Расчет и конструирование панелей перекрытия

Введение и цель работы

Многоэтажными бывают не только жилые дома, но также здания производственного, административно-бытового и общественного назначения. Подобные здания чаще всего выполняют каркасными из сборного железобетона. Конструкция данных видов зданий состоит из следующих частей:

Каркас - это пространственный остов, несущий вертикальные и горизонтальные нагрузки и собираемый из отдельных элементов: колонн, ригелей, панелей перекрытий и связей жесткости.

Панели (плиты) перекрытий - непосредственно воспринимают нагрузки на каждом этаже от веса пола, оборудования и людей. Эти нагрузки, вместе с собственным весом панелей, передаются на ригели; последние опираются своими концами на выступы (консоли) колонн. Причем колонна каждого этажа воспринимает нагрузку от колонн вышележащих этажей. Следовательно, самые нагруженные — колонны первого этажа, их устанавливают на фундаменты, через которые и передается на основание (грунт) вся нагрузка от здания.

Кроме вертикальных на здание действуют и горизонтальные нагрузки: ветровое давление, от торможения внутрицехового транспорта, а также случайные воздействия, не всегда поддающиеся учету. Совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок может привести к потере общей устойчивости здания, если не обеспечить пространственную жесткость, т. е. жесткость в трех плоскостях: двух вертикальных и горизонтальной. Сделать это можно двумя способами:

Первый- создать жесткие узлы сопряжения ригелей с колоннами, которые в отличие от шарнирных способны воспринимать не только продольные и поперечные силы, но и изгибающие моменты. Такие каркасы называют рамными. Второй - соединить часть колонн специальными связями жесткости, сохранив шарнирное опирание ригелей на консоли колонн. Роль таких связей могут выполнять межкомнатные железобетонные перегородки - их называют диафрагмами жесткости. Подобный тип каркасов получил название связевого.

В обоих случаях горизонтальными связями являются панели перекрытий которые образуют жесткие диски либо за счет приварки их к ригелям, либо за счет плотно замоноличенных продольных и поперечных швов между конструкциями. У каждой системы есть своя область применения. Например, рамные каркасы более трудоемки и материалоемки, но зато этажные пространства в них не перегораживаются диафрагмами, поэтому они предпочтительны для производственных зданий. Связевые каркасы применяют там, где по соображениям планировки перегородки не являются помехой: учреждения, школы, больницы, некоторые промышленные предприятия. В таких зданиях нагрузки на перекрытия сравнительно небольшие, поэтому и конструкции здесь более легкие — в них можно применять так называемые «скрытые консоли колонн, не выступающие за габариты ригелей, что увеличивает объем помещений и улучшает их интерьер (и1).

Целью моей работы является проектирование несущих конструкций связевого каркаса трехпролетного трёхэтажного здания. В проекте мы рассчитываем только некоторые, наиболее характерными элементами: рядовую панель перекрытий, ригель среднего пролета и среднюю колонну первого этажа. Каждую конструкцию нужно рассчитать по прочности (а панель перекрытий также по жесткости и трещиностойкости) и разработать чертежи.

Исходными данными для проектирования являются: размеры здания в плане по наружным осям L и L, расстояния между продольными и поперечными разбивочными осями l Х l (сетка колонн), количество и высота этажей, полезная нормативная нагрузка на 1 м2 покрытия и перекрытий (включая постоянную, длительную и кратковременную) и классы рабочей арматуры. Перечисленных данных, однако, недостаточно для того, чтобы непосредственно приступить к разработке конструкций. Вначале необходимо скомпоновать здание, определить габариты каждой конструкции и расчетные пролеты. Чертежи выполняем с учетом требований Системы проектной документации для строительства — СПдС [6, 7].

Компоновка здания, определение габаритов и расчётных пролётов конструкции.

Требуется определить габаритные размеры несущих конструкций трёхэтажного, трёхпролётного каркасного здания связевого типа и вычертить схему расположения элементов каркаса: план перекрытия первого этажа, поперечный разрез, узлы и спецификацию.

Исходные данные: размеры в плане по наружным осям 18×56 м , сетка колонн 6×7 м , высота этажей в осях 5,4 м, панели перекрытий пустотные, район строительства г. Курган ( III снеговой район [1] ), нагрузки на перекрытие приведена в табл.1, на покрытие табл. 2, здание нормального уровня надёжности.

Решение. Для назначения размеров сечения колонн приближено, без учёта собственного веса ригелей и колонн, определяем усилие от расчётной нагрузки в колонне первого этажа. По табл.1 расчётная нагрузка на перекрытие равна 11,34 кПа. При двух междуэтажных перекрытиях и грузовой площади колонны 6×7=42 м2 усилие в колонне составит 2*11,34*42 = 952,56 ≈ 953 кН. По таб.2 расчётная нагрузка на покрытие – 6,84 кПа, усилие в колонне от неё 6,84*42 = 287,28 ≈ 287 кН. Полное усилие в колонне : 953 + 287 = 1240 кН, что меньше 2000 кН. Принимаем сечение колонн 300×300.

Так как привязка крайних колонн осевая, проектная длинна ригелей

l = 600030040=5660. Размеры сечения ригелей назначаем b×h = 200×500 мм, с шириной полки bf = 400 мм. Тогда проектная длина панелей с учётом зазоров l= 7000 - 200 - 20 = 6780 мм. При расстоянии между продольными (буквенными) осями колонн 6000 мм номинальную ширину рядовых назначаем равной 1200мм, средних межколонных панелей – 1200мм, а крайних межколонных – 600 мм (фактическая проектная ширина с учётом допусков будет на 10мм меньше – 1190, 1190 и 590 мм соотвецтвенно). Колонны принимаем с поэтажной разрезкой, стыки колонн располагаем на расстоянии 650мм от верха ригелей.

Вычерчиваем схемы расположения элементов скомпонованного каркаса, включая план первого этажа, поперечный разрез, узлы и спецификацию (чертеж КП1. ЖБК. 03 – 1 – КЖ). При этом предусматриваем в колоннах по осям А и Г одну консоль, в отличие от двух консолей в колоннах по осям Б и В; колонны, расположенные у торцевых стен, нагружены меньше остальных, поэтому всем им присваиваем разные марки — от К1 до К4. Ригели имеют две марки — однополочные у торцевых стен (на них опираются панели только с одной стороны) и двухполочные остальные. По-разному маркируем также панели перекрытий — рядовые, межколонные средние и межколонные крайние. диафрагмы жесткости, лестничные клетки, наружные стеновые панели и другие элементы на схеме условно не показываем. Спецификацию заполняем после подсчета собственной массы конструкций, то есть после завершения их рабочих чертежей.

Конструирование панели.

Рабочие чертежи пустотной панели приведены на одном листе формата А3. Данный лист содержит опалубочный чертеж, схему армирования, специфика- цию и ведомость расхода стали, на нём также изображены сетки, каркасы, монтажная петля и групповая спецификация арматуры. В текстовом материале отражены особенности чтения чертежей и необходимые указания по производству изделий.

Напрягаемые стержни располагаем в сечении симметрично. Поперечную арматуру объединяем в каркасы КР1, а продольную в сжатой зоне - в сетку С3 с ячейками 200 × 250 мм. Кроме этого предусматриваем в опорных участках сетки С1 из проволоки класса Вр1, служащие для предохранения бетона от раскалывания предварительным обжатием, а при ширине панелей более 1,5 м - также сетки С2, предотвращающие развитие продольных трещин в нижней полке от местного изгиба (на чертеже панели сетка С2 показана в порядке справочной информации).

Четыре петли предназначены для подъема панели, их диаметр 10 мм определя ем по справочным материалам учебного пособия имея в виду, что собственная масса панели 2079 кг распределяется на три петли. Размеры петель находим также по справочным материалам учебного пособия.

При проектировании сеток и каркасов учитываем конструктивное требование норм: длина от концов стержней до оси крайнего пересекаемого стержня должна быть не менее диаметра выступающего стержня и не менее 20 мм.

Конструирование колонны.

В верхней части колонны по углам предусматриваем выемки для выпуска арматуры с последующей их сваркой с выпусками стержней вышестоящей колонны. После монтажа выемки заделывают бетоном.

Длину колонны определяем с учётом заделки её ниже отметки пола на 0,8 м и расположения стыка на 0,65 м выше перекрытия l = 5,4 + 0,8 + 0,65 = 6,85м. Продольные стержни, определённые расчётом, определяем в два плоских каркаса КР 1, которые с помощью поперечных стержней объединяем в пространственный каркас КП 1 (см. чертёж).

Шаг s поперечных стержней должен быть не более 500 мм и не более 20 ds, где ds - диаметр продольных стержней. При μ = (As+As’)/Аb >3% шаг s уменьшается до 300 мм или до 10 ds. В нашем случае μ=3,1% ≈ 3%, принимаем s = 300мм. По условиям сварки диаметр поперечных стержней должен быт не менее 0,25 ds, от сюда 0,25×28 =7мм принимаем с запасом d= 8АI.

Согласно требованиям норм, защитный слой бетона до рабочей арматуры должен составлять не менее 20 мм и не менее ds, в нашем случае - 28мм Оконча тельно расстояние от осей продольных стержней до наружных граней принима ем равным 45мм - с учётом возможности надевания на КП 1 сеток косвенного армирования С 2. Эти сетки, наряду с сетками С 1, устанавливаем в верхней части колонны для предохранения верхней части бетона от разрушения при местном сжатии, т.е. смятии (в нижней части они не нужны, так как колонна сделана в стакане фундамента).

Размеры ячеек сеток должны быть в пределах от 45 до 100 мм, но не более 1/4 меньшей стороны сечения элемента (300/4 = 75мм) шаг сеток - в пределах от 60 до 150 мм, но не более 1/3 меньшей стороны (300/3=100 мм). На длине (от торца колонны) не менее 10 ds=10×25=250 мм, устанавливают не меньше 4-х таких сеток. При этом коэффициент объёмного армирования должен быть μxu>0,0125.

Предварительно назначаем шаг сеток s=80мм, стержни d=6мм AIII,с ячейками 45×45мм для С1 и 60×60для С2.Определяем коэффициент армирования для С2 μxy= (nx Asx lx + ny Asy ly)/(Aef .s)= (5×28,3×280×2)/(90000×80)= 0,011<0,0125. Уменьшаем шаг: s = 70 мм, μxy= 0,126 > 0,0125, условие удовлетворяется.

Объём бетона колонны 0,62 м3, собственная масса 1,55 т. Согласно таблицам учебного пособия две петли предусматриваем из стержней d=12мм A-I. При симметричном сечении и армировании петли целесообразно располагать на расстоянии от торцов а = 0,21×l=1,44м, тогда положительный и отрицательный моменты от собственного веса равны. Для монтажа колонны предусматриваем в ней отверстие d=40мм, в которое будет вставляться стальной штырь с кольцами для страховки при монтаже.

ЖБК пустотная.dwg

Цементно-песчаная стяжка М150
сеткой 200х200 из ар-ры 3 Вр-I 50мм
Термофлекс подкладочный 1 слой - 5мм
Термофлекс кровельный 1 слой - 5мм
Железобетонная плита покрытия - 160мм
Пароизоляция -1 слой стеклоткани
Сетку молниезащиты см. часть ЭЛ
Утеплитель-керамзит =600кгмз150-200мм
Утеплитель-керамзитовый гравий =600кгмз100-120мм
железобетонная плита покрытия - 160мм
Отделочный слой -2-3мм
Штукатурка по сетке -40мм
Утеплитель-минплита П125-80мм
Клеящий состав толщ. 3-4мм
Монолит. ж.б. перекрытие толщ.160мм
Монолит. ж.б.стена толщ. 200мм
градостроительства''
со встроенно-пристроенными
Многоквартирный жилой дом
помещениями. Блок №2
ул.Пятигорская-2 г. Кисловодск
Многоквартирный 15 этажный
ПЛАН ТИПОВОГО 6-16 ЭТАЖA
фрагмент входа 2 см. лист 32
пр.Калинина ул. Первомайская
План типового 2-5 этажа в осях 8-9.
помещениями. Блок № 2 .
ПЛАН ТИПОВОГО 2-5 ЭТАЖA
ЭКСПЛИКАЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ
МУСОРОСБОРНАЯ КАМЕРА
НАИМЕНОВАНИЕ ПОМЕЩЕНИЙ
План типового 6-16 этажа в осях 8-9.
План первого этажа в осях 8-9.
ПЛАН ТЕХНИЧЕСКОГО ЭТАЖА
План технического этажа
Многоквартирный 15-ти этажный
План типового этажа
ПЛАН ТИПОВОГО ЭТАЖA
АР2-3_83-02_внтр_переп
АР2-4_145-02_благоус
Вентшахта см.лист 44
Детали ограждения балконов
и лоджий см. лист 28
Монолитная ж.б.стена толщ. 200мм
Обмазочная гидроизоляция-горячий битум-2 слоя
пр. Калинина ул. Первомайская г. Пятигорск
Ведомость чертежей основного комплекта см. лист 1
Спецификацию элементов заполнения проемов
Данный лист см. совместно с листами 9-14.
расположенные над лоджиями
минплитой с последующей штукатуркой по сетке.
Основные примечания см. лист 9.
термофлекс подкладочный
термофлекс кровельный
костыли из--40х4 поз.3
Оцинкованная кровельная сталь
обжимной хомут из оцинкованной
слив из оцинкованной стали
оцинкованный стяжной болт
воронка из оцинкованной
L= 60мм в пластиковой пробке
с шестигранной головкой
оцинкованный шуруп d=12мм
Данный лист см. с листами 12
Расход материалов по кровле см. лист 44.
Устройство молниезащиты см.часть проекта ЭО .
граница укладки минерало
ватных плит см.разрез
План кровли в осях 8-9.
План технического этажа в осях 8-9 .
ПЛАН ТЕХНИЧЕСКОГО ЭТАЖA .
компенсатор из оцинкованной
устанавливаемый под вытяжную вентшахту
из оцинкованной кровельной стали с бортиком высотой 200 мм
Ведомость проемов см. лист 12.
толщ. 0.7 мм поз. 10
Спецификацию расхода материалов по узлу Е см лист 20.
Спецификацию расхода материалов по узлам И
Вентиляционные блоки и стенки шахт вывести выше отм. пола техэтажа на 600 мм
и перекрыть сеткой 50х50 мм см. узел М
Узел Вр-1 замаркирован на листе 7 .
и устанавливается на кирпичные столбики 250х250х75 мм см. лист 44.
ПЛАН ЦОКОЛЬНОГО ЭТАЖА
КОМПОНОВОЧНЫЙ ФАСАД 1 - 6.
КОМПОНОВОЧНЫЙ ФАСАД 6 - 1.
План подвала на отм.-3
Полезная площадь -114
Полезная площадь -195
Полезная площадь -166
Полезная площадь -143
Полезная площадь -97
Полезная площадь -98
ПГТУ - МТФ - ПГС - з -21
Схема расположения ригелей и колонн (план)
Схема расположения панелей перекрытия
Проектирование железобетонных и каменных конструкций
Напрягаемая арматура 10 Ат - IV L = 5480
Изделие закладное М1
Напрягаемая арматура
Пятиэтажное каркасное здание
Схема расположения элементов 1-го этажа
ПГТУ - СЭФ - ПГС - 51
КП1.ЖБК.03-КЖ.И-П1 К4 18 1305
КП1.ЖБК.03-КЖ.И-Р2 Р2 27 1840
КП1.ЖБК.03-КЖ.И-П1 П1 120 2079
Поз. Обозначение Наименование Кол.МассаПриме-
Катет сварных швов К1=6 мм
электроды Э42. Швы между панелями заделать раствором М100.
Пустотная панель перекрытия П1
КП1.ЖБК.03-1-КЖ.И-П1.01 Петля 10
Поз. Обозначение Наименование Кол. Приме-
Марка Поз. Наименование Кол. 1 дет. издел.
КП1.ЖБК.03-1-КЖ.И-Р2.01 Каркас Кп1 1
Отпускная прочность бетона - не ниже 21 МПа
в зимнее время - не ниже 27 МПа.
КП1.ЖБК.03-1-КЖ.И-Р2.01 Изделия закладной М1 2
КП1.ЖБК.03-1-КЖ.И-Р2.01 Петля Ф12 А-I
КП1.ЖБК.03-1-КЖ.И-К4.01 Каркас Кп1 1
КП1.ЖБК.03-1-КЖ.И-К4.01 Сетка С1 2
КП1.ЖБК.03-1-КЖ.И-К4.01 Петля Ф10 А-I
КП1.ЖБК.03-1-КЖ.И-К4.01 Сетка С2 3
КП1.ЖБК.03-1-КЖ.И-К4.01 Изделия закладной М1 1
Напрягаемую арматуру (поз 1.) натягивать э. термическим способом на упоры формы. Величина контролируемого напряжения 460 МПа. Передаточная прочность бетона не ниже 17
МПа. На плане поз. 1 условно не показана.