Проектирование ЖБК многоэтажного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

1. Компоновка перекрытия

1.1 Конструктивная схема

2. Подбор панели перекрытия

2.1. Нагрузки на плиту перекрытия

2.2. Выбор плиты по каталогу

3. Расчет ригеля

3.1.Предварительное назначение размеров поперечного сечения

3.2. Нагрузки и расчетная схема

3.3 Расчет опорного стыка ригеля

3.4 Расчет по раскрытию трещин, нормальных к оси элемента

3.5 Расчет деформаций

4. Расчет колонны

4.1 Нагрузки

4.2 Расчетно-конструктивная схема

4.3 Расчет колонны

4.4 Армирование колонн

5. Расчет фундамента

1. Компоновка перекрытия

1.1 Конструктивная схема

Компоновка перекрытия заключается в выборе типа, направления и пролетов ригеля, назначении шага колонн, типа и ширины плит, выборе типа стыков.

В здании размеры могут отличаться от унифицированных, но они должны быть приняты кратными модулю 100 мм. Сечение ригеля назначается прямоугольным.

Тип плиты назначается в зависимости от полезной нагрузки и вида потолка. При временных нагрузках до 10,0>7,0 кПа , то назначаются ребристые плиты с ребрами вниз.

По заданным размерам здания следует разработать не менее двух схем компоновки перекрытия с целью выбора наилучшего решения. Решение этих вопросов при реальном проектировании зависит от архитектурно-конструктивных соображений, технологических процессов, эксплуатационных и эстетических требований, а также технико-экономических показателей. В курсовом проекте руководствоваться в основном требованиями обеспечения прочности и жесткости с приближенной оценкой технико-экономических показателей выбранных конструкций. Выбираем поперечную схему компоновки перекрытий. С точки зрения прочности и жесткости поперечная схема наиболее рациональна, тогда пролет между балками будет 6 м. при шаге колонн 6 м. В нашей схеме принимается поперечное расположение балок, т. к. обеспечивает пространственную жесткость балки.

2. Подбор панели перекрытия

2.1 Нагрузки на плиту перекрытия

Плиты опираются свободно одним концом на ригель, другим - на ригель или стену. Расчетный пролет принимают равным расстоянию между центрами опорных площадок. Нагрузки складываются из постоянных и временных, в том числе кратковременно и длительно действующих (таблица 1), г_f - коэффициент безопасности, применяемый по СНиП[1].

Таблица 1. Нагрузки на плиту перекрытия.

2.2 Выбор плиты по каталогу

Временная нагрузка составляет 11 кПа, поэтому принимаем плиты перекрытия - ребристые.

3. Расчет ригеля

3.1 Предварительное назначение размеров поперечного сечения

Кроме нагрузок, приведенных в таблице 1, необходимо учесть нагрузку от собственного веса неразрезного ригеля. Сечение его достаточно точно можно определить по формулам:

Где: d - высота балки без защитного слоя;

f_cd - расчетное сопротивление бетона на сжатие;

Принимаем бетон С^20/25;

f_cd=13,3 МПа;

М - изгибающий момент действующий на балку;

Где: q - полная нагрузка;

l - длина балки;

(кПа)

Тогда:

Отсюда

Принимаем d=0.6(м)

Найдем полную высоту балки:

h=d+c=0.7(м)

Где: с - защитный слой.

Ширина балки найдем по формуле:

b=d/2.4=0.64/2,4=0.26(м)

Принимаем b=0.25 (м)

3.2 Нагрузки и расчетная схема

Расчетная схема приведена на рисунке.

Кроме нагрузок приведенных в таблице 1, необходимо учесть нагрузку от собственного веса неразрезанного ригеля.

Найдем нагрузку от собственного веса ригеля по формуле:

Таблица 2. Нагрузки на ригель

Таблица 3 - Подбор арматуры в ригеле и расчет его несущей способности Исходные данные: h = 650 мм, b⁼ 300 мм, класс бетона С25/30, = 16,7 МПа, арматура класса S400, =365 Н/мм².

Формулы и обозначения	Пролеты	Опора
	1	2	В
	+	+	-	-
M, кН м	332,7	258,6	12,3	461
d, мм	60	60	60
	0,217	0,168	0,008023	0,301
	0,308	0,227	0,009674	0,473
	0,185	0,136	0,0058	0,28
	0,308<0.571	0.227<0.571		0.467<0.571
	21,58	15,867	0,68	32,67
Сечение: состав площадь, см2	4Ш28 24,63	4Ш25 19,64	2Ш12 4,52	4Ш36 40,72

Таблица 4: Расчет поперечной арматуры в ригеле и расчет его несущей способности по поперечной силе. Исходные данные: h = 650 мм, b⁼ 300 мм, класс бетона С25/30, = 16,7 МПа, арматура класса S400, =365 Н/мм².

Формулы или обозначения	Четверти пролета
	левая	правая	средняя	левая	правая	средняя
Q, кН	260	355	201,25	385	385	192,5
	1,58	1,58	1,58	1,58	1,58	1,58
	0,014	0,014	0,014	0,011	0,011	0,011
	11,16	11,16	11,16	10,3	10,3	10,3
	115,2	115,2	115,2	115,2	115,2	115,2
Расчетный участок, м	1,75	2,9	1	3,2	3,2	0,9
Поперечные силы у сечений на расстояния dz=35 см от опор	210	345	47	345	185	47
Шаг поперечных стержней S, м	0,1	0,1	0,3	0,1	0,1	0,3
Площадь сечения поперечных стержней Asw, см2	2,2	3	0,6	3,3	3,3	0,58
Принято:	2Ш14 Aw=3,08	2Ш16 Aw=4,02	2Ш14 Aw=3,08	2Ш16 Aw=4,02	2Ш16 Aw=4,02	2Ш14 Aw=3,08
Коэффициент снижения прочности бетона н	0,58	0,58	0,58	0,58	0,58	0,58
Проверка условий:	2,8	3,7	0,1	3,8	3,8	0,29
0,5нfcd	4,84	4,84	4,84	4,84	4,84	4,84
Условие выполняется	да	да	да	да	да	да
Максимальное усилие, воспринимаемое сечением, кН	501,2	501,2	4296	501,2	501,2	4296
	260	355	201,25	385	385	192,5

3.3 Расчет опорного стыка ригеля

Проектирование стыка ригеля с колонной должно обеспечить работу ригеля как неразрезной балки. В практике конструктивных решений существует правило: соединения стыка должны быть равнопрочными с основной конструкцией, поэтому сварные швы, соединяющие продольную опорную арматуру и стыковые стержни (накладки)> должны соответствовать усилию N, которое способно воспринять опорные стержни, где

A_s - общее сечение опорных стержней.

Суммарная длина всех сварных швов

Сечение и размеры закладной детали (пластинки или уголка) принимаются конструктивно. Для проверки можно использовать формулу, определяющую минимальное сечение закладной детали

Принимаем закладную деталь размерами 7Ч10(см)

3.4 Расчет по раскрытию трещин, нормальных к оси элемента

Ширину раскрытия трещин проверяем по формуле

где в - коэффициент, учитывающий отношение расчетной длинны раскрытия трещин к средней; в = 1,7 - для сечений, наименьший размер которых не превышает 800 мм; в = 1,3 - для сечений, наименьший размер которых менее 300 мм; е_rm- среднее расстояние между трещинами, мм,

где Ш - диаметр стержня, мм, или средний диаметр при нескольких диаметрах; k₁, = 0,8 - для стержней периодического профиля; k₂ = 1,6 -для гладких стержней; к₂ = 0,5 - при изгибе; к₂ = 1 - при осевом растяжении;

с_eff- эффективный коэффициент армирования,

где A_s - площадь сечения арматуры, расположенная внутри эффективной площади сечения; А_с,_eff - эффективная площадь сечения растянутой зоны при высоте, равной 2,5 расстояния от наиболее растянутой грани до центра тяжести арматуры, h_e[[ = 2,5(h- d). Средние деформации арматуры определяются по формуле

где е_sm -средняя деформация растянутой арматуры в сечении с трещиной;

в₁ = 1 - для арматурных стержней периодического профиля;

в₁ = 0,5 -для гладкой арматуры;

в₂ = 1 - при кратковременном действии нагрузки;

в₂ = 0,5 - при длительно действующей нагрузке;

М_cr - изгибающий момент, при котором возникают трещины;

M_sd - изгибающий момент от нормативной нагрузки.

Усилия трещинообразования определяются по упрощенной зависимости как для бетонного сечения

где W_c - момент сопротивления бетонного сечения;

Средняя прочность бетона класса С 25/30 при растяжении f_ctm= 2,4 Н/мм²;

Напряжение в арматуре при образовании трещин

где:z=0.85d;

Относительная деформация арматуры

Ширина образования трещины при кратковременном действии нагрузки ригель колонна фундамент армирование

При длительно действующей нормативной нагрузке

Относительная деформация арматуры

Ширина образования трещин при длительной нагрузке

Следовательно условие по раскрытию трещин выполняется, т. к. не превышают допустимых.

3.5 Расчет деформаций

Упрощенный способ определения прогиба основан на сравнении коэффициента жесткости (l_eff/d), который косвенным образом характеризует деформативность конструкции, с допустимыми значениями.

Принимаем:

Проверку прогибов производят по условию

где - граничные значения коэффициента жесткости, определяемые по таблице.

Значение коэффициента д₁:

-для балок и плит, опертых по контуру, д = 1 при l_eff ?7 м, д₁ = 7,00/l_eff при l_eff > 7 м;

-для плит, опертых точечно, д₁= 7,50/l_eff при l_eff = 8,5 м или д₁ = 1 при l_eff ? 8,5 м.

Принимаем д₁=1

Напряжения в арматуре при f_yk = 400 Н/мм² не должны превышать

250 Н/мм². Если возникают более высокие напряжения, то вводят коэффициент

где A_s,prov - принятая площадь растянутой арматуры; A_s,red - требуемая по расчету площадь растянутой арматуры.

д₃ = 1

Производим проверку:

Жесткость сечения ригеля обеспечена.

4. Расчет колонны

4.1 Нагрузки

Расчет колонны начинают с определения нагрузок, на покрытие и перекрытие. Если над верхним пролет перекрыт балкой или фермой, то нагрузка от покрытия передаётся на стену, а колонна нижележащих этажей воспринимает нагрузку только от перекрытий (приложение А, разрез 1-1).

В таблицах 5 и 6 выполнен подсчет нагрузок, действующих на колонну четырехэтажного здания с подвалом при следующих данных: грузовая площадь - 36 м², высота этажей - 4,2 м, высота подвала - 2,8 м, перекрытие верхнего этажа, как и всех остальных - балочное, нормативная полезная нагрузка - 14,5 кН/м², в том числе длительного действия - 7 кН/м², город Пинск находится в первом снеговом районе. В котором снеговая нагрузка равна - 1,2 кН/м².

Таблица 5- Нагрузки на колонну, передаваемые с покрытия

Нагрузки	Нагрузки, кПа
	нормативные	Yf	расчетные
Постоянные
1 Два слоя гравия на мастике 2 Гидроизоляционный ковер 3 Цементная стяжка (5 = 0,03 м, у = 22 Н/м3) 4 Плитный утеплитель (5 = 0,1 м, у = 5 Н/м3) 5 Пароизоляция 6 Железобетонная плита 7 Железобетонный ригель		1,1 1,2 1,2 1,2 1,2 1,1 1,1	25,74 9,07 31,1 14,4 2,16 118,8 32,34
Итого: Временные 8 Полная снеговая 9 В т. ч. длительная	214,08	1,5 1,5	233,61 64,8 0
Суммарные 10 Полные 11 В т. ч. длительные (п. 1-7, 9)	257,28 214,08		298,41 233,61

Таблица 6 - Нагрузки на колонну, передаваемые с перекрытия

Нагрузки	Нагрузки, кПа
	нормативные	Yf	расчетные
Постоянные 1 Пол и плита 2 Ригель		1,1 1,1	158,4 32,34
Итого: Временные 3 Стационарное оборудование 4 Вес людей и материалов	173,4	1,2 1,2	190,74 151,2 324
Итого: Суммарные 5 Полные 6 В т. ч. длительные (п. 1-3)	396 569,4 299,4		475,2 665,9 341,9

Нагрузка от собственного веса колонны в пределах этажа при предварительно принятых размерах ее сечения 0,4x0,4 м составит: нормативная 0,4Ч0,4Ч4,2Ч25=16.8 кН,

расчетная 0,4Ч0,4Ч4,2Ч25Ч1,1= 18.48 кН,

в подвале:

нормативная 0,4Ч0,4Ч2,8Ч25=11.2

расчетная 0,4Ч0,4Ч2,8Ч25Ч1,1=12.32 кН.

Полученные данные позволяют вычислить нагрузки, кН, на колонну каждого этажа (таблица 7).

Таблица 7 Расчетные нагрузки на колонны

Этаж	Полная нагрузка N	В том числе длительная N
4 3 2 1 Подвал	Расчетные нагрузки при гf > 1 266.1+18.48=284.58 284.58+633.64+18.48=936.7 936.7+633.64+18.48=1588.82 1588.82+633.64+18.48=2240.9 2240.9+633.64+12.32=2886.86	213.62 535.58 857.54 1179.5 1501.46
Подвал	Расчетные нагрузки при гf = 1 257.28+4*569.4+4*12.32+11.2=2595.4

4.2 Расчетно-конструктивная схема

Колонны первого, а при наличии подвала - подвального этажа, рассматриваются как стойки с жестким защемлением в фундаменте и шарнирно-неподвижным закреплением в уровне междуэтажного перекрытия. Расчетная длина для такой схемы закрепления принимается от обреза фундамента до оси ригеля с коэффициентом 0,7. Колонны остальных этажей рассчитываются как стойки с шарнирно-неподвижным опиранием в уровнях перекрытий с расчетной длиной k= Н, где Н- высота этажа.

Стыки колонн устраиваются в каждом этаже или через этаж. Ригели опираются на консоли колонн. Стык ригеля с колонной предусматривается жестким. Ввиду того, что жесткость ригеля выше жесткости колонн, влияние изгибающих моментов на несущую способность колонн незначительно. Однако при расчете сжатых элементов всегда должны приниматься во внимание эксцентриситеты от неучтенных факторов, которые суммируются с эксцентриситетом приложения продольной силы. Значение случайных эксцентриситетов принимаются не менее 1/600 расчетной длины элемента, 1/30 высоты сечения и не менее 1 см для сборных элементов и 2 см для монолитных.

Для сокращения типоразмеров сборных элементов целесообразно назначать сечение колонн постоянным на всех этажах, за исключением подвального, варьируя классом бетона и процентом армирования, принимая его в пределах от 0,2 до 3 %. Оптимальный процент армирования находится в пределах

0,8-1,5 %. Класс бетона назначается не ниже С 16/20,а для сильно нагруженных - не ниже С 30/35.

4.3 Расчет колонны

От действия продольной силы, приложенной со случайным эксцентриситетом, колонна работает на внецентренное сжатие.

В данном случае расчетный эксцентриситет отсутствует и учитывается только случайный

e₀ -- 0,013 м.

Расчет центрально сжатых колонн согласно СНБ [1] производится из условия

N_sd? N_Rd,

Где

где ц - коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба и случайных эксцентриситетов.

Таблица 8- Подбор сечения колонны и проверка несущей способности

Формула или обозначение	Подвал	1-й этаж	2-й этаж	3-й этаж	4-й этаж
Nsd kH	2886.86	2240,9	1588,82	936,7	284,58
Nsd,it, кН	1501.46	1179,5	857,54	535,58	213,62
Класс бетона	С25/30	С20/25	С16/20	С16/20	С16/20
fcd МПа	16.7	13,3	10,6	10,6	10,6
Класс арматуры	S400	S400	S400	S400	S400
fyd МПа	365	365	365	365	365
Ф(°°,tо)	2	2	2	2	2
	1.5	1.53	1.54	1.57	1.75
Формула или обозначение	Подвал	1-й этаж	2-й этаж	3-й этаж	4-й этаж
l0,м	1.96	4.2	4.2	4.2	4.2
	2.4	5.2	5.21	5.26	5.6
ц	0.94	0.92	0.92	0.92	0.92
с,%	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01
	0.15	0.144	0,121	0,114	0,034
b, м	0.4	0.35	0.3	0.25	0.25
h, м	0.4	0.35	0.3	0.25	0.25
	6	13	13.03	13.15	14
e0,м	0.013	0.013	0.013	0.013	0.013
e0/h	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03
	21.9	17,18	7,18	8,1	-11,27
Принято	4Ш28 As=24.63	4Ш25 As=19.64	4Ш16 As=8,04	4Ш18 As=10,17	4Ш12 As=4.52
Проверка несущей способности	2980	2259	1597	968	968
Несущая способность обеспечена

4.4 Армирование колонн

Колонны армируют сварными или вязаными каркасами, состоящими из продольной рабочей и поперечной арматуры. Продольную арматуру назначают из стали классов S240, S500 диаметром не менее 12 мм, а при экономическом обосновании - и более высоких классов [4], поперечную - из стали классов S240, S500. В колоннах с меньшей стороной b ? 250 мм диаметр продольных стержней рекомендуется назначать не менее 16 мм. Стержни диаметром более 40 мм применяются только для особо мощных колонн. Число стержней в сечении должно быть не менее четырех, а расстояние между их осями в плоскости каждой грани - не более 400 мм. Все стержни продольной рабочей арматуры рекомендуется принимать

5. Расчет фундамента

Исходных данные: расчетная нагрузка у верхнего, обреза фундамента N= 2887 кН при f > 1, (N = 2595 кН при r = 1)глубина заложения фундамента Н = 1,2 м, f =20 кН/м ,

RQ = 0,22 МПа; бетон класса C25/30,fcd = 16,7 МПа,

f_сdt= 1,1МПа; a = b; арматура из стали класса S500, fyd = 450MПа

Таблица 9 расчет фундамента

Формулы или обозначения	Вычисления	Результат или заключение
Требуемая площадь подошвы фунда- мента м2	2887 103/(0.22 106 - 20-1.2)	13
Расчетные размеры a = b =	(13)0,5	3,6
Принято axb, м		3,9x3,9
Проверка дна стакана на продавливание:	0,5(3,9-0,5-2 0,450)0,9-0,25(3,9-0,5-2 0,45)2	2,5 1,0 2450 >2046 Условие выполняется
Проверка фундамента на раскалывание:	0.45-3,3+0.3-2.4+0.3-1.5 - 1.09-0.45 1.95-1.62-2.5-102	1,88 3666 > 2046 Условие выполняется
Проверка выноса верхней ступени: Pg =N/a2, МПа с = 0,5(а - hc - 2h0), м	2046/3.32 0.5(3.3 - 0.3 - 2-1.005) 0.266-0.195-3,3-106 0.75-2.5-1061.005-3,5	167,02 0,55 321,51 2625 321,51< 2625 Условие выполняется
Проверка на продавливание нижней ступени: Aо1= 0,25 [а2 - (a1l + 2h01)2], м2 bm = a1 +h01 м		2,65 2.07 2532 > 2260 Условие выполняется
Заключение о прочности фундамента	Принятые размеры фундамента удовлетворяют условиям прочности
Определение изгибающих моментов: М1 = 0,125Рg(а - hc) 2b,kH-м М11 = 0,125Рg(а - a2) 2b,kH-м М111 = 0,125Рg(а - a1) 2b,kH-м	0,125-0.267-106(3,3 - 0.3)	702,22 386,55 211,18
Требуемая площадь сечения арматуры: AS1 = M1 /(0.9dfyd ), см2 AS11 = M1 /(0.9dfyd ), см2 AS111 = M1 /(0.9dfyd ), см2	724.69•103/(0,9•1,005•450•106)	17,34 17,35 20,86
Принято в каждом из двух направлений: состав сечения площадь сечения, см2		18Ш16 S400 36,18

Литература

1. Золотухин Ю. Д. “Проектирование ЖБК многоэтажного здания” 21.2.2, Гомель 2004г.

2. СНБ 503.01-02. Конструкции бетонные и железобетонные. - Мн. стройтехнорм, 2003-139с.

Размещено на Allbest.ru

...