Расчет и конструирование монолитного железобетонного перекрытия

Расчет и конструирование монолитного железобетонного перекрытия

Содержание

Аннотация

. Исходные данные

. Компоновка перекрытия

. Расчет и конструирование монолитной плиты

.1 Расчетная схема плиты и нагрузки

.2 Статический расчет плиты

.3 Проверка прочности сечения плиты на действие поперечной силы

.4 Расчет на прочность нормальных сечений плиты (подбор арматуры)

.5 Армирование плиты (конструирование)

. Расчет и конструирование главной балки

.1 Расчетная схема главной балки и нагрузки

.2 Статический расчет балки с учетом перераспределения усилий

.3 Проверка достаточности принятых размеров балки

.4 Подбор продольной арматуры в главной балке и построение эпюры материалов

.5 Расчет балки на поперечные силы

.5.1 Расчет прочности балки по бетонной полосе между наклонными сечениями

.5.2 расчет прочности балки по наклонным сечениям на действие поперечных сил

.6 Расчет длин запуска обрываемых в пролете стержней продольной арматуры за точки их теоретического обрыва

Список литературы

перекрытие балка плита нагрузка

Аннотация

Воробьева В.В., Курсовой проект на тему: «Расчет и конструирование монолитного железобетонного перекрытия». - ГОУ ВПО ЮУрГУ: Снежинск, 2015 г.

В работе представлен расчет и конструирование плиты и главной балки монолитного ребристого перекрытия.

Воробьева В.В. Курсовой проект «Монолитное и сборное железобетонные перекрытия многоэтажного промышленного здания» по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции»: Пояснительная записка. Снежинск, 2015. - 29 с., 15 рис..

В работе представлен расчет железобетонного монолитного перекрытия. Графическая часть проекта содержит рабочие чертежи армирования плит (раскладка сеток) и главной балки (эпюра материалов, выноска каркасов, спецификации) монолитного перекрытия.

Графическая часть представлена на листе формата А1 в соответствии с требованиями стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД

1. Исходные данные

Размеры здания в плане по крайним осям:

- длина 30 м;

- ширина 20,7 м;

Расстояние между продольными осями здания L1 = 6,9 м;

Расстояние между поперечными осями здания L2 = 6,0 м;

Высота этажа - 4,8 м;

Количество этажей без подвала - 4;

Толщина наружных стен - 64 см;

Относительная влажность воздуха в помещении φint = 75 %;

Нормативная снеговая нагрузка Sn = 1,0 кН/м2

Нормативная временная (полезная) нагрузка на сборное междуэтажное перекрытие V = 6,0 кН/м2;

- в том числе кратковременно действующая 1,5 кН/м2

Нормативная временная (полезная) нагрузка на монолитное перекрытие над подвалом V = 15 кН/м2;

- в том числе кратковременно действующая 1,5 кН/м2;

Класс рабочей продольной арматуры главной балки и колонн - А-II;

Класс бетона В12,5;

Условное расчетное давление на грунт - 0,12 МПа.

2.Компоновка перекрытия

Вдоль поперечных осей здания главные балки перекрытия располагаем с шагом L2 = 6,0 м, второстепенные балки располагаем вдоль продольных осей здания с шагом а = L1/3 = 6,9/3 = 2,3 м

Рис.1. План здания

- колонны; 2 - второстепенные балки; 3 - главные балки.

Вдоль поперечных осей здания главные балки перекрытия располагаем с шагом L2=6,0м, второстепенные балки располагаем вдоль продольных осей здания с шагом а.

 - компоновка перекрытия

Зададимся размерами поперечных сечений элементов перекрытия:

толщина плиты перекрытия, см

размеры сечения главной балки:

высота - 70 см, ширина - 35 см, свесы полки - L1/6 = 690/6 = 115 см

размеры сечения второстепенной балки:

высота - 40 см, ширина - 20 см, свесы полки - L2/6 = 600/6 = 100 см

Глубина заделки главной балки в наружную стену - 38см

Глубина заделки в наружную стену второстепенной балки - 25см

Глубина заделки в наружную стену плиты - 12см

3. Расчет и конструирование монолитной плиты

.1 Расчетная схема плиты и нагрузки

Вырезаем плиту шириной 1м вдоль цифровых осей и считаем как балку

Следовательно, плиту можно рассчитывать как балочную, то есть, работающую в одном коротком направлении. Для этого вырезаем полосу плиты шириной 1 м и рассчитываем её по многопролетной неразрезной схеме.

- ширина второстепенной балки

Таблица 1

С учетом (коэффициент надежности здания по назначению) полная расчетная нагрузка на плиту равна:

Рис. 2. Расчетная схема плиты.

.2 Статический расчет плиты

Расчетные значения изгибающих моментов в плите определяем с учетом перераспределения усилий:

а) в средних пролетах и на средних опорах

б) в первом пролете и на первой промежуточной опоре

В средних полосах плиты перекрытия, где элементы плиты окаймлены по всему контуру главными и второстепенными балками, под влиянием возникающих в них распоров изгибающие моменты могут быть уменьшены на 20% при условии . В нашем случае , следовательно, в этих элементах плиты можно учесть уменьшение изгибающих моментов:

а) в средних пролетах и на средних опорах

б) в первом пролете и на первой промежуточной опоре

Максимальная поперечная сила в плите будет действовать на первой промежуточной опоре со стороны крайнего пролета

.3. Проверка прочности сечения плиты на действие поперечной силы

Так как в плитах поперечная арматура не устанавливается, то вся поперечная сила в сечении должна восприниматься только бетоном.

Проверку прочности выполним по формуле 6.67 [1]

 → прочность плиты на действие поперечных сил обеспечена.

.4 Расчет на прочность нормальных сечений плиты (подбор арматуры)

Сечения рассчитываем как прямоугольные с одиночной арматурой шириной b=100см и высотой .

Предполагая, что армирование плиты будет выполняться рулонными сетками, сначала определяем сечение основной сетки.

Расчетный момент .

Рассматриваем сечение на первой промежуточной опоре, так как h0,пл = 8 см (полезная высота этого сечения) самая малая в виду того, что сетки армирования плиты не могут быть расположены в опорных сечениях в самом верху плиты. Над ними должны еще расположиться сетки над опорной арматурой второстепенных балок перекрытия.

Определяем требуемую высоту сжатой зоны бетона:

Требуемое усилие в арматуре сетки С-1:

Подбираем требуемую площадь сечения арматуры из стали класса А-I при Rs=225 МПа (по старому) Rs=215 МПа (по новому)

Принимаем по сортаменту для сеток С-1  Ø8 А-I шаг 200мм.

То же вычисляем для момента М3=4954,08 Н·м:

Принимаем по сортаменту для сеток С-2  Ø8 А-I шаг 250мм.

В незаконтуренных полосах плиты принимаем дополнительную рулонную сетку из проволоки класса В500 Ø5мм с шагом 150мм с сечением арматуры

Выполняем проверку прочности принятого армирования плиты в сечении на первой промежуточной опоре при расчетном моменте М2 = 9007,4 Н∙м

Расчетное усилие в арматуре основной сетки С-1

Расчетное усилие в арматуре основной сетки С-3

Высота сжатой зоны бетона, при которой уравновешивается это усилие:

Плечо внутренней пары сил:

Несущая способность сечения плиты:

Мint<М2 = 9007,4 Н∙м →несущая способность сечения обеспечена.

В законтуренных полосах плиты к основной сетке С-2 добавляем дополнительную сетку С-4 из проволоки класса В500 Ø 5 мм, шаг 100 мм

Выполняем проверку прочности принятого армирования плиты в сечении на 1 промежуточной опоре при расчетном моменте М2 = 9007,4 Н∙м

Расчетное усилие в арматуре сетки С-2:

Расчетное усилие в арматуре основной сетки С-4

Суммарное усилие:

Высота сжатой зоны бетона, при которой уравновешивается это усилие:

Плечо внутренней пары сил:

Несущая способность сечения плиты:

Мint>М2 = 9007,4 Н∙м →несущая способность сечения обеспечена.

.5 Армирование плиты (конструирование)

Согласно расчетам, армирование выполняем сварными рулонными сетками с продольным расположением рабочей арматуры в рулоне (рис. 3). Ширину всех сеток принимаем 3200мм.

В незаконтуренных полосах плиты (в осях 1-2 и 5-6) принимаем:

основная сетка С-1

дополнительная сетка С-2

В законтуренных полосах плиты (в осях 2-5) принимаем:

основная сетка С-3

дополнительная сетка С-4

Рис. 3. Армирование плиты монолитного перекрытия рулонными сетками

4. Расчет и конструирование главной балки

.1 Расчетная схема главной балки и нагрузки

Главная балка рассчитывается как трехпролетная неразрезная, нагруженная двумя сосредоточенными силами в третях каждого пролета в местах расположения второстепенных балок: постоянной - G и временной - P (рис. 4).

Постоянная нагрузка

4.2 Статический расчет балки с учетом перераспределения усилий

Выполняем статический расчет главной балки по упругой схеме без учета перераспределения усилий. Для этого строим эпюры моментов в балке от действия постоянной нагрузки и от всех возможных вариантов приложения временной нагрузки. Затем строим эпюры от совместного действия постоянной нагрузки и каждого варианта приложения временной нагрузки.

Вычисляем множители:- для постоянной нагрузки:

для временной нагрузки:

- номер расчетной точки в балке;- номер варианта приложения временной нагрузки к балке.

Все вычисления ординат эпюр моментов представлены в таблице 2.

Таблица 2

Ординаты эпюр моментов в главной балке (кН·м)

Рис. 5. Процесс перераспределения эпюры моментов сочетания С4

Рис. 6. Процесс перераспределения эпюры моментов сочетания С1

Рис. 7. Процесс перераспределения эпюры моментов сочетания С2

Рис. 8. Процесс перераспределения эпюры моментов сочетания С3

Рис. 9. Процесс перераспределения эпюры моментов сочетания С5

Рис. 10. Эпюры моментов главной балки после перераспределения усилий

Рис. 11. Огибающая эпюра моментов главной балки после перераспределения усилий

Ввиду того, что эпюры моментов в результате перераспределения усилий изменились, изменились также и эпюры поперечных сил в балке. Для построения эпюр новых поперечных сил воспользуемся следующей формулой вычисления величины поперечной силы на каждом участке балки

- поперечная сила на i-том участке балки (номер участка определяется номером расчетной точки на его правом конце), кН;

Мi - изгибающий момент на правом конце участка балки, кН·м;

Мi-1 - то же, на левом конце участка балки, кН·м;

а - длина участка балки между второстепенными балками, м.

Рис. 12. Огибающая эпюра поперечных сил

.3 Проверка достаточности принятых размеров балки

Главная балка на восприятие положительных изгибающих моментов работает как тавровое сечение со сжатой полкой, а на восприятие отрицательных моментов, как прямоугольное сечение при расчете балки с учетом перераспределения усилий должно соблюдаться условие

Очевидно, что наибольшая величина высоты сжатой зоны бетона будет наблюдаться в сечении с максимальным отрицательным моментом, т.е. на грани опоры балки на колонну. Принимаем размеры сечения колонны 60х60см и определяем величину изгибающего момента на грани опоры:

Условие выполняется, следовательно, принимаем высоту главной балки .

.4 Подбор продольной арматуры в главной балке и построение эпюры материалов

Сечение на средней опоре. На средней опоре сечение балки работает со сжатой зоной бетона в нижней части сечения. Поэтому расчет ведем для прямоугольного сечения балки

Рис.13. Общий принцип армирования главной балки

) Сечения в крайнем пролете

М=396,9 кН·м

Принимаем 3Ø25А-II

3Ø25А-II ,

Определение момента, воспринимаемого 3 стержнями Ø25А-II и 3 стержнями Ø25А-II

Обрываем 1 стержень и определяем несущую способность 2 стержней Ø25А-II и 3 стержней Ø25А-II

Обрываем 1 стержень и определяем несущую способность 2 стержней Ø25А-II и 2 стержней Ø25А-II

Обрываем 2 стержня и определяем несущую способность 2 стержней Ø25А-II

Таким образом, получены ординаты эпюры материалов в крайнем пролете балки по положительным моментам (рис. 14).

В верхней зоне балки армирование выполняем из трех стержней Ø12А-II, входящих в состав верхней арматуры пролетных каркасов балки крайнего пролета К-1 (2шт.) и К-2 (1шт.) (рис. 13). Определим несущую способность этой арматуры по отрицательным моментам:

) Сечения в среднем пролете

Подбираем нижнюю арматуру среднего пролета балки.

М=188,5 кН·м

Принимаем 2Ø18А-II

2Ø20А-II ,

Определение момента, воспринимаемого 2 стержнями Ø18А-II и 2 стержнями Ø20А-II

Обрываем 2 стержня и определяем несущую способность 2 стержней Ø18А-II

В среднем пролете балки могут действовать также отрицательные изгибающие моменты М=154200 Н·м (рис. 11). Для восприятия таких моментов в верхней зоне балки устанавливаем 2Ø18А-II  и 2Ø20А-II , .

Момент, воспринимаемый 2 стержнями Ø18А-II и 2 стержнями Ø20А-II:

Следовательно, несущая способность принятого сечения обеспечена.

) Сечение на средней опоре

На средней опоре главное сечение балки работает со сжатой зоной бетона в нижней части сечения. Поэтому расчет ведем для прямоугольного сечения балки на действие изгибающего момента

,

Принимаем 2Ø20А-II

2Ø28А-II ,

Определение момента, воспринимаемого 2 стержнями Ø20А-II и 2 стержнями Ø28А-II

Обрываем 2 стержня и определяем несущую способность 2 стержней Ø28А-II

Теперь мы имеем все необходимые данные для построения эпюры материалов главной балки (рис. 14).

Рис. 14.Эпюра материалов главной балки

.5.1 Расчет прочности балки по бетонной полосе между наклонными сечениями

Принимая для наклонных сечений балки полезную высоту h0=80см, вычисляем несущую способность бетонной полосы:

Из рис.12 видно, что максимальная поперечная сила в главной балке равна 288,2 кН, что меньше , следовательно, прочность главной балки по бетонной полосе между наклонными сечениями в любом месте балки обеспечена

4.5.2 Расчет прочности балки по наклонным сечениям на действие поперечных сил

Расчет поперечной арматуры на участке 1:

Требуемая несущая способность поперечной арматуры на этом участке

Величина проекции наиболее опасного наклонного сечения

Принимаем с=148см. Тогда, требуемая несущая способность поперечной арматуры будет равна

Так как в каркасах К-1 наибольший диаметр продольных стержней равен 25мм, то для поперечной арматуры из условий свариваемости принимаем арматуру 2Ø8 А240 (Rsw=170МПа) Аsw=1,005см2, шаг поперечной арматуры примем s=150мм.

Расчет поперечной арматуры на участке 3:

На этом участке балки поперечная арматура состоит из поперечной арматуры каркасов К-1 и поперечной арматуры каркасов К-4.

Для каркасов К-1 на участке 3 примем такое же поперечное армирование, как на участке 1 (). Тогда несущая способность поперечной арматуры каркасов К-4 должна быть не менее

Так как в каркасах К-4 наибольший диаметр продольных стержней равен 28мм, то для поперечной арматуры из условий свариваемости принимаем арматуру 2Ø10 А240 (Rsw=170МПа) Аsw=1,571см2, шаг поперечной арматуры примем s=200мм.

Расчет поперечной арматуры на участке 4:

На этом участке балки поперечная арматура состоит из поперечной арматуры каркасов К-4 и поперечной арматуры каркасов К-3.

Для каркасов К-4 на участке 4 примем такое же поперечное армирование, как на участке 3 (). Тогда несущая способность поперечной арматуры каркасов К-3 должна быть не менее

Так как в каркасах К-3 наибольший диаметр продольных стержней равен 20мм, то для поперечной арматуры из условий свариваемости принимаем арматуру 2Ø5 В500 (Rsw=300МПа) Аsw=0,393см2, шаг поперечной арматуры примем s=300мм.

Согласно конструктивным требованиям [2] шаг поперечной арматуры в изгибаемых элементах принимается не более 300 мм на приопорных участках и не более 0,75h0=0,75·64=48см и не более 50см на участках, где поперечная арматура не нужна по расчету. Такими участками в нашей балке являются участки 2 и 5 (см. рис. 14).

.6 Расчет длин запуска обрываемых в пролете стержней продольной арматуры за точки их теоретического обрыва

Для обеспечения прочности наклонных сечений главной балки по изгибающим моментам обрываемые в пролете стержни продольной арматуры необходимо завести за точку теоретического обрыва на расстояние

- поперечная сила в точке теоретического обрыва стержня;- несущая способность поперечного армирования балки в точке теоретического обрыва;- диаметр обрываемого стержня.

Общая длина запуска стержня за точку теоретического обрыва должна быть не менее 20d и не менее 250мм.

На участке 1 главной балки имеем:

,

Для d=25мм

Для d=22мм

На участке 2 главной балки имеем:

,

Для d=22мм

На участке 3 главной балки имеем:

,

Для d=28мм

Для d=25мм

Для d=22мм

На участке 4 главной балки имеем:

,

Для d=28мм

Для d=22мм

Для d=20мм

Для d=18мм

На участке 5 главной балки обрывов продольной арматуры нет.

На рис. 14 указаны найденные длины запуска стержней продольной арматуры за точки теоретического обрыва, а на рис. 15 схема расположения и рабочие чертежи арматурных каркасов главной балки.

Рис. 15. Арматурные каркасы главной балки и их размещение

Список литературы

СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 80 с.

Свод правил по проектированию и строительству СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. - М.: ФГУП ЦПП, 2005. - 54 с.

В.Г. Колбасин. Расчет и конструирование монолитного железобетонного перекрытия, колонны и фундамента: учебное пособие. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1987. - 41с.