Проектирование и расчет элементов многоэтажных зданий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

• 1. Расчет конструкции монолитного перекрытия
• 1.1 Компоновка конструктивной схемы
• 1.2 Расчет монолитной плиты
• 1.2.1 Расчетный пролет и нагрузки
• 1.2.2 Характеристики прочности бетона и арматуры
• 1.2.3 Подбор сечения продольной арматуры
• 1.3 Расчет второстепенной балки
• 1.3.1 Расчетный пролёт и нагрузки
• 1.3.2 Характеристики прочности бетона и арматуры
• 1.3.3 Расчет прочности по нормальным сечениям
• 1.3.4 Расчет прочности по наклонным сечениям
• 2. Расчет и конструирование сборного перекрытия
• 2.1 Компоновка сборного перекрытия
• 2.2 Расчет и конструирование ребристой плиты
• 2.2.1 Усилия от расчётных и нормативных нагрузок
• 2.2.2 Характеристики прочности бетона и арматуры
• 2.2.3 Расчёт по первой группе предельных состояний
• 2.2.4 Расчет ребристой плиты по второй группе предельных состояний
• 2.3 Расчет и конструирование сборного ригеля
• 2.3.1 Определение усилий
• 2.3.2 Перераспределение моментов под влиянием образования пластических шарниров в ригеле
• 2.3.3 Опорные моменты ригеля по грани колонны
• 2.3.4 Поперечные силы ригеля
• 2.3.5 Характеристики бетона и арматуры
• 2.3.6 Расчет прочности ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси
• 2.3.7 Расчет прочности ригеля по сечениям, наклонным к продольной оси
• 2.4 Расчет и конструирование средней колонны
• 2.4.1 Определение продольных сил от расчётных нагрузок
• 2.4.2 Определение изгибающих моментов колонны
• 2.4.3 Расчет прочности средней колонны
• 2.5 Расчет и конструирование фундамента
• 2.5.1 Характеристики бетона и арматуры
• 2.5.2 Расчёт фундамента
• 2.6 Расчет и конструирование стыков
• 2.6.1 Стык ригеля с колонной
• 2.6.2 Стык колонны с колонной

Заключение

• Список используемой литературы

Введение

Цель курсового проекта: закрепить знания, полученные при изучении дисциплины "Железобетонные и каменные конструкции (общий курс)", и получить практический навык проектирования и расчёта элементов многоэтажных зданий.

Конструктивной основой многоэтажных зданий является пространственная несущая система, состоящая из стержневых и плоских железобетонных элементов. В курсовом проекте рассматривается компоновка конструктивной схемы для монолитного и сборного перекрытий, выполняется расчёт и конструирование монолитного и сборного перекрытий, ригеля, колонны, фундамента.

1. Расчёт конструкции монолитного перекрытия

монолитный перекрытие бетон арматура

1.1 Компоновка конструктивной схемы

Монолитное ребристое перекрытие компонуют с поперечными главными балками и продольными второстепенными балками. Второстепенные балки размещаются по осям колонн и в третях пролета главной балки, при этом пролеты плиты между осями ребер равны 6,1/3 = =2,03м. Принимаем Пролеты плиты 2000 мм, 2100 мм и 2000 мм.

Предварительно задаются размером сечения балок:

главная балка h = l/12 = 610/12 = 50,8 см, принимаем h = 60 см кратно 10см; b = h·0,4 = 60·0,4 = 24 см, принимаем b=25 см;

Рисунок 1- Конструктивный план монолитного ребристого перекрытия

Второстепенная балка h = l/15 = 740/15 = 49,33см, принимаем h = 50см кратно 5 см; b = h·0,4 = 50·0,4 = 20 см, принимаем b=20 см кратно 5 см.

1.2 Расчет монолитной плиты

1.2.1 Расчетный пролет и нагрузки

Отношение пролетов монолитной плиты , следовательно, монолитная плита рассматривается как балочная. Принимаем толщину монолитной плиты равной 6 см.

Расчетная схема монолитной плиты -- неразрезная многопролетная балка, опорами которой являются второстепенные балки. Нагрузка -- равномерно распределенная от собственного веса плиты, конструкции пола и временной нагрузки на перекрытие.

За расчетный пролет принимают:

- для средних пролетов - расстояние в свету между второстепенными балками

- для крайних пролетов расстояние от грани второстепенной балки до середины площадки опирания плиты на стену .

Рисунок 2 -- Многопролетная плита монолитного перекрытия



Рисунок 3 -- Расчетная схема монолитной плиты

Рисунок 4 -- Эпюра изгибающих моментов

Нагрузку подсчитываем в таблице 1.

Таблица 1 -- Сбор нагрузок

Нагрузки	Нормативная нагрузка, Н/мІ	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, Н/мІ
Постоянная: 1. плита, д=0,06 м, с=2500 кг/м3, 2. слой цементного раствора, с=220 кг/м3, д=0,02 м 3. керамические плитки, с=1800 кг/м3, д=0,013 м	1500 440 234	1,1 1,3 1,1	1650 572 257
Итого:	2174		2479
Временная:	9000	1,2	10800
Полная нагрузка	11174		13279

Подсчитываем нагрузки на 1м ширины плиты с учетом коэффициента надежности г_n=1.

Полная расчетная нагрузка:

Изгибающий момент для крайнего пролета и первой промежуточной опоры:

Изгибающий момент для средних пролетов и средних опор:

1.2.2 Характеристики прочности бетона и арматуры

Бетон для монолитной плиты тяжелый класса В15.

Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию R_b=8,5 МПа

Расчетное сопротивление бетона осевому растяжению R_bt=0,75 МПа

Арматура для монолитной плиты класса В500С.

Расчетное сопротивление арматуры растяжению R_s=435 МПа, A_R=0,376

1.2.3 Подбор сечения продольной арматуры

В средних пролетах и на средних опорах:

Находим A_m=

Проверяем условие A_R=0,376 > A_m=0,169 - условие выполняется. Арматура в сжатой зоне не устанавливается.

Площадь растянутой арматуры:

А_s=

Принимаем 10Ш5 В500С с А_s=1,96 см².

Диаметр принимаемой арматуры менее 6 мм, значит используем в конструкции рулонную сетку.

В крайнем пролете и на первой опоре:

Находим

A_m=

Проверяем условие A_R=0,376 > A_m=0,238 - условие выполняется. Арматура в сжатой зоне не устанавливается.

Площадь растянутой арматуры:

А_s=

В первом пролёте принята сетка

1.3 Расчет второстепенной балки

1.3.1 Расчетный пролет и нагрузки

Расчетная схема второстепенной балки -- неразрезная многопролетная балка на шарнирных опорах (опорами являются главные балки). За расчетный пролет принимают:

- для крайних пролетов расстояние между гранью главной балки и серединой площадки опирания на стену

;

- для средних пролетов расстояние в свету между гранями главных балок

Расчетные нагрузки на 1 м длины второстепенной балки:

Постоянная:

от плиты и пола

от балки сечением

200х440

7,63

с учетом коэффициента надежности по назначению здания г_n=1 временная с учетом

г_n=1

полная нагрузка

Рисунок 5 -- Многопролетная второстепенная балка

Рисунок 6 -- Расчетная схема второстепенной балки

Рисунок 7 -- Эпюра изгибающих моментов

Изгибающий момент для первого пролета:

Изгибающий момент для средних пролетов:

Изгибающий момент для первой промежуточной опоры:

Отрицательный момент в среднем пролете:

Поперечная сила на крайней опоре:

Поперечная сила на промежуточной опоре слева:

Поперечная сила на промежуточной опоре справа:

1.3.2 Характеристика прочности бетона и арматуры

Бетон второстепенной балки тяжелый класса В15.

Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию R_b=8,5 МПа

Расчетное сопротивление бетона осевому растяжению R_bt=0,75 МПа

Арматура второстепенной балки класса А400.

Расчетное сопротивление арматуры растяжению R_s=355 МПа.

1.3.3 Расчет прочности по сечениям, нормальным к продольной оси

Уточняем высоту сечения балки по моменту на первой промежуточной опоре. Сечение рассматривается прямоугольное.

;

Принимаем h_вб=50см.

Уточнённая рабочая высота второстепенной балки

При определении арматуры сечение второстепенной балки тавровое.

- расчетная ширина полки при принимают меньшей из величин

и

,

, или

Принимаем

Сечение в первом пролёте:

Проверяем условие

Условие выполняется, следовательно, граница сжатой зоны проходит в полке. Расчёт производим для прямоугольного сечения шириной .

Вычисляем

Условие выполняется, сжатая арматура не требуется.

Принимаем 2Ш25 А400 с А_s=9,82см².

Сечение в среднем пролете:

Принимаем 2Ш22 А400 с А_s=7,6 см².

На отрицательный момент,

Принимаем 2Ш14 А400 с А_s=3,08 см².

Сечение на первой промежуточной опоре:

Принимаем 6Ш14 А400 с А_s=9,23 см².

Сечение на второй промежуточной опоре:

Принимаем 5Ш14 А400 с А_s=7,69 см².

1.3.4 Расчет прочности второстепенной балки по сечениям, наклонным к продольной оси

Задаемся диаметром поперечного стержня из условия сварки с продольными стержнями d_sw=8мм. Принимаем количество поперечной арматуры в сечении - 2 (A_s=101мм²).

Задаемся шагом хомутов у опоры:

Принимаем S_w=150мм.

В средней части пролета:

Принимаем S_w=350мм.

Проверяем прочность бетонной полосы между наклонными трещинами

Условие выполняется. Прочность полосы обеспечена.

Выполняем проверку прочности наклонного сечения по поперечной силе:

- учитываем хомуты полностью.

Принимаем С=0,93м;

Поперечная сила, которую могут воспринять хомуты:

Поперечная сила, которую может воспринять бетон:

Принимаем Q_b исходя из условий:

Q_b<2,5ЧR_btЧbЧh₀=2,5Ч0,075Ч20Ч46,5=174,37кН;

Q_b>0,5 R_btЧbЧh₀=0,5Ч0,075Ч20Ч46,5=34,88кН;

Условие выполняется.

Q=Q_max- q₁Чc=130,03-47,07Ч0,93=86,25кН;

Q_b+Q_sw=47,07+140,9=187,97кН;

187,97кН > 86,25кН - прочность обеспечена.

Проверяем требования:

Требование выполняется. Прочность наклонных сечений обеспечена.

2. Расчет и конструирование сборного перекрытия

Сборное перекрытие состоит из ребристой плиты и ригелей, опертых на колонны.

2.1 Компоновка сборного перекрытия

Рисунок 8 - Фрагмент схемы расположения сборного перекрытия

Зададимся размерами ригеля и плиты из практика проектирования по условиям:

1) Высота ригеля

Принимаю

2) Ширина ригеля

Принимаю

3) Высота плиты

2.2 Расчет и конструирование ребристой плиты

Рисунок 9 - Поперечный разрез ребристой плиты

Рисунок 10 - Расчетная схема ребристой плиты

Рисунок 11 - Эпюры изгибающих моментов и поперечной силы в ребристой плите

За расчетную схему плиты принята однопролетная балка на шарнирных опорах, загруженная равномерно распределенной нагрузкой от собственного веса, веса конструкции пола и временной нагрузкой.

За расчетный пролет принимаем расстояние между серединами площадок опирания на ригель

Подсчет нагрузок приведен в таблице 3.

Таблица 3 - Нагрузки на ребристую плиту

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка,	Коэффициент надежности	Расчетная нагрузка,
Постоянная:
От собственного веса плиты	2500	1,1	2750
То же слоя цементного раствора д=20мм, с=22000 Н/м3	440	1,3	572
То же керамических плиток д=13мм, с=18000 Н/м3	234	1,1	257,4
Итого постоянная	3174	-	3579,4
Временная	9000	1,2	10800
В том числе длительная Кратковременная	5000 4000	1,2 1,2	6000 4800
Полная	12174	-	14379
В том числе постоянная и длительная	8174	-	9579,4

Расчетная нагрузка на 1м длины плиты при ширине плиты 1,3м с учетом коэффициента надежности по уровню ответственности здания :

Постоянная

Временная

Полная

Нормативная нагрузка: Постоянная

Полная

В том числе постоянная и длительная

2.2.1 Усилия от расчетных и нормативных нагрузок

Усилия от расчетных нагрузок:

Усилия от нормативных нагрузок:

Усилия от нормативной постоянной и длительной нагрузок:

2.2.2 Характеристики прочности бетона и арматуры

Бетон тяжелый класса В45 с призменной прочностью Прочность на осевое растяжение Коэффициент условия работы бетона Нормативная прочность бетона на сжатие Нормативная прочность бетона на растяжение Расчетные сопротивления бетона для второй группы предельных состояний Модуль упругости бетона Передаточная прочность бетона

Арматура класса А1000 с расчетной прочностью на растяжение Нормативная прочность на растяжение Модуль упругости арматуры

Величина предварительного напряжения арматуры составит

Условие выполняется.

2.2.3 Расчет ребристой плиты по первой группе предельных состояний

Сечение плиты приводим к эквивалентному расчетному сечению. Для расчета переходим к тавровому сечению.

Рисунок 12 - Расчетное эквивалентное сечение плиты

Высоту защитного слоя принимаем равным 30мм, тогда

Расчет прочности плиты по нормальному сечению

Определяем положение нейтральной оси в расчетном тавровом сечении по условию

где - ширина полки таврового сечения,

- высота полки тавра,

- усилие, возникающее от внешней нагрузки.

Условие выполняется. Так как нейтральная ось проходит в полке, то далее ведем расчет прямоугольного сечения с шириной

Для определения значения воспользуемся условием

определим в зависимости от отношения и класса напрягаемой арматуры по таблице

где

Проверим условие

Следовательно, сжатая арматура по расчету не требуется.

Определим требуемую площадь растянутой арматуры по формуле

где

Тогда

Принимаем 218 А1000 с

Расчет полки плиты на местный изгиб

Расчетный пролет равен

Рабочая высота сечения полки

Нагрузка на полосу шириной полки

Усилие, возникающее от нагрузки

Принимаем 10 В500 с Принята сетка с поперечной рабочей арматурой с шагом 100мм.

Расчет прочности плиты по наклонному сечению

Примем шаги поперечной арматуры. На приопорных участках длиной примем шаг из условия

На приопорных участках принимаем шаг 150мм.

В средней части пролета примем шаг из условия

В средней части пролета примем шаг 250мм. В качестве поперечной арматуры в ребре принимаем В500С с

Прочность бетонной полосы между наклонными трещинами будет достаточна, если

Условие выполняется, значит, прочность полосы обеспечена.

Выполним проверку прочности наклонного сечения по поперечной силе по условию

Значение

где

где - усилие обжатия от напрягаемой арматуры (см.п.2.2.4),

- площадь сечения без учета свесов полки.

Тогда

Для определения длины проекции наклонной трещины определим интенсивность хомутов

Проверим условие

Условие выполняется, значит определяем по формуле

где .

Тогда

Значение должно соответствовать условию

- условие не выполняется.

Принимаем

Проверим условие

Условие выполняется, поэтому хомуты в расчете учитываются полностью.

где , но

Проверим условие

- условие не выполняется, поэтому принимаем .

Тогда

Так как , то

Проверяем условие

Прочность наклонных сечений обеспечена.

Проверим требование

- условие выполняется.

2.2.4 Расчет ребристой плиты по второй группе предельных состояний

Геометрические характеристики приведённого сечения

1. Площадь приведенного сечения равна

где - площадь бетонного сечения,

- коэффициент приведения арматуры к бетону.

2. Статический момент



где - статический момент бетонного сечения.

3. Расстояние от крайнего растянутого волокна до центра тяжести приведенного сечения

4. Момент инерции приведенного сечения

где

.

5. Момент сопротивления по нижней зоне

Момент сопротивления по верхней зоне

Потери предварительного напряжения

1. Определение первых потерь предварительного напряжения.

Потери от релаксации напряжений арматуры при электротермическом способе натяжения арматуры для арматуры класса А1000.

Потери от температурного перепада не учитываются, так как при пропаривании форма с упорами нагревается вместе с изделием.

Потери от деформации стальной формы и потери от деформации анкеров при электротермическом способе натяжения арматуры не учитываются.

2. Определение вторых потерь предварительного напряжения.

Потери от усадки бетона определяют по формуле

где - деформация усадки бетона для бетона класса В40.

Потери напряжений от ползучести бетона определяют по формуле

где - коэффициент ползучести бетона при нормальной влажности,

- коэффициент армирования,

- напряжение в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой напрягаемой арматуры,

- усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь,

- эксцентриситет усилия относительно центра тяжести приведенного сечения,

- расстояние между центрами тяжести напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения элемента,

- изгибающий момент от собственного веса элемента.

Тогда

Тогда первые и вторые потери составят

Полные потери составят

Определим усилие обжатия с учетом всех потерь

Эксцентриситет усилия обжатия будет равен

где - предварительные напряжения арматуры с учетом всех потерь.

Расчет плиты по образованию трещин

Трещины не образуются, если выполняется условие

где - изгибающий момент от внешней нагрузки,

- изгибающий момент, воспринимаемый нормальным сечением элемента при образовании трещин.

где - коэффициент, зависящий от вида приведенного сечения,

- расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки.

Условие не выполняется. Трещины образуются, поэтому необходим расчет по раскрытию трещин.

Определение ширины раскрытия трещин

Условие расчета

где - предельно допустимая ширина раскрытия трещин,

- ширина раскрытия трещин от действия внешней нагрузки.

Предельно допустимая ширина раскрытия для арматуры класса А1000 равна:

1. 0,2мм - при продолжительном раскрытии трещин,

2. 0,3мм - при непродолжительном раскрытии трещин.

Ширина раскрытия трещин определяется по формуле

где - коэффициент, учитывающий продолжительность действия нагрузки, принимается равным 1 - при непродолжительном действии нагрузок; 1,4 - при продолжительном действии нагрузок,

- коэффициент, учитывающий профиль арматуры,

- коэффициент, учитывающий неравномерное распределение относительных деформаций растянутой арматуры между трещинами,

- приращение напряжений в продольной предварительно напряженной арматуре в сечении с трещиной от внешней нагрузки,

- базовое расстояние между смежными нормальными трещинами.

Ширина раскрытия трещин принимается равной:

1. При продолжительном раскрытии .

2. При непродолжительном раскрытии .

- ширина раскрытия трещин при действии постоянных и длительных нагрузок, т.е. и при ,

- тоже при действии всех нагрузок, т.е. и при ,

- тоже при действии постоянных и длительных нагрузок, т.е. и при .

Приращение напряжений определяется при помощи формулы

где ,

- расстояние от точки приложения усилия обжатия до центра тяжести растянутой арматуры,

- плечо внутренней пары сил.

При ; приращение напряжений будет равно

При ; приращение напряжений будет равно

Базовое расстояние между смежными нормальными трещинами определяется по формуле

 - площадь сечения растянутого бетона,

- высота растянутой зоны бетона,

-поправочный коэффициент, учитывающий неупругие деформации растянутого бетона,

- высота растянутой зоны бетона, определяемая как для упругого материала по приведенному сечению,

- диаметр растянутой арматуры.

Высота растянутой зоны бетона будет равна

Тогда площадь растянутого бетона составит

Определим ширину раскрытия трещин

Тогда ширина раскрытия трещин при продолжительном воздействии будет равна

Ширина раскрытия трещин при непродолжительном воздействии будет равна

Раскрытия трещин меньше допустимых, условия выполняются

Расчёт плиты по прогибам

Расчет изгибаемых элементов по прогибам производят из условия

где - прогиб элемента от действия внешней нагрузки,

- значение предельно допустимого прогиба.

Прогиб от внешней нагрузки определяется по формуле

где - коэффициент для свободно опертой плиты, загруженной равномерно распределенной нагрузкой,

- полная кривизна,

- кривизна от непродолжительного действия нагрузки ,

- кривизна от непродолжительного действия,

- кривизна от продолжительного действия,

- кривизна, обусловленная остаточным выгибом элемента вследствие усадки и ползучести бетона в стадии изготовления от усилия предварительного обжатия и собственного веса элемента.

Кривизны от действия нагрузок и будут определены по формуле

где - коэффициент, принимаемый в соответствии с таблицей 4.5 Пособия по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона (к СП 52-102-2004),

- приведенный модуль деформации сжатого бетона,

- значение, принимаемое равным при непродолжительном действии нагрузки , и при продолжительном действии нагрузки и нормальной влажности .

Приведенный модуль деформации будет равен:

1. - при непродолжительном действии нагрузки.

2. - при продолжительном действии нагрузки.

При коэффициент При коэффициент

Кривизна, обусловленная остаточным выгибом равна

Кривизны от нагрузок будут равны

Полная кривизна составит

Определим прогиб

Предельно допустимый прогиб из эстетических требований составит

Фактический прогиб плиты не превышает предельно допустимого, т.е. . Условие расчета выполняется.

2.3 Расчет и конструирование сборного ригеля

2.3.1 Определение усилий

Ригель является элементом многоэтажной многопролетной рамы с равными пролетами. Для расчета на вертикальную нагрузку расчленяем многоэтажную раму на одноэтажные рамы с шарнирами в середине стоек этажей. Расчетная схема показана на рисунке 13.

Рисунок 13 - Расчетная схема рамы

Расчетная нагрузка на 1м длины ригеля от перекрытия:

Постоянная

Временная

Полная 680

Временная длительная

Кратковременная

Опорные моменты определяются при помощи формул

где - пролет ригеля,

- коэффициенты, зависящие от схемы загружения ригеля постоянной и временной нагрузкой, а также от отношения погонных жесткостей ригеля и стойки,

- отношение погонных жесткостей ригеля и колонны.

Значения опорных моментов при различных схемах загружения ригеля сведены в таблицу 4.

Таблица 4 - Опорные моменты ригеля при различных схемах загружения

Схема загружения	Опорные моменты, кН•м
	-0,0497• •29,23•6,12 = -54,06	-0,094• •29, 23•6,12= -102,24	-0,0875• •29,23•6,12= -95,17	-0,0875• •29, 23•6,12= -95,17
	-0,0583• •79,92•6,12 =-173,37	-0,0664• •79,92•6,12= -197,46	-0,01988• •79,92•6,12= -59,11	-0,01988• •79,92•6,12= -59,11
	0,00847• •79,92•6,12 =25,19	-0,0276• •79,92•6,12 =-82,08	-0,0647• •79,92•6,12 =-200,43	-0,0647• •79,92•6,12 =-200,43
	-0,04829• •79,92•6,12 =-143,6	-0,109• •79,92•6,12 =-309,78	-0,101• •79,92•6,12 =-294,55	-0,052• •79,92•6,12 =-167,57
1+2	-227,43	-299,7	-154,28	-154,28
1+3	-28,87	-184,32	-295,6	-295,6
1+4	-197,66	-412,02	-389,72	-262,74

Для определения пролетных моментов определим ординаты моментов свободнолежащей балки. Они сведены в таблицу 5.

Таблица 5 - Ординаты моментов для свободнолежащей балки

Схема загружения	х	х при l=6,1 м	l	l - х при l=6,1 м	, кН·м	, кН·м
	0	0	l	6,1	0	0
	0,2l	1,22	0,8l	4,88	87,02	324,93
	0,4l	2,44	0,6l	3,66	130,54	487,39
	0,5l	3,05	0,5l	3,05	135,97	507,7
	0,6l	3,66	0,4l	2,44	130,54	487,39
	0,8l	4,88	0,2l	1,22	87,02	324,93
	l	6,1	1	0	0	0

Значение моментовв крайнем пролете ригеля вычислены в таблице 6, значения моментов в среднем пролете ригеля вычислены в таблице 7.

Таблица 6 - Ординаты моментов крайнего пролета неразрезного ригеля

Схема загружения, опорные моменты, кН.м	х, м	x/l		Ординаты изгибающих моментов, кН.м, в крайнем пролете
				Мх	М12	М21х/l	М*
1 + 2 М12=-227,43 М21=-299,7	0	0	1	0	-227,43	0	-227,43
	1,22	0,2	0,8	324,93	-181,94	-59,94	83,05
	2,44	0,4	0,6	487,39	-136,46	-119,88	231,05
	3,05	0,5	0,5	507,7	-113,72	-149,85	244,85
	3,66	0,6	0,4	487,39	-90,97	-179,82	216,6
	4,88	0,8	0,2	324,93	-45,49	-239,76	39,68
	6,1	1	0	0	0	-299,7	-299,7
1 + 3 М12=-28,87 М21=-184,32	0	0	1	0	-28,87	0	-28,87
	1,22	0,2	0,8	87,02	-23,1	-36,86	27,06
	2,44	0,4	0,6	130,54	-17,32	-73,73	39,49
	3,05	0,5	0,5	135,97	-14,44	-92,16	29,37
	3,66	0,6	0,4	130,54	-11,55	-110,59	8,4
	4,88	0,8	0,2	87,02	-5,78	-147,46	-66,22
	6,1	1	0	0	0	-184,32	-184,32
1 + 4 М12=-197,66 М21=-412,02	0	0	1	0	-197,66	0	-197,66
	1,22	0,2	0,8	324,93	-158,13	-82,4	84,4
	2,44	0,4	0,6	487,39	-118,6	-168,81	199,98
	3,05	0,5	0,5	507,7	-98,83	-206,01	202,86
	3,66	0,6	0,4	487,39	-79,06	-247,21	161,12
	4,88	0,8	0,2	324,93	-39,53	-329,62	-44,22
	6,1	1	0	0	0	-412,02	-412,02

Окончание таблицы 6

Таблица 7 - Ординаты моментов среднего пролета неразрезного ригеля

Схема загружения, опорные моменты, кН.м	х, м	x/l		Ординаты изгибающих моментов, кН.м, в среднем пролете
				Мх	М23	М32х/l	М*
1 + 2 М23=-154,28 М32=-154,28	0	0	1	0	-154,28	0	-154,28
	1,22	0,2	0,8	87,02	-123,42	-30,86	-67,26
	2,44	0,4	0,6	130,54	-92,57	-62,71	-24,74
	3,05	0,5	0,5	135,97	-77,14	-73,93	-15,1
	3,66	0,6	0,4	130,54	-61,71	-92,57	-24,74
	4,88	0,8	0,2	87,02	-30,86	-123,42	-67,26
	6,1	1	0	0	0	-154,28	-154,28
1 + 3 М23=-295,6 М32=-295,6	0	0	1	0	-295,6	0	-295,6
	1,22	0,2	0,8	324,93	-236,48	-59,12	29,33
	2,44	0,4	0,6	487,39	-177,36	-118,24	191,79
	3,05	0,5	0,5	507,7	-147,8	-147,8	212,1
	3,66	0,6	0,4	487,39	-118,24	-177,36	191,79
	4,88	0,8	0,2	324,93	-59,12	-236,48	29,33
	6,1	1	0	0	0	-295,6	-295,6
1 + 4 М23=-389,72 М32=-262,74	0	0	1	0	-389,72	0	-389,72
	1,22	0,2	0,8	324,93	-311,78	-52,55	-39,4
	2,44	0,4	0,6	487,39	-233,83	-105,1	148,46
	3,05	0,5	0,5	507,7	-194,86	-131,37	181,47
	3,66	0,6	0,4	487,39	-155,89	-157,64	173,86
	4,88	0,8	0,2	324,93	-77,94	-210,19	36,8
	6,1	1	0	0	0	-262,74	-262,74

Окончание таблицы 7

2.3.2 Перераспределение моментов под влиянием образования пластического шарнира

Уменьшим опорные моменты М₂₁ и М₂₃ на 30%. Для этого к эпюре (1+4) добавляем выравнивающую эпюру моментов так, чтобы моменты М₂₁и М₂₃ стали равны.

Ординаты выравнивающей эпюры моментов:

Опорные моменты на эпюре выровненных моментов составляют:

2.3.3 Опорные моменты ригеля по грани колонны

Опорные моменты ригеля по грани средней колонны слева:

1) По выравнивающей эпюре (1+4)

2) По эпюре (1+3)

3) По эпюре (1+2)

Опорный момент ригеля по грани средней колонны справа:

1) По выравнивающей эпюре (1+4)

2) По эпюре (1+3)

3) По эпюре (1+2)

Расчетный опорный момент ригеля по грани средней опоры .

Опорный момент ригеля по грани крайней колонны по схеме загружения (1+4) и выравненной эпюре моментов:

Расчетный опорный момент ригеля по грани крайней опоры .

Рисунок 14 - Эпюры моментов при различных загружениях ригеля

2.3.4 Поперечные силы ригеля

1) По схеме (1+4) и выравненной эпюре моментов:

На крайней опоре .

На средней опоре слева

На средней опоре справа

На третьей опоре слева

2) По схеме (1+4)

На крайней опоре .

На средней опоре слева.

На средней опоре справа

На третьей опоре слева

3) По схеме (1+3)

На крайней опоре .

На средней опоре слева.

На средней опоре справа

На третьей опоре слева

4) По схеме (1+2)

На крайней опоре .

На средней опоре слева.

На средней опоре справа

На третьей опоре слева

2.3.5 Характеристики бетона и арматуры

Бетон тяжелый класса В20 с призменной прочностью Прочность на осевое растяжение Коэффициент условия работы бетона Модуль упругости бетона

Арматура класса А400 с расчетной прочностью на растяжение Модуль упругости арматуры

2.3.6 Расчет прочности ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси

Определение высоты сечения ригеля

Высоту сечения подберем по опорному моменту при Однако, относительная высота сжатой зоны должна быть меньше ее граничного значения

где

- характеристика деформативных свойств сжатого бетона,

Тогда .

- условие выполняется.

Вычислим рабочую высоту сечения по формуле

где - табличное значение, принятое при .

Тогда Принимаем высоту сечения ригеля .

Подберем арматуру для разных сечений ригеля.

Сечение в первом пролете

Пролетный момент .

При .

Принимаем 422 А400 с .

Сечение в среднем пролете

Пролетный момент .

При .

Принимаем 420 А400 с .

Арматуру для восприятия отрицательного момента в пролете устанавливают по эпюре моментов. Принято 212 А400 с А_s=2,26 см².

Сечение на средней опоре

Опорный момент .

При .

Принимаем 232 А400 с .

Сечение на крайней опоре

Опорный момент .

При .

Принимаем 225 А400 с .

2.3.7 Расчет прочности ригеля по сечениям, наклонным к продольной оси

Поперечные стержни принимаем из условия свариваемости с продольной арматурой. При максимальном диаметре продольной арматуры , подходит арматура диаметра с . Так как в ригеля два каркаса, то .

Принята арматура класса А400 с . Так как , то вводим коэффициент условия работы . Тогда .

Шаг поперечных стержней на приопорных участках длиной примем из условия

На приопорных участках примем шаг .

В средней части пролета шаг

В средней части пролета принимаем шаг .

Прочность будет обеспечена, если выполняется условие

где - поперечная сила, воспринимаемая бетоном сжатой зоны,

- сумма усилий в поперечных стержнях,

- поперечная сила от действия нагрузки на средней опоре.

Проверим условие

где - минимальное значение усилия .

- погонное усилие в поперечных стержнях.

Тогда - условие выполняется.

Проверим требование

- условие выполняется.

Определим . Для этого найдем по формуле

Поскольку

Проверим условие

Условие выполняется, значит, вычисляют по формуле

Проверяем условие:

- условие выполняется.

Тогда

- условие выполняется.

Значит, принимаем равным .

Поперечная сила в вершине наклонного сечения:

Определим . Для этого найдем длину проекции расчетного наклонного сечения:

Проверим условие

- условие выполняется.

Тогда .

Проверим условие прочности

- условие выполняется.

Произведем проверку прочности по сжатой полосе между наклонными трещинами по условию

где - коэффициент, учитывающий влияние поперечных стержней ригеля,

- коэффициент приведения арматуры к бетону,

,

- коэффициент, зависящий от вида и класса бетона,

- коэффициент, принимаемый для тяжелого бетона.

Тогда ;

Проверим условие

- условие выполняется.

2.3.8 Конструирование арматуры ригеля

Рассмотрим сечения первого пролета.

1) На средней опоре принята арматура 232 А400 с . Коэффициент армирования

Тогда коэффициент

При , коэффициент .

Изгибающий момент, воспринимаемый принятой арматурой равен

В месте теоретического обрыва арматура 212 А400 с .

При , коэффициент .

Поперечная сила в этом сечении .

Поперечные стержни А400 с в месте теоретического обрыва стержней 232 А400 сохраняют шаг . Тогда . Тогда длина анкеровки составит

Принимаем длину анкеровки.

2) В пролете у средней опоры принята арматура 42 А400 с .

При , коэффициент .

В месте теоретического обрыва арматура 222 А400 с .

При , коэффициент .

Поперечная сила в этом сечении .

Поперечные стержни А400 с в месте теоретического обрыва стержней 222 А400 сохраняют шаг . Тогда .Тогда длина анкеровки составит

Принимаем длину анкеровки.

3) На крайней опоре принята арматура 25 А400 с .

При , коэффициент .

В месте теоретического обрыва арматура 212 А400. Момент воспринимаемый арматурой равен .Поперечная сила в этом сечении .

Поперечные стержни А400 в месте теоретического обрыва стержней 225 А400 сохраняют шаг . Тогда . Тогда длина анкеровки составит

Принимаем длину анкеровки.

4) В пролете у крайней опоры принята арматура 4 А400 с . Момент, воспринимаемый арматурой

В месте теоретического обрыва арматура 222 А400. Момент воспринимаемый арматурой равен .Поперечная сила в этом сечении .

Поперечные стержни А400 в месте теоретического обрыва стержней 222 А400 сохраняют шаг . Тогда . Тогда длина анкеровки составит

Принимаем длину анкеровки.



Рисунок 15 - Эпюры арматуры (материалов)в крайнем пролёте

Рассмотрим сечения среднего пролета.

1) На третьей опоре принята арматура 2 А400 с . Момент, воспринимаемый арматурой

В месте теоретического обрыва арматура 212 А400. Момент воспринимаемый арматурой равен .Поперечная сила в этом сечении .

Поперечные стержни А400 в месте теоретического обрыва стержней 232 А400 сохраняют шаг . Тогда . Тогда длина анкеровки составит

Принимаем длину анкеровки.

2) В пролете у третьей опоры принята арматура 420 А400 с . Коэффициент армирования

Тогда коэффициент

При , коэффициент .

Изгибающий момент, воспринимаемый принятой арматурой равен

В месте теоретического обрыва арматура 220 А400 с .

При , коэффициент .

Поперечная сила в этом сечении .

Поперечные стержни А400 с в месте теоретического обрыва стержней 220 А400 сохраняют шаг . Тогда . Тогда длина анкеровки составит

Принимаем длину анкеровки.

3) На второй опоре справа принята арматура 2 А400 с . Момент, воспринимаемый арматурой

В месте теоретического обрыва арматура 212 А400. Момент воспринимаемый арматурой равен .Поперечная сила в этом сечении .

Поперечные стержни А400 в месте теоретического обрыва стержней 232 А400 сохраняют шаг . Тогда . Тогда длина анкеровки составит

Принимаем длину анкеровки.

4) В пролете у второй опоры справа принята арматура 4 А400 с . Момент, воспринимаемый арматурой

В месте теоретического обрыва арматура 220 А400. Момент воспринимаемый арматурой равен .Поперечная сила в этом сечении .

Поперечные стержни А400 в месте теоретического обрыва стержней 220 А400 сохраняют шаг . Тогда . Тогда длина анкеровки составит

Принимаем длину анкеровки.

Рисунок 16 - Эпюры арматуры (материалов)в среднем пролёте

2.4 Расчет и конструирование средней колонны

2.4.1 Определение продольных сил от расчетных нагрузок

Грузовая площадь средней колонны:

Постоянная нагрузка от перекрытия одного этажа с учетом коэффициента надежности по назначению здания

От ригеля

От стойки

Итого

Временная нагрузка от перекрытия одного этажа с учетом _n=1:

В том числе длительная

Кратковременная

Постоянная нагрузка от покрытия при весе кровли и плит 5 кН/м²:

Итого

Временная нагрузка от снега для VI снегового района. Расчетная снеговая нагрузка

В том числе длительная

Кратковременная.

Продольная сила колонны второго этажа рамы от длительной нагрузки

Тоже от полной нагрузки

Продольная сила колонны первого этажа рамы от длительной нагрузки

Тоже от полной нагрузки

2.4.2 Определение изгибающих моментов колонны от расчетных нагрузок

Отношение погонных жесткостей .

Определим момент колонн при загружении (1+2) без перераспределения моментов. Моменты определим по формуле

При действии длительных нагрузок:

При действии полной нагрузки:

Разность абсолютных значений опорных моментов в узле рамы:

При длительных нагрузках .

При полных нагрузках .

Изгибающий момент колонны первого этажа:

При длительных нагрузках .

При полных нагрузках .

Изгибающий момент колонны второго этажа:

При длительных нагрузках .

При полных нагрузках .

Изгибающие моменты колонны, соответствующие максимальным продольным силам:

От длительных нагрузок.

От полных нагрузок .

Изгибающие моменты колонн первого этажа:

От длительных нагрузок .

От полных нагрузок .

Изгибающие моменты колонн второго этажа:

От длительных нагрузок .

От полных нагрузок .

2.4.3 Расчет прочности средней колонны

Характеристики бетона и арматуры

Бетон тяжелый класса В45 с призменной прочностью Прочность на осевое растяжение Коэффициент условия работы бетона Модуль упругости бетона

Арматура класса А600 с расчетной прочностью на растяжение Модуль упругости арматуры

Комбинации расчетных усилий

, в том числе от длительных нагрузок соответствующий момент, в том числе от длительных нагрузок .

, в том числе от длительных нагрузок соответствующее значение, в том числе от длительных нагрузок .

Конструирование арматуры колонны

Рабочая высота сечения .

Эксцентриситет силы . Случайный эксцентриситет или , но не менее 1см. Принимаем эксцентриситет .

Значение моментов в сечении относительно оси, проходящей через центр тяжести наименее сжатой (растянутой) арматуры:

От длительной нагрузки

От полной нагрузки

Радиус ядра сечения , тогда отношение - условие выполняется.

Определим критическую продольную силу колонны по формуле

где - площадь поперечного сечения колонны,

- коэффициент для тяжелого бетона,

, но - условие не выполняется, поэтому принимаем

- отношение модулей упругости,

- коэффициент армирования.

Тогда

Находим

где .

Тогда

Определяем граничную относительную высоту сжатой зоны по формуле

где - характеристика деформативных свойств сжатого бетона,

Тогда .

Вычисляем по формулам

- условие выполняется,

.

- условие выполняется.

Так как , то определяем требуемую площадь арматуры по формуле:

Принимаем 218 А600 с .

При этом коэффициент армирования составит .

Консоль колонны

Опорное давление ригеля .

Принимаем длину опорной площадки . Проверим условие

где - коэффициент, учитывающий неравномерное давление ригеля на опорную консоль,

- расчетное сопротивление бетона местному сжатию,

,

- при местной нагрузке на консоль.

Тогда .

- условие выполняется.

Вылет консоли с зазором 5см составит . Тогда расстояние от грани колонны до силы составит

Высоту сечения консоли у грани колонны примем равной Принимаем .

Высота консоли у свободного края составит , при этом - условие выполняется.

Рабочая высота сечения консоли равна . Так как , то консоль короткая.

Консоль армируется горизонтальными хомутами 6 А240 с . Шаг хомутов примем из условия

Принимаем шаг . Также армирование консоли производится отгибами 218А400 с .

Проверим прочность сечения консоли по условию

где - коэффициент, учитывающий влияние хомутов, расположенных по высоте консоли,

- коэффициент армирования,

.

Тогда . Правая часть условия будет равна

Также правая часть должна быть не больше . Так как , то правая часть неравенства принимаем равной . Тогда

- условие выполняется.

Изгибающий момент консоли у грани колонны равен

Требуемая площадь продольной арматуры консоли определим по формуле

Принято - условие выполнено.

2.5 Расчет и конструирование фундамента

2.5.1 Характеристики бетона и арматуры

Бетон тяжелый класса В20 с призменной прочностью Прочность на осевое растяжение Коэффициент условия работы бетона

Арматура класса А400 с расчетной прочностью на растяжение

2.5.2 Расчет фундамента

Сечение колонны 40Ч40см. Усилия колонны у заделки в фундамент:

1. ,,

2. ,,.

Производим расчет фундамента как центрально загруженный. Расчетное усилие с учетом коэффициента надежности по нагрузке , тогда нормативное усилие .

Расчетное сопротивление грунта основания .Вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его обрезах .

Высоту фундамента предварительно принимаем , глубину заложения . Площадь подошвы фундамента определим по формуле

Размер стороны квадратной подошвы принимаем равной . Принимаем . Тогда давление на грунт от расчетной нагрузки

Подберем высоту фундамента. Рабочая высота фундамента из условия продавливания равна

Полная высота фундамента из условий:

1. Продавливания

2. Заделки колонны в фундаменте

3. Анкеровки арматуры колонны

Окончательно принимаем фундамент высотой . Рабочая высота фундамента составит . Толщину дна стакана принимаем равной 25см.

Проверим, прочность нижней ступени на действие поперечной силы. Рабочая высота нижней ступени . Для единицы ширины этого сечения ()

Усилие, которое может воспринять фундамент, равно

- условие выполняется.

Расчетные изгибающие моменты в верхней и предпоследней ступенях:

Площадь сечения арматуры:

Принимаем сетку с рабочей арматурой в двух направлениях из стержней 2116 А400 с шагом .

Процент армирования сечений

В обоих случаях процент армирования больше минимального .

2.6 Расчет и конструирование стыков

2.6.1 Стык ригеля с колонной

Стык решается путем соединения верхних продольных каркасов соседних ригелей с помощью стыковых стержней пропущенных через колонну, сварки закладных деталей колонны и ригеля, а также обетонированием зазора между ригелем и колонной.

Определим диаметр стержней, пропускаемых через колонну. Класс арматуры А400 с . Растягивающие усилия в стыке найдем по формуле

где - изгибающий момент, действующий в сечении ригеля по грани колонны,

- плечо внутренней пары сил.

Тогда

Определим площадь стыкового стержня

Принимаем 228 А400 с .

Определим размеры стыковой пластинки ригеля. Закладная пластина выполняется из стали С235 с . Сварка производится электродом Э42 с . Для этого определим длину сварных швов прикрепления ригеля к опорной пластине колонны по формуле



где - сила трения,

- коэффициент трения стали о сталь,

- катет углового шва.

Тогда

Длина шва с каждой стороны ригеля с учетом непровара будет равна

Требуемая площадь закладной пластины ригеля будет равна

Толщина пластины

Принимаем пластину размером 220Ч200мм с толщиной .

2.6.2 Стык колонны с колонной

Для осуществления стыка в местах расположения продольных стержней устраивают подрезки. Продольные стержни сваривают, а стык замоноличивают бетоном того же класса. Колонны в стыке усиливают косвенным армированием.

Постоянные нагрузки в сечении стыка:

1. От веса кровли

2. От ригеля покрытия

3. От 5 перекрытий

4. От ригелей перекрытий

5. От колонн

Итого .

Площадь сечения торца колонны, ослабленного подрезками:

Расчетное сечение стыка принимается, как площадь сечения, ограниченной контуром сварных сеток защищенных защитным слоем бетона:

Усилие в стыке передается через закладные детали - центрирующую прокладку и распределительные листы в торцах колонн. Центрирующая прокладка назначается толщиной 20мм, с размерами в плане ширины колонны, т.е. 100Ч100мм.

Размеры распределительных листов определяют площадью смятия бетона - не более ширины колонны, т.е. 200Ч200мм. Тогда площадь смятия бетона:

Приведенная площадь бетона при использовании косвенного армирования:

Примем коэффициент косвенного армирования .

В качестве косвенного армирования примем сварные сетки из арматуры 6 В500 с и с шагом . Тогда, коэффициент

Коэффициент эффективности косвенного армирования

Коэффициенты, характеризующие напряженное состояние смятия

Приведенная площадь бетона на смятие равна

Должно выполняться условие,

- условие выполняется.

Прочность стыка при монтаже обеспечена.

Сетки косвенного армирования образуются пересечением 7 стержней в каждом направлении. Определим минимальную величину шага стержней по формуле

где - количество стержней, учитываемых в расчете, равны 3,

- длина, учитываемых в расчете стержней, равна .

- условие выполняется.

Заключение

При работе над курсовым проектом получен навык расчёта и конструирования балочной плиты и второстепенной балки монолитного перекрытия, сборной многопустотной плиты, ригеля, колонны и фундамента колонны. Расчёты строительных конструкций произведены по первой и второй группам предельных состояний. Наиболее экономичным является монолитный вариант перекрытия.

Список используемой литературы

1 Байков В.Н., Сигалов Э.Е. «Железобетонные конструкции». Общий курс.-М.:Стройиздат, 1991г. - 767с

2 Стетюха Г.В., Соболева В.Н. «Проектирование железобетонных конструкций многоэтажных зданий»: Учебное пособие - Чита: ЧитГУ, 2003г. - 105с.

3 СНиП 2.01.07 - 85^* «Нагрузки и воздействия». - М.: ЦИТП 2003 - 36с.

4 СНиП 52-01-2003#S «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».

5 СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003».

6 СП 52-101-2003#S «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры».

7 СП 52-102-2004 «Предварительно напряжённые железобетонные конструкции».

8 СТО 36.55.45.01 - 015 -2008 «Нагрузки и воздействия».

Размещено на Allbest.ru