Расчет и конструирование элементов многоэтажного промышленного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Исходные данные

1. Проектирование несущих сборных железобетонных конструкции многоэтажного здания

1.1 Определение усилий в ригеле поперечной рамы

1.2 Вычисление изгибающих моментов в расчетных сечениях ригеля

1.3 Определение пролетных моментов ригеля

1.4 Определение изгибающего момента колонны от расчетных нагрузок

1.5 Перераспределение пролетных моментов в ригелях

2. Расчет прочности ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси

2.1 Определение относительной граничной высоты сжатой зоны ригеля

2.2 Расчет прочности ригеля по наклонным к продольной оси

3. Расчет и армирование колонны

3.1 Определение усилий в средней колонне

3.2 Расчет прочности средней колонны

4. Расчет и армирование фундамента

Заключение

Список использованных источнико

Спецификация колонны

Введение

Железобетон представляет собой комплексный строительный материал, состоящий из бетона и стальных стержней, работающих в конструкции совместно в результате сил сцепления. Бетон хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже растяжению, поэтому включение стальной арматуры в растянутую зону элементов существенно повышает их несущую способность. Сталь имеет высокое сопротивление не только растяжению, но и сжатию, и включение ее в бетон в виде арматуры сжатого элемента заметно повышает его несущую способность.

Благодаря многочисленным положительным свойствам железобетона - долговечности, огнестойкости, высокой прочности, жесткости, плотности, гигиеничности и сравнительно небольшим эксплуатационным расходам конструкции из него широко применяют во всех областях строительства. Предварительные напряжение железобетона дает возможность повысить трещиностойкость и жесткость конструкции, тем самым еще более расширить область их использования, особенно для большепролетных конструкций, покрытий и перекрытий.

Железобетонные конструкции являются базой современной строительной индустрии. Их применяют в промышленном, гражданском, сельскохозяйственном строительстве - для зданий различного назначения; в транспортном строительстве - для метрополитенов, мостов, туннелей; в энергетическом строительстве - для гидроэлектростанций, атомных реакторов; в гидромелиоративном строительстве - для плотин; в горной промышленности - для надшахтных сооружений и крепления подземных работ. Такое широкое распространение железобетон получил вследствии многих его положительных качеств: долговечность, огнестойкость, стойкость против атмосферных осадков, высокой сопротивляемости статическим и динамическим нагрузкам, малых эксплуатационных расходов.

По способу возведения различают: железобетонные конструкции - сборные, изготовляемые преимущественно на заводах и затем монтируемые на строительных площадках; монолитные - полностью возводимые на месте строительства; сборно-монолитные, в которых рационально сочетается использование сборных жб элементов заводского изготовления и монолитных частей конструкции.

В настоящее время сборные железобетонные конструкции в наибольшей степени отвечают требованиям индустрии строительства, хотя следует отметить, что и монолитный железобетон с каждым годом получает все большее признание.

Исходные данные

Параметры здания в плане: размеры в плане ;

Сетка колонн ;

Количество этажей =4;

Высота этажа Hэ=3,1 м;

Временная нормативная нагрузка v =4200 H/м2;

Кратковременная нагрузка равна: vcd =0.8x4200=3360 H/м2;

Длительно действующая нагрузка равна: vld =0.2x4200=840 H/м2;

Степень ответственности здания: II кл.;

Коэффициент надежности по назначению здания ;

Место строительства г.Усть-Каменогорск;

Прочностные характеристики материалов по СНиП 2.03.01-84.

Материалы:

1) Бетон, МПа

Класс бетона	Коэф.условия работы	Rb	Rbt	Eb	Применение
В 15	0,9	8,5	0,75	23000	Колонна
В 12.5	0,9	7,5	0,66	21000	Фундамент
В 35	0,9	19,5	1,3	34500	Ригель

2) Арматура, МПа

Класс арматуры	Rs	Rsc	Rs,w	Es
А-II	280	280	225	210000
A-IV	510	400	405	190000
Ш6 Вр-II Ш8	1050 915	400 400	785 670	170000 200000

а)

б)

в)

Рис.1 а) фрагмент плана здания, б) грузовая полоса для ригеля, в) расчётная схема каркаса

По ргз №1 по дисциплине ЖБК приведенная толщина сборной монолитной многопустотной плиты tred=130 мм.

а) б)

Рис. 2 а)сечение колонны б) сечение ригеля

По ргз №1 по дисциплине ЖБК приведенная толщина сборной монолитной многопустотной плиты tred=130 мм.

1. Проектирование несущих сборных железобетонных конструкции многоэтажного здания

1.1 Определение усилий в ригеле поперечной рамы

Поперечная многоэтажная рама имеет регулярную расчетную схему с равными высотами этажей, сечение ригелей и высотой по этажам. Нагрузка на ригель от междуэтажных плит считается равно-распределенной ширине грузовой полосы на ригель равна шагу поперечной рамы, т.е. .

Подсчет нагрузок на 1м2 (Н/м2)

Таблица №1

Нагрузка	Нормативная нагрузка	Коэффициент надежности	Расчетная нагрузка
А)Постоянные нагрузки - плиточный пол 0,013*18000 - цемент.раств.0,02*22000 Н/м3 - шлакобетон 0,06*15000 Н/м3 - собственный вес многопустотной плиты tred*гжб=0,130*25000	240 440 900 3250	1,1 1,3 1,3 1,1	264 572 1200 3575
Итого	g`n=4830	-	g`=5611
Б) Временная нагрузка В том числе - временные нагрузки - кратковременные нагрузки		1,2 1,2 1,2	5040 4032 1008
Полная нагрузка			q`=10651

На основе нагрузки на 1 кв. м. площади перекрытия (табл. 1) вычисляем расчетную нагрузку на 1 п.м. длинны ригеля при шаге колонн l1 = 6,2 м.

- От веса элементов пола и плиты перекрытия по формуле:

- От собственного веса проектируемого ригеля приближённо (сечения рис.2.)

В итоге постоянная нагрузка на 1п.м. ригеля равна:

g=33,05+5,22=38,27 кН/м

Временная нагрузка на перекрытие:

v= v`*l1=0.95*5.040*6.2=29.68

В том числе длительно временная: pld=0,95*4,032*6,2=23,74 кН/м

кратковременная: рcd=0,95*1*6,2=5,89 кН/м

В итоге полная нагрузка на ригель с учетом собственного веса равна: q=g+r=38,27+29,68=67,95 кН/м

1.2 Вычисление изгибающих моментов в расчетных сечениях ригеля

Опорные моменты рамы каркаса вычисляем с использованием коэффициента в приложении 11 ([1] - 747 стр.) и нагрузок из таблицы 1 по формуле :

В этой формуле табличные коэффициенты и зависят от схем загружений ригеля и коэффициент “K” - отношение погонных жесткостей ригеля и колонны.



Здесь - приведенное поперечное сечение ригеля.:

=333 мм.

Опорные моменты ригеля при различных схемах загружения

Таблица №2

Схема загружения	Опорные моменты
	множитель	М21	М23	М32
	K=	-200,04	-145,86	-145,86
	Опорные моменты от временных нагрузок
		-142,6	-14,22	-14,22
		-14,22	-98,9	-98,9
		-157,08	-124,11	-87,91
	1+4	1+4	1+3
	-357,12	-269,97	-244,76
	212,95	125,23	212,95

1.3 Определение пролетных моментов ригеля

1. В крайнем пролете при схемах загружения 1+4 опорные моменты рамы М12=0, М21=-357,12 кН*м

Общая погонная нагрузка на ригель:

Поперечная силы:

кН

Проверка правильности определения поперечной силы в первом пролете рамы:



67,95*6,6=278,34+170,12

364,75=364,75 - равновесие соблюдается, откуда максимальный пролетный момент в первом пролете равен:

2. Для определение максимального пролетного момента в среднем пролете опорные моменты при схеме загружения 1+3:

Откуда макс. пролетный момент:

Поперечные силы ригеля

Для расчета прочности по сечениям наклонным к продольным оси применяемый значения поперечной сил ригеля больше из двух расчетов упругих расчета и с учетом перераспределение расчетов момента

В средней опоре

Окончательно эпюры моментов в ригелях и колоннах поперечной рамы разлагаем по рис.



Рис.3. Расчетная эпюры моментов в ригелях и колонны поперечной рамы (кН*м2)

Рис.4. Расчетные эпюра поперечных сил в ригелях рамы (кН*м)

1.4 Определение изгибающих моментов колонны от расчетных нагрузок

Вычисляем расчет момента в колоннах первого этажа, где максимальный продольный усилие от всех этажей и покрытий. Погонные жесткости колонн первого и второго этажей при размеров сечений колонн 40х50 см (рис.2. сеч.А)

Сумма жесткостей колонн равна:

На колонны этажей передается разность величин изгибающих моментов в абсолютных значениях опорных моментов в узле рамы от полной нагрузки; изгибающий момент колонны 1 этажа от полной нагрузки.

=

Момент для второго этажа второй колонны

Из условия равновесия моментов в узлах рамы каркаса должны соблюдаться:

304,78=304,77

1.5 Перераспределение пролетных моментов в ригелях рамы

В практическом расчете заключается уменьшение примерно до 30% опорных моментов ригеля по схеме загружение 1+4 на опоры добавляют выравнивающие моменты так, чтобы уравнялись опорные моменты М21 и М23.

Ординаты выравнивающей эпюры моментов:

Разность ординат в узле выравнивающий эпюра моментов передается на колонны рамы. Опорные моменты выравнивающих моментов:

Выравнивающая эпюра моментов на опорах передается на пролет, т.е. расчетный изгибающий момент в среднем пролете

Мпр2рас= Мпр2+М23=125,23+19,98=145,21 кН*м

2. Расчет прочности среднего ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси

Ригель с преднапряженной арматурой Asp, а у колонны арматура As.

Класс бетона: В 35, Rb=19,5 МПа.

Арматура преднапряженная:А-II, Rs=280 МПа.

2.1 Определение относительной граничной высоты сжатой зоны ригеля

Используя упруго-пластичные свойства бетона перераспределяем опорные и пролетные моменты в ригеле:

Где,

а=50мм

h=600мм

h0=h-a=550мм

Вычисляем коэффициент :

По таблице определение з=0,895

Определим требующую площадь арматуры на опорах:

=1814 мм2

По сортаменту принимаем: 3Ш28, A-II,

% пер=((1847-1814)/1814)*100% = 1,83 % < 5%

Определение площади рабочей арматуры ригеля в среднем пролете рамы.

Расчет пролетного момента

Применяется преднапряженная арматура класса A-IV, Rs = 510 МПа, распологается в нижней зоне ригеля.

По таблице определяем

=549 мм2

Требуемая площадь необходима из условия прочности по нормальному сечению ригеля. Так как изгибаемые элементы рассчитывается по второму предельному состоянию по перемещению и раскрытию трещин, вычисленную площадь из условия прочности необходимо увеличить на (5….15%), тогда требуемая преднапряженной арматуры равна:

По сортаменту принимаем: 4Ш14 А-IV,

% пер=4,97%< 5%



Рис.5. Расчет ригеля по нормальному сечению.

2.2 Расчет прочности ригеля по наклонному сечению к продольной оси

На средней опоре поперечная сила .

Из конструктивных условий назначение диаметр хомутов и их шаг на при опорных участках длинной и в средней части пролета ригеля. Диаметр поперечных стержней устанавливают из условия сварки их с продольной арматурой максимального диаметра d = 28 мм и принимаемый диаметр хомутов dsw = 10 мм с площадью Asw = 1,57 см2.

Так как dsw/dmax = 10/28 = 0,35 см2, то не вводят коэффициент условия работы гs2= 0,9, т.е. Rsw= 670 МПа, число каркасов 2, откуда расчет площади Asw=2*0,785=1,570 см2

Шаг поперечных стержней из конструктивных условий

В средней части пролета.

Вычисляем усилие воспринимаемое хомутами на единицу длины:

Минимальный поперечная сила воспринимаемый хомутами и сжатой зоне бетона над наклонным трещиной для тяжелого бетона при коэффициенте

.

Прочность по наклонному сечению обеспечена.



Рис.6. Каркас К-1 ригеля, расположение арматур.

3. Расчет и армирование колонны

3.1 Определение усилий в средней колонне.

Рис.7. Определение грузовой площади для средней колонны.

Членение колонны поэтажное. Стыки колонн располагаются на отметке (высоте) 0,6 м от уровня верха панелей перекрытия.

Ригель неразрезная преднапряженная конструкция с массой 1 п.м.:

При конструкций длины ригеля

Грузовая площадь средней колонны при сетке колонн:

Откуда вес ригел на 1м2 грузовая площадь

Производим сбор нагрузок действующих на среднюю колонну при грузовой площади Ас=40,92м2

1. От покрытия здания:

А. Постоянная нагрузка.

С определенным допущением принимаем 80% от постоянной расчетной нагрузки от перекрытия (см табл. 1)

Б. Временная снеговая - S0 = 1000 Н/м2

- длительная Sld = 0,3*100 = 300 Н/м2

- кратковременная снеговая - Scd = 0,7*100 = 700 Н/м2

2. От перекрытия (см табл.1):

А. Постоянная расчетная нагрузка

Б. Временная, с учетом понижающего коэффициента шА2 и шn2:

В том числе:

- временные длительные нагрузки

- кратковременные нагрузки

3. Собственный вес колонны на 1 этаж:



Где коэффициент сочетания учитывающий увеличения грузовой площади (по СНиП 2.01.07-85*):

Ас = 50,16 м2 > А = 36 м2

При числе этажей более 2-ух продольной усилий для колонн уменьшающий коэффициент

Где: n - число перекрытий над рассматриваемым этажом.

Подсчет расчетных нагрузок на рассматриваемый этаж (на колонну) приведен в табличной форме таблица №3.

Эпюры продольных усилий для расчетной средней колонны. Расчетная длина колонн со 2-4 этажи: l0=3,1м

3.2 Расчет прочности средней колонны

Колонну армирование симметричных арматур

Бетон В 15, , Арматура класса: А-II, Rs= 280 МПа

Расчет для колонны для многоэтажного здания

Число приведения арматуры бетону



Рабочая высота сечения колонны: h0 = hк - a = 500 - 40 = 460мм

Радиус сечения колонны: r = 0,289 hcol = 0,289*50 = 14,45 см=144,5мм

Действующие расчеты усилия на колонну:

Полный расчёт моменты:

Продольная усилия: N=1543,63 кН

В том числе

- от длительных нагрузок - Nld = 1427,16 кН

- от кратковременных Ncd = 116,47 кН

кН*м

Эксцентриситет продольной силы на колонну:

Случайный эксцентриситет колонны должен быть не менее чем =, не меньше чем и должен быть не менее 1 см.

Так как расчет мы принимаем

Расссмотрим гибкость элемента

Гибкость колоные (элемент)

Задаемся оптимальным коэффициентом армирования продольной арматуры сечения колонны в пределах: ,

При симметричном армировании критическая сила для прямугольника сечений определяется по формулу

Значение эксцентриситета равно:

Определяют граничную относительную высоту сжатой зоны.



Вычисляем

Фактическая относительная высота сжатой зоны сечения колонны:

Где:

07

Определяем площадь сжатой семеричной арматуры сечения колонны:

Принимаем несколько вариантов армирования

	Вар.	Принятая арматура		Эскиз каркаса	Процент переармиро вания
3,14	1	4Ш10	3,14		0 %
	2	3Ш12	3,39		7,9 %

Принимаем 2 вариант армирования колонны

Колонна армируется пространственными каркасами, образованными из плоских сварных каркасов К - 1 (2 шт).Диаметр поперечных стержней при диаметре продольной арматуры Ш12А-II равен

железобетонный колонна ригель фундамент

4. Расчет и армирование фундамента

Усилие и момент колонны у заделки фундамента:

Усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке гf =1,15, откуда нормативное усилие: Nser =/1,15 = 1342,28 кН*м.

Грунты основания резко пылеватые, средней плотности, маловлажные. Расчет сопротивление грунта Средний вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его обрезах гсред = 20 кН/м = 20 кН/м3, В12,5, Rbt=0.66 МПа, А-II, Rs=280МПа.

Ввиду относительно малых значений эксцентриситета фундамент рассчитываем как центрально загруженной.

Высоту фундамента предварительно принимаем равной 115 см, а глубину заложения фундамента Н1 = 130 см

Площадь подошвы фундамента определяем предварительно без поправок R0 на ее ширину и глубину заложения.

Размер сторон прямоугольной подошвы А х В = 3м х 2м

>=5,992 м2

Давление на грунт основания от расчетной нагрузки



Полезная высота фундамента можно вычислить по приближенной формуле на продавливание:

= 45 см.

Откуда, полная высота условия на продавливания

Определение площади арматуры в подошве фундамента.

Отсюда определяем сечения арматуры:

Принимаем коэффициент



Принимаем 14Ш12 А-II

Принимаем стандартную сварную сетку с шагом S = 210 мм с рабочей арматурой 14Ш12 А-II на всю ширину подошвы фундамента (по стороне А).

Заключение

Целью курсового проекта являлось освоение методики расчета и конструирования элементов многоэтажного промышленного здания.

В процессе выполнения курсового проекта были решены следующие задачи:

-разработка конструктивно-планировочных решений многоэтажного здания с использованием сборных несущих конструкций.

-определения нагрузки, действующие на элементы здания, вычислены внутренние усилия.

-рассчитаны и законструированы элементы здания.

-оформлены рабочие чертежи основных несущих элементов со спецификацией и выборкой арматуры.

Список использованных источников

1. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс. Учеб. для вузов 5-е изд. - М.: Стройиздат, 1991. - 767 с.ил.

2. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. для строитель. спец. вузов/ В.М Бондаренко и др. - 5-е изд. - М.: Высш. школа 2008. - 887 с. ил.

3. Проектирование железобетонных конструкции. Справочное пособие. 2-е изд. / А.Б.Голышев и др. - Киев.: Будивельник, 1990. - 496 с. ил.

4. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. - М.,1989.

5. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. - М.,1990.

6. СНиП РК 5.03-34-2005. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Алматы 2006.

7. ГОСТ 21.503-80. Конструкции бетонные и железобетонные. Рабочие чертежи - М: Стандарты, 1988.

8. Строительное черчение: Учебник для ВУЗа : Будасов Е.В., Кекминский В.П; 4-е изд-М: Сторойиздат, 1988-464 с.

Спецификация колонны

Позиция	Обозначение	Наименование	Количество	Масса металла
Сборные единицы (элементы)
1-5	Колонна КСП-1	КП-1	1
1-3	Каркас плоский	К-1	2
1		Ш10 A-II (l=27,3м)	3+3	24,24
2		Ш8 A-II (l=5,32м)	14	2,1
	Каркас плоский	К-2
3		Ш12 A-II (l=9,1м)	1+1	8,08
4		Ш8 A-II (l=6,7м)	7+7	2,64
	Сетки арматурные	C-1
5 6		Ш4 Вр-I (l=15,4м) Ш4 Вр-I (l=7,6м)	32 20	1,41 0,69
	Изделия закладные	М-1
7		2L100*7 (200м)	2	7,32
8	Пластина	300*200*10	1	4,6
		М-2L	2
9		L63*4 (400)	1	3,8
10		Ш8 А-I (1,2)	2+2	0,5
			Всего:	68,36 кг

Показатели расходов металлов

Марка элемента	Класс бетона	Объем бетона V, м3	Масса стали кг	Расход металла на 1м3 бетона кг\м3	Масса элемента, кН
КСП-1	В15	0,985	68,36	69,40	24,625 кН

Размещено на Allbest.ru

...