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.