Проектирование элементов каменных зданий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Исходные данные

2. Расчет простенка

2.1 Определение расчетных усилий на простенок

2.2 Расчет простенка

3. Расчет стены подвала

3.1 Определение расчетных нагрузок и эксцентриситетов

3.2 Расчетная схема подвала

3.3 Определение расчетных усилий

3.4 Проверка прочности сечения

4. Расчет колонны первого этажа

4.1 Определение расчетных усилий на колонну

4.2 Расчет колонны

5. Расчет плиты перекрытия

5.1 Определение расчетных усилий на плиту перекрытия

5.2 Расчет плиты перекрытия

Список литературы

1. Исходные данные

простенок подвал прочность перекрытие

1) l₁*l₂=6,4*4,8(м);

2) Ширина здания 19,2 м, длина 48 м;

3) Размер сечения колонны 0,8м;

4) Место строительства - г. Новосибирск;

5) Толщина стены - 77см;

6) Марка раствора - 50;

7) Марка кирпича - 100;

8) Класс арматуры - А-I;

9) Временная нагрузка на перекрытие:

- полная - 4,8 кПа;

- длительная - 1,6 кПа;

10) Количество этажей - 4;

11) Постоянная нагрузка на перекрытие - 5,8 кПа;

12) Постоянная нагрузка на кровлю - 2,16 кПа;

13) Высота этажа - 5,4м;

14) Толщина стены подвала - 0,5м;

15) Высота стены подвала - 2,8м;

16) Постоянная нагрузка на чердачное перекрытие - 6,2 кН/м²

2. Расчет простенка

2.1 Определение расчетных усилий на простенок.

Для подсчета усилий необходимо установить следующие размеры:

- ширину грузового участка

l_к=l-а=4,8-0,22=4,58м;

- длину грузовой площади простенка

где l_р - ширина простенка, принимается в зависимости от размеров окон и назначается, как правило, кратным размерам кирпича;

l_f1 - ширина оконных проемов.

Грузовая площадь простенка:

Так как грузовая площадь менее 9м², то в соответствии с п. 3.8. [2] коэффициент сочетания нагрузок от одного перекрытия .

То же от трех перекрытий (при четырехэтажном здании):

Подсчет усилия N₁ на простенок от вышерасположенных этажей на уровне низа перекрытий первого этажа, ведем исходя из грузовой площади и действующих нагрузок на перекрытия, покрытия и кровлю:

где p_s - снеговая нагрузка, принимаемая по [2], в зависимости от снегового района; г_f - соответствующие коэффициенты надежности по нагрузке.

Подсчет усилия N₂ от нагрузок перекрытия первого этажа производим из формулы:

Учитывая, что длина опорной зоны плит на стене для кладки принимается не менее 12 см, определим с:

Эксцентриситет приложения силы N₂:

Усилие от собственного веса стены N₃ определяется от веса кладки, штукатурки на стенах, веса оконного заполнения. Для подсчета усилия от веса кладки N_3,1 проведем некоторые промежуточные расчеты.

Площадь рассматриваемого участка стены:

A=H*l_g=22,4*2,4=53,76 м²;

где l_g=2,4м; Н - высота стены до верха парапетного или карнизного участка.

Н=Н_st*n_st+h_k2=5,4*4+0,8=22,4 м;

где h_k2 - высота карнизного участка стен.

Площадь оконных проемов:

A_f=l_f*h_f*n_st=1,76*3,9*4=27,456 м²;

где h_f - высота оконного проема.

Площадь кладки:

S_k=A-A_f=53,76-27,456=26,304 м².

Объем кладки:

V_к=S_к*h=26,304*0,77=20,254 м².

N_3,1= V_к*г* г_f=20,254*18*1,1=401,031 кН,

где г - средняя плотность кладки.

Усилие от веса штукатурки N_3,2 определяется по следующей схеме.

Определим площадь штукатурки, с учетом оштукатуривания откосов и верха проема и площади занимаемого перекрытиями:

S_s=S_к+(h-д_f)*(h_f*2+l_f)*n_st-l_g*h_p*n_st=26,304-(0,77-0,25)*(3,9*2-1,76)*4-2,4*0,22*4=11,629 м²;

где д_f - ширина оконных блоков и четвертей; h_p - высота сечения плит перекрытия.

N_3,2=S_s*д_s* г* г_f=11,629*0,02*18*1,3=5,442 кН;

где д_s - толщина штукатурки.

Усилие от веса оконного заполнения N_3,3 определим по формуле:

N_3,3=A_f*g_f=27,456*0,5=13,728 кН;

где g_f - вес 1м² окон.

Таким образом суммарная продольная сила составит:

N₃= N_3,1+ N_3,2+ N_3,3=401,031+5,442+13,728=420,201 кН.

Усилия N определим с учетом уменьшения усилий от массы кладки, штукатурки и окон от сечения 3-3 к сечению 1-1.

N_3-3=N₁+N₂+N₃=306,527+60,939+420,201=787,667 кН;

где h_f0 - высота подоконной части стены.

Момент M_1(1-1) от нагрузки с перекрытия в сечении 1-1 определяется:

М_1(1-1)=N₂*e=60,939*0,345=21,024 кНм;

М_1(2-2)=0,5* М_1(1-1)=10,512 кНм.

Моменты от ветровой нагрузки при давлении ветра (q_щ):

М_2(1-1)= М_2(2-2)=;

где q_щ= q_щ,n*c*k*l_g* г_f; q_щ,n - нормативная ветровая нагрузка;

с, k - коэффициенты, принимаемые по СНиП [2], в зависимости от ветрового района, направления действия ветра, формы поверхности, высоты здания и типа местности;

г_f=1,4 - коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

l₀ - расчетная высота простенка, равная расстоянию от пола до низ перекрытия.

При отрицательном значении в сечении 1-1 и 3-3 и положительном сечении 2-2:

q_щ=0,38*0,8*0,5*3*1,4=0,64 кН/м;

М_2(1-1)= М_2(3-3)= М_2(2-2)= .

То же при противоположных знаках и другом значении с=0,6:

М_2(1-1)= М_2(3-3)= М_2(2-2)=0,75*1,387=0,29 кНм.

2.2 Расчет простенка

Расчет простенка первоначально проведем как каменного элемента по формуле 13 [1]:

Проверяют все 3 сечения, так как по высоте меняется значение коэффициента продольного изгиба ц. Если в сечении 1-1 и 3-3 следует принимать ц=1, то в сечении 2-2 оно равно расчетному значению. Коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки m_g=1 во всех сечениях, т.к. h>30см, (см. п. 4.7[1]).

Проводим расчет сечения 1-1:

Площадь сжатой зоны определим для прямоугольного простенка по формуле 14 [1]:

Эксцентриситет приложения продольной силы равен:

Так как е₀<0,7*32=22,4см, то расчет по раскрытию трещин можно не проводить.

Коэффициент щ, учитывающий работу растянутой зоны определим из формулы (табл. 19 [1]):

Отсюда требуемое сопротивление каменной кладки сжатию

R_тр.<R=1.5, т.е. постановки сеток в горизонтальные швы не требуется.

Сечение 3-3

Площадь сжатой зоны определим для прямоугольного простенка по формуле 14 [1]:

Эксцентриситет приложения продольной силы равен:

Т.е. элемент можно рассчитать как центрально сжатый.

Отсюда требуемое сопротивление каменной кладки сжатию

R_тр.<R=1.5, т.е. постановки сеток в горизонтальные швы не требуется.

Сечение 2-2

М=М_1(2-2)+ М_2(2-2)= 10,512+0,29=10,802 кНм;

N_2-2=728,626 кН;

Определим коэффициент ц₁:

ц определяется как для полного сечения, а ц_с только при учете сжатой части сечения.

Определим площадь сжатой зоны:

Отсюда при ширине простенка 64см, условная высота его сжатой части составит

При определении л_hc - гибкости элемента - нормы требуют учитывать только высоту однозначной эпюрой моментов. В нашем случае в связи с малостью момента от ветровой нагрузки зона отрицательных моментов составит ?0,9Н.

Н_с=(5,4-0,3)*0,9=4,59 м.

Гибкость при полном сечении составит:

.

При учете только сжатой зоны:

.

По табл. 18[1]

ц=0,96; ц_c=0,956.

Следовательно,

ц₁=.

Таким образом, коэффициент

;

,

R_тр.<R=1.5, т.е. постановки сеток в горизонтальные швы не требуется.

Таким образом, ни одно из сечений не требует армирования.

3. Расчет стены подвала

3.1 Определение расчетных нагрузок и эксцентриситетов

Для расчета вырезаем полосу шириной 1м

эксцентриситеты:

Собственный вес подпорной стены:

N_3,max=H*l₁*г*h_c*г_f=2,65*1*24*0,5*1,1=34,98 кН.

Определим приведенную толщину грунта от временной нагрузки:

Коэффициент надежности г_f для временной поверхностной нагрузки в соответствии с п.3.7. [2] равен 1,2; а для насыпных грунтов по табл. 1[2] равен 1,15.

Определим ординаты эпюры бокового давления грунта в верхней зоне q₁ и нижней q₂:

3.2 Расчетная схема подвала

3.3 Определение расчетных усилий

В соответствии с п. 6.65 [1] при расчете стен подвала, имеющих толщину меньшую, чем в подземной части, необходимо учитывать случайный эксцентриситет, равный 4 см.

М_1,max=N₁*e₁=787,667*(0,135+0,04)=137,842 кНм

М_2,max=N₂*e₂=60,939*0,21=12,797 кНм,

где усилия N₁ и N₂ подсчитаны в разделе 1.

Моменты в любом сечении стены подвала от бокового давления определяются по формуле (при начале давления по верху стены, что может быть принято при ровной площадке строительства):

При этом максимальное значение определяется по формуле:

М_max,q=(0,056*q₁+0,064*q₂)*H² (при х=0,6Н).

Таким образом, максимальная величина момента в стене от бокового давления составит:

М_max,q=(0,056*5,616+0,064*24,632)*2,65²=13,279 кНм.

Так как точное определение сечения с максимальным суммарным моментом представляет определенные трудности, то определяют моменты от q дополнительно в сечении с х=0,4Н

Суммарный момент в сечении х=0,4Н:

М_04,tot=12,211+(137,842-12,797)*0,6=87,238 кНм.

Суммарный момент в сечении х=0,6Н:

М_06,tot=13,279+(137,842-12,797)*0,4=63,297 кНм<87,238 кНм.

Суммарная продольная сила в сечении х=0,4Н составит:

N_tot=N₁+N₂+h_c*0,4*H*1*г*г_f,

где г - средняя плотность материала стены.

N_tot=787,667+60,939+0,5*0,4*2,65*1*24*1,1=862,598 кН.

3.4 Проверка прочности сечения

Проверка прочности стены ведется как для внецентренно сжатого элемента. Определяем расчетный эксцентриситет:

Проверим условие п. 4.8 [1] и п. 4.10 [1]; e₀<0,7y; где у - расстояние от центра тяжести сечения до крайнего сжатого волокна:

0,7у=0,7*25=17,5 см > 10,1 см;

т.е. проверки по раскрытию трещин в швах кладки не требуется.

Расчетную несущую способность определим по формуле 13 [1]:

N_cc=m_q*ц₁*R*A_c*щ, где А_с=А(1-2*е₀ /h).

По табл. 4 [1] принимаем R=2,7 мПа.

При h_c=50 см, m_q=1 (см. п. 4.7. [1]),

(см. формулу 15[1]).

Гибкость стены при учете всего сечения составит:

h₁=h_c-2e₀=50-2*10,1=29,8 см,

где h₁ - высота сжатой зоны.

По табл. 15 [1], упругая характеристика кладки б=1500; по табл. 18. [1] определяем гибкость стены ц и ц_с; ц=0,987; ц_с=0,935

Коэффициент щ определим по формуле табл. 19 [1]:

Несущая способность стенки равна:

N_cc=1*0,961*2,7*(100)*50*100*[1-(2*10,1)/50]*1,202=929411,161Н=929,411 кН>962,598 кНпрочность обеспечена.

4

4. Расчет колонны первого этажа

4.1 Определение расчетных усилий на колонну

Грузовая площадь колонны составит:

А_гр=l₁*l₂=6,4*4,8=30,72 м².

Перед подсчетом нагрузок нужно в соответствии с п. 3.9. [2] определить коэффициент сочетания ц_n для колонны первого этажа.

,

где n_st - общее число перекрытий ( без учета чердачного).

Усилие от постоянных нагрузок с перекрытий, покрытия и кровли:

Усилие от временных расчетных нагрузок:

Усилие от полезной нагрузки на чердачное перекрытие:

где 1,3 - коэффициент надежности.

Усилие от снеговой нагрузки:

где 1,6 - коэффициент надежности при легкой деревянной кровле.

Усилие от собственного веса колонн и веса штукатурки:

где А_к - сечение колонны;

l_к - высота колонн l_к=Н_эт*n_st;

г_к и г_s соответственно средняя плотность кладки и материала отделочного слоя;

д_s - толщина слоя штукатурки, м;

l_s - общий периметр штукатурного слоя, м;

l_к1 - общая высота штукатурного слоя

l_к1= l_к - h_p*n_st,

где h_p - высота перекрытия. Чтобы определить эту нагрузку, необходимо предварительно назначить сечение колонны.

Для предварительного назначения сечения колонны производится приближенный расчет:

где R - расчетное сопротивление неармированной кладки, принимаемое по табл. 2 [1], R=1,5МПа;

1,5 - условный коэффициент увеличения прочности армированной кладки.

Размер колонны

Размер стороны колонны должен быть назначен кратным размеру кирпича в большую сторону. Принимаем размер колонны равный 770х770 мм.

Назначим штукатурный слой толщиной 20 мм, тогда

l_s=79*4=316 см;

Суммарная продольная сила составит:

N_tot=791,347+337,859+63,898+73,728+274,214=1551,046 кН.

4.2 Расчет колонны

Расчет колонны следует вести по п. 4.30 [1]. При этом за основу можно принять размеры сечения колонны, принятые при предварительном расчете (см. п. 1.2), а подобрать требуемое армирование горизонтальных швов из формулы:

Требуемое расчетное сопротивление R_sk определяют при N=N_tot:

(см. п. 4.1 [1])/

При этом коэффициент продольного изгиба ц в зависимости от гибкости л и упругой характеристики б по табл. 18 [1] равен 0,98 при

, по п. 4.3. [1] м=0,9:

5. Расчет плиты перекрытия

5.1 Определение расчетных усилий на плиту перекрытия

q^пост.=5,8 кН/м²=580 кг/м²

q^врем=4,8 кН/м²=480 кг/м²

q= q^пост+ q^врем=1060 кг/м²

1060-800=260 кг/м²

480+260=740 кг/м²

5.2 Расчет плиты перекрытия

Расчет по деформациям балки Б-1

,

где [f]=l/200=4,05/200=0,02025 м;

E=2,06*10⁸ кН/м²

Т.к. 2 швеллера I_тр.>943,915 см⁴, принимаем 2 швеллера №18 I_x=1090 см⁴;

W_x=121 см².

Расчет по прочности балки Б-1

где 0,24*10⁶ кН/м² - расчетное сопротивление стали С245.

Расчет тяжей:

где N=Q_max,

n - количество расчетных тяжей;

А_n - площадь netto тяжей;

R_t - сопротивление тяжей растяжению (R_t=16 кН/м²).

А_n

Принимаем минимальный допустимый d =20мм, А_n=3,142 см².

Балки Б-2 и Б-3 принимаем конструктивно:

Б-2 - № 16, приваренный к планке 180х20 мм, длина балки 950 мм.

Б-3 - № 10, приваренный к планке 150х10, длина балки 1700 мм.

Список литературы

1. СНиП II-22-81 Каменные и армокаменные конструкции. М., 1983.

2. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия. Минстрой РФ, 1996.

3. СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции. М., 1996.

4. Беккер В.А. Проектирование элементов каменных зданий. Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов специальности 290300 всех форм обучения. Новосибирск, 2000.

5. Вольфсон В.Л., Ильяшенко В.А., Комисарчик Р.Г. Реконструкция и капитальный ремонт жилых и общественных зданий. Справочник производителя работ. Москва, Стройиздат, 2003.

Размещено на Allbest.ru

...