Расчет сборных железобетонных конструкций четырёхэтажного здания

* Расход арматуры на 1м3 бетона колонны

115,9/1,345 = 86,2 кг/м³.

Назначение арматуры

Позиция 1. Продольная арматура каркаса 4Ш22 А400 совместно с бетоном колонны служит для восприятия сжимающих усилий от внешней нагрузки.

Позиция 2. Поперечные стержни каркаса Ш8 А400 уменьшают расчетную длину продольных стержней, обеспечивая устойчивость продольной арматуры и предотвращая их выпучивание.

Позиция 3 и позиция 4. Сетки С-1 предназначены для усиления бетона колонны в подрезке. Препятствуя поперечным деформациям бетона, сетки С-1 создают эффект "обоймы", увеличивая прочность бетона.

Позиция 5. Сетки С-2 предназначены для усиления бетона в голове колонны. Препятствуя поперечным деформациям бетона, сетки С-2 создают эффект "обоймы", увеличивая прочность бетона колонны.

1.5 Проектирование фундаментов

1.5.1 Проектирование отдельного фундамента под колонну

Фундамент центрально-загруженный из тяжелого бетона класса В15, Rb = 8,5 МПа, Rbt=0,75 МПа. Арматура А400, RS = 355 МПа. Грунты песчаные, маловлажностные, средней плотности. Условное расчетное сопротивление R0 = 0,3 МПа, глубина промерзания 1,4 м, обрез фундамента располагается на отметке 0,15 м. Под фундаментом располагается бетонная подготовка из тощего бетона толщиной 100 мм. Толщина защитного слоя 35 мм. Расчетное продольное усилие, передаваемое с колонны на фундамент, N =2007,3 кН, среднее значение коэффициента надежности по нагрузке f = 1,15. Момент, передаваемый на фундамент, равен

55/2=27,5 кНм.

Величину нормативного усилия на фундамент определим приближенно при среднем значении коэффициента надежности по нагрузке f = 1,15.

Nn =2007,3/1,15 = 1745,5 кН.

Необходимо принять во внимание, что для средних колонн отапливаемого здания нормативная глубина промерзания грунта не влияет на глубину заложения фундамента, которая будет определяться только высотой фундамента и расстоянием до отметки обреза фундамента.

Высота фундамента, исходя из надежности заделки колонны в фундаменте

Н = 1,5·hk + 250 = 1,5·400 + 250 = 850 мм;

Высота фундамента, в зависимости от необходимой длины зоны анкеровки продольной арматуры колонны в фундаменте

Н = lаn + 250 = 24Ш + 250 = 24•22 + 250 = 778 мм;

Предварительно принимаем высоту фундамента Н = 900 мм с двумя ступенями по 450 мм.

Глубина заложения фундамента

Н1 = 900 + 150 = 1050 мм.

Площадь фундамента определим без уточнения влияния размеров фундамента и глубины заложения на сопротивление грунта

Сторона "а" квадратного в плане фундамента: . Принимаем сторону фундамента 2,7 м, что кратно 0,3 м. Расчетное давление на грунт под подошвой фундамента

Проверим высоту фундамента из условия непродавливания по поверхности пирамиды

Принятой высоты фундамента достаточно для обеспечения прочности фундамента на продавливание.

Для обеспечения прочности фундамента от скалывания размер верхней ступени принимаем таким, чтобы линия пересечения граней уступов не выходила за условную линию, проведенную под углом 45°.

Принимаем а1 = 1500 мм.

Расчет прочности подошвы фундамента

Расчетные изгибающие моменты, действующие по грани колонны (сечение I-I), по грани первой ступени (сечение II-II) и по грани второй ступени (сечение III-III)

Площадь сечения арматуры в расчетных сечениях



1.5.2 Конструирование фундамента

Окончательно принимаем армирование фундамента в виде квадратной сварной сетки с рабочими стержнями в обеих направлениях 13Ш14 А400 с площадью арматуры АS = 21,6 см2, с шагом стержней 200 мм.

Таблица 6. Спецификация арматуры на фундамент

Марка каркаса	№ позиции	Диаметр и класс арматуры	Длина стержня, мм.	Кол-во стержней	Общая длина, м.	Вес арматуры, кг.	Общий вес, кг.
				В каркасе	В элементе
С-1	1 2	Ш14 А400 Ш14 А400	2620 2620	13 13	13 13	34,06 34,06	41,14 41,14	82,28
ИТОГО: 82,28 кг.

* Объем бетона фундамента

2,7*2,7*0,45+1,5*1,5*0,3=4,28 м³.

* Вес фундамента при плотности бетона 2500 кг/м

4,28*2500 = 10700 кг.

* Приведенная толщина бетона фундамента

4,28 /(6*6*4) = 0,03 = 3,0 см.

* Расход арматуры на 1 м² перекрытия

82,28 /(6*6*4) = 0,6 кг/м².

* Расход арматуры на 1м бетона

82,28 /4,28 = 19,2 кг/м³.

Назначение арматуры

Позиции 1 и 2. Арматура сетки С-1 Ш14 А400 воспринимает растягивающие напряжения от изгибающего момента в подошве фундамента, вызванного действием реактивного давления грунта.

Раздел II. Монолитное балочное перекрытие с плитами, работающими в одном направлении

2.1 Проектирование монолитной плиты перекрытия

Исходные данные. Монолитная плита и балки перекрытия изготавливаются на строительной площадке из тяжелого бетона класса В20. Распалубочная прочность принимается не менее 75% прочности, соответствующей классу бетона В20. Армирование плиты сварными (вязаными) сетками и каркасами. Проектное положение арматуры обеспечивается пластмассовыми фиксаторами, установленными равномерно по площади изделия. Закладные детали фиксируются монтажной сваркой к каркасам или сеткам.

Арматура каркасов и сеток - классов А400 (6-40 мм) или В500 (3-12 мм), закладные детали из стали ВСтЗкп2. Нормативное сопротивление арматуры А400 Rsn= 400 МПа; расчетное сопротивление Rs= 355 МПа (355•103 кН/м²), расчетное сопротивление Rs = 415 МПа (415•103 кН/м²); модуль упругости Еs=2,0•105 МПа (2,0•108 кН/м²).

Бетон тяжелый класса В20, Rb= 11,5 МПа (11,5•103кН/м²), Rbt,n= 1,35 МПа (1,35•103 кН/м²); Rbt=0,90 МПа (0,90•103 кН/м²), Еb = 27,5•103 МПа (27,5•10б кН/м²).

Проектируемое перекрытие должно рассчитываться по предельным состояниям первой группы для работы конструкции в стадии эксплуатации.

2.2 Расчет плиты перекрытия в стадии эксплуатации

При расчете плиты в стадии эксплуатации необходимо выполнить:

* расчеты прочности нормальных сечений,

* проверку трещиностойкости плиты и ширины раскрытия трещин,

* расчет прогибов,

* расчет прочности плиты на действие поперечных сил Q не производится вследствие незначительности перерезывающих напряжений.

2.2.1 Размеры и расчетные пролеты элементов перекрытия

Главные балки располагаются поперек здания, номинальная длина ригеля 6,0 м, номинальная длина второстепенных балок 6,0 м. Расстояние между осями второстепенных балок 2000 мм. В продольном направлении жесткость здания обеспечивается продольными кирпичными стенами толщиной 65 см. В поперечном направлении здание работает по связевой системе, где роль вертикальных связевых диафрагм выполняют торцевые стены и лестничные клетки, что позволяет производить расчет перекрытия только на вертикальные нагрузки.

Высота плиты при пролете плиты l ? 2-2,5 м и полезной нормативной нагрузке vн = 6 кНм²) предварительно принята 60 мм.

Нормативная погонная постоянная нагрузка от собственной массы плиты при ширине грузовой полосы 2,0 м.

0,06•1,0•1,0•2500•2,0 = 300 кг/м (3,0 кН/м).

Собственный вес второстепенных балок предварительно примем 10% от веса плиты перекрытия и тогда нормативная нагрузка от собственной массы будет равна

3,0•1,1= 3,3 кНм.

Временная нормативная погонная нагрузка при ширине грузовой полосы 2,0 м равна

6,0•2,0 = 12,0 кНм.

Полная нагрузка

3,3 + 12,0 = 15,3 кНм.

При пролете балки l ? 6,0 м и общей нормативной нагрузке 15,3 кН/м рекомендуемые размеры второстепенной балки hxb =30x20 см. Размеры главной балки принимаем hxb = 40х30 см.

Расчётная длина средних пролётов

lo=2000-2*200/2=1800 мм

2.2.2 Сбор нагрузок и определение усилий в плите

Таблица 8. Сбор вертикальных нагрузок на один квадратный метр перекрытия

Вид нагрузки	Нормативная н нагрузка, Н/м	Коэффициент надежности	Расчетная нагрузка, Н/м2
Постоянная g	2390	1,1(1,2)	2737
Временная v, в том числе: длительная кратковременная	8000 5000 3000	1,2 1,2 1,2	9600 6000 3600
Полная q = g+v, в том числе: пос постоянная и длительная кратковременная	10390 7390 3000	- - -	12337 8737 3600

Примечание. В примере нагрузка от массы внутренних перегородок не учитывается.

С учетом коэффициента по степени ответственности здания гf =0,95 для дальнейших расчетов примем:

* полную расчетную нагрузку

q=0,95•12,337=11,7 кН/м,

* постоянную расчетную нагрузку

g = 0,95 •2,737 = 2,6 кН/м.

* временная расчетную нагрузку

gдл = 0,95 •8,737 = 8,3 кН/м.

Расчетной схемой монолитной плиты, рассчитываемой в одном направлении, является неразрезная многопролетная балка с расчетным сечением шириной 1 м и высотой 0,06 м. Усилия определяются с учетом их перераспределения вследствие развития пластических деформаций бетона и арматуры.

Для расчетов по предельным состояниям первой группы

Изгибающие моменты в средних пролетах и на средних опорах от полной расчетной нагрузки, q = 11,7 кН/м:

Изгибающие моменты в крайних пролетах и на крайней опоре от полной расчетной q = 11,7 кН/м:

Изгибающие моменты в средних пролетах и на средних опорах от полной нормативной нагрузки, gдл = 8,3 кН/м:



Для плит, имеющих по периметру жесткий контур в виде железобетонных второстепенных и главных балок, допускается уменьшать изгибающие моменты в средних пролетах и на средних опорах на 20%. Тогда изгибающие моменты в средних пролетах и на средних опорах для расчетов по первой группе предельных состояний будут равны.

М= 0,8М= 2,373•0,8 = 1,9 кНм.

2.2.3 Прочность нормальных сечений плиты (подбор арматуры)

Арматура рассчитывается на действие пролетных и опорных моментов как для многопролетной балки прямоугольного сечения

h•b=60x1000 мм (0,06х1,0 м).

Назначим величину защитного слоя, а = 20 мм. Предварительно примем рабочую арматуру класса В500 диаметром 5 мм.

Тогда рабочая высота

h0=h-a- ds/2 = 60 - 20 - 5/2=37,5 мм (0,0375 м).

Арматура средних пролетов

М= 1,9 кНм, арматура В500.

Граничное значение бR= 0,376.

Определяем площадь растянутой арматуры

По сортаменту принимаем 8Ш5 В500 с шагом

s =125 мм < smax= 200 мм,

для плит высотой менее 150 мм. АS = 1,571см².

Арматура крайних пролетов

Mo, = 3,45 кНм, арматура В500, бR= 0,376.

Необходимо предусмотреть, что в крайних пролетах арматурные сетки будут располагаться в два ряда и тогда рабочая высота сечения будет равна

h 0 = h - а - Ш- Ш /2 = 60 - 20 - 5 - 5/2 = 32,5 мм (0,0325 м).

Вычисляем текущее значение бm при M01=3,45 кНм:

Определяем площадь растянутой арматуры

Если арматуру сеток средних пролетов продлить в крайние пролеты, то дефицит арматуры можно восполнить дополнительной сеткой с площадью, равной разнице между требуемым количеством арматуры и принятым для сеток средних пролетов.

?As= 3,08 - 1,571=1,503 см².

По сортаменту принимаем дополнительную сетку, такую же как и основную 8Ш5 В500 с шагом s = 125 мм, Аs = 1,571 см². Общее количество арматуры в крайних пролетах

Аs= 1,571 + 1,571= 3,142 см1

Перерасход составляет 100% (3,142 - 3,08)/3,08 = 2,01%.

Расчет плиты на действие поперечных сил

Расчет плиты на действие поперечных сил Q не производится вследствие незначительной величины перерезывающих (скалывающих) напряжений.

2.2.4 Конструирование плиты

Основное армирование перекрытия осуществляем сварными рулонными сетками с поперечным расположением рабочих стержней и продольным расположением распределительных. Диаметр поперечных стержней 5 мм с шагом 125 мм, диаметр продольных - 5 мм с шагом 250 мм.

В средних пролетах нижние сетки С-1 раскатываются вдоль здания по всей поверхности перекрытия между второстепенными балками.

Номинальная длина сетки равна ширине здания с учетом заделки в стену с двух сторон на глубину 200 мм и учетом торцового защитного слоя 10 мм.

L = 24000-2•10 = 23980 мм.

Ширину сетки примем с учетом ширины второстепенной балки

В = 2,0- 0,3 =1,7м = 1700 мм.

Рекомендуемая марка сетки

В первом пролете устанавливаются сетка С-1 и дополнительная сетка С-3.

Для дополнительной сетки диаметр поперечных стержней 5 мм с шагом 125 мм, диаметр продольных - 5 мм с шагом 250 мм.

Номинальная длина сетки С-3 равна

1 = 24000 - 2•10 = 23980 мм.

Ширина сетки принимается с учетом ширины второстепенной балки и заделки в стену на глубину 200 мм:

В = 2000 -200/2- 10 = 1890 мм =1,89 м.

Рекомендуемая марка сетки

Верхние сетки С-2 имеют рабочую поперечную арматуру с диаметром поперечных стержней 5 мм с шагом 125 мм; продольных - 5 мм с шагом 250 мм. Сетки располагаются над средними опорами (второстепенными балками). Ширина сеток принимается равной ширине ребра второстепенной балки с учетом заведения в пролет на длину не менее 0,25 ln и принята 1100 мм. Рекомендуемая марка сетки

Две сетки С-4 расположены над первой промежуточной опорой (второстепенной балкой). Сетки имеют рабочую поперечную арматуру с диаметром поперечных стержней 5 мм с шагом 125 мм; продольных - 5 мм с шагом 250 мм. Сетки устанавливаются со смещением (вразбежку) относительно оси, проходящей через центр второстепенной балки на 150 мм.

Рекомендуемая марка сетки

Таблица 9.Расход арматуры на одно перекрытие

Марка каркаса	№ позиции	Диаметр и ласс арматуры	Длина стержня, мм.	Кол-во стержней	Общая длина, м.	Вес арматуры, кг.	Общий вес, кг.
				В каркасе	В элементе
С-1 9 шт	1 2	Ш5 В500 Ш5 В500	1700 23980	193 9	1737 81	2952,9 1942,4	425,2 279,7	704,9
С-2 6 шт	3 4	Ш5 В500 Ш5 В500	1200 23980	193 7	1158 42	1389,6 1007,2	200,1 145,0	345,1
С-3 2шт	5 6	Ш5 В500 Ш5 В500	1890 23980	193 9	386 18	729,54 431,6	105,1 62,2	167,3
С-4 4шт	7 8	Ш5 В500 Ш5 В500	1100 23980	193 7	772 28	849,2 671,4	122,3 96,7	219,0
ИТОГО: 1436,3 кг.

Примечание. В таблице не учитывается уменьшение расхода арматуры вследствие устройства лестничных клеток.

Назначение арматуры в плите

Нижняя сетка С-1 предназначена для восприятия растягивающих усилий от положительных изгибающих моментов, действующих в средних пролетах.

Позиция 1 - поперечные рабочие стержни Ш5 В500 служат для восприятия растягивающих усилий от положительных моментов, действующих в направлении расчетного (меньшего) пролета плиты.

Позиция 2 - продольные конструктивные стержни Ш 5 В500 служат для восприятия растягивающих усилий от положительных моментов, действующих вдоль большего пролета плиты.

Верхняя сетка С-2 предназначена для восприятия растягивающих усилий от отрицательных изгибающих моментов над промежуточными опорами (второстепенными балками).

Позиция 3 - рабочие стержни Ш 5 В500 служат для восприятия растягивающих усилий от отрицательных опорных моментов, действующих в направлении расчетного (меньшего) пролета плиты.

Позиция 4 - конструктивные стержни Ш 5 В500 служат для восприятия растягивающих усилий от положительных моментов, действующих вдоль большего пролета плиты.

Дополнительная нижняя сетка С-3 служит для восприятия растягивающих усилий от разности положительных изгибающих моментов в первом и средних пролетах плиты.

Позиция 5 - поперечные рабочие стержни Ш 5 В500 служат для восприятия растягивающих усилий от разности положительных моментов, действующих в направлении расчетного (меньшего) пролета плиты.

Позиция 6 - конструктивные стержни Ш 5 В500 служат для восприятия растягивающих усилий от положительных моментов, действующих вдоль большего пролета плиты.

Верхние сетки С-4 предназначены для восприятия растягивающих усилий от отрицательных изгибающих моментов над промежуточными опорами (второстепенными балками).

Позиция 7 - рабочие стержни Ш 5 В500 служат для восприятия растягивающих усилий от отрицательных опорных моментов, действующих в направлении меньшего пролета плиты.

Позиция 8 - конструктивные стержни Ш 5 В500 служат для восприятия стягивающих усилий отрицательных моментов, действующих вдоль большего пролета плиты.

2.3 Проектирование кирпичных столбов

Сбор нагрузок и определение усилий в столбах

Для проведения расчетов кирпичных столбов постоянная расчетная нагрузка от кровли условно принята 4 кН/м². Временная (снеговая) нагрузка равна 1,8 кН/м². Расчетная полная нагрузка от перекрытия 13,337 кН/м², постоянная - 2,737 кН/м². Грузовая площадь для столба А=36 м². Дополнительную нагрузку от массы главных и второстепенных балок примем как 15% от массы плиты. Коэффициент по назначению здания 0,95.

Расчетная продольная сила от покрытия

N1=0,95•36(1,15•4+1,8)=219 кН

Расчетная продольная сила от перекрытия

N2=0,95•36(2,737•1,15+9,6)=436 кН

Для столбов 1-го и 2-го этажей назначаем сечение 770х770 мм (3 кирпича), а для столбов 3-го и 4-го этажей - 510х510 (2 кирпича).

Собственный вес кирпичного столба сечением 770х770 мм в пределах этажа 3,2 м, составляет

G1=0,77•0,77•3,2•18•1,1•0,95=35,7 кН,

Столба сечением 510х510 мм

G2=0,51•0,51•3,2•18•1,1•0,95=15,65 кН

Полное усилие от покрытия и перекрытий

N=N1+3N2+2G1+2G2=219+3•436+2•35,7•2•15,65=1629,7 кН

Расчет прочности столба первого этажа

Исходные данные. Расчетная продольная сила N=1629,7 кН, площадь сечения столба А=0,59 (сечение 770х770 мм), материал - кирпич керамический одинарный пластического прессования, полноценный, раствор строительный марки М25 (упругая характеристика кладки б=1000).

Расчетная высота кирпичного столба при неподвижных шарнирных опорах равна высоте этажа здания

lо=H=3,2 м.

Гибкость столба

лh =3,2/0,77=4,2

Коэффициент продольного изгиба ц=0,996.

Для установления расчетного сопротивления кирпичной кладки сжатию следует определить коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки. При размерах поперечного сечения столба

h=b=770мм>300мм, mg=1:

R=1629,7/ 1•0,996•0,59= 2,77МПа

Несущая способность столба обеспечивается при использовании кирпича марки М250 на растворе марки М75 (расчетное сопротивление кладки R=2,77МПа).

2.4 Расчёт отдельного ступенчатого фундамента

Кирпичные столбы здания опираются на столбчатые бутобетонные фундаменты. Расчетная продольная нагрузка N, передаваемая от столба на фундамент, приложена центрально и составляет 1629,7 кН. Грунты основания песчаные, средней плотности, маловлажные. Условное расчетное сопротивление Rо=0,3 МПа.

Общие положения

Бутобетонные фундаменты проектируются таким образом, чтобы фундамент испытывал только сжатие. При классе бетона не менее В3,5 и Rо>0,25 МПа данное требование достигается при отношении высоты фундамента к стороне квадратной подошвы 1,5. Уширение бутобетонного фундамента к подошве производится уступами с высотой уступов не менее 300 мм. Отметка обреза фундамента принимается -0,15. Прочностные характеристики бутобетона (марка бутового камня и класса бетона) назначаются по результатам расчета.

Расчет бутобетонного фундамента включает в себя: определение размеров фундамента, расчет прочности фундамента.

Определение размеров фундамента

Требуемая площадь подошвы фундамента определяется при нормативном значении продольной силы, определенной при среднем коэффициенте надежности по нагрузке, равном 1,15.

Nn=1629,7/1,15=1417 кН;

А= 1417/ (300-18•1,2) = 5,1 м

Определение размеров фундамента

Требуемая площадь подошвы фундамента определяется при нормативном значении,

где 18,0 - средняя нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах.

Сторона фундамента с квадратной подошвой

а=v5,1= 2,3 м.

Высота фундамента

Нф= (2,3 - 0,77) •1,5/ 2= 1,15 м (принимаем 1,2 м).

Определение размеров фундамента

Расчетное сопротивление бутобетона сжатию определяется при предварительном назначении коэффициентов ?=1 и d=1:

о = 3v(1,0•1,0)/(0,77•0,77)= 0,88;

R= 1629,7/(1,0•1,0•0,88•0,59)= 3140кН/м² =3,14 МПа.

Для бутобетона принимаем: марка бутового камня - М200 и класса бетона В12,5 (R=3,5 МПа).

Список использованной литературы

1. В.Н. Байков, Э.Е. Сигалов "Железобетонные конструкции", Москва, 1985

2. В.С. Кузнецов "Сборные железобетонные конструкции многоэтажных зданий", Москва, 2009

3. В.С. Кузнецов, А.Н. Малахова, Е.А. Прокуронова "Железобетонные монолитные перекрытия и каменные конструкции многоэтажных зданий", Москва, 2009.

4. СНиП 2.03.01-84* "Бетонные и железобетонные конструкции", Москва, 2008

Размещено на Allbest.ru

...