Проектирование монолитных ребристых перекрытий многоэтажных производственных зданий
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего
профессионального образования
"Сибирская
государственная автомобильно - дорожная академия
(СибАДИ)"
Кафедра
«Строительные конструкции»
Курсовая
работа на тему
«Проектирование
монолитных ребристых перекрытий многоэтажных производственных зданий»
по
дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции»
Омск-2014
1. Разработка конструктивной схемы монолитного
перекрытия
Ребристое монолитное перекрытие состоит из
главных, второстепенных балок и плиты, монолитно-соединенных в единую
конструкцию. Расчетная нагрузка, действующая на перекрытие, воспринимается
плитой, которая передает ее в виде распределенной погонной нагрузки на
второстепенные балки. Последние передают нагрузку в виде сосредоточенных сил на
главные балки, которые, в свою очередь, распределяют ее на колонны и на несущие
наружные стены.
Привязку, шаг разбивочных осей и направления
главных балок необходимо принимать аналогично привязке, шагу осей и
расположению ригелей сборного варианта перекрытия. Конструктивная схема
монолитного перекрытия с основными размерами приведена на рис. 1.
Пролеты главных и второстепенных балок
определяются сеткой колонн. Расстояние l3
между второстепенными балками принимается одинаковым по ширине здания в
пределах 1,5…2,0 м. Для обеспечения работы плиты по балочной схеме расстояние
между второстепенными балками не должно превосходить 1\3 их пролета l1.
Принимаю:
Толщина плиты назначается в пределах
6….8 см. Принимаю: hпл=8см.
Высота второстепенных балок с учетом
толщины плиты определяется из условия:
Высота главных балок должна быть больше, чем
высота второстепенных балок и определяется из условия:
Ширина балок принимается равной
0,4…0,5 их высоты.
Размер поперечного сечения балок
округляется до унифицированных размеров, кратных модулю 2 см: 
Длина опирания элементов монолитного перекрытия
на стену должна быть кратной размерам кирпича и принимается:
- для монолитной плиты 12 см;
- для второстепенной балки 25 см;
- для главной балки 28 см.
2.
Расчет и конструирование плиты
.1. Расчетные пролеты и нагрузки
При соотношении 
расчетная
схема плиты представляет собой многопролетную неразрезную балку, ля расчета
которой вырезают полосу шириной 1 м вдоль короткой стороны.
Расчетные пролеты плиты принимаются
равными:
а) расстояние в свету между
второстепенными балками:
б) расстояние в свету между
второстепенной балкой и стеной, увеличенному на половину длины опирания плиты:
Для определения расчетной нагрузки
на плиту используются данные табл.4[1]:
где 
- расчетная нагрузка на плиту
сборного варианта, кН/м2;
- нормативная нагрузка от
собственной массы сборной плиты, кН/м2;
- расчетная нагрузка от собственной
массы монолитной плиты, кН/м2;
где h - толщина плиты
в метрах;
- плотность железобетона;
- коэффициент надежности по
нагрузке.
Расчетная нагрузка на 1 п.метр
пролета плиты численно равна нагрузке на 1 м2.
.2 Статический расчет
Изгибающие моменты в неразрезных балочных плитах
при пролетах, отличающихся не более чем на 20%, определяют с учетом
перераспределения и выравнивания пролетных и опорных моментов
Моменты в крайнем пролете и над первой
промежуточной опорой, кН×м:
Моменты в средних пролетах и над
средними промежуточными опорами, кН×м:
Определение поперечных сил и расчет
плит на поперечную силу не производят ввиду достаточной несущей способности
наклонных сечений сплошных плит.
арматура балка рулонный сетка
2.3 Конструктивный расчет
Для монолитных ребристых перекрытий
рекомендуется применять бетон классов В15…В20. Принимаю класс бетона В20.
Армирование монолитной плиты выполняется сетками
с рабочей арматурой классов Вр-1 (диаметром 3…5 мм) и А-III
(диаметром более 5 мм) и распределительной класса Вр-1.
Подбор продольной арматуры в плите производится
по опорным и пролетным изгибающим моментам как для балки прямоугольного сечения
с шириной равной b=100 см и
высотой h=hпл=8см.
Рабочая высота плиты, см:
0=h - a = 8-1,5= 6,5 см
где а=1,5 см - расстояние от центра тяжести
арматуры до ближайшей грани сечения.
Конструктивный расчет для крайнего пролета:
По таблице 7 [1] определяется
относительное плечо поперечной силы ν = 0,97.
Определяем требуемую площадь рабочей
арматуры, см2 для участка плиты протяженностью 1 м:
Конструктивный расчет производим для
среднего пролета:
Определяем требуемую площадь рабочей
арматуры, см2 для участка плиты протяженностью 1 м:
По требуемой площади рабочей
арматуры по таблице принимаются марки сеток [4] в соответствии с принятым
вариантом армирования.
.4 Армирование плит
Плиты монолитных ребристых перекрытий
армируют плоскими или рулонными сетками:
а) с продольным положением рабочей
арматуры;
б) с поперечной рабочей арматурой.
.4.1 Первый вариант армирования
В первом варианте плита армируется
рулонными сетками. По требуемой площади арматуры в средних пролетах и над
средними промежуточными опорами подбирается сетка С-1 с продольной арматурой,
которая раскатывается поперёк направления второстепенных балок с размещением по
толщине плиты в соответствии с эпюрой изгибающих моментов.
В средних пролетах и над средними
промежуточными опорами принимается рулонная сетка с продольными рабочими
стержнями Ø5 Вр-1,
размещенными с шагом 200мм. Имеющая площадь сечения стержней на 1м ширины
сетки, наиболее близкую к требуемой.
где 0,196- площадь сечения Ø5 (по
таблице).
Распределительная поперечная
арматура принимается минимального диаметра с максимальным шагом: Ø3Вр-1-400
мм.
Длина монолитной плиты:
При перепуске при стыке сеток в
нерабочем направлении не более чем на 50мм [3, п.5.41] и числе сеток в
количестве 20 штук ширина сетки назначается:
Принимаю 1600мм.
В крайнем пролете и над первой
промежуточной опорой моменты больше, чем в средних пролетах. Поэтому в среднем
пролете и над первой промежуточной опорой раскладывается дополнительная сетка
С-2. С точки зрения технологичности предпочтительнее принимать сетку С-2 с
поперечной рабочей арматурой.
Марка сетки С-2 подбирается по
разности площадей арматуры. Сетка С-2 раскатывается в крайнем пролете и над
первой промежуточной опорой вдоль второстепенной балки.
Добавочная сетка С-2 назначается по
площади:
Поперечная рабочая арматура сетки
С-2 достаточна в виде Ø3Вр-1-300
Продольная распределительная
арматура Ø3Вр-1 с
шагом 500 мм.
Ширина сетки С-2 назначается по
величине:
Принимаю 2000мм.
Фактическая площадь рабочих стержней на 1м
ширины плиты в крайнем пролете:
2.4.2 Второй вариант армирования
Во втором варианте армирование может
производится как рулонными, так и плоскими сетками.
По требуемой площади рабочей арматуры в крайнем
пролете и над первой промежуточной опорой принимаются сетки С-1 и С-2 с
поперечной рабочей арматурой. По требуемой площади рабочей арматуры для
среднего пролета принимаются сетки С-3 и С-4 с поперечной рабочей арматурой.
Ширина сеток выбирается в соответствии с требованиями, приведенными на рисунке
4. Рулонные сетки раскладываются вдоль второстепенных балок.
В крайнем пролете и над первой промежуточной
опорой принимаются рулонные сетки С-1 и С-2 с поперечным расположением рабочей
арматуры Ø4Вр1 с шагом 100 мм
и площадью сечения стержней:
Ширина сетки С-1 назначается по
величине:
Принимаю 1600мм.
При минимальной продольной арматуре Ø3Вр-1 с
шагом 400 мм:
Ширина сетки С-2 назначается по
величине:
Принимаю 1000 мм. При минимальной
продольной арматуре Ø3Вр-1 с
шагом 500 мм.
В средних пролетах и над средними
опорами принимаются рулонные сетки С-3 и С-4 с поперечным расположением рабочей
арматуры Ø4Вр-1 с
шагом 150мм и площадью сечения стержней:
Ширина сетки С-3 назначается по
величине:
Принимаю 1600 мм. При минимальной
продольной арматуре Ø3Вр-1 с
шагом 400 мм.
,
Ширина сетки С-4 назначается по
величине:
Принимаю 1000 мм. При минимальной
продольной арматуре Ø3Вр-1 с
шагом 500 мм.
3. Расчет и конструирование второстепенной балки
.1 Расчетные пролеты и нагрузки
Расчетная схема второстепенной балки
представляет собой неразрезную балку, опирающуюся на поперечные стены здания и
главные балки.
Расчетные пролеты второстепенной балки равны:
а) в крайнем пролете - расстоянию от грани
главной балки до середины опирания второстепенной на стену:
6000-170+250-200=5880 мм;
б) в среднем пролете - расстоянию в свету между
главными балками:
-340=5660 мм.
Нагрузка на 1 погонный метр второстепенной балки
собирается с полосы шириной, равной шагу второстепенных балок с добавлением
нагрузки от собственной массы ребра второстепенной балки:
где 
- расчетная нагрузка на плиту,
кН/м2;
- шаг второстепенных балок, м;
- ширина ребра второстепенной балки,
м;
- высота ребра второстепенной
балки, м;
- плотность железобетона;
Расчетная временная нагрузка, кН/м:
Расчетная постоянная нагрузка:
Построение огибающей эпюры моментов
производится в зависимости от соотношения расчетных временной и постоянной
нагрузок:
.2 Статический расчет
Изгибающие моменты во второстепенных
балках при пролетах, отличающихся не более чем на 20%, вычисляются с учетом
перераспределения и выравнивания пролетных и опорных моментов.
Ординаты огибающей эпюры моментов
определяются для четырех расчетных сечений по формуле:
Расчет поперечных сил для среднего и
крайнего пролетов:
.3 Конструктивный расчет второстепенной балки
По изгибающей эпюре моментов в сечении II-II
из условия образования пластичного шарнира, при котором α0=0,289
уточняем размеры сечения второстепенной балки.
где 
- призменная прочность бетона, МПа;
- ширина сечения второстепенной
балки, м.
Тогда высота балки с учетом плиты
будет равна
где 
- расстояние от растянутой грани
сечения до центра тяжести растянутой арматуры.
Для соблюдения соотношения размеров bвб и *hвб:
bвб=0,4…0,5×hвб≈18см
Проверка условия достаточности
принятых размеров балки для восприятия наклонных сжимающих усилий:
Принимаю: 
Подбор рабочей арматуры класса А-III в четырех
расчетных сечениях
Сечения I-I и IV-IV рассчитываются
на положительные моменты как тавровые с полкой в сжатой зоне. Ширина полки
таврового сечения 
при 
принимается
равной расстоянию между второстепенными балками, т.е. 
.
В данном случае 
, значит 
.
Сечение I-I:
Расчетная высота сечения при
двурядной арматуре, см
Определение положения нейтральной
оси:
Сечение рассчитывается как
прямоугольное с шириной 
.
Находим моментный коэффициент:
По табл.7[1] определяется
относительное плечо внутренней пары сил ν = 0,985.
Требуемая площадь арматуры, см2
Принимаю 2Ø20 А-III с
Афs = 6,28 см2.
Сечение IV-IV:
Рабочая высота сечения при
однорядной арматуре, см
.
Определение положения нейтральной
оси:
Сечение рассчитывается как
прямоугольное с шириной .
Находим моментный коэффициент
По табл.7[1] определяется
относительное плечо внутренней пары сил ν = 0,99.
Требуемая площадь арматуры, см2
Принимаю 2Ø16 А-III с
Афs = 4,02 см2.
Сечение II-II:
Сечения II-II и III-III
рассчитываются на отрицательные моменты как прямоугольные с шириной сечения,
равной 
Рабочая высота сечения, см
Находим моментный коэффициент:
По табл.7[1] определяется
относительное плечо внутренней пары сил ν = 0,845.
Требуемая площадь арматуры, см2
В сечение II-II подбираются две
рулонные сетки с поперечной рабочей арматурой классов Вр-1 или А-III по
требуемой площади для одной сетки:
Принимаю рулонную сетку с
поперечными рабочими стержнями Ø14 А-III с шагом 200 мм.
Ширина сетки С-5 принимаем 3500мм:
Распределительная продольная
арматура принимается 34 Вр-1 с шагом 500мм.
Марка сетки С-5
Сечение III-III Рабочая
высота сечений
Определения положения нейтральной
оси:
По табл.7[1] определяется относительное плечо
внутренней пары сил ν = 0,925
Принимаю 2Ø14 А-III с Афs = 3,08 см2.
.3.1 Расчет прочности наклонных
сечений
Расчет поперечной арматуры ведется
для наклонных сечений с максимальной поперечной силой. Из условия свариваемости
с продольной арматурой в вертикальных каркасах [1, табл.9] назначается
минимальный диаметр поперечных стержней dw=6 мм.
Назначается шаг поперечных стержней,
см, максимально возможный из конструктивных требований [1, рис. 5], но не более
где h0 - расстояние от нижней грани
до центра тяжести верхней рабочей арматуры; 
= 2 - для тяжелого бетона; Q - поперечная
сила, Н.
Из конструктивных требований
Принимаю 
=120мм; 
=285мм, 
Определяю погонное усилие
воспринимаемое хомутами:
где 
=0,6 - для тяжелого бетона;
Условие выполняется.
Определяется величина поперечной
силы, Н, воспринимаемой хомутами и бетоном в наклонном сечении:
Условие выполняется.
Прочность наклонных сечений по изгибающему
моменту обеспечена при условии надлежащей анкеровки продольных стержней на
свободных опорах [1, п.3.4.5] и заведения обрываемых стержней за места теоретического
обрыва, согласно эпюре материалов на длину 
.
Прочность наклонной полосы между трещинами на
действие главных сжимающих напряжений проверяется согласно условию:≤ 0,3
· φw1
· φb1
· Rb ·b· h0 ·100
Коэффициент φw1,
учитывающий влияние хомутов, определяется по формуле:
φw1=1+5·α·μw
но не более 1,3
α = Es / Eb = 200000
/ 24000 = 8,33;
μw = Asw / b·s =
0,283 / 18 ·12 = 0,001
φw1 = 1+5·8,33·0,001
= 1,04 < 1,3
φb1 = 1 - β
· Rb = 1 - 0,01 · 10,35 = 0,89
где β
= 0,01 - для тяжелого бетона- призменная прочность бетона, МПа≤ 0,3 · 1,04
· 0,89 · 10,35 ·18 · 38 ·100 = 196581 Н
,220 кН < 196,581
кН
Принимаю хомуты Ø5
Вр-1 с Аs=0,196см2, шаг 150мм.
Список литературы
1.
Проектирование сборных железобетонных плит перекрытий многоэтажных
производственных зданий: Методические указания к курсовому проекту по
железобетонным конструкциям / Сост. В.И. Саунин, В.Г. Тютнева.- Омск; СибАДИ,
2007.
.
Проектирование сборных железобетонных ригелей и колонн многоэтажных
производственных зданий: Методические указания к курсовому проекту по
железобетонным конструкциям / Сост. В.И. Саунин, В.Г. Тютнева.- Омск; СибАДИ,
2007.
.
СНиП 2.03.01-84.Бетонные и железобетонные конструкции. М. , Стройиздат, 1985.
4.
ГОСТ 23279-85 (1987). Сетки арматурные сварные для железобетонных конструкций и
изделий. - М.: Госстрой СССР, 1987.
.
Методические указания. Проектирование монолитных ребристых перекрытий
многоэтажных производственных зданий: Методические указания к курсовому проекту
по железобетонным конструкциям / Сост. В.И. Саунин, В.Г. Тютнева.- Омск;
СибАДИ, 2007.