Железобетонные конструкции

ПЗ1.doc

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра "Гражданское строительство и
Отделение «Энергетические промышленные и
гражданские сооружения»
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине:
«Железобетонные конструкции»
Расчёт сборной железобетонной ребристой плиты покрытия
Объёмно-планировочное и конструктивное решения здания3
1. Объёмно-планировочное решение3
2. Конструктивное решение3
Несущие конструкции здания3
Конструирование и расчёт ребристой плиты покрытия4
1. Конструирование ребристой плиты покрытия4
2. Сбор нагрузок и статический расчёт плитной части5
3. Армирование плитной части7
4. Расчёт усилий и подбор арматуры в поперечных диафрагмах8
5. Расчёт усилий и подбор арматуры в продольных рёбрах13
6. Схема армирования продольных рёбер16
7. Расчёт трещиностойкости продольных рёбер17
7.1. Расчёт продольных рёбер по образованию трещин ..17
7.2. Расчёт продольных рёбер по раскрытию трещин .20
В данном курсовом проекте были рассмотрены вопросы проектирования промышленного здания с железобетонным каркасом. Произведены конструирование расчёт и армирование ребристой плиты покрытия.
Расчёты выполнялись с учётом действующей нормативной и справочной литературы.
Объёмно-планировочное и конструктивное решения здания
1. Объёмно-планировочное решение
Размеры здания в плане составляют:
пролет здания: L=30м;
общая длина здания: Lзд=96м;
Высота проектируемого здания составляет 22.200м.
2. Конструктивное решение
Здание машинного зала по конструктивной схеме относится к зданиям каркасного типа. Основой несущего каркаса является система плоских поперечных рам состоящих из колонн и ригелей покрытий (сквозных – ферм) повторяющихся в продольном направлении с шагом 6м. Плоские поперечные рамы в свою очередь в продольном направлении связаны между собой продольными балками связями между колоннами конструкциями покрытий и стеновым ограждением.
Несущая способность поперек здания обеспечивается поперечными рамами в которых колонны жестко заделаны в фундаменты.
Продольная жёсткость каркаса обеспечивается с помощью балок-распорок жёстко соединенных с колоннами железобетонного каркаса.
Несущие конструкции здания
Основными несущими элементами каркаса являются: колонны ригели подкрановые балки и плиты покрытия.
В качестве ригеля покрытия принята металлическая ферма с параллельными поясами (). В проекте пояса фермы имеют тавровое сечение а решетка состоит из двух уголков. Для поясов фермы используется низколегированная сталь повышенной прочности марки 14Г2-6 а для решетки – марки Ст3.
Ферма имеет следующие геометрические характеристики: пролет - 30м уклон верхнего пояса – 15% высота на опоре – 315м. Схема принятой фермы представлена на рис. 1.
Рис. 1. Стропильная ферма
В качестве покрытия приняты железобетонные ребристые плиты покрытия ребрами вниз размером .
Конструирование и расчёт ребристой плиты покрытия
1. Конструирование ребристой плиты покрытия
Рис. 2. Ребристая плита покрытия (размеры даны в см)
-поперечная диафрагма
Толщина плиты назначается:
Высота поперечных диафрагм принимается равной:
Ширина поперечных диафрагм задается конструктивно:
- по низу: принимаем
- по верху: принимаем
Высота продольных ребер:
Ширина продольных ребер:
2. Сбор нагрузок и статический расчёт плитной части
Сбор нормативных и расчётных нагрузок действующих на 1м2 плиты покрытия сведен в таблицу 1. В качестве временной нагрузки принято в соответствии с заданным географическим районом строительства расчётное значение снегового давления на 1м2 поверхности земли S0=180кгсм2[4]
-слойный рубероидный ковер
Цементная стяжка =20мм γб=2200кгсм2
Жб плита =100мм γб=2400кгсм2
Плита ребристой панели в статическом отношении представляет собой однорядную многопролётную плиту работающую в двух направлениях упруго-защемлённую на продольных рёбрах и диафрагмах.
Рис.3. Расчётные схемы
Опорные моменты передающиеся от плиты на продольные ребра к торцевым диафрагмам вызывают в них поворот. В виду возможного поворота продольных ребер и торцевых диафрагм можно допустить что вдоль этих ребер плита оперта шарнирно.
Таким образом торцевые участки панели можно рассматривать как плиту шарнирно опертую по трем сторонам и жестко заделанную по четвертой (случай А) а среднюю часть как плиту жёстко заделанную по двум сторонам и шарнирно опертую по двум сторонам (случай Б).
Расчётные пролёты участков плит принимаются равными:
где - табличные коэффициенты зависящие от отношения (табл. 2 случай А [2]);
значение суммарной расчётной нагрузки умноженный на коэффициент (табл. 2 случай А [2]);
где - табличные коэффициенты зависящие от отношения (табл. 2 случай б [5]);
значение суммарной расчётной нагрузки умноженный на коэффициент (табл. 2 случай б [5]);
Результирующие эпюры изгибающих моментов представлены на рис.4.
Рис. 4. Результирующие эпюры изгибающих моментов
3. Армирование плитной части
Для изготовления плиты покрытия приняты следующие материалы (их расчётные характеристики приняты в соответствии с [356]):
- арматура класса А400 (А-III):
- арматура класса В500:
Назначим процент армирования тогда:
Для каждого расчётного сечения находим параметр и соответствующей ему коэффициент :
Далее определяем площадь поперечного сечения рабочей арматуры:
Результаты расчёта арматуры сведены в таблицу 2.
4. Расчёт усилий и подбор арматуры в поперечных диафрагмах
Поперечные рёбра (диафрагмы) рассматриваются как однопролётные свободно опертые балки. Нагрузки на них передаются от плиты по закону трапеции так как а'bпл.
Закон передачи нагрузки устанавливается путем проведения биссектрис углов между продольными и поперечными ребрами. Величина расчётного пролета принимается равной расстоянию между осями продольных рёбер.
Рис. 5. Схема загрузки диафрагмы:
а – грузовая площадь б – расчётная схема.
Находим вес 1п.м. диафрагмы:
где - средняя ширина сечения диафрагмы
- объёмный вес тяжелого бетона ;
- коэффициент надёжности по нагрузке
Наибольшее значение треугольной нагрузки q0 передаваемой от плиты включая вес плиты вес утеплителей пароизоляции и вес снега найдем по формуле:
где и - соответственно временная и постоянная расчётные нагрузки приходящиеся на 1м² плиты покрытия;
Наибольшие изгибающий момент в пролете и поперечная сила на опорах при треугольном законе передачи нагрузки определяются по формулам:
где - расчётный пролет диафрагмы.
Вследствие монолитного сопряжения элементов плиты друг с другом в работу сечения диафрагм включается некоторый участок плиты т.е. диафрагмы имеют вид тавра (рис.6).
Рис. 6. Расчётная схема и поперечное сечение диафрагмы
Ширина полки этого тавра принимается наименьшей из следующих условий:
Далее устанавливаем положение нейтральной оси. Если изгибающий момент от расчётных нагрузок оказывается меньше момента внутренних сил воспринимаемых сжатой полкой таврового сечения относительно центра тяжести растянутой арматуры или равен ему то нейтральная ось проходит в полке т.е. если нет то нейтральная ось проходит в ребре.
Условие выполняется следовательно можно утверждать что нейтральная ось сечения плиты проходит в полке. Расчёт требуемой арматуры производится аналогично прямоугольному сечению.
Принимаем 116 класса А400 (А-III) .
Выполняем подбор поперечной арматуры (хомутов). Поперечная арматура в балках (или иных элементах конструкций в которых действуют поперечные силы) ставиться для обеспечения их прочности по наклонным сечениям. Этот расчет должен обеспечить прочность изгибаемых элементов:
по бетонной полосе между наклонными сечениями;
на действие поперечных сил по наклонным сечениям;
на действие изгибающих моментов по наклонным сечениям.
Расчёт прочности изгибаемых элементов по бетонной полосе между наклонными сечениями имеет предотвращения разрушения элемента от действия сжимающих усилий вдоль полосы и производиться из условия:
где - расчётное сопротивление бетона осевому сжатию (по первой группе предельных состояний);
- средняя ширина сечения диафрагмы.
Условие выполняется поэтому размеры сечения и класс бетона остаются прежними.
Назначаем шаг хомутов:
В первом приближении задаем стержни диаметром 3мм класса В500 а их количество примем равным числу каркасов.
Считаем распределенное усилие в хомутах на единицу длины диафрагмы задавшись шагом и диаметром хомутов – S=10cм аsw=0071см2 (13):
где - расчётное сопротивление поперечной арматуры растяжению;
- площадь одного хомута;
nsw – количество срезов хомута в поперечном сечении диафрагмы (равно количеству каркасов n=1);
Проверяем достаточность поперечного армирования по условию:
Определяем параметр Mb:
Определяем предельную поперечную силу на опоре которая может быть воспринята диафрагмой при заданном армировании:
Проверяем условие прочности:
Условие прочности выполняется.
тогда поперечное армирование следует уменьшить
Считаем распределенное усилие в хомутах на единицу длины диафрагмы задавшись шагом и диаметром хомутов – S=15cм аsw=0071см2 (13):
Условие не выполняется.
Принимаем поперечную арматуру 3 В500 c шагом .
Диафрагма армируется одним плоским сварным каркасом который состоит из одного рабочего стержня (продольной арматуры) поперечных стержней – хомутов и конструктивного стержня диаметр которого назначается из конструктивных соображений:
где - диаметр хомута.
5. Расчёт усилий и подбор арматуры в продольных рёбрах
Рис.7. Схема загрузки продольного ребра:
а) грузовая площадь б) расчётная схема.
Продольные ребра рассматриваются как свободно опертые балки. Нагрузки на них передается непосредственно от плиты по закону треугольника. Практически нагрузку принимают равномерно распределенной.
где g и р – временная и постоянная расчётные нагрузки на 1м2 (см. табл. 1);
- собственный вес 1п.м. ребра.
где - высота продольного ребра;
- средняя ширина ребра
- коэффициент надежности по нагрузке.
Наибольший изгибающий момент в середине пролета:
Наибольшая поперечная сила на опорах:
где - расчётный пролёт ребра принимается с некоторым запасом равным lпл = 6м
При расчёте арматуры в ребре необходимо учесть работу плиты часть которой попадает в сжатую зону. Поэтому профиль сечения ребра представляет собой полутавр (рис.8) с расчетной шириной полки:
Рис. 8. Поперечное сечение продольного ребра
Расчётный профиль будет зависеть от положения нейтральной оси которое устанавливается проверкой условия:
Условие выполняется следовательно площадь продольной арматуры подбирается как для прямоугольного сечения шириной :
Принимаем 216 класса А400 (А-III)
Подбор поперечной арматуры (хомутов) производиться по такой же методике как и для поперечной диафрагмы.
Проверяем выполнение условия:
В первом приближении задаем стержни диаметром 6мм класса АIII а их количество примем равным числу каркасов.
Считаем распределенное усилие в хомутах на единицу длины диафрагмы задавшись шагом и диаметром хомутов – S=25cм аsw=0196см2 (15):
Условие прочности выполняется. Ставим поперечную арматуру 5 В500 c шагом в середине пролёта и с шагом на приопорных участках.
Армирование продольного ребра производится плоским сварным каркасом который состоит из двух рабочих стержней поперечной арматуры и конструктивного стержня диаметр которого назначается из конструктивных соображений:
6. Схема армирования продольных рёбер
Для экономии металла произведём обрыв верхнего рабочего стержня. Обрыв стержня назначается в соответствии с эпюрами изгибающих моментов. Для этого на арматурном чертеже ребра строим эпюру материалов представляющую собой эпюру моментов которые может воспринять ребро имеющимся в сечении количеством арматуры. Для построения эпюры материалов воспользуемся формулой:
где - табличный коэффициент определяемый по фактическому проценту армирования
Рис.9. Эпюра материалов продольного ребра
Согласно нормам обрываемый стержень необходимо завести за точку теоретического обрыва на расстояние не менее и не менее 20
Длина анкеровки w определяется по формуле:
где - поперечная сила в месте теоретического обрыва стержня.
Принимаем длину анкеровки
7. Расчёт трещиностойкости продольных рёбер
Расчёт железобетонных элементов по трещинообразованию выполняют на действие нормативных нагрузок.
где и временная и постоянная нормативные нагрузки на 1м2 (см. табл. 1);
- средняя ширина ребра ;
- коэффициент надежности по нагрузке.
7.1. Расчёт продольных рёбер по образованию трещин
Расчёт железобетонных элементов по образованию нормальных трещин производится из условия:
где Мr - момент внешних сил;
Мcrc - момент воспринимаемый сечением определяемый по формуле:
где - расчётное сопротивление бетона осевому растяжению (по второй группе предельных состояний);
где Wred - момент сопротивления для растянутой грани приведенного сечения определяемый по правилам сопротивления упругих материалов.
g - коэффициент для прямоугольных сечений принимается равным 175.
где - приведенный момент инерции относительно оси х-х проходящей через центр тяжести сечения;
- расстояние от максимально удалённой грани сечения до центра тяжести сечения.
Положение оси х-х определяется по формуле:
где - площадь приведенного сечения:
где - площадь полки приведенного сечения;
- площадь ребра приведенного сечения;
- площадь рабочей арматуры;
- площадь конструктивной арматуры;
- коэффициент привидения бетона к арматуре
где - расстояния от нижней грани сечения (оси 0-0) до центра тяжести приведённых сечений;
где - момент инерции полки;
- момент инерции ребра;
- расстояния от центров тяжести приведенных сечений до оси х-х проходящей через центр тяжести всего сечения;
Напряжения возникающие в растянутой зоне:
Условие прочности не выполняется поэтому необходимо выполнить расчёт ребра по раскрытию трещин.
7.2. Расчёт продольных ребер по раскрытию трещин
Ширину раскрытия трещин нормальных к продольной оси элемента acrc мм определяем по формуле:
где - коэффициент учитывающий продолжительность действия нагрузки (при продолжительном действии нагрузки );
- коэффициент учитывающий профиль продольной арматуры (для арматуры периодического профиля );
- коэффициент учитывающий характер нагружения (для изгибаемых элементов принимается равным 1);
- коэффициент учитывающий неравномерное распределение относителных деформаций растянутой арматуры между трещинами;
- напряжение в продольной растянутой арматуре в нормальном сечении с трещиной от соответствующей нагрузки;
Для прямоугольных сечений напряжение допускается определять по формуле:
- базовое расстояние между смежными нормальными трещинами
Условие выполняется продольное ребро плиты покрытия удовлетворяет требованиям по ширине раскрытия трещин.
Заикин А.И. Железобетонные конструкции одноэтажных промышленных зданий: Учебное пособие. – М.: Издательство АСВ 2007 – 272с.
Д.А. Страхов В.А. Соколов П.Ю. Михеев. Железобетонные конструкции. Проектирование сборной железобетонной плиты покрытия: Методические указания СПб.: Изд-во Политехн. ун-та 2008. 39с.
СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции».
СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».
СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры».
Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения (к СП 52-101-2003).

ЧЕРТЁЖ.dwg

Железобетонные конструкции
Поперечный разрез.Армирование
ребристой плиты покрытия
С О Г Л А С О В А Н О
Спецификация арматурных изделий
Армирование плиты П-1
План нижней арматуры
План верхней арматуры
Спецификация плиты П-1
Для изготовления панели применять бетон класса В20.
Электросварку элементов выполнять электродами Э42.
Высоту швов принимать по наименьшей толщине свариваемых элементов.
Для изготовления панели применять бетон класса В20.
Электросварку элементов выполнять элетродами Э42.
Высоту швов принимать по наименьшей толщине свариваемых эл-в.
спецификация элементов"