Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Проектирование монолитной железобетонной плиты

1.1 Конструкция и работа плиты

1.2 Армирование плиты

1.3 Расчет плиты

2. Проектирование второстепенной балки

2.1 Работа второстепенной балки

2.2 Конструктивные требования к армированию балок

2.3 Армирование балки сварными каркасами

2.4 Расчет балки по нормальным сечениям

2.5 Расчет балки по наклонным сечениям

2.6 Расчет второстепенной балки

3. Проектирование главной балки

3.1 Работа главной балки

3.2 Конструкция главной балки

3.3 Расчет балки по нормальным сечениям

3.4 Расчет балки по наклонным сечениям

3.5 Местное армирование

3.6 Эпюра материалов

3.7 Расчет главной балки

4. Проектирование колонны

4.1 Работа колонны

4.2 Конструкция колонны

4.3 Подбор сечения колонны

4.4 Расчет колонны

5. Проектирование фундамента

5.1 Работа фундамента

5.2 Конструкция и расчет фундамента

Введение

Монолитное железобетонное ребристое перекрытие состоит из плиты и систем балок: главных и второстепенных, которые бетонируются вместе с плитой.

Особенность конструкции такого перекрытия состоит в том, что в целях экономии значительно уменьшена площадь бетона в растянутой зоне сечения, с сохранением его в виде ребер для расположения арматуры.

Опорами для главных балок служат колонны и наружные стены, для второстепенных - главные балки. Главные балки располагают в поперечном направлении здания с шагом равным шагу колонн. Второстепенные балки следует размещать таким образом, чтобы ось одной из балок совпадала с осью колонны, а между колоннами было не менее двух второстепенных балок.

Ниже представлена схема монолитного ребристого железобетонного перекрытия здания с неполным каркасом и несущими кирпичными стенами. Поперечное расположение главных балок позволяет повысить поперечную жесткость здания.

1. Проектирование монолитной железобетонной плиты

1.1 Конструкция и работа плиты

В монолитном балочном перекрытии плита опирается на монолитно связанные с ней и между собой второстепенные и главные балки, которые делят ее на прямоугольные отсеки. При соотношении сторон отдельного отсека более 2 допускается считать, что плита работает на изгиб, в основном вдоль меньшей стороны отсека. Вследствие этого многопролетная неразрезная плита может рассматриваться как балочная с пролетом вдоль меньшей стороны, опорами которой служат второстепенные балки.

Высота плиты принимается равной60Ї100 мм .

Высота второстепенной балки принимается равной от ее пролета (расстояние между осями главных балок).

Высота балок устанавливается кратной 50 или 100мм, плиты - кратной 10мм.

Ширина балок назначается в пределах от высоты кратной 20 или 50 мм.

При последующем проектировании предварительные размеры уточняются.

Плита заводится в стену на 120 мм, второстепенная балка - на 250 мм, главная - 250-380мм .

1.2 Армирование плиты

Армирование неразрезной балочной плиты рабочей арматурой производится вдоль пролета с расположением в соответствии с эпюрой моментов М: в пролете - в нижней зоне, на опоре - в верхней зоне плиты. Для уменьшения трудоемкости арматурных работ плиты обычно армируют сварными сетками, которые изготавливают из стали класса Вр-I диаметром 3-5 мм или из стали класса А-III диаметром от 6 мм. Сетки выполняют с продольной рабочей арматурой, с поперечной рабочей арматурой или одинаковой в обоих направлениях.

Рабочие стержни в сетках располагаются с шагом 100, 125, 150, 200мм. Стержни поперечного направления (в сетках с продольными рабочими стержнями), как правило, имеют меньший диаметр и устанавливаются с шагом 250 или 300 мм.

1.3 Расчет плиты

Плита рассчитывается на прочность (по несущей способности - I группа предельных состояний) по нормальным сечениям на действие изгибающих моментов.

Ниже представлены конструктивная и расчетная схемы с эпюрами расчетных усилий.

Расчетная нагрузка на плиту принимается равномерно распределенной и определяется с учетом постоянной (собственный вес, вес пола и перегородок) и временной (длительной и кратковременной) нагрузок, а так же коэффициентов надежности по нагрузке и назначению. Коэффициент надежности по нагрузке для кратковременно действующей нагрузки при ее величине до 2000 принимается равным -1,4 в других случаях - 1,3.

Коэффициент надежности по назначению устанавливается в зависимости от класса сооружения (проектируемое сооружение относится ко второму классу, ).

Материалы для конструкций:

- бетон тяжелый класса В15;

- арматура класса А - III, Вр - I;

1. Определение предварительных размеров элементов перекрытия.

Толщина плиты .

Размеры сечения второстепенной балки:

- высота

;

- ширина

Расчетные пролеты плиты:

- средний пролет

;

- крайний пролет

.

2. Определение расчетных нагрузок на плиту.

Таблица 1. Определение нагрузки для плиты,

Наименование	Нормативная,	Коэффициент надежности	Расчетная,
		по назначению сооружения гn	по нагрузке гf
Постоянная 1. Вес пола и перегородок 2. Собственный вес плиты	2100 1920	0,95 0,95	1,1 1,1	2196 2007
g = 4203 Н/м2
Временная 3. Длительная 4.Кратковременная	10200 1700	0,95 0,95	1,2 1,3	11628 2100
х= 13728 Н/м2
Полная g+х= 17931 Н/м2

3. Определение изгибающих моментов.

-В крайних пролетах и на вторых опорах:

;

- Во всех средних пролетах и средних опорах

.

В средних пролетах и над средними опорами величины моментов определены без учета влияния распора.

4. Расчет плиты по нормальным сечениям

Определение высоты плиты производится на действие изгибающего момента . Расчетная ширина плиты b=1 м. Принимаю и по приложению 3 методических указаний определяю значение коэффициента .

.

Принимаю

5. Расчет арматуры.

а) Крайние пролеты и вторые опоры

;

;

;

По Приложению 3; . Необходимо, чтобы выбранное входило в интервал .

По приложению 2 принимаю продольную арматуру 8Ш7 с шагом 125 мм ().

Сетка С1 125/250/7/3 - A-III/Вр-I.

Процент армирования:

проверка выполняется, так как выполняется условие:

б) Средние пролеты и средние опоры

;

;

;

По Приложению 3 ; .

.

По приложению 2 принимаю продольную арматуру 5Ш7 с шагом 200 мм ()

Сетка С2 200/250/7/3 - A-III/Вр-I

Процент армирования:

проверка выполняется, так как выполняется условие:

Армирование плиты сварными сетками показано на схеме

6. Проверка прочности на действие поперечных сил

Определение поперечных сил.

- На первой опоре

;

-На второй опоре слева

;

- На второй опоре справа и на всех промежуточных опорах

.



;

Условие прочности выполняется.

2. Проектирование второстепенной балки

2.1 Работа второстепенной балки

Второстепенная балка рассчитывается как многопролетная неразрезная балка, нагруженная равномерно распределенной по длине пролета нагрузкой с грузовой полосы шириной, равной шагу их поперек здания.

Крайними опорами служат стены здания, промежуточными - главные балки. Опирание на стену полагается шарнирным, примыкание к главным балкам - упругие защемления.

2.2 Конструктивные требования к армированию балок

Для армирования балок применяется арматура следующих классов:

- рабочая стержневая арматура - класса A-II и A-III;

- рабочая в сварных сетках - класса Вр-I и A-III;

- поперечная и монтажная арматура - класса A-I, A-II, Вр-I.

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры должна приниматься в балках высотой 250 мм и более при диаметре рабочих стержней:

- d< 20 мм - не менее 20 мм;

- 20<d<32 мм - не менее 25 мм;

- d>32 мм -не менее 30 мм.

Толщина защитного слоя бетона для поперечной и монтажной арматуры должна составлять не менее 15 мм.

Расстояния в свету между отдельными стержнями принимаются не менее диаметра рабочих стержней и не менее 25 мм для нижней арматуры и 30 мм - для верхней.

При армировании балки плоскими сварными каркасами их количество в сечении составляет 2, 3 и более, в зависимости от ширины балки. Рабочие стержни в каркасе располагают с одной стороны от поперечных, в один или в два ряда по высоте. При одностороннем расположении продольные рабочие стержни могут размещаться в каркасе без зазора, со скреплением этих стержней прерывистыми сварными швами.

По условию надежности контактной сварки рабочих стержней с поперечными их диаметры должны быть взаимоувязанными:

	12	14	16	18	20	22	25	28	32	36	40
	4	5	5	6	6	8	8	10	10	12	12

2.3 Армирование балки сварными каркасами

В соответствии с характером работы неразрезной балки рабочая арматура в пролетах должна быть установлена у нижней грани балки, а над промежуточными опорами у верхней - у верхней. Вся эта арматура устанавливается в виде плоских каркасов.

При диаметр монтажной арматуры принимается 10мм, а при диаметр следует увеличить до 12мм. В средних пролетах при верхние стержни пролетных каркасов подбираются из расчета сечения балки на отрицательный изгибающий момент.

До установки в опалубку балки плоские сварные каркасы объединяются в пространственные путем приваривания соединительных стержней - коротышей. Непосредственно у опор их рекомендуется ставить вверху и внизу в количестве 3…5 штук с шагом, равным шагу поперечных стержней в каркасах, а на остальной части пролета они могут устанавливаться реже, но на расстоянии не более 600 мм и не более удвоенной ширины ребра балки.

Плоские сварные каркасы смежных пролетов после установки в опалубку пространственных каркасов соединяются понизу стыковыми стержнями, диаметр которых принимается не менее 0,5 диаметра рабочих стержней и не менее 10 мм. Эти стержни заводятся за грани главной балки с каждой стороны на длину не менее 15 диаметров.

Поперечные стержни устанавливаются по расчету с соблюдением конструктивных требований.

Часть рабочих стержней в каркасах обрывается в сечениях, где эти стержни становятся не нужными. Точки обрыва устанавливаются при построении эпюры материалов.

Эпюра материалов для второстепенной балки не строится, поэтому места обрыва устанавливают ориентировочно. В пролетных каркасах половина рабочих стержней может быть оборвана на расстоянии от крайней опоры от расчетного пролета, а от средней опоры - на расстоянии от расчетного пролета. До половины площади надопорной арматуры обрывается на расстоянии от опоры , остальная - на расстоянии от расчетного пролета.

Над опорами второстепенная балка армируется гнутыми сварными каркасами.

« П » - образные поперечные стержни этого каркаса заводятся в балку на длину не менее 30 диаметров. На концах каркаса и у мест обрыва рабочих стержней устанавливают по два поперечных стержня с шагом 100 мм, остальные- через 400-700 мм по длине каркаса.

2.4 Расчет балки по нормальным сечениям

Расчетных сечения у второстепенной балки принимаются четыре: два опорных и два пролетных.

Опора В

В этом сечении балка рассматривается как прямоугольная, так как ее полка находится в растянутой зоне и на несущую способность балки не влияет.

Рабочая высота балки , где расстоянием от растянутой грани балки до центра тяжести площади арматуры а следует предварительно задаться. Величину а следует по ходу расчета уточнять. В окончательном расчете величина а должна полностью соответствовать принятому армированию балки.

Сечении балки должно удовлетворять условию прочности на сжатие в направлении действия главных сжимающих напряжений. Эта проверка не является определяющей для всех балок ребристого перекрытия, и поэтому она может быть проведена приближенно:

По коэффициенту

в приложении 1 методических указаний находится относительная высота сжатой зоны сечения .

По величине можно оценить правильность принятия предварительных размеров сечения балки. Для хорошо спроектированной балки, имеющей наименьшую стоимость

= 0,35-0,50. Для окончательно принятого сечения по определяется относительная величина плеча внутренней пары сил и требуемая площадь рабочей арматуры в этом сечении

По результатам расчета подбирается продольная и поперечная арматура с соблюдением конструктивных требований.

Опора С

Порядок расчета аналогичен расчету для опоры В.

Первый пролет

В пролетах при действии положительного изгибающего момента балка работает как тавровая, так как полка расположена в сжатой зоне.

Расчетная ширина полки определяется величиной учитываемых свесов полки, которые не должны превышать:

- расчетного пролета балки;

- расстояния в свету между второстепенными балками;

-, если полка тонкая ()

Из двух или трех условий выбирается наименьшее значении ширины свесов и тогда расчетная ширина полки

При расчете балки таврового сечения могут встретиться два случая:

- нейтральная ось располагается в полке;

- нейтральная ось пересекает ребро балки.

Для определения к какому расчетному случаю относится рассматриваемая балка, вычисляется несущая способность сечения балки при полностью сжатой полке , т.е. при прохождении нейтральной оси по нижней грани полки :

Если - нейтральная ось проходит в полке и сечение рассчитывается как прямоугольное с шириной, равной .

Для прямоугольного сечения определяется коэффициент :

По приложению 1 выбирается значение и вычисляется требуемая площадь продольной арматуры:

Подбирается продольная и поперечная арматура.

Если - нейтральная ось пересекает ребро и требуемая площадь арматуры складывается из двух частей ,.

соответствует сжатым свесам полки и части общего изгибающего момента:

соответствует сжатой зоне ребра балки.

Для определения площади арматуры рассчитывается коэффициент :



по приложению 1 выбирается значение и вычисляется требуемая площадь продольной арматуры:

Подбирается продольная и поперечная арматура.

Средний пролет

Определение требуемой площади арматуры ведется аналогично первому пролету на действие наибольшего положительного изгибающего момента в пролете при своей рабочей высоты сечения .

В средних пролетах на действие отрицательных моментов устанавливается арматура у верхней грани балки. Так как для второстепенной балки эпюра материалов не строится, эта арматура рассчитывается ориентировочно по отрицательному изгибающему моменту в районе точки 6 . На восприятие этого момента балка работает как прямоугольная с рабочей высотой сечения .

Для определения площади арматуры рассчитывается коэффициент :

Выбирается и вычисляется требуемая площадь арматуры:



По приложению 2 подбирается продольная и поперечная арматура.

Поперечная арматура назначается с учетом того, что в каркасах этого пролета имеется верхняя и нижняя арматура.

2.5 Расчет балки по наклонным сечениям

При проектировании рабочей арматуры определилась поперечная (диаметр стержней, количество каркасов и площади сечения всех поперечных стержней, расположенных в одной нормальной к оси балки плоскости ).

Без поперечной арматуры балка может воспринять поперечную силу не более

где коэффициент , учитывающий влияние сжатых полок, определяется по формуле:

где - расчетная ширина сжатой полки, принимается равной .

Коэффициент применяется на участках балки, где полка сжата, что имеет место только на участке балки у первой свободной опоры. На участках балки у средних опор полка растянута и не влияет на восприятие балкой поперечной силы.

Сравнением ординат эпюры Q с поперечной силой, воспринимаемой бетоном, выявляются расчетные участки балки.

На приопорных участках длиной по от расчетного пролета шаг поперечной арматуры устанавливается исходя из следующих конструктивных требований:

и , при h450 мм;

и , при h>450 мм.

На остальных участках:

и , при h>300 мм.

На расчетных участках балки требуется соблюдение еще трех требований:

;

;

.

Расчетных участков в балке может быть три: у опоры А, у опоры В слева и у опоры В справа.

По данным расчетов с соблюдением конструктивных требований принимаются шаги S расстановки поперечных стержней с округлением до значений кратных 20 или 50 мм в меньшую сторону.

2.6 Расчет второстепенной балки

1. Определение предварительных размеров элементов перекрытия.

Размеры сечения второстепенной балки:

- высота ;

- ширина .

Размеры сечения главной балки:

- высота

;

- ширина

Расчетные пролеты второстепенной балки:

- крайние пролеты

- средние пролеты

.

2. Определение расчетных нагрузок на второстепенную балку.

Таблица 2 Нагрузка на второстепенную балку, Н/м²

Наименование	Нормативная, Н/м2	Коэффициент надежности	Расчетная, Н/м2
		по назначению сооружения гn	по нагрузке гf
Постоянная 1. Вес пола и плиты 2. Собственный вес балки	4020 1210	0,95 0,95	1,1 1,1	4201 1265
g=5466 Н/м2
Временная 3. От плиты (см. табл. 3)	10200 1700	0,95 0,95	1,2 1,3	11628 2100
х=13728 Н/м2

Погонные расчетные нагрузки на балку:

- Постоянные

- Временные

3. Расчет балки по нормальным сечениям.

Максимальный изгибающий момент действует в сечении у опоры “ В ” ,который определяется с соответствующим значением коэффициента в по зависимости:

в=0,091.

Высота балки определяется на действие изгибающего момента М_В=186,21 кНм. Предварительно задается значение б=45 мм, исходя из требуемой толщины защитного слоя (10 мм) над арматурой сетки плиты, толщины сетки и толщины каркаса второстепенной балки.

Из условия экономичности принимается о =0,40, А₀=0,320.



Принимаем h_В=0,55 м, b_В=0,25 м, что позволит не изменять расчетные пролеты плиты.

Определение ординат объемлющей эпюры изгибающих моментов.

Ординаты объемлющей эпюры М (с учетом их пластического перераспределения) подсчитываются по формуле:

Для положительных ветвей эпюры М коэффициенты в по соотношению снимаются с рисунка, для отрицательных ветвей в средних пролетах выбираются из таблицы «Коэффициенты для построения объемлющей эпюры М» для точек через 0,2 пролета. Отрицательная ветвь эпюры М первого принята линейной и определяется нулевой точкой по коэффициенту б=0,304 . Вычисления ординат эпюры приведены в таблице 3.

Таблица 3 Ординаты объемлющей эпюры М.

Номера точек	g+х, кН/м	Длина пролета, м	(g+х)l2, кНм	в+	в-	Изгибающие моменты, кНм
						М+	М-
0	44,91	6,75	2046	0		0
1				0.065		133
2				0.090		184
М1max				0.091		186
3				0.075		153
4				0.020		41
5					-0.091		-186
6		6,75	2046	0.0180	-0.048	37	-98
7				0.0580	-0.023	119	-47
М2max				0.0625		128
8				0.0580	-0.017	119	-35
9				0.0180	-0.031	37	-63
10					-0.062		-127
11				0.0180	-0.025	37	-51
12				0.0580	-0.006	119	-12
М3max				0.0625		128
13				0.0580	-0.006	119	-12
14				0.0180	-0.025	37	-51
15					-0.062		-127

Определение расчетных поперечных сил.

На крайней опоре:

На первой промежуточной опоре слева:

На первой промежуточной опоре справа и на всех остальных опорах слева и справа:

Расчет арматуры.

Опора В.

Сечение балки для расчета принимается прямоугольное, т.к. полка расположена в растянутой зоне.

;

;

;

;

.

Принимаем по Приложению 3 о =0,44; з=0,78. Необходимо, чтобы выбранное входило в интервал .

Принимаю:

- продольную арматуру - 230 А- (A_s=14,14см²);

- поперечную арматуру по условиям свариваемости - 10 А-.

Уточняю значение а.

тогда

Принимаем по Приложению 3 о =0,50; з=0,72. Необходимо, чтобы выбранное входило в интервал .

Окончательно принимаю:

- продольную арматуру - 425 А- (A_s=19,64 см²);

- поперечную арматуру - 8 А-II.

Опора С.

Сечение балки для расчета принимается прямоугольное.

;

;

;

Принимаем по Приложению 3 о =0,32; з=0,84. Необходимо, чтобы выбранное входило в интервал .

Принимаю:

- продольную арматуру - 322 А- (A_s=11,40 см²);

- поперечную арматуру - 8 А-II.

Уточняю значение а

тогда

Принимаем по Приложению 3 о =0,34; з=0,83. Необходимо, чтобы выбранное входило в интервал .

Окончательно принимаю:

- продольную арматуру - 322 А- (A_s=11,40 см²);

- поперечную арматуру - 8 А-II.

Первый пролет.

Сечение балки для расчета принимается тавровое, т.к. полка расположена в сжатой зоне

;

;

;

;

;

;

Определяем несущую способность балки при полностью сжатой полке:

- нейтральная ось расположена в полке и сечение рассматривается как прямоугольное с размерами

;

Принимаем по Приложению 3 о =0,04; з=0,98.

Принимаю:

- продольную арматуру - 220 и 222 А- (A_s=13.88 см²).

Уточняю значение а.

;

Принимаем по Приложению 3 о =0,04; з=0,98.

Принимаю:

продольную арматуру - 220 и 222 А- (A_s=13,88 см²)

Окончательно принимаю:

- продольную арматуру - 220 и 222 А- (A_s=13,88 см²);

- поперечную арматуру - 8 А-;

- монтажную арматуру - 10 А-.

Средний пролет.

Сечение балки для расчета принимается тавровое, т.к. полка расположена в сжатой зоне

;

;

;

;

;

;

Определяем несущую способность балки при полностью сжатой полке.

- нейтральная ось расположена в полке и сечение рассматривается как прямоугольное с размерами

.

Принимаем по Приложению 3 о =0,04; з=0,98.

Принимаю:

- продольную арматуру - 418 А- (A_s=10,18 см²)

Уточняю значение а.

;

;

Принимаем по Приложению 3 о =0,04; з=0,98.

Окончательно принимаю:

- продольную арматуру - 418 А- (A_s=10,18 см²);

- поперечную арматуру - 6. А-.

Расчет арматуры на действие отрицательных моментов в средних пролетах.

Балка рассчитывается как прямоугольная с размерами сечения

;

;

Принимаем по Приложению 3 о =0,3; з=0,85.

Принимаю:

- продольную арматуру - 225 А- ()

Уточняю значение а:

;

;

Принимаем по Приложению 3 о =0,3; з=0,85.

Окончательно принимаю:

- продольную арматуру - 225 А- (A_s=9,82 см²);

- поперечную арматуру - 8 А-.

4.Расчет балки по нормальным сечениям.

Опора А

Конструктивные требования:

при ;

Расчетные требования:

Принимаю шаг поперечных стержней S=200мм

Опора В слева

;

Конструктивные требования:

при ;

Расчетные требования:



Принимаю шаг поперечных стержней S=200мм

Опора В справа

;

Конструктивные требования:

при ;

Расчетные требования:

Принимаю шаг поперечных стержней S=200мм

На остальных участках

Принимаю S=450мм

3. Проектирование главной балки

3.1 Работа главной балки

Главные балки работают в качестве ригелей в составе единой сложной многопролетной и многоэтажной рамы, состоящей из наружных стен, колонн, ригелей, одним из которых является покрытие здания.

Нагрузка на главную балку передается в виде сосредоточенных сил, приложенных в точках пересечения осей главной и второстепенной балок.

Сосредоточенные силы подсчитываются отдельно от постоянной нагрузки и временной , при этом не учитывается, что второстепенная балка является неразрезной. Для определения сил собираются все нагрузки с части расчетной полосы длинной, равной шагу второстепенных балок и шириной, равной шагу главных балок. Таким образом, сила от постоянной нагрузки с учетом собственного веса определяется по зависимости:

,

где - шаг главных балок;

- шаг второстепенных балок;

g - погонная постоянная нагрузка для второстепенной балки;

, - размеры сечения главной балки;

- толщина плиты;

- объемный вес железобетона;

и - коэффициенты надежности.

От временной нагрузки сосредоточенная сила определится по выражению:



v - погонная временная нагрузка для второстепенной балки.

Ординаты объемлющих эпюр вычисляются по коэффициентам в точках с координатами х (расстояние от крайней левой опоры до рассматриваемого сечения), согласно схемы загружения балки:

- расчетный пролет, в пределах которого вычисляются ординаты.

Конструктивная и расчетная схемы главной балки с объемлющими эпюрами усилий М и Q представлены на.

В соответствии с эпюрой изгибающих моментов на конструктивной схемы указано принципиальное размещение рабочей арматуры:

рассчитываемой на действие наибольшего изгибающего момента в первой пролете ;

рассчитываемой на действие наибольшего изгибающего момента во втором пролете ;

, рассчитываемой на действие отрицательного изгибающего момента во втором пролете;

рассчитываемой по моменту над опорой В в опасном сечении , каковым является сечение не по оси колонны, а по ее грани:

где -размер сечения колонны вдоль оси балки, которым следует задаться в пределах

0,3 - 0,4м.

3.2 Конструкция главной балки

Принципиального различия в конструкции главной и второстепенной балок нет, поэтому последовательность ее проектирования такая же, что и второстепенной.

Для уменьшения трудоемкости арматурных работ принимается армирование главной балки плоскими сварными каркасами, объединяемыми в пространственный. На схеме приведена одна из возможных схем армирования главной балки плоскими сварными каркасами.

Пролеты армированы каркасами К - 1 и К - 2, опорная зона каркасами К-3.

Опорные каркасы можно сконструировать без обрыва части рабочих стержней, но расположить их в балке со сдвижкой одного относительного другого по длине балки.

На фасаде балки поперечные стержни не показаны.

3.3 Расчет балки по нормальным сечениям

Расчет ведется в той же последовательности, что и для второстепенной балки.

Принимается вариант конструктивного решения.

Назначаются материалы, выписываются их необходимые расчетные характеристики и о, задаются размеры поперечного сечения балки.

Опора В

При определении рабочей высоты сечения следует учесть, что над верхним рядом рабочей арматуры главной балки располагается вся надопорная арматура второстепенной балки и плиты.

Сечение балки проверяется по условию прочности на сжатие.

По коэффициенту

в приложении 2 находится коэффициент о и оценивается приемлемость принятых ранее размеров балки, которые при необходимости корректируются.

По окончательно принятым размерам вычисляются А₀, з и

По результатам расчета подбирается продольная и поперечная арматура с соблюдением конструктивных требований.

Первый пролет

Сечение - тавровое с шириной полки

Определяется положение нейтральной оси и определяется необходимая площадь арматуры

Подобным же образом подбирается необходимая арматура во всех других пролетных и опорных сечениях. Дополнительно сечения средних пролетов рассчитываются на действие отрицательных изгибающих моментов.

3.4 Расчет балки по наклонным сечениям

При проектировании рабочей арматуры определилась поперечная (диаметр поперечных стержней, количество каркасов в сечениях), т.е. A_sщ. При загружении балки сосредоточенными силами длина приопорного участка принимается равной расстоянию от опоры до ближайшей силы.

По длине балки определяются расчетные участки и участки, где поперечное армирование по расчету не требуется.

Расчет ведется так же, как и для второстепенной балки. Принятые к реализации шаги расстановки поперечной арматуры должны увязываться с конструктивными требованиями.

Рассмотрению подлежат последовательно все расчетные участки балки.

3.5 Местное армирование

Согласно принятой схемы компоновки перекрытия, главные балки являются промежуточными опорами для второстепенных. В местах их пересечения во второстепенных балках действуют отрицательные изгибающие моменты M_ОП .

Нагрузка на главную балку передается через сжатую зону бетона второстепенных балок, т.к. передача нагрузки трещиной не возможна, вследствие чего появляется возможность отрыва нижней зоны главной балки отрывающим усилием

F=F_g+F_v=121,9+326,5=448,4кН

Для предотвращения отрыва следует предусмотреть дополнительное поперечное армирование /сверх требуемого по расчету наклонного сечения/, полностью воспринимающее отрывающее усилие и передающие это усилие в верхнюю зону главной балки.

Дополнительная арматура должна располагаться в пределах длины зоны отрыва:

При вычислении длины зоны отрыва можно принимать равным разнице высот главной и второстепенной балок.

Суммарная площадь сечения всех ветвей дополнительных хомутов на длине зоны отрыва:

По приложению 2 принимаю продольную арматуру 8Ш10 с шагом 125 мм ()

Сетка С1 125/250/10/3 - A-III/Вр-I

При армировании главной балки сварными каркасами дополнительная арматура устанавливается в виде двух - трех сварных сеток с вертикальными рабочими стержнями, суммарная площадь сечения которых определяется так же как для хомутов.

3.6 Эпюра материалов

Площадь арматуры, подобранной для каждого расчетного сечения балки, требуется только в этом сечении. С удалением от расчетного сечения появляется возможность часть рабочих стержней отгибать или обрывать. Очевидно, это следует делать таким образом, чтобы прочность балки была обеспечена, т.е. чтобы для всех сечений балки соблюдалось условие прочности; М ? [M], где М - изгибающий момент от внешних сил в любом сечении балки; [М] - несущая способность этого же сечения с фактически имеющейся здесь арматурой.

Данная задача решается путем повторения так называемой эпюры материалов (эпюры арматуры) - графика несущей способности балки, наложенного на объемлющую эпюру изгибающих моментов.

Ниже представлена эпюра материалов для главной балки.Здесь показана только рабочая арматура. Эпюра материалов строиться строго в масштабе с увязкой конструкции с осями и расчетной схемой.

Для ее построения предварительно вычисляется несущая способность балки по мере уменьшения площади рабочей арматуры в соответствии с принятыми конструктивным решением. Эти вычисления удобно свести в таблицу.

В табл. 4 h_0i представляется на основании конструктивных схем армирования с точностью до 1 мм. Другие данные для таблицы подчитываются по формулам:

для опорных сечений (-М)

;

для пролетных сечений (+М) при

Несущая способность пролетных сечений при расположении нейтральной оси в ребре сечения вычисляется на основании п. 2.4.

При обрыве стержней несущая способность сечения меняется скачком, причем точка теоретического отрыва находится на пересечении горизонтали, соответствующей несущей способности сечения без обрываемых стержней с эпюрой моментов.

В первом пролете вся оставшаяся верхняя арматура теоретически обрывается в точке, за которой отрицательные изгибающие моменты оказываются меньше, чем несущая способность бетонного сечения балки (без учета оставшейся монтажной арматуры):

Оборванные стержни продлеваются за точку теоретического обрыва на величину заделки щ_i, которая не должна быть мене 20 диаметров обрываемых стержней, т.е. щ_i ? 20d.

Точки фактического обрыва стержней привязываются к осям для точного перенесения результатов построения эпюры материалов на конструктивный чертеж.

Таблица №4 Вычисление несущей способности балки

Сечение	Схема и состав арматуры		h0i м	оi	зi	[Mi]	Примечание
Пролет I		32,17	0,843	0,06	0,97	960	Полное количество арматуры
		16,09	0,859	0,03	0,985	496,9	Оборваны Верхние стержни
Пролет II		18,16	0,858	0,03	0,985	560	Полное количество арматуры
Опора В слева		48,26	0,814	0,6	0,7	1003	Полное количество арматуры
		24,13	0,83	0,3	0,85	621	Оборваны Верхние стержни
		Только бетон (-М)
Опора В справа		9,82	0,866	0,12	0,94	292	Верхние стержни пролетных каркасов

3.7 Расчет главной балки

1.Определение действующих сил.

Сила от постоянной нагрузки:

где =7,5 м - шаг главных балок;

=2,5 м - шаг второстепенных балок;

g = 13,54 кН/м- погонная постоянная нагрузка для второстепенной балки;

=0,9 м,= 0,4м - размеры сечения главной балки;

=0,09 м - толщина плиты;

=24 - объемный вес железобетона;

и - коэффициенты надежности.

От временной нагрузки сосредоточенная сила определится по выражению:

,

где:

v=43,53/м - погонная временная нагрузка для второстепенной балки.

2.Вычисление ординат объемлющих эпюр М и Q

Таблица 1. Вычисление ординат объемлющих эпюр

	Изгибающие моменты	Поперечные силы
	от	от				от	от
0,0	0,0	0,0	0,0	7.5	0	0	0.733 -0.267	0.867 0.279	0.133 0.546	372 59	46 -211
0,33	0,244	0,289	0,045		931	113
0,67	0,156	0,244	0,088		740	-73
0,85	-0,075	0,038	0,123		24	-370	-1.267 1	0.044 1.222	1.311 0.222	-140 521	-582 49
1,00	-0,267	0,044	0,311		-136	-1006
1,13	-0,133	0,013	0,146		-90	-479
1,20	-0,067	0,066	0,133		100	-387
1,33	0,067	0,200	0,133		551	-264	0	0.533	0.533	174	-174
1,50	0,067	0,200	0,133		551	-264
Для определения реакции	3.267	3.533

кНм.

a=80мм

;

.

Принимаю .

Опора В



о =0,6 з=0,7.

Принимаю: продольную арматуру - 632 А- ();

Уточняю значение а.

о =0,64. з=0,68.

Окончательно принимаю:

- продольную арматуру - 632 А- ()

- поперечную арматуру - 12 А-III

Первый пролет.

кНм.

Сечение балки для расчета принимается тавровое, т.к. полка расположена в сжатой зоне Полка тонкая.



Определяем несущую способность балки при полностью сжатой полке.

- нейтральная ось расположена в полке и сечение рассматривается как прямоугольное с размерами

о =0,06. з=0,97.

Принимаю:

- продольную арматуру - 432 А- ()

Уточняю значение а

о=0,07. з=0,97.

Окончательно принимаю:

- продольную арматуру - 432 А- ()

- поперечную арматуру - 12 А-III.

Средний пролет.

кНм.

Сечение балки для расчета принимается тавровое, т.к. полка расположена в сжатой зоне

условие не выполняется.



Определяем несущую способность балки при полностью сжатой полке.

- нейтральная ось расположена в полке и сечение рассматривается как прямоугольное с размерами

о =0,05. з=0,98.

Принимаю:

- продольную арматуру - 234 А- ()

Уточняю значение а

о=0,05. з=0,98.

Окончательно принимаю:

- продольную арматуру - 234 А- ()

- поперечную арматуру - 12 А-III.

Расчет арматуры на действие отрицательных моментов в средних пролетах.

Балка рассчитывается как прямоугольная с размерами сечения

о =0,14 з=0,94.

Принимаю:

- продольную арматуру - 225 А- ()

Уточняю значение а

о =0,14. з=0,94.

Окончательно принимаю:

- продольную арматуру -225 А- ()

- поперечную арматуру - 12 А-.

Расчет по наклонным сечениям.

Участок I

Так как , то необходимо учесть расчетные требования

Конструктивные требования:

при ;

Расчетные требования:

Принимаю шаг поперечных стержней S=0,3м

Участок II

Так как , то необходимо учесть расчетные требования

Конструктивные требования:

при ;

Расчетные требования:

Принимаю шаг поперечных стержней S=0,3м

Участок III



Так как , то необходимо учесть расчетные требования.

Конструктивные требования:

при ;

Расчетные требования:

Принимаю шаг поперечных стержней S=0,3м

Участок IV

Так как , то необходимо учесть расчетные требования.

Конструктивные требования:

при ;

Расчетные требования:

Принимаю шаг поперечных стержней S=0,3м

Участок V

Так как , то необходимо учесть расчетные требования.

Конструктивные требования:

при ;

Расчетные требования:



Принимаю шаг поперечных стержней S=0,3м

4. Проектирование колонны

4.1 Работа колонны

Колонны многоэтажного каркасного производственного здания входят в состав единой поперечной рамы и работают как внецентренно сжатые элементы.

Изгибающие моменты, возникающие в средних колоннах, в случае восприятия горизонтальных сил (ветровых, тормозных от грузоподъемного напольного оборудования) поперечными связями невелики. Поэтому в курсовом проекте поперечная рама не рассчитывается, а средние колонны, в первом приближении, проектируются как “центрально сжатые”, т.е. эксцентриситет продольной силы не превышает случайного.

Продольная сила в колонне определяется с учетом длительности действия нагрузки. Для принятой схемы покрытия здания (здание проектируется со строительным покрытием над верхним этажом). Продольная сила в верхнем элементе колонны от действия всех нагрузок определяется по зависимости:

,

где и - коэффициенты, определяемые по таблице 5;

и- сосредоточенные силы для главной балки;

- вес колонны в пределах одного этажа;

- площадь поперечного сечения колонны, размерами которого предварительно задавались;

- высота этажа;

- объемный вес железобетона;

и .

Продольная сила от действия длительных нагрузок (постоянных и временных длительно действующих) определяется по зависимости:

, где

продольная сила от кратковременно действующих нагрузок;

- кратковременно действующая расчетная нагрузка;

- полная временная расчетная нагрузка;

В элементе колонны в пределах ниже расположенного этажа усилия и удвоятся и т.д. - до первого этажа.

4.2 Конструкция колонны

При незначительных случайных эксцентриситетах сжатые элементы выполняют чаще всего квадратного или прямоугольного поперечного сечения.

Размеры поперченного сечения колонн определяют расчетом. В целях стандартизации опалубки и арматурных каркасов размеры колонн назначают кратными 50 мм, предпочтительнее кратным 100 мм. В целях обеспечения качества бетонирования монолитные колонны рекомендуется выполнить с поперечными размерами не менее 25 см.

Колонны армируют продольными стержнями диаметром 12 - 40 мм (рабочая арматура) преимущественно из горячекатаной стали класса А - III и термомеханически упрочненной А_Т - III с, а также поперечными стержнями из горячекатаной стали классов А - III, А - II, А - I и проволоки класса В - I. Продольную и поперченную арматуру сжатых со случайными эксцентриситетами элементов объединяют в плоские и пространственные каркасы, сварные или вязаные.

Количество продольных стержней зависит от размеров сечения колонны. Если эти размеры не превышают 400 мм, продольных стержней может быть четыре, что соответствует наибольшему допустимому расстоянию между стержнями рабочей арматуры. Наименьшее расстояние между продольными стержнями в свету допускается 50 мм.

При размерах сечения более 400 мм предусматриваются промежуточные стержни по периметру сечения элемента с тем, чтобы расстояние между продольными стержнями не превышало 400 мм.

Соединять продольные стержни по длине элемента не рекомендуется.

По высоте каркасы колонны стыкуются с перепуском рабочих стержней на длину 20d. Стычки арматуры располагаются несколько выше уровня пола каждого из этажей.

Поперченную арматуру устанавливают без расчета с соблюдением требований норм. Расстояние между ними должно быть при сварных каркасах не более 20d, но не более 500 мм, при вязанных не более 15d, но не более 400 мм (d - наименьший диаметр продольных сжатых стержней). Соблюдение данных требований предохраняет продольные стержни от бокового выпучивания сжатых стержней. Расстояние между поперченными стержнями следует округлить до размеров, кратных 50 мм.

Диаметр поперченных стержней в сварных каркасах должен удовлетворять условиям свариваемости.

Диаметр хомутов вязаных каркасов должен быть не менее 5 мм и не менее 0,25d, где в - наибольший диаметр продольных стержней. Толщина защитного слоя поперечных стержней должна быть не менее 15 мм.

В местах стыков каркасов на длине перепуска рабочих стержней расстояние между поперченными стержнями должно быть не более 10d (в - диаметр соединительных стержней).

Плоские сварные каркасы объединяют в пространственные с помощью поперечных стержней, привариваемых к угловым продольным стержням плоских каркасов. Если у граней колонны имеются промежуточные стержни, то они через один и не реже чем через 400 мм по ширине грани должны связываться шпильками с симметричными стержнями противоположной грани. По длине элемента шпильки устанавливаются с шагом, равным шагу поперечных стержней плоских каркасов. Шпильки допускается не ставить, если ширина грани ? 500 мм и количество продольных стержней у этой грани не более четырех.

В вязанных каркасах продольные стержни через один укрепляют дополнительными хомутами. При ширине грани не более 400 мм и числе продольных стержней у этой грани не более четырех допускается охват всех продольных стержней одним хомутом.

Арматурные каркасы по высоте колонны стыкуются над обрезом фундамента и над верхом плиты перекрытия каждого этажа.

4.3 Подбор сечений колонны

Сечения колонны подбираются в пределах каждого этажа.

Элементы прямоугольного сечения с симметричным армированием стержнями из стали классов А-I, А-II, А- III при и эксцентриситете допускается рассчитывать по несущей способности как центрально сжатые по зависимости:

,

где - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0 при и 0,9 при ;



коэффициент, учитывающий длительность загружения, гибкость и характер армирования элемента (принимаемый не более );

и - коэффициенты, определяемые по таблицам 7 и 8 методических указаний.

;

- площадь сечения всей рабочей арматуры в поперечном сечении элемента ;

- несущая способность колонны.

4.4 Расчет колонны

Второй этаж

Вес колонны в пределах одного этажа;

.

Продольная сила в верхнем элементе колонны от действия всех нагрузок определяется по зависимости:

;

где и - коэффициенты, определяемые по таблице 5;

и- сосредоточенные силы для главной балки;

- площадь поперечного сечения колонны, размерами которого предварительно задавались;

- высота этажа;

объемны...