Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального

образования «Норильский индустриальный институт»

Кафедра Строительства и теплогазоводоснабжения

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой СиТ

_____________О.П. Рысева

«_____» ___________ 2012 г.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

«Железобетонные и каменные конструкции»

на тему: «Проектирование железобетонных конструкций многоэтажного промышленного здания»

Автор проекта ____________ Куцкая Е.И.

Специальность «Промышленное и гражданское строительство»

Руководитель проекта

______________ Рысева О.П.

Обозначение КП-2061926-270102.65-31-12 Группа ПС-09

НОРИЛЬСК - 2012

ВВЕДЕНИЕ

В данном курсовом проекте необходимо спроектировать железобетонные конструкции многоэтажного промышленного здания. Расчет состоит из двух частей.

В первой части проектируется монолитное железобетонное перекрытие, опирающееся на кирпичные стены многоэтажного промышленного здания. Конструктивная схема здания смешанная (по периметру здания - несущие кирпичные стены, внутри здания - монолитные колонны каркаса).

Во второй части проекта необходимо рассчитать сборные железобетонные элементы такого же здания. В этом случае конструктивная схема здания каркасная.

Для расчета принимаем следующие исходные данные:

- длина - 4 х 6,6 м:

- ширина - 3 х 6,0 м;

- высота - 4 х 4,2 м;

- нагрузка - 7300 Н/м2;

- количество второстепенных балок в пролете - 2;

- класс бетона - В15;

- класс арматуры (для сборных элементов) - А300;

- R0=0,26 МПа;

- район строительства - г. Норильск.

1. КОМПОНОВКА МОНОЛИТНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ

В данном курсовом проекте необходимо скомпоновать монолитное железобетонное перекрытие, опирающееся на кирпичные стены многоэтажного промышленного здания. Монолитное ребристое железобетонное перекрытие с балочными плитами состоит из трех элементов:

1)главная балка;

2)второстепенная балка;

3)плита.

Главные и второстепенные балки формируют балочную клетку, на которую опирается плита. Соединение между собой всех трех элементов осуществляется при непрерывном бетонировании путем отливки бетонной смеси в заранее приготовленную опалубку.

Балочная клетка опирается на систему колонн внутри здания и наружные стены. Конструктивная схема данного здания смешанная: по периметру здания - несущие кирпичные стены, внутри здания - монолитные колонны каркаса. Торцы главных и второстепенных балок заделываются в наружные стены на 25ч30 см. В данном курсовом проекте глубину заделки принимаем 25 см. Пролеты главных балок lгл принимаются равными расстояниям между осями колонн и наружных стен. Второстепенные балки опираются на наружные стены и главные балки. Второстепенные балки размещаются по осям колонн и в третях пролета главной балки. Для плиты перекрытия (балочной плиты) необходимо в пролетах главных балок поставить по две второстепенные балки.

Размеры колонн принимаем hkЧbk=4040 см.

2. РАСЧЕТ МОНОЛИТНОЙ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ

Монолитное ребристое перекрытия компонуем с главными поперечными 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 А=6/3=2 м (рис. 1).

Предварительно задаемся размером сечения балок:

- главная балка , ;

- второстепенная балка ; , окончательную ширину второстепенной балки принимаем b=300 мм.

Расчетный пролет плиты равен расстоянию в свету между гранями ребер (рис. 2.1):

l0=А-bвт.б.=2 - 0,3=1,7 м; l=В-bгл.б.=6,6 - 0,3=6,3 м.

Отношение пролетов 6,3/1,7=3,71>2, поэтому плиту рассчитываем как работающую по короткому направлению. Расчетная схема - многопролетная неразрезная балка. Толщину плиты принимаем равной 6 см. Рис. 2.1 Расчетные пролеты l и l0

Подсчет нагрузок на 1 м2 перекрытия сводим в таблицу 2.

Таблица 2

Нагрузка на 1 м2 перекрытия

Нагрузка	Нормативная нагрузка, Н/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, Н/м2
Постоянная: - от собственного веса плиты =60 мм, =2500 кг/м3; - от слоя цементного раствора (цементная стяжка), =20 мм, =2200 кг/м3; - от керамических плиток, =13 мм, =1800 кг/м3;	1500 440 34	1,1 1,3 1,1	1650 572 257,4
Суммарная постоянная нагрузка	2174		2479,4
Временная нагрузка	7300	1,2	8760
С учетом коэффициента надежности по назначению здания =0,95	g=2479,4х0,95=2355 Н/м2 v=8760х0,95=8322 Н/м2
Полная расчетная нагрузка	g+v =2355+8322=10680 Н/м2

Для расчета многопролетной плиты выделяем полосу шириной 1 м.

(g+v)*а=10680х1=10680 Н/м

Изгибающие моменты определяем по формулам:

- в первом (конечном) пролете и на первой (конечной) опоре

, Нм (1)

Нм;

- в средних пролетах и на средних опорах

, Нм (2)

Нм.

Эпюра распределения моментов представлена на рисунке 2.2.

Рис. 2.2 Эпюра распределения моментов

Характеристика прочности бетона и арматуры. Бетон тяжелый класса В15, призменная прочность Rb=8,5 МПа, прочность при осевом растяжении Rbt=0,75 МПа. Коэффициент условий работы бетона =0,90. Проволочная арматура класса В500 диаметром 5 мм, Rs=415 МПа.

Подбираем сечение продольной рабочей арматуры.

В средних пролетах и на средних опорах расчетная высота сечения определяется по формуле:

h0= h - a= 6 - 1,2= 4,8 см.

Определяем коэффициент по формуле:

(3)

.

По табл. 3.1 [3] с учетом величины подбираем значение коэффициента

методом интерполяции:

=0,9405.

Затем находим площадь сечения одного арматурного стержня по формуле:

(4)

.

По прил. 6 [3] принимаем 7 Ш 5 В500 с Аs=1,37 см2 с шагом 125 мм. По прил. 9 [3] выбираем продольную монтажную арматуру Ш 3 В500 с шагом 125 мм.

В крайних пролетах и на крайних опорах расчетная высота сечения

h0= h - a= 6 - 1,2= 4,8 см.

Определяем коэффициент по формуле (3):

.

По табл. 3.1 [3] с учетом величины подбираем значение коэффициента

методом интерполяции:

=0,913.

Площадь сечения одного арматурного стержня находим по формуле (4):

.

По прил. 6 [3] принимаем 7 Ш 6 В500 с Аs=1,98 см2 с шагом 125 мм. По прил. 9 [3] выбираем продольную монтажную арматуру Ш 3 В500 с шагом 125 мм.

Получаем сетки следующих отправочных марок:

С1 (1800х6300 мм): ;

С2 (1800х6300 мм): ;

С3 (1100х6300 мм): ;

С4 (1100х6300 мм): .

Сетки должны быть сварены точечной сваркой в заводских условиях согласно указанным данным.

3. РАСЧЕТ ВТОРОСТЕПЕННОЙ БАЛКИ

Второстепенная балка рассчитывается как многопролетная неразрезная балка с расчетным пролетом l0=6,6 - 0,3=6,3 м.

Расчетные нагрузки на 1 м длины второстепенной балки сводим в таблицу 3.

Таблица 3

Нагрузка на 1 м второстепенной балки

Нагрузка	Расчет
Постоянная: - от собственного веса плиты и пола - от балки сечением 0,55х0,3 (=2500 кг/м3) с учетом коэффициента надежности по нагрузке =1,1	2479,4х2=4958,8 Н/м 0,55х0,3х2500х1,1х10=4537,5 Н/м
С учетом коэффициента надежности по назначению =0,95	g =(4958,8 +4537,5)х0,95=9021,5 Н/м
Временная нагрузка с учетом коэффициента надежности по назначению здания =0,95	v=8760х2х0,95=16644 Н/м
Полная расчетная нагрузка	g+v =9021,5 +16644=25665,5Н/м

Расчетные усилия.

Изгибающие моменты:

- в первом пролете по формуле (1):

;

- на первой опоре по формуле:

(5)

;

- в средних пролетах и на средних опорах по формуле (2):

.

Поперечные силы:

- на крайне опоре (стене) по формуле:

Q1=0,4(g+v)l0 (6)

Q1=0,4х25665,5х6,3=64,7 кН;

- на первой опоре слева по формуле:

Q2=0,6(g+v)l0 (7)

Q2=0,6х25665,5х6,3=97,02 кН;

- на первой опоре справа по формуле:

Q3=0,5(g+v)l0 (8)

Q2=0,5х25665,5х6,3=80,8 кН.

Характеристики прочности бетона и арматуры. Бетон используем тот же, что и для плиты, так как перекрытие монолитное. Бетон тяжелый класса В15, призменная прочность Rb=8,5 МПа, прочность при осевом растяжении Rbt=0,75 МПа, начальный модуль упругости Еb=24000 МПа. Коэффициент условий работы бетона =0,90. Арматура продольная класса А300 с Rs=270 МПа.

Определение высоты сечения балки. Высоту рабочего сечения подбираем по опорному моменту (наибольшему) по формуле, см:

(9)

При =0,35 по табл. 3.1 [3] =0,289, так как на опоре момент определяется с учетом образования пластического шарнира. Ширина ребра b=30 см.

.

Высоту сечения определяем как сумму высоты рабочего сечения и толщины защитного слоя, а=3,5 см: h=h0+a= 33,13+3,5=36,63 см.

Учитывая требования к унификации размеров элементов, принимаем h=40 см.

Пересчитаем b: , b=20 см.

Тогда h0= h- a= 40-3,5=36,5 см.

Расчет прочности по сечениям, нормальным к продольной оси балки. Расчет по прочности проводим для таврового сечения (рис.3). В пролете балка имеет расчетное сечение тавр, а на опорах - прямоугольное расчетное сечение.

При h'f/h=6/40=0,15 > 0,1, b'f= l0/3=630/3=210>180см.

1) Сечение в первом пролете.

;

По табл. 3.1 [3] подбираем =0,05, откуда находим высоту сжатой зоны: х=хh0=0,05х36,5=1,825 см;

х=1,825 см < h'f=6 см, значит, нейтральная ось

проходит в сжатой полке, =0,975.



Рис. 3 Схема расчетного сечения второстепенной балки

.

По прил. 6 [3] принимаем 2 Ш 25 А300 с Аs=9,82 см2.

2) Сечение во втором (среднем) пролете.

,

следовательно, =0,03; =0,985;

, по прил. 6 [3] принимаем 2 Ш 22 А300 с Аs=7,6 см2.

3) Сечение на первой опоре.

; =0,767;

, по прил. 6 [3] принимаем 5 Ш 16 А300 с Аs=10,05 см2.

4) На средних опорах сечение работает как прямоугольное.

; =0,806;

, по прил. 6 [3] принимаем 5 Ш 16 А300 с Аs=10,05 см2.

Над опорами необходимо установить надопорную арматуру в виде гнутых сварных сеток С5 (на первой и на средних опорах) марки:

Расчет прочности по сечениям, наклонным к продольной оси.

Расчетное усилие

Q=Qmax=97,02 кН.

Диаметр поперечных стержней устанавливаем из условия сварки с продольными стержнями (по прил. 9 [3]) при d=25 мм принимаем dsw=8 мм класса В500, Rsw=300 МПа. Число каркасов - два.

Asw=2х0,503=1,006 см2.

Шаг поперечных стержней по конструктивным условиям:

s=h/2=40/2=20 см, но не более 15 см, поэтому для всех приопорных участков промежуточных и крайних опор балки принимаем шаг s=15 см.

В средней части пролета (l/2) шаг s=(3/4)h=3/4х40=30 см.

Вычисляем погонное усилие в поперечных стержнях, отнесенное к единице длины элемента, по формуле:

(10)

.

Влияние свесов сжатой полки учитывается коэффициентом:

(11)

При этом b'f принимаем не более b+3 h'f.

.

Вычислим Qbmin по формуле:

(12)

где =0,6 - коэффициент, принимаемый по табл. 3.2 [3].

.

Проверим условие: qsw>Qbmin/2h0; 1006 Н/см > 29860,65/2х36,5=409,05 Н/см - условие выполняется.

Проверим выполнение условия , максимальное расстояние между стержнями поперечной арматуры из условия недопущения образования наклонных трещин между ними:

,

- условие выполнено.

При расчете прочности вычисляют:

В связи с этим вычисляют значение с:

,с = 121,545см

Тогда

Поперечная сила в вершине наклонного сечения:

Длина проекции расчетного сечения:

,отсюда с0=73

Вычисляю

Условие прочности выполняется.

4. РАСЧЕТ КИРПИЧНОГО ПРОСТЕНКА

Расчет производим с целью проверки прочности простенка кирпичной стены в сечении первого этажа четырехэтажного промышленного здания без подвала с монолитными междуэтажными перекрытиями. Здание проектируется для г. Норильска (климатический район по снежному покрову V, нормативная нагрузка от снега на 1 м2 s0=4 кПа, коэффициент надежности по нагрузке =1,4 СНиП 2.01.07-85 [2]).

Наружные стены толщиной 510 мм из глиняного кирпича марки М150 (R=2,4 МПа) на растворе марки 150. Ширина простенка 2400 мм. Высота здания 16,8 м (высота этажа 4,2 м). Поперечные стены расположены на расстоянии 30 м. Окна размером 2х4,2 м.

Нагрузка на стену и простенок первого этажа от междуэтажных перекрытий передается через главные балки с грузовой площади (рис. 4), определяемой по формуле:

Fгр=l1*l2 (13)

где l1- ширина расчетного участка стены, м; l2 - расстояние от внутренней грани стены до середины крайнего пролета главной балки, м.

Fгр=6,6х2,8=18,48 м2.

Нагрузки от междуэтажных перекрытий, покрытия, наружных стен и снеговой нагрузки на грузовую площадь Fгр=18,48 м2 сведены в таблицу 4.

промышленный здание перекрытие фундамент



Рис. 4 План перекрытия

Таблица 4

Нагрузки от междуэтажных перекрытий, покрытия, наружных стен и снеговой нагрузки на грузовую площадь

Нагрузка	Нормативная нагрузка, Н	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, Н
Междуэтажное перекрытие Постоянная: - от собственного веса плиты =60 мм, =2500 кг/м3; - от слоя цементного раствора (цементная стяжка), =20 мм, =2200 кг/м3; - от керамических плиток, =13 мм, =1800 кг/м3; - от собственного веса второстепенной балки сечением 400х200 мм. длиной 6,3 м; - от собственного веса главной балки сечением 600х300 мм, на участке 2,8 м;	27720 8131,2 4324,32 10710 11340	1,1 1,3 1,1 1,1 1,1	30492 10571 4757 11781 12474
Итого от одного перекрытия	62226	-	70075
Временная длитеьная	134904	1,2	161884,8
Покрытие Постоянная: - от пароизоляции (рубероид) =20 мм, =600 кг/м3; - от теплоизоляции (керамзит) =60 мм, =800 кг/м3; - от гидроизоляции (рубероид) =25 мм, =600 кг/м3; - от гравийного защитного покрытия =30 мм, =800 кг/м3;	2217,6 8870,4 2772 4435,2	1,3 1,3 1,3 1,3	2882,88 11531,52 3603,6 5765,76
Итого от покрытия	18295,2	-	23784
Временная нагрузка (снег)	73920	1,4	103488
Наружная стена - от собственного веса стены одного этажа (сплошная кирпичная кладка из глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе) за вычетом оконного проема =510 мм, =1800 кг/м3; - от парапета высотой 1,5 м, толщиной 25 см,=1800 кг/м3;	177357,6 44550	1,1 1,1	195093,4 49005

На уровне перекрытия над первым этажом вертикальная нагрузка от покрытия, перекрытий, веса карниза и наружной стены с учетом временной нагрузки и с учетом коэффициента надежности по назначению здания =0,95, следующая:

N=((70075+161884,8)х3+23784+103488+195093,4х3+49005)х0,95=1384564,77 Н.

Изгибающий момент от перекрытия вычисляем по формуле:

(14)

-расстояние от оси центра тяжести стены до ее грани со стороны перекрытия,при прямоугольном сечении стены =половине толщины стены.

с - глубина опирания балки.

.

Изгибающий момент на уровне низа перемычки:

.

Учитывая, что моменты у низа перекрытия и низа перемычки мало отличается из-за близкого расположения этих сечений, за расчетный момент можно принять наибольшую величину.

Проверка прочности простенка.

Площадь сечения простенка:

F=240х51=12240 см2.

Расчетная высота сечения h=51 см, у=51/2=25,5 см.

Прочность кладки R=2,4 МПа.

Упругая характеристика кладки по табл. II.2. [5] =1000.

Гибкость простенка

.

Здесь--высота этажа, =420см;h-толщина стены h=51см

Коэффициент продольного изгиба по табл. IV.2. [5] =0,92.

Эксцентриситет

.

Вычислим коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии по формуле:

(15)

.

Коэффициент определяем по табл. IV.3[5]:

.

Тогда несущая способность сечения определяется по формуле:

(16)

- прочность простенка достаточная.

5. КОМПОНОВКА СБОРНОГО ЗДАНИЯ

Проектирование железобетонных конструкций сборного многоэтажного промышленного здания заключается в необходимости расчета сборных железобетонных элементов заданного здания, в этом случае конструктивная схема здания будет каркасная.

Четырехэтажное каркасное здание имеет размер в плане 18Ч26,4 м и сетку колонн 6Ч6,6 м. Высота этажей 4,2 м. Стеновые панели навесные из легкого бетона, в торцах здания замоноличиваются совместно с торцевыми рамами, образуя вертикальные связевые диафрагмы.

Нормативное значение временной нагрузки 7300,в том числе кратковременной нагрузки 2100, коэффициент надежности по нагрузке , коэффициент надежности по назначению здания .

Снеговая нагрузка - по V району. Температурные условия нормальные.

Размеры колонн принимаем hkЧbk=4040 см.

Ригели поперечных рам - трехпролетные, на опорах жестко соединены с крайними и средними колоннами. Плиты перекрытий предварительно напряженные - ребристые. Ребристые плиты принимают с номинальной шириной, равной 1350 мм; связевые плиты размещают по рядам колонн; доборные пристенные плиты опирают на ригели и опорные столики, предусмотренные на крайних колоннах.

В поперечном направлении жесткость здания обеспечивается по рамно-связевой системе: ветровая нагрузка через перекрытия, работающие как горизонтальные жесткие диски, передается на торцевые стены, выполняющие функции вертикальных связевых диаграмм, и поперечные рамы. Жесткость поперечных диафрагм намного превышает жесткость поперечных рам, и в этих условиях горизонтальная нагрузка практически передается полностью на диафрагмы. Поперечные же рамы работают только на вертикальную нагрузку.

6. РАСЧЕТ РИГЕЛЯ

Расчетная схема и нагрузки. Поперечная многоэтажная рама имеет регулярную расчетную схему с равными пролетами ригелей и равными длинами стоек (высотами этажей). Сечения ригелей и стоек по этажам также приняты постоянными. Расчет рамы проводим при помощи программы Лира 9.4.

Сбор нагрузок на ригель

Постоянная:

- от плиты и пола

g=3577,4Ч0,95Ч6=2,04т/м;

- от веса ригеля сечением h*b h*b*с*1,1*0,95*6=0,5*0,3*2500*1,1*0,95*6=2,4т/м

Итого: q=4,44 т/м

- временная - от оборудования, мебели и т.д.; (v=8760Ч0,95Ч6=4,99 т/м);

-снеговая - SgЧ=3200Ч1Ч6Ч0.95=1,8 т/м.

Сочетания нагрузок следующие:

1) постоянная нагрузка + временная на двух крайних пролетах (рис.6.1) ;

2) постоянная нагрузка + временная на центральном ригеле (рис. 6.2).

3) постоянная нагрузка + временная на двух смежных ригелях (рис.6.3);

Таблица результатов расчетов приведена в приложении 1.

Последующие расчеты будем вести для ригеля №18, как наиболее нагруженного в среднем пролете в наиболее опасных сечениях (рис. 6.4).



Рис.6.1 Сочетание 1 Рис. 6.2 Сочетание 2

Рис. 6.3 Сочетание 3

Рис.6.4 Эпюры ригеля №18

Моп1=307,61 кНм, Моп2=276,82 кНм, М3=166,09 кНм, Q1=301,72 кН, Q2=295,28 кН.

Характеристики прочности бетона и арматуры. Бетон тяжелый класса В15, призменная прочность Rb=8,5 МПа, прочность при осевом растяжении Rbt=0,75 МПа, начальный модуль упругости Еb=24000 МПа. Коэффициент условий работы бетона =0,90. Арматура продольная класса А300, расчетное сопротивление Rs=270 МПа.

Определение высоты сечения ригеля. Высоту сечения ригеля подбираем по опорному моменту (наибольшему) Моп=307,61 кНм при =0,35. Принятое сечение ригеля следует затем проверить по пролётному моменту (если он больше опорного) так, чтобы относительная высота сжатой зоны была о < оR и исключилось переармированное неэкономичное сечение. При =0,35 по табл. 3.1 [3] =0,289, так как на опоре момент определяется с учетом образования пластического шарнира. Ширина ригеля b=30 см. Определяем границу сжатой зоны:

где - характеристика деформативных свойств бетона, .

Вычисляем высоту рабочего сечения по опорному моменту (наибольшему) , см:

.

Высоту сечения определяем как сумму высоты рабочего сечения и толщины защитного слоя, а=4 см: h=h0+a= 66+4=72 см.

Учитывая требования к унификации размеров элементов, принимаем h=80 см.

Пересчитаем b: , принимаем b=40см.

Тогда h0= h- a= 80-4=76 см.

Принятое сечение проверяем в данном случае по пролётному моменту, так как М3=166,09 кНм < Моп2=307,61 кНм.

Подбираем сечение арматуры в расчетном сечении ригеля.

Сечение в среднем пролёте -- М = 166,09 кНм; вычисляем :

.

По табл. 3.1 [3] подбираем =0,95.

По прил. 6 [3] принимаем 2 Ш 25 А300 с Аs=9,82 см2.

Сечение на крайней опоре справа - Моп2 = 276,82 кНм.

; по табл. 3.1 [3] подбираем =0,915.

.

По прил. 6 [3] принимаем 2 Ш 32 А300 с Аs = 16,08 см2.

Сечение на крайней опоре слева - Моп1 = 307,61 кНм.

; по табл. 3.1 [3] подбираем =0,905.

.

По прил. 6 [3] принимаем 2 Ш 36 А300 с Аs = 20,36 см2.

Расчет прочности ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси.

На средней опоре поперечная сила Q=301,72. Диаметр поперечных стержней устанавливают из условия сварки их с продольной арматурой диаметром

d = 36 мм и принимаем равным dsw = 10 мм А300 с площадью Аs = 0,785 см2 (прил. 6 [3]). При классе А300 Rsw = 215 МПа; поскольку dsw/d=10/36=5/18<1/3, вводим коэффициент условий работы гs2 =0,9 и тогда Rsw = 215х0,9=193,5 МПа. Число каркасов - 2, при этом Аsw = 2 · 0,785 = 1,57 см2.

Шаг поперечных стержней по конструктивным условиям s = h/3 = 80/3 = 26,7см. На всех приопорных участках длиной ?/4 принимаем шаг s = 30 см, в средней части пролета шаг s=3h/4=3х75/4=60см, принимаем s=50 см.

Вычисляем qsw:

.

Qbmin = цb3Rbtbho = 0,6·0,9·0,75·40·76·100 = 123,12·103 Н.

qsw = 1012,65 Н/см > - условие удовлетворено.

Требование -- удовлетворено.

Расчет прочности по наклонному сечению. Вычисляем:

Mb = цb2Rbt·bho2 = 2·0,9·0,75·40·762·100 = 312·105 Н·см, так как

q1= g+= 20,43+= 45,38 кН·м= 453,8 Н/см < 0,56qsw= 0,56·1012,65= 567,1 Н/см, значение с вычисляем по формуле:

При этом Qb =

Поперечная сила в вершине наклонного сечения:

Q= Qmax-q1c= 301,72·103-453,8·262 = 183·103 H.

Длина проекции расчетного наклонного сечения

со =

Принимаем с0=152

Вычисляем Qsw = qsw ·co= 1012,65·152= 154·103 H.

Условие прочности Qb + Qsw= 119·103 + 154·103= 273,44·103 H > Q=183·103 H - обеспечивается.

Конструирование арматуры ригеля. Стык ригеля с колонной выполняют на ванной сварке выпусков верхних надопорных стержней и сварке закладных деталей ригеля и опорной консоли колонны. Ригель армируют двумя сварными каркасами.

7. РАСЧЕТ КОЛОННЫ И ФУНДАМЕНТА

7.1 РАСЧЕТ КОЛОННЫ

Определение усилий в средней колонне.

Самой нагруженной колонной является средняя колонна второго этажа №6 при сочетании нагрузок 3. Усилия в самой нагруженной колонне согласно расчету в Лире 9.4 приведены на рисунке 7.1. Также для расчетов по прочности понадобятся расчетные усилия от длительных нагрузок (рисунок 7.2)

Рис. 7.1 Эпюры колонны №6 Рис. 7.2 Эпюры колонны №6

при сочетании нагрузок 3 при сочетании нагрузок 2

Nmax=1196,28 кН; Nmax=1201,8 кН;

М1=66,95 кНм; М1=52,02 кНм;

М2=60,6 кНм; М2=50,39 кНм;

Q=30,37 кН. Q=24,38 кН.

Характеристики прочности бетона и арматуры:

o бетон тяжёлый класса В15;

o расчётное сопротивление при сжатии Rb = 8,5 МПа;

o при растяжении Rbt = 0,75 МПа;

o модуль упругости Eb = 24000 МПа;

o арматура продольная рабочая класса А300;

o расчётное сопротивление Rs = 270 МПа;

o модуль упругости Еs = 200000 МПа.

Расчётные усилия для расчётной колонны - второй этаж, средний пролёт:

max , в том числе от длительных нагрузок и соответствующий ей max , в том числе от длительных нагрузок .

Подбор сечения симметричной арматуры ().

Предварительные размеры сечения колонны 400Ч400мм.

Рабочая высота сечения h0=h-a=40-4=36см.

Расчётный пролёт для колонны первого этажа принимают: l0=0,7Нэт=0,7•4,2=2,9м.

Эксцентриситет силы .

Случайный эксцентриситет , так как е0<ea к расчёту принимаютe0=1,3см.

Значения моментов в сечении, относительно оси, проходящей через центр тяжести наименее сжатой арматуры:

-при длительной нагрузке М1l=Ml+Nl(h/2-a)=52020-1201800•(0,40/2-0,04)=140268м,

-при полной нагрузке М1=M+N (h/2-a)=66950-1196280•(0,40/2-0,04)=124454.8 Н•м,

-при гибкости элемента

Отношение , где - радиусядра сечения. Расчет ведут с учётом изгиба элемента.

Коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента в предельном состоянии предельном состоянии:

,

где - для тяжелого бетона, .

Относительный эксцентриситет силы:

,

, принимаем к расчёту .

Задаёмся коэффициентом армирования .

Критическая сила ,

где - момент инерции всего сечения,

- момент инерции всей арматуры, относительно центра тяжести сечения.

, тогда

; ,

- увеличивать размеры сечения колонны не

требуется. Тогда эксцентриситет

Вычисляем граничную относительную высоту сжатой зоны:

,

;

где - характеристика

деформативных свойств бетона,

,

Для тяжёлого бетона марки В15:

,

Где

> 0

где

Так как >0

Аs = Аs'=

Принимаем 218 А300 с с коэффициентом - перерасчёт не требуется, окончательно принимаем 2 18 А300 с - продольная рабочая арматура, диаметр поперечной арматуры принимаем конструктивно, исходя из условий сварки принимаем Ш5 A240 с постоянным шагом S=300мм?20•d=20•18=360мм.

Для недопущения растрескивания колонны в процессе монтажа применяют местное армировании; оголовок колонны армируют четырьмя сетками .

Проектирование консоли колонны.

Опорное давление ригеля на консоль Qmax=301,72 кН (по эпюре поперечных сил ригеля), Rb = 8,5 МПа, .

Принимаем длину опорной площадки l=20 см (у свободного края консоли, на которую опирается ригель) при ширине ригеля и проверяем условие согласно формуле:

,

где =0,75 - коэффициент неравномерного давления ригеля на колонну, Rb,loc=Rb =11,5 Мпа - для бетонов ниже класса В25 (В20).Окончательно принимаем l=15 см.

- условие выполнено.

Вылет консоли с учетом зазора 5 см составляет l1=20 см, при этом расстояние от грани колонны до оси Q: .

Высоту сечения консоли у грани колонны принимаем равной .

При угле наклона сжатой грани высота консоли у свободного края

,

при этом h1=35 см h/2=60/2=30см. Рабочая высота сечения консоли . Так как , то консоль короткая.

Армирование короткой консоли:

o площадь сечения продольной арматуры консоли подбирают по изгибающему моменту у грани колонны, увеличенному на 25%:

,

где М=Q•a=301720•0,125=37715 Н•м и при , .

Принимаем 2 Ш16 A300 с Аs=4,02 см2 - продольная рабочая арматура.

o диаметр горизонтальных хомутов принимаем конструктивно, исходя из условий сварки Ш8 A240 с постоянным шагом S=150мм с Аs=0,503см2; =1,006см2; .

Проверка прочности по сжатой наклонной полосе

,<,

=301,72кН,

- коэффициент, учитывающий влияние поперечных стержней

, где ,

тогда ,

( - угол наклона расчётной сжатой полосы), тогда - условие выполняется, окончательно принимаем хомуты Ш8 А240 с , суммарная площадь отогнутых стержней принимается не менее 0,002bh0:

A=0,002•40•56=4,48 см2, принимаем 2Ш18A300 с Аs=5,09см2.

Конструирование арматуры колонны

Колонна армируется пространственными каркасами, образованными из плоских сварных каркасов. Диаметр поперечных стержней при диаметре продольной арматуры Ш18 в первом этаже здания согласно прил.9 [3] равен 5 А240 с шагом , что менее .

Колонну четырёхэтажной рамы расчленяем на 4 элемента длиной в 1 этаж каждый. Стык колонн выполняем на ванной сварке выпусков стержней с обетонированием, концы колонн усиливаем поперечными сетками. Элементы сборной колонны должны быть проверены на усилия, возникающие на монтаже от собственного веса с учётом коэффициента динамичности и по сечению в стыке до его обетонирования.

7.2 РАСЧЕТ фундамента

Основные данные, принимаемые для дальнейшего расчета.

Сечение колонны 400Ч400мм.

Усилие колонны у заделки в фундамент N= Н, при усреднённом значении гf = 1,15, нормативное усилие Nn = / 1,15 = 1040243,5 Н.

Поскольку е0=0,06см<еа=1,3см - фундамент считается центрально загруженным.

Основание однородное - пески пылеватые средней плотности, маловлажные; расчётное сопротивление грунта R0 = 0,26 МПа; Бетон тяжёлый класс В15: Rb =8,5МПа Rbt = 0,75МПа; гb2 = 1, Еb=24000МПа

Арматура класса А300: Rs = 270 МПа, Еs=200000МПа.

Расчёт основания фундамента.

Требуемая площадь подошвы фундамента

,

где гm=20кН/м3 - удельный вес фундамента и грунта на его уступах; d=1,5м - глубина заложения фундамента.

Сечение подошвы фундамента - квадратное > b=а=, принимаем размер, кратный 0,3м > b=3,3м.

Давление на грунт от расчётной нормативной нагрузки:

<R0=260кН/м2

следовательно, необходимость увеличить площади подошвы отсутствует.

Расчёт тела фундамента.

Рабочая высота фундамента из условия продавливания:

,

Полную высоту фундамента устанавливаем из условий:

- продавливания - Н = 39 + 4 = 43 см;

- заделки колонны в фундаменте - Н = 1,5 hcol + 25 = 1,5 ? 40 + 25 = 85 см;

-анкеровки сжатой арматуры колонны Ш18 А300 в бетоне колонны класса В15 - Н = 24d + 25 = 24?1,8+25 = 68,2 см.

Принимаем высоту фундамента с учётом унификации Н=1350мм - трехступенчатый, Н0=1350-40=1310мм.

Рисунок 7.2 Схема центрально нагруженного фундамента.

Проверка прочности подобранного сечения.

Проверяем, отвечает ли рабочая высота нижней ступени фундамента

h02=45 - 4=41 см условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающемся в сечении 3-3, для единицы ширины этого сечения (b = 100 см):

Q = 0,5 (а - hcol - 2h0) Р = 0,5 (3,3- 0,4 - 2*1,31) 110 = 15,4 кН;

при с = 2,5 h0 =2,5*131=327,5 см, по формуле:

Q = 0,6·гb2·Rbt·h02·b = 0,6?0,9?0,75?86?100?(100)=348300 Н > 29100 Н - условие удовлетворяется.

Расчётные изгибающие моменты в сечениях 1-1 и 2-2 по формулам:

М1 = 0,125·Р·(а - hcol)2·b = 0,125?110 ·(3,3 - 0,4)2·3,3 = 381,6 кНм;

МІІ = 0,125·Р·(а - а1)2·b = 0,125·110 ·(3,3- 1,5)2·3,3 = 147кНм.

Площадь сечения арматуры:

Аs1 = М1/0,9 h0?Rs = 381,6?105/0,9?131?270?100 = 11,98 см2;

АsІІ = МІІ/0,9h0?Rs =147?105 /0,9?86?270?100 = 7 см2.

Принимаем сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой из стержней 7 Ш 16 А300 (в одну сторону) с шагом s = 125 см (Аs = 14,07 см2).

Процент армирования расчетных сечений:

µ1= Аs1Ч100/b1h0=1407/150Ч131=0,07%

µ2= Аs2Ч100/b2h0=1407/240Ч86=0,068%

что больше µmin=0,01%

Приложение 1

Результаты расчета рамы в программе Lira9.4

Единицы измеpения усилий: т

Единицы измеpения напpяжений: т/м**2

Единицы измеpения моментов: т*м

Единицы измеpения pаспpеделенных моментов: (т*м)/м

Единицы измеpения pаспpеделенных пеpеpезывающих сил: т/м

Единицы измеpения пеpемещений повеpхностей в элементах: м

Таблица8

Коэффициенты сочетаний

--------------------------------------------------------------------------------

|N загруж.| Вид | 1 | 2 | 3 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 1 |Постоянная(П) | 1 1 1 |

| 2 |Длительная(Д) | 1 0 0 |

| 3 |Длительная(Д) | 0 1 0 |

| 4 |Длительная(Д) | 0 0 1 |

--------------------------------------------------------------------------------

Sat Dec 08 12:34:16 2012 UNTITLED основная схема 1

--------------------------------------------------------------------------------

| У С И Л И Я /НАПРЯЖЕНИЯ/ В ЭЛЕМЕНТАХ. |

--------------------------------------------------------------------------------

| 10_ 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1|

| 1 1 5 5 9 9 13 13 2 |

| 5 5 9 9 13 13 17 17 6 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 1 - 1 |

| N -105.24 -103.39 -74.797 -72.949 -44.012 -42.164 -13.186 -11.338 -166.48 |

| M -4.8858 9.6735 -13.370 12.479 -12.354 13.045 -11.293 8.9824 2.4163 |

| Q 3.4665 3.4665 6.1548 6.1548 6.0476 6.0476 4.8277 4.8277 -1.7307 |

| 2 - 2 |

| N -59.243 -57.395 -44.305 -42.457 -28.894 -27.046 -13.415 -11.567 -167.58 |

| M -2.0993 4.1249 -5.9139 5.8293 -5.5878 5.3249 -6.7008 8.5652 -1.8354 |

| Q 1.4819 1.4819 2.7960 2.7960 2.5982 2.5982 3.6347 3.6347 1.3025 |

| 3 - 3 |

| N -103.48 -101.63 -73.918 -72.070 -43.780 -41.932 -13.630 -11.782 -214.28 |

| M -4.3744 9.0506 -12.566 11.927 -11.841 12.230 -11.367 9.7556 .53861 |

| Q 3.1964 3.1964 5.8318 5.8318 5.7312 5.7312 5.0293 5.0293 -.29469 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 10_ 5-2 6-1 6-2 7-1 7-2 8-1 8-2 9-1 9-2|

| 2 6 6 10 10 14 14 3 3 |

| 6 10 10 14 14 18 18 7 7 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 1 - 1 |

| N -164.63 -119.62 -117.77 -73.104 -71.256 -26.621 -24.773 -166.48 -164.63 |

| M -4.8527 6.6945 -6.0598 5.9135 -6.4270 4.2778 -1.5555 -2.4163 4.8527 |

| Q -1.7307 -3.0367 -3.0367 -2.9382 -2.9382 -1.3889 -1.3889 1.7307 1.7307 |

| 2 - 2 |

| N -165.73 -120.18 -118.33 -73.252 -71.404 -26.393 -24.545 -167.58 -165.73 |

| M 3.6353 -5.2019 5.0385 -5.4251 5.9489 -3.7798 1.1412 1.8354 -3.6353 |

| Q 1.3025 2.4382 2.4382 2.7081 2.7081 1.1716 1.1716 -1.3025 -1.3025 |

| 3 - 3 |

| N -212.43 -150.92 -149.07 -88.407 -86.559 -25.730 -23.882 -166.10 -164.25 |

| M -.69908 1.0178 -.81108 .51829 -.53442 .25420 -.42654 1.9754 -3.5003 |

| Q -.29469 -.43547 -.43547 -.25064 -.25064 -.16208 -.16208 -1.3037 -1.3037 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 10_ 10-1 10-2 11-1 11-2 12-1 12-2 13-1 13-2 14-1|

| 7 7 11 11 15 15 4 4 8 |

| 11 11 15 15 19 19 8 8 12 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 1 - 1 |

| N -119.62 -117.77 -73.104 -71.256 -26.621 -24.773 -105.24 -103.39 -74.797 |

| M -6.6945 6.0598 -5.9135 6.4270 -4.2778 1.5555 4.8858 -9.6735 13.370 |

| Q 3.0367 3.0367 2.9382 2.9382 1.3889 1.3889 -3.4665 -3.4665 -6.1548 |

| 2 - 2 |

| N -120.18 -118.33 -73.252 -71.404 -26.393 -24.545 -59.243 -57.395 -44.305 |

| M 5.2019 -5.0385 5.4251 -5.9489 3.7798 -1.1412 2.0993 -4.1249 5.9139 |

| Q -2.4382 -2.4382 -2.7081 -2.7081 -1.1716 -1.1716 -1.4819 -1.4819 -2.7960 |

| 3 - 3 |

| N -119.53 -117.68 -73.138 -71.290 -26.950 -25.102 -59.602 -57.754 -44.473 |

| M 5.2058 -5.1637 5.5295 -5.9898 3.7524 -1.6267 2.4002 -4.3113 6.2193 |

| Q -2.4689 -2.4689 -2.7427 -2.7427 -1.2807 -1.2807 -1.5980 -1.5980 -2.9274 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 10_ 14-2 15-1 15-2 16-1 16-2 17-1 17-2 17-3 17-4|

| 8 12 12 16 16 5 5 5 5 |

| 12 16 16 20 20 6 6 6 6 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 1 - 1 |

| N -72.949 -44.012 -42.164 -13.186 -11.338 2.6883 2.6883 2.6883 2.6883 |

| M -12.479 12.354 -13.045 11.293 -8.9824 -23.044 8.7843 18.467 6.0050 |

| Q -6.1548 -6.0476 -6.0476 -4.8277 -4.8277 28.601 13.837 -.92644 -15.690 |

| 2 - 2 |

| N -42.457 -28.894 -27.046 -13.415 -11.567 1.3140 1.3140 1.3140 1.3140 |

| M -5.8293 5.5878 -5.3249 6.7008 -8.5652 -10.038 4.1368 7.3944 -.26600 |

| Q -2.7960 -2.5982 -2.5982 -3.6347 -3.6347 13.089 5.8111 -1.4676 -8.7463 |

| 3 - 3 |

| N -42.625 -28.907 -27.059 -13.305 -11.457 2.6354 2.6354 2.6354 2.6354 |

| M -6.0760 5.8179 -5.6812 6.6256 -8.4375 -21.617 8.8859 17.243 3.4553 |

| Q -2.9274 -2.7379 -2.7379 -3.5864 -3.5864 27.717 12.953 -1.8102 -16.573 |

--------------------------------------------------------------------------------

Sat Dec 08 12:34:16 2012 UNTITLED основная схема 2

--------------------------------------------------------------------------------

| У С И Л И Я /НАПРЯЖЕНИЯ/ В ЭЛЕМЕНТАХ. |

--------------------------------------------------------------------------------

| 10_ 17-5 18-1 18-2 18-3 18-4 18-5 19-1 19-2 19-3|

| 5 6 6 6 6 6 7 7 7 |

| 6 7 7 7 7 7 8 8 8 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 1 - 1 |

| N 2.6883 1.3823 1.3823 1.3823 1.3823 1.3823 2.6883 2.6883 2.6883 |

| M -28.603 -17.055 -.67856 4.7805 -.67856 -17.055 -28.603 6.0050 18.467 |

| Q -30.453 14.557 7.2787 -7.2787 -14.557 30.453 15.690 .92644 |

| 2 - 2 |

| N 1.3140 2.4496 2.4496 2.4496 2.4496 2.4496 1.3140 1.3140 1.3140 |

| M -18.844 -27.681 5.5365 16.609 5.5365 -27.681 -18.844 -.26600 7.3944 |

| Q -16.025 29.527 14.763 -14.763 -29.527 16.025 8.7463 1.4676 |

| 3 - 3 |

| N 2.6354 2.4946 2.4946 2.4946 2.4946 2.4946 1.3294 1.3294 1.3294 |

| M -32.478 -30.761 3.4237 15.463 5.3572 -26.894 -18.188 .10330 7.4767 |

| Q -31.337 30.172 15.408 .64450 -14.119 -28.882 15.833 8.5550 1.2762 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 10_ 19-4 19-5 20-1 20-2 21-1 21-2 22-1 22-2 23-1|

| 7 7 9 9 10 10 11 11 13 |

| 8 8 10 10 11 11 12 12 14 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 1 - 1 |

| N 2.6883 2.6883 -.10725 -.10725 -.00873 -.00873 -.10725 -.10725 -1.2199 |

| M 8.7843 -23.044 -24.833 -28.378 -16.404 -16.404 -28.378 -24.833 -24.339 |

| Q -13.837 -28.601 28.936 -30.118 14.557 -14.557 30.118 -28.936 28.978 |

| 2 - 2 |

| N 1.3140 1.3140 -.19776 -.19776 .07214 .07214 -.19776 -.19776 1.0365 |

| M 4.1368 -10.038 -11.417 -17.385 -27.849 -27.849 -17.385 -11.417 -12.025 |

| Q -5.8111 -13.089 13.562 -15.552 29.527 -29.527 15.552 -13.562 13.631 |

| 3 - 3 |

| N 1.3294 1.3294 -.10061 -.10061 .08420 .08420 -.18955 -.18955 -.70192 |

| M 3.9321 -10.530 -23.768 -31.194 -29.865 -27.622 -16.928 -11.893 -23.597 |

| Q -6.0024 -13.281 28.289 -30.765 29.901 -29.153 15.396 -13.718 28.302 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 10_ 23-2 24-1 24-2 25-1 25-2 26-1 26-2 27-1 27-2|

| 13 14 14 15 15 17 17 18 18 |

| 14 15 15 16 16 18 18 19 19 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 1 - 1 |

| N -1.2199 .32941 .32941 -1.2199 -1.2199 -4.8277 -4.8277 -3.4388 -3.4388 |

| M -27.636 -16.931 -16.931 -27.636 -24.339 -8.9824 -13.175 -11.619 -11.619 |

| Q -30.076 14.557 -14.557 30.076 -28.978 11.338 -12.736 12.037 -12.037 |

| 2 - 2 |

| N 1.0365 -.49992 -.49992 1.0365 1.0365 -3.6347 -3.6347 -4.8064 -4.8064 |

| M -17.583 -27.312 -27.312 -17.583 -12.025 -8.5652 -11.386 -12.527 -12.527 |

| Q -15.483 29.527 -29.527 15.483 -13.631 11.567 -12.507 12.037 -12.037 |

| 3 - 3 |

| N -.70192 -.61336 -.61336 .84858 .84858 -5.0293 -5.0293 -4.8672 -4.8672 |

| M -30.950 -30.161 -26.870 -17.127 -12.306 -9.7556 -11.288 -10.861 -13.546 |

| Q -30.752 30.076 -28.978 15.360 -13.754 11.782 -12.292 11.590 -12.484 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 10_ 28-1 28-2 |

| 19 19 |

| 20 20 |

--------------------------------------------------------------------------------

| 1 - 1 |

| N -4.8277 -4.8277 |

| M -13.175 -8.9824 |

| Q 12.736 -11.338 |

| 2 - 2 |

| N -3.6347 -3.6347 |

| M -11.386 -8.5652 |

| Q 12.507 -11.567 |

| 3 - 3 |

| N -3.5864 -3.5864 |

| M -11.919 -8.4375 |

| Q 12.617 -11.457 |

--------------------------------------------------------------------------------

СПИСОК ИСПОЛЬЗООВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. СНиП 52-01-2003.Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. [Текст]: [Утв. Госстроем России 30.06.03: Взамен СНиП 2.03.01-84: Срок введ. в действие 01.03.04]. - изд. офиц. - М. : Госстрой России, 2004.-24с.

2. СНиП 2,01.07-85*. Нагрузки и воздействия /Госстрой СССР. - М.: ЦНИИСК Госстроя СССР, 1996. - 36 с.

3. Байков В.Н. Железобетонные конструкции: Общий курс : Учебник для вузов / В. Н. Байков, Э. Е. Сигалов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М. : Стройиздат, 1991. - 767 с. : ил. - (Учебники для вузов). - Предм. указ.: с. 762-767.

4. Железобетонные и каменные конструкции : Учебник для вузов / Бондаренко В.М. [и др.] ; Под ред. В.М. Бондаренко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 2002. - 876 с. : ил.90.

5. Фалевич Б.Н. Проектирование каменных и крупнопанельных конструкций: учебное пособие для строит. вузов/ Фалевич Б.Н., Штритер К.Ф. - М. : Высш. шк., 1983. - 192 с.

6. Бондаренко В.М. Железобетонные и каменные конструкции : Учебник для вузов / В. М. Бондаренко, Д. Г. Суворкин. - М. : Высш. шк., 1987. - 384 с. : ил. - Библиогр.: с. 380. - Предм. указ.: с. 381-384.

7. Рысева О.П. Расчет изгибаемых железобетонных элементов по прочности [Текст] : учебное пособие / О. П. Рысева, В. Ю. Сетков ; Норильский индустр. ин-т. - Норильск, 2005. - 69 с. - Библиогр.: с. 68 ( 1назв.). (46).

8. Железобетонные и каменные конструкции [Текст] : метод. указания к лабораторным работам для студентов спец. 290300 всех форм обучения / сост. О.П.Рысева, Н.А.Подушкина; Норильский индустр. ин-т. - Норильск, 2002. - 30 с. 4.

9. Свод правил по проектированию и строительству. Предварительно напряженные железобетонные конструкции: СП 52-102-2004 [Текст] : [Утв. Госстроем России 24.05.2004: Срок введ. в действие 24.05.04]. - изд. офиц. - М. : Госстрой России, 2004.

10. ГОСТ 2.109-73.ЕСКД.Основные требования к чертежам / МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ,- М.:2002

Размещено на Allbest.ru