Проектирование конструкций перекрытия каркасного здания

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ПЕРЕКРЫТИЯ

КАРКАСНОГО ЗДАНИЯ

1. Общие данные для проектирования

Трехэтажное каркасное здание с подвальным этажом имеет размер в плане 21,654 м и сетку колонн 7,36 м. Высота этажей 4,8м. Стеновые па­нели на­весные из легкого бетона, в торцах здания замоно­личи­ваются совме­стно с торцевыми рамами, образуя верти­кальные свя­зевые диафрагмы. Стены подвала – из бе­тонных блоков. Нормативное значение временной нагрузки = 5000 Н/м², в том числе кратковремен­ной на­грузки – 1500 Н/м², коэффициент надежности по на­грузке = 1,2, коэффициент надежности по назначению здания = 0,95. Снеговая нагрузка – по IV району. Темпера­тур­ные условия нормальные, влажность воздуха выше 40 %.

2. Компоновка конструктивной схемы

сборного перекрытия

Ригели поперечных рам – трехпролетные, на опорах жестко соеди­нены с крайними и средними колоннами. Плиты перекрытий, предвари­тельно напряженные в двух вариантах, – ребристые и многопустотные. Ребристые плиты принимают с номинальной шириной, равной 1400 мм; связевые плиты размещают по рядам колонн; доборные пристенные плиты опирают на ригели и опор­ные стальные столики, предусмотрен­ные па крайних ко­лон­нах. Многопустотные плиты принимают с номи­наль­ной шириной, равной 2200 мм; связевые распорки шири­ной 600 мм размещают по рядам колонн и опирают на ригели и опорные столики на крайних колоннах.

В продольном направлении жесткость здания обес­печивается вер­ти­каль­ными связями, устанавливаемыми в одном среднем пролете по каждому ряду колонн. 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 диафрагм, и поперечные рамы. В малоэтажных каркасных зданиях вы­сотой до 5 этажей, как показали исследования, 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.

3. Расчет ребристой плиты по предельным

состояниям первой группы

Расчетный пролет и нагрузки. Для установления рас­четного пролета плиты предварительно задаются раз­мерами сечения ригеля:

см; см. При опирании на ригель поверху расчетный пролет см.

Подсчет нагрузок на 1 м² перекрытия приведен в табл.

Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м² перекрытия

Расчетная нагрузка на 1 м длины при ширине плиты 1,4 м с учетом коэф­фи­ци­ента надежности по назначению здания ; постоянная ; полная

. .

Нормативная нагрузка па 1 м длины: постоянная

; полная , в том числе постоянная и длитель­ная .

Усилия от расчетных и нормативных нагрузок. От расчетной нагрузки ;

От нормативной полной нагрузки ;

. От нормативной постоянной и длительной нагрузки .

Установление размеров сечения плиты. Высота сечения ребристой предварительно напряженной плиты ; рабочая высота сече­ния ; ширина продольных ре­бер понизу 7см; ширина верхней полки 136 см. В Рас­четах по предельным состояниям первой группы расчетная толщина сжатой полки таврового сечения ; отношение , при этом в расчет вводится вся ширина полки ; рас­четная ширина ребра

.

Характеристики прочности бетона и арматуры. Реб­ристую предва­ри­тельно напряженную плиту армируют стержневой арматурой класса A-V с электротермичес­ким натяжением на упоры форм. К трещиностойкости плиты предъявляют требования 3-й категории. Изделие подвергают тепло­вой обработке при атмосферном дав­лении.

Бетон тяжелый класса В25, соответствующий напрягаемой арматуре. Призменная прочность нормативная , расчетная ; коэффициент условий работы бетона нормативное сопротивление при растяжении , расчетное
; начальный модуль упругости бетона Переда­точная прочность бетона устанавливается так, чтобы при обжатии отношение напряжений .

Арматура продольных ребер – класса А-V, нормальное сопротивление , расчетное сопротивление ; модуль упругости .предварительное напряжение арматуры принимают равным .

Проверяем выполнение условия; при электротермическом способе натяжения ;

– условие выполняется.

Вычисляем предельное отклонение предварительного напряжения по формуле

где – число напрягаемых стержней плиты. Коэффициент точности натяже­ния при благоприятном влиянии предварительного напряжения по формуле .

При проверке по образованию трещин в верхней зоне плиты при обжатии принимают .

Предварительное напряжение с учетом точности натяжения .

Расчет прочности плиты по сечению, нормальному к продольной оси. . Сечение тавровое с пол­кой в сжатой зоне. Вычисляют

Из табл. 3.1 принимаем ; — нейтральная ось проходит в пределах сжатой полки; .

Вычисляем характеристику сжатой зоны по формуле

.

Вычисляют граничную высоту сжатой зоны по фор­муле

Коэффициент условий работы, учитывающий сопро­тивление напрягаемой арматуры выше условного преде­ла текучести, согласно формуле

где — для арматуры класса A-V; принимают

Вычисляем площадь сечения растянутой арматуры:

Принимаем 2Ø14 A-V с площадью см².

Расчет полки плиты на местный изгиб. Расчетный пролет при ширине ребер вверху 9 см составит . Нагрузка на 1 м² полки может быть принята (с несущест­вен­ным превышением) такой же, как и для плиты: .

Изгибающий момент для полосы шириной 1 м опре­деляют с учетом частичной заделки в ребрах: . Рабочая высота . Арматура Ø4 Вр-1 с ; ; ; — 8Ø4 Вр-1 с . Принимают сетку с поперечной рабочей арматурой Ø4 Вр-1 с шагом .

4. Определение усилий в средней колонне

Определение продольных сил от расчетных нагрузок. Грузовая пло­щадь средней колонны при сетке колонн .

Постоянная нагрузка от перекрытий одного этажа с учетом коэффици­ента надежности по назначению здания :

, от ригеля , от стойки (сечением ; , ; ) . Итого .

Временная нагрузка от перекрытия одного этажа с учетом ; , в том чис­ле длительная

, кратковремен­ная .

Постоянная нагрузка от покрытия при весе кровли и плит составляет ; от ри­геля, от стойки . Итого.

Временная нагрузка — снег для IV снегового района при коэффициен­тах надежности по нагрузке и по назначению здания ; , в том числе длительная , кратковременная . Продольная сила колонны первого этажа рамы от длительной нагрузки ; тоже от полной нагруз­ки .

Продольная сила колонны подвала от длительных на­грузок , то же от пол­ной нагрузки

.

Эпюра продольных сил изображена на рис.

Определение изгибающих моментов колонны от рас­четных нагрузок. Вычисляем опорные моменты ригеля перекрытия подвала — первого этажа рамы.

Максимальный момент колонны при полном загружении

При действии длительных нагрузок:

При дей­ствии полной нагрузки

Разность абсолютных значений опорных моментов в узле рамы: при длительных нагруз­ках при полной нагрузке .

Изгибающий момент колонны подвала от длительных нагрузок

от полной на­грузки

.

Изгибающий момент колонны первого этажа от дли­тельных нагрузок от полной нагрузки

Эпюра момен­тов колонны изображена на рис.

Вычисляем изгибающие моменты колонны, соответ­ствующие макси­маль­ным продольным силам. От длительных нагрузок: изгибающие моменты колонн подвала , первого этажа . От полных нагрузок: , изгибающие моменты колонн под­вала , первого этажа .

5. Расчет прочности средней колонны

Характеристики прочности бетона и арматуры. Класс тяжелого бетона В20 и класс арматуры А-III.

Комбинации расчетных усилий (для колонны подва­ла):, в том числе от длительных нагру­зок и соответствующий момент , в том числе от длительных нагрузок .

, в том числе

Подбор сечений симметричной арматуры . Рабочая высота сече­ния , ширина .

Эксцентриситет силы .

Случайный эксцентриситет:

Поскольку эксцентриситет силы больше случайного эксцентри­ситета , его и принимают для расчета статически неопределимой системы.

Находим значение моментов в сечении относительно оси, проходящей через центр тяжести наименее сжатой (растянутой) арматуры. При длительной нагрузке при полной нагрузке

Критическая продольная сила при прямоугольном сечении с симметричным арми­рованием имеет вид:

Для тяжелого бетона

Задаемся коэффициентом армирования

Вычисляем коэффициент

Значение е равно

Определяем граничную относительную высоту сжа­той зоны по формуле

Вычисляем

Определяем относительную высоту сжатой зоны

Определяем площадь арматуры

По приложению № 6 принимаем 4Ø32 А-III с

6. Конструирование арматуры колонны

Колонна армируется пространственными каркасами, образованными из плоских сварных каркасов. Диаметр поперечных стержней при диаметре продольной армату­ры принимают Ø8 A-III с шагом , что менее .

Колонну че­тырехэтажной рамы членят на два элемента длиной в два этажа каждый.

7. Фундаменты колонны

Сечение колонны . Усилия колонны у за­делки в фундаменте:

1) , ; эксцентриситет

2), ; эксцентриситет

Ввиду относительно малых значений эксцентриситета фундамент колонны рассчитывают как центрально загру­женный. Расчетное усилие ; коэффициент надежности по нагрузке , нормативное усилие

.

Грунты основания — пески пылеватые средней плот­ности, маловлажные; расчетное сопротивление грунта ; бетон тяжелый класса В12,5; ; ; арматура класса A-II; . Вес единицы объема бетона фундамента и грунта .

Высоту фундамента предварительно принимают рав­ной (кратной 30 см), глубину заложения фун­дамента .

Площадь подошвы фундамента определяют предва­рительно без поправок на ее ширину и заложение

Размер стороны квадратной подошвы . Принимаем размер (кратным 0,3 м). Давление на грунт от расчетной нагрузки

.

Рабочая высота фундамента из условия продавливания

Полную высоту фундамента устанавливают из усло­вий: продавливания заделки ко­лонны в фундаменте анкеровки сжатой арматуры колонны Ø 32 А-III в бетоне колонны класса В20 — .

Принимаем окончательно без перерасчета фундамент высотой , — четырехступенчатый.

Проверяем, отвечает ли рабочая высота нижней сту­пени фундамента

условию прочности по поперечной силе без поперечного арми­рования в на­клонном сечении, начинающемся в сечении IV—IV. Для единицы ширины этого сечения при (расстояние от вершины расчет­ного наклонного сечения до опоры) — условие прочности удовлетворяется.

Расчетные изгибающие моменты в сечениях I – I, II – II, III – III по формулам:

Площадь сечения арматуры

Принимаем нестандартную сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой из стержней 18Ø12 А-II с шагом см . Процент армирования расчетных сечений

что больше .

Исходные данные

СОДЕРЖАНИЕ

Исходные данные…………………………………………………………… 3

1. Общие данные для проектирования……………………………………….5

2. Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия………………. 5

3. Расчет ребристой плиты по предельным состояниям первой группы….... 6

– Расчетный пролет и нагрузки……………………………………….. 6

– Усилия от расчетных и нормативных нагрузок. ………………….. 6

– Установление размеров сечения плиты. …………………………… 7

– Характеристики прочности бетона и арматуры……………………. 7

– Расчет прочности плиты по сечению, нормальному к продольной оси.. 8

– Расчет полки плиты на местный изгиб……………………………… 8

4. Определение усилий в средней колонне………………………………….. 8

– Определение продольных сил от расчетных нагрузок. …………… 8

– Определение изгибающих моментов колонны от рас­четных

нагрузок……………………………………………………………… 9

5. Расчет прочности средней колонны……………………………………… 10

– Подбор сечений симметричной арматуры …………………………… 10

6. Конструирование арматуры колонны……………………………………. 11

7. Фундаменты колонны……………………………………………………. 11

Список использованной литературы ………………………………………….. 13

Список использованной литературы

1. В. Н. Байков, Э. Е. Сигалов «Железобетонные конструкции»

2. СНиП 2.03.01 – 96 «Бетон и железобетонные конструкции» Т. 96

3. СНиП 2.01.07 – 97 «Нагрузки и воздействия» Т. 97