Расчет и конструирование железобетонных

Расчет и конструирование железобетонных

                     Министерство строительства РФ

                   КАЗАНСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ

                                                            Специальность 2902

                                                            Предмет: “Основы расчета         

                                                           строительных конструкций”

           ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

                        к курсовому проекту

            Тема: “Расчет и конструирование железобетонных

                               конструкций”

                                                            Выполнил студент

                                                            Защищен

                                                            с оценкой

                                                            Руководитель проекта

                   СОДЕРЖАНИЕ                                  лист

     1.Введение

     2.Схема перекрытия

     3.Расчет и конструирование плит перекрытий

  3.1.Исходные данные

  3.2.Статический расчет

  3.3.Расчет прочности по нормальным сечениям

  3.4.Расчет прочности по наклонным сечениям

  3.5.Конструирование плит

     4.Расчет и конструирование колонны

  4.1.Исходные данные

  4.2.Нагрузка на колонну

  4.3.Определение размеров сечения колонны и расчет рабочей арматуры

  4.4Конструирование колонны

     5.Расчет и конструирование фундамента

  5.1.Исходные данные

  5.2.Определение размеров подошвы и высоты фундамента

  5.3.Расчет рабочей арматуры

  5.4.Конструирование фундамента

     6.Литература

                             ЗАДАНИЕ

для курсового проектирования по железобетонным конструкциям студента группы КС-32 Казанского строительного колледжа

г. Горькова Н.В.

                 Тема задания: “Проектирование сборных железобетонных 

                                 элементов много этажного здания с  

                                 неполным железобетонным каркасом”

    Расчету и конструированию подлежат:

1.Плита перекрытия с круглыми пустотами

2.Колонна среднего ряда первого этажа

3.Фундамент под среднюю колонну

         Данные для проектирования 

1.Назначение здания – магазин

2.Шаг колонн a, м - 6

3.Пролет L, м – 6

4.Количество этажей – 3

5.Высота этажа H, м – 4,2

6.Район строительства – Тула

7.Плотность утеплителя ρ, кг/м³ – 8

8.Толщина слоя утеплителя δ, мм – 180

9.Глубина заложения фундамента h, м – 1,6

10.Условное расчетное давление на основание R₀, МПа – 260

11.Тип пола – IV

12.Номинальная ширина плиты в осях В^н, м – 1,2

13.Класс бетона для плиты перекрытия - В30

14.Класс напрягаемой арматуры в плите – А-V

   Конструкции работают в среде с нормальной влажностью. Вид утеплителя принять самостоятельно в соответствии с заданной плотностью и толщиной слоя.

Дата выдачи ____________________

Дата окончания _________________ Преподаватель ______________

                           1.ВВЕДЕНИЕ

                 2.СХЕМА ПЕРЕКРЫТИЯ

     2.1. Общее решение

    В соответствии с заданием ограждающими конструкциями здания являются кирпичные самонесущие стены, поэтому несущие конструкции будут представлять собой сборное балочное перекрытие с полным железобетонным каркасом.

    Принимаем сетку колонн 6х6м. Тогда здание будет иметь в поперечном направлении три пролета по 6м и в продольном направлении семь пролетов по 6м. Ригели располагают поперек здания. В продольном направлении по ригелям укладывают плиты перекрытия. Ширина рядовых плит – 1,8м, межколонных – 2,4м. При трех полетах по 6м в одном ряду располагают две межколонные плиты с усиленными продольными ребрами и шесть рядовых плит. Межколонные плиты соединяют друг с другом стальными полосовыми связями на сварке и, кроме того, приваривают к колоннам. Рядовые плиты укладывают свободно на полки ригелей, которые имеют подрезку по торцам. У продольных стен укладывают сплошные беспустотные доборные плиты шириной 1,2м, толщиной 220мм.

    Привязку поперечных и продольных стен см. рис.1

    Схема раскладки плит перекрытия и маркировка элементов перекрытия показаны на рис. 1, 2.

                      Рис.1.Схема расположения плит

                    Рис.2.Поперечный разрез здания

          3.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛИТЫ

     3.1.Исходные данные

    Необходимо рассчитать по первой группе предельных состояний многопустотную плиту перекрытия с круглыми отверстиями. Плита шириной (номинальная) В^н=1,2м и высотой ИИ-04. Вес 1м² плиты равен 2,6кн/м².

                     Рис.3.Поперечное сечение плиты

Материал:

    Бетон класса В30.

Расчетное сопротивление бетона с учетом коэффициента условий работы γ_в2=0,9

Сжатию      – R_вγ_в2=15,3МПа

Растяжению - R_вtγ_в2=1,08МПа

  Передаточная прочность бетона при обжатии – R_вр=0,8В=0,8 30=24МПа

  Арматура класса А-V  - табл.3.2.,3.4.[Л-6.1]. Натяжение арматуры проводят на упоры механическим способом.

    Нормативное сопротивление арматуры R_sn=785МПа

    Расчетное сопротивление арматуры R_s=680МПа

Начальное предварительное напряжение, передаваемое на поддон:

           σ₀=0,8 R_sn=0,8 785=628МПа

Проверяем условие СНиП 2.03.01-84 при напряжении арматуры на упоры:

                  σ₀+р<R_sn=628+31,4~660МПа<785МПа

              p=0,05σ₀=0,05 628=31,4МПа

                  σ₀-р>0,3R_sn; 628-31,4=596,6МПа>0,3 785=235,5МПа

Предварительные напряжение с учетом полных потерь, принятых по СНиП σ_п=100МПа при: γ_sp=1 составит

                  σ_sp=628-100=528МПа

      3.1.1.Сбор нагрузок

    Нагрузка на 1м² перекрытия приведена в табл.3.1. Нормативная временная нагрузка на перекрытие, коэффициенты надежности по нагрузке приняты по СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”.                                      

                       Рис. 4. Конструкция пола

                                                                                                                      Таблица 3.1.

    Расчетная нагрузка на 1 пог. м длины плиты с её номинальной шириной В^н=1,2м

                q=9,54 1,2~11,4кн/м

       3.1.2.Определение расчетного пролета

                Рис.5 Схема опирания плиты на ригель

    Плиты опираются на полки ригелей. Номинальный пролет плиты в осях L^н=6000мм, зазор между торцом плиты и боковой гранью ригеля примем равным 20мм. Конструктивная длина плиты L_к=L^н-в_р-2 20=6000-200-2 20=5760мм. Расчетный пролет плиты L₀=L_к-2 80/2=5680мм.

      3.2.Статический расчет

    Плита работает как однопролетная свободно опертая балка с равномерно-распределенной нагрузкой по длине.

                         Рис.6. Расчетная схема плиты

Расчетный изгибающий момент в плите                                 

Расчетная поперечная сила на опоре

           Q=0,5qL₀=0,5 11,4 5,68= 32,38кн

     3.3.Расчет прочности по нормальным сечениям

    Расчетное сечение плиты принимаем как тавровое высотой h=220мм, толщиной полки h_п=30,5мм. Ширина верхней полки тавра

в_п=1190-2 15=1160мм (15мм – размер боковых подрезок), ширина ребра: 

     в=1190-2 15-159 6=206мм

            Рис.7.Расчетное сечение (а) и схема усилий (б)

  Определим несущую способность приведенного сечения при условии х=h_f

   М_сеч.=R_в в_f h_f(h₀-0,5h_f)=15,3 116 3,05(19-3,05/2)=94594,62МПа см³=94,6кн м

   М_сеч.>М (94,6кн м>46кн м), следовательно, нейтральная ось проходит в полке и расчет ведем как для прямоугольного сечения при ξ<ξ_R

    Вычисляем табличный коэффициент

где h₀=h-a_s=22-3=19см – рабочая высота сечения по табл. 3.9.[Л-1]

           ξ=0,075, ν=0,962

    ξ<ξ_R=0,075<0,58;  ξ_R=0,58 – см. табл. 3.28.[Л-1]

Требуемая площадь арматуры: из условия прочности

где γ_s6 – коэффициент условий работы арматуры

γ_s6=γ_s6-(γ_s6-1) ξ=1,15-(1,15-1) =1,13

А_s=γ_s6 А_s=1,3 3,3=4,29см²

В случаях когда полные потери предварительного напряжения не подсчитываются, а берутся по СНиП (σ_п=100МПа) рекомендуется площадь арматуры принимать ~ на 30% больше требуемой из условия прочности.

      3.4.Расчет прочности по наклонным сечениям

    Проверка прочности наклонного сечения проводится из условия (3.31) и (3.32) [Л-6.1]

     Q<Q_в=0,35R_в вh₀=0,35 15,3 21 19=2137МПа см² ~214кн

       Q=32,38кн<Q_в=214кн

     Q<Q_в=0,6R_вt вh₀=0,6 1,08 21 19=258,5МПа см²=25,85кн

       Q=32,38кн>Q_в=21,4кн

Следовательно, необходим расчет поперечной арматуры.

     3.5.Конструирование плиты

    Напрягаемая рабочая арматура в плите ставится в виде отдельных стержней независимо от числа отверстий. Принятые стержни  6 10 А-V ставим после каждого отверстия кроме середины. В соответствии с рабочими чертежами для верхней полочки принимаем сварную стандартную сетку из арматурной проволоки В-I марки 250/200/3/3. – С1.

    По низу плиты сетку укладывают отдельными участками у торцов и по середине – C2,С3.

    Вертикальные каркасы КР1 ставят только на крайних четвертях пролета плиты.

Подъемные петли приняты   12 A-I - ПМ1. Армирование плиты показано на рис.8. Арматурные изделия на рис.9. 

                             Рис.8.Схема армирования плиты

                 Рис.9.Арматурные изделия плиты

        4.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛЛОНЫ

    Колоны приняты квадратного сечения, одноярусные с прямоугольными консолями размером 15х15см. Оголовок колоны поднимается над плитами перекрытия на 60см. Нижняя ветвь колоны первого этажа заделывается в стакан фундамента.

     4.1.Исходные данные

    Требуется рассчитать колону среднего ряда первого этажа на эксплуатационные нагрузки.

    Расчетные характеристики материалов:

для бетона кл. В20 R_в γ_в2=11,5 0,9=10,35МПа

для арматуры кл. А-II R_sc=280МПа

    4.2.Нагрузка на колонну

    Нагрузка на колону передается от покрытия и перекрытия. Грузовая площадь, с которой собирается нагрузка на колону, определена как произведение расстояний между разбивочными осями А_гр=6х6=36м²

(см. рис.1.). Конструкция покрытия дана на рис.2. Вес снегового покрова для г.Тула 100кгс/м² (1,0 кн/м²) по СНиП 2.01.07-85, вес 1м длины ригеля 500кгс (5кн), вес 1м² плиты покрытия 260 кгс (2,6кн). Расчет нагрузок сведен в табл.4.1.

                                                                                                                                                                                                                                                      Таблица 4.1.

Нагрузка от перекрытия берется из табл.3.1., а именно, нормативная нагрузка 4,1кн/м², расчетная нагрузка 4,74кн/м²; вес 1м длины ригеля перекрытия 5кн. Временная длительная на перекрытие для магазина 0,3кн/м² [Л-6.2]. Расчет нагрузок сведен в табл. 4.2.

                                                                                     Таблица 4.2.

    Сечение колонн ориентировано принято вхh=30х30см=0,3х0,3м. Собственный вес колонны одного этажа

              N_к=в h ρ H γ_f=0,3 0,3 25 4,2 1,1=10,395кн

    Нагрузку на колонны каждого этажа определяем в соответствии со схемой загружения (рис.11), начиная с третьего этажа путем последовательного суммирования. Подсчеты сведены в табл.4.3.

   Рис.10.Расчетная схема колонны             Рис.11.Схема загружения

    Продольное усилие на колонну первого этажа от полной нагрузки N₁=8084МПа см², от длительной нагрузки N_дл.=7267МПа см²

      4.3.Определение размеров сечения колонны и расчет рабочей арматуры

    Расчет колонны ведем с учетом случайного эксцентриситета. При центральном загружении и наличии только случайного эксцентриситета колонны прямоугольного сечения с симметрической арматурой кл. А-I, А-II, А-III при их расчетной длине L₀<20h (420<20 30=600) можно рассчитать по несущей способности по условию:

            N<γ_в φ_в(R_вA_в+R_sA_s)

Где  N – расчетная продольна сила, равная N₁;

         γ_в – коэффициент условий работы (γ_в=0,9 при h<200мм и γ_в=1 при 

          h>200мм);

         φ – коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность

         загружения, гибкость и характер армирования;

     L₀-расчетная длина колонны, принимаемая равной высоте этажа

         H=4,2м;

     A_sc-площадь сечения сжатой арматуры

     А_в=вхh-площадь сечения колонны

    Предварительно принимаем γ=φ=1, коэффициент армирования            . Тогда требуемая площадь сечения колонны из условия несущей способности:

   Принимаем А_в=вхh=25х25=625 см²

   Вычисляем L0/h=420/25=16,8, 

γ=1 (при h>20см). По табл. 3.20[Л-1] φ_в=0,75  и φ_ч=0,82 (пологая, что А_пс<A_s/3).

Коэффициент φ определится по формуле

φ=φ_в+2(φ_ч-φ_в)

    Определяем площадь сечения арматуры по формуле

    В колоннах рабочая арматура принимается диаметром не менее 12мм. По сортаменту табл. 3.10[Л-6.1] принимаем 4 22А-II (А_sc=15,20см²)

Коэффициент армирования составляет

Полученное значение µ находится в диапазоне рекомендуемых значений (0,01-0,02).

        4.4.Конструирование колонны

    Колонна армируется сварным пространственным каркасом. При диаметре продольных стержней 22мм по условию технологии сварки диаметр поперечных в этом случае принят 8мм – табл. 1.2 прил.1 [Л-6.4]

Шаг поперечных стержней в сварных каркасах должен быть S<20d, но не более 500мм. Принято S=400мм<20 22=440мм и не более 500мм.

Кроме того, в голове колонны ставятся конструктивные сетки из арматуры  8A-III не менее трех штук. Консоль армируется каркасом – балочной.

Размещение рабочих и поперечных стержней в сечении колонны показано на рис.12.

       Рис. 12. Размещение арматуры в сечении колонны

           5.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА

    Учитывая значительное заглубление фундамента, целесообразно принять конструкцию его с подколонником стаканного вида и плитой.

Фундаменты по средней колонны рассматривают как центрально нагруженные.

       5.1.Исходные данные

    Глубина заложения фундамента H₁=1,6м. Грунт основания имеет условное расчетное сопротивление R0=0,26МПа (260 кн/м²).

    Расчетные характеристики материалов:

для бетона кл. В15 R_в γ_в2=8,5 0,9=7,65МПа (0,76кн/см²)

                     R_вt γ_в2=0,75 0,9=0,675МПа (0,07кн/см²)

для арматуры кл. А-III  >10 R_s=365МПа (36,5 кн/см²)

    Расчетная нагрузка N_ф=______кн (см. табл. 4.3.)

      5.2. Определение размеров высоты и подошвы фундамента

    Высота фундамента определяется как размерность между отметками его подошвы и обреза.

                 h=1,6-0,15=1,45м

    Глубина стакана фундамента принята h_c=750мм, что удовлетворяет условию по заделке арматуры

                 h_c>30d+σ=30 22+50=710мм

где   d=22мм – диаметр продольной арматуры колонны

           σ=50мм – зазор между торцом колонны и дном стакана

и что больше необходимого значения h_с=1,5h_к=1,5 30=45см.

    Принимаем толщину стенок стакана поверху 225мм и зазор 75мм, размеры подколонника в плане будут:

      а_с=в_с=h_к+2 225+2 75=300+450+150=900мм

                      Рис. 13.Констукция фундамента

Толщину плитной части  фундамента назначаем h₁= ____мм, (кратно 150мм)

    Ориентировочно площадь основания фундамента определяем по формуле

    Учитывая, что сечение колонны квадратное, подошва фундамента принята тоже квадратной. Ориентировочно значение размера  стороны подошвы такого фундамента

                 в_ф=а_ф= ~1,9м

    Назначаем окончательно в_ф=а_ф=______мм (кратно 300мм). Тогда площадь подошвы будет равна А_ф=в_ф а_ф=_______=_______м² и среднее давление на грунт составит

                <R₀=250кн/м²

        5.3. Расчет рабочей арматуры

     Фундамент работает на изгиб от реактивного отпора грунта.

Изгибающий момент в сечении 1-1 у грани ступени (см. рис.13) определяется по формуле

      М_1-1=0,125Р_гр(а_ф-а_с)² в_ф=0,125__________________________________кн м

    Необходимая площадь арматуры при h₀₁=_____см

      .

   Изгибающий момент в сечении 2-2 у грани колонны будет равен

      М_2-2=0,125Р_гр(а_ф-в_к)² в_ф=

   Необходимая площадь арматуры при h₀₂=____см

По большему значению A_s подбираем сетку.

       5.4.Конструирование фундамента

    Фундамент армируется сеткой, которую укладывают в нижней части плиты. Шаг стержней в сетках принимают 100-200мм, минимальный диаметр арматуры в сетках фундаментов должен быть 10мм.

    Принимаем шаг стержней S=___мм=__см. Размеры сетки ___________мм. Необходимое число рабочих стержней в сетке

 шт

Принимаем _________  A_s=________см², что больше требуемого

A_s1-1=_____см². Такое же количество стержней должно быть уложено в перпендикулярном направлении, т.к. колонна ______________ квадратные и моменты в ______________________ равны.

               Рис.14. Сетка фундамента

Армирование стаканной части фундамента условно не показано.

                    6.ЛИТЕРАТУРА

    6.1. В.В. Доркин и др. “Сборник задач по строительным конструкциям”. Стройиздат. 1986г.

    6.2. СНиП 2.01.07-85 “Нагрузка и воздействие” 1985г.

    6.3. СНиП 2.03.01-84 “Бетонные и железобетонные конструкции” 1985г.

    6.4. А.Н. Кувалдин и др. “Примеры расчета железобетонных конструкций зданий” Стройиздат. 1976г.

    6.5. В.Н. Семенов “Унификация и стандартизация проектной документации для строительства” Стройиздат. 1985г.