Железобетонное сборно-монолитное перекрытие с локально предварительно напряженными монолитными главными балками

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расчет и конструирование сборно-монолитного перекрытия с локальным предварительным напряжением

Исходные данные:

1. Пролет здания l=10,2м

2. Длина здания L=21м

3. Характеристическое значение переменной нагрузки

4. Шаг главных балок l₁ =3м

1.1 Компоновка сборно-монолитного перекрытия

1.1.1 Назначение размеров элементов

По степени ответственности проектируемое здание относится ко II-му (нормальному) уровню с коэффициентом надёжности по ответственности (ГОСТ 27751-88). монолит ось элемента железобетон

Здание однопролетное, стены каменные из кирпичной кладки толщиной 510мм. Шаг прогонов - l₂ =600мм.

Размеры здания в плане (в осях) - 10,2х21м.

Высота перекрытия составляет 330мм. Конструкция блока вкладыша представлена на рис. 1.2.



Рисунок 1.1 - Конструкция многопустотного блока-вкладыша



Рисунок 1.2 - Конструкция сборного железобетонного прогона

Рисунок 1.3 - Компоновка сборно-монолитного перекрытия

1.1.2 Выбор материалов

Для изготовления монолитной плиты принимаем тяжелый бетон класса В 12,5 со следующими характеристиками:

рабочая арматура плиты класса Вр-I диаметром 3 мм со следующими характеристиками:

.

Сборные прогоны выполнены из бетона класса С8/10 со следующими характеристиками:

арматура прогонов класса А400С со следующими характеристиками:

.

Для изготовления монолитной главной балки принимаем тяжелый бетон класса В25 со следующими характеристиками:

арматура главной балки класса А500С () со следующими характеристиками:

1.2 Расчет и конструирование монолитной железобетонной плиты перекрытия

1.2.1 Сбор монтажных нагрузок на 1м² плиты перекрытия и определение усилий

Таблица 1.1 - Сбор нагрузок на 1м² монолитной плиты

№ п/п	Вид нагрузки, наименование элементов, плотность материала, толщина слоя	Хар. знач. нагрузки, кН/м2	Коэф-ты	Расчетное знач. нагрузки, кН/м2
1	Постоянная: Чистый пол: керамическая плитка для пола, плотность с=1,8т/м3, толщина слоя д=0,013м;	0,234	1,1	0,95	0,245
	Основание пола: цементно-песчаная стяжка, плотность с=2,2т/м3, толщина слоя д=0,020м;	0,440	1,3	0,95	0,543
	Монолитная плита: плотность с=2,5т/м3, толщина слоя д=0,050м;	1,250	1,1	0,95	1,306
	ИТОГО:	gon1=1,924	-	-	gon1=2,094
2	Переменная: Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка от временных перегородок	0,75	1,1	0,95	0,784
	Переменная (полезная) нагрузка	2,3	1,2	0,95	2,622
	ИТОГО:	von1=3,05	-	-	von1=3,406
		qon1=4,974	-	-	qon1=5,5

Плита рассматривается как многопролетная неразрезная балка-полоса шириной 1м, расположенная перпендикулярно прогонам и опирается на них (рис. 1.4). Величину расчетных пролетов плиты принимаем

(1.1)

Рисунок 1.4 - Расчетная схема и эпюры усилий

Величину изгибающих моментов с учетом перераспределения усилий составляют:

- в крайнем пролете и на первой промежуточной опоре

(1.2)

- во всех пролетах ( кроме крайнего) и на всех промежуточных опорах

( кроме первой)

(1.3)

где q₁=q_ol*b_sp=5,5кН/м.

1.2.2 Расчет прочности сечения, нормального к продольной оси

Арматуру в плите рассчитываем как для изгибаемого железобетонного элемента прямоугольного сечения размером bxh =1000x50мм.

По конструктивно-технологическим соображениям во всех пролетах и над всеми опорами арматура ставится посередине толщины плиты, составляющей h=50мм.

Таким образом, рабочая высота сечения монолитной плиты составляетh_Q=h/2=0,050/2=0,025м.

Определяем граничное значение относительной высоты сжатой зоны в сечении плиты. Так как нагрузки малой суммарной продолжительности отсутствуют, принимаем г_b2=0,9- коэффициент условий работы бетона и R_b=6,75 МПа.

Находим характеристику сжатой зоны бетона

(1.4)

где б=0,85 - для тяжелого бетона.

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны поперечного сечения плиты составляет

где при использовании коэффициента г_b2=0,9,

Так как арматура расположена посередине толщины плиты, расчет выполняем по большему моменту M=M₁=0,180МНм.

По формуле (1.6) вычисляем б_m:

По формуле (1.7) вычисляем относительную высоту сжатой зоны

Так как , сжатая арматура по расчету не требуется. Находим по формуле (1.8) параметр

Определяем по формуле (1.9) требуемую площадь поперечного сечения арматуры:

Принимаем 5Ш3 Вр-I с шагом S=200мм, так как расстояние между продольными осями рабочих стержней плиты в соответствии с требованиями СНиП должны быть не более 200мм при толщине плиты до 150мм.

1.3 Расчет и конструирование сборного железобетонного прогона на стадии возведения

1.3.1 Сбор монтажных нагрузок на 1м погонный сборного железобетонного прогона и определения усилий

Таблица 1.2 - Сбор нагрузок на прогон на стадии возведения

№ п/п	Вид нагрузки, плотность, толщина элемента	Характери-стическое значение, кН/м2	Коэффици-енты на-дежности	Эксплуата-ционное расчетное значение, кН/м2
1	2	3	4	5	6
1	Постоянная нагрузка
1.1	Плита монолитная железобетонная: с=2,5т/м3, д=0,050м;	1,250	1,1	0,95	1,306
1.2	Блок-вкладыш: с=0,9т/м3, Vs=0,013м2 ((с Vб9,81)/(0,2l2))	0,975	1,3	0,95	1,204
1.3	Бетон у прогона: с=2,5т/м3, А2=0,017м2 ((с А29,81)/l2)	0,708	1,1	0,95	0,740
1.4	Собственный вес прогона: с=1,3т/м3, А1=0,021м2 ((с А19,81)/l2)	0,455	1,1	0,95	0,475
	gon2=	3,388 кН/м2		go2=	3,725кН/м2
2	Переменная нагрузка
2.1	от двух монтажников	1,8	1,3	0,95	2,223
	Fn=	1,80 кН		F=	2,223 кН

Определим внутренние усилия, возникающие от монтажных нагрузок:

-расчетное

(1.10)

-характеристическое

(1.11)

Расчетная длина балки (см. рис. 1.4):

(1.12)

где - шаг главных балок,

=450мм - ширина полки главной балки,

=200мм - длинна площадки опирания прогона на опалубку.

Рисунок 1.4 - Узел опирания на опалубку



Рисунок 1.5 - Расчетная схема прогона

Вычисляем моменты и поперечные силы:

-расчетные:

(1.13)

(1.14)

-нормативные:

(1.15)

1.3.2 Расчет прочности сечения, нормального к продольной оси

Находим рабочую высоту балки, задав при этом проектное положение арматуры a=25мм, h₀=h₁-a-(200-22)-25=153мм.

Определяем граничное значение относительной высоты сжатой зоны в сечениях прогона. Принимаем y_b2=0,9 - коэффициент условий работы бетона и R_b=5,4МПа.

Находим характеристику сжатой зоны бетона

(1.16)

где б=0,8 - для легкого бетона.

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны поперечного сечения плиты составляет

где при использовании коэффициента г_b2=0,9,

По формуле (1.18) вычисляем б_m:

где b=(0,100+0,07)/2=0,085м - средняя толщина стенки сечения.

По формуле (1.18) вычисляем относительную высоту сжатой зоны

Так как , сжатая арматура по расчету не требуется. Находим по формуле (1.20) параметр

Определяем по формуле (1.21) требуемую площадь поперечного сечения арматуры:

Принимаем в качестве растянутой арматуры 3Ш6 А400С , сжатой -- 1Ш5 Вр-I. Схема армирования представлена на рис. 1.6. Поперечное армирование принимаем из арматуры Ш4Вр-I шагом S_w1=75мм (h₁/2=150/2)-в месте подрезки, S_w2=100мм (h/2=200/2) - на участке длинной ј l₀=690мм, , S_w3=150мм - в середине пролета.

Рисунок 1.6 - Схема армирования поперечного сечения прогона

1.3.3 Расчет прогона на образование трещин, нормальных к продольной оси элемента

Определяем момент сопротивления приведенного сечения для крайнего растянутого волокна W_pl (с учетом неупругих деформаций растянутого бетона) определяем по формуле

Где

Таким образом

Момент (M_crc)воспринимается сечением, нормальным к продольной оси элемента при образовании трещин, определяем по формуле

при условии, что момент M_shrусилия N_shr,вызванного усадкой бетона, равен нулю.

В результате расчета установлено, что момент внешних сил

то есть необходимо предусмотреть установку под прогоны опорных конструкций.

1.4 Расчет и конструирование монолитной железобетонной главной балки с локальным предварительным напряжением

1.4.1 Расчет монолитной главной балки по несущей способности

Таблица 1.3 - Сбор нагрузок на монолитную балку

№ п/п	Вид нагрузки, плотность, толщина элемента	Характери-стическое значение, кН/м2	Коэффици-енты на-дежности	Эксплуата-ционное расчетное значение, кН/м2
1	Постоянная нагрузка
1.1	Чистый пол из керамической плитки: с=1,8т/м3, д=0,013м;	0,234	1,1	0,95	0,245
1.2	Основание полаиз цементно-песчаного раствора: с=2,2т/м3, д=0,020м;	0,440	1,3	0,95	0,543
1.3	Плита монолитная железобетонная: с=2,5т/м3, д=0,050м;	1,250	1,1	0,95	1,306
1.4	Блок-вкладыш: с=0,9т/м3, Vs=0,013м2 ((с Vб9,81)/(0,2-l2))	0,975	1,3	0,95	1,204
1.5	Бетон у прогона: с=2,5т/м3, А2=0,017м2 ((с А29,81)/l2)	0,708	1,1	0,95	0,740
1.6	Собственный вес прогона: с=1,3т/м3, А1=0,021м2 ((с А19,81)/l2)	0,455	1,1	0,95	0,475
1.7	Собственный вес г.б.: с=2,5т/м3, А3=0,126м2 ((с А39,81)/ l1)	1,050	1,1	0,95	1,097
	gon3=	5,112 кН/м2		go3=	5,61кН/м2
2	Переменная нагрузка
2.1	Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка от временных перегородок	0.75	1,1	0,95	0,784
2.2	Переменная (полезная) нагрузка	2,3	1,2	0,95	2,622
	Von3=	3,05		Vo3=	3,406
	qon3=	8,162 кН/м2		qo3=	9,016кН/м2

Определим внутренние усилия, возникающие от монтажных нагрузок:

- расчетное

(1.27)

-характеристическое

(1.28)

Расчетная длина балки (см. рис. 1.4):

(1.29)

где -пролет здания,

=200мм - привязка внутренней грани продольной стены,

=300мм - глубина опирания главной балки на кладку.

Вычисляем моменты и поперечные силы:

-расчетные:

(1.30)

(1.31)

-нормативные:

(1.32)

1.4.2 Расчет прочности сечения, нормального к продольной оси

Высота сечения пустотного блока-вкладыша составляет =280мм.

Толщина монолитной плиты д_пл=50мм.

Высота сечения главной балки

h=h_бл+д_пл=280+50=330мм.

Поперечное сечение главной балки тавровое, ширина стенки b=450мм.

Свесы полки таврового сечения, включаемые в расчет, имеют длину lсв=6xдпл=6x50=300ммкаждый.

Расчетная ширина верхней полки главной балки

b_f`=450+2x300=1050мм.

Находим рабочую высоту балки , задав защитный слой 30мм и условный диаметр арматуры 30мм, таким образом, h₀=h-a-d_s/2=330-30-30/2=285мм.

В ребрах располагается ненапрягаемая арматура S_sпо одному стержню в каждом ребре, в пазе располагается напрягаемая арматура S_sр - 2 стержня. Таким образом, главная балка представляет собой изгибаемый элемент со смешанным армированием.

Для повышения несущей способности главной балки ненапрягаемая арматура принимается того же класса, что и напрягаемая.

R_s=R_sp

Для арматуры А500С назначаем начальную величину предварительного напряжения без учета потерь

(1.33)

Напряжения принимается в стадии обжатия с учетом потерь при механическом способе натягивания на бетон ([1]).

Первые потери от релаксации напряжений арматуры

(1.34)

Вторые потери от релаксации напряжений арматуры в стадии эксплуатации

(1.35)

Суммарные потери напряжений

В соответствии с [1], если , принимаем

(1.36)

Таким образом,

(1.37)

Определим граничное значение относительной высоты сжатой зоны в сечениях прогона. Принимаем г_b2=0,9- коэффициент условий работы бетона и R_b=13,05 МПа.

Находим характеристику сжатой зоны бетона

(1.38)

где б=0,85 - для тяжелого бетона.

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны поперечного сечения главной балки составляет

где при использовании коэффициента г_b2=0,9,

при наличии напрягаемой и ненапрягаемой арматуры, определяется по напрягаемой арматуре, таким образом, для арматуры с физическим пределом текучести

принимаем при коэффициенте г_sp<1, г_sp=1-Дг_sp - коэффициент точности напряжения арматуры. При механическом способе натягивания: Дг_sp=0,1, тогда г_sp=0,9.

При локальном обжатии .

Установим положение границы сжатой зоны бетона:

Так как M=344,89кНм>M_f=178,133кНм. Выполняется расчет балки таврового сечения со следующими размерами поперечного сечения:

-полка с шириной и высотой ;

- стенка с шириной b=0,45м и высотой h=0,33м

Вычисляем б_m:

По формуле (1.43) вычисляем относительную высоту сжатой зоны

Так как , сжатая арматура по расчету не требуется.При соблюдении условия для высокопрочных сталей расчетное сопротивление арматуры Rдолжно быть умножено на коэффициент г_s6.

Однако для арматуры класса А500С и

Определяем требуемую площадь поперечного сечения арматуры:

Принимаем 4Ш25А500Сиз условия, что по одному ненапрягаемому стержню располагаем в ребрах и два стержня в пазе .

Расчет монолитной главной балки на стадии возведения перекрытия

Определение параметров натяжения арматуры

Стрелка оттягивается силой F_spв середине длинны l_sp, необходимая для получения натяжения N_spсоставляет

здесь -начальная величина предварительного напряжения без учета потерь по формуле (1.33).

Высота паза в этом случае составляет h_sp=a_sp+f_sp+a=45+146+24=215мм, где a- зазор для пропуска домкрата.

Назначаем значение требуемого усилия натяжения напрягаемой арматуры

здесь - величина предварительного напряжения с учетом первых и вторых потерь по формуле (1.37).

Оттягивающая силадля получения усилия натяжения приложенная в середине длины паза равна

здесь - модуль деформации напрягаемой арматуры.

Размещено на Allbest.ru

...