Проектирование железобетонных конструкций многоэтажного промышленного здания

Проектирование железобетонных конструкций многоэтажного промышленного здания

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:

)главная балка;

)второстепенная балка;

)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 25÷30 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 hk×bk=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

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;

,1

,3

,1

С учетом коэффициента надежности по назначению здания =0,95g=2479,4х0,95=2355 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 Ø 5 В500 с Аs=1,37 см2 с шагом 125 мм. По прил. 9 [3] выбираем продольную монтажную арматуру Ø 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 Ø 6 В500 с Аs=1,98 см2 с шагом 125 мм. По прил. 9 [3] выбираем продольную монтажную арматуру Ø 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

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.

) 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 Ø 25 А300 с Аs=9,82 см2.

) Сечение во втором (среднем) пролете.

,

следовательно, =0,03; =0,985;

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

) Сечение на первой опоре.

; =0,767;

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

) На средних опорах сечение работает как прямоугольное.

; =0,806;

, по прил. 6 [3] принимаем 5 Ø 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

=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

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;

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;

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;

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 18×26,4 м и сетку колонн 6×6,6 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 hk×bk=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=3577,4×0,95×6=2,04т/м;

от веса ригеля сечением h*b h*b*ρ*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=8760×0,95×6=4,99 т/м);

-снеговая - Sg×=3200×1×6×0.95=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).

)        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 ξ < ξR 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 Ø 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 Ø 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 Ø 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 γs2 =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 ℓ/4 принимаем шаг s = 30 см, в средней части пролета шаг s=3h/4=3х75/4=60см, принимаем s=50 см.

.

Qbmin = φb3Rbtbho = 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 = φb2Rbt·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

.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 400×400мм.

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 2Æ18 А300 с  с коэффициентом  - перерасчёт не требуется, окончательно принимаем 2 Æ18 А300 с  - продольная рабочая арматура, диаметр поперечной арматуры принимаем конструктивно, исходя из условий сварки принимаем Ø5 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 Ø16 A300 с Аs=4,02 см2 - продольная рабочая арматура.

o   диаметр горизонтальных хомутов принимаем конструктивно, исходя из условий сварки Ø8 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 Ø8 А240 с , суммарная площадь отогнутых стержней принимается не менее 0,002bh0:

A=0,002∙40∙56=4,48 см2, принимаем 2Ø18A300 с Аs=5,09см2.

Конструирование арматуры колонны

Колонна армируется пространственными каркасами, образованными из плоских сварных каркасов. Диаметр поперечных стержней при диаметре продольной арматуры Ø18 в первом этаже здания согласно прил.9 [3] равен Æ5 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 400×400мм.

Усилие колонны у заделки в фундамент N= Н, при усреднённом значении γf = 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; γb2 = 1, Еb=24000МПа

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

Расчёт основания фундамента.

Требуемая площадь подошвы фундамента

,

где γm=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 Ø18 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=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):

= 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·γb2·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 Ø 16 А300 (в одну сторону) с шагом s = 125 см (Аs = 14,07 см2).

Процент армирования расчетных сечений:

µ1= Аs1×100/b1h0=1407/150×131=0,07%

µ2= Аs2×100/b2h0=1407/240×86=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                                 |

-------------------------------------------------------------------------------                                                                         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.

.        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.

.        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.

.        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.

.        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.

.        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).

.        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.

.        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.

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