1.2.3
Характеристики материалов для проектирования панели
Плита изготавливается из тяжелого бетона класса B25 по агрегатно-поточной
технологии с электротермическим натяжением арматуры на упоры формы. Бетон
подвергается тепловой обработке при атмосферном давлении.
Прочностные характеристики бетона класса В25:
− осевое сжатие (призменная прочность): 
− осевое растяжение: 
− 
− осевое сжатие (призменная прочность): 
− осевое растяжение: 
Передаточную прочность бетона предварительно принимаем 
Для класса бетона, численно равного
передаточной прочности, расчетные характеристики находим по интерполяции между
классами В15 и В20: 
Напрягаемая арматура продольных ребер плиты − из термически
упрочненной арматурной стали класса А600 с расчетными характеристиками: 
Арматура полки плиты − обыкновенная арматурная проволока Ш5
В500 
Поперечная арматура каркасов продольных ребер − Ш5 В500
Продольная - Ш8 А400
Принимаем величину начального предварительного напряжения 
1.2.4 Подбор
напрягаемой арматуры
Подбор напрягаемой арматуры продольных ребер панели производят как
для изгибаемого элемента таврового профиля, для чего фактическое П −
образное сечение панели приводится к расчетному тавровому. При отношении 
расчетная ширина полки принимается равной
ширине панели поверху, т.е. 
Усредненная ширина ребра тавра 
рабочая высота сечения 
. Для арматуры А600 и отношения 
находим значение 
, тогда
. Определяем относительный момент усилия в сжатом бетоне,
предполагая, что нейтральная линия располагается в полке
Следовательно сжатая арматура по расчету не нужна.
. 
. Фактическая высота сжатой зоны бетона
Т.е. нижняя граница сжатой зоны действительно проходит в полке и
сечение можно рассматривать как прямоугольное с размерами сечения
. 
и 
, то 
. Определяем требуемую площадь сечения напрягаемой арматуры
. По сортаменту подбираем 2 Ш 18 А600
и располагаем их по одному в каждом ребре.
1.2.5
Определение геометрических характеристик приведенного сечения панели
Коэффициент приведения:
Площадь приведенного сечения (без учета конструктивной арматуры)
Статический момент площади приведенного сечения относительно
нижней грани панели
Расстояние от центра тяжести приведенного сечения (Ц. Т.) до
нижней грани
Расстояние от центра тяжести напрягаемой арматуры
Расстояние до верха грани
Момент инерции приведенного сечения панели относительно центра
тяжести
где 
Упругий момент сопротивления по грани сечения:
нижней − 
верхней − 
Расстояние от ЦТ до верхней ядровой точки:
То же для нижней ядровой точки:
1.2.6
Определение потерь предварительного напряжения
При расчете предварительно напряженных конструкций учитывают
снижение предварительных напряжений вследствие ряда потерь, которые происходят
до и после передачи усилий натяжения бетона.
Потери определяют в соответствии с пп.2.26-2.32 [6]. Необходимые
при этом напряжения в бетоне 
определяют по правилам сопротивления других материалов, используя
геометрические характеристики приведенного сечения.
Первые потери
предварительного напряжения при натяжении арматуры на упоры в общем случае
включают потери:
от релаксации напряжений в натянутой арматуре;
от температурного перепада при тепловлажностной обработке
конструкций вследствие разности температур натянутой арматуры в зоне нагрева и
устройства, воспринимающего усилия натяжения при нагреве бетона;
от деформации формы (упоров);
от деформации анкеров.
Вторые потери предварительных
напряжений включают:
потери от усадки:
потери от ползучести бетона.
Первые потери:
от релаксации предварительного напряжения
от температурного перепада
предварительное напряжение с учетом первых потерь
Усилие обжатия с учетом первых потерь:
При отсутствии в верхней зоне напрягаемой арматуры
Максимальное сжимающее напряжение бетона на уровне центра тяжести
сечения:
Т.к. 
требования норм выполняются.
Вторые потери:
От усадки бетона
Потери от ползучести бетона:
Итого вторые потери:
Знак "минус" означает, что на данной стадии верхняя
грань растянута.
Суммарная величина потерь предварительного напряжения (принимается
всегда не менее 100 МПа):
Предварительное напряжение с учетом всех потерь
Усилие обжатия с учетом всех потерь:
1.2.7 Расчет
прочности наклонных сечений на действие поперечных сил
Расчет наклонных сечений панели на поперечную
силу:
Исходные данные для расчета:
Продольные ребра армированы плоскими каркасами с поперечными
стержнями из арматуры класса В500 (
) и продольными стержнями из Ø 8 А400 (
), поперечные стержни 2 Ø5 
Принимаем предварительно диаметр поперечных стержней равным 5мм. в
сечении панели
А шаг поперечных стержней на приопорных участках
Проверяем условие прочности по бетонной полосе:
условие выполняется
Вычисляем параметры, необходимые для проверки условия прочности:
что больше принятого шага 150мм.
Следовательно, хомуты учитываются в расчете;
Поперечная сила воспринимаемая бетоном:
Поэтому принимаем
Поперечная сила воспринимаемая хомутами в наклонном сечении с
длиной горизонтальной проекции
Поперечная сила в нормальном сечении, приходящаяся на расстоянии
1676 мм от опоры
Проверяем условие прочности:
Условие удовлетворяется. Следовательно, принятые диаметр и шаг
поперечных стержней обеспечивают прочность наклонных сечений панели при
действии поперечных сил.
Длина зоны передачи напряжений:
Тогда у концов продольных ребер на длине
устанавливаем дополнительную поперечную арматуру в виде U-образных сеток из проволоки 5 В500 с шагом стержней 100
мм; эти сетки охватывают напрягаемую арматуру и ставятся на всю высоту
продольного ребра.
1.2.8 Расчет
полки на местный изгиб
При отсутствии поперечных ребер полка работает как балочная плита
на изгиб в коротком направлении, т.е. между продольными ребрами. Для расчета из
полки вырезается полоса шириной 
которая рассматривается как балка пролетом 
частично защемленная в продольных ребрах.
Расчетный пролет полки (в свету между продольными ребрами):
Погонная нагрузка на полосу шириной 
численно равна распределенной по площади, т.е. 
(табл.1).
Изгибающий момент в полке с учетом ее частичной заделки в
продольные ребра (т.е. с учетом возможности поворота опорных сечений)
Арматуру полки подбираем как для изгибаемого элемента
прямоугольного профиля размером 
Рабочей высота сечения при толщине защитного слоя бетона 
Тогда
Полку армируем рулонной сеткой с поперечными рабочими стержнями Ш5
В500 Требуемая площадь сечения рабочих
стержней на 1 м ширины полки:
Принимаем шаг рабочих стержней 150 мм, тогда площадь сечения на 1
м полки составит 
Продольные стержни полки принимаем из
проволоки Ш4 В500 с шагом 200 мм.
1.2.9 Расчет
панели в стадии предварительного обжатия
Проверку прочности панели в стадии предварительного обжатия
производим для сечений в местах расположения монтажных петель, где
отрицательный момент от веса панели 
при ее подъеме суммируется с моментом от усилия обжатия
.
Исходные данные:
(2 Ø 8 А400;
);
(4 Ø 4
В500); 
(6 Ø 4 В500); 
(2 Ø 8
А400);
Расстояние от верхней грани до центра тяжести всей арматуры равно:
тогда рабочая высота сечения:
Предварительное напряжение с учетом первых потерь при коэффициенте
Передаточная прочность бетона
Расчет:
Длина зоны передачи напряжений:
В этом сечении при подъёме плиты действует момент от
собственного веса, растягивающий нижнюю, наиболее обжатую зону.
Тогда коэффициент динамичности не учитывается, а коэффициент
надежности по нагрузке принимается равным
Определим момент:
Для арматуры класса В500 в таблице 4 находим:
Высота сжатой зоны:
Проверим прочность плиты:
1.2.10 Расчет
панели по раскрытию нормальных трещин в стадии эксплуатации
Исходные данные:
Rbtser=1,55МПа, Rbser=18,5МПа;
Предельно допустимая для арматуры А600 ширина раскрытия трещин:
продолжительная - 
, непродолжительная - 
Расчет:
1. Момент усилия обжатия
. Проверяем условие:
условие не выполняется, значит, в стадии эксплуатации на нижней
(растянутой) грани панели образуются нормальные трещины.
Проверяем ширину раскрытия трещин:
расстояние as
от нижней грани до центра тяжести всей продольной арматуры в растянутой зоне
плечо внутренней пары сил
Моменты всех сил относительно центра тяжести растянутой арматуры
от полной нормативной нагрузки:
от постоянной и длительно действующей нагрузки:
от момента образования трещин:
Приращение напряжений в растянутой арматуре:
от полной нагрузки
от продолжительно действующей нагрузки
от
момента образования трещин
Проверяем условие:
В этом случае определяем только непродолжительную ширину раскрытия
трещин.
Высота растянутой зоны в упругой стадии
Ограничения СНиП:
оба условия выполняются.
Площадь растянутой зоны бетона
Усредненный диаметр растянутой арматуры
Расстояние между нормальными трещинами:
Значение коэффициента для определения раскрытия трещин
Ширина раскрытия трещин при
тогда ширина непродолжительного раскрытия трещин
что меньше предельно допустимой ширины непродолжительного
раскрытия трещин, в стадии эксплуатации прочность обеспечена.
1.2.11.
Расчет панели по раскрытию нормальных трещин в стадии изготовления
Исходные данные:
Расчет:
Момент образования верхних трещин:
т.е. верхние трещины образуются до приложения внешней нагрузки и
необходимо рассчитать их раскрытие.
Плечо внутренней пары сил:
Напряжение в растянутой арматуре:
условие выполняется.
Высота зоны растянутого бетона, определенная как для упругого
материала:
То же с учетом неупругих деформаций растянутого бетона
Площадь зоны растянутого бетона:
Усредненный диаметр растянутой арматуры:
Расстояние между смежными нормальными трещинами:
Ширина раскрытия начальных трещин 
для арматуры В500, т.е. в стадии изготовления трещиностойкость
панели обеспечена.
1.2.12
Определение прогиба панели
Относительное значение предельного прогиба из эстетических требований:
Предельно допустимый прогиб панели
Исходные данные
Момент от продолжительно действующих нагрузок:
Площадь сечения арматуры в растянутой зоне:
напрягаемой 
ненапрягаемой 
(2 Ш8 А400)
Площадь сечения арматуры в сжатой зоне:
напрягаемой 
ненапрягаемой 
(2 Ш8 А400)
Усилия обжатия с учетом всех потерь:
Его эксцентриситет
Потери предварительного напряжения
от усадки:
от ползучести:
Рабочая высота сечения:
Расчет
Приведенный модуль деформации сжатого бетона при продолжительном
действии нагрузок:
где 
Коэффициент приведения арматуры к бетону при значении 
:
Приведенный модуль деформации арматуры при значении :
Прогибы вычисляются по рассчитанным кривизнам:
Для участков без трещин в растянутой зоне (
), полная кривизна составляет:
кривизна от непродолжительного действия кратковременных
нагрузок
кривизна от продолжительного действия постоянных и длительных
нагрузок
кривизна от непродолжительного действия усилия предварительного
обжатия Р в растянутой зоне (
),
Полная кривизна составляет:
Тогда прогиб панели составит
т.е. жесткость плиты обеспечена.
1.2.13
Конструирование панели
Защитный слой бетона для напрягаемой арматуры должен быть не
менее 20мм и не менее диаметра стержней.
Кроме напрягаемых стержней, в продольных ребрах
устанавливается по одному плоскому каркасу КР1 с продольными стержнями (верхним
и нижним) Ш8А400 и поперечными стержнями Ш5В500 с шагом согласно расчету (по
п.1.3.9).
У нижней грани полки укладывается основная сетка С1с
поперечными рабочими стержнями Ш5В500, идущими с шагом 150мм (из расчета по
п.1.3.10.) с продольными распределительными стержнями Ш4В500 с шагом 200мм; у
верхней грани в углах устанавливают дополнительные конструктивные сетки С2 из
Ш4В500
Особое внимание уделяется конструированию концевых участков
продольных ребер, где происходит передача усилия обжатия с арматуры на бетон.
Для предотвращения образования продольных трещин в ребрах при обжатии панели и
обеспечения надежной анкеровки напрягаемых стержней концы ребер усиливают
постановкой закладных деталей - обойм с анкерными стержнями и U-образной сеткой СЗ, устанавливаемой на длине приопорного
участка не менее 
.3
Проектирование ригеля перекрытия
В проектируемом многоэтажном здании предусмотрен полный каркас с
жестким сопряжением ригелей и колонн, т.е. ригели являются элементами рамы. В
этой связи для определения усилий 
и 
в сечениях ригеля необходимо выполнить
статический расчет поперечной рамы, общая последовательность которого такова:
определение погонных нагрузок на ригель рамы и уточнение его рабочей
высоты;
определение грузовой площади и нагрузок на колонну и уточнение
размеров ее сечения;
вычисление моментов инерции и погонных жесткостей ригеля и
колонны;
статический расчет поперечной рамы (определение усилий и в сечениях ригеля и колонны) с помощью таблиц.
По найденным усилиям и выполняется расчет прочности
соответственно нормальных и наклонных сечений ригеля, затем производится его
конструирование.
Расчетные пролёты для крайних ригелей
1.3.1
Нагрузки на ригель поперечной рамы
Постоянная нагрузка: пол собственный вес панелей, перегородки 
, собственный вес ригеля 
Здесь 
- площадь сечения ригеля Ю
- плотность железобетона.
Итого постоянная нагрузка 
Временная полная на перекрытиях 
В том числе длительно действующая 
Суммарная погонная нагрузка на ригель рамы 
Опорный момент:
: тогда
А полная высота 
Окончательно принимаем высоту сечения ригеля h=700мм.
1.3.2
Определение нагрузок на колонну и уточнение ее размеров.
Грузовая площадь для средней колонны 
Таблица 3
Нагрузки от покрытия.
|
Вид нагрузки
|
Нагрузка, кПа
|
γf
|
|
нормативная
|
расчетная
|
|
|
|
γf = 1
|
γf > 1
|
|
|
Постоянная:
|
|
|
|
|
|
−
защитный слой из гравия, втопленного в мастику (t=35мм,γ = 16
кН/м3);
|
0,56
|
0,56
|
0,728
|
1,3
|
|
− четыре
слоя толь-кожи на мастике (t = 15 мм, γ = 12.5кН/м3);
|
0, 19
|
0, 19
|
0,228
|
1,2
|
|
−
цементно-песчаная стяжка (t = 25 мм, γ = 22 кН/м3);
|
0,55
|
0,55
|
0,715
|
1,3
|
|
−
утеплитель 100мм из пенобетона (t = 100 мм, γ = 5,8 кН/м3);
|
0,58
|
0,58
|
0.754
|
1,3
|
|
−
обмазочная пароизоляция
|
0,05
|
0,05
|
0,065
|
1,3
|
|
− плита
покрытия с учетом бетона замоноличивания швов
|
2,3
|
2,3
|
2,53
|
1,1
|
|
−
собственный вес ригеля покрытия: γ∙Ab/ln
=25х0,2975/6,72
|
1,11
|
1,11
|
1,22
|
1,1
|
|
Итого:
|
5,4
|
5,4
|
6,3
|
|
|
Временная
(снеговая) полная
|
1,68
|
1,68
|
2,4
|
|
|
−в т. ч.
длительно действующая
|
0,84
|
0,84
|
1,2
|
|
|
|
|
|
|
Уточним размер стороны колонны, приняв бетон В35 
, арматура класса А540 
и предварительно коэффициент армирования 
принимаем
окончательное сечение колонны 400х400мм.
Таблица 4
Определение продольных сил в колонне I-го этажа.
|
Вид нагрузки
|
Расчетная
продольная сила, кН.
|
|
При  при
|
|
Постоянная от
покрытия от 3-х перекрытий с учетом собственного веса ригеля; от 4-х колонн
(сечение 400х400, l=3,1м) 
Снеговая полная
в том числе длительная Временная полная от 2-х перекрытий в том числе
длительная 
|
|
|
|
|
Итого снеговая + временная в том числе
длительная
|
   
|
|
Всего суммарная
в том числе продолжительно действующая 
1.3.3
Геометрические характеристики ригеля и колонны
Площадь поперечного сечения ригеля 
Статический момент сечения ригеля относительно нижней грани:
Расстояние от центра тяжести сечения до нижней грани:
Момент инерции сечения относительно его центра тяжести:
Момент инерции колонны:
Погонные жесткости: ригеля
колонны
Отношение погонных жесткостей стоек и ригеля:
1.3.4
Статический расчет поперечной рамы 1-го этажа на вертикальные нагрузки
Таблица 5
Расчетные усилия в сечениях ригеля
|
Наименование
усилий
|
Схемы
загружения ригеля рамы
|
|
I+II
|
I+III
|
|
Опорные
моменты, кНм
|
МА
|
 
|
|
|
МВА
|
 
|
|
|
МВС
|
 
|
|
|
Пролетные
моменты, кНм
|
М1
|
 
|
|
|
М2
|
 
|
|
|
Поперечные силы
на опоре, кН
|
QA
|
 
|
|
|
QB,l
|
 
|
|
|
QB,r
|
 
|
|
1.3.5 Расчет
прочности нормальных сечений ригеля
Характеристика материалов
Бетон класса В25 с расчетными характеристиками при 
Продольная и поперечная арматура класса A500С 
Подбор продольной арматуры
Крайняя опора А.
Момент по грани колонны:
Здесь и далее используются наибольшие абсолютные величины усилий и Q. Полагая, что продольная арматура будет расположена в один ряд,
принимаем 
тогда 
следовательно, сжатая арматура по расчету не нужна.
По сортаменту принимаем 2 Ш 25 А500 
Средняя опора 
Момент по грани колонны (опоры В) справа:
Принимаем 3 Ш32 A500 
Крайний пролет.
Принимаем 2 Ш25 + 2 Ш20 A500 
Средний пролет.
Принимаем 4 Ш22 A500 
1.3.6 Расчет
прочности наклонных сечений
Расчет заключается в подборе диаметра и шага поперечных
стержней (хомутов), а также в проверке прочности сжатой наклонной полосы бетона
на действие главных сжимающих напряжений. Расчетное значение поперечной силы
принимается для нормального сечения по грани колонны.
Расчет на действие поперечной силы
При 
Так как
Требуемую интенсивность поперечного армирования определяем как
По конструктивным требованиям:
Шаг хомутов у опоры должен быть 
и 
;
Шаг хомутов в пролете должен быть 
и 
;
Максимально допустимый шаг хомутов у опоры:
Окончательно принимаем у опоры 
, а пролете 
.
Требуемая площадь сечения хомутов:
Принимаем 2 хомута Ш10 A500 
Фактическая интенсивность поперечного армирования составляет:
у опоры
в пролете
Проверим условие, ограничивающее минимальную интенсивность
поперечного армирования:
Определяем длину участка, на котором нужно сохранить шаг хомутов
150мм
Тогда длина участка с шагом хомутов :
Из конструктивных соображений принимаем 
.
Расчет по бетонной полосе между наклонными сечениями
условие выполняется, следовательно, прочность сжатой бетонной
полосы между наклонными трещинами обеспечена.
1.3.7
Конструирование арматуры ригеля
Конструкция стыка ригеля с колонной.
Выпуски надопорных стержней ригеля на опорах свариваются с
точно такими же по классу и диаметру соединительными стержнями, пропущенными
через тело колонны. Для обеспечения соосности выпусков арматуры ригеля и
колонны применяют промежуточные вставки длиной ≈ 150 мм. Такая
конструкция стыка является равнопрочной с опорным сечением ригеля и не требует
проверки расчетом.
Опирание ригеля на консоль колонны осуществляется через
закладное изделие МН - 1, которое сваривается с закладной деталью консоли
колонны монтажными швами.
Замоноличивание стыка производится бетоном на мелком щебне.
Для удобства замоноличивания между торцом ригеля и гранью колонны
предусматривается зазор не менее 50 мм.
Обрыв продольной арматуры.
Проектируемый ригель армируется двумя плоскими каркасами. В целях
экономии арматуры часть продольных стержней каркасов обрывается в соответствии
с изменением эпюры моментов. Обрываемые стержни заводятся за место
теоретического обрыва (МТО) на длину анкеровки 
до опоры доводится не менее 2-х продольных стержней.
Места теоретического обрыва стержней можно найти аналитически,
исходя из равенства внешнего и внутреннего моментов в сечении, где
располагается м. Т.о.:
которое соответствует началу отсчета координаты "х"
от оси левой опоры рассматриваемого пролета. В этом уравнении 
и 
- опорные моменты соответственно на левой и правой опорах; 
или 
в зависимости от рассматриваемой схемы загружения и пролета; 
момент, воспринимаемый остающимися
(необрываемыми) стержнями, при этом коэффициент 
определяется по таблице в зависимости от параметра 
Здесь 
Обрыв надопорных стержней крайнего пролета.
На крайней опоре А принято 2 Ш 25 A500 
На средней опоре принято 2 Ш 32 A500 
Обрываемые стержни 2 Ш 25 A500 стыкуются сваркой с верхними
стержнями каркаса 2 Ш 12 A500 
Составляем уравнение: загружение I+II:
Откуда:
или 
Загружение I+III:
Откуда: 
или 
Принимаем для надопорных стержней на опоре А, расстояние от оси
опоры до МТО 
тоже на опоре В слева
или 
Поперечные силы в сечениях, где находятся МТО.:
в сечении 
(схема I+II)
в сечении (схема I+III)
Длина заделки обрываемых стержней за МТО:
за сечение 
где
за сечение 
поэтому принимаем 
Здесь 
Обрыв пролетной арматуры крайнего пролёта
В крайнем пролете принято 2 Ш 25 + 2 Ш 20 А500 
в два ряда по высоте сечения (нижний ряд
- 2 Ш25, верхний ряд - 2 Ш20, расстояние между рядами 30 мм), с толщиной
защитного слоя для нижнего ряда 30 мм. Рабочая высота сечения при этом 
Обрываем верхний ряд стержней, те 2 Ш20, а стержни нижнего ряда
Ш25 доводим без обрыва до опор.
Составляем уравнение:
Откуда:
или 
Поперечные силы в сечениях с МТО.:
в сечении 
в сечении
Шаг хомутов на обоих участках, где расположены МТО, также одинаков
- 250мм.
Длина заделки обрываемых стержней за МТО:
Обрыв надопорных стержней среднего пролета
На опорах В и С принято 2 Ш32 
Обрываемые стержни стыкуются с верхними стержнями каркасов 2
Ш16А500 
Уравнение составляем для более невыгодной схемы:
Схема I+II:
Откуда: 
Поперечные силы в сечениях с МТО:
в сечении 
в сечении 
Длина заделки стержней Ф32 при шаге хомутов Sw1=150мм
Принимаем: 
Обрыв пролетных стержней в среднем пролёте
В среднем пролете принято 4 Ш 22 А500 (As=1520мм2). Рабочая высота
сечения при двухрядном расположении стержней 
Обрываем верхний ряд стержней, а остающиеся стержни 2 Ш 22 А500
доводим до опор:
Уравнение составляем для более невыгодной схемы:
Откуда: 
Поперечные силы в сечениях с МТО:
Длина заделки стержней Ф32 при шаге хомутов Sw1=150мм
1.3.8
Указания по конструированию ригеля
Верхние стержни Ш12ч16 А500 плоских каркасов КР соединяются с
надопорными стержнями Ш25ч32 А500 сваркой встык. Нижний ряд стержней Ш25 (Ш20)
А500 пролётной арматуры доводится до упор и приваривается к детали 2 закладного
изделия М1. Плоские каркасы КР объединяются в пространственные поперечными
соединительными стержнями Ш8 А240 с шагом 500мм поверху и понизу. Опирание плит
перекрытия на полки ригеля осуществляется через закладные детали М3,
установленные с шагом 1130мм.
Так как на длине выпусков надопорных стержней ригель имеет
уменьшенную на 150мм высоту сечения, то на этих участках предусмотрены
дополнительные поперечные стрежни с шагом 75мм. Общую площадь сечения этих
стержней приближенно можно принять по следующей зависимости:
Принимаем 10Ш8 А500 (Аw=503мм²) и размещаем их в два ряда в составе закладного изделия М1.
У верхней грани ригеля на опорных участках с пониженной
высотой сечения устанавливаем дополнительные продольные стержни, площадь
сечения которых приближенно принимается
Принимаем 4Ш12 А500 (Аw=452мм²) и также размещаем их в составе
закладного изделия М1. Консольные свесы полок ригелей армируются гнутыми
сварными сетками С1÷С4 из
проволоки Ш5 А500.
1.4 Расчет
колонны 1-го этажа
1.4.1
Определение усилий в колонне среднего ряда
Схемы I+Ia (I+Iб)
загружения всех пролетов нагрузкой q приняты для определения моментов,
соответствующих максимальной продольной силе
.
Загружению I+II соответствует продольная сила
в т. ч. продолжительно действующая (по схеме I+Ia)
Таким образом, для средне колонны подвала имеем две комбинации
расчетных усилий:
) В нижнем сечении 
и 
;
В т.ч. 
и 
) В верхнем сечении 
и 
;
В т. ч. 
и 
Таблица 6
Определение изгибающих моментов в сечениях колонны среднего
ряда 1-го этажа
|
Схема
загружения
|
Вид и величина
нагрузки, кН/м
|
Опорные моменты
ригеля, кН/м
|
Моменты в сечениях
колонны 1-го этажа
|
|
|
МВА
|
Мвс
|
Вверху, Мt
|
Внизу,Mb
|
|
I
|
Постоянная g =37,0
|
-151,8
|
-147
|
|
|
|
Ia
|
Временная
полная v=98,2 во всех пролетах
|
 
|
|
|
|
|
Iб
|
Временная
длительно действующая vl=34,1
во всех пролетах
|
-140
|
-135,5
|
|
|
|
II
|
Временная
полная v=98,2 в нечетных пролетах
|
-279,3
|
-91,3
|
|
|
|
IIa
|
Временная
длительно действующая vl=34,1
|
-97
|
-32
|
|
|
|
I+Ia
|
 -555-537-10,85,4
|
|
|
|
|
|
I+Iб
|
 -292-283-5,42,7
|
|
|
|
|
|
I+II
|
-431-238-11658
|
|
|
|
|
|
I+IIa
|
-249-179-4221
|
|
|
|
|
1.4.2 Подбор
продольной арматуры колонны
Бетон класса B35 с расчетными
характеристиками при 
продольная арматура класса A500С 
Сечение колонны 
высота этажа Н=3,3 м. Армирование колонны принимаем
симметричным, т.е. 
Комбинация 2 (сечение сверху колонны):
Момент от ветровой нагрузки отсутствует, поэтому
Расчетная длина колонны
что больше случайных эксцентриситетов
При отношении
1. Рабочая
высота сечения колонны
2. Момент
всех сил относительно центра тяжести арматуры, расположенной у менее сжатой
(растянутой) грани колонны:
от полной нагрузки
от продолжительно
действующей нагрузки
3. 
4. 
5.
Предварительно принимаем коэффициент армирования сечения
6. Вычисляем жесткость сечения:
7. 
;
8.
Коэффициент увеличения начального эксцентриситета:
9. Значение
момента с учетом прогиба колонны:
10. Подбор
продольной арматуры колонны:
Площадь сечения продольной арматуры:
Коэффициент армирования сечения
что незначительно превышает первоначальное значение, назначаем
продольные стержни 2 Ш25 A500С 
Комбинация 1 (сечение внизу колонны):
Эксцентриситет
что меньше чем для комбинации 2. Окончательно оставляем 
2 Ш 25 А500С.
Диаметр хомутов 
для поперечного армирования принимается не менее 
шаг хомутов - не более
и не более 500 мм. Принимаем хомуты из Ш
10 А240 с шагом 500 мм.
1.4.3 Расчет
консоли колонны
Проектирование консоли состоит в выборе размеров ее бетонного
сечения и проверке их расчетом, подборе растянутой арматуры, выборе типа и
количества хомутов.
1. 
Принимаем 
. Принимаем длину консоли 
, высота свободного края консоли
3. Усилия, действующие в сечении ригеля по краю консоли
Так как узел жесткий
и
принимаем 
. При вылете и 
консоль называется короткой.
Принимаем горизонтальные хомуты Ш 8 А500 (Аsw=101 мм2) с шагом 150 мм в
пределах тела консоли. Тогда коэффициент армирования хомутами:
. Проверяем условие прочности консоли по наклонной сжатой полосе
на действие поперечной силы:
Граничные значения правой части условия:
. Требуемая площадь сечения продольной арматуры консоли, входящей
в жесткий узел рамы:
По расчету продольная арматура в консоли не требуется.
Принимаем конструктивно 2 Ш 16 А500 (Аs=402мм2).
1.5 Проектирование
фундамента под среднюю колонну
.5.1 Исходные
данные. Выбор глубины заложения подошвы фундамента
Бетон класса В15
арматура подошвы класса A400 
Расчетное сопротивление грунта основания 
средняя плотность материала фундамента и
грунта на его уступах 
Глубина заложения подошвы фундамента при минимально допустимой
толщине дна стакана 
где
- диаметр продольных стержней колонны;
- расстояние от пола 1-го этажа до обреза фундамента.
Тогда полная высота фундамента в первом приближении:
Из конструктивных соображений назначаем полную высоту фундамента 
тогда глубина заложения подошвы составит:
,
Защитный слой арматуры подошвы при отсутствии бетонной подготовки
принимаем 
1.5.2
Определение размеров подошвы фундамента
На фундамент в уровне его обреза передаются следующие
комбинации усилий:
при 
комбинация 
комбинация 
при 
комбинация 
комбинация 
Здесь 
.
Полагая, что размер стороны подошвы фундамента в плоскости
действия момента будет 
получим, что наибольший эксцентриситет 
существенно меньше случайного 
Поэтому проектируем фундамент квадратным
и рассчитываем его как центрально загруженный на воздействие максимальной
продольной силы 
Требуемую площадь подошвы фундамента можно найти из условия
равенства реактивного давления грунта 
по подошве расчетному сопротивлению грунта 
тогда размер стороны подошвы квадратного фундамента:
Принимаем унифицированные размеры 
(кратно 0,3 м).
Давление по подошве фундамента:
при
при (для расчета прочности тела фундамента)
1.5.3
Определение высоты плитной части фундамента
Наименьшая рабочая высота плитной части фундамента из условия
продавливания:
тогда полная высота плитной части:
Принимаем высоту плитной части 
и проектируем её двухступенчатой с высотой ступеней 
высота подколонника при этом составит:
1.5.4
Конфигурация ступеней в плане
Проверка
высоты нижней ступени
При 
, получим
Принимаем 
чтобы получить унифицированный размер
второй ступени:
Вынос второй ступени принимаем 
тогда ширина подколонника:
При зазоре 
толщина стакана поверху составит:
Проверим нижнюю ступень на продавливание от грани второго уступа
из условия:
где 
−
продавливающая сила за вычетом отпора грунта по нижнему основанию
пирамиды продавливания (на уровне арматуры подошвы) для квадратного фундамента;
− средний периметр пирамиды продавливания квадратного
фундамента.
Тогда,
продавливание нижней ступени не произойдет.
1.5.5 Подбор
арматуры подошвы фундамента
Под действием реактивного давления грунта ступени фундамента
работают на изгиб по консольной схеме.
Изгибающие моменты определяют в сечениях по грани колонны и
по граням уступов; для прямоугольных фундаментов моменты определяют в обоих
направлениях.
Площадь сечения рабочей арматуры подошвы определяется как для
изгибаемого элемента прямоугольного профиля с одиночным армированием по
формуле:
где 
и 
− соответственно изгибающий момент и рабочая высота в
рассматриваемом сечении фундамента.
Сечение 1-1:
Сечение 2-2: 
Сечение 3-3: 
Тогда требуемая площадь сечения одного стержня при 
Которой соответствует стержень Ш8. Согласно п.4.17 "Пособие
по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и
сооружений" (к СНиП2.03.01-84 и СНиП2.02.01-83), принимаем 23 Ш12 A400 
1.5.6
Армирование подколонника
При толщине стенок стакана поверху:
подколонник необходимо армировать продольной и поперечной
арматурой по расчету. Продольная арматура подколонника подбирается как для
внецентренно сжатого элемента двутаврового или прямоугольного сечения
соответственно на уровне дна стакана и на уровне примыкания подколонника к
плитной части фундамента. Для тех величин нагрузок, которые обычно задаются в
курсовом проектировании, площадь сечения продольной арматуры подколонника, как
правило, получается отрицательной, т.е. по расчету не нужна. На этом основании
в курсовом проекте для сокращения объёма расчетов допускается принимать
продольную арматуру подколонника конструктивно.
Площадь сечения симметричной продольной арматуры подколонника
принимается: 
где 
− площадь поперечного сечения подколонника.
Диаметр продольных стержней принимается не менее 12мм, а
расстояния между стержнями по периметру подколонника не должны превышать 400
мм.
Указания по подбору поперечной арматуры подколонника приведены в
разделе 1.5 Для сокращения объема расчетов в курсовом проекте допускается
принимать поперечную арматуру в соответствии с конструктивными требованиями.
Поперечное армирование стаканной части подколонника осуществляется
горизонтальными плоскими сетками с расположением стержней у наружных и
внутренних стенок стакана; диаметр стержней сеток принимается 8 мм, а шаг не
более 
и не более 200 мм (обычно 150 мм); в
плитной части фундамента эти сетки не ставятся. Продольные вертикальные стержни
подколонника должны размещаться внутри контура горизонтальных сеток.
Схемы армирования фундамента приведены на чертежах.
2.
Проектирование монолитного ребристого покрытия с балочными плитами
2.1 Данные
для проектирования
Размер здания в плане 26,9
69,5; количество пролетов - 4; число этажей - 4. Нормативная
временная нагрузка на перекрытие 12,3 кПа, в т. ч. длительная 4,5 кПа. Для всех
элементов перекрытия принят бетон класса В20; для армирования плит - проволока
В 500 или стержни класса A500; продольная
и поперечная арматура балок - класса A500;
монтажная арматура класса А240.
Расчетные характеристики материалов:
бетон класса В25 − 
арматура класса A500 − 
арматура класса В500 - Ш5 мм − 
арматура класса A240 − 
По степени ответственности здание относится к классу II. Покрытие проектируется с применением
сварных сеток и каркасов.
.2 Компоновка
покрытия
Главные балки располагаем по осям колонн поперек здания, а
второстепенные вдоль. Количество пролетов - 4, тогда размер пролета главной
балки в осях 
(шаг второстепенных балок). Пролет
второстепенной балки в осях 
пролет плиты 
Размеры поперечных сечений элементов перекрытия определяем по
формулам:
Толщина плиты
Назначаем 
Высота второстепенной
балки:
принимаем 
Высота главной балки:
принимаем 
Сторона квадратного
сечения колонны:
2.3 Сбор
нагрузок на перекрытие
Таблица 7
|
Вид нагрузки
|
Значения
нагрузок, кН/м2
|
Коэффициенты
надежности по нагрузке 
|
|
 
|
|
|
|
|
|
|
Постоянная плиточный
пол 
цементный раствор 
собственный вес плиты 
0,3
,44
20,33
,572
,21,1
,3
,1
|
|
|
|
|
Итого g
|
2,74
|
3,102
|
|
|
Временная кратковременно действующая длительно
действующая
|
7,8 4,5
|
10,14 5,4
|
1,3 1,2
|
|
Итого v
|
12,3
|
15,54
|
|
|
Всего q=g+v
|
15,04
|
18,64
|
|
2.4 Расчет и
конструирование плиты
Так как для любого пролета плиты отношение длинной и короткой
сторон 
плиту рассчитываем как балочную,
работающую на изгиб между второстепенными балками.
Для расчета из плиты вырезаем полосу шириной 1 м поперек
второстепенных балок и рассматриваем ее как многопролетную неразрезную систему.
Нагрузки на 1 м такой полосы и на 1 м2 численно равны и отличаются
только размерностью - вместо нагрузки, распределенной по площади, принимают
погонную.
Расчетные пролеты плиты:
в крайнем пролете - от
оси опоры на колонне до грани крайней второстепенной балки, т.е.
в средних пролетах -
расстояние в свету между второстепенными балками:
Изгибающие моменты в плите с учетом пластических деформаций:
в крайнем пролете:
на первой промежуточной
опоре:
в средних пролетах и на средних
опорах:
При отношении: 
в плитах, окаймленных по всему контуру балками (средние участки
перекрытия), изгибающие моменты можно уменьшить на 20%, чем учитывается
возникающий в предельном состоянии распор.
Подбор арматуры плиты:
Принимаем 
тогда 
Граничная относительная высота сжатой зоны:
В крайних пролетах:
На первой промежуточной опоре:
В средних пролетах и на средних опорах:
Для армирования плиты принимаем основную рулонную сетку С1 с
продольным расположением рабочих стержней Ǿ5 B500 с шагом 125 мм (As1= 157 мм2/м); в крайнем пролете
и над первой промежуточной опорой укладываем сетку С2 с рабочими стержнями Ǿ5
B500 с шагом 150 мм (As1= 131 мм2/м); тогда общая площадь сечения рабочих
стержней сеток С1 и С2 составит As1+Аs2
=157+131=288 мм2/м>278мм2/м. Распределительные стержни
сеток С1 и С2 принимаем Ǿ3 B500 с шагом 350
мм.
2.5 Расчёт и
конструирование второстепенной балки
2.5.1
Определение усилий во второстепенной балке
Расчетная схема второстепенной балки принимается в виде
многопролётной неразрезной балки с расчетными пролетами:
в крайнем пролете - от середины площадки
опирания второстепенной балки на стену до грани ближайшей главной балки:
в средних пролетах - расстояние в свету между
гранями главных балок:
Расчетные нагрузки:
постоянная: 
временная: 
полная: 
Изгибающие моменты с учетом пластических деформаций:
в крайнем пролете
на первой промежуточной опоре
в средних пролетах и на средних опорах
В средних пролетах балки могут возникать отрицательные моменты от
невыгодного расположения временных нагрузок в смежных пролетах.
Тогда
в сечении 6 на расстоянии 
справа от опоры В изгибающий момент при β=-0,038:
в сечении 7 на расстоянии 
изгибающий момент при β=-0,021:
2.5.2 Подбор
продольной арматуры
Производится для четырех расчетных нормальных сечений балки:
в крайнем пролете, на первой промежуточной опоре, в среднем пролете и на
средней опоре. На действие положительных изгибающих моментов принимается
тавровое сечение балки с шириной полки
поэтому принимаем 
На действие отрицательных моментов на опорах и в пролетах
принимается прямоугольное сечение 
в растянутой зоне, а ребро - в сжатой зоне сечения.
Крайний пролет
Предварительно полагаем, что диаметр продольных стержней будет d ≤25мм при однорядном расположении. Защитный слой
бетона должен быть не менее 20мм и не менее d.
Рабочая высота сечения:
Проверяем условие в предположении отсутствия сжатой
арматуры:
условие удовлетворяется, следовательно, нижняя граница
располагается в полке и сечение рассчитывается как прямоугольное с шириной
Граничная относительная высота сжатой зоны:
Принимаем 2 Ш28 A 500 
Средний пролет
Рабочая высота сечения 
принимаем 2 Ш22 A 500 
На действие отрицательного момента 
в среднем пролете:
принимаем 2 Ш14 A 500 
Первая промежуточная опора
Средняя опора
Количество и диаметр надопорных стержней установим в процессе
конструирования балки.
2.5.3 Расчет
прочности наклонных сечений
Расчетные величины поперечных сил:
на крайней опоре А:
на первой промежуточной
опоре слева:
то же справа и на средних
опорах:
Расчет по бетонной полосе между наклонными сечениями
условие выполняется, следовательно прочность сжатой бетонной
полосы между наклонными трещинами обеспечена.
Расчет на действие поперечных сил
Сечение у опоры В слева
ребуемую интенсивность хомутов определяем:
Условие выполняется.
Максимальный допустимый шаг хомутов у опоры В слева
Шаг хомутов у опоры не должен превышать
, а в пролете - 
. Принимаем у опоры В слева шаг хомутов 
, а в пролете - 
. Тогда требуемая площадь сечения хомутов
Принимаем в сечении два хомута Ш8 A 500 
).
Фактическая интенсивность поперечного армирования составляет:
у опоры
в пролете
Следовательно, значения не корректируем.
Для унификации каркасов принимаем и у опоры А шаг хомутов 150 мм. Сечение
у опоры В справа
То требуемую интенсивность хомутов определяем:
Проверяем условие
Следовательно, значения не корректируем.
Максимально допустимый шаг хомутов у опоры В слева
Принимаем у опры В справа (и у остальных средних опор) шаг хомутов
а в пролетах - . Тогда требуемая площадь сечения хомутов:
Принимаем в сечении два хомута Ш8 A 500 ).
Фактическая интенсивность поперечного армирования составляет:
у опоры
в пролете
Следовательно, значения не корректируем.
Подбор поперечной арматуры у опоры В справа и у опоры С
производится в той же последовательности. Поскольку поперечная сила 
а остальные расчетные параметры не
изменились, то принимаем поперечные стержни Ш6 A-400 с шагом 150 мм на приопорных участках длиной 1,6 м и шагом
250 мм на остальной части пролета.
2.5.4
Конструирование второстепенной балки
Армирование в пролете балки принимаем в виде плоских сварных
каркасов, на опорах - в виде плоских горизонтальных сеток.
В крайнем пролете принято два каркаса, в каждом по два
рабочих продольных стержня Ш28 A500; в средних пролетах также два каркаса, в
каждом по одному рабочему стержню Ш22 A500; верхние продольные стержни каркасов
Ш14 A500.
Поперечные стержни каркасов (хомуты) приняты в соответствии с
вышеприведенным расчетом прочности наклонных сечений: в крайних пролётах -
Ш8A500; в средних - Ш6A500
Длина арматурных каркасов в пролетах второстепенной балки
будет составлять:
В крайних пролетах
В средних пролетах
Над опорой В требуемая площадь сечения рабочей арматуры в одной
сетке С1 на 1 м ширины полки балки:
Принимаем сетку С1 с поперечным расположением рабочих стержней Ш6
A500 с шагом 125 мм 
и продольными распределительными
стержнями Ш3 В500 с шагом 350 мм. Обе сетки С1 сдвигаются относительно друг
друга на 
и 
пролета в каждую сторону от оси опоры. Тогда требуемая ширина
сетки С1 составит:
Фактическая ширина сетки С1 при шаге продольных стержней 350 мм и
длине свободных концов поперечных стержней по 25 мм составит
На промежуточных опорах С, D и Е принимаем по две сетки С2, также
сдвинутых относительно друг друга на и пролета в каждую сторону от оси опоры.
Требуемая площадь сечения рабочей арматуры в одной сетке С2 на 1 м ширины полки
балки
Принимаем в сетке С2 поперечные рабочие стержни Ш6A500 с шагом 150
мм 
и продольные распределительные Ш3 В500 с
шагом 350 мм; ширина сетки С2 будет такой же, как и сетки С1, т.е.3900 мм.
Список
использованных источников
1. Заикин А.И., Кришан А.Л. учебное пособие "Расчет железобетонных
конструкций многоэтажных промышленных зданий" - Магнитогорск: ГОУ ВПО
"МГТУ", 2010. - 145 с.
. СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. М.,
2003.
. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М., 1985.
. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. М., 1985.
. Пособие по проектированию предварительно напряженных
железобетонных конструкций из тяжелого и легкого бетона /ЦНИИпромзданий, НИИЖБ.
М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.
. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций
из тяжелых и легких бетонов (без предварительного напряжения) /ЦНИИпромзданий,
НИИЖБ. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989.
. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное
пособие / Под ред.А.Б. Голышева. Киев: Будивельник, 1990.
. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий
курс.5-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1991.