Главная База знаний "Allbest" Строительство и архитектура Проектирование несущих железобетонных конструкций многоэтажного промышленного здания

Проектирование несущих железобетонных конструкций многоэтажного промышленного здания

Компоновка конструктивной схемы каркаса здания. Нагрузки и статический расчёт элементов каркаса. Расчёт и конструирование предварительно напряженной панели перекрытия, ригеля перекрытия, колонны. Основные размеры фундамента, подбор арматуры подошвы.

Рубрика Строительство и архитектура
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 11.12.2010
Размер файла 2,0 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Поперечная рабочая арматура - также класса А400 (А-III).

Расчетное сопротивление растяжению поперечной арматуры (табл.22* СНиП [2]):

Rsw = 285 МПа (6…8 мм), Rsw = 290 МПа (10…40 мм).

Если диаметр поперечных стержней меньше 1/3 диаметра продольных стержней, значение Rsw = 255 МПа (примеч. к табл.22* СНиП [2]).

4.2 Подбор продольной рабочей арматуры ригеля

Расчетное поперечное сечение ригеля - прямоугольное (рис.4.1). Размеры сечения установлены в процессе компоновки конструктивной схемы каркаса (п.1.5):

высота h = 750 мм,

ширина b = 250 мм.

Арматура располагается в растянутой зоне сечения, положение которой определяется по эпюре изгибающих моментов в ригеле: в пролёте - внизу, на опоре - вверху. Арматуру располагаем в два ряда, чтобы иметь возможность не ставить (обрывать) часть стержней там, где они не требуются по расчёту.

Порядок подбора продольной рабочей арматуры в ригеле такой же, как и в панели перекрытия. Результаты подбора арматуры приведены в табл 4.1.

Рабочая высота сечения: h0 = h - a,

где а - расстояние от растянутой грани сечения до центра тяжести продольной рабочей арматуры; принимается в пределах а = 4…10 см (задаётся по своему усмотрению, при этом чем больше изгибающий момент в сечении, тем больше должно быть это расстояние).

Рис.4.1 Расчётное поперечное сечение ригеля: а - в пролёте, б - на средних опорах.

Условный параметр А0:

Относительная высота сжатой зоны:

Относительное плечо внутренней пары сил: з = 1 - 0,5о

Требуемая площадь сечения арматуры:

Подбираем по сортаменту необходимый диаметр стержня, учитывая, что число стержней в сечении - 4.

Арматура подбирается для трех сечений ригеля:

1 - сечение в крайнем пролете (М11);

2 - сечение в левой средней опоре (М21 = М23);

3 - сечение в среднем пролете (М22).

На средней опоре используется расчётный изгибающий момент в сечении ригеля по грани колонны (п.2.4.3).

Граничная относительная высота сжатой зоны:

,

где щ = - 0,008 Rbb2 = 0,85 - 0,008 14,5 0,9 = 0,7456;

уsR = Rs = 365 МПа (для ненапрягаемой арматуры).

Толщина защитного слоя бетона аb для продольной рабочей арматуры должна составлять (п.5.5 СНиП [2]):

не менее диаметра стержня: аb ? d,

не менее 20 мм в балках высотой h ? 250 мм: аb ? 20 мм.

Расстояние в свету между стержнями продольной рабочей арматуры аs должно составлять (п.5.5 СНиП [2]):

не менее наибольшего диаметра стержня: аs ? d,

не менее 25 мм для нижней арматуры и 30 мм для верхней: аs ? 25 (30) мм.

Расстояния по высоте между осями арматурных стержней (рис.4.1) должны назначаться с учётом этих требований, а также кратными 5 мм:

а1 аb + 0,5d, кратно 5 мм;

а2 аs + d, кратно 5 мм.

Тогда расстояние от растянутой грани сечения до центра тяжести продольной рабочей арматуры составит:

а = а1 + 0,5а2.

Если оно сильно отличается от принятого ранее, особенно в большую сторону, то прочность может быть не обеспечена и расчёт необходимо провести заново. Если это расстояние отличается не сильно и площадь арматуры взята с запасом, расчёт можно не повторять. Окончательно это выяснится в табл.4.2.

4.3 Подбор продольной рабочей арматуры ригеля

Таблица 4.1.

Расчётное сечение

в крайнем пролёте

на левой средней опоре

в среднем пролёте

М, кН·см

М11 = 60 799

Mfr = 43 400

М22 = 34 098

h0 = h - a, см

75 - 8 = 67

75 - 7 = 68

75 - 6 = 69

А0

0,4151

0,2877

0,2195

о

0,5880

0,3484

0,2510

з

0,706

0,826

0,874

Требуемая Аs, см2

35,22

21,17

15,49

Принятое армирование

436 А 400

428 А 400

425 А 400

Фактич. Аs, см2

40,72

24,63

19,68

а1, мм

Минимальное

36 + 0,536 = 54

28 + 0,528 = 42

25 + 0,525 = 37,5

Принятое

55

45

40

а2, мм

Минимальное

36 + 36 = 72

30 + 28 = 58

25 + 25 = 50

Принятое

75

60

50

Фактич. а, мм

55 + 0,5·75 = 92,5

45 + 0,5·60 = 75

40 + 0,550 = 65

Фактич. h0 = h - a, см

75 - 9,25 = 65,75

75 - 7,5 = 67,5

75 - 6,5 = 68,5

Расст. h01 = h - a1, см

75 - 5,5 = 69,5

75 - 4,5 = 70,5

75 - 4 = 71

4.4 Подбор поперечной рабочей арматуры ригеля

4.4.1 Конструирование поперечной арматуры

Диаметр стержней поперечной арматуры d принимается из условия ее свариваемости с продольной арматурой наибольшим диаметром D = 36 мм:

d ? 0,25D = 0,25·36 = 9 мм.

Чтобы расчётное сопротивление поперечной арматуры не снижалось (п.4.1), её диаметр должен составлять

d ? D/3 = 36/3 = 12 мм.

Окончательно диаметр назначим после расчёта. Если по расчёту поперечная арматура требоваться не будет, её диаметр примем только исходя из указанных здесь условий.

Шаг стержней поперечной арматуры назначается в соответствии с конструктивными требованиями п.5.27 СНиП [2], затем проверяется расчетом прочности по наклонному сечению.

На приопорных участках длиной L0 = L/4 = 7,8/4 = 1,95 м

при высоте сечения h > 450 мм (в данном случае h = 750 мм)

,

S1 500 мм.

Принимаем S1 = 250 мм (кратно 50 мм), см. прил.1.

На остальной части пролета при h>300 мм:

,

S2 500 мм.

Принимаем S2 = 500 мм (кратно 50 мм).

4.4.2 Общие соображения по расчёту прочности наклонных сечений

Для обеспечения прочности элемента по наклонному сечению необходимо провести три расчёта:

Расчёт на действие поперечной силы по наклонной трещине.

Расчёт на действие изгибающего момента по наклонной трещине.

Расчёт на действие поперечной силы по наклонной полосе между наклонными трещинами.

Расчёт на действие изгибающего момента допускается не проводить, если все стержни продольной арматуры доведены до опоры и имеют надёжную анкеровку. В данном случае некоторые стержни не доводятся до опоры, но отвечают определённым конструктивным требованиям, которые учтены в п.4.4., поэтому расчёт на действие изгибающего момента выполнять не будем.

Анкеровка арматуры - обеспечение восприятия арматурой действующих на неё усилий путём заведения её на определённую длину за расчётное сечение или устройства на её концах специальных анкеров.

Расчет прочности ригеля по наклонному сечению на действие поперечной силы проведем для сечения, в котором значение Q максимальное (сечение слева от средней опоры ригеля), Q = Q21 = 470,27 кН, см. п.2.4.3.

Установленный в результате расчёта шаг поперечной арматуры в целях унификации принимаем и возле остальных опор. При необходимости можно провести соответствующие расчёты и увеличить шаг арматуры.

4.4.3 Расчет на действие поперечной силы по наклонной трещине

1-й этап. Установим необходимость проведения расчёта.

Поперечное усилие в сечении с наклонной трещиной воспринимает бетон (Qb) и поперечная арматура (Qsw). Расчетная схема усилий приведена на рис.4.2.

Рис.4.2 Схема усилий в наклонном сечении изгибаемого элемента при расчёте по прочности.

Минимально возможное значение поперечного усилия, воспринимаемого бетоном (по ф-ле п.3.31* СНиП [2]):

Qb,min = b3 Rbt b2 bh0 = 0,60,1050,92565,75 = 93,20 кН < Q = 470,27 кН.

здесь b3 - коэффициент, учитывающий вид бетона; для тяжелого бетона b3 = 0,6.

В качестве рабочей высоты сечения принимается фактическое значение h0 в крайнем пролёте из табл.4.1.

Если Q < Qb,min, то поперечная арматура по расчёту не требуется.

Фактически бетон может воспринимать большее усилие, чем Qb,min, поэтому уточним значение Qb. В общем случае расчета принимается, что поперечное усилие распределяется поровну между бетоном и поперечной арматурой:

Qb = Qsw = Q / 2 = 470,27/2 = 235,14 кН.

Параметр, характеризующий сопротивление бетона образованию наклонных трещин:

Mb = b2 Rbt b2 bh02 = 2,000,1050,92565,752 = 20 426 кНсм;

здесь b2 - коэффициент, учитывающий вид бетона; для тяжелого бетона b2 = 2,00.

Длина проекции опасной наклонной трещины на продольную ось элемента из ф-лы (76) СНиП [2]:

Величина с0 принимается в пределах h ? с0 ? 2h0 = 2·65,75 = 131,5 см.

Указанное условие выполняется, и мы оставляем с0 без изменения.

Когда условие не выполняется, то с0 принимается равным верхнему или нижнему пределу (например, если получается с0 > 2h0, то следует принимать с0 = 2h0).

Поперечное усилие, воспринимаемое бетоном:

Получили Qb < Q, значит бетон не может воспринять всё усилие и поперечная арматура требуется по расчёту.

2-й этап. Найдём шаг поперечной арматуры, необходимой по расчёту.

Необходимая интенсивность поперечного армирования из ф-лы (82) СНиП [2]:

.

В соответствии с ф-лой (33) СНиП [2] величина qsw принимается не менее:

,

qsw = 2,707 кН/см > 0,709 кН/см,

условие выполняется.

Требуемый диаметр поперечных стержней из формулы (81) СНиП [2]:

.

В поперечном сечении ригеля устанавливается два каркаса с поперечной арматурой, поэтому принимаем по сортаменту 214 А 400 (А-III), (Аsw = 3,08 см2).

Условие d ? D/3 выполняется: d = 14 мм > 36/3 = 12 мм.

Максимально допустимый шаг, свыше которого трещины появляются между поперечными стержнями и усилия полностью передаются на бетон:

;

условие S ? Smax выполняется.

3-й этап (проверочный). Найдём несущую способность наклонного сечения с принятым армированием.

Интенсивность поперечного армирования (усилие в поперечных стержнях, отнесённое к единице длины элемента):

.

Длина проекции опасной наклонной трещины по ф-ле (80) СНиП [2]:

.

Поперечное усилие, воспринимаемое бетоном:

.

Поперечное усилие, воспринимаемое арматурой:

Qsw = qsw с0 = 3,57375,61 = 270,15 кН.

Как уже отмечалось,

Qb = Qb + Qsw = 270,15 + 270,15 = 540,30 кН > Q = 470,27 кН.

Таким образом, прочность элемента на действие поперечной силы по наклонной трещине обеспечена. Проверка: поперечные усилия, воспринимаемые бетоном и арматурой, примерно равны, что подтверждает правильность принятой ранее предпосылки.

4.4.3 Проверка прочности на действие поперечной силы по наклонной полосе между наклонными трещинами

Коэффициент, учитывающий вид бетона:

b1 = 1 - Rb b2 = 1 - 0,0114,50,9 = 0,870.

Здесь в = 0,01 для тяжелого бетона; Rb следует брать в МПа.

Коэффициент приведения площади сечения арматуры к площади сечения бетона (отношение модулей упругости):

Коэффициент поперечного армирования сечения:

.

Коэффициент, учитывающий влияние поперечной арматуры:

; .

Условие проверки (ф-ла (72) СНиП [2]):

.

Q = 470,27 кН < 661,21 кН.

Проверка выполняется, значит прочность сечения на действие поперечной силы по наклонной полосе между наклонными трещинами обеспечена.

Все необходимые расчеты теперь выполнены, и мы размещаем стержни арматуры в соответствии с принятым шагом, показывая их на арматурных чертежах. Это пригодится для следующего расчёта, который будет частично графическим.

4.5 Обрыв продольной арматуры в пролёте

В целях экономии металла часть продольной арматуры (не более 50% расчётной площади) может не доводиться до опор, а обрываться в пролете там, где она уже не требуется согласно расчету прочности элемента по нормальным стержням.

Обрываемые стержни должны быть заведены за место своего теоретического обрыва на некоторую длину заделки w, на протяжении которой для гарантии условия прочности наклонных сечений на действие изгибающего момента отсутствие обрываемых стержней компенсируется поперечной арматурой.

А. Построение эпюры материалов. Вычисляем значение изгибающих моментов, воспринимаемых нормальным сечением железобетонного элемента с полным количеством арматуры (4 стержня) и с уменьшенным ее количеством (2 стержня), используя формулу:

Мs = Rs As zb = 36,5As zb,

где zb - плечо внутренней пары сил (расстояние от равнодействующей усилий в продольной арматуре до равнодействующей усилий в сжатой зоне):

zb = h0 - 0,5х,

где х - высота сжатой зоны элемента, определяется из условия равенства равнодействующих усилий в растянутой и сжатой зонах сечения:

.

Результаты расчёта приведены в таблице 4.2.

4.6 Определение несущей способности нормальных сечений ригеля

Таблица 4.2.

Армирование

Аs, см2

h0, см

х, см

zb, см

Мs, кНсм

М, кНсм

425

19,63

73,25

18,3

64,1

45 927

36 785

225

9,82

76

9,16

71,42

25 595

-

422

15, 20

73,75

14,17

66,67

36 989

31 955

222

7,60

76,5

7,09

72,96

20 239

-

418

10,18

74,78

9,49

70,04

26 024

20 676

218

5,09

77

4,75

74,63

13 865

-

В последней графе таблицы приведены расчётные значения изгибающих моментов от внешней нагрузки. Для обеспечения прочности нормального сечения необходимо соблюдение условия: Мs М.

Для дальнейшего продолжения расчёта необходимо уже начертить схему поперечного армирования ригеля и эпюры внутренних усилий.

Найденные значения несущей способности нормального сечения откладываем на эпюре изгибающих моментов от внешних нагрузок. Точки, в которых отложенные ординаты, соответствующие уменьшенному количеству арматуры, пересекаются с эпюрой моментов от внешних нагрузок, являются местами теоретического обрыва продольных стержней.

Измеряем координаты этих точек от опор l, соответствующие им значения поперечных сил Q и шага поперечной арматуры S; заносим эти данные в таблицу 4.3 Наносим штриховку в зонах запаса прочности, в результате получаем так называемую эпюру материалов.

Б. Определение длины заделки арматурных стержней.

Длина стержня w, на которую он должен быть заведён за место своего теоретического обрыва, определяется из условия обеспечения прочности наклонного сечения на действие изгибающего момента:

,

где

D - диаметр продольного стержня,

Q - расчётное поперечное усилие в месте теоретического обрыва стержня,

qsw - интенсивность поперечного армирования (частично она определена в п.4.3.3):

,

Кроме того, из условия обеспечения надежной анкеровки расстояние w принимается не менее 20 диаметров продольного стержня: w 20D.

Определение длины заделки w продольных арматурных стержней производится в табл.4.3 Принятая в качестве окончательной длины заделки w0 (кратно 50 мм) указывается на эпюре материалов.

Обратите внимание, что величина w0 является минимально необходимой; фактически обрываемый стержень необходимо завести за ближайший продольный стержень на величину не менее диаметра обрываемого стержня D.

4.7 Определение длины заделки арматурных стержней

Таблица 4.3.

l, мм

Q, кH

S, см

qsw, кH/см

D, см

w, cм

20D, см

w0, см

1

1250

110

25

1,172

2,5

59,4

50

60

2

2975

110

25

1,172

2,5

59,4

50

60

3

500

240

25

1,172

2,2

113,4

44

115

4

500

200

25

1,172

2,2

96,3

44

100

5

2375

100

25

1,172

1,8

51,7

36

55

4.8 Определение экономического эффекта от снижения расхода арматуры

Таблица 4.4.

Расположение

D,

мм

Длина сэкономленной

арматуры, мм

Масса сэкономленной

арматуры

Общее кол-во ригелей в здании, шт.

Масса сэкономленной арматуры в здании, т

ригеля

арматуры

ед. дл., кг/м

общей длины, кг

итого на ригель, кг

крайний

ригель

верхняя

22

2 (200+2508+5008+2504) = 14400

2,984

42,97

64,17

1014 = 140

8,984

нижняя

25

2 (200+2503) +2 (2507+60) = 5520

3,840

21, 20

средний

ригель

верхняя

22

22 (2504 + 5003) = 10 000

2,984

29,84

42,31

1014 = 140

5,923

нижняя

18

22 (60 + 2506) = 6240

1,998

12,47

Итого на здание, т:

14,907

Стоимость 1 т арматуры: 15 500 руб.

Всего экономия, руб.:

231059

4.9 Конструктивное армирование ригеля, опорный узел

В соответствии с п.5.21. СНиП [2] в изгибаемых элементах при высоте сечения h > 700 мм у боковых граней должны ставиться конструктивные продольные стержни с расстояниями между ними по высоте не более 400 мм. Устанавливаем посередине высоты сечения арматурные стержни 10А-I.

Плоские сварные каркасы К-1 (2 шт.) объединяем в пространственный каркас с помощью горизонтальных поперечных стержней, устанавливаемых через 1,0.1,5 м.

Стык ригеля и колонны. В верхней части стыка выпуски арматуры из колонны и ригеля соединяются вставкой арматуры на ванной сварке, затем полость стыка замоноличивается. Вставка арматуры повышает точность монтажного соединения в случае нарушения соосности выпусков арматуры. В нижней части стыка монтажными сварными швами соединяются закладные детали колонны и ригеля. Температурный зазор между торцом ригеля и гранью колонны может составлять 60…100 мм.

5. Расчёт и конструирование колонны

5.1 Подбор продольной арматуры

В колоннах средних рядов здания изгибающие моменты М незначительны, поэтому можно принять, что колонна воспринимает только продольные усилия N и работает в условиях внецентренного сжатия со случайным эксцентриситетом.

При действии значительных изгибающих моментов М колонна является внецентренно сжатой с расчётным эксцентриситетом e = M/N.

Подбор продольной арматуры достаточно провести для наиболее нагруженной колонны 1-го этажа, а в колонных остальных этажей принять его таким же. Расчётное продольное усилие в колонне 1-го этажа: Nk = 2 175 кН (п.2.4.4).

Расчётная длина колонны принимается равной высоте этажа: l0 = Нэ = 4,2 м.

Классы бетона и арматуры для колонны принимаются такими же, как и у ригеля перекрытия (п.4.1). Коэффициент длительности действия нагрузки b2 = 0,9.

Продольное армирование колонны назначается из условия прочности, которое имеет вид:

Nk (Rb b2 A + Rsc As,tot),

где - коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба; принимается по справочной таблице в зависимости от отношения расчётной длины колонны к её ширине: l0/hk = 4,2/0,45 = 9,33; тогда коэффициент = 0,9.

l0/hk

6…12

16

20

0,9

0,8

0,7

А - площадь поперечного (бетонного) сечения колонны: A = (bk) 2 = 452 = 2025 см2.

Rsc - расчётное сопротивление продольной арматуры сжатию; для арматуры класса A-III (А400) Rsc = 365 МПа.

As,tot - суммарная площадь продольной арматуры колонны, которую необходимо определить в результате расчёта.

Требуемая площадь продольной арматуры As,tot назначается из двух условий:

из условия прочности:

.

из условия обеспечения минимального коэффициента армирования

min = 0,002 (0,2%): As,tot 2A min = 220250,002 = 8,1 см2.

Принимаем по сортаменту As,tot = 10,18 см2 (418 A 400).

Устанавливаем 4 арматурных стержня по углам колонны (рис.5.1).

Допускается применять для армирования колонны 6 стержней, однако в данном случае этот вариант является менее выгодным.

5.2 Конструирование поперечной арматуры колонны

Поперечная арматура в колоннах устанавливается в целях:

Образования пространственных каркасов.

Предотвращения выпучивания продольных стержней.

Сдерживания поперечных деформаций бетона.

Диаметр поперечной арматуры d назначается из условия свариваемости с продольными арматурными стержнями диаметром D:

d 0,25D = 0,2518 = 4,5 мм. Принимаем поперечную арматуру 5 A 400.

Шаг поперечных арматурных стержней не должен превышать

s 20D = 2018 = 360 мм; s 500 мм. Принимаем s = 350 мм (кратно 50 мм).

Для усиления концевых участков у торцов колонн дополнительно устанавливаем сетки косвенного армирования из арматуры 8 A-I, размер ячеек 5050 мм. Назначаем 5 сеток с шагом 75 мм.

Толщина защитного слоя бетона аb для продольной рабочей арматуры колонны (см. рис.5.1) должна составлять (п.5.5 СНиП [2]):

не менее диаметра стержня: аb ? D = 18 мм,

не менее 20 мм: аb ? 20 мм.

Требуемое расстояние от наружной грани колонны до центра тяжести продольной арматуры: а аb + 0,5D = 21 + 0,5·18 = 29 мм. Принимаем a = 30 мм, тогда

фактическая толщина защитного слоя: аb = а - 0,5D = 30 - 0,5·18 = 21 мм > 18 мм.

Толщина защитного слоя бетона аbw для поперечной арматуры колонны должна составлять (п.5.5 СНиП [2]):

не менее диаметра стержня: аbw ? d = 5 мм,

не менее 15 мм: аbw ? 15 мм.

Фактическая толщина защитного слоя: аbw = аb - d = 21 - 5 = 16 мм > 15 мм. Таким образом, требования по величине защитного слоя выполнены.

Рис.5.1 Размещение арматуры в поперечном сечении колонны.

6. Расчёт и конструирование фундамента

6.1 Общие соображения

Проектируем отдельный монолитный фундамент мелкого заложения под колонну.

Основные понятия: обрез фундамента - это его верхняя грань, подошва фундамента - это нижняя грань, основание - это грунт под подошвой фундамента, глубина заложения подошвы фундамента - это расстояние от наружной поверхности земли до подошвы фундамента.

Глубина заложения подошвы фундамента назначается исходя из инженерно-геологических условий площадки строительства, климатических воздействий на верхние слои грунта (в том числе условий промерзания грунта), а также конструктивных особенностей возводимого и соседних сооружений и составляет (по заданию) df = 1,3 м.

Пол 1-го этажа выполняется по грунту. Заглубление обреза фундамента относительно уровня пола 1-го этажа: d0 = 0,15 м.

Высота фундамента: hf = df - d0 = 1,30 - 0,15 = 1,15 м.

Расчётное сопротивление грунта основания (по заданию):

R0 = 0,25 МПа = 250 кН/м2.

Средний удельный вес фундамента с грунтом на его уступах: m = 20 кН/м3.

Классы бетона и арматуры для фундамента принимаются такими же, как и у ригеля перекрытия (п.4.1). Коэффициент длительности действия нагрузки b2 = 0,9.

Под фундаментом предусматривается бетонная подготовка толщиной 100 мм из бетона класса В3,5.

Фундамент под колонну, сжатую со случайным эксцентриситетом, воспринимает в основном только продольную силу, поэтому его можно считать центрально нагруженным. Продольные усилия на уровне верха фундамента допускается принимать такими же, как на уровне пола 1-го этажа (п.2.4.4): нормативное усилие Nk.n = 1947 кН; расчётное усилие Nk = 2175 кН.

Центрально нагруженные фундаменты обычно проектируют квадратными в плане.

Внецентренно нагруженные колонны и фундаменты проектируют прямоугольными, при этом широкая сторона располагается в плоскости действия изгибающего момента.

Расчёт фундамента состоит из двух этапов. На первом из них проводится расчёт по несущей способности основания, в результате которого определяется площадь подошвы фундамента Af. На втором этапе выполняется расчёт по несущей способности самого фундамента, на основе которого определяются остальные размеры фундамента и площадь рабочей арматуры As,f.

6.2 Определение площади подошвы фундамента

Расчёт по несущей способности основания выполняется на действие нормативных нагрузок с учётом веса фундамента и грунта на его уступах. Расчёт производится из условия, что давление под подошвой фундамента pn не должно превышать расчётное сопротивление грунта основания R0:

.

Тогда требуемая площадь подошвы фундамента:

.

Необходимый размер стороны подошвы квадратного в плане фундамента:

,

принимаем af = 3,0 м = 3000 мм (кратно 100 мм).

Фактическая площадь подошвы фундамента: Af = 3002 = 90 000 см2.

Расчёт по несущей способности конструкции самого фундамента выполняется на действие расчётных нагрузок без учёта веса фундамента и грунта на его уступах. Напряжения под подошвой фундамента в этом случае:

.

6.3 Определение основных размеров фундамента

Высота фундамента hf = 1,15 м > 0,90 м, поэтому проектируем фундамент трёхступенчатым. Размеры ступеней назначаются таким образом, чтобы внутренние грани ступеней не пересекали прямую, проведённую под углом 45 к грани колонны на уровне верха фундамента (рис.6.1). Указанная прямая определяет границы так называемой пирамиды продавливания.

Рис.6.1 Основные размеры отдельного фундамента под колонну.

Определение высоты ступеней

Высота ступеней назначается кратной 50 мм. Принимаем высоту первой (нижней) и второй (средней) ступеней h1 = h2 = 350 мм, а третьей (верхней) ступени h3 = 450 мм.

Принимаем расстояние от нижней грани фундамента до центра тяжести растянутой арматуры подошвы а = 5 см, тогда рабочая высота фундамента:

h0 = hf - a = 115 - 5 = 110 см.

Рабочая высота первой и второй ступеней:

h0,1 = h1 - a = 35 - 5 = 30 см; h0,2 = h1 + h2 - a = 35 + 35 - 5 = 65 см.

Определение глубины заделки колонны в фундаменте

Сборные колонны соединяют с фундаментами путём их заделки в специальные гнёзда (стаканы), оставляемые в фундаментах при бетонировании.

Глубина заделки колонны в фундаменте Han должна быть не менее:

Han 1,4hk = 1,4450 = 630 мм; Han 25D = 2518 = 450 мм;

здесь D - диаметр продольной арматуры колонны; при классе бетона фундамента ниже В25 требуется Han 30D.

Принимаем Han = 630 мм, предусматриваем зазор между нижней гранью колонны и дном стакана = 50 мм, тогда глубина стакана:

Hg = Han + = 630 + 50 = 680 мм.

Толщина дна стакана должна быть не менее 200 мм:

tg = hf - Hg = 1150 - 680 = 470 мм > tg,min = 200 мм.

Условие выполняется. Определение размеров ступеней в плане.

Определяем минимальные размеры ступеней из условия работы фундамента на продавливание:

a2 hk + 2h3 = 450 + 2450 = 1350 мм;

a1 hk + 2 (h2 + h3) = 450 + 2 (350 + 450) = 2050 мм.

Назначаем ширину выноса b0 всех ступеней примерно одинаковой:

b0 = (af - hk) /6 = (3000 - 450) /6 = 425 мм.

Тогда ширина верхней и средней ступени составит:

a2 = hk + 2b0 = 450 + 2425 = 1300 мм < 1350 мм; a2=1350

a1 = hk + 4b0 = 450 + 4555 = 2670 мм > 2050 мм; a1=2050

Консольные вылеты ступеней:

l1 = (af - a1) /2 = (3000 - 2050) /2 = 475 мм;

l2 = (af - a2) /2 = (3000 - 1350) /2 = 825 мм;

l3 = (af - hk) /2 = (3000 - 450) /2 = 1275 мм.

Назначаем зазоры между стенками стакана и гранями колонны: поверху = 75 мм, понизу = 50 мм.

6.4 Расчёт фундамента на продавливание

Условие расчёта фундамента на продавливание имеет вид (формула (107) СНиП [2]):

F Rbt b2 um h0,

где - коэффициент, учитывающий вид бетона; для тяжелого бетона = 1,00; umh0 - площадь боковой поверхности пирамиды продавливания; сторона верхнего основания пирамиды равна ширине колонны hk, сторона нижнего основания

a0 = hk + 2h0 = 45 + 2110 = 265 см;

um - среднеарифметическое между периметрами верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания:

um = (4hk + 4a0) /2 = 2 (hk + h0) = 2 (45 + 110) = 310 см;

F - продавливающая сила, равная разности усилий, приложенных к верхнему и нижнему основаниям пирамиды продавливания:

F = Nk - psf (a0) 2 = 2175 - 0,024 (265) 2 = 489,6 кН > 0.

Если F < 0, то основание пирамиды продавливания выходит за пределы подошвы фундамента и продавливания не происходит.

Предельное усилие, которое может воспринять фундамент из условия работы на продавливание:

Fult = Rbt b2 um h0 = 1,000,1050,9310110 = 3222 кН > F = 489,6 кН.

Проверка выполняется.

6.5 Проверка прочности плиты по наклонному сечению

Рабочая высота нижней ступени фундамента должна соответствовать условию прочности бетона по наклонному сечению на действие поперечной силы при отсутствии поперечного армирования в сечении, начинающемся на нижней границе пирамиды продавливания для первой ступени.

Условие расчёта имеет вид: Q Qb,min, где Q - поперечное усилие в конце наклонного сечения, вызванное реактивным давлением грунта:

Q = psf af (l1 - h0,1) = 0,024300 (47,5 - 30) = 126 кН,

Qb,min - минимальное поперечное усилие, воспринимаемое бетоном в наклонном сечении:

Qb,min = 0,6 Rbt b2 a h0,1 = 0,60,1050,930030 = 510,3 кН > Q = 126 кН,

поэтому прочность плиты по наклонному сечению обеспечена.

6.6 Подбор арматуры подошвы фундамента

Под действием реактивного давления грунта psf ступени фундамента работают на изгиб как консольные элементы (см. рис.6.1). Растягивающие усилия воспринимает продольная арматура, расположенная возле подошвы фундамента. Подбор продольной арматуры производится для сечений, проходящих по грани средней ступени (1-1), по грани верхней ступени (2-2) и по грани колонны (3-3).

Расчётный изгибающий момент в каждом исследуемом сечении определяется как в консоли вылетом li:

.

Плечо внутренней пары сил при расчёте фундамента допускается принимать равным zb = 0,9h0. Тогда требуемая площадь сечения арматуры составит:

,

где для арматуры класса А 400 (А-III) расчётное сопротивление Rs = 36,5 кН/см2.

Расчёт требуемой площади арматуры для трёх сечений приведён в табл.6.1.

Таблица 6.1. Определение площади арматуры подошвы фундамента

Сечение

i

ai

см

h0, i

см

li

cм

Mi

кНсм

As, i

см2

1

205

30

47,5

8123

8,24

2

135

65

82,5

24503

11,48

3

45

110

127,5

58523

16, 20

Фундаментные плиты армируют по подошве сварными сетками; диаметр арматуры составляет 10…16 мм, шаг стержней s = 100…200 мм [4].

Применим для армирования сетку с ячейками 100100 мм, расстояние от вертикальной грани подошвы до первого стержня назначим равным 50 мм. Тогда в каждом направлении сетка будет состоять из af /100 = 3000/100 = 30 стержней.

Требуемая площадь одного стержня: As,1 16, 20/30 = 0,54 см2.

Принимаем в итоге по сортаменту 3810 А 400 (А-III), шаг s = 100 мм;

площадь одного стержня Аs,1 = 0,785 см2, всех стержней Аs,f = 38 Аs,1 = 29,83 см2.

Толщина защитного слоя бетона фундамента ab должна быть выше минимально допустимой ab,min (при наличии подготовки под фундаментом ab,min = 35 мм):

ab = a - 0,5D = 50 - 0,510 = 45 мм > ab,min = 35 мм.

Условие выполняется.

Процент армирования (для сечения 1-1):

.

В пределах глубины стакана дополнительно предусматриваем 5 сеток конструктивного поперечного армирования из стержней 8A-I, устанавливаемых с шагом s = 150 мм, причём верхняя сетка находится на расстоянии s0 = 50 мм от верха стакана.

Список литературы

1. СНиП 2.01.07 - 85*. Нагрузки и воздействия. / Госстрой России. - М.: ФГУП ЦПП, 2004. - 44 с.

2. СНиП 2.03.01 - 84*. Бетонные и железобетонные конструкции. / Госстрой России. - М.: ФГУП ЦПП, 2001. - 76 с.

3. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. - М.: ФГУП ЦПП, 2004. - 24 с.

4. СП 52-101-2003. Свод правил по проектированию и строительству. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. ГУП "НИИЖБ". - М.: ФГУП ЦПП, 2004. - 54 с.

5. СП 52-102-2004. Свод правил по проектированию и строительству. Предварительно напряженные железобетонные конструкции. ГУП "НИИЖБ". - М.: ФГУП ЦПП, 2005. - 38 с.

6. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс: Учебник для ВУЗов. - М.: Стройиздат, 1991. - 767 с.

7. Бондаренко В.М., Римшин В.И. Примеры расчёта железобетонных и каменных конструкций: Учеб. пособие. - М.: Высш. шк., 2006. - 504 с.

8. Тимофеев Н.А. Проектирование несущих железобетонных конструкций многоэтажного промышленного здания: Метод. указания к курсовой работе и практическим занятиям для студентов спец. "Строительство ж. д., путь и путевое хозяйство". - М.: МИИТ, 2004. - 48 с.

Приложение

Графическая часть

Лист 1. План и поперечный разрез здания (М 1: 200).

Лист 2. Армирование панели перекрытия (М 1: 10), спецификация арматуры.

Лист 3. Армирование ригеля перекрытия (М 1: 50),

конструктивное решение опорного узла (М 1: 20)

Лист 4. Армирование фундамента под колонну (М 1: 50).

Армирование панели перекрытия
(М 1:10)
Разрез 1-1
(М 1:10)
ПРИМЕЧАНИЯ:
Бетон тяжёлый класса В40. Передаточная прочность при обжатии 20 МПа.
Натяжение напрягаемой арматуры электротермическим способом на упоры. Контролируемое значение предварительного напряжения 800 МПа.
Размещение поперечной арматуры по длине каркаса панели
Пример 1. Панель пролётом 7,8 м.
Длина стержней продольной арматуры на 20 мм меньше конструктивной длины панели lk = 7770 мм:
l = 7770 - 20 = 7750 мм.
Число шагов поперечной арматуры в средней части пролёта при шаге S2 = 250 мм:
n2 = 7750/ (2250) = 15,5;
принимаем n2 = 15 (в сторону уменьшения). Тогда
S2n2 = 25015 = 3750 мм.
Длина размещения поперечной арматуры у опор:
l0 = (7750 - 3750) /2 = 2000 мм.
Число шагов поперечной арматуры возле опор при шаге S1 = 150 мм: n1 = 2000/150 = 13,3; принимаем n1 = 13 (в сторону уменьшения).
Тогда
S1n1 = 15013 = 1950 мм.
Остаток по краям составляет:
2000 - 1950 = 50 мм.
Остаток должен составлять не менее диаметра продольного стержня (8 мм) и не менее 20 мм. Указанные требования выполняются.
Пример 2. Панель пролётом 6,6 м.
Длина стержней продольной арматуры на 20 мм меньше конструктивной длины панели lk = 6570 мм:
l = 6570 - 20 = 6550 мм.
Число шагов поперечной арматуры в средней части пролёта при шаге S2 = 200 мм:
n2 = 6550/ (2200) = 16,3;
принимаем n2 = 16 (в сторону уменьшения). Тогда
S2n2 = 20016 = 3200 мм.
Длина размещения поперечной арматуры у опор:
l0 = (6550 - 3200) /2 = 1675 мм.
Число шагов поперечной арматуры возле опор при шаге S1 = 150 мм:
n1 = 1675/150 = 11,2;
принимаем n1 = 11 (в сторону уменьшения).
Тогда
S1n1 = 15011 = 1650 мм.
Остаток по краям составляет:
1675 - 1650 = 25 мм.
Остаток должен составлять не менее диаметра продольного стержня (8 мм) и не менее 20 мм. Указанные требования выполняются.
Армирование ригеля перекрытия
(М 1:50)
Поперечные сечения ригеля перекрытия
(М 1:20)
Армирование фундамента (М 1:50)

Панели перекрытий

Тип панели

Размеры поперечного сечения, мм

Нагрузка от собственного веса панели, кН/м2

высота hn

ширина bn

Рёбристая

25…40

110…150

2,5

2Т

30…40

2,0

Характеристики панелей и ригелей перекрытия

Пролёт

L, м

Характеристики панели перекрытия

Характеристики ригеля перекрытия

высота

номинальная ширина

число панелей по длине пролёта

шаг поперечной арматуры, мм

высота

ширина

шаг поперечной арматуры, мм

hn, мм

bn, мм

S1

S2

hr, мм

br, мм

S1

S2

6

300

1 200

5

150

200

600

200

200

450

6,6

300

1 100

6

150

200

650

250

200

450

7,2

350

1 200

6

150

250

700

250

200

500

7,8

350

1 300

6

150

250

750

250

250

500

8,4

400

1 400

6

150

300

800

300

250

500

9

450

1 500

6

150

300

850

300

250

500

Нормативные и расчётные сопротивления бетона, начальные модули упругости

Класс бетона

В

Сопротивления бетона, МПа

Модуль упругости бетона

Eb103, МПа

на сжатие

на растяжение

Rbn

Rb

Rbt,n

Rbt

естественного твердения

подвергнутого

тепловой обработке

В5

3,5

2,8

0,55

0,37

13,0

11,5

В7,5

5,5

4,5

0,70

0,48

16,0

14,5

В10

7,5

6,0

0,85

0,57

18,0

16,0

В12,5

9,5

7,5

1,00

0,66

21,0

19,0

В15

11,0

8,5

1,15

0,75

23,0

20,5

В20

15,0

11,5

1,40

0,90

27,0

24,0

В25

18,5

14,5

1,60

1,05

30,0

27,0

В30

22,0

17,0

1,80

1, 20

32,5

29,0

В35

26,5

19,5

1,95

1,30

34,5

31,0

В40

29,0

22,0

2,10

1,40

36,0

32,5

В45

32,0

25,0

2, 20

1,45

37,5

34,0

В50

35,0

27,6

2,30

1,55

39,0

35,0

В55

39,5

30,0

2,40

1,60

39,5

35,5

В60

43,0

33,0

2,50

1,65

40,0

36,0

Сортамент стержневой и проволочной арматуры. Площади поперечных сечений проволочной и стержневой арматуры

Диаметр, мм

Расчётная площадь поперечного сечения, см2 при числе стержней

Масса 1 м длины, кг

1

2

3

4

5

6

3

0,071

0,141

0,212

0,283

0,353

0,424

0,052

4

0,126

0,251

0,377

0,502

0,628

0,754

0,092

5

0, 196

0,393

0,589

0,785

0,982

1,178

0,144

6

0,283

0,57

0,85

1,13

1,41

1,70

0,222

8

0,503

1,01

1,51

2,01

2,51

3,02

0,395

10

0,785

1,57

2,36

3,14

3,93

4,71

0,617

12

1,131

2,26

3,39

4,52

5,65

6,79

0,888

14

1,539

3,08

4,62

6,16

7,69

9,23

1, 208

16

2,011

4,02

6,03

8,04

10,05

12,06

1,578

18

2,545

5,09

7,63

10,18

12,72

15,27

1,998

20

3,142

6,28

9,42

12,56

15,71

18,85

2,466

22

3,801

7,60

11,40

15, 20

19,00

22,81

2,984

25

4,909

9,82

14,73

19,63

24,54

29,45

3,840

28

6,158

12,32

18,47

24,63

30,79

36,85

4,830

32

8,043

16,09

24,13

32,17

40,21

48,26

6,310

36

10,179

20,36

30,54

40,72

50,89

61,07

7,990

40

12,566

25,13

37,70

50,27

62,83

75,40

9,865

Диаметры прокатываемой арматуры

Диаметр, мм

Стержневая горячекатаная арматура

Проволочная

арматура

А240

A-I

А300

A-II

А400

A-III

А500

А600

A-IV

А800

A-V

А1000

A-VI

Aт-VII

В500

Вр-I

Вр-II

В-II

3

+

+

+

4

+

+

+

5

+

+

+

6

+

-

+

+

+

+

+

8

+

-

+

+

+

+

+

10

+

+

+

+

+

+

+

+

+

12

+

+

+

+

+

+

+

+

+

14

+

+

+

+

+

+

+

+

16

+

+

+

+

+

+

+

+

18

+

+

+

+

+

+

+

+

20

+

+

+

+

+

+

+

+

22

+

+

+

+

+

+

+

+

25

+

+

+

+

+

+

+

+

28

+

+

+

+

+

+

+

+

32

+

+

+

+

+

+

+

36

+

+

+

+

40

+

+

+

+

Характеристики горячекатанной, проволочной и канатной арматуры

Класс арматуры

Диаметр арматуры, мм

Сопротивление арматуры, МПа

Модуль упругости,

МПа,

Es10-4

Норматив-ное

Расчётное

Растяже-нию

Rsn

Растяжению продольной арматуры

Rs

Растяжению поперечной

арматуры

Rsw

Сжа-тию

Rsc

A-I

6-40

235

225

175

225

21

A-II

10-40

295

280

225

280

21

A-III

6-8

390

355

285

355

20

10-40

390

365

290

365

20

A500

6-40

500

435

300

400

20

A-IV

10-32

590

510

405

450

19

A-V

10-32

785

680

545

500

A-VI

10-22

980

815

650

Ат-VI

10-32

980

815

785

Ат-VII

10-28

1175

980

785

Вр-I

3-12

490

410

290

400

17

Вр-II

3

1500

1250

1000

20

4-5

1400

1170

940

6

1200

1000

785

7

1100

915

730

8

1000

850

680

В-II

3

1500

1250

1000

4-5

1400

1170

940

6

1300

1050

835

7

1200

1000

785

8

1100

915

730

К-7

6-12

1500

1250

1000

18

15

1400

1180

945

К-19

14

1500

1250

1000

Площади поперечных сечений канатной арматуры

Марка каната

Диаметр, мм

Расчётная площадь поперечного сечения, см2 при числе стержней

Масса 1м длины, кг

1

2

3

4

5

6

К-7

6

0,227

0,454

0,681

0,908

1,135

1,362

0,173

9

0,510

1,020

1,53

2,04

2,55

3,06

0,402

12

0,906

1,812

2,718

3,624

4,53

5,436

0,714

15

1,416

2,832

4,248

5,664

7,08

8,496

1,116

К-19

14,2

1,287

2,574

3,861

5,148

6,435

7,722

1,014

Размещение арматуры в каркасах и сетках панелей

Пролёт панели

l, м

Конструктивная длина панели

lk, мм

Размещение арматуры по длине каркаса К-1, мм

Общая

длина

стержня,

мм

6

5 970

25 + 2100 + (1509 = 1350) + (20014 = 2800) + (1509 = 1350) + 2100 + 25

5 950

6,6

6 570

25 + (15011 = 1650) + (20016 = 3200) + (15011 = 1650) + 25

6 550

7,2

7 170

25 + (15012 = 1800) + (25014 = 3500) + (15012 = 1800) + 25

7 150

7,8

7 770

50 + (15013 = 1950) + (25015 = 3750) + (15013 = 1950) + 50

7 750

8,4

8 370

25 + 100 + (15014 = 2100) + (30013 = 3900) + (15014 = 2100) + 100 + 25

8 350

9

8 970

25 + 100 + (15015 = 2250) + (30014 = 4200) + (15015 = 2250) + 100 + 25

8 950

Пролёт панели l, м

Размещение арматуры по длине каркаса К-2, мм

Общая длина стержня, мм

Размещение арматуры по высоте каркаса К-1, мм

Общая длина стержня,

мм

6

30 + (2005 = 1000) + 30

1 060

10 + 260 + 10

280

6,6

30 + (1506 = 900) + 30

960

10 + 260 + 10

280

7,2

30 + (2005 = 1000) + 30

1 060

10 + 310 + 10

330

7,8

30 + 150 + (2004 = 800) + 150 + 30

1 160

10 + 310 + 10

330

8,4

30 + (2006 = 1200) + 30

1 260

10 + 360 + 10

380

9

30 + 150 + (2005 = 1000) + 150 + 30

1 360

10 + 410 + 10

430

Пролёт панели

l, м

Размещение арматуры по длине сеток С-1 и С-2, мм

Общая длина стержня, мм

Размещение арматуры по ширине сетки С-1, мм

Общая длина стержня, мм

6

50 + (20029 = 5 800) + 50

5 900

50 + (1506 = 900) + 50

1 000

6,6

50 + (20032 = 6 400) + 50

6 500

50 + (2004 = 800) + 50

900

7,2

50 + (20035 = 7 000) + 50

7 100

50 + (1506 = 900) + 50

1 000

7,8

50 + (20038 = 7 600) + 50

7 700

50 + (2005 = 1000) + 50

1 100

8,4

50 + (20041 = 8 200) + 50

8 300

50 + 150 + (2004 = 800) + 150 + 50

1 200

9

50 + (20044 = 8 800) + 50

8 900

50 + (2006 = 1200) + 50

1 300

Размещение арматуры в каркасах ригелей

Пролёт ригеля

L, м

Конструктивная длина ригеля

Lk, мм

Размещение арматуры по длине каркаса крайнего ригеля, мм

Общая

длина

стержня,

мм

6

5 965

40 + 200 + (2007 = 1400) + (4506 = 2700) + (2007 = 1400) + 100 + 60 + 45

5 945

6,6

6 565

40 + 50 + (2008 = 1600) + (4507 = 3150) + (2008 = 1600) + 60 + 45

6 545

7,2

7 165

40 + 200 + (2008 = 1600) + (5007 = 3500) + (2008 = 1600) + 100 + 60 + 45

7 145

7,8

7 765

40 + 100 + (2508 = 2000) + (5007 = 3500) + (2508 = 2000) + 60 + 45

7 745

8,4

8 365

40 + 200 + (2508 = 2000) + (5008 = 4000) + (2508 = 2000) + 60 + 45

8 345

9

8 965

40 + 200 + (2509 = 2250) + (5008 = 4000) + (2509 = 2250) + 100 + 60 + 45

8 945

Пролёт ригеля

L, м

Lk, мм

Размещение арматуры по длине каркаса среднего ригеля, мм

Общая длина стержня, мм

6

5 430

40 + 60 + 80 + (2007 = 1400) + (4505 = 2250) + (2007 = 1400) + 80 + 60 + 40

5 410

6,6

6 030

40 + 60 + 180 + (2008 = 1600) + (4505 = 2250) + (2008 = 1600) + 180 + 60 + 40

6 010

7,2

7 630

45 + 60 + 150 + (2009 = 1800) + (5005 = 2500) + (2009 = 1800) + 150 + 60 + 45

7 610

7,8

7 230

45 + 60 + (2508 = 2000) + (5006 = 3000) + (2508 = 2000) + 60 + 45

7 210

8,4

8 830

45 + 60 + 50 + (2509 = 2250) + (5006 = 3000) + (2509 = 2250) + 50 + 60 + 45

8 810

9

8 430

45 + 60 + 100 + (2509 = 2250) + (5007 = 3500) + (2509 = 2250) + 100 + 60 + 45

8 410

Краткие теоретические сведения.

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены