Проект конструктивной схемы здания
Содержание
1.
Исходные данные
.
Выбор и обоснование конструктивной схемы здания
.
Расчет монолитной плиты
.1
Выбор расчетной схемы и расчетного сечения
.2
Статический расчет плиты
.3
Конструктивный расчет плиты
.4
Конструирование плиты
.
Расчет и конструирование второстепенной балки
.1
Выбор расчетной схемы и расчетного сечения
.2
Статический расчет второстепенной балки
.3
Конструктивный расчет сечений
.
Расчет и конструирование главной балки
.1
Выбор расчетной схемы и расчетного сечения
.2
Статический расчет главной балки
.3
Конструктивный расчет главной балки
.
Расчет второстепенных балок на отрыв
Список
литературы
1. Исходные данные
|
Временная
нагрузка на перекрытие
|
5
кН/м2
|
|
Вес
пола
|
0,5
кН/м2
|
|
Высота
этажа
|
3,4
м
|
|
Район
строительства
|
г.
Волгоград
|
|
Число
этажей
|
4
|
|
Размеры
здания в свету
|
|
Длина
|
34
м
|
|
Ширина
|
12,2
м
|
2. Выбор и обоснование
конструктивной схемы здания
Принимаем каркасно-оболочковую систему здания с
шарнирным опиранием элементов перекрытия на наружные стены. При этом решении
ветровая нагрузка воспринимается наружными стенами, а перекрытие воспринимает
только вертикальные нагрузки. Направление главных балок принимаем поперечным
ввиду преимуществ перед продольным расположением.
Ребристое перекрытие с балочными плитами состоит
из плиты, работающей в коротком направлении, второстепенных и главных балок.
Все элементы монолитно связаны между собой и выполнены из бетона В15.
Предварительно принимаем размеры элементов:
Колонна 400х400 (мм)
Длина главной балки lmb
= 6300 (мм)
Длина второстепенной балки lsb
= 6880 (мм)
Высота главной балки hmb
= 
lmb
= 600 (мм)
Высота второстепенной балки hsb
= 
lsb
= 400 (мм)
Ширина главной балки bmb
= (0,3÷0,5) hmb
= 300 (мм)
Ширина второстепенной балки bsb
= (0,3÷0,5) hsb
= 200 (мм)
Шаг второстепенных балокSsb.ср
= 1520 (мм), Ssb.кр
= 1540 (мм)
Опирание балок lsup,mb
= 200 (мм), lsup,sb
= 200 (мм)
Рис. 1. Компоновочная схема здания
3. Расчет монолитной плиты
.1 Выбор расчетной схемы и
расчетного сечения
Плита перекрытия балочная, т.к. выполняется
условие
Балочная плита работает в коротком
направлении и рассчитывается как многопролетная неразрезная балка.
Для расчета плиты вырезаем полоску
шириной bs =1м в
крайнем и среднем пролетах здания и определяем необходимые геометрические
данные.
Рис. 2. Определение расчетных длин
Принимаем толщину плиты hs = 60 (мм).
Плита загружена равномерно
распределенной нагрузкой и рассчитывается на основное сочетание нагрузок.
Ширина грузовой площади А = 1 (м).
Таблица
1
Сбор нагрузок на плиту
|
Вид
нагрузки
|
Подсчет
|
Нормативная
нагрузка, кН/м2
|
Коэффициент
надежности по нагрузке, γf
|
Расчетная
нагрузка, кН/м2
|
|
Постоянная:
|
|
1.
Собственный вес пола
|
0,5*1
|
0,5
|
1,3
|
0,65
|
|
2.
Собственный вес плиты
|
0,06*1*25
|
1,5
|
1,1
|
1,65
|
|
Итого
постоянные
|
|
gн
= 2
|
|
g = 2,3
|
|
Временная:
|
|
1.
Полезная
|
5*1
|
5
|
1,2
|
6
|
|
Итого
временные
|
|
vн
= 5
|
|
v = 6
|
|
Полная
нагрузка
|
|
qн
= 7
|
|
q = 8,3
|
3.2
Статический расчет плиты
Рис. 3. Эпюры моментов в крайнем и
среднем пролетах здания
Для среднего пролета здания изгибающие моменты в
средних пролетах плиты под влиянием распоров, возникающих за счет окаймления
плиты по контуру монолитно связанными балками, уменьшаются на 20%.
Величину поперечных сил не определяем, ввиду
того что тонкие плиты проектируем без постановки поперечной арматуры и
выполняются требуемые условия.
3.3 Конструктивный расчет плиты
Расчетные характеристики материалов принимаем по
таблицам [1]:
Класс бетона: В15
Арматура: В500
Проверяем высоту сечения плиты.
Задаемся 
Для плиты а = 15 (мм)
Принимаем 
Определяем площадь арматуры.
Сечение 1-1
Сечение 2-2
Сечение 3-3
3.4 Конструирование плиты
Применяем непрерывное армирование.
Плита армируется одной сеткой, которую подбираем по усилиям в средних пролетах.
В крайних пролетах устанавливаем дополнительную сетку.
В крайнем пролете:
Аs, доп = Аs1тр - Аs, 1ф = 0,921 -
0,63 = 0,291 (см2)
В среднем пролете:
Аs, доп = Аs1тр - Аs, 1ф = 0,921 -
0,63 = 0,291 (см2)
Рис. 4. Армирование плиты
Рис. 5. Схема раскладки сеток
Раскладка сеток:
Для крайнего пролета здания:
Принимаем 1700х4 = 6800 (мм), тогда
lнахл1 = 70 (мм), lнахл2 = 80 мм, lнахл3 = 70
(мм).
Для среднего пролета здания:
Принимаем 1700х4 = 6800 (мм), тогда
lнахл1 = 70 (мм), lнахл2 = 80 мм, lнахл3 = 70
(мм).
4. Расчет и конструирование
второстепенной балки
4.1 Выбор расчетной схемы и
расчетного сечения
В расчетном отношении второстепенная балка
представляет собой многопролетную неразрезную равнопролетную или с
отличающимися пролетами менее 20% балку, загруженную равномерно распределенной
нагрузкой. Ширина грузовой площади Агр = Ssb=1540
(мм).
Таблица
2
Сбор нагрузок на второстепенную балку
|
Вид
нагрузки
|
Подсчет
|
Нормативная
нагрузка, кН/м2
|
Коэффициент
надежности по нагрузке, γf
|
Расчетная
нагрузка, кН/м2
|
|
Постоянная:
|
|
1.
Собственный вес пола
|
0,5*1,54
|
0,77
|
1,3
|
1,001
|
|
2.
Собственный вес плиты
|
0,06*1,54*25
|
2,31
|
1,1
|
2,541
|
|
3.
Собственный вес ребра
|
(0,4
-0,06)*0,2*25
|
1,7
|
1,1
|
1,87
|
|
Итого
постоянные
|
|
gн
= 4,78
|
|
g = 5,412
|
|
Временная:
|
|
1.
Полезная
|
5*1,54
|
7,7
|
1,2
|
9,24
|
|
Итого
временные
|
|
vн
= 7,7
|
|
v = 9,24
|
|
Полная
нагрузка
|
|
qн
= 12,48
|
|
q = 14,652
|
Расчетные сечения второстепенной балки
принимаются: в пролете - таврового сечения, на опоре - прямоугольного, так как
работа бетона в растянутой зоне не учитывается.
Рис. 6. Расчетные сечения второстепенных балок
4.2 Статический расчет
второстепенной балки
Огибающую эпюру моментов второстепенной балки
строят для двух схем загружения:
1) Полная нагрузка 
в нечетных
пролетах и условная постоянная нагрузка 
в четных;
2) Полная нагрузка в четных
пролетах и условная постоянная нагрузка в нечетных.
Огибающая эпюра моментов строится с
учетом соотношения
Рис. 7. Эпюры усилий во
второстепенных балках
Таблица
3
|
Пролет
|
№
|
Сечения
|
Коэффициенты
|
Формула
|
Изгибающие
моменты
|
|
|
|
+β
|
-β
|
|
+М
|
-М
|
|
Крайний
|
0
|
0
|
0
|
-
|
 0-
|
|
|
|
1
|
0,2 0,065
|
-
|
|
41,86
|
-
|
|
|
2
|
0,4 0,09
|
-
|
|
57,97
|
-
|
|
|
Mmax
|
0,4250,091
|
-
|
|
58,61
|
-
|
|
|
3
|
0,60,075
|
-
|
|
48,30
|
-
|
|
|
4
|
0,80,02
|
-
|
|
12,88
|
-
|
|
|
5
|
-
|
0,0715
|
|
-
|
46,05
|
|
|
Средний
|
6
|
0,2 0,018
|
0,0277
|
 11,4217,57
|
|
|
|
|
7
|
0,4 0,058
|
0,0055
|
|
36,79
|
3,49
|
|
|
l/2
|
0,50,0625
|
-
|
|
39,65
|
-
|
|
|
8
|
0,60,058
|
0,0025
|
|
36,79
|
1,59
|
|
|
9
|
0,80,018
|
0,0217
|
|
11,42
|
13,77
|
|
|
10
|
-
|
0,0625
|
|
-
|
39,65
|
|
|
Средний
|
11
|
0,20,018
|
0,0207
|
11,4213,13
|
|
|
|
|
12
|
0,40,058
|
0,0036
|
|
36,79
|
2,28
|
|
|
l/2
|
0,50,0625
|
-
|
|
39,65
|
-
|
|
|
13
|
0,60,058
|
+0,0011
|
|
36,79
|
+0,7
|
|
|
14
|
0,80,018
|
0,0207
|
|
11,42
|
13,13
|
|
|
15
|
-
|
0,0625
|
|
-
|
39,65
|
|
4.3 Конструктивный расчет сечений
Расчет продольной арматуры
проводится по пяти сечениям, расположенных в двух пролетах.
Расчетные характеристики материалов
принимаем по таблицам [1]:
Класс бетона: В15
Арматура: А400 
, А240
.
Рабочая высота сечения:
Проверяем высоту сечения балки.
Задаемся 
Принимаем 
Подбираем рабочую арматуру в
расчетных нормальных сечениях:
) в первом (I-I) и среднем (IV-IV)
пролетах как для таврового сечения;
) на первой промежуточной опоре
(II-II) и средних опорах (V-V) как для прямоугольного сечения;
) на действие отрицательного момента
в средних пролетах (III-III) как для прямоугольного сечения.
Сечение I-I
Принимаем высоту сжатой зоны х = hf`. Момент,
воспринимаемый полкой:
Нейтральная ось находится в полке:
расчет ведем как для прямоугольного сечения с шириной 
.
Принимаем 2Ø14 Аs = 3,08 (см2), 2Ø12 Аs = 2,26 (см2).
Аф = 5,34 (см2).
Сечение II-II
Принимаем 3Ø14 Аs = 4,62 (см2).
Сечение III-III
Принимаем 2Ø10 Аs = 1,57 (см2).
Сечение IV-IV
Принимаем 2Ø10 Аs = 1,57 (см2), 2Ø12 Аs = 2,26 (см2).
Аф = 3,83 (см2).
Сечение V-V
Принимаем Ø14 Аs = 1,539 (см2), 2Ø12 Аs = 2,26 (см2).
Аф = 3,799 (см2).
Расчет по наклонным сечениям на действие
поперечной силы.
Расчет выполняем для наибольшей
поперечной силы 
Обеспечение прочности на действие
поперечной силы по наклонной полосе между наклонными трещинами:
Условие выполняется.
Задаемся dsw из условия
сварки:
; dsw ≥ 6
(мм)
Принимаем 2Ø6 А240.
Шаг стержней в приопорной зоне
принимается Ssw < h/2 = 200
(мм), Ssw<300(мм).
В пролете: Ssw,пр < 3h/4 = 300
(мм).
Ssw,
max = Rbt *b*h02/Q
Принимаем Ssw = 200 (мм).
Проверяем условие:
qsw ≥ 0,25Rbtb
Следовательно, поперечную силу
учитываем в расчете.
Принимаем с0 = 0,72 (м).
Поперечная сила, воспринимаемая
поперечной арматурой:
конструктивный каркасный
оболочковый здание
Поперечная сила, воспринимаемая
бетоном:
Условие выполняется.
Условие выполняется.
Построение эпюры материалов и расчет
длины анкеровки
Сечение I-I
Принятая арматура: 2Ø14 Аs = 3,08 (см2), 2Ø12 Аs = 2,26 (см2).
Аф = 5,34 (см2).
Момент, воспринимаемый 4 стержнями
арматуры:
Обрываем 2 стержня Ø12.
Момент, воспринимаемый оставшимися
стержнями арматуры:
Обрываемая арматура анкеруется в
бетон на величину:
Принимаем Wл = 295 (мм).
Принимаем Wпр = 330 (мм).
Сечение II-II
Принятая арматура: 3Ø14 Аs = 4,62 (см2).
Момент, воспринимаемый 3 стержнями
арматуры:
Обрываем 1 стержень Ø14.
Момент, воспринимаемый оставшимися
стержнями арматуры:
Обрываемая арматура анкеруется в
бетон на величину:
Принимаем Wл = 660 (мм).
Принимаем Wпр = 500 (мм).
Сечение III-III
Принятая арматура: 2Ø10 Аs = 1,57 (см2).
Момент, воспринимаемый стержнями
арматуры:
Обрываем 2 стержня Ø14.
Обрываемая арматура анкеруется в
бетон на величину:
Принимаем Wл = 565 (мм).
Принимаем Wпр = 380 (мм).
Обрываем 2 стержня Ø14.
Обрываемая арматура анкеруется в
бетон на величину:
Принимаем Wл = 417 (мм).
Принимаем Wпр = 422 (мм).
Сечение IV-IV
Принятая арматура: 2Ø10 Аs = 1,57 (см2), 2Ø12 Аs = 2,26 (см2).
Аф = 3,83 (см2).
Момент, воспринимаемый 4 стержнями
арматуры:
Обрываем 2 стержня Ø10.
Момент, воспринимаемый оставшимися
стержнями арматуры:
Обрываемая арматура анкеруется в
бетон на величину:
Принимаем Wл = 250 (мм).
Принимаем Wпр = 246 (мм).
Сечение V-V
Принятая арматура: Ø14 Аs = 1,539 (см2), 2Ø12 Аs = 2,26 (см2).
Аф = 3,799 (см2).
Момент, воспринимаемый 4 стержнями
арматуры:
Обрываем стержень Ø14.
Момент, воспринимаемый оставшимися
стержнями арматуры:
Обрываемая арматура анкеруется в
бетон на величину:
Принимаем Wл = 570 (мм).
Принимаем Wпр = 382 (мм).
5. Расчет и конструирование главной
балки
5.1 Выбор расчетной схемы и
расчетного сечения
Расчетная схема главной балки представляет собой
неразрезную равнопролетную балку. Нагрузку, передаваемую второстепенными
балками на главную, учитывают в виде сосредоточенных сил без учета
неразрезности второстепенных балок.
Агр = lsb*
Ssb
=
6,88*1,54 = 10,6 (м2)
Таблица
4
Сбор нагрузок на главную балку
|
Вид
нагрузки
|
Подсчет
|
Нормативная
нагрузка, кН/м2
|
Коэффициент
надежности по нагрузке, γf
|
Расчетная
нагрузка, кН/м2
|
|
Постоянная:
|
|
1.
Собственный вес пола
|
0,5*10,6
|
5,3
|
1,3
|
6,89
|
|
2.
Собственный вес плиты
|
0,06*10,6*25
|
15,9
|
1,1
|
17,49
|
|
3.
Собственный вес ребра вт. балки
|
(0,4
-0,06)*0,2*6,88*25
|
11,7
|
1,1
|
12,87
|
|
4.
Собственный вес ребра гл. балки
|
(0,6
-0,06)*0,3*1,54*25
|
6,24
|
1,1
|
6,86
|
|
Итого
постоянные
|
|
gн
= 39,14
|
|
g = 44,11
|
|
Временная:
|
|
1.
Полезная
|
5*10,6
|
53
|
1,2
|
63,6
|
|
Итого
временные
|
|
vн
= 53
|
|
v = 63,6
|
|
Полная
нагрузка
|
|
qн
= 92,14
|
|
q = 107,71
|
Рис. 8. Расчетная схема главной балки
Расчетные сечения главной балки
принимаем в пролете таврового сечения с шириной полки 
, а на опоре
- прямоугольного сечения.
5.2 Статический расчет главной балки
Выполняется по таблицам Менша.
|
x/l
|
Изгибающие
моменты
|
+М
|
-М
|
|
α
|
MG
|
β
|
MP
|
-β
|
-MP
|
|
|
|
0.00
|
0.0
|
0.0
|
0.0
|
0.0
|
0.0
|
0.0
|
0.0
|
0.0
|
|
0.25
|
+0.2576
|
+70,445
|
0.3164
|
124,763
|
-0.0587
|
-23,147
|
195,208
|
47,298
|
|
0.50
|
+0.2653
|
+72,555
|
0.3826
|
150,867
|
-0.1174
|
-46,293
|
223,422
|
26,262
|
|
0.75
|
+0.0230
|
+6,29
|
0.1990
|
78,470
|
-0.1760
|
-69,4
|
84,76
|
-63,11
|
|
0.8648
|
-0.2025
|
-55,38
|
0.0
|
0.0
|
-0.2025
|
-79,85
|
-55,38
|
-135,23
|
|
1.00
|
-0.4688
|
-128,208
|
0.0
|
0.0
|
-0.4688
|
-184,857
|
-128,208
|
-313,065
|
|
Поперечные
силы
|
+Q
|
-Q
|
|
α
|
QG
|
β
|
QP
|
-β
|
- QP
|
|
|
|
I
|
1.0306
|
45,46
|
1.2653
|
80,473
|
-0,2347
|
-14,927
|
125,933
|
30,533
|
|
II
|
0.0306
|
1,35
|
0.5749
|
36,564
|
-0.5443
|
-34,617
|
37,914
|
-33,267
|
|
III
|
-0.9694
|
-42,76
|
0.1679
|
10,678
|
-1.1373
|
-72,332
|
-32,082
|
-115,092
|
|
IV
|
-1.9694
|
-86,87
|
0.000
|
0.000
|
-1.9694
|
-125,254
|
-86,87
|
-212,124
|
5.3 Конструктивный расчет главной
балки
Расчет продольной арматуры проводим по четырем
сечениям, расположенным в двух пролетах.
Расчетные характеристики материалов принимаем по
таблицам [1]:
Класс бетона: В15
Арматура: А400, А240.
Проверяем высоту сечения балки по
усилию, действующему по грани колонны:
Задаемся
Принимаем 
Рис. 9. Расчетные сечения главных
балок
Арматуру для пролетных участков, где действуют
положительные моменты, рассчитываем как для таврового сечения с полкой в сжатой
зоне.
Ширина сжатой зоны полки:
Подбираем рабочую арматуру в расчетных
нормальных сечениях.
) В пролете как для таврового сечения.
Нейтральная ось находится в полке:
расчет ведем как для прямоугольного сечения с шириной .
Принимаем 2Ø16 Аs = 4,02 (см2), 2Ø18 Аs = 5,09 (см2).
Аф = 9,11 (см2).
На действие отрицательного момента:
Принимаем 2Ø14 Аs
= 3,08 (см2).
Так как hmb
> 700 (мм), то устанавливаем дополнительную арматуру площадью:
Принимаем 2Ø10 Аs
= 1,57 (см2).
) На промежуточной опоре как для прямоугольного
сечения.
Принимаем 2Ø20 Аs = 6,28 (см2), 2Ø22 Аs = 7,6 (см2).
Аф = 13,88 (см2).
Расчет по наклонным сечениям на
действие поперечной силы.
Расчет выполняем для наибольшей
поперечной силы 
Обеспечение прочности на действие
поперечной силы по наклонной полосе между наклонными трещинами:
Условие выполняется.
Задаемся dsw из условия
сварки:
; dsw ≥ 6
(мм)
Принимаем 2Ø8 А240.
Шаг стержней в приопорной зоне
принимается Ssw < 
/2 = 370
(мм), Ssw<300(мм).
В пролете: Ssw,пр < 3/4 = 555
(мм).
Ssw,
max = Rbt *b*h02/Q
Принимаем Ssw = 300 (мм).
Проверяем условие:
qsw ≥ 0,25Rbtb
Следовательно, поперечную силу
учитываем в расчете.
Принимаем с0 = 1,48 (м).
Поперечная сила, воспринимаемая
поперечной арматурой:
Поперечная сила, воспринимаемая бетоном:
Условие выполняется.
Условие выполняется.
Построение эпюры материалов и расчет
длины анкеровки
Сечение I-I
Принятая арматура: 2Ø16 Аs = 4,02 (см2), 2Ø18 Аs = 5,09 (см2).
Аф = 9,11 (см2).
Момент, воспринимаемый 4 стержнями
арматуры:
Обрываем 2 стержня Ø16.
Момент, воспринимаемый оставшимися
стержнями арматуры:
Обрываемая арматура анкеруется в
бетон на величину:
Принимаем Wл = 1185
(мм).
Принимаем Wпр = 1090
(мм).
Верхняя арматура: 2Ø14 Аs = 3,08 (см2).
Сечение II-II
Принятая арматура: 2Ø20 Аs = 6,28 (см2), 2Ø22 Аs = 7,6 (см2).
Аф = 13,88 (см2)
Момент, воспринимаемый 4 стержнями
арматуры:
Обрываем 2 стержня Ø20.
Момент, воспринимаемый оставшимися
стержнями арматуры:
Обрываемая арматура анкеруется в
бетон на величину:
Принимаем Wл = 1954
(мм).
Принимаем Wпр = 1954
(мм).
Обрываем 2 стержня Ø22.
Обрываемая арматура анкеруется в
бетон на величину:
Принимаем Wл = 1966
(мм).
Принимаем Wпр = 1965
(мм).
6. Расчет второстепенных балок на
отрыв
На главную балку нагрузка передаётся через
сжатую зону на опоре второстепенной балки в средней части высоты главной балки.
Эта местная сосредоточенная нагрузка воспринимается поперечной арматурой
главной балки и дополнительными сетками в местах опирания второстепенных балок.
Расчет на отрыв производится по формуле:
F = G + V = 44,11 +
63,6 = 107,71 (кН).
Длина зоны, в пределах которой
устанавливается дополнительная сетка:
а = bsb + 2h1 = 200 +
2*393 = 986 ≈ 1000мм
h1 -расстояние
от уровня передачи отрывающей силы на элемент до центра тяжести сечения
продольной арматуры;
- сумма поперечных усилий,
воспринимаемых хомутами, устанавливаемыми дополнительно по длине зоны отрыва.
Подбираем поперечную (рабочую)
арматуру:
; 6Ø8 А240 
Список литературы
1. СП
52.101.2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного
напряжения арматуры.
2. СНиП
2.01.07-85* Нагрузки и воздействия.
. Халап
Н.Н. Проектирование монолитного ребристого перекрытия многоэтажного
промышленного здания с балочными плитами. Методические указания к курсовому
проекту.―
Волгоград,
2003.
. Байков
В.Н. Железобетонные конструкции: общий курс. ― М.:
Стройиздат, 1991.
5. Улицкий И.И. Железобетонные конструкции:
расчет и конструирование. ― Киев,
1972.
6. Мандриков А.П. Примеры расчета
железобетонных конструкций. ― М.:
Стройиздат, 1989.
. Евстифеев В.Г. Железобетонные и
каменные конструкции. В 2 ч.Ч.1. Железобетонные конструкции - М.: Издательский
центр «Академия», 2011.