Каменные конструкции
Учреждение
образования
«Брестский
государственный технический университет»
Кафедра
строительных конструкций
Контрольная
работа
по
курсу:
«Каменные
конструкции»
Выполнил студент: Лемешевский А.А.
Группы П-273
Брест 2010
г.
Оглавление
1. Компоновка междуэтажных
перекрытий и покрытия здания из железобетонных многопустотных плит
. Компоновка фрагмента фасада
. Сбор постоянных и временных
нагрузок на простенок
. Определение расчетных усилий,
действующих на простенок
. Расчет простенка по прочности
. Сбор нагрузок на стену подвала
. Определение усилий, действующих в
расчетных сечениях стены подвала
. Расчет стены подвала по прочности
как внецентренного сжатого элемента
Литература
1. Компоновка междуэтажных перекрытий и покрытия
здания из железобетонных многопустотных плит
междуэтажный
перекрытие простенок
Для определения грузовой площади простенка по
фасаду скомпонуем здание на основе исходных данных.
Здание имеет два пролета, расстояние в осях А-Б
4,8 м, в осях Б-В 6,0 м; толщина стен 640 мм, размер оконного проема 1,6х1,5 м,
расстояние между центрами оконных проемов 2,6 м, высота этажа 3,0 м, количество
этажей - 10, отметка уровня земли -1,4 м. В качестве несущих конструкций
перекрытий принимаем железобетонные плиты перекрытия ПК60.15 с размерами в
плане 5980х1490 мм и ПК48.15 с размерами в плане 4780х1490 мм. Длина опирания
плит на кладку 220 мм.
Фрагмент плана здания с раскладкой плит и
указанием грузовых площадей для сбора нагрузок с перекрытия на крайнюю и
среднюю стены здания приведен на рис. 1.
2. Компоновка фрагмента фасада
По исходным данным скомпонуем также фрагмент
фасада здания с указанием грузовой площади, с которой собирается нагрузка от
веса стены на простенок первого этажа (рис. 2).
Необходимо проверить соблюдение конструктивных
требований п. 6.16 [2] для принятой по заданию толщины стены.
,
где Н - высота этажа; Н=300 см
h - толщина стены;
h=64 см
β - величина, указанная в
таблице 28 [2]. β=25,
т.
к. кирпич М 75, раствор М 75 ;- поправочный коэффициент из таблицы 29 [2];
,
где Аn - площадь
нетто,
Аb - площадь
брутто определяются по горизонтальному сечению стены.
.
Условие соблюдается, стена принята
достаточной ширины.
. Сбор постоянных и временных
нагрузок на простенок
По исходным данным временная
нормативная нагрузка на перекрытие qnпер=3,5 кПа;
нормативная нагрузка на покрытие qnпокр=9,0 кПа; район по
снеговой нагрузке №4, класс ответственности здания №1.
Расчетная постоянная нагрузка от
веса стены и слоя внутренней штукатурки толщиной 20 мм, при ширине грузовой
площади 2,8 м, действующая в верхнем сечении простенка:
где Нпар - отметка парапета на рис.
2;
Нэт - отметка чистого пола 2-го
этажа;
,9 м - расстояние от чистого пола
2-го этажа до верха простенка 1-го этажа;
B - ширина
грузовой площади;
γп = 1 - коэффициент
надежности по назначению для здания 1 класса ответственности;
γf = 1.1 -
коэффициент надежности по нагрузке ( табл. 1) [1];
ρ = 18,0 кН/м3 -
удельный вес кладки из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном
растворе (табл. 5) [3];
ρшт = 18,0 кН/м3 - удельный
вес штукатурки п.3.25 [3];
δшт = 20 мм толщина слоя
штукатурки.
Расчетная нагрузка от собственного
веса простенка первого этажа
Действующие на перекрытия здания нагрузки
приведены в таблице 1.
Таблица 1. Подсчет нагрузок на
перекрытие, кН/м2
Вид
нагрузки
|
Нормативная
нагрузка, кПа
|
γF
|
Расчетные
нагрузки, кПа
|
1
|
2
|
3
|
4
|
1.
Постоянная Плиточный пол t=18 мм, ρ= 20 кН/м3; t∙ρ∙γп=0,02∙18∙1=0,36
|
0,36
|
1,1
|
0,396
|
Цементно-песчаная
стяжка t=18 мм, ρ= 22 кН/м3; t∙ρ∙γп=0,018∙22∙1=0,44
|
1,3
|
0,515
|
Собственный
вес плиты перекрытия; qnпл ∙ γп = 3,1∙1=3,1
|
3,1
|
1,1
|
3,41
|
Итого
gn:
|
3,856
|
|
4,321
|
2. Временные
qnпер
∙
γп
= 3,5∙1=3,5
|
3,5
|
1,2
|
4,2
|
Всего:
|
7,356
|
|
qмп =8,521
|
Расчетная нагрузка на простенок, передаваемая с
перекрытия одного этажа:
где L -
расстояние между осями на рис. 1;
a - привязка
наружной стены к разбивочной оси;
Расчетная нагрузка на простенок,
передаваемая с перекрытия 2…15 этажей:
Расчетная нагрузка на простенок,
передаваемая с покрытия
Расчетная снеговая нагрузка на
простенок
где γf = 1.4 -
коэффициент надежности по снеговой нагрузке согласно п. 5.7 [1];
μ = 1,0 - коэффициент
перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие в
зависимости от его профиля, определяемый согласно п.п.5.3-5.6 [1];
s0 =1,6 кПа -
нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности
земли, принимаемое в зависимости от снегового района по таблице 4 [1];
.
4. Определение расчетных усилий,
действующих на простенок
Рассматриваем наше здание как здание
с жесткой конструктивной схемой. В соответствии с требованиями п. 6.7б [2]
необходимо, чтобы расстояния между поперечными жесткими конструкциями
(поперечными стенами) не превышали указанных в таблице 27 [2] величин. Согласно
данной таблице в здании высотой 33-48 м, при группе кладки 1 и перекрытиях из
сборных железобетонных настилов
С тщательным заполнением швов
раствором не ниже М50, расстояние между поперечными жесткими конструкциями не
должно быть больше 42∙0,8=33,6 м. Будем считать, что это условие
выполняется.
Стену рассматриваем расчлененной по
высоте на однопролетные вертикальные балки с расположением шарниров в
плоскостях перекрытий и покрытия.
Нагрузки с верхних этажей (с
покрытия и перекрытий 2-15 этажей) передаются в центре тяжести сечения стены
второго этажа, а нагрузка с перекрытия 1-го этажа передается с фактическим
эксцентриситетом.
Расчетная схема стены 1-го этажа
приведена на рис.3.
Нагрузка от перекрытия первого этажа
на расстоянии от внутренней поверхности стены, равном одной трети опирания
плиты перекрытия на стену (ар/3=220/3=73 мм >70 мм). Согласно п. 6.10 [2]
принимаем ар/3=70 мм.
Расчетный изгибающий момент от
внецентренного приложения нагрузки с перекрытия 1-го этажа
Расчетные изгибающие моменты,
действующие в верхнем и нижнем сечениях простенка первого этажа:
Расчетные продольные силы, действующие в верхнем
и нижнем сечениях простенка:
В итоге на верхнее сечение простенка действует:
- изгибающий момент ;
продольная сила .
на нижнее сечение:
изгибающий момент ;
продольная сила .
. Расчет простенка по прочности (1
группа предельных состояний)
Расчет простенка произведем как
внецентренно сжатого неармированного элемента на расчетные усилия, действующие
в его верхнем сечении. Расчет произведем по формуле 13 [2]:
;
где - коэффициент, зависящий от толщины
стены; по п. 4.7 [2] при толщине стены h=64 см >
30 см коэффициент =1,0;
где - коэффициент продольного изгиба
для всего сечения в плоскости действующего изгибающего момента, определяемый по
таблице 18 [2];
- коэффициент продольного изгиба
для сжатой части сечения, определяемый по таблице 18 [2]. Для определения и необходимо
определить гибкость- и упругую
характеристику - . По таблице
15 [2] для кладки из силикатного пустотелого кирпича марки М200 на растворе
М200 =750.
Гибкость всего сечения определим по формуле 12 [2]:
по таблице 18 [2] =0,991
(методом интерполяции)
Гибкость сжатой части сечения
определим по формуле:
, где Н = Нэт по п. 4.7 [2]; hc - высота
сжатой части поперечного сечения , где e -
эксцентриситет приложения продольной силы,
; тогда см.
по таблице 18 [2] =0,989
(методом интерполяции).
R - расчетное
сопротивление кладки сжатию, определяется по таблице 2 [2].
Для кирпича марки М250 и раствора
марки М200 R=3,6 МПа.
Аc - площадь
сжатой части сечения, где А=Нэт∙h;
w -
коэффициент, зависящий от формы сечения. По таблице 19 [2]
< 1.45
.
Несущая способность простенка
достаточна.
Расчет узла опирания плит перекрытия
1-го этажа на кирпичную кладку на центральное сжатие
Расчет произведем по формуле 51 [2]:
где А - суммарная площадь сечения
кладки и железобетонных элементов перекрытия, А=B∙h=260∙64=16640
см2;
= 0.9625, т.к. суммарная площадь
опирания ж/б элементов в узле . Согласно п. 6.44 [2] определяем
методом интерполяции =0,9625
=1,0 согласно п. 6.44 [2], т.к.
настил перекрытия имеет круглые пустоты.
кН > N=2491.45 кН.
Условие выполняется.
Проверка несущей способности горизонтального
сечения, пересекающего ребра настила
Считаем, что пустоты в опорных зонах плит
перекрытия 1-го этажа не заполнены бетонными вкладышами.
Проверку прочности по сечению, пересекающему
ребра настила, производим по формуле 52 [2]
где = 8,5∙0,9=7,65 МПа -
расчетное сопротивление бетона класса В15 осевому сжатию согласно СНиП
2.03.01-84;
n = 1.25 для
тяжелого бетона;
Аn = ;
Аk = ;
Прочность обеспечена.
Так как максимальный эксцентриситет
продольной силы ( см. рис. 3)
< 0.7∙y =0.7∙32=22.4
см, то согласно п. 4.8 [2] не требуется производить расчет по второму
предельному состоянию (по раскрытию трещин в швах кладки).
. Сбор нагрузок на стену подвала
Необходимо произвести расчет
наружной стены подвала на основании следующих исходных данных: высота стены
подвала - 2,5 м; толщина бетонного пола подвала - 0,18 м; длина площадки
опирания плит перекрытия подвала - 0,19 м; материал стены подвала - ФБС 24.6.6;
марка раствора для стены подвала - М150; отметка уровня земли - -1,300 м;
объемная масса грунта - 20 кН/м3; расчетный угол внутреннего трения грунта -
33°; нормативное значение поверхностной нагрузки от грунта - 13 кН/м2.
Принимаем толщину стены подвала h=600 мм (
блоки ФБС 24.6.6 СТБ 1076-97). В качестве конструкции перекрытия принимаем
железобетонные плиты перекрытия ПК60.15 с размерами в плане 5980х1490 мм. Длина
площадки опирания плит перекрытия подвала - 0,19 м. Для упрощения ширину
грузовой площади примем B=2,6 м соответственно на стену
подвала будет передаваться нагрузка с кирпичной стены первого этажа - N1; нагрузка,
передаваемая с плиты перекрытия - N2; т. к. N2 действует
с эксцентриситетом будет возникать изгибающий момент - М; а также на стену
будет оказывать влияние грунт.
Конструктивное решение стены
подвала, ее расчетная схема и эпюра изгибающих моментов приведены на рис. 4.
Стену будем рассчитывать как балку с
двумя неподвижными шарнирными опорами.
Далее определим значения расчетных
усилий на стену подвала.
. Определение усилий, действующих в
расчетных сечениях стены подвала
Нагрузка на стену подвала,
передаваемая с кирпичной стены первого этажа
где (0,8+δПЛ) - это
расстояние от низа простенка до стены подвала.
Нагрузка на стену подвала,
передаваемая с перекрытия
Эксцентриситет нагрузки от
перекрытия над подвалом N2 относительно оси стены подвала
(см. рис. 4)
Согласно п. 6.65 [2], при определении
изгибающего момента от вертикальных нагрузок в верхнем сечении стены подвала,
учитываем суммарную величину фактического и случайного эксцентриситетов (e1+eсл) для N1 (т.к.
е1=0, учитываем только eсл), а для N2 учитываем
только фактический эксцентриситет e2.
Временную нормативную нагрузку на
поверхности земли заменяем добавочным эквивалентным слоем грунта высотой
hred = , где р -
нормативное значение поверхностной нагрузки от грунта; γ - объемная
масса грунта
Верхняя и нижняя ординаты эпюры
бокового давления грунта определим по формуле:
,
где φ - расчетный
угол внутреннего трения грунта;
γf = 1.2 -
коэффициент надежности по нагрузке ( табл. 1) [1];
где Н2 - расстояние от пола подвала
до поверхности земли ( см. рис. 4).
Изгибающий момент в любом сечении
стены подвала от горизонтальной нагрузки определим по формуле:
где Н1 - высота подвала ( см. рис.
4).
Изгибающий момент в любом сечении
стены подвала от действия вертикальных нагрузок определим по формуле:
Определим сечение по высоте стены
подвала с максимальным изгибающим моментом от совместного действия вертикальных
и горизонтальных нагрузок. Для этого дифференцируем полученное путем
суммирования уравнение.
В сечении с координатой х, где , действует
максимальный изгибающий момент Мmax.
Решаем квадратное уравнение:
Значит уравнение не имеет корней,
следовательно функция МХ не имеет экстремумов и ее величина плавно убывает на
всей области определения от х=0 до х=Н1. Поэтому, максимальный изгибающий
момент действует в верхнем сечении стены подвала и равен Мmax=84,1 кН∙м.
В этом же сечении действует
продольная сила
кН.
. Расчет стены подвала по прочности
как внецентренного сжатого элемента
Прочность стены подвала проверяем на
внецентренное сжатие с эксцентриситетом
Расчетная несущая способность стены
подвала определяется по формуле 13[2]:
где - коэффициент, зависящий от толщины
стены; по п. 4.7 [2] при толщине стены h=60 см >
30 см коэффициент =1,0;
- коэффициент продольного изгиба
для сжатой части сечения. Для определения и необходимо определить гибкость - и упругую
характеристику - . По таблице
15 [2] для кладки из бетонных фундаментных блоков на растворе М150 =1500.
Гибкость всего сечения определим по формуле 12 [2]:
по таблице 18 [2] =0,998
(методом интерполяции)
Гибкость сжатой части сечения
определим по формуле:
где Н = Н1 по п. 4.7 [2]; hc - высота
сжатой части поперечного сечения см.
по таблице 18 [2] =0,994
(методом интерполяции).
R - расчетное
сопротивление кладки сжатию, определяется по таблице 2 [2].
Для кладки из бетонных фундаментных
блоков (бетон марки М100) и раствора марки М150 R=3,3 МПа.
Аc - площадь
сжатой части сечения, где А=НП∙h;
см2.
γс - коэффициент условия
работы для крупных блоков из тяжелого бетона, согласно п. 3.11в [2] γс = 1,1.
w -
коэффициент, зависящий от формы сечения. По таблице 19 [2]
< 1.45
кН > N=2647,84 кН.
Несущая способность стены подвала
значительно превышает действующее в расчетном сечении усилие. Прочность стены
подвала обеспечена с большим запасом.
Литература
1. СНиП 2.01.07.-85. Нагрузки и
воздействия / Госстрой СССР.- М.: ЦИТП
Госстроя СССР, 1986.- 36 с.
. СНиП II
- 22 - 81. Каменные и армокаменные конструкции/Госстрой
СССР.- М.: Стройиздат, 1983.- 40 с.
. Пособие по проектированию каменных
и армокаменных конструкций ( к СНиП II
- 22 - 81. «Каменные и армокаменные конструкции. Нормы проектирования») /
ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. - М.: ЦИТП
Госстроя СССР, 1989.- 152 с.
. СТБ 1008-95. Камни бетонные
стеновые. Общие технические условия.
. СТБ 1076-97. Конструкции бетонные
и железобетонные фундаментов. Общие технические условия.
. СТБ 1160-99. Кирпич и камни
керамические. Технические условия.
. ГОСТ 379-95. Кирпич и камни
силикатные. Технические условия.
. ГОСТ 27751-88. Надежность
строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету.
. ГОСТ 28013-89. Растворы
строительные. Общие технические условия.
. Серия Б1.016.1-1. Блоки бетонные
для стен подвалов зданий и сооружений. Выпуск 1.98. Блоки сплошные из тяжелого
бетона. Рабочие чертежи.
. Серия 1.141-1. Панели перекрытий
железобетонные многопустотные.
Выпуск 63. Предварительно
напряженные панели с круглыми пустотами длиной 6280, 5980, 5680, 5380, 5080 и
4780 мм шириной 1790, 1490, 1190 и 990 мм, армированные стержнями из термически
упрочненной стали класса АТ-V.
Метод натяжения электротермический. Рабочие чертежи.