Многоэтажное производственное здание

Железобетонные ребристые перекрытия могут быть с балочными плитами и плитами, опертыми по контуру. Балочные плиты имеют отношение длинной стороны к короткой , а плиты, опертые по контуру, .

В настоящей курсовой работе рассматриваются принципы проектирования ребристых перекрытий с балочными плитами.

В однопролётных зданиях (шириной до 5-7 м) балки обычно опираются непосредственно на продольные стены. В многопролётных зданиях ребристые перекрытия с балочными плитами представляют собой конструкцию, состоящую из главных и второстепенных балок, расположенных по взаимно перпендикулярным направлениям, и плиты, монолитно связанной с балками в одно целое. Второстепенные балки служат опорами плиты, главные - опорами второстепенных балок, а стены и колонны: - опорами главных балок.

При равномерно распределенной нагрузке и отсутствии отверстий в перекрытии рекомендуется назначать равно пролетные плиты и балки. Если на перекрытии имеется значительная сосредоточенная нагрузка, то балки целесообразно располагать непосредственно под этой нагрузкой.

Ориентировочные расстояния в метрах между второстепенными балками (или пролеты плиты) и соответствующие им минимальные толщины балочных плит в зависимости от нагрузки приняты по табл. I.I. методических указаний.

При выборе расстояния между второстепенными балками следует стремиться к тому, чтобы толщина плиты была минимальной (для производственных зданий - не менее 60 мм).

Рекомендуемые пролеты элементов перекрытия и размеры их поперечных сечений приведены в таблице №1.

Таблица 1

Установка нескольких лишних второстепенных балок меньше сказывается на общем расходе бетона на перекрытие, чем увеличение толщины плиты. Исходя из этих соображений, пролёт плиты выбирают, как правило, в пределах 1,7 - 2.7 м.

В настоящее время для многоэтажных производственных зданий принимаются унифицированные расстояния между колоннами (кратные модулю 3000 мм и равные 6,9 и 12 м) и унифицированные высоты этажей (кратные модулю 600 мм и равные 3,6: 4.2; 4.8; 6.0 и 7.2 м).

По методическим соображениям дли курсового проектирования размеры в плане и высоты этажей задаются, как правило, неунифицированными. Несмотря на это. все габаритные размеры должны подчиняться единой модульной системе на базе модуля 100 мм. Для возможности более быстрого статического расчета с применением готовых формул и таблиц элементы перекрытия - рекомендуется назначать с равными пролетами или пролетами, не отличающимися более чем на 20% для плит и более чем па 10% для балок. Обычно крайние пролеты плиты, второстепенных и главных балок выполняю меньше средних. В этом случае изгибающие моменты и перерезывающие силы в крайних пролетах приближаются по величине к расчетным усилиям в средних пролетах.

Расположение главных балок по продольному или поперечному направлениям принимаются в зависимости от архитектурных, конструктивных и технологических требований. При курсовом проектировании ограничиваемся выбором конструктивной схемы перекрытия на основе сравнения нескольких вариантов перекрытия по расходу бетона.

Крайние разбивочные оси в производственных зданиях располагаются по внутренним граням стен (нулевая привязка) либо со смещением внутрь стены на расстояние, кратное 100 мм. В настоящей работе принята нулевая привязка.

В целях унификации высоту балок принимает кратной 50 мм при размерах до.600 ми и кратной 100 мм при больших размерах.

Ширину сечения балок назначают 100.120, 150, 200, 220, 250 и далее кратной 50 мм.

Таким образом, выполнение проекта начинается с выбора сетки колонн, привязки наружных стен к крайним разбивочным осям и компоновки конструктивных схем междуэтажного перекрытия.

На основании всех требований и рекомендаций применяем:

пролет плиты L_пл = 1700мм

пролет второстепенной балки L_вб = 5800 мм

пролет главной балкиL_гб = 6800 мм

высота и ширина главной балки соответственно h_гб = 600 мм b_гб = 300 мм

высота и ширина второстепенной балки соответственно h_вб = 400 мм b_вб = 200 мм

Толщина плиты при нормативной нагрузке 9500 Н/м² принимается равной h_пл = 70 мм.

Исходные данные:

здание имеет размеры в плане 20,4х40-м;

высота этажа - 4,8 м

количество этажей - 8

наружные стены - кирпичные несущие

нормативная полезная нагрузка на перекрытие 4кПа.

В настоящей работе принимаем привязку 200 мм.

При наружных станах из кирпичной кладки длину опираниия плиты на стену принимаем 120 мм, второстепенной балки - 250 мм и главной балки - 380 мм

Рис. 1. План монолитного перекрытия.

1.2 Расчёт и конструирование плиты перекрытия

1 Полоса.

,

2 Полоса.

1.3.3 Определение размеров сечения второстепенной балки

Второстепенная балка имеет тавровое сечение. Если полка тавра расположена в растянутой зове, то она при расчете не учитывается, и в этом случае расчет тавровой балки ничей не отличается от расчета прямоугольной балки с шириной, равной ширине, ребра. Поэтому размеры сечения второстепенной балки определяют по наибольшему опорному моменту - Мв.

Как известно, при проценте армирования, равном или большем предельного, изгибаемые элементы разрушаются хрупко по сжатой зоне бетона без развития значительных деформаций. В этом случае в статически неопределимых конструкциях к моменту разрушения перераспределение усилий полностью не реализуется, и несущая способность конструкции не может быть оценена расчет том по методу предельного равновесия. Поэтому для реализации полного перераспределения усилий элементы статически неопределимых конструкций следует проектировать с армированием, меньшим предельного армирования для статически определимых систем.

В связи с этим при подборе сечений, в которых намечено образование пластических шарниров, следует принимать значение = 0.35 - 0.40. Согласно "Руководству по расчет) статически неопределимых железобетонных конструкций'", необходимо проектировать конструкции гак, чтобы причиной разрушения не могли быть срез сжатой зоны или (особенно в элементах двутаврового в таврового сечения) раздавливание бетона от главных сжимающих напряжений, и применять для армирования конструкций стали, допускающие достаточно большие деформации в пластических шарнирах.

Назначаем ширину ребра второстепенной балки b = 250 мм.

M = 27.964кНм,

_m - определяется по оптимальному значению = 0,350,4

При =0,37 = 0.37* (1 - 0.5*0.37) = 0.302

R_b =8,5 МПа - для бетона класса В 15,b - ширина ребра второстепенной балки

Полная высота балки

h = h₀ + a = 25.0 + 4 =29 см

где a - расстояние от нижней грани балки до центра тяжести арматуры.

Так как высота балки должна быть кратна 5 см, то окончательно принимаем сечение второстепенной балки

b*h= (20*40) см

b/h=20/40=0,5= (0,40,5)

Пересчитаем новое значение рабочей высоты второстепенной балки:

h₀ = h - a = 40 - 4 = 36 см

1.3.4 Подбор сечения арматуры

В зависимости от направления действия изгибающего момента сжатия зона второстепенной балки таврового сечения расположена в верхней или нижней части сечения.

При подборе продольной арматуры в пролетах второстепенной балки по положительным изгибающим моментам сечение балки рассчитывается как тавровое с шириной полки b_f'.

При определении сечения продольной арматуры на промежуточных опорах и в средних пролетах по отрицательному изгибающему моменту в расчет вводится только ширина ребра балки b.

Максимальная расчетная ширина полки b (ограничивается определёнными пределами, так как её совместная работа с ребром в предельной стадии может быть не обеспечена в следствие местной потери устойчивости полки и ее чрезмерного прогиба.

Пункт 3.16. СНиП 2.03.01-84^*

Значение b_f' вводимое в расчёты, принимается из условия, что ширина свеса полки в каждую сторону от ребра должна быть не более 1/6 пролета элемента и не более:

а) при наличии поперечных рёбер или расстояния в свету между продольными ребрами/

б) при отсутствия поперечных рёбер или при расстояниях между ними больших, чем расстояния между продольными ребрами, и /

При определении сечения продольной арматуры на промежуточных опорах и в средних пролётах по отрицательным изгибающим моментам в расчет вводится только ширина ребра балки b.

Пункт 2.19. СНиП 2.03.01-84^*

В качестве ненапрягаемой арматуры железобетонных конструкций следует преимущественно применять

а) горячекатаную арматурную сталь класса АШ

6) арматурную проволоку диаметром 3-5 мм класса BpI (в сварных сетках и каркасах)

в) допускается также применять стержневую арматурную сталь классов А-П и A-I для поперечной арматуры линейных элементов, для конструктивной и монтажной арматуры, а также в качестве продольной, если другие виды ненапрягаемой арматуры не могут быть использованы.

Определяем площадь сечения продольной арматуры в первом пролёте по положительному изгибающему моменту

Исходные данные: М = 35.59 кНм, b = 200 мм, ho = h - a = 400-40 = 360 мм, 60 мм

где

а)

б)

в) = 60/400 = 0,15 > 0.1 => равно шагу второстепенных балок.

В расчётную ширину полки вводится минимальное значение

Бетон класса В15, R_b = 8.5 МПа.

Назначаем арматурные стержни класса AII R_s = 280МПа.

Определим, где проходит граница сжатой зоны в нашем случае:

M_n= R_b*b2* b_f'* h_f'* (h₀ - h_f'/2) =8,5*100*0,9*170*6* (36-6/2) = 2.57*10⁷ Н * cм = 257.499 кН * м/

Так как M_n = 257.499 кН*м> M_1max=35.59 кН * м, то граница сжатой зоны проходит в полке. Расчет производим как для прямоугольного сечения с шириной b_f'.

_m = M_1max / (R_b*b2* b_f'* h₀²) =35.59*10⁵/ (8.5*100*0.9*170*36²) = 0,021

По таблице по _m =0,021 = 0,021 = 1 - / 2 = 0,9894

= 0,85 - 0,008* R_b*b2= 0,85 - 0,008 * 8,5 * 0,9 = 0,7888, = 0,021< _r=0,681 - условие выполняется. Определим требуемую площадь продольной арматуры:

Подбор площади сечения продольной арматуры по опоре В

M_2max = 27.964 кН*м, b = 200 мм

ho = h - a = 400 - 40 = 360 мм

60 мм, Бетон класса В15, R_b = 8.5 МПа

Назначаем арматурные стержни класса AII R_s = 280МПа

_m = M_2max / (R_b*b2* b_f'* h₀²) = 27.964*10^5/ (8,5*100*0,9*170*36²) = 0.141

По _m =0.141 =0.1525 = 1 - / 2 = 0.92375

=0.141< _r=0,681 условие выполняется

Подбор площади сечения продольной арматуры по опоре С:

M_c = 24.434 кН*м

b = 20см h₀ = 36см

_m = M_c / (R_b*b2* b_f'* h₀²) = 24.434 *10⁵/ (8,5*100*0,9*20*36²) = 0.0145

По _m =0.0145 =0.0145 = 1 - / 2 = 0.99275

=0.0145 < _r=0.681 условие выполняется

Подбор площади сечения продольной арматуры во втором пролёте по отрицательному моменту.

M = 24.434 кН*м, b = 20см h₀ = 36см

_m = M_c / (R_b*b2* b_f'* h₀²) = 24.434 *10⁵/ (8,5*100*0,9*20*36²) = 0.123

По _m =0.123 =0.131 = 1 - / 2 = 0.9345

=0.131< _r=0.681 условие выполняется

Требуемая по расчету площадь сечения продольной арматуры приведена на рисунке

Рис.7. Схема требуемой площади арматуры.

1.3.5 Расчет поперечной арматуры

Расчет на действие поперечной силы не производится, если соблюдается условие:

Q< _в4 *R_bt * _b2 * b*h₀

где -_в4 - коэффициент для тяжёлого бетона

R_bt - расчётное сопротивление класса В 15 на растяжение

_{b2 -} коэффициент условий работы

Q< 0,6 * 0,75 *100 *0,9 * 20 *36 = 29160 Н = 29,160 кН

Q_в^л = 131, 74 кН > Q = 29,160 кН расчёт на действие поперечной силы требуется.

При армировании балки вязанными сетками, хомуты бывают диаметром 6 - 8 мм из стали класса АI с шагом кратным 5 см.

Затем вычисляют и сравнивают с поперечной силой у грани опор балки.

Если > Q - отогнутые стержни (утки) проектируется конструктивно, если < Q отогнутые стержни рассчитываются.

Рис. 8. Схема усилий в сечении, наклонном к продольной оси железобетонного элемента, при расчете его по прочности на действие поперечной силы.

Расстояния между хомутами S, между опорой и концом отгиба, ближайшего к опоре S1, а также между концом предыдущего и началом последующего отгиба S2, должен быть не более величины

где = 2,0 - для тяжелого бетона

Принимаем двухветвевые хомуты d = 6 мм

Шаг хомутов в крайней зоне пролета равен:

Так как h = 500 мм > 450 мм, то S₁ = h/3= 50/3 = 16,67 см и не более 15 см

Принимаем S₁ = 100 мм

В средней зоне пролета S₂ = 3*h/4=3*50/4 = 37,5 см и не более 500 мм

Принимаем S₂ = 350мм

Определим величину поперечной силы, которая воспринимается хомутами и бетоном.

Q = Q_sw + Q_b = q_sw * C_w + (_b2 (1 + _f + _n) R _{bt b2} b h₀²) / C₀

C₀ - проекция наклонной трещины на продольную ось элемента

q_sw - интенсивность поперечного армирования

q_{sw =} R _sw * A _sw / S₁ = (175*100*2*0,283) /10 = 990,5 Н/см

A _sw - площадь сечения двухветвевого хомута

_f - коэффициент учитывающий свес полок

_f = 0, так как на опоре полки растянуты

_n - учитывает продольные силы

Значение C_w находим из условия

2 h₀< C_w < C₀

Принимаем C_w = 85,83 см

Находим:

отгибы по расчету не требуется по конструктивным соображениям.

1.3.6. Назначение количества и диаметров продольной рабочей арматуры

Определив необходимое сечение арматуры в пролётах и на опорах, а так же отогнутой арматуры, переходят к назначению количества и диаметра стержней. При этом руководствуются следующими положениями:

1. Количество стержней необходимо назначать таким, что бы арматура поместилась в одном ряду (но не менее 3 стержней). Диаметр рабочих стержней следует назначать от 12 мм до 25 мм.

2. Число стержней в пролете следует согласовать с требуемым по расчету сечением отогнутой арматуры и с количеством отогнутых стержней, которое требуются, чтобы перекрыть участок огибающей эпюры поперечных сил.

3. Всю отогнутую арматуру следует получить посредством отгиба нижних продольных стержней и, в крайнем случае, если их не хватает, поставить "утки". Количество плоскостей отгибов и площадь отогнутых стержней в каждой плоскости должны быть не меньше требуемых по расчету. Угол наклона отгибов к оси балки (при h < 800 мм) принимается 45°.

4. Следует стремиться к меньшему количеству разных диаметров рабочей арматуры. Разница в диаметрах рабочей арматуры не должна быть меньше 2 мм.

5. Из лежащих по визу балки стержней не менее чем два стержня должны быть доведены до опоры по низу балки (при b > 150 мм).

6. Подбор количества стержней и их диметров должен быть осуществлен таким образом, чтобы разность расчетной площади сечения арматуры и суммарной площади уложенных в пролетах стержней была минимальной (до ±5%).

7. При размещении в поперечном сечении стержней следует обязательно следить за соблюдением зазора между ними, исходя из принятой ширины балки. Над опорой зазоры между стержнями в ряду увеличиваются для удобства бетонирования.

При расположении нижней арматуры более чем в два ряда по высоте сечения расстояние между стержнями, расположенными в третьем и следующих рядах, должны приниматься не менее 50 мм.

8. Требуемая на опорах по расчету на момент, продольная рабочая арматура должна быть получена за счет пролетной арматуры, которую можно отогнуть, и арматуры, принятой по отрицательному моменту в соседних пролетах и укладываемой на крайние свободные места с тем, чтобы они являлись ' одновременно и монтажными стержнями.

Площадь сечения стержней первой плоскости отгибов (при отсутствии "уток"), считая от опоры, но только слева иди только справа от опоры, не учитывается. Эти отгибы имеют, как правило, горизонтальный участок на опоре всего 50 - 100 мм и не могут воспринимать изгибающий момент.

В опорном сечении на восприятие изгибающего момента работает тот стержень, который имеет до опорного сечения прямой участок не менее ho / 2.

В некоторых случаях допускается для получения на опоре требуемой площади сечения арматуры устанавливать дополнительные прямые стержни, которые укладывают на крайние свободные места.

9. Стержни с отгибами рекомендуется располагать на расстоянии не менее 2d от боковых граней элемента, где d - диаметр отгибаемого стержня

На основании этих требований подберём диаметр и количество стержней.

I пролёт As^тр = 35.68 см^2.. Принимаем арматуру: 3d12 As=. см² >As^тр = см².

Произведем расстановку арматуры:

Рис.9. Сечение второстепенной балки в первом полёте.

II пролёт As^тр = см²

Принимаем арматуру: 3 As = см²

As = см² >As^тр = см²

Произведём расстановку арматуры:

Рис. 10. Сечение второстепенной балки во втором полёте.

Опора В:

Площадь арматуры на опоре В получается из:

2 12 - монтажная арматура As = 2,26 см²

один отгиб из второго пролёта, т.е.1 As = см²

Общая площадь арматуры равна As =

По расчёту необходимо на опоре В As^тр = см²

Дополнительно устанавливаем 1 12 As = 1,131 см²

Общая площадь арматуры равна As =

Необходима установка арматуры в два ряда.

Произведём расстановку арматуры. (рисунок 7 и 8)

Так как значение h₀ изменяется, то необходимо пересчитать требуемую площадь арматуры.

а = (3,39 * 3,5 + 5,09 * 3,8 + 2,545 * 8) / (3,39 + 5,09 + 2,545) = 4,68 см

h₀ =h - a = 50 - 4,68 = 45,32 см

_m = M_в / (R_b*b2* b_f'* h₀²) = 109,277*10⁵ / (8,5*100*0,9*25*45,32²) = 0,278. По _m =0,278 =0,3339 = 1 - / 2 = 0.831

Так как As = 11,025 см² > As^тр = 10,36 см² дополнительная арматура не нужна. Разница в площадях равна ( (11,025 - 10,36) /10,36) * 100% = 6,4%

Рис. 11 Сечение второстепенной балки на опоре В слева.

Рис. 12. Сечение второстепенной балки на опоре В справа.

Опора С:

Площадь арматуры на опоре С получается из:

2 12 - монтажная арматура As = 2,26 см²

один отгиб из второго пролёта, т.е.1 18 As = 2,545 см²

один отгиб из третьего пролёта, т.е.1 18 As = 2,545 см²

Общая площадь арматуры равна As = 2,26 + 2,545 + 2,545 = 7,35 см²

По расчёту необходимо на опоре В As^тр = 8,25 см²

Так как As = 8,25 < As^тр = 7,35 см², необходимо дополнительно устанавливать арматуру на опоре С. Дополнительно устанавливаем 1 16 As = 2,011 см². Общая площадь арматуры равна

As = 2,26 + 2,545 + 2,545 + 2,011 = 9,361 см²

Необходима установка арматуры в три ряда. Произведём расстановку арматуры.

Рис. 13. Сечение второстепенной балки на опоре С справа.

Так как значение h₀ изменяется, то необходимо пересчитать требуемую площадь арматуры.

а = (2,26 * 3,5 + 2,545 * 3,8 + 2,011 * 7,5 + 2,545 * 11) / (2,26 + 2,545 + 2,011 + 2,545) = 6,48 см

h₀ =h - a = 50 - 6,48 = 43,52 см

_m = M_в / (R_b*b2* b_f'* h₀²) = 93,749*10⁵ / (8,5*100*0,9*25*43,52²) = 0,259 По _m =0,259 =0,306 = 1 - / 2 = 0.847

Так как As = 9,361 см² > As^тр = 9,06 см² дополнительная арматура не нужна

Разница в площадях равна ( (9,361 - 9,06) /9,06) * 100% = 3,32

1.3.7. Построение эпюры материалов

Прочность балки должна быть обеспечена по всей ее длине, однако не следует забывать и экономическую сторону проектирования. Площади сечения арматуры найдены по усилиям в наиболее загруженных сечениях и, естественно, что по мере уменьшения изгибающих моментов по длине балки часть стержней обрывают или переводя! в другую зону. Определяются места обрывов и уточняются места отгибов стержней при помощи построения эпюры материалов.

Эпюра материалов представляет собой графическое изображение значений моментов, которые могут быть восприняты балкой в любом сечении.

Сопоставляя эпюру материалов с огибающей эпюрой моментов, можно проверить прочность балки на изгиб во всех сечениях по её длине.

В любом сечении балки момент внешних сия не должен быть больше того момента, который может быть воспринят бетоном и арматурой в этом сечении, т. с. эпюра материалов должна везде перекрывать эпюру моментов. Чем ближе на всём протяжении балки эпюра материалов подходит к огибающей эпюре моментов, тем рациональнее и экономичнее запроектирована балка.

К началу построения эпюры материалов балка должна быть заармирована.

Несущая способность того или иного сечения балки меняется в зависимости от соответствующего изменения площади сечения арматуры, полезной высоты сечения и плеча внутренней пары сил.

Подсчет ординат эпюры материалов осуществляется для арматуры, уложенной по низу балки и воспринимающей положительные моменты, и для стержней, уложенных по верху балки и воспринимающих отрицательные моменты.

Определение ординат эпюры материалов приведено в таблице 6.

Определим ординаты эпюры материалов в дополнительных характерных сечениях.

Рис. 14. Сечение второстепенной балки на опоре В слева.

Так как значение h₀ изменяется, то

а = (3,39 * 3,5 + 2,505 *8) / (3,39 + 2,505) = 5,41 см

h₀ =h - a = 50 - 5,41 = 44,59 см

Рис. 15 Сечение второстепенной балки на опоре В справа.

Так как значение h₀ изменяется, то

а = (3,39 * 3,5 + 5.09 *3.8) / (3,39 + 5.09) = 3.68 см

h₀ =h - a = 50 - 5.09 = 46.32 см

Рис.16. Сечение второстепенной балки на опоре С слева.

Так как значение h₀ изменяется, то

а = (2,26 * 3,5 + 2,011 *7,5 + 2,505 *11) / (2,26 + 2,011 + 2,505) = 7,46 см

h₀ =h - a = 50 - 7,46 = 42,54 см

Так как значение h₀ изменяется, то

а = (2,26 * 3,5 + 2,011 *7,5 + 2,505 *3,8) / (2,26 + 2,011 + 2,505) = 4,80 см

h₀ =h - a = 50 - 4,80 = 45,20 см

Рис.17. Сечение второстепенной балки на опоре С справа.

Для обеспечения прочности наклонных сечений на действие изгибающего момента в элементах постоянной высоты продольные растянутые стержни, обрываемые в пролете, должны заводится за точку теоретического обрыва на величину , определим по формуле:

= (Q - R_sw * A_{s inc} * sin ) / q_sw

или по формуле = Q / q_sw + 5 d > 20d

q_sw = (R_s *A_sw / S) + 5 d

d - диаметр обрываемого стержня

Q - поперечная сила в точке теоретического разрыва

A_sw - площадь хомутов

S - шаг хомутов

Для стержня обрываемого в первом пролете:

Q= 95.47 кH d = 18 мм AII R_s = 280 МПа

q_sw = (280* 100*0.57/10) = 1596 Н/см

= 95470/1596+5 * 1,8 = 68,8 cм

? 20d = 20 * 1,8 = 36 см

Принимаем = 70 см

Для стержней, обрываемых во втором пролете слева:

Q= 34,56 кH d=18 мм AII R_s = 280 МПа

q_sw = (280* 100 *0.57/35) = 456 Н/см

= 34560/456+5 * 1,8 = 84,8 см

? 20d = 20 * 1,8 = 36 см

Принимаем = 88 см

3. Для стержня, обрываемого во втором пролете справа:

Q= 45,55 кH d= 18 мм AII R_s = 280 МПа

q_sw = (280* 100 *0.57/35) = 456

= 45550/456+5*1,8 = 108,9 см

?20d=20*1,8=36 см

Принимаем = 110 см2.

2. Расчёт и конструирование монолитной железобетонной колонны