Каркас состоит из колонн, фундаментов, ригелей и плит перекрытия (покрытия). Необходимо назначить размеры всех этих элементов.

Наружные стены здания предполагается выполнить из самонесущих кирпичных стен с "нулевой" привязкой. Толщину стен можно принять равными 510мм, в предположении дополнительного наружного утепления. Наиболее выгодной компоновка считается, когда наиболее нагруженный элемент перекрытия (ригель) расположен в поперечном направлении.

По местоположению в перекрытии различают плиты рядовые (П1), межколонные (П2). Кроме того в здании предусматриваются доборные плиты (П3).

Рядовые плиты перекрытия П1 и межколонные П2 в проекте необходимо принимать ребристыми с номинальной шириной b_п от 1200 до 2000 мм, ширину доборных плит П3 можно принимать от 600 до 1000 мм (рисунок 2.1.1).

Высоту всех плит перекрытия назначают одну на все перекрытие. Высоту плиты перекрытия можно приблизительно определить по формуле , при этом высота плиты перекрытия должна быть кратна 50мм.

Для заданного здания эти значения равны:

П1 - 9 шт по 1,5 м м = 350 мм, П2 - 2 шт по 1,7 м

м, П3 - 2 шт по 0,85 м

В проекте необходимо запроектировать ригель с нижними полками. Сечение ригеля приведено на рисунке 2.1.3 Высоту сечения ригеля приблизительно можно определить по формуле:

м = 620 мм

Ширину ригеля можно принять равную:

мм Консоль рассчитывается:

hp _- h_п = 620 - 350 = 270 мм (?150)

Рисунок 2.1.3 - Сечение ригеля

Колонны смешанных каркасов имеют квадратное сечение, размеры обычно не меняют по всей высоте здания. Размер определяют по колоннам первого этажа. При расчетной нагрузке на колонну свыше 2500кН - сечение 500Ч500. Приблизительно усилие в колонне можно определить по формуле:

где Р - полная временная нагрузка (дано в задании);

В, L - размер сетки колонн.

N = (9,8 * 10³ * 1,2 + 4) * 4 * 6,2 * 7 = 15,76 * 173,6 = 2735,94 кН => 500*500

Для полученного варианта компоновки этажа сборного перекрытия составляется ведомость элементов (таблица 2.1.1).

Объем бетона плиты перекрытия определяется по формуле:

где - ширина плиты перекрытия;

- высота плиты перекрытия;

- длина плиты перекрытия;

- коэффициент уменьшения объема бетона элементов.

V_п = 1,5 * 0,35 * 0,3 * 6,773 = 1,067 м³

Масса плиты перекрытия определяется по формуле:

,

где =2,5 т/м³ - плотность тяжелого бетона

m_п = 1,067 * 2,5 = 2,668 т

Объем бетона ригеля определяется по формуле:

где - площадь сечения ригеля, в м²; - длина ригеля;

А_р = 150 * 100 * 2 * h_p * b_p = 30000 * 620 * 207 = 158 340 мм² = 0,158 м²

l_p = b - b_k = 6,2 - 0,5 = 5,7 м

Vp = 0,158 * 5,7 = 0,9 м³

Масса ригеля определяется по формуле:

m_p = 0,9 * 2,5 = 2,25 т

Объем бетона колонны определяется по формуле:

,

где - размер сечения колонны;

- высота этажа

V_k = 0,5 * 0,5 * 5,4 = 1,35 м³

Масса колонны определяется по формуле:

.

m_k = 1,35 * 2,5 = 3,375 т

Таблица 2.1.1 - Ведомость элементов

2.2 Расчет плиты перекрытия

2.2.1 Общие данные

Необходимо запроектировать рядовую ребристую плиту перекрытия П1 без поперечных ребер. Сечение плиты перекрытия приведено на рисунке 2.2.1 Истинная ширина плиты уменьшается на 10мм. Ширина ребра плиты назначается в зависимости от пролета и нагрузки. Чем больше пролет и нагрузка на плиту, тем больше ширина ребра.

Рисунок 3.1 - Сечение плиты перекрытия

2.2.2 Расчет плиты перекрытия по прочности нормальных сечений

Основной расчет плиты перекрытия по первой группе предельных состояний (по прочности) сводится к определению необходимой площади сечения растянутой арматуры от эксплуатационных нагрузок.

Расчетная схема и эпюра моментов плиты перекрытия приведена на рисунке.

Рисунок 2.2.2 - Расчетная схема и эпюра моментов плиты перекрытия

Таблица 2.2.1 - Нагрузки на плиту перекрытия В кПа

Расчетные значения нагрузок определяются:

.

Значение собственного веса пола определено заданием. Коэффициент надежности по нагрузке _f для пола принят условно. Остальные значения коэффициентов согласно таблице 1 и пункта 3.2 СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия /1/.

Нормативное значение нагрузки от собственного веса плиты перекрытия:

= 10 * = 2,626 кПа

Нагрузка q указанная на расчетной схеме определяется по формуле:

= 16,2 * 1,5 = 24,3 кПа

Расчетный пролет плиты перекрытия равняется расстоянию между центрами площадок опирания. Величину l₀ можно определить по рисунку 2.2.3.

Рисунок 2.2.3 - Расчетный пролет плиты перекрытия

Расчет плиты перекрытия необходимо выполнять на максимальное значение изгибающего момента, возникающего в середине пролета:

= = 135,66 кН*м,

где l₀ = l_п - 90 мм = 6773 - 90 = 6683 мм

Плита перекрытия имеет П-образное сечение для выполнения расчета его необходимо преобразовать в тавровое сечение.

Тавровое сечение в зависимости от прохождения сжатой зоны рассчитывается двумя способами: сечение прямоугольного вида (сжатая зона проходит в полке); сечение таврового вида (сжатая зона заходит в ребро).

Для определения места прохождения границы сжатой зоны необходимо определить граничное значение изгибающего момента, при котором высота сжатой зоны x равняется :

Для расчета необходимо назначить первоначальное значение расчетной высоты равное , изначально, а можно принять равным 30…50мм.

h₀ = 350 - 50 = 300 мм = 0,3 м

М_гр = 17 * 10³ * 1,49 * 0,05 * (0,3 - 0,5 * 0,05) = 348,3 кН*м

М ? М_гр, сечение можно считать как прямоугольное.

Рисунок 2.2.4 - Расчетное сечение плиты перекрытия

Значение ширины ребра b таврового сечения определяется как сумма ребер плиты перекрытия = 2*100 = 200 мм

Значение , вводимое в расчет, принимают из условия, что ширина свеса полки в каждую сторону от ребра b_sv должна быть не более 1/6 пролета элемента l₀ и не более:

а) при - ;

h'_f = 50 мм, 0,1 * 350 = 35 мм

b_sv = мм

б) при -

В качестве продольной арматуры, устанавливаемой по расчету, используется арматура класса А500, диаметр арматуры применяется не более 32мм, количество стержней допустимо применять 2 или 4. При этом предпочтение отдается двум стержням.

Для определения требуемого значения площади арматуры необходимо определить площадь арматуры:

,

где R_b - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, определяется по марке бетона (В30), R_b = 17,0 МПа;

A₀ = = 59,52 * 10^-3 = 0,0595 м²

По полученному значению определяем значение относительной высоты сжатой зоны по формуле

.

о = 1 - = 1 - 0,938 = 0,0613

По таблице 3.3 определяем граничное значение относительной высоты сжатой зоны _R (_R = 0,502)

Таблица 3.3 - Граничные значения относительной высоты сжатой зоны

0,0613 ? 0,502

, следовательно, бетона сжатой зоны достаточно, можно определить требуемую площадь сечения арматуры, предварительно определив значение коэффициента по формуле

= 1 - 0,5 * 0,0613 = 0,969

Требуемая площадь арматуры:

,

где R_s - расчетное сопротивление бетона продольному сжатию, R_s =435 МПа

А_{s, тр} = = 1,072 * 10^-3 м² = 10,7 см²

По требуемой площади арматуры подбирается количество и диаметр арматуры. Общая площадь подобранной арматуры должна быть равна или больше требуемого значения.

Принято 2 стержня, d_s = 28 мм, A_sw = 12,32 см².

В железобетонных элементах площадь сечения продольной растянутой арматуры, в процентах от площади сечения бетона, равной произведению ширины прямоугольного сечения либо ширины ребра таврового (двутаврового) сечения на рабочую высоту сечения, следует принимать не менее 0,1%.

µ_s = = 205,33 * 10^-4 = 0,02 * 100% = 2%

После подбора арматуры необходимо выполнить проверку возможности ее размещения в сечении (смотри рисунок 2.2.5).

Рисунок 2.2.5 - К определению минимального защитного слоя

Согласно конструктивным требованиям для сборных элементов, эксплуатируемых в закрытых помещениях величину защитного слоя (t) для продольной рабочей арматуры можно принять d_s ? t ? 15 мм. Минимальное расстояние между стержнями для нижней арматуры необходимо применять не менее 25мм и не менее диаметра.

t = = = 36 мм

При принятой арматуре с помощью A_s и условий размещения арматуры (а_ф) следует определить несущую способность элемента при = 350 - 50 = 300 мм

,

x = = 211,58 * 10^-4 м = 21 мм, 21 < h'_f, 21 мм < 50 мм

x ? _R * h₀, х ? 0,1506, 0, 021 ? 0,1506

M_ult = 17 * 10⁶ * 1,49 * 0,021 * (0,3 - 0,5 * 0.021) = 0,289 * 0,532 * 10⁶ =

=0,1537 * 10⁶ = 153,7 кН*м

M_ult > M

153,7 > 135,66 => площадь сечения арматуры достаточна.

2.2.3 Расчет плиты перекрытия по сечению наклонному к продольной оси элемента при действии поперечной силы

Расчет плиты перекрытия по наклонному сечению к продольной оси элемента выполняется на полную эксплуатационную нагрузку. Расчетная схема плиты перекрытия приведена на рисунке ниже

Максимальное значение поперечного усилия в плите перекрытия можно определить по формуле:

Q = = 81,19 кН, h0 = 0,3 м, a = 50 мм

Рисунок 2.2.7 - Расчетное сечение при расчете плиты перекрытия по наклонному сечению

В первую очередь необходимо выполнить расчет плиты перекрытия по бетонной полосе между наклонными сечениями по формуле:

,

где - коэффициент, принимаемый равным 0,3; Q - максимальное значение поперечной силы в плите перекрытия.

81,19 * 10³ ? 0,3 * 17 * 10⁶ * 0,2 * 0,3

81,19 * 10³ ? 306 * 10³ условие выполняется

Далее выполняется расчет железобетонных элементов по наклонным сечениям на действие поперечных сил.

Армирование здесь производится неравномерно, т.к. поперечная арматура, устанавливаемая в ребра, идет с определенным шагом. Диаметр поперечных стержней назначают не менее чем 0,25Чd_s, где d_s - наибольший диаметр продольных стержней. Шаг поперечных стержней S_w на ј длины от опоры назначается не более 0,5Чh₀ (0,5*0,3 = 0,15 м) и не более 0,3 м. Кроме того шаг поперечной арматуры должен быть не более . В средней части плиты перекрытия шаг стержней назначается 0,75Чh₀ и не более 500мм.

d_w = 0,25 * d_s = 0,25 * 28 мм = 7 мм

S_w,max = = 0,25 м

Выбираем наименьшее значение из 0,3, 0,15 и 0,25 => S_w = 0,15 м S_{w, сер} = 0,75 * 0,3 = 0,225 м, округляем в меньшую сторону => S_{w, сер} = 0,2 м 2 стержня на 1 шаг, A_sw = 1,01 * 10^-4 м, d_sw = 8 мм

Расчет изгибаемых элементов по наклонному сечению выполняется по упрощенному методу, приравняв значение величины проекции наиболее опасного наклонного сечения на продольную ось с значению рабочей высоты сечения , из условия:

где Q₁ - поперечная сила в нормальном от внешней нагрузки наклонном сечении с длиной проекции с на продольную ось элемента.

- поперечная сила, воспринимаемая бетоном в наклонном сечении, определяемая по формуле:

Q_b1 = 0,5 * 1,15 * 10⁶ * 0,2 * 0,3 = 34,5 * 10³ Н = 34,5 кН

- поперечная сила, воспринимаемая поперечной арматурой в наклонном сечении, определяется по формуле:

;

- усилие в поперечной арматуре на единицу длины элемента

= = 202 * 10³ = 202 кН

Q_sw,₁ = 202 * 10³ * 0,3 = 60,6 кН

Значение интенсивности армирования должно быть не менее чем

, 202 кН ? 0,25 * 1,15 * 10⁶ * 0,9 * 0,2

202 кН ? 50 кН условие выполняется, Q₁ ? Q_b1 + Q_sw,1

81,19 кН ? (34,5 + 60,6) кН

81,19 кН? 95,1 кН => условие выполняется, диаметр арматуры подходит.

2.2.4 Расчет полки плиты на местный изгиб

В проекте рассматривается ребристая плита перекрытия только с продольными ребрами. Продольные ребра плиты перекрытия соединяются между собой полкой, которая имеет толщину 50мм. Полка плиты является изгибаемым элементом, закрепленным в ребрах плиты. Необходимо рассчитать полку плиты и определить необходимую арматуру в ней для обеспечения ее прочности.

Рисунок 2.2.8 - Расчетная схема полки плиты

Расчетная схема полки плиты - балка с двумя "заделками" с учетом податливости опор максимальное значение момента возникает в середине пролета и равняется:

; l₀ = b_п - 270 = 1500 - 270 = 1,23 м

Рисунок 2.2.9 - Расчетный пролет полки плиты

Расчет выполняется в следующем порядке. Определяется требуемое значение арматуры в середине пролета по моменту М₁, а затем точно такая же арматура устанавливается на опорах.

Расчет нагрузки действующей на полку плиты перекрытия.

Таблица 2.2.4 В кПа

,

где

-толщина полки плиты, равная 50мм, - удельный вес бетона, 25кН/м³.

Нагрузка q указанная на расчетной схеме определяется по формуле:

, M₁ = = 2,019 кН*м

Расчетное сечение полки плиты представляет прямоугольник с толщиной 50мм и шириной, равной одному метру.

Рисунок 2.2.10 - Расчетное сечение полки плиты перекрытия

Для армирования полки плиты применяется арматура В500 диаметром 3…12мм. Значение величины а принимается равным 20 мм.

= = 132*10^-6 м = 0,132 м

По полученному значению определяем значение относительной высоты сжатой зоны по формуле

.

По таблице 3.3 определяем граничное значение относительной высоты сжатой зоны.

о = 1 - = 0,142, о_R = 0,502

Значение => бетона сжатой зоны достаточно и можно определить требуемую площадь сечения арматуры, предварительно определив значение коэффициента по формуле

= 1 - 0,5*0,142 = 0,929

Требуемая площадь арматуры:

= = 0,166 * 10^-3 м = 1,66 см²

Необходимое количество стержней на один метр и соответствующий шаг стержней указаны в таблице 2.2.5.

Таблица 2.2.5

Назначено 5 стержней с шагом 200 мм. Из этого следует, что d_s = 7 мм, A_s = 1,93 см².

Подбираем конструктивную поперечную арматуру. Диаметр принимается от 3 до 5 мм, выбираем d = 4 мм. Шаг конструктивной арматуры назначим 250 мм.

Растянутая зона:

x = ? h'_f

0,0049 м ? 0,03 м

2.2.5 Расчет плиты перекрытия на монтажную нагрузку

Кроме расчета плиты перекрытия на эксплуатационные нагрузки их необходимо рассчитывать на нагрузки, возникающие при изготовлении и транспортировке.

Рисунок 2.2.11 - Подъем плиты перекрытия

Расчетная схема работы плиты перекрытия при подъеме приведена на рисунке 2.2.12.

Рисунок 2.2.12 - Расчетная схема плиты перекрытия при подъеме

При подъеме плиты перекрытия в верхней зоне плиты перекрытия появляются растягивающие напряжения и, как следствие, необходимо подобрать арматуру в верхнею зону плиты.

Плиту перекрытия поднимают за петли, установленные на расстоянии приблизительно 0,2Чl_{п (}принимаемое значение должно быть кратно 50мм).

0,2 * 6700 = 1340 мм => принимаем 1300 мм

При подъеме на плиту действует нагрузка только от собственного веса плиты с учетом динамического коэффициента k_д=1,4.

q = 10 Ч m_п Ч k_д / l_п = 10 * 2,67 * 1,4/6,7 = 5,5 кН,

где - масса плиты перекрытия в тоннах; - длина плиты.

Расчетное сечение при подъеме плиты перекрытия указанно на рисунке.

Расчетное сечение представляет собой тавр с растянутой полкой, следовательно, считаем как прямоугольное сечение с шириной b. Первоначальное значение величины а приняли равным 30мм. Количество стержней, которое рекомендуется устанавливать в качестве монтажной - два.

Для определения требуемого значения площади арматуры необходимо выполнить следующие расчеты.

М = 0,2 * l_п *q * 0,1 * l_п = 0,02 * 5,5 * 10³ * 6,7² = 5,06 кНм

= = 20,4 * 10^-3 = 0,02 м^2,где b = 200 мм,

а = 30 мм, h₀ = h - a = 300 - 30 = 270 мм

По полученному значению определяем значение относительной высоты сжатой зоны по формуле

.

По таблице 3.3 определяем граничное значение относительной высоты сжатой зоны.

о = 1 - = 0,02; о_R = 0,502

Значение , размеров сжатой зоны достаточно, можно определить требуемую площадь сечения арматуры, предварительно определив по формуле

= 1 - 0,5*0,02 = 0,99

Требуемая площадь арматуры:

По требуемой площади арматуры подбирается количество и диаметр арматуры. Общая площадь подобранной арматуры должна быть равна или больше требуемого значения.

Ширина сетки С2 рядовой плиты считается по формуле:

Принимаем шаг, равный 250 мм, считаем количество стержней: => принимаем 4 стержня (2 +1 в сгибе +1 внизу) d_s = 5 мм, A_s = 0,784 см²

Необходимо произвести проверку сжатой зоны:

? h_f', где b = 0,2 м = 0,01 м ? 0,03 м

x ? о_R * h_o, где h_o = 0,27 м

0,01? 0,502 * 0,27 0,01 ? 0,136

M_ult = R_b*b*x* (h_ф - 0,5x) = 17*10⁶*0,2*0,01 (0,27 - 0,5*0,01) = 9 кНм

M_ult > M, 9кНм > 5 кНм проверка пройдена

Для сетки С2 подбираем поперечную конструктивную нерабочую арматуру таким образом, чтобы ее диаметр был на 2 мм меньше d_s. Таким образом, d_sw = 5 мм - 2 мм = 3 мм. Шаг выбран равный 250 мм.

Далее необходимо проверить минимальный процент армирования и допустимость размещения арматуры. Для подъема плиты предназначены 4 петли. Петли обычно изготавливают из арматуры класса А240. Вид петель приведен на эскизе в таб.2.2.7.

Диаметр петель можно определить по таб.2.2.6 При этом нормативное усилие, приходящееся на 1 петлю, определяется из условия:

= 2,67 *10/3 = 8,89 кН

Выбранные параметры выделены в таблицах цветом.

Таблица 2.2.7

Таблица 2.2.8 - Анкеровка петель в бетоне l_an (согласно эскизу таблицы 3.7)

2.3 Расчет и конструирование ригеля

2.3.1 Расчет ригеля по прочности нормальных сечений

Расчетная схема и эпюра моментов ригеля приведена на рисунке.

Расчет нагрузки, действующей на плиту перекрытия, приведен в таблице.

Таблица 2.3.1 В кПа

Нормативное значение нагрузки от собственного веса ригеля:

= 2,25 * 10/5,66 * 7 = 0,568 кПа

где - масса ригеля в тоннах (см пункт 2.1); l_р - длина ригеля в м; L - расстояние между ригелями в осях по конструктивной схеме перекрытия, м.

Нагрузка q, указанная на расчетной схеме, определяется по формуле:

= 16,83 * 7 = 117,78 кНм

Расчетная длина ригеля равняется расстоянию между серединами площадок опирания. Величину расчетной длины плиты перекрытия l₀ можно определить по рисунку.

l₀ = l_p - 130 = 5,66 - 0,13 = 5,53 м

M = = 117,78 * 5,53^2/8 = 450 кНм

Расчет ригеля по нормальному сечению необходимо выполнять на максимальное значение изгибающего момента, возникающего в середине пролета. Сечение ригеля имеет тавровый вид (рис 2.3.3), полки находятся в растянутой зоне. Данное сечение необходимо рассчитывать как прямоугольное.

Рисунок 2.3.3

При расчете ригеля нужно учесть арматуру в сжатой зоне, что уменьшит размеры сечения ригеля. Задаемся конструктивной арматурой в сжатой зоне - не менее 2 стержней d = 10мм, A_s'=1,57 см². Для армирования ригеля применяем арматуру А500. При расчете изгибаемого элемента с двойной арматурой несущая способность элемента M_ult складывается из момента, воспринимаемого сжатым бетоном M_b, и воспринимаемого сжатой арматурой .

.

где = 435 * 10⁶ * 1,57 * 10^-4 * 0,57 = 38,93 кНм приняли a = 30 мм, a' = 20 мм, h_o = h_p - a = 0,62 - 0,03 = 0,59 м

= 17*10⁶*0, 207*0,296* (0,59 - 0,5*0,296) = 460,4 кНм

где - граничное значение сжатой высоты зоны, определяется по формуле

= 0,502 * 0,59 = 0,296 м

M_b > M, 460 > 450 => устанавливаем 2 стержня d = 10 мм, A_s'= 1,57 см²_.

Подбираем диаметр сжатой арматуры при двух или трех стержнях так, чтобы было больше и тогда требуемая площадь растянутой арматуры равняется:

= = 0,0025м = 25 см²

Подобрали 4 стержня d_s = 32 мм, A_s = 32,17 см². Схема размещения-рис 2.3.4. После подбора арматуры необходимо выполнить проверки возможности ее размещения и достаточности прочности.

Далее необходимо окончательно проверить несущую способность сечения с учетом подобранной арматуры.

Несущая способность сечения равняется:

= 0,56*10⁶+435*10⁶*1,57*10^-4*0,552 = 597 кНм, где = = 0,378 м,

a_ниж = 1,5 * d = 48 мм, h₀ = h_p - a = 0,62 - 0,048 = 0,572 м

, 0,378 ? 0,296 => значение принимают равным = 0,296

Рисунок 2.3.4 - Схема размещения стержней в растянутой зоне для 4 стержней.

M_ult > M, 597 кНм > 450 кНм => прочность сечения достаточна.

Расчет ригеля по сечению наклонному к продольной оси элемента выполняется на полную эксплуатационную нагрузку. Расчетная схема ригеля приведена на рисунке ниже.

Максимальное значение поперечной силы определяется по формуле:

Расчетное сечение приведено на рисунке 2.3.6 Опасные наклонные сечения начинаются в углу подрезки. Высота сечения здесь , ширина сечения равняется ширине ригеля b=b_p. Расчетная высота сечения, вводимая в расчет, определяется, как . Значение а на первичном этапе можно принять равным 20мм.

Рисунок 2.3.6 - К расчету ригеля по наклонному сечению

Далее расчет прочности ригеля по сечениям наклонным к продольной оси элемента при действии поперечной силы выполняется так же, как и для плиты перекрытия (смотри п.2.2.3).

Для обеспечения прочности в растянутой зоне в опорной зоне устанавливают дополнительную продольную арматуру, d которой определяют расчетом наклонных сечений на изгиб. Для надежного анкерования ее приваривают к опорной закладной пластине толщиной ? 10 мм.

Расчет ригеля по наклонным сечениям на действие моментов (рисунок 2.3.7) производят из условия

где М - момент в наклонном сечении с длиной проекции с на продольную ось элемента;

- момент, воспринимаемый продольной арматурой, пересекающей наклонное сечение, относительно противоположного конца наклонного сечения (точка О);

- момент, воспринимаемый поперечной арматурой, пересекающей наклонное сечение, относительно противоположного конца наклонного сечения (точка О).

Момент определяют по формуле

= 325,65 * 10³ - 20,25*10³ = 305,4 кНм

A_{s, тр}= = 305,4*10³/435*10⁶*0,405 = 17,3 см²

где - плечо внутренней пары сил, = 0,9*0,45 = 0,405.

Момент для поперечной арматуры, нормальной к продольной оси элемента, определяют по формуле:

= 0,5 * 2*10⁵*0,45²=20,25 кНм,

где -усилие в поперечной арматуре, принимаемое равным , с = 0,45м

q_sw и с принимают те же, что и в предыдущем расчете.

Рисунок 2.3.7 - К расчету ригеля по наклонному сечению на изгибающий момент

Главная задача в этом расчете определить требуемую площадь арматурного анкера с площадью арматуры A_s1.

С этой целью определим значение внешнего изгибающего момента действующего в опасном сечении по формуле:

= 325,65*10³*0,515 = 167,7 кНм

l = h₀ +65 = 450 + 65 = 515 мм

M ? M_s + M_sw, 167,7 ? 305,4 + 20,25 условие не соблюдается, нужно добавить 3й стержень в сжатую зону.

Назначено 3 стержня d_s=28мм, A_{s, тр}=18,47 см²_.

Длина зоны анкеровки, на которую должны быть заведены стержни (то есть длина стержней) должна быть не менее , =1,27 м, 20Чd_s=560мм, 250мм. Длина определяется по формуле:

= 1*3,178*17,3*10^-4/18,47*10^-4=2,976 м

где - коэффициент, учитывающий влияние на длину анкеровки напряженного состояния бетона и арматуры и для растянутой арматуры периодического профиля принимается равным ;

, - площади поперечного сечения арматуры, соответственно требуемая по расчету и фактически установленная;

- базовая (основная) длина анкеровки, необходимая для передачи усилия в арматуре с полным расчетным сопротивлением R_s на бетон, определяют:

= 435*10⁶*18,47*10^-4/2,875*10⁶*87,92*10^-3=3,178 м

где и - соответственно площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры и периметр его сечения, определяемые по номинальному диаметру стержня;

- расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки и определяемое по формуле:

=2,5*1*1,15*10⁶=2,875 МПа

здесь - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению по первой группе предельных состояний, равное 1,15 МПа; - коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры, принимаемый равным 2,5 для горячекатаной арматуры периодического профиля; - коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, принимаемый равным 1,0 при диаметре арматуры d_s < 32 мм.

Из 4х значений l_an выбираем 2,98 м.

2.4 Расчет и проектирование колонны среднего ряда

Колонны среднего ряда воспринимают только вертикальные нагрузки. Вертикальная сила N на колонну действует только со случайным эксцентриситетом e_a. Значение e_a принимается большим из трех величин: h/30, l₀/600 и 10 мм (где h - высота сечения колонны, l₀ - расчетная длина). Поскольку случайный эксцентриситет может быть и справа, и слева от оси, армирование колонны принимается симметричным: Аs=Аs'. В качестве основной арматуры колонны необходимо применять арматуру А300 или А400, в качестве поперечных стержней арматуру В500.

Расчетная длина колонны первого этажа l₀ определяется по формуле l₀=0,7ЧH_к. Высоту колонны H_к можно принять равной высоте этажа H_э.

l₀=0,7*5,4 = 3,78 м

Для элементов прямоугольного сечения при расчетной длине l₀ < 20h и симметричной арматуре расчет на внецентренное сжатие со случайным эксцентриситетом допускается выполнять из условия:

, 2,61*10³ ? 4*10⁶

где N_ult - предельное значение продольной силы, которую может воспринять элемент, определяемое по формуле:

= 0,9* (4,25*10⁶+0, 196*10⁶) =4*10⁶ Н

где A_s,tot - площадь всей продольной арматуры в сечении элемента,

- коэффициент определяемый по таблице 5.1 в зависимости от отношений l₀/h=3,78/0,5 = 7,56

Таблица 2.4.1 - Определение коэффициента

	6	10	15	20
Ц	0,92	0,9	0,83	0,7

Определим значения действующих усилий в колонне первого этажа. Полное усилие в колонне первого этажа определим по формуле:

= [17,68*3 + 7,04] *6,2*7 = 2607,47 кН

где

n_эт - количество этажей здания (определено заданием); B, L - размер сетки колонн, м.

Таблица 2.4.2 - Нагрузка на колонну

Наименование нагрузки	Нормативное значение	f	Расчетное значение
1 Собственный вес пола (определено в задании)	qn1=1,35	1,15	q1=1,55
2 Собственный вес плиты перекрытия	qn2=2,63	1,1	q2=2,89
3 Собственный вес ригеля , L - расстояние между ригелями в осях	qn3=0,568	1,1	q3=0,624
4 Собственный вес колонны	qn4=0,78	1,1	q4=0,855
5 Временная полная (полезная)	qn5=9,8	1,2	q5=11,76
6 Собственный вес кровли (условно принимается равным собственному весу пола)	qn6=1,35	1,15	q6=1,55
7 Временная снеговая для г. Улан-Удэ	qn7=0,8	1,4	q7=1,12

Расчет стержня колонны

Для проверки прочности стержня колонны первоначально уточним размеры сечения колонны по формуле.

= = 0,121 м², 0,25 м² ? 0,121 м²

где - коэффициент армирования сечения, первоначально можно принять равным 0,01; значение коэффициента - для данной формулы можно принять равным 1.

Для армирования колонн применяется арматура класса А500.

Требуемое значение площади арматуры можно определить по формуле:

=

Значение получилось отрицательным потому, что армирование не требуется, но принимаем минимальное армирование.

Для армирования колонны приняли 4 стрежня d_s= 12 см², A_s = 4,52 см².

Необходимо проверить конструктивные требования при армировании сечения.

Коэффициент армирования в процентах должен быть не менее 0,1 % - при и 0,25 % - при .

µ = 4,52/0,25*10⁴*100% = 0,181 %

Все необходимые проверки сходятся, значит, подобраны оптимальные элементы.

Поперечная арматура в колонне устанавливается конструктивно в соответствии с требованиями: шаг поперечных стержней не более 15Чd=15*12=180 мм => шаг = 150мм ? 500мм. Диаметр поперечных стержней должен быть d_sw ? 0,25Чd_s,= 3см², выбран d_sw= 5 cм². Поперечные стержни устанавливаются для обеспечения продольными стержнями устойчивости, то есть предотвратить боковое выпучивание стержней.

Расчет консоли колонны

Опирание ригеля на колонну осуществляется через короткие скрытые консоли. Общий вид и армирование консоли колонны приведены на рис 2.4.1 Так как консоли имеют достаточно малые размеры, то их армирование осуществляется с помощью жесткой арматуры, состоящей из пластин 1, соединенных между собой арматурными стержнями 2, 3, 4, и закладными деталями 5.

На консоли колонны действует сосредоточенное усилие Q от опорной реакции ригеля. Действующее усилие вызывает растяжение в арматурных стержнях 2 и сжатие в пластинах 1.

Рисунок 2.4.1 - Консоль колонны

Усилие, действующее в пластине 1 определяется по формуле:

= 325,65*10³ /0,707 = 460,6 кН,

тогда требуемая площадь пластины 1 равняется:

= 460,6*10³/240*10⁶ = 19,2 см²

где R_y - расчетное сопротивление стали пластины. Для пластины используется сталь С245, тогда R_y=240МПа.

Площадь сечения пластины равняется , где t - толщина пластины, =>

t = A/h = 19,2/9,2 = 2,087 см, t/2 = 1,04см, где

Высота . => h = h¹*sin45⁰ = 130*sin45⁰ = 9,2 см

Требуемая площадь сечения арматурных стержней 2 равняется

где N_s - растягивающее усилие в стержне 2, определяемое по формуле

.

Назначено 2 стержня, d_s=22 cм², A_s=7,6 см²

Нижние стержни 3 и 4 принимают обычно такого же диаметра, что и стержни 2.

Стык колонн

Колонны сборного каркаса обычно изготавливают на два или один этаж. Стык колонн выполняется на расстоянии 600мм от уровня пола.

Вид стыка колонны приведен на рисунке 2.4.2.

Рисунок 2.4.2 - Оголовок колонны

Закладная деталь, устанавливаемая в верхней части оголовка колонны, являющаяся площадью сжатия, должна иметь размеры не более

b_loc b/3, b_loc? 500/3, b_loc=170 мм

Размер ячейки сеток косвенного армирования а больше 100мм, считается: а = (b-40мм) /5 = 92 мм, принимаем а = 90, округляя в меньшую сторону.

Шаг сеток косвенного армирования должен быть не более 150мм и не более b/3, b/3 ? S ? 150 мм, принимаем S=150 мм.

Расстояние, на котором устанавливаются сетки,

l_d20Чd_s, l_d = S*3 = 150*3=450мм ? 20*12 = 240мм, 450>240

где d_s - диаметр продольных стержней колонны. Количество сеток-не менее 4.

2.5 Расчет и конструирование фундамента

В курсовом проекте в качестве фундаментов под колонны предлагается запроектировать центрально-нагруженные столбчатые фундаменты стаканного типа. Фундаменты предлагается запроектировать монолитные из бетона класса В15, в качестве основной несущей арматуры принимается арматура А500.

Так как фундаменты центрально-нагруженные, то их обычно изготавливают симметричными (подошва имеет квадратную в плане форму).

Количество ступеней (см. рис 2.5.1) назначают в зависимости от высоты фундамента h: в моем случае h = 900 мм, назначено 3 ступени. Минимальная высота одной ступени 300мм. Размеры ступеней проектируются такими, чтобы контур фундамента (см. рисунок 2.5.1) находился снаружи усеченной пирамиды, верхним основанием которой служит опорное сечение колонны, а грани наклонены под углом 45^о.

Рисунок 2.5.1 - Фундамент стаканного типа трехступенчатый

Глубина заложения фундамента в курсовом проекте условно назначена 1500мм. Расчетное сопротивление грунта R₀ - задано в задании.

Глубина стакана h_gl принимается равной

= 500 + 50 = 550 мм,

где b - размер сечения колонны. Толщина дна стакана принимается не менее 200мм во избежание ее продавливания в процессе монтажа колонны.

Минимальную площадь подошвы фундамента можно определить по формуле:

= 2,27*10^6/ (300*10³ - 20*10³*1,5) = 8,4 м²

где N_n - нормативное значение усилия действующего от колонны на фундамент (приблизительно можно принять равным N_n=N/1,15=2,27*10⁶Н), N - продольное усилие в колонне первого этажа; - усредненный удельный вес фундамента и грунта на уступах фундамента равный 20кН/м³;

Н₀ - глубина заложения фундамента (в курсовом проекте принято 1,5м).

Так как для центрально-нагруженных фундаментов предполагается квадратная подошва, тогда минимально допустимый размер фундамента b_ф можно определить как:

= 2,89 м, принимаем b_ф,min=3 м, кратно 300 мм

Площадь фундамента будет равняться

= 9 м²

Минимальная высота всего фундамента под сборную колонну по конструктивным соображениям определяется как:

.

Минимальная высота фундамента из условия среза определяется как:

=200/2+1/2* =

где N - расчетное усилие, действующее на фундамент от колонны;

- интенсивность давления грунта на подошву фундамента, определяемая как

= 2,61*10⁶/9 = 0,29 * 10⁶

а - расстояние от грунта до равнодействующей в растянутой арматуре, принимается равной 50мм.

Высоту фундамента h назначают как большую из и при этом она должна быть кратна 150мм. Таким образом, h = 900 мм.

Рабочая высота нижней ступени фундамента h_1,0 определяется:

= 0,224, где

с =

h_1,0 = h - a = 300 - 50 = 250 мм, h_1,0>0,224

h₀ = h_ф - 50 = 900 - 50 = 850 мм

Величины l_{o, I}, l_{0, II}, l_{0, III} вычисляются:

l_{o, I} = h_ст + с - 50 = 300+400-50=650 мм

l_{0, II}= h_ст + l_{o, I} = 650 + 300 = 950 мм

l_{0, III} = h_ст + l_{0, II} = 300 + 950 = 1250 мм

Для определения площади сечения арматуры в нормальных сечениях I-I, II-II, III-III определяют расчетные моменты в этих сечениях как для консольной балки, интенсивность давления грунта на подошву фундамента . Величина этих моментов равняется:

Требуемая площадь сечения арматуры определяется по приближенной формуле:

= 184*10³/0,9*0,25*435*10⁶=18,79 см²

= 392,6*10³/0,9* (2*0,3-0,05) *435*10⁶=18,23 см²

= 679,7*10³/0,9*0,85*435*10⁶= 20,43 см²

Сетки для армирования фундамента подбираются по А_s=max (A_{s, I}, A_{s, II}, A_{s, III}).

Так как внутренний момент, возникающий в подошве фундамента, определялся на всю ширину фундамента, то и требуемая площадь арматуры определяется на всю ширину фундамента. Требуемую площадь сечения одного стержня можно определить по формуле:

=

где s - шаг стержней в подошве фундамента, принят равным 150мм.

По требуемому значению площади сечения одного стержня определяется необходимый диаметр рабочих стержней при назначенном шаге. При этом в связи с тем, что фундамент центрально нагружен стержни в продольном и поперечном направлении одинаковы.

Назначен d = 12 мм, A_s=1,13 см²_.

3. Компоновка конструктивной схемы и расчет несущих элементов здания в стальном исполнении

3.1 Несущие конструкции каркаса

Во второй части курсового проекта необходимо запроектировать основные несущие конструкции стального каркаса (стальные главные балки, балки настила и колонны).

В курсовом проекте конструкция перекрытия состоит из балочной клетки, которая поддерживается колоннами, опирающиеся на отдельно стоящие фундаменты.

Балочная клетка представляет собой систему несущих балок, расположенных по взаимно перпендикулярным направлениям.

В общем случае БК состоит из настила, балок настила, главных балок.

Рабочий настил в балочных клетках может проектироваться из стальных листов, железобетонным - из сборных панелей или монолитной плиты.

В курсовом проекте предполагается рассчитать двутавровые стальные колонны и перекрытия типа "балочная клетка".

3.2 Компоновка стального каркаса

Наружные стены здания, как и для железобетонного каркаса, предполагается выполнить из самонесущих кирпичных стен. Толщину стен можно принять равными 510мм, в предположении дополнительного наружного утепления.

Главные балки и балки настила в перекрытиях зданий проектируются из прокатных двутавров.

В курсовом проекте толщина железобетонной плиты может быть принята в зависимости от нагрузки и шага балок a_i согласно таблице 3.1.

Страница:

•  1 
•  2 

курсовая работа "Компоновка конструктивной схемы и расчет несущих элементов здания в стальном исполнении" скачать

Подобные документы

• Проектирование и расчет конструкций сборных железобетонных и стальных элементов многоэтажного здания

  Компоновка конструктивной схемы и расчет несущих элементов здания в железобетонном и стальном исполнении. Расчет плиты перекрытия на монтажную нагрузку. Компоновка стального каркаса. Проверка главной балки по первой и второй группе предельных состояний.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 04.08.2014
  

• Проектирование и расчет элементов многоэтажных зданий

  Компоновка конструктивной схемы для монолитного и сборного перекрытий многоэтажного здания. Расчет пространственной несущей системы, состоящей из стержневых и плоских железобетонных элементов. Характеристики прочности бетона, арматуры, ригелей, колонн.
  
  дипломная работа [2,8 M], добавлен 20.12.2017
  

• Расчет и конструирование основных несущих конструкций многоэтажного промышленного здания

  Расчет и конструирование балки настила. Подбор, компоновка основного сечения главной балки. Составление расчетной схемы и определение расчетных длин колонны. Монтажный узел главной балки, компоновка соединительных элементов. Проверки подобранного сечения.
  
  курсовая работа [2,9 M], добавлен 18.04.2018
  

• Компоновка балочной клетки рабочей площадки производственного здания

  Выбор стали основных конструкций. Расчет балок настила и вспомогательных балок. Определение нормативных и расчетных нагрузок. Компоновка сечения главной балки. Проверка нормальных напряжений. Проверка местной устойчивости элементов балки и расчет балки.
  
  курсовая работа [292,8 K], добавлен 15.01.2015
  

• Металлические конструкции каркаса здания

  Компоновка конструктивной схемы каркаса производственного здания. Разработка схемы связей по шатру здания. Проверочный расчет подкрановой балки. Статический расчет поперечной рамы. Конструирование колонны, определение ее геометрических характеристик.
  
  курсовая работа [525,9 K], добавлен 10.12.2013
  

• Проектирование несущих железобетонных конструкций многоэтажного промышленного здания

  Компоновка конструктивной схемы каркаса здания. Нагрузки и статический расчёт элементов каркаса. Расчёт и конструирование предварительно напряженной панели перекрытия, ригеля перекрытия, колонны. Основные размеры фундамента, подбор арматуры подошвы.
  
  курсовая работа [2,0 M], добавлен 11.12.2010
  

• Расчет и конструирование металлических конструкций многоэтажного производственного здания

  Компоновка и второстепенная балка перекрытия: подбор сечения, проверка прочности. Подбор сечения балки в виде сварного двутавра. Расчет сварных швов, прикрепляющих пояса к стене. Проверка местной устойчивости элементов колонны, размеры опорной плиты.
  
  курсовая работа [328,0 K], добавлен 04.10.2014
  

• Стальной каркас одноэтажного производственного здания

  Компоновка рабочей площадки. Подбор сечения второстепенных и вспомогательных балок. Компоновка и подбор сечения главной балки. Проверка местной устойчивости элементов балки и расчет поясных швов. Расчет и конструирование центрально-сжатых колонн.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 21.09.2013
  

• Расчет и конструирование несущих конструкций одноэтажного промышленного здания

  Проект конструкторского расчета несущих конструкций одноэтажного промышленного здания: компоновка конструктивной схемы каркаса здания, расчет поперечной рамы каркаса, расчет сжатой колонны рамы, расчет решетчатого ригеля рамы. Параметры нагрузки усилий.
  
  курсовая работа [305,8 K], добавлен 01.12.2010
  

• Проектирование сборных железобетонных элементов каркаса одноэтажного промышленного здания

  Компоновка сборного железобетонного каркаса здания с установлением геометрических параметров. Определение нагрузок на раму и ее статический расчет. Конструирование фундамента под колонну. Расчет предварительно напряженной безраскосной фермы пролетом 18 м.
  
  курсовая работа [375,9 K], добавлен 13.12.2009
  

• Стальной каркас одноэтажного производственного здания

  Компоновка конструктивной схемы каркаса здания. Правила расчета схемы поперечной рамы. Определение общих усилий в стержнях фермы. Расчет ступенчатой колонны производственного здания. Расчет и конструирование подкрановой балки, подбор сечения балки.
  
  курсовая работа [565,7 K], добавлен 13.04.2015
  

• Проектирование трехэтажного здания судоремонтного завода с кирпичными несущими стенами

  Компоновка конструктивной схемы здания. Предварительное назначение размеров сечений элементов. Конструирование плиты. Расчет прочности балки по сечению 2-2, наклонному к продольной оси, на действие поперечной силы. Расчет в программе SCAD Office.
  
  курсовая работа [2,7 M], добавлен 22.02.2017
  

• Расчет и конструирование сборных железобетонных конструкций многоэтажного производственного здания

  Компоновка сборного балочного перекрытия. Расчет и конструирование колонны среднего ряда первого этажа многоэтажного производственного здания. Определение расчетных усилий и размеров фундамента. Расчет прочности продольных рёбер по нормальным сечениям.
  
  курсовая работа [446,7 K], добавлен 04.09.2013
  

• Строительный проект однопролетного здания

  Компоновка конструктивной схемы каркаса здания. Нагрузки, действующие на прогон. Максимальный изгибающий момент. Конструирование стропильной фермы. Статический расчет рамы каркаса здания и внецентренно нагруженной крайней колонны производственного здания.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 14.09.2015
  

• Проектирование железобетонных конструкций многоэтажного промышленного здания

  Компоновка монолитного перекрытия промышленного здания. Расчет монолитной плиты перекрытия, второстепенной балки, кирпичного простенка и фундамента. Компоновка сборного здания. Нагрузка на стену и простенок первого этажа от междуэтажных перекрытий.
  
  курсовая работа [774,0 K], добавлен 14.09.2015
  

• Железобетонные конструкции многоэтажного здания в монолитном исполнении (с неполным каркасом)

  Компоновка перекрытия, определение размеров и расчетных пролетов, их элементы. Расчет и конструирование плиты перекрытия, колонны, главной и второстепенной балки. Определение прочности нормальных и наклонных сечений. Построение эпюры материалов.
  
  курсовая работа [782,8 K], добавлен 30.01.2012
  

• Конструирование и расчет элементов железобетонных конструкций многоэтажного здания (без подвала) с наружными каменными стенами и внутренним железобетонным каркасом

  Элементы железобетонных конструкций многоэтажного здания. Расчет ребристой предварительно напряжённой плиты перекрытия; трехпролетного неразрезного ригеля; центрально нагруженной колонны; образования трещин. Характеристики прочности бетона и арматуры.
  
  курсовая работа [1,0 M], добавлен 21.06.2009
  

• Металлические конструкции производственного здания, их расчет

  Компоновка конструктивной схемы каркаса производственного здания. Определение нагрузок, действующих на поперечную раму. Статический расчет однопролетной поперечной рамы. Определение расчетных длин, сечений и базы колонны. Расчет и конструирование фермы.
  
  курсовая работа [507,3 K], добавлен 17.05.2013
  

• Железобетонные и каменные конструкции многоэтажного промышленного здания

  Вычисление расчетных пролетов плиты. Характеристики прочности бетона и арматуры. Сбор нагрузки на балку. Расчет прочности балки по сечениям, наклонным к продольной оси. Определение расчетных пролетов. Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия.
  
  курсовая работа [3,0 M], добавлен 21.03.2015
  

• Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания

  Компоновка конструктивной схемы каркаса здания. Расчет рамы промышленного здания с использованием расчетного комплекса "STARK ES 3.0". Определение главных параметров и конструирование металлической фермы, основные этапы и оценка данного процесса.
  
  курсовая работа [3,5 M], добавлен 14.05.2015
  

Другие документы, подобные "Компоновка конструктивной схемы и расчет несущих элементов здания в стальном исполнении"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам