см. рис.2.5. 2.6.) с площадью сечения арматуры рабочих стержней
Rs(1)=360 МПа для арматурной проволоки 5 ВрI
Rs(2)=375 МПа для арматурной проволоки 3 ВрI
Для уменьшения числа стыков сеток удобно использовать сетки С2 с поперечной рабочей арматурой. По табл. 2.2 – принимаем рабочие стержни
d=3мм с шагом 125 мм. Сечение арматуры As =57мм2 > 4855мм2.
Продольные распределительные стержни (см. табл.2.3.) принимаются d=3 мм с шагом 400 мм.
Армирование плиты приведено на рис. 2.5 2.6.
Рис. 2.5.Армирование монолитной балочной плиты: а) непрерывное армирование; б) раздельное армирование
Рис. 2.6. План непрерывного армирования плиты
5. Расчет и конструирование многопролетной второстепенной балки.
5.1. Определение расчетных пролетов и нагрузок
Второстепенную балку будем рассчитывать как пятипролетную неразрезную балку опорами для которой служат главные балки.
Расчетные пролеты и нагрузки: для средних пролетов (см. рис. 2.4.)
l0’ = l2 – bгл.б. = 48-03=45м.
Для крайних пролетов
l0 = l2 - bгл.б.2 – 20 + c’2=480 – 302 – 20 + 252= 4575=455 см.
Нагрузка на второстепенную балку собирается с полосы равной шагу второстепенных балок т.е. 17 м.
Нагрузка от веса пола и плиты перекрытия (см. табл.2.1).
от веса ребра второстепенной балки
(03-006)25×981 = 1.27 кНм.
Суммарная постоянная нагрузка с учетом коэффициента надежности по назначению γn =095 будет
g = (127 + 479)095 = 575кНм.
v = 84× 17×095 = 1356кНм.
Полная нагрузка на балку
q = g + v = 575 + 1356 = 1931 кНм.
5.2.Определение изгибающих моментов и перерезывающих сил
Усилия от нагрузок: в первом пролете
M1 =ql0211=1931·455211=3634 кН·м
на первой промежуточной опоре
Mв =-ql0214= -1931·455214= -2855 кН·м
М2 =М3 = -Мс = ±q(l0)216=1931*45216 = ±2443 кН·м.
Отрицательные моменты в средних пролетах определяются по огибающей эпюре моментов (см.рис.2.8.). В расчетном сечении в месте обрыва над опорной арматуры (на расстоянии 0.25l от опоры В) этот момент определим по формуле
где =0.0409 – коэффициент принятый по табл. 2.4. в зависимости от отношения vg = 1356575=235
Определим поперечные силы у грани опоры.
на первой промежуточной опоре слева
на первой промежуточной опоре справа и на всех остальных опорах слева и справа
-QВпр = Qлс = -Qспр = ±05ql0 = ±05·1931·45=4344 кН.
Рис. 2.7. Второстепенная балка: а) расчетные пролеты б) расчетная схема.
Рис. 2.8. огибающая эпюра моментов второстепенной балки.
5.3.Проверка принятой высоты сечения балки
Минимальную рабочую высоту сечения балки уточним по моменту на первой промежуточной опоре принимая =035 [4] тогда αm =0289 [4 табл. 3.1]
На опоре при действии отрицательного изгибающего момента сечение балки принимается прямоугольным с шириной ребра b = 200 мм. Имеем:
Полная высота сечения
h = h0 + а = 254+ 30 = 284мм.
Принимаем h = 300 мм; ho = 300 - 30 = 270 мм.
5.4.Расчет прочности нормальных сечений и подбор арматуры
При расчете на положительные моменты сечение балки работает как тавровое. Найдем отношение hf h = 60300 = 02 > 0.1 следовательно ширину полки таврового сечения bf примем меньшему из двух значений:
bf ≤ bf = 170 см bf = l23+ bгл.б. = 4803+30 = 230
Принимаем bf = 170 см.
Сечение в первом пролете (М=3634кН*м):
По табл. 3.1 [4] =0.039; x= h0 = 0039×27 = 105 см 6 см т.е. нейтральная ось проходит в сжатой полке : = 0.98
Принимаем 216AIII As = 402> 3758 мм2.
Крайние пролеты будем армировать двумя каркасами КР1 с одним продольным стержнем d = 18мм в каждом каркасе. Верхние стержни принимаем конструктивно 210AI.
В средних пролетах М2 = М3 = 2443 кН*м;
Принимаем 214 AIII (As= 308мм2 > 2555мм2).
Продольные стержни будем располагать в один ряд по одному стержню в двух каркасах КР2. Верхние стержни этих каркасов необходимо определить по расчету на действие отрицательного момента M0.25lо.
Принимаем 39AIII (As = 191 мм2 > 1626 мм2).
На промежуточной опоре Mв = -2858 кН·м;
На опоре второстепенная балка армируется двумя гнутыми сетками СЗ с двумя продольными рабочими стержнями каждая (410 А-Ш As=314 см2>293 см2). Поперечные гнутые стержни принимаем 5Вр1 с шагом 350 мм.
На средних опорах второстепенной балки Mc = 2443 кН·м;
Принимаем две гнутые сетки С4 и С5 с тремя и двумя продольными рабочими стержнями 10А-III (10А-III As= 314см2>25 см2 ). Поперечные гнутые стержни 5Вр1 с шагом 350 мм.
Армирование второстепенных балок представлено на рис.2.9. Сетки СЗ С4 С5 укладывают вдоль второстепенных балок со смещением на 13 и 14 пролета от оси главной балки поэтому длина сеток составляет
Рис. 2.9. Армирование второстепенной балки сварными каркасами и сетками
5.5 Расчет прочности наклонных сечений. Максимальная перерезывающая сила Qmax = 9831кН.
Диаметр поперечной арматуры принимаемый из условия сварки с продольными стержнями d=18 мм равен dsw =5мм класса BpI. Asw = 0196см2 [4]. Так как число каркасов два то площадь сечения поперечных стержней Asw = 2·0196 = 0392см2.
Определим шаг поперечных стержней по конструктивным соображениям. Согласно [1] при h ≤ 400мм s = h2 = 302 = 15см но не более 15 см. На приопорных участках крайней и промежуточных опор принимаем s = 15см. В средней части пролета равной l2 шаг поперечных стержней
см. Принимаем s = 25 см.
Выполним проверку условий [4]
Условие выполняется.
Q ≤ φb4(l + φn)Rbtbh02c
Здесь c ≤ cmax = 2.5h0.
q1 ≤ 0.16φb4(1 + φn)Rbtb
где q1 = g + v2 = 575 + 13562 = 1253 кНм; φb4 = 1.5 φn = 0
53 0.16·1.5·0.675·200 = 32.4 Нмм
Условие (2.3) выполняется поэтому принимаем
с = сmax = 2.5h0 = 25·270 = 675 мм
В(2.2) Q = Qmax – q1c = 5271·103 – 1253·675 =4425225 Н.
Проверяем условие (2.2)
425225 Н ≤ 1.5·0.675·200(270)2675 = 21870Н.
Условие (2.2) не выполняется следовательно поперечная арматура в балке должна ставиться по расчету.
Найдем погонное усилие в поперечных стержнях отнесенное к единице длины балки
qsw = Rsw Asw s = 260·39215 = 680 Нмм.
Коэффициент учитывающий влияние свесов сжатой полки сечения
φf = 0.75(bf - b)hfbh0 = 0.75(380 – 200)60200·270 = 0.15 0.5.
Здесь bf = b + 3 hf = 200 + 3·60 = 380 мм.
Поперечное усилие воспринимаемое бетоном сжатой зоны над наклонным сечением принимается не менее
Qbmin = φb3(1 + φf)Rbtbh0 = 0.6(1 + 0.15)0.675·200·270 = 2464749 Н
Здесь φb3 = 0.6 для тяжелого бетона.
Для обеспечения по наклонному сечению на участке между соседними хомутами проверим выполнение условий:
smax = φb4Rbtbh02Qmax = 1.5·0.675·200(270)25271·103 = 28006 мм > s = 150 мм
где φb4 = 1.5 для тяжелого бетона.
Условие удовлетворяются.
Вычислим изгибающий момент воспринимаемый бетоном сжатой зоны над наклонным сечением:
Mb = φb2(I + φf) Rbtbh02 = 2(1 + 0.15)0.675·200(270)2 =22182741Н·мм
q1 = g + v2 = 575 + 13562 = 1253 кНм = 1253 Нмм ≤ 0.56qsw = 0.56·68 =38мм.
Следовательно расстояние от вершины расчетного наклонного сечения до реакции опоры принимаем
Это значение для тяжелого бетона не должно превышать величины c ≤ 3.33h0. В нашем случае 13305 > 3.33·270 = 8991 мм.
Принимаем c 900 мм тогда
Qb = Mbc = 22182741899 = 24674 H > Qbmin = 24647 Н.
Поперечная сила в вершине наклонного сечения будет
Q = Qmax – q1·c = 5271·103 – 1253·900= 4234453 Н.
Длина проекции наклонного сечения
мм > 2h0 = 2·270 = 540 мм
поэтому принимаем c0 = 54 см.
Сумма усилий в хомутах пересекаемых наклонным сечением
Q sw = qswc0 = 68·540 = 36720Н.
Проверим условие прочности
QB + Qsw = 24674 + 36720 = 61394 Н > Q = 4234453 Н т.е. условие выполняется.
Проведем проверку прочности наклонной сжатой полосы между наклонными трещинами
Qmax Qu = 0.3φw1φb1bh0Rb.
Здесь φw1 учитывает влияние поперечных стержней балки
φw1 = 1 + 5αw ≤ 1.3 где α = EsEb 17000023000 = 7.39;
w = Aswbs = 39.2200·150 0.0013;
φw1 = 1 + 5·7.39·0.0013 = 1.05 1.3.
Коэффициент φb1 = 1 – 0.01Rb = 1 – 0.01·765 = 092.
Таким образом поперечная сила которую может выдержать бетон сжатой зоны наклонной полосы между наклонными трещинами
Qu = 0.3·1.05·0.92·765·200·270 = 11971638 Н.
Qmax = 52710 Н Qu = 11971638 Н выполняется.
Армирование второстепенной балки показано на рис. 2.9.
В данной курсовой работе « Расчёт и конструирование монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами» было рассмотрено на примере общественного здания в городе Шымкент применение железобетонных конструкции. Все расчеты проводились по деиствующим на данныи момент в Казахстане СНиП и полностью согласованы с их требованиями.
Бубнович Э.В. Бондарь И.С Методические указания. «« Расчёт и конструирование монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами» Алматы: КазНТУ имени К.И.Сатпаева 2010
СНиП 2.03.01.84 «Бетонные и Железобетонные конструкции» Москва 1989
СНиП 2.01.07.85 «Нагрузки и воздействия» Москва 2001

чертеж.dwg

Компоновка консруктивной схемы монолитного перекрытия М 1:200
план непрерывного армирования М 1:100.
Железобетонные конструкции I
Расчет и конструирование монолитного ребристого покрытия балочного типа
Компоновка конструктивной схемы монолитного перекрытия
Армирование монолитной балочной плиты
C1 S5Вр1-1503Вр1-350; 2450
C2 S3Вр1-4003Вр1-150; 2075х4500
План непрерывного армирования
Армирование второстепенной балки
Спецификация одной второстепенной балки
Примечание 1. Толщина защитного слоя рабочей арматуры 10 мм. 2. Плоские каркасы и сетки перед установкой в опалубку объединить в пространственный каркасы вязальной проволокой. 3. Снятие несущей опалубки производить после достижения бетоном 70% проектной прочности. 4. Сварные монтажные швы и поврежденный при сварке места цинкового покрытия закладных частей должны быть тщательно очищены и покрыты слоем цинка способом металлизации
в соответствии со СН206-62. 5 Сетки и каркасы изготовить при помощи контактной точечной сварки в соответствии со СНиП III-В.1-70 и ГОСТ 10922-64. 6. Сварку производить электродами типа Э-42.
Каркас пространственный КП1
Каркас пространственный КП2