Курсовой проект "Многоэтажное каркасное здание"

Записка.docx

Министерство образования Республики Беларусь Белорусский национальный технический университет
Кафедра "Строительные конструкции
Строительный факультет
Расчетно-пояснительная записка
к курсовому проекту на тему:
Многоэтажное каркасное здание
Компоновка конструктивной схемы перекрытий 3
1.Данные для проектирования 7
Расчет и конструирование пустотной плиты перекрытия 8
1. Определение нагрузок 8
2. Расчетные данные для подбора сечения 9
3. Статистический расчет плиты 10
4. Назначение величины предварительного натяжения в арматуре 11
5. Расчет прочности по сечению нормальному к продольной оси 12
6. Замечания по технологии предварительного напряжения 14
7.Расчет плиты на действие поперечной силы 15
Расчет железобетонного ригеля 17
1. Определение нагрузок на 1 м длины ригеля 18
2. Статический расчет 19
3. Расчет прочности ригеля по сечениям нормальным к оси 20
4. Расчет наклонных сечений 22
5. Расчет наклонного сечения ригеля на действие поперечной силы 22
Расчет и конструирование железобетонной колонны 27
1. Расчет консоли колонны 40
2. Расчет стыка колонны 41
Расчет центрально нагруженного сборного жб фундамента 43
КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ПЕРЕКРЫТИЙ
Многоэтажные здания широко используются во многих отраслях промышленности также при строительстве жилых общественных и административных объектов. В промышленном строительстве многоэтажные здания используют для предприятий приборостроения химической легкой и пищевой промышленности складов холодильников гаражей и т.п. К таким зданиям относятся также лабораторные и административно-бытовые корпуса предприятий различных отраслей промышленности
Несущая система любого многоэтажного здания образуется вертикальными несущими конструкциями (колоннами панелями) объединенными в единую пространственную систему горизонтальными несущими конструкциями (перекрытиями). В каркасных зданиях элементами несущей системы являются: железобетонный каркас образованный колоннами ригелями и фундаментами (т.е. плоскими рамами) вертикальные элементы жесткости в виде железобетонных диафрагм столбов металлических связей и горизонтальные элементы (перекрытия и покрытия).
Этажность и высота этажа промышленных зданий зависит от вида и технологии производства и составляет при тяжелых нагрузках 3-7 этажей а при небольших нагрузках (до 5 кПа) до 12–14 этажей; высота этажа кратна 12 м; ширина здания составляет 18–48 м. Размер сетки колонн зависит как от интенсивности временной нагрузки на перекрытиях так и от специфики производства и чаще всего принимается равным 6х6 9х6 и 12х6 м в диапазоне временных нагрузок 30 10 кПа.
Привязку колонн и стен к разбивочным осям выполняют согласно действующим нормативам. Так при полном каркасе разбивочные оси совмещают с геометрическими осями средних колонн и с наружными гранями крайних рядов колонн. При неполном каркасе наружные разбивочные оси располагают по осям наружных стен а внутренние – по геометрическим осям колонн.
Могут быть и другие привязки осей в зависимости от типа перекрытий.
Перекрытия многоэтажных каркасных зданий бывают балочные и безбалочные в сборном монолитном или сборно-монолитном исполнении. Сборные балочные перекрытия обычно состоят из пустотных или ребристых плит опирающихся на ригели каркаса. Общий принцип проектирования сборных плит перекрытий состоит в максимально удалении бетона из растянутой зоны оставляются лишь узкие ребра для размещения арматуры и объединения сжатой и растянутой зон сечения. Если при проектировании не ставится условие образования плоского потолка экономическим требованиям вполне отвечают ребристые плиты с полкой в сжатой зоне. Полка плиты представляет при этом однорядную многопролетную плиту защемленную по контуру в продольные и поперечные ребра. Высота продольных ребер подбирается из условий прочности и жесткости и составляет (120 115) остальные размеры поперечного сечения во многом определяются конструктивными и технологическими требованиями при изготовлении.
Около 60-65% от общего расхода железобетона приходится на плиты поэтому следует уделить наибольшее внимание выбору рационального конструктивного решения этих элементов. С целью уменьшения массы плиты перекрытия проектируются облегченной конструкции:
Пустотные с круглыми пустотами (при переменных нагрузках до 5 7 кПа). В пустотных плитах толщина верхних и нижних полок принимается равной 26 30 мм а ребер-30 35 мм. Номинальная ширина плит принимается равной 1000 2500 мм и кратной 100 мм. Конструктивная ширина принимается плиты по низу на 10 мм меньше номинальной. Конструктивная длина плиты при опирании ее по верху ригеля принимается на 30 мм меньше номинальной.
Ребристые (при переменных нагрузках свыше 7 кПа) (рис. 1.1б). Так как плиты работают на изгиб то при проектировании поперечного сечения стараются удалить как можно больше бетона из растянутой зоны за исключением вертикальных ребер обеспечивающих прочность наклонных сечений элемента и необходимых для установки в растянутой зоне арматуры.
В ребристых плитах с ребрами вниз (полка в сжатой зоне) толщина полки назначается равной 40 60 мм а ширина ребер по низу 65 80 мм.
Номинальную ширину плит принимают равной 1000 - 1600 мм кратной 100 мм.
Рис.1.1. Поперечное сечение плит перекрытия
При назначении типа плит учитываются различные факторы: возможность размещения арматуры требования к величинам защитных слоев; значения полезной нагрузки; вид полезной нагрузки; необходимость устройства гладкого потолка. Ширина плит назначается из условия унификации типоразмеров грузоподъемности монтажного и транспортного оборудовании и т. д.
Рис. 1.2. (а б) Типы опирания плит перекрытия на ригели
В составе сборного перекрытия плиты образуют после замоноличивания швов жесткий) горизонтальный диск способный активно влиять на пространственную жесткость здания. Плиты укладываемые по осям средних рядов колонн выполняют роль распорок передающих продольные нагрузки на систему связей а также обеспечивающих продольную устойчивость рам при монтаже каркаса. Применяют два типа опирания плит перекрытий: по верху ригелей прямоугольного сечения (рис. 1.2 а) и на консольные полки ригелей таврового сечения (рис. 1.2 б). Первый вариант обычно применяют при больших сосредоточенных нагрузках на перекрытии или необходимости устройства в перекрытии отверстий для пропуска коммуникаций. Второй вариант опирания применяемый при равномерно распределенных нагрузках на перекрытиях предпочтительнее так как уменьшаются пролеты плит строительная высота перекрытия и здания в целом.
Ригели для пролетов L 9 м выполняют как предварительно напряженными так и без предварительного напряжения а для пролетов L = 9 12 м — только с предварительным напряжением; класс бетона принимается С1215-С2530 в зависимости от класса по условиям эксплуатации напрягаемая арматура класса S800-стержневая; ненапрягаемая класса S500 (стержневая и проволочная). Поперечное сечение ригелей чаще принимается тавровым с консольными полками у нижней грани; высота сечения составляет (110..115) пролета ширина-обычно не более 300 мм; боковым граням придается небольшой технологический уклон для облегчения распалубки. Колонны многоэтажных производственных зданий обычно консольного типа высотой в один или два и более этажей прямоугольного сечения размерами 300х300 400х400 или 400х 600 мм. Как правило по этажам сечение колонн остается постоянным меняется лишь армирование или класс бетона чем достигается типизация колонн ригелей и узлов сопряжений.
Минимальный класс бетона для колонн – С 1215 а для сильно нагруженных-не ниже С 2025. Колонны армируют продольными стержнями диаметром не менее 12 мм из стали классов S500 и поперечными стержнями (или хомутами) из стали классов S500.
Стык колонн располагается на высоте 500 мм от уровня пола (для удобства выполнения работ) и осуществляется путем ванной сварки выпусков продольной рабочей арматуры с последующим омоноличиванием бетоном на мелком щебне. Концы колонн усиливают поперечными сетками и заканчивают стальной центрирующей прокладкой (для удобства рихтовки при монтаже). В компоновку конструктивной схемы перекрытия входит выбор сетки колонн установление количества пролетов направления ригелей типа и ширины плит.
Направление ригелей в плане перекрытия может быть продольным и поперечным.
Ригели опираются на наружные стены и внутренние опоры – колонны. Величины пролетов ригелей должны находиться в пределах 5 9 м. Крайние и средние пролеты должны отличаться не более чем на 10%.
По методическим соображениям размеры здания в плане и высота этажей при курсовом проектировании задаются отличными от унифицированных но они должны приниматься кратными 100 мм. При проектировании разрабатывается несколько вариантов конструктивной схемы перекрытия и выбирается наиболее экономичная. При этом количество типоразмеров элементов должно быть минимальным.
При компоновке перекрытия с применением пустотных плит между колоннами в продольном направлении укладываются плиты-вставки шириной 400 мм.
При использовании ребристых плит между колоннами укладываются межколонные плиты ширина которых может отличаться от ширины рядовых плит. У наружных стен допускается укладка доборных плит шириной 600 900 мм иили устройство монолитных участков шириной до 600 мм.
1. ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Требуется выполнить компоновку схемы перекрытия 5 этажного производственного здания с размерами в плане 233м х357м. Наружные стены кирпичные. Характеристическая функциональная нагрузка на перекрытие 477 кНм2. Высота этажа – 44 м. Город строительства Гомель (1440 м) – снеговой район -1 в.
35+0.38 х (А-140)100=135+038 х (144-140)100=137 кПа
Принимаем пустотные плиты перекрытия. Выбираем конструктивную схему перекрытия с поперечным расположением ригелей. Назначаем пролеты ригелей 54 м +2х63 м +53 м.
С учетом уложенных плит-вставок в среднем пролете здания промежуток между плитами-вставками в свету составляет 6300-400=6000мм что позволяет применить 3 плиты шириной 1500 мм и доборную плиту шириной 1400 мм. В крайних пролетах промежуток между наружной стеной и плитой-вставкой составляет 5400-200=6200мм и 5300-200=5100мм и возможно применение вышеуказанных размеров плит 1200х3 =3600 мм плюс доборной плиты 1400 мм шириной у наружной стены и монолитный участок 400мм (300мм).
Плиты перекрытия опираются на ригели. Поперечное сечение ригелей принято тавровым с консольными полками у нижней грани. Высота сечения составляет (110 115) пролета ширина обычно не более 300мм боковым граням придается небольшой технологический уклон для облегчения распалубки.
Колонны каркасных многоэтажных зданий обычно консольного типа высотой в один или два и более этажей прямоугольного сечения размерами 300х300мм; 400х400мм или 400х600мм. Как правило по этажам сечение колонн остается постоянным меняется лишь армирование или класс бетона чем достигается типизация колонн ригелей и узлов сопряжения. Минимальный класс бетона для колонн С1215 а для сильно нагруженных – не ниже с2025.
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПУСТОТНОЙ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ
1. Определение нагрузок
Рисунок 2.1 Состав пола
Таблица 2.1 Нагрузки на 1м2 перекрытия
I. Постоянная нагрузка.
Цементный раствор =165 мм γ=22 кНм3
Железобетонная многопустотная плита покрытия t=220мм tпр=120мм ρ=2500кгм3
II. Переменная нагрузка
Функциональная нагрузка
Составляем расчетные комбинации усилий:
- первое основное сочетание
где –постоянная нагрузка;
– доминирующая переменная нагрузка;
- сопутствующая нагрузка;
- второе основное сочетание:
где - коэффициент уменьшения для неблагоприятно действующей постоянной нагрузки;
В качестве расчетной нагрузки принимаем: .
2 Расчетные данные для подбора сечения
В качестве рабочей арматуры принимаем стержневую арматуру класса S800 с натяжением на упоры; полки панели армируются сварными сетками из проволоки класса S500. Бетон принимаем класса С3037. Средняя относительная влажность воздуха – не менее 40%. Класс среды по условиям эксплуатации – ХС1.
Характеристики бетона:
- характеристическая кубиковая прочность бетона ;
- характеристическая цилиндрическая прочность на сжатие ;
- среднее значение цилиндрической прочности бетона предела на осевое сжатие ;
- среднее значение предела прочности бетона на осевое растяжение ;
- модуль упругости бетона ;
- расчетное значение предела прочности бетона осевому сжатию
где – коэффициент условий работы бетона;
- расчетное значение предела прочности бетона осевому растяжению
Характеристика напрягаемой арматуры класса S800:
Характеристическое значение условного предела текучести предварительно напряженной стали ;
- расчетное значение предела текучести
где – коэффициент безопасности по арматуре;
Модуль упругости E =205 Гпа.
Характеристика ненапрягаемой арматуры класса S500:
Характеристическое значение предела текучести ;
- расчетное сопротивление для арматуры диаметром 4-5мм и 25-40мм
- расчетное значение предела текучести:
- расчетное значение предела текучести поперечной арматуры
где – коэффициент условий работы поперечной арматуры учитывает неравномерность распределения напряжений по длине стержня;
Модуль упругости E =205 ГПа
3 Статический расчет плиты
Расчетная схема панели принята в виде однопролетной свободно опертой балки загруженной равномерно распределенной нагрузкой.
За расчетный пролет плиты принимается расстояние между центрами опор:
b =300мм – ширина сечения ригеля;
5мм – ширина полки ригеля.
Рисунок 2.2 Расчетная схема плиты
При номинальной ширине панели 15м погонная нагрузка на 1м длины составит (кНм):
= = 11137 = 167055 кНм;
Изгибающий момент от действия расчетной нагрузки:
Поперечная сила на опоре от действия расчетной нагрузки:
4 Назначение величины предварительного
натяжения в арматуре
Натяжение арматуры производится на упоры стенда механическим способом а обжатие бетона производят усилием напрягаемой арматуры при достижении прочности: .
При твердении бетон подвергается тепловой обработке при атмосферном давлении.
Усилие прилагаемое к напрягающему элементу (арматуре) не должно превышать следующее значение:
где – площадь сечения напрягающего элемента;
где -характеристическое значение 01%-ного условного
Величина напряжений в арматуре с учетом всех потерь предварительного напряжения при предварительном подборе арматуры составляет:
5 Расчет прочности по сечению
нормальному к продольной оси
Расчет продольной арматуры производится из условия обеспечения прочности таврового сечения нормального к продольной оси элемента.
Сечение плиты с круглыми пустотами приводим к двутавровому для этого круглые пустоты заменяем квадратными той же площади и того же момента инерции т.е. . Тогда толщина полки двутавра составит . Приведенная толщина ребер равна .
Рисунок 2.3 Расчетное сечение плиты
Предварительный подбор площади сечения напрягаемой арматуры выполняем с использованием расчетной модели с укороченной прямоугольной эпюрой напряжений в сжатой части сечения. Продольную ненапрягаемую арматуру установленную в полке (в сжатом бетоне ) не учитываем. При расчете прочности сечения полку в растянутой зоне не учитывают.
Исходные данные: ; 459 мм; .
Класс среды по условиям эксплуатации XC1.
Принимаем 25мм; 16 мм
где – минимальный защитный слой бетона.
В соответствии с Национальным приложением НП1 к ТКП EN 1992-1-1-2009* принимаем =10мм.
Рабочая высота сечения определяется по формуле:
где – расстояние от наиболее растянутых волокон бетона до центра тяжести растянутой арматуры;
- предполагаемый диаметр продольной арматуры;
Устанавливаем где проходит нейтральная ось при расчете таврового сечения. Момент воспринимаемый полностью сжатой полкой:
Поскольку =1731кНм=7166 кНм нейтральная ось проходит в полке. Сечение рассчитывается как прямоугольной шириной =1460 мм.
Условие выполняется следовательно нейтральная ось проходит в полке. Сечение рассчитывается как прямоугольной шириной .
Относительная высота сжатой зоны с учетом фактического значения высоты сжатой зоны
Площадь сечения продольной напрягаемой арматуры:
Принимаем 612 S800 (A= 679 мм2)
Проверяем условия достаточности армирования:
Окончательно принимаем 612 S800
Фактическая величина полезной высоты сечения:
d = h – c = 220 – 41 =179 мм.
Проверка сопротивления нормального сечения
плиты в стадии эксплуатации.
Поскольку плита выполнена из бетона класса С3037 имеет симметричное относительно вертикальной оси сечение и арматура сосредоточена у наиболее растянутой грани проверку способности сечения сопротивляться действию изгибающего момента допускается выполнять с использованием уравнений статического равновесия.
Изгибающий момент в расчетном сечении составляет
По результатам предварительного расчёта в плите установлена рабочая арматура в виде 6 стержней 12 S800 общей площадью A= 679 мм2.
Положение нейтральной оси в элементе таврового сечения определяется из условия
А =695 679 = 471905 Н
=201460 38 =1109600 Н.
Т.к. 47121 кН 11096 кН нейтральная ось проходит в полке.
Сечение проверяем как прямоугольное с шириной
Величина изгибающего момента воспринимаемого сечением
Сопротивление нормального сечения плиты в стадии эксплуатации обеспечено.
6 Замечания по технологии предварительного напряжения
Потери предварительного напряжения от деформации анкеров расположенных в зоне натяжных устройств при натяжении на упоры следует рассчитывать по формуле мм
длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров стенда или формы) мм
где - диаметр натягиваемого стержня мм.
5(6300+1000) 5674 кН
Контролируемое напряжение в стержне:
Контролируемое удлинение стержня:
Усилие натяжения стержня:
Где А - площадь сечения одного стержня
7 Расчет плиты на действие поперечной силы
Расчет требуемой площади поперечного армирования производится производится в зависимости в зависимости от величины поперечной силы действующей в рассматриваемом сечении.
Расчетное значение сопротивления бетона поперечной силе без учета поперечной арматуры при отсутствии продольного усилия:
Продольная сила в поперечном сечении вызванная действием предварительного напряжения:
=· = 420 · 679 = 285180 Н.
Площадь бетонного сечения мм2:
= = 2051 Мпа = 02 · 20= 40 Мпа;
Поперечная сила которую может воспринять бетон конструкции без учета поперечной арматуры:
= ( + 015 · ) · = (0542 + 015 · 2051) · 459 · 179 =
Поскольку = 4893 кH поперечная арматура устанавливается по конструктивным требованиям.
При высоте сечения до 300 мм и соблюдения условий прочности на действие поперечной силы допускается устанавливать конструктивную арматуру. Конструктивно устанавливаются сетки в верхней и нижней полках в приопорных зонах и посередине пролета. Каркасы устанавливаются конструктивно в продольных ребрах между пустотами равномерно по ширине сечения плиты. Расстояние между каркасами не должно превышать 400 500 мм (через 2-3 пустоты).
РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО РИГЕЛЯ
Исходные данные для проектирования
Исходя из условия эксплуатации ХС1 принимаем для ригеля бетон класса С2025.
- характеристическое значение предела прочности бетона на осевое растяжение ;
- среднее значение предела прочности бетона на осевое растяжение
Для армирования ригеля принимаем продольную арматуру класса S500:
1 Определение погонной нагрузки на 1м длины ригеля
Нагрузка на 1 м длины ригеля складывается из нагрузки от перекрытия и собственного веса ригеля.
Сбор нагрузок на 1 м² перекрытия приведена в таблице 2.1 (расчет плиты перекрытия).
Расчетная постоянная нагрузка на ригель от перекрытия:
= = 4685 · 6 3= 2951 кНм
рис. 3.1 К определению грузовой площади ригеля
Расчетная переменная нагрузка на ригель от перекрытия:
= = 7155 · 63 = 4507 кНм
Собственный вес ригеля:
Нормативная нагрузка от собственного веса 1м ригеля составляет:
= · 022 + = 01865 см
= 01865 · 25 = 4738 кНм;
Расчетная нагрузка от собственного веса 1м ригеля составляет:
= = 01865 · 25 · 1.35= 6396 кНм;
где –площадь поперечного сечения ригеля; ρ =25 кНм³-обьемный вес железобетона; - коэффициент безопасности по нагрузке для собственного веса конструкций.
Полная расчетная постоянная нагрузка на 1 м погонный ригеля составит:
= +=2951 + 6396 = 3591 кНм;
- основное сочетание р = + 0.7 · q = 3591 + 0.7 · 4507 = 6746 кНм
- основное сочетание р = + q = 085 ·3591 + 4507= 7559 кНм
Принимаем 2 сочетание нагрузок как наиболее благоприятное.
2 Статический расчет ригеля
Определяем конструктивную и расчетную длину ригеля
= 6300 -200 ·2-20 ·2 = 5860 мм;
Максимальный изгибающий момент в середине пролета и максимальная поперечная сила на опоре от действия расчетных нагрузок составляет:
3 Расчет прочности ригеля по сечениям нормальным к продольной оси
При расчете ригеля сечение рассматривается как прямоугольное с размерами b хh =300х450мм.
Площадь сечения консольных свесов в расчет не вводим т.к. они расположены в растянутой зоне бетона.
Предварительно условно принимаем продольную рабочую арматуру диаметром 25 мм класса S500 для класса условий эксплуатации ХС1
Принимаем 25мм; 25 мм
Расстояние от наиболее растянутых волокон бетона до центра тяжести растянутой арматуры:
Полезная высота сечения
Для арматуры класса S500 при E =200 · 10³ относительная деформация при достижении напряжениями в ней расчетного сопротивления составит:
== 435200 000=2175 %
При использовании расчетной модели основанной на применении прямоугольного блока напряжений граничные значения относительного момента сжатой зоны:
где предельная величина относительных деформаций сжатия для бетона классов С2025 и ниже (таблица П.6 Приложения);
высоты сжатой зоны сечения.
Предельное значение относительного момента сжатой зоны бетона
= · (1-0.5·) = 0493·(1-05·0493) = 0371
= = = 03396 = 0340371 следовательно сопротивление сжатой зоны сечения достаточно сжатая арматура устанавливается конструктивно.
Принимаем в качестве рабочей арматуры 212 класса S500 (=226 мм²).
Относительная высота сжатой зоны сечения
Требуемая площадь продольной арматуры
Определяем минимальный процент армирования
Фактический коэффициент армирования
Так как армирование принимается в соответствии с расчетом.
Окончательно принимаем в качестве рабочей арматуры
Уточняем положение центра тяжести растянутой арматуры
Фактическая величина полезной высоты сечения
d = h-c = 450-49 = 400 мм
4. Расчет наклонных сечений:
Расчет требуемой площади поперечного армирования производится в зависимости от величины поперечной силы действующей в рассматриваемом сечении:
· · d= 031 ·400 · 300=46800 Н= 3720 кН
· 1707·(100 ·002 ·20 ) ³·300 · 400 = 84 065 Н.
Так как = 8406 кНпоперечная арматура устанавливается по расчету.
5. Расчет наклонного сечения ригеля на действие поперечной силы:
Длина участка на котором поперечное армирование необходимо устанавливать по расчету определяется по эпюре поперечных сил:
При равномерно распределенной нагрузке приложенной по верхней грани элемента площадь поперечной арматуры на любом отрезке длиной может быть рассчитана по наименьшему значению на этом отрезке.
Первое расчетное сечение назначаем на расстоянии от опоры
Поперечное усилие в данном сечении
=– p · = 21656 – 7559 · 0400 = 18632 кН
Задаемся углом наклона трещин к горизонтали = 40
В пределах расчетного участка поперечного армирование рассчитывают из условий:
где: –bрасчетная поперечная сила воспринимаемая сечением с поперечным армированием определяется по формуле
Задаемся что напряжения в поперечной арматуре достигают предела текучести т.е.:
Плечо внутренней пары сил
= 09 · d = 09 · 400 = 3600 мм
Максимальный шаг поперечной арматуры
= 075 · d · (1-cotα) = 075 ·400 · (1-cot90) = 300 мм
Принимаем шаг поперечной арматуры s = 100 мм.
Площадь поперечной арматуры
Проверяем условия ограничения максимальной площади эффективной поперечной арматуры
где -коэффициент учитывающий снижение прочности бетона при сжатии в условиях растяжения и равный для тяжелого бетона:
= 06 · = 0.6 ·= 0552
Тогда =18212 МПа · 0552 ·1333 =368 Мпа – условие выполняется.
Поперечная сила которая может быть воспринята полосой бетона между наклонными трещинами
Расстояние от опоры до второго расчетного сечения
= d + · cot = 400+360 · cot 40 =82903 829 мм
Действующее значение поперечной силы
= p · =21656 – 7559 · 0830 = 15389 кН
Требуемый шаг поперечной арматуры
Расстояние от опоры до третьего расчетного сечения
= d + 2 · · cot =400+2 · 360· cot 40 = 1258 мм
= p · =21656 – 7559 · 1258= 121467 кН
Расстояние от опоры до четвертого расчетного сечения
= d + 3 · · cot =400+3 · 360 · cot 40 = 1687 мм
= p · =21656 – 7559 · 1687 = 8904 кН
Расстояние от опоры до пятого расчетного сечения
= d + 4 · · cot =400+3 · 360 · cot 40 = 1753 мм
= p · =21656 – 7559 · 1753 = 8405 кН
Коэффициент поперечного армирования
Минимальный коэффициент поперечного армирования
Так как =00052=0.0007 окончательно принимаем поперечное армирование ригеля в виде .
рис 3.2 Армирование поперечного сечения ригеля
Результаты расчета поперечной арматуры:
Расстояние от опоры до расчетного сечения
Наименьшее значение поперечной силы в сечении
Шаг поперечных стержней по расчету
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОЛОННЫ
Запроектировать колонну первого этажа при следующих данных: сетка колонн: 63 х 63 м; состав покрытия и перекрытий приведены на рисунке 4.1; количество этажей n=5; высота этажа Hэт=44 м; высота сечения ригеля hриг=450 мм; обрез фундамента на отм. -015 м; бетон класса С 2530; рабочая арматура класса сечение колонны 400х400 мм. Предполагаемый район строительства здания – г.Гомель. Высота местности над уровнем моря А=1440 м.
Определение нагрузок на колонну 1-го этажа
Нагрузки на колонну складываются из постоянной (от собственной массы колонны конструкций покрытия и перекрытий) и переменной (снеговой и функциональной) нагрузок.
Условия местности обычные (Ce = 1). Наклон покрытия α ≤ 30°
Согласно ТКП ЕN 1991-1-3-2009 [3 п. 5.3.2] коэффициент формы снеговых нагрузок принят 1 = 08.
Согласно карты снеговых районов приведенной на рисунке П.1 Приложения [3 рис. НП.1] г. Гродно расположен в снеговом районе 1в.
Характеристическоезначениеснеговойнагрузки на грунт определяем по формуле таблицы П.10 Приложения [3 табл. НП1.1]
Следовательно характеристическое значение снеговой нагрузки на покрытие составит
Конструкция перекрытия приведена на рис. 4.1а расчет нагрузок на один квадратный метр перекрытия приведен в табл. 4.2.
Характеристические и расчетные значения нагрузок на колонну передаваемых от перекрытия
а – перекрытия; б – покрытия
Конструкция покрытия приведена на рис. 4.1 б расчет нагрузок на один квадратный метр покрытия приведен в табл. 4.3
Двухслойная кровля «Техноэласт»
Цементно-песчаная стяжка М100 =30 мм γ=18 кНм3
Утеплитель – пенополистирол =120 мм γ=035 кНм3
Расчетное значение погонной нагрузки от собственного веса ригеля составляет 6396 кНм.
Расчетная нагрузка на колонну от собственного веса ригеля
Грузовая площадь колонны (рис. 4.2)
При расчете по несущей способности ( сосредоточенные нагрузки на колонну составляют:
Собственный вес колонны в пределах первого этажа при расчёте по несущей способности:
Для функциональной нагрузки на перекрытие значение понижающего коэффициента составит:
Для колонны первого этажа пятиэтажного здания (n=5)
Усилие в колонне в пределах первого этажа:
- от постоянных нагрузок при расчете несущей способности:
- от переменных нагрузок при расчете несущей способности:
Расчетные сочетания усилий:
Наиболее выгодным при расчёте по несущей способности является второе сочетание -
Практически постоянная часть усилия от переменной нагрузки при расчете несущей способности:
- полезная нагрузка:
- снеговая нагрузка:
Часть продольной силы при практически постоянном сочетании нагрузок для первого сочетания:
Таким образом при расчете по несущей способности:
усилие при практически постоянном сочетании нагрузок в колонне первого этажа.
Определение усилий в колонне
Изгибающий момент в колонне определяется при условии отсутствия полезной нагрузки в пределах грузовой площади одного из ригелей второго этажа опирающегося на колонну.
Значение полезной нагрузки передаваемой одним из ригелей на колонну определяется по формуле:
Изгибающий момент от этой нагрузки передаваемый на колонну относительно ее продольной оси:
Изгибающий момент в сечении верха колонны первого этажа:
Изгибающий момент в сечении низа колонны первого этажа:
Эксцентриситет приложения продольной силы в уровне верха колонны первого этажа полученный из статического расчета составляет:
Определение расчетных характеристик материалов
Исходя из класса условий эксплуатации ХС1 принимаем для колонны бетон класса С (таблицы П.6 Приложения):
Для армирования колонны принимаем арматуру класса S500:
- характеристическое значение предела текучести ;
- модуль упругости арматуры ;
Определение защитного слоя бетона
Номинальная толщина защитного слоя:
Принимаем минимальный защитный слой из условия сцепления арматуры с бетоном
(таблица П.2 Приложения)
В соответствии с Национальным приложением НП1 (4 п.4.4.1.3(1)) принимаем .
Следовательно принимаем
Расстояние от растянутой грани сечения ригеля до центра тяжести растянутой арматуры
Тогда полезная высота сечения колонны составит:
Проверка необходимости учета эффектов второго порядка
Расстояние от верхнего обреза фундамента до верха консоли колонны:
Для нижнего конца колонны принимаем
К верхнему узлу колонны первого этажа примыкают шарнирно два ригеля
Расчетная длина колонны первого этажа:
Фактическая гибкость колонны:
Минимальная площадь продольной арматуры расположенной у одной грани сечения:
Продольное армирование колонны у растянутой и сжатой граней сечения принимается одинаковым и в соответствии с разделом 4.1 должно быть не менее
С учетом конструкции стыка продольной арматуры (на ванной сварке) окончательно принимаем
Принимаем А=07; В=11;
Относительное продольное усилие:
Предельная гибкость колонны:
Поскольку условие выполняется учет влияния эффектов второго порядка не требуется.
Подбор сечения продольной арматуры
Эксцентриситет приложения продольной силы в уровне верха колонны первого этажа полученный из статического расчета составляет
Дополнительный эксцентриситет от геометрических несовершенств:
Тогда эксцентриситет продольного усилия учитывающий эффекты первого порядка равен:
Принимаем эксцентриситет для расчета сечение
Эксцентриситет продольной силы относительно центра тяжести растянутой арматуры:
Значение изгибающего момента относительно центра тяжести растянутой арматуры:
Относительное усилие воспринимаемое бетоном сжатой зоны:
Согласно таблице П.7 Приложения полученное значение соответствует области деформирования 4 (случай внецентренного сжатия с малыми эксцентриситетами).
Значение относительной высоты сжатой зоны:
Площадь продольной арматуры у более сжатой грани:
Минимальная площадь продольной арматуры расположенной у одной грани сечения установленной нормами равна:
Задаваясь значениями находим величину при которой выполняется условие равновесия:
Проверяем условие равновесия:
Далее проверяем условие
Так как подобрана верно и несущая способность колонны обеспечена.
Расчет длины анкеровки продольной арматуры в фундаменте
Расчетная длина анкеровки стержней колонны в фундаменте:
Предельное напряжение сцепления по контакту арматуры с бетоном:
здесь расчетное значение предела прочности бетона на растяжение (табл. П.6 Приложения).
Требуемая базовая длина анкеровки определяется при
Минимальная длина анкеровки принимаемая для сжатых стержней:
Расчетная длина анкеровки рабочих стержней:
Так как принимаем длину анкеровки продольной арматуры в соответствии с расчетом и назначаем глубину заделки колонны в фундамент
Конструирование поперечной арматуры колонны
Колонна армируется сварным пространственным каркасом. Диаметр продольных стержней по расчету принят равным 20 мм.
Диаметр стержней поперечной арматуры в каркасах должен быть не менее и не менее 6 мм.
Шаг поперечных стержней:
Шаг поперечных стержней принимается кратным 50 мм и не больше поперечного размера колонны h.
Принимаем поперечную арматуру
Рис. 4.3. Размещение продольной арматуры в сечении колонны
здесь расчетное значение предела прочности бетона на растяжение (табл. П6 Приложения).
1. Расчет консоли колонны
В соответствии с номенклатурой консоль колонны принята прямоугольной размером Ее арматура представляет собой две или три двутавровые балки составного сечения поясами которых являются стержни а стенки выполнены из листовой стали.
Из-за большого насыщения металлом консоль рассчитывается не как железобетонная а как металлическая. Металлическая консоль – это консольная балка работающая на изгиб. Ее расчет заключается в определении сечения поясов и стенок.
Расчетная поперечная сила в рассматриваемом сечении вызванная действием нагрузок
Расстояние от точки приложения силы до опорного сечения консоли:
Момент возникающий на консоли
Предварительно условно принимаем пояса балок из стержней
Плечо внутренней пары сил составит:
Требуемая площадь поясов
Окончательно принимаем пояса балок в виде 228 класса S500 (Толщину листа для стенки принимаем конструктивно равной 6 мм. Между собой каркас-балки соединяют поверху закладными пластинами консоли понизу – коротышами.
Рис. 4.4. Конструкция консоли
2 Расчет стыка колонны
Наиболее целесообразным является стык с ванной сваркой продольных стержней. Для осуществления этого стыка в торцах стыкуемых звеньев колонны в местах расположения продольных стержней устраивают подрезки.
Размеры сечения подрезок назначаются в зависимости от диаметра продольной рабочей арматуры и из условия размещения медных форм. Предварительно принимаем размер сечения подрезок
Продольные стержни выступают в виде выпусков свариваемых в медных съемных формах. После сварки стык замоноличивают под давлением.
Расчетное продольное усилие от действия полной нагрузки в зоне стыка:
Сопротивление стыка проверяется по следующему условию:
Условие соблюдается следовательно сопротивление стыка обеспечено.
По конструктивным соображениям в зоне стыка колонн устанавливаем по 3 сетки косвенного армирования с шагом по вертикали s=80 мм. Арматуру сеток принимаем 5 класса S500. Размер ячейки принимаем 50х50 мм. Защитный слой у торца крайних стержней сетки с учетом того что на значительной длине они находятся за бетоном замоноличивания принят При таком защитном слое расчетная длина длинных и коротких стержней сеток составит соответственно . Между торцами колонн расположена армоцементная центрирующая прокладка размером В шве между торцами колонн установлен хомут из арматуры 8 класса S500 (рис. 4.5)
Рис. 4.5. К расчету стыка колонн:
– центрирующая прокладка; 2 –выпуски арматуры; 3 – сетки косвенного армирования; 4 – ванная сварка; 5 – бетон замоноличивания; 6 – подрезка; 7 – хомут.
РАСЧЕТ ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННОГО СБОРНОГО ЖБ ФУНДАМЕНТА
Запроектировать столбчатый фундамент под колонну многоэтажного здания. Исходные данные: размеры сечения колонны класс условий эксплуатации ХС1 условное расчетное сопротивление грунта продольное армирование колонны класса S500 (продольная сила от внешней нагрузки (прив том числе продольная сила от постоянной и переменной нагрузки . Расчетная длина анкеровки арматуры колонны 1381 мм.
Характеристики материалов
Принимаем в соответствии с условиями эксплуатации ХС1 бетон класса С2025:
- характеристическое значение прочности бетона но осевое сжатие ;
Определение размеров фундамента
Высота фундамента назначается из условий глубины промерзания грунтов конструктивных требований по анкеровке арматуры в стакане фундамента и заделки колонны в фундаменте а также сопротивления бетона днища стакана продавливанию при монтаже.
Из условия промерзания грунтов:
- нормативная глубина промерзания грунта для г. Гомель
- расчетная глубина сезонного промерзания:
где коэффициент учитывающий тепловой режим грунтов (для здания без подвала и с полами на грунте
Требуемая высота фундамента из условия промерзания грунтов основания:
где отметка верха фундамента относительно уровня чистого пола в метрах.
Требуемая глубина стакана из условий анкеровки арматуры колонны в стакане фундамента:
где 50 мм – минимальный зазор между дном стакана и торцом колонны.
где – размеры сечения колонны;
lbd – длина анкеровки сжатой продольной рабочей арматуры колонны в сжатом бетоне.
Глубина стакана должна быть не менее чем
Принимаем глубину стакана
Принимаем минимальную толщину стеки стакана
Высота и ширина поперечного сечения подколонника составят:
где – высота и ширина сечения колонны.
Принимаем подколонник с размерами (размеры кратны 100) толщина стенок стакана в обоих направлениях.
Предварительно принимаем толщину фундаментной плиты равной 600 мм диаметр рабочей арматуры плиты – 16 мм.
Тогда общая высота фундамента составляет:
Принимаем (кратно 100 мм). Таким образом фактическая глубина заложения фундамента составит
Определение размеров плитной части фундамента
Площадь подошвы фундамента принимается в зависимости от максимальной продольной силы передаваемой от вышележащих конструкций и нагрузки от веса фундамента и грунта на его уступах.
В соответствии с п.А.1.2.(с) при определении размеров фундамента должны учитываться усилия определенные с учетом частных коэффициентов: – для постоянных нагрузок и
Тогда продольная сила от вышележащих конструкций:
Продольная сила от веса фундамента и грунта:
q = 20 кНм2 – усредненная расчетная нагрузка от пола транспорта и складируемых материалов с учетом коэффициента затухания напряжения по глубине основания (принимаем больше 05) и частного коэффициента по нагрузке согласно таблице А 1.2 (с).
Требуемая площадь фундамента:
где кПа – условное расчетное сопротивление грунта основания.
Тогда требуемы размер фундаментной плиты:
В соответствии с требованиями унификации принимаем размеры фундамента
Проверка несущей способности основания
Фактическая площадь подошвы фундамента:
Момент сопротивления подошвы фундамента:
Проверка принятых размеров подошвы фундамента:
Давление на грунт при центральном загружении:
Определение высоты фундамента
Принимаем минимальную толщину фундаментной плиты 450 мм.
Тогда полезная высота плиты составит:
Из условия прочности сечения на продавливания без учета армирования проверим условие:
Расчетное значение сопротивления продавливанию плиты без поперечной арматуры:
Максимальное напряжение среза:
где u – контрольный периметр
Площадь заключенная в указанный периметр (критическая площадь) равна:
Для сосредоточенной нагрузки результирующее усилие:
Продавливающая сила вызванная давлением грунта на подошву фундамента вне расчетной (критической) площади:
Тогда максимальное напряжение среза
Условие выполняется так как 0304 Мпа.
С учетом защитного слоя бетона с=45 мм при наличии бетонной подготовки и кратности толщины плиты модульным размером принимаем толщину плиты в пределах подколонника равной 450 мм.
Проектируем плитную часть состоящую из одной ступени высотой 450 мм.
Рис. 5.1. Габаритные размеры фундамента
Определение напряжений под подошвой фундамента
Под действием реактивного давления грунта p ступени фундамента работают на изгиб как консоли защемленные в теле фундамента.
Расчёт будем проводить на действие продольной силы (при
Изгибающие моменты в сечениях подошвы подбор армирования.
Изгибающие моменты определяются в расчетных сечениях проходящих по граням сечение подколонника и сечения колонны.
- сечение 1-1 (по грани колонны)
вылет фундаментной плиты
Требуемая площадь арматуры при =09
- сечение 2-2 (по грани подколонника)
вылет нижней ступени
Расчет ведем по упрощенной схеме принимая =09
Арматурная сетка подбирается с учетом большей площади арматуры.
Минимальная площадь арматуры:
Из полученных результатов видно что требуемая площадь меньше минимально допустимой. Армирование подошвы фундамента принимаем в соответствии с конструктивными требованиями.
Принимаем арматуру в каждом направлении в виде класса S500 с шагом 150 мм (
Для обеспечения анкеровки концы рабочих стержней сетки отогнуты на
Длина отогнутого участка:
Рис. 5.2 Сетка для армирования плитной части фундамента.
Расчет плитной части фундамента на продавливание с учетом армирования
Сопротивление продавливанию столбчатых фундаментов колонн необходимо определять для контрольного периметра в пределах 2d от края колонны.
Выполним расчеты для периметра на расстоянии от грани колонны a=2d.
Полнезная высота фундаментной плиты с учетом фактического армирования составит:
Контрольный периметр
Критическая площадь равна:
Рабочая высота сечения фундамента в направлении x:
Коэффициент продольного армирования в x – направлении
Рабочая высота сечения фундамента в направлении y:
Коэффициент продольного армирования в y – направлении
Расчетный коэффициент армирования
Расчетное сопротивление плиты продавливанию:
Поскольку принимаем .
Так как 0320 Мпа несущая способность плиты фундамента по периметру расположенному на расстоянии 2d от грани колонны обеспечена.
Выполним расчеты для периметра на расстоянии от грани колонны a=05d.
Так как 1790 Мпа несущая способность плиты фундамента по периметру расположенному на расстоянии 05d от грани колонны обеспечена.
Расчет армирования стакана фундамента
Стаканная часть фундамента армируется конструктивно. Вертикальная арматура принимается диаметром не менее 10 мм а горизонтальная – не менее 8 мм. Расстояние между вертикальными стержнями не должно превышать 400 мм.
Суммарная площадь вертикальных стержней расплоложенных в пределах одной стороны стенки стакана должна определяться из условия:
Для рассчитываемого фундамента толщина стенки стакана составляет 225 мм.
Ширина расчетного сечения равна
Рабочая высота сечения коробчатого сечения стакана равна
Суммарная площадь вертикальных стержней расположенных в пределах одной стороны стенки стакана равна:
Принимаем продольное армирование стенок стакана в виде класса S500 (
Рис. 5.3. К примеру расчета фундамента
Учебно-методическое пособие для выполнения курсового проекта по дисциплине «Железобетонные конструкции» - Н.А.Рак И.В.Даниленко В.И.Смех – Минск БНТУ 2019 – 145 с.
ТКП EN 1990-2011*. Еврокод. Основы проектирования несущих конструкци.- Минск Госстандарт2015.
ТКП ЕN 1991-1-1-2016. Еврокод 1. Воздействия на несущие конструкции. Часть 1-1. Удельный вес постоянные и временные нагрузки на здания. Минск Госстандарт 2016.
ТКП EN 1991-1-1-3-2009. Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Част 1-3.Общие воздействия Снеговые нагрузки (с изменениями №1№2) - Минск МАиС РБ.2009.
ТКП EN 1991-1-4-2009. Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Част 1-4.Общие воздействия. Ветровые воздействия - Минск МАиС РБ.2009.
ТКП EN 1992-1-1-2009*. Еаврокод 2. Проектирование железобетонных конструкций. Часть 1-1
Общие правила и правила для зданий.- Минск МАиС РБ.2015.
ТКП 45-5.01-67-2007. Фундаменты плитные. Правила проектирования: М-во архитектуры и строительства Республики Беларусь.- Минск 2008.-136с
Железобетонные конструкции. Основы теориии расчета и коструирования Учебное пособие для студентов строительных специальностей. Под ред.проф. Т.Ф.Пецольда и проф.В.В. Тура.- Брест БГТУ 2003-380 с. с ил.
Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие
А.Б. Голышев и др. - 2-е изд. перераб. и доп. - К.: Будивэльник 1990 - 544 с.

Чертеж.dwg

Напрягаемая арматура
EN -10138-Y1860S7-12 l=7122
Спецификация элементов к данному листу
S500 СТБ 1704-2012 l=1550
S500 СТБ 1704-2012 l=200
S500 СТБ 1704-2012 l=1430
S500 СТБ 1704-2012 l=1400
S500 СТБ 1704-2012 l=1460
S500 СТБ 1704-2012 l=490
S500 СТБ 1704-2012 l=1840
S500 СТБ 1704-2012 l=1180
Кафедра "Строительные конструкции"
Многоэтажное каркасное здание
Ригель Р1. Плита П8.
S500 СТБ 1704-2012 l=5520
S500 СТБ 1704-2012 l=5840
S500 СТБ 1704-2012 l=430
S500 СТБ 1704-2012 l=1700
Закладная деталь МН1
-10х150х300 ГОСТ19903 l=300
S500 СТБ 1704-2012 l=800
S500 СТБ 1704-2012 l=280
Закладная деталь МН2
-8х110х110 ГОСТ19903 l=110
S500 СТБ 1704-2012 l=735
S500 СТБ 1704-2012 l=5540
Расчетная схема ригеля
Технико-экономические показатели см: лист 1 2. Контролируемое напряжение в стержне G=616.4 МПа; 3. Контролируемое удлинение стержня 4. Усилие натяжения стержня P=79.17 кН.
Схема расположения элементов перекрытия на отм.+4
0.Разрез 1-1. Колонна К1. q*;Фундамент Фм1. Спецификация элементов ТЭП.
S500 СТБ 1704-2012 l=6820
S500 СТБ 1704-2012 l=380
S500 СТБ 1704-2012 l=180
S500 СТБ 1704-2012 l=680
S500 СТБ 1704-2012 l=560
-6x230 ГОСТ19903-2015 l=55
-20x130 ГОСТ19903-2015 l=360
-20x100 ГОСТ19903-2015 l=100
S500 СТБ 1704-2012 l=150
S500 СТБ 1704-2012 l=2500
S500 СТБ 1704-2012 l=950
S500 СТБ 1704-2012 l=1930
Технико-экономические показатели
Для сварных каркасов и сеток применяется арматура класса S500 по СТБ 1704 2. варку производить электродами типа Э-42