Проектирование многоэтажного производственного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные для проектирования многоэтажного производственного здания

Здание проектируется по жёсткой конструктивной схеме, с полным каркасом, поперечными стенами из кирпича и с продольными навесными панельными стенами в сборном железобетоне.

Район строительства г. Подольск.

Сетка колонн: поперек здания - (пролёт Ч число пролётов) 5,4 Ч 4;

вдоль здания - (шаг колонн Ч число шагов) 5,85 Ч 6 .

Направление ригелей (главных балок) - поперёк здания.

Высота этажа - 5,4 м.

Отметка уровня земли: -0,150 м.

Коэффициент надёжности по ответственности здания = 1,00.

Временная нормативная нагрузка на междуэтажных перекрытиях рn = 13,4 кН/м2, рnl = 11,5 кН/м2.

Коэффициент снижения временной нагрузки:

а) для сборных ригелей - К1 = 0,75;

б) для колонн- К2 = 0,85.

10. Бетон тяжёлый, класса:

а) для плит - В15;

б) для ригелей - В15;

в) для колонн - В15;

г) для фундаментов - В15;

11. Рабочая арматура классов:

а) полка сборной плиты - сетка по ГОСТ;

б) продольных рёбер плиты - А400;

в) ригеля - А400;

г) колонны - А400;

д) фундамента - А400.

12. Расчётное сопротивление грунта R = 280 кПа.

13. Ригель: средний с 2 каркасами.



2. Компоновка здания

В соответствии с заданием проектируются сборные железобетонные конструкции 4-этажного, 4-пролётного производственного здания без подвала, с обычными условиями эксплуатации помещений. На рисунке 1 показаны план и поперечный разрез рассчитываемого здания. Расстояния между разбивочными осями здания - продольными lк = 5,85м и поперечными l = 5,40 м; высота этажа - 5,4 м. Здание имеет полный железобетонный каркас с рамами, расположенными в поперечном направлении. Поперечные рамы образуются из колонн, располагаемых на пересечениях осей, и ригелей, идущих поперек здания. Ригели опираются на консоли колонн. Места соединения ригелей и колонн, после сварки выпусков арматуры и замоноличивания стыков, образуют жесткие рамные узлы.

На ригели опираются плиты перекрытий (покрытия), располагаемые длинной стороной вдоль здания и длина плит равна расстоянию между осями рам lк-450мм. Плиты ребристые, у продольных стен укладываются плиты половинной ширины, называемыми пристенными или доборными. По рядам колонн размещаются связевые (межколонные) плиты, приваренные в четырёх точках к закладным деталям ригелей и соединяющиеся между собой поверх продольных рёбер стальными накладками.

Продольные стены выполняются навесными или самонесущими из легкобетонных панелей. Привязка колонн крайних рядов и наружных стен к продольным разбивочным осям - «нулевая» (рисунок 1).

Поперечные стены (торцевая и внутренняя) выполняются самонесущими кирпичными. Расстояние между поперечными стенами 35,1 м <42 м. В этом случае в поперечном направлении здание будет с жёсткими опорами, при которых элементы каркаса (ригели, колонны) рассчитываются только на вертикальные нагрузки, а горизонтальная (ветровая) нагрузка воспринимается поперечными стенами, выполняющими функции вертикальных связевых диафрагм. В продольном направлении жесткость здания обеспечивается металлическими портальными вертикальными связями, устанавливаемыми в одном среднем пролете по каждому продольному ряду колонн.



2. Расчёт ребристой плиты

2.1 Исходные данные для проектирования плиты

Для сборного железобетонного перекрытия, представленного на плане и разрезе рисунка 1, требуется рассчитать сборную ребристую плиту с ненапрягаемой арматурой в продольных ребрах. Сетка колонн lЧlk=5,40Ч5,85м. Направление ригелей междуэтажных перекрытий поперёк здания. Нормативное значение временной нагрузки на междуэтажные перекрытия 13,4 кН/м2. Из них длительная составляющая равна 11,5 кН/м2. Коэффициент надежности по ответственности здания гn= 1,00, коэффициенты надежности по нагрузке: временной - гѓ = 1,2; постоянной - гѓ = 1,1.

Коэффициент снижения временной нагрузки - К1 = 0,75.

Бетон тяжелый класса: В15; Rb = 8,5 МПа; Rbt = 0,75 МПа (прилож. Б[5]).

Коэффициент условий работы бетона гb1=1,0, так как присутствует нагрузка непродолжительного действия составляющая более 10 % (п. 5.1.10 [3]). С учётом этого значения коэффициента гb1, принимаемые далее в расчётах по несущей способности (первая группа предельных состояний) величины расчетных сопротивлений равны:

Бетон класса В15 - Rb = 1,0 • 8,5 = 8,5 МПа; Rbt = 1,0 • 0,75 = 0,75 МПа.

Для расчета по второй группе предельных состояний (образования и ширины раскрытия трещин, прогиба) расчетные сопротивления бетона будут равны:

Бетон класса В15 - Rb,ser=11,0 МПа, Rbt,ser= 1,1 МПа.

Модуль упругости бетона Eb = 24000 МПа (приложение Б[5]).

Принятые классы арматуры и ее расчётные сопротивления приводятся ниже.

Основные размеры плиты (Рис.2)

длина плиты lк-450мм=5850-450=5400 мм;

номинальная ширина В=l:4=5400:4=1350 мм;

конструктивная ширина В1=В -15мм=1350 -15=1335 мм.

Высота плиты ориентировочно определяется по выражению:

Принимаем h=400мм.



2.2 Расчёт плиты по прочности (первая группа предельных состояний)

Расчет полки плиты.

Толщина полки принята h?ѓ = 50 мм

Пролёты полки в свету по рисунку 2:

меньший размер:

l1 = В1 - 240 мм = 1335 - 240 = 1095 мм

больший размер:

мм

Принимаем крайние

Принимаем средние

Расчётная нагрузка на 1 м2 полки:

Постоянная с коэффициентом надежности по нагрузке гѓ = 1,1:

вес полки:

гѓ • h?ѓ • с = 1,1 • 0,05 • 25 = 1,375 кН/м2,

где с=25 кН/м3- вес 1 м3 тяжелого железобетона;

вес пола и перегородок 1,1 • 2,5 = 2,75 кН/м2. (при отсутствии сведений о конструкции пола и перегородок, их нормативный вес принят 2,5 кН/м2).

Итого постоянная нагрузка: g0 = 1,375+2,75 = 4,125 кН/м2.

Временная нагрузка (с гѓ = 1,2): p0 = 1,2·13,4 = 16,08 кН/м2.

Полная расчётная нагрузка (с гn = 1,0):

q= гn (g0+p0)=1,0·(4,125+16,08) = 20,205 кН/м2.

Схема армирования плиты и эпюра моментов в полке плиты представлена на рисунке 3.

Изгибающий момент в полке (в пролете и на опорах) при прямоугольных полях (l1l2 ):

Площадь арматуры при h0 = h - a = 50 - 18 = 32 мм (a = защитный слой 15мм + расстояние до середины толщины сетки при арматуре Ш3 В500).

Расчетное сопротивление арматуры В500 Rs =435 МПа

(таблица Приложения В).

Проверка условия бm< бR:

Граничная относительная высота сжатой зоны:

бR = оR(1-0,5 оR) = 0,493(1-0,5•0,493) = 0,371

Таким образом, условие бm = 0,069< бR = 0,371 выполняется.



Рисунок 3. Схема армирования плиты и эпюра М в полке плиты

здание ребристый арматура

мм2.

Принята сетка: С1; Аs=47,1 мм2 (+8,22%).

Процент армирования полки:

Расчёт поперечных рёбер.

Расчёт прочности нормальных сечений.

Высота ребра hр = 200мм, арматура А400, расчётный пролёт

lр =l1= В1- 120·2 = 1335 - 120·2 = 1095 мм.

Расчётная нагрузка от собственного веса ребра:

кН/м.

Временная расчётная нагрузка на ширине ребра 0,1м

рс.в.п.р=гfp0bв=1,0·16,08·0,10 = 1,608 кН/м.

Расчётная схема ребра, эпюра нагрузки и моментов представлена на рисунке 4.

Таким образом, изгибающий момент в пролёте поперечного ребра будет равен:

Сечение тавровое расчётная ширина полки:



h0 = h - a = 200 - 24 = 176 мм ; (а=20+8/2)

Расчёт арматуры:

мм2

Принят:1Ш8А400 с Аs=50,3 мм2 (+18,55%)

Продольные рёбра

Продольные ребра рассчитываются в составе всей плиты, рассматриваемой как балка П-образного сечения с высотой h = 400 мм и конструктивной шириной В1=1335 мм (номинальная ширина В=1350 мм). Толщина сжатой полки h?ѓ = 50 мм.

Расчётный пролет при определении изгибающего момента принимается равным расстоянию между центрами опор на ригелях:

l=lп- 100мм= 5400 - 100 = 5300 мм

расчетный пролет при определении поперечной силы:

l0 = lп- 200= 5400 - 200=5200 мм

Нагрузка на 1 пог. м плиты (или на 1 пог. м двух продольных ребер) составит:

- постоянная:

где - расчётная нагрузка от собственного веса трёх поперечных рёбер:

- расчётная нагрузка от собственного веса двух продольных рёбер с заливкой швов:

где =220 мм - средняя ширина двух рёбер и шва;

= 25 кН/м3- вес 1 м3 тяжелого железобетона.

временная

p= гnp0 B= 1,0 · 16,08 · 1,350 = 21,71кН/м

полная

q= g+ p= 8,71 + 21,71 = 30,42 кН/м

Усилия от расчетной нагрузки для расчёта на прочность:

Расчет прочности нормальных сечений

Продольная рабочая арматура в рёбрах принята в соответствии с заданием класса А400, расчётное сопротивление Rs=350 МПа. Сечение тавровое с полкой в сжатой зоне представлено на рисунке 5; расчетная ширина полки bґf = B = 1350 мм; =50мм, h0 = h - a = 400 - 50 = 350 мм (а=50 мм при двухрядной арматуре).

Полагая, что нейтральная ось лежит в полке, бm и о будут равны:

Проверка условия:

x= h0 = 0,0791350 = 27,685 мм <hf=50 мм;

Площадь сечения продольной арматуры:

мм2.

Принимаем продольную арматуру: 4Ш20А400 Аs=1256 мм2 (+27,7%) по два стержня в каждом ребре.

арматура 2Ш16А400+2Ш18А400 Аs=911 мм2 (+0,37%) не пройдет расчет по второй группе предельных состояний ()

арматура 4Ш18А400 Аs=1018 мм2 (+10,84%) не пройдет расчет по второй группе предельных состояний ()

арматура 2Ш18А400+2Ш20А400 Аs=1137 мм2 (+20,17%) не пройдет расчет по второй группе предельных состояний ()

Расчёт нормальных сечений к продольной оси элемента по деформационной модели производят по формулам 6.2.25 [4] и 3.74 [5]. Расчет по прочности производят из условий:

Деформации в продольной арматуре в предельном состоянии при двузначной эпюре деформаций согласно гипотезе плоских сечений равны:

откуда,

где: х - фактическая высота сжатой зоны бетона:

мм,

где: - высота сжатой зоны при эпюре напряжений, полученная при расчёте по предельным усилиям. Используя расчёты, выполненные выше (=27,685 мм, h0=350 мм), и задавшись , проверим предельные деформации в бетоне:

- деформации в бетоне не превышают предельных.

Расчет прочности наклонных сечений на поперечную силу

Поперечная сила на грани опоры Qmax= 79,09 кН. В каждом продольном ребре устанавливается по одному каркасу с односторонним расположением двух рабочих стержней диаметром d = 18 мм (рис. 3). Диаметр поперечных стержней из условия требований свариваемости должен быть не менее 0,25 диаметра продольной арматуры. В данном случае принимаем поперечные стержни диаметром dsw= 5 мм?(0,25•20 = 5мм) из проволоки класса В500.

Asw1=19,6 мм2; расчетное сопротивление Rsw= 300 МПа. При Asw1=19,6 мм2 и n= 2 (на оба ребра) имеем: Asw = n·Asw1=219,6 = 39,2 мм2.

Бетон тяжелый класса В15 (Rb = 8,5 МПа; Rbt = 0,75 МПа; коэффициент условий работы бетона гb1=1,0 т.к. кратковременная нагрузка составляет более 10% от всей временной нагрузки).

Предварительно принятый шаг хомутов:

Sw1 = 175 мм (Sw1 ? 0,5h0 = 0,5 • 350 = 175мм; Sw1 ? 300мм);

Sw2= 250мм (Sw2 ? 0,75h0= 0,75 • 350 = 262,5мм;Sw2 ? 500мм).

Прочность бетонной сжатой полосы из условия:



, то есть прочность наклонной полосы обеспечена.

Интенсивность хомутов определяется по формуле:

Н/мм

Поскольку qsw1 = 67,2 Н/мм > 0,25·Rвt·b = 0,250,75185 =34,69 Н/мм - хомуты полностью учитываются в расчете и значение Мb определяется по формуле:

Самая невыгодная длина проекции наклонного сечения C определяется из выражений:

кН/м.

Поскольку , значение С определяется по формуле:

Принимаем С = мм.

Длина проекции наклонной трещины С0 принимается не более С и не более 2h0. В данном случае с0 = 2h0 = 2 350 = 700 мм. Тогда:



;

;

Проверяем условие:

т.е. прочность наклонных сечений обеспечена.

Проверка требования:

т.е. требование выполнено.

Определение длины приопорного участка

а) Аналитический метод.

При равномерно распределённой нагрузке длина приопорного участка определяется в зависимости от:

Н/мм,

.

Поскольку:

значение Н•мм

Так как Н/мм q1 = 19,565 Н/мм,

длина приопорного участка определится по формуле:



С = = = 2,4 м >

Принимаем С = 1,05 м ; C0 = 2h0 = 0,7 м.

Проверяем условие:

Пересчет с не требуется.

б) Графический метод.

Длина приопорного участка l1 принимается бьльшая из двух значений, то есть по рисунку 6 l1 = 1,802м.

2.3 Расчет плиты по второй группе предельных состояний

Производится от нормативных нагрузок (при гf = 1,0 и гb1 = 1,0):

кН/м;

От временной нагрузки продолжительного действия (принято 85,82% от полной величины Р - по заданию на проектирование):

Pnl = 0,8582•18,092 = 15,53 кН/м; или Pnl = Pnl •B=11,5•1,35=15,53 кН/м;

qnl = gn + Pnl = 7,92 + 15,53 = 23,45 кН/м;

Расчёт по образованию трещин

Расчётное тавровое сечение представлено на рисунке 7. С учётом замоноличивания бетоном продольного шва между рёбрами расчётная ширина полки будет равна В = 1350 мм и средняя ширина ребра по рисунку 2 b = (255+185)/2=220мм.



Трещины образуются, если:

Mn>Mcrc = Rbt,serW - Nsh(esh+r)

Площадь приведённого сечения:

Ared = A + бsAs = (50•1350 + 350•220) + 8,33•1256 = 154963 мм2,

Статический момент приведённого сечения:

.

Расстояние до центра тяжести приведённого сечения от нижней грани продольных рёбер:

.

Момент инерции приведённого сечения:

Момент сопротивления приведённого сечения:

Ядровое расстояние приведённого сечения:

Nsh = еb,shEsAs = 0,0002•200000•1256 = 50240 Н = 50,24 кН

где: еb,sh = 0,0002 - деформации усадки бетона класса В35 и ниже.

Момент трещинообразования:

Mcrc=Rbt,serW-Nsh(esh+r)=1,1•-50240•(253,68-50+66,8) = -1862523,6<0,

трещины образуются от усадки бетона еще до приложения внешней нагрузки.

Расчёт ширины раскрытия трещин.

Расчёт непродолжительной ширины раскрытия трещин производится из условия:

acrc = acrc1 + acrc2 - acrc3 ? acrc,ult

Расчёт продолжительной ширины раскрытия трещин производится из условия:

acrc = acrc1?acrc,ult,

где: acrc,ult - предельно допустимая ширина раскрытия трещин из условия сохранности арматуры, равная 0,3 мм при продолжительном раскрытии; 0,4 мм - при непродолжительном раскрытии трещин;

acrc1 - ширина раскрытия трещин от продолжительного действия постоянной и длительной части временной нагрузки:

Средняя высота сжатой зоны для тавровых сечений, определяется по формуле:

Высота растянутой зоны бетона .

y должна быть не менее 2a и не более 0,5h

Так как y = 228,31 мм > 0,5h = 0,5•400=200мм. Принимаем y = 200мм.

Abt = 220•200 = 44000мм2.

acrc,2 - ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия всей нагрузки.

Расчёт плиты по прогибам

Полная кривизна для участков с трещинами в растянутой зоне определяется по формуле :

, а полный прогиб плиты: где:

- кривизна от продолжительного действия постоянной и длительной нагрузки

Из расчёта acrc1:

Ebred =Eb1= МПа, бs2 = 40,0, xm = 152,27 мм.

мм4.

Момент инерции приведённого сечения без учёта растянутого бетона:

= 3138315752 мм4.

где: - коэффициент ползучести бетона (приложение Е[5]).

Принято: D=

Кривизна от непродолжительного действия всей нагрузки:

,

где Мn = 91,33 кН•м

Из расчёта acrc2: Ebred =Eb1= 7333 МПа, бs2 = 27,27, xm = 126,6 мм.

мм4.

Момент инерции приведённого сечения без учёта растянутого бетона:

= 2441414324 мм4.

Принято: D=.

Кривизна от непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузки:

где Mnl = кН•м,

Из расчёта acrc2: Ebred =Eb1= 7333 МПа, бs2 = 27,27, xm = 126,6 мм,



Плита удовлетворяет требованиям: а) эстетико-психологическим:

б) конструктивным:

Вывод: плита удовлетворяет требованиям по второй группе предельных состояний.

Размещено на Allbest.ru

...