Проектирование железобетонных конструкций многоэтажного здания
Проектирование железобетонных конструкций многоэтажного здания
Министерство
образования и науки Украины
Одесская
государственная академия строительства и архитектуры
Кафедра
железобетонных и каменных конструкций
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ
ЗАПИСКА
к курсовому
проекту по предмету:
«Железобетонные
и каменные конструкции»
на тему: «Проектирование
железобетонных конструкций многоэтажного здания»
Одесса 2010
Оглавление
1. Сбор нагрузок
2. Расчёт и
конструирование монолитного ребристого перекрытия
2.1 Расчёт
монолитной железобетонной плиты перекрытия
2.2 Расчёт
и конструирования второстепенной балки
3. Расчёт и конструирование
монолитной железобетонной колоны
4. Расчёт и конструирование
фундамента
1.
Сбор
нагрузок
Таблица 1
Нагрузка от веса
конструкции совмещённой кровли на 1 м2
Вид
нагрузки
|
Характер.
значение нагрузки на кН/м2
|
Коэф.
Надёжности по нагрузке,
ϒfm
|
Предельно
расчётное значение нагрузки, кН/м2
|
1.
Рулонная кровля , 3слоя рубероида на битумной мастике
|
0,15
|
1,2
|
0,18
|
2.Цементно-песчаный
раствор
δ=30
мм, γ=18кН/м3
|
0,54
|
1,3
|
0,702
|
3.Утеплитель
из пенобетона
δ=20
мм, γ=5кН/м3
|
1
|
1,2
|
1,2
|
4.Пароизоляция
1 слой рубероида
|
0,05
|
1,2
|
0,06
|
5.
Ж/б плита δ=70 мм, γ=25кН/м3
|
1,75
|
1,1
|
1,925
|
Суммарная
постоянная нагрузка
|
gn=3,49
|
-
|
g=4,07
|
6.Снеговая
нагрузка
|
Pn=0,88
|
1,14
|
p=1
|
Итого
|
рn
+
gn=4.37
|
-
|
p+g=5,07
|
Таблица 2
Нагрузка от веса
конструкции перекрытия на 1 м2
Вид нагрузки
|
Характер. значение нагрузки на кН/м2
|
Коэф. Надёжности по нагрузке, ϒfm
|
Предельно расчётное значение нагрузки,
кН/м2
|
1.Керамическая плитка
δ=10 мм, γ=19кН/м3
|
0,19
|
1,1
|
0,21
|
2.Цементо-песчаный
раствор
δ=20 мм, γ=18кН/м3
|
0,36
|
1,3
|
0,47
|
3.Звукоизоляция
δ=30 мм, γ=18кН/м3
|
0,36
|
1,3
|
0,47
|
4.Ж/б плита
δ=30 мм, γ=18кН/м3
|
1,75
|
1,1
|
1,925
|
Суммарная постоянная нагрузки
|
gn=2,66
|
-
|
g=3,08
|
5.Временная
полезная нагрузка
|
рn=4
|
1,2
|
р=4,8
|
Итого
|
рn
+
gn=6,66
|
-
|
p+g=7,88
|
2.
Расчёт
и конструирование монолитного ребристого перекрытия
2.1 Расчёт
монолитной железобетонной плиты перекрытия
Определение расчётных
пролётов
Для расчётов плиты
условно выделим полосу шириной b=
100 см и рассмотрим её как многопролётную не разрезную балку. Опорами которой,
является второстепенные балки. Для определения расчётных длин задаёмся размером
второстепенной балки.
Высота h=()×Lвт.
балк =)×6000
= 500…333 мм
принимаем h
=450 мм.
Ширина b=)×hвт.балк.
=
)×450
= 225… 150 мм
принимаем b=
180мм.
Плиты опёртые на стены
на 120мм – это расстояние от края стены до конца заделки плиты.
Расчётные длины плиты:
Крайний расчёт пролёта
плиты – это расстояние от грани второстепенной балки до 1/3 площади опирания .
Крайние L1=1800мм,
L0.1=
L1+
=
1800 + = мм;
средний расчётный
пролёт плиты – это расстояние в свету между гранями второстепенных балок.
среднее L2=
L0.2 -2× =
2000-2× =
1820 мм.
На рис. 1 изображена
расчётная разбивка плиты перекрытия.
Рис. 1 Геометрические
размеры и эпюра изгибающих моментов плиты
Вычисление расчётных
усилий
Определяем изгибающий
моменты в наиболее опасных сечениях плиты.
Момент в первом пролёте:
Момент в средних
пролётах:
Момент на опоре С
и В:
Mcsyp= -ML2= -1,63
Определение минимальной
толщины плиты
Необходимой толщиной
плиты задаёмся с экономических размышлений % армирования плиты в пределах =0,5-0,8 % применяем =0,8%
по maх пролётном момента. Mmax
=ML,ex
=2,19
кН/м при b=100 см.
Полезная высота сечения
плиты при
ξ= μ*
где Rb=14.5
МПа - расчётное сопротивление бетона на сжатие ( для класса В-25);
Rs=365
МПа расчётное сопротивление арматуры при растяжении (для класса А 400С);
γb2
=0.9
– коэффициент условия работы бетона.
Используем таблицу
коэффициентов для расчёта изгибающих элементов армированных одиночной
арматурой, по величине ξ находим соответствующие ему коэффициент
αm=0,196
Определяем полезную
расчётную высоту сечения плиты(min
6 см)
Полная высота плиты
(округляем до 1 см)
h=
h0 +1.5=2,28+1,5=3,78
см применяем h= 6 см ;
Тогда рабочая толщина
плиты h0=6-1,5=4,5
см.
Выбор площади сечения
арматуры в плите показан ниже в таблице 3.
Подбор арматуры
плиты перекрытия
Сечение
|
М, кН*см
|
|
ξ
|
Необходимая арматура
|
Необходимая арматура
|
Количество и тип сеток
|
As,,
см2
|
Пр1
|
219
|
|
0,952
|
|
|
1,70
|
Оп В
|
228
|
|
0,955
|
|
|
1,70
|
Пр2
|
163
|
|
0,966
|
|
|
1,13
|
Оп С
|
163
|
|
0,966
|
|
|
1,13
|
1.2
Расчёт и конструирования второстепенной балки
Второстепенные балки
монолитного ребристого перекрытия по своей статистической схеме представляет
собой многопролётные неразрезные балки
Рис.2 Геометрические
размеры и опоры усилий второстепенной балки.
Расчёт таких балок,
выполняется так же как и для плит, учётом перераспределения в следствии
пластических деформаций. Для вычисления пролётов второстепенных балок задаёмся
размерами главноё балки:
высотой:
hгл.б.=(1/10….1/16)lгл.б.=(1/10….1/16)*600=60…37.5
см.
принимаем hгл=50
см
считаем ширину bгл.б=(1/2….1/3)hгл.б=(1/2….1/3)*50=25…16
см.
принимаем =25 см.
Расчётные пролёты
второстепенных балок
L0.0=6000
- 125 - 200 + =5760
мм
L0.1=6000-250
= 5750 мм
Расчёт нагрузки на 1 м
погонный балки постоянная:
Постоянная нагрузка от
плиты и пола:
q
= 3.08 кН/м2
b
= 2 м
qпл
=3,08×2=
6,16 кН/м
от собственного веса
второстепенной балки :
qвт.б.=(
hвт.б.
–hпл.
)× bвт.б×× γfm
= (0,45 – 0,06) ×25×0,18×1,1=
1,9305 кН/м
где:
-
удельный вес железобетона 25 кН/м3
b
- ширина второстепенной балки
γfm
–
коэффициент надёжности по нагрузки 1,1
полезная нагрузка:
pпол
= р + b =4×2 =8 кН/м
полная расчётная нагрузка
на 1 погонныё метр :
q
=
qпол
+pпол =
8+8,0905 =16,095 кН/м
Вычисление расчётных
усилий.
У статистических
расчётов второстепенных балок с разными пролётами или такими, которые
отличаются не более чем 20%, расчётные моменты определяют, используя метод
гранитного равновесия.
Момент в первом
пролёте:
M1= кН*м
Момент на опоре В:
Момент в средних
пролётах и на опоре С:
M2= кН*м
Мс=- 33.25 кН ·м
Определение поперечных сил Q
на крайней опоре:
QА=(q×а1)=
16.0905 × 5.76x0.4=37.07 кН
на средней опоре:
QB=-(q×а2)= 16.0905 × 5.75x0.6=-55.51
кН
в остальных опорах:
QB=(q×а3)= 16.0905 × 5.75x0.5=46.26
кН
Уточнение размеров
второстепенных балок.
Необходимой толщиной
плиты задаёмся с экономических размышлений % армирования плиты в пределах
µ=0,8-1% принимаем µ=0,8% по max
пролётном моменте. Mmax=M1=
64.97кН/м при b =100 см.
Полезная высота сечения
плиты при
ξ =μ*(RS/RB*γb2)=0.01*(365/14.5*0.9)=0.279
где Rb=14.5
МПа - расчётное сопротивление бетона на сжатие ( для класса В-25);
Rs=365
МПа расчётное сопротивление арматуры при растяжении (для класса А 400С);
γb2
=0.9
– коэффициент условия работы бетона.
Используем таблицу
коэффициентов для расчёта изгибающих элементов армированных одиночной
арматурой, по величине ξ находим соответствующие ему
коэффициент αm=0,241
b-
ширина второстепенной балки
Полная высота сечения
h=
h0 +а=29.25+3=32.35
см ;
принимаем h
= 35см и b = 18 см
Подбор арматуры
плиты перекрытия
Сечение
|
М, кН*см
|
|
ξ
|
Необходимая арматура
|
Необходимая арматура
|
Количество и тип сеток
|
As,,
см2
|
Пр1
|
4853
|
|
0,9036
|
|
4014
|
6.16
|
Оп В
|
4844
|
|
0,9036
|
|
3016
|
6.03
|
Пр2
|
3325
|
|
0,9364
|
|
4012
|
4.52
|
Оп С
|
3325
|
|
0,9364
|
|
3012
|
3.39
|
Расчёт наклонных
сечений на поперечную силу:
При максимальном
диаметре продольной арматуры Ø14 из условия свариваемости принимаем для
расчёта поперечную арматуру, принимаем Ø6А240С (Аsw1=
0.283см2) при 2-х каркасах (n=2)
(Аsw=2 ×Аsw1=2×0.283=0.566
см2)
По конструктивным
требованиям шаг поперечных стержней:
Проверяем условия по
проценту армирования:
Определяем единичные
усилия воспринимаемые поперечными стержнями
Rsw=175
МПа
Длина проекции
наибольшего невыгодного сечения
h0=h-a=30-3=27см,
с≤2h0
Определяем усилие,
воспринимаемое поперечными стержнями
Qsw=
qsw
×
c=660,3×107,4=70916=70,92kH
Определяем усилие,
воспринимаемое бетоном
Определяем условие
прочности
Qmax<
Qsw+ Qb
74,3kH<70,92+70,95=141,87
kH Поперечная
арматура для второстепенной балки применяется Ø6А240С с шагом S1
=15cм
на приопорных участках длиной 1/4длины пролёта, а в середине пролёта с шагом S2=30см.
2.
Расчёт
и конструирование монолитной железобетонной колоны
Исходные
данные:
бетон
класса В30; Rb=17
МПа;
арматура
продольная класса А400С, Rs=365
МПа;
арматура
поперечная класса А240С;
высота
этажа Нэт=4,2 м;
Выбор
расчётной схемы
Закрепление
колоны первого этажа при вычислении расчётной длины и коэффициента продольного
отгиба φ принимают шарнирно-неподвижным на уровне перекрытия и защемлённой
в соединении с фундаментом.
Вычисление
усилий в колоне первого этажа
Нагрузка
на колону передаётся от главных балок с учётом их нераздельности. Постоянная
нагрузка составляется с собственного веса элементов перекрытия и веса колон. Временная
нагрузка вычисляется из условия технологического процесса и принимается в
соответствии к заданию на курсовой проект.
Собираем
грузовую площадь на колону:
Агр=6×6=36
м2
Расчётная
длина колоны
L01=hэт+0,15=4,2+0,15=4,35
м; L02=
L03=
L04=4,2
м.
Сечение
колоны принимаем 400×400 мм
Вычисление
нагрузок на колону
Вес
колон 1-й этаж
G1c
=acol*bcol*l01
*ρ*yfm=0.4*0.4*4.35*25000*1.1=17.4
кН
2-ой
этаж
G2c…..
G4c=0.4*0.4*4.2*25000*1.1=14.4+3*16.8=16.8
кН
Общий
вес колон
Gc=Σ
Gnc=
G1c+(n-1)*
G2c=17.4+3*16.8=67.8
кН/
Расчётные
нагрузки.
1.от
веса покрытия
Gпок=gпок*Агр=4,07*36=146,52
кН
2.от
веса всех перекрытий
Gпок=gпер*Агр*(n-1)=3,08*36*3=332,64
кН
3.от
веса второстепенных балок
Gвт.бал.=n(bвт.бал.*lвт.б.*3*γfm)=4(0.35*0.18*6*25*3)=113.4
кН
4.от
веса главных балок
Gгл.бал=4(0,5*0,25*6*25)=75кН
Итого
:
G=ΣG=67.58+146.52+332.64+113.4+75=735.14
кН
Кратковременная
нагрузка
P=4*36+0.7*36=169.2
кН
Полная
нагрузка:
Ntot=G+P=735,14+169,2=904,34
кН
Площадь
поперечной арматуры при φ= 0,9
As.tot=((Ntot/φ)-Rb*acol*bcol))/Rsc=((90434/0.9)-1700*40*40)/36500=
-71.76 см2.
Армирование
принимаем конструктивно :
Продольную
арматуру колоны колонн на всех этажах принимаем 4Ø16А400С2.
Поперечную
арматуру принимаем конструктивно, из условия свариваемости Ø6. Шаг поперечных
стержней назначаем в пределах:
S≤(15…20)d
и
S =
200
3.
Расчёт
и конструирование фундамента
Исходные
данные:
Бетон
класса В20 Rb=11.5
МПа, Rbt=0.9
МПа
Арматура
класса А400С, Rs=365
МПа
Расчётное
сопротивление грунта R0=0.2
МПа
Глубина
сезонного промерзания грунта Hr=0.63см
Вычисление
размеров подошвы фундамента
Плаща
подошвы фундамента вычисляется по формуле:
Где
Nn=Ntot/1.1=904.34/1.1=822.13
кН продольное усилие по второй группе предельных состояний передаваемое
фундаменту колонной;
γm
=20
кН/м3 средний вес единицы объема фундамента и грунта над ним;
H1=mzHr=0.7×0.9=0.63
см глубина заложения фундамента.
Таким
образом:
Af=822.13*103/(0.2-0.02*0.63)*106=4.39
м2
Размеры
подошвы фундамента в плане принимаются кратными 30см
af=bf=
Принятые
размеры af=bf=2,1
м Af=af*bf=4.41м2
Вычисление
высоты фундамента
Рабочая
высота разреза плитной части фундамента вычисляется из условия продавливания по
формуле:
Где N=
904,34 kH продольное усилие,
которое действует с коэффициентом надёжности по нагрузке γm>1;
Давление на грунт под
подошвой фундамента от действия продольного расчётного усилия вычисляется по
формуле:
P=N/Af=904.34/4.41=205.07
кН/м2=0,20507 МПа
Таким образом
H0=0.5*=0.452329315-0.2=0.252 м.
Полная высота
фундамента при наличии бетонной подготовки вычисляется по формуле:
Н=Н0+а =25+3,5=28,5
см
Оптимальную высоту
фундамента, исходя уз условия конструирования
Нmin=bcol+25=30+20=55см,
принимаем Н=60 см выполняет его двухступенчатых с высотой ступеней по 30см
Вычисление изгибающих
моментов
В разрезе 1-1
M1=0.125*p*(af-acol)2*bf=0.125*0.205(210-40)2*210*102=15551812.5
кН*см.
В разрезе 2-2
M1=0.125*p*(af-a1)2*bf=0.125*0.319(210-110)2*210*102=5381250
кН*см.
Вычисление площади
сечения арматуры
В разрезе 1-1
As1=M1/0.9*H0*Rs=15551812.5/0.9*365*56,5*102=8.4
см2
H0=60
– 3.5=56.5 см
В разрезе 2-2
As2=M2/0.9*H01*Rs=5381250/0.9*365*26,5*102=6,2 см2
h01=30
– 3.5=26.5 см
Количество рабочих
стержней в каждом направлении вычисляем по большим значениям Аs=8,4
см2, исходя из максимального допустимого расстояния между
стержнями S=20 см.
Таким образом
N=(af - 2*5/S)+1=((210-10)/20)+1=11 стержней
Принимаем 12стержней
Ø14А400С, As=9,23
см2 с шагом 200см.
|