Проектирование здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Данные для проектирования

ригель перекрытие балка арматура

1. Назначение проектируемого здания - производственное и общественное, место строительства - город Сыктывкар, глубина промерзания -188 см;

2. Размеры здания: длина 7,5*6 м, ширина 6*4 м;

3. Число этажей - 3, высота этажа 4,8 м;

4. Временная нагрузка на перекрытие - 310 кг/м2;

5. Арматура для ригеля, колонны, фундамента А400

6. Класс бетона железобетонных конструкций В25;

7. Сопротивление грунта - 0,25 МПа.

2. Содержание проекта

А. Расчётная часть

1. Разработать сетку колонн и расположение ригелей перекрытия, установить расчётные пролёты балок и плит в сборном железобетоне.

2. Запроектировать:

- в сборном железобетоне - плиты перекрытия, ригель междуэтажного перекрытия, колонну и фундамент.

Б. Графическая часть

1. Выполнить основные архитектурно-строительные чертежи проектируемого здания:

- план сборного междуэтажного перекрытия, М 1:100;

- вертикальный поперечный разрез здания, М 1:100;

2. Выполнить следующие чертежи конструкций:

- в сборном железобетоне - плиты, ригеля, колонны, фундаменты.



3. Расчет

Исходные данные

Плита изготавливается по агрегатно-поточной технологии. Плита подвергается тепловой обработке при атмосферном давлении.

Материалы для плиты

Бетон - тяжелый, класс по прочности на сжатие В25.

Rbn = Rb, ser =18,5 МПа; Rbtn = Rbt, ser = 1,55 МПа; Rb = 14,5МПа;

Rbt = 1,05 МПа; Eb = 30·10-3 МПа.

Арматура - продольная класса A400;

Rs,n =Rs,ser= 400 МПа; Rs = 355 , Rsc = 355 МПа; Еs= 2·105МПа.

Нагрузка на 1 пог. м длины плиты при ее номинальной ширине 1,5 м с учетом коэффициентов надежности по нагрузке и назначению здания представлена в табл. 1.

Таблица 1

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м	Коэффи-циенты надеж-ности гf, гn	Рас-четная нагрузка, кН/м
1	2	3	4
Керамическая плита д=13 мм, с-плотность, с= 18кН/м3 Цементно-песчаная стяжка д=20 мм, с=22 кН/м3 Собственный вес плиты (см. рис. 3) с=24 кН/м3	18·1,5·0,013=0,351 22·1,5·0,02=0,660 Рнпл.собст.=(hbf-)с=(0,22·1,49-3,14·0,162·7/4)·24=4,49	гf = 1,3 гn= 1 гf = 1,3 гn = 1 гf = 1,1 гn = 1	0,456 0,858 4,939
Постоянная нагрузка	gn=5,501	-----	q=6,253
Временная нагрузка:	Рn=3,1·1,5=4,65	гf = 1,2 гn = 1	5,58
Полная нагрузка	gn+ Рn = 10,151	-----	q+P= 11,833

Расчет плиты по предельным состояниям первой группы

Плита рассчитывается, как однопролетная шарнирно-опертая балка, загруженная равномерно распределенной нагрузкой.

Расчетный пролет плиты

l0 = 7,5-0,2-2·0,01-0,09 = 7,19 м.

Усилия от расчетной полной нагрузки

Мmax = 76,465кНм,

Qmax = кН.

Расчет по прочности сечения, нормального к продольной оси плиты

Поперечное конструктивное сечение плиты заменяется эквивалентным двутавровым сечением.

Геометрические размеры расчетного сечения плиты:

высота сечения h=0,22 м;

рабочая высота сечения h0=h-a=0,22-0,03=0,19 м, где а - расстояние от равнодействующей усилий в арматуре S до ближайшей грани сечения;

высота нижней и верхней полок сечения

hf = hfм= (0,22 - 0,16)·0,5 = 0,03 м, где 0,16 м - диаметр отверстия

ширина нижней и верхней полок соответственно bf=1,49 м, bf' = 1,46 м;

ширина ребра сечения

м,



где n = 7 - количество отверстий.

При расчете по прочности расчетное поперечное сечение принимается тавровым с полкой в сжатой зоне (без учета свесов в растянутой зоне). При этом вся ширина верхней полки м, так как

,

где м - конструктивный размер плиты.

По условию

определяем положение границы сжатой зоны.

Так как

то, следовательно, граница сжатой зоны проходит в полке и расчет плиты ведется, как расчет прямоугольного сечения с размерами и .

.

Из табл. 1 прил. по находим и .

Граничная относительная высота сжатой зоны определяется по формуле



,

где - относительная деформация арматуры растянутой зоны, вызванная внешней нагрузкой при достижении в этой арматуре напряжения, равного ;

- относительная деформация сжатого бетона при напряжениях, равных , принимаемая 0,0035.

.

Так как , то площадь растянутой арматуры определяем по формуле

,

Тогда .

По табл. 2 прил. принимаем 6Ш16А400 с

Расчет по прочности сечения, наклонного к продольной оси плиты

Максимальная поперечная сила на опорах составляет кН.

1. Проверим условие обеспечения прочности по бетонной полосе между наклонными сечениями:

.

кН, то прочность по бетонной полосе обеспечена.

Следовательно, размеры принятого поперечного сечения плиты достаточны.

2. Проверим необходимость постановки расчетной поперечной арматуры из условий:

а) .

=184,538 кН, т.е. условие выполняется;

б) ,

где - поперечная сила, воспринимаемая бетоном в наклонном сечении,

- поперечная сила в конце наклонного сечения, начинающегося от опоры с длиной проекции ; значение принимается не более .

Проверим условие , принимая значение равным длине приопорного участка без нормальных трещин. Значение определим из решения уравнения



.

Принимаем с=:

м,

где кН/м (см. табл. 3);

кН/м,

- нагрузка от собственного веса плиты;

- временная нагрузка.

Принимаем коэффициент =1.

=0,5·1·1,05·103·0,37·0,19=36,908кН.

Поскольку с==1,626 м >3h0=3·0,19=0,57 м,

поперечная сила в конце наклонного сечения равна

=42,54-7,729·1,626=29,973 кН <Qb=36,908 кН, т.е.

условие выполняется для любых наклонных сечений. Следовательно, поперечную арматуру принимаем конструктивно.



4. Расчет ригеля

Исходные данные

Значения нормативных и расчетных нагрузок на 1 м2 перекрытия принимаются те же, что и при расчете панели перекрытия. Ригель шарнирно оперт на консоли колонн. Высота ригеляh=0,45 м.

Характеристики прочности бетона и арматуры:

бетон тяжелый класса В30,МПа, МПа;

арматура продольная рабочая класса A400 диаметром 10...40мм,; поперечная - класса A400 диаметром 6...8мм,МПа.

Расчетный пролет.

где

- пролет ригеля в осях, ;

0,02 м - зазор между колонной и торцом ригеля;

0,13 м - размер площадки опирания.

Расчетная нагрузка на 1 м длины ригеля определяется с грузовой полосы, равной шагу колонн, т.е. 7,5 м.

Постоянная нагрузка :

от перекрытия

от веса ригеля

где 25 кН/м3 - плотность железобетона.

С учетом коэффициентов надежности по нагрузке и по назначению здания

Итого:

Временная расчетная нагрузка с учетом коэффициента снижения временной нагрузки в зависимости от грузовой площади

Полная нагрузка

Определение усилий в ригеле

Значение максимального изгибающего момента и максимальной поперечной силы от полной расчетной нагрузки:

Расчет по прочности сечения, нормального к продольной оси

Определяем высоту сжатой зоны

,

где - рабочая высота сечения ригеля;

- относительная высота сжатой зоны сечения.



Высота сжатой зоны x=0.49*0.4=0,196 т.е. ее граница находится в полке сечения. Следовательно, граничная относительная высота сжатой зоны определяется по формуле

,

где - относительная деформация арматуры растянутой зоны, вызванная внешней нагрузкой при достижении в этой арматуре напряжения, равного;

- относительная деформация сжатого бетона при напряжениях, равных , принимаемая равной 0,0035 МПа.

.

Так как, принимаем ;;.



Принимаем сжатую арматуру228A400 ,

Принимаем растянутую арматуру228A400 ,

Общая площадь принятой арматуры.

Расчет по прочности сечения, наклонного к продольной оси

Расчет производится рядом с подрезкой в месте изменения сечения.

Поперечная сила на грани нагрузки на расстоянии 10 см от торца площадки опирания

Проверяем условие обеспечения прочности по наклонной полосе между наклонными сечениями

,

следовательно, условие прочности удовлетворяется.

Проверим необходимость постановки расчетной поперечной арматуры из условий:

а) .

Так как, то поперечной арматуры не требуется;

б) ,

где - поперечная внешняя сила в конце наклонного сечения, начинающегося от опоры с длиной проекции , где .

- поперечная сила, воспринимаемая бетоном в наклонном сечении.

.

, следовательно, необходим расчет поперечной арматуры.

- изгибающий момент, воспринимаемый бетоном в наклонном сечении,

Следовательно, интенсивность хомутов определим по формуле



Шаг хомутов у опоры должен быть не более и не более , а в пролете не более и не более . Максимальный шаг хомутов у опоры равен

Принимаем шаг хомутов у опоры , а в пролете

Площадь сечения хомутов, расположенных в одной нормальной к продольной оси элемента плоскости, пересекающей наклонное сечение

где - расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению.

Принимаем в поперечном сечении c тогда

Длина участка с наибольшей интенсивностью хомутов определяется следующим образом.

Так как

Тогда

где

Принимаем длину приопорного участка с шагом хомутов .

Построение эпюры материалов

Продольная рабочая арматура в пролете228A400 и 228A400. Площадь этой арматуры As определена из расчета на действие максимального изгибающего момента в середине пролета. В целях экономии арматуры, по мере уменьшения изгибающего момента к опорам, два стержня обрываются в пролете, а два других доводятся до опор. Если продольная рабочая арматура разного диаметра, то до опор доводятся стержни большего диаметра. В нашем случае 228А400.

Площадь рабочей арматуры .

Определяем изгибающий момент, воспринимаемый сечением ригеля с полной запроектированной арматурой



; ,

,

,

Изгибающий момент, воспринимаемый сечением, больше изгибающего момента, действующего в сечении 237,57кНм>201,437кНм.

До опоры доводим 228A400, .

Вычисляем изгибающий момент, воспринимаемый сечением ригеля, армированным 228A400

; ,

Графически по эпюре моментов определяем место теоретического обрыва стержней 228A400. При этом эпюра моментов должна быть построена в масштабе. Для точного построения используется формула сопротивления материалов, согласно которой в произвольном сечении с координатой х изгибающий момент будет равен

.

Откладывая в масштабе на эпюре моментов получим точку пересечения прямой с эпюрой «М». Эта точка называется местом теоретического обрыва арматуры.

Место теоретического обрыва арматуры можно определить аналитически. Для этого общее выражение для изгибающего момента нужно приравнять моменту, воспринимаемому сечением ригеля с арматурой 228A400.

,

,

, ,

- координаты теоретического обрыва арматуры.

Поперечную силу Qв месте теоретического обрыва определяем графически или по формуле

Длина анкеровки обрываемых стержней определяется по следующей зависимости:

,

- базовая длина анкеровки;

- площадь поперечного сечения арматуры, соответственно требуемая по расчету и фактически установленная.



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

,

- расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;

кН/м2,

м;

Тогда длина анкеровки обрываемых стержней

Длина обрываемого стержня будет равна

Принимаем длину обрываемого стержня 4,15 м



5. Расчет и конструирование колонны

Исходные данные

Здание имеет три этажа (n=3). Высота каждого этажа h3 = 4,8 м.

Нагрузка на 1 м2 покрытия приведена в табл. 2

Коэффициент снижения временных нагрузок в многоэтажных зданиях

Характеристики прочности бетона и арматуры:

бетон тяжелый класса В25, Rb =14.5МПа;

арматура продольная рабочая и поперечная класса A400, МПа.

Размер стороны квадратного сечения колонны принимаем равным h = 0,4 м.

Определение усилий в колонне

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м	Коэффициенты надежности гf, гn	Расчетная нагрузка, кН/м
Собственный вес плиты с=24 кН/м3	Рнпл.собст.=(hbf-)с=(0,22·1,49-3,14·0,162·7/4)·24=4,49	гf = 1,1 гn = 1	4,939
Обмазочная пароизоляция 0,05 кН/ м2	0,05·1,5=0,075	гf = 1,3 гn = 1	0,098
Утеплитель (готовые плиты) 0,4 кН/ м2	0,4·1,5=0,6	гf = 1,2 гn = 1	0,72
Асфальтовая стяжка толщиной 2 см 0,35 кН/ м2	0,35·1,5=0,525	гf = 1,3 гn = 1	0,683
Рулонный ковер	0,15·1,5=0,225	гf = 1,3 гn = 1	0,293
Постоянная нагрузка	5,915		6,733
Временная нагрузка(снег) 3,2 кН/ м2	Рп=3,2·1,5·0,7=3,36	гn = 1	Рп=3,2·1,5·1=4,8
Полная нагрузка	9,275		11,533

Рассчитываем колонну 1-го этажа на пересечении осей «2» и «Б»;

грузовая площадь для колонны

На колонну действуют постоянная и временная нагрузки.

Постоянная нагрузка

собственный вес колонн с трех этажей

где р = 25 кН/м3 - плотность железобетона;

- коэффициент надежности по нагрузке;

собственный вес ригелей

где - вес 1 м ригеля;

- расстояние между осями колонн;

собственный вес перекрытий

Собственный вес покрытия:

Общая постоянная нагрузка:

63,36+64,68+375,18+201,99=705,21 кН

Временная нагрузка с перекрытий

Временная нагрузка от снега:

Общая временная нагрузка:

210,59+100,8=311,39 кН

Нормальная сила в колонне на уровне первого этажа:

N=705,21+311,39=1016,6 кН.

Расчет по прочности колонны

Расчет прочности колонны на действие продольной силы, приложенной со случайным эксцентриситетом, проводим из условия

,

где - предельное значение продольной силы, которую может воспринять элемент.

,

где - площадь всей продольной арматуры в сечении элемента;

- коэффициент, принимаемый при длительном действии нагрузки в зависимости от =0,906

Свободная длина колонны



Определяем площадь сечения сжатой арматуры

м2.

м2,

то, следовательно, по табл. 2 прил. принимаем 4 Ш 25 А400 (=0,001963 м2) с шагом

.

Поперечную арматуру устанавливаем с шагом не более 15d и не более 500 мм (d - диаметр сжатой продольной арматуры)., принимаем

Диаметр поперечной арматуры принимаем не менее 0,3 диаметра продольной арматуры, т.е. Ш8А400.

6. Расчет и конструирование фундамента под колонну

Исходные данные

Условное расчетное сопротивление грунта основания Rо=0,25 МПа. Вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его обрезах = 20 кН/м3.

Материал фундамента: бетон тяжелый класса В25 ( = 1,05 МПа), арматура класса A400 ( = 355 МПа).

Расчетная нагрузка на фундамент N = 1016,6 кН (см. расчет колонны).

Нормативная нагрузка на фундамент при усредненном значении коэффициента надежности по нагрузке =1,2.

Определение размеров фундамента

Площадь подошвы центрально нагруженного фундамента

где = 1,35 м - глубина заложения подошвы фундамента колонны среднего ряда.

Размер стороны подошвы квадратного фундамента

Принимая размер определим давление на грунт от расчетной нагрузки



Из условия на продавливание определяем рабочую высоту монолитной ступени

где - размер стороны подколонника.

Полная высота фундамента устанавливается из условий продавливания

- высота части фундамента под подколонником;

заделки колонны в фундамент

(меньше высоты подколонника);

анкеровки сжатой арматуры колонны

Принимаем полную высоту фундамента равной Н = 1,2 м, в том числе высоту подколонника 0,9 м, монолитной ступени 0,3 м.

Проверяем, соответствует ли принятая высота нижней ступени условию прочности при действии поперечной силы без поперечного армирования в наклонном сечении. Расчет ведем для единицы ширины сечения для которого должно выполняться условие

,



где - поперечная сила от давления грунта в сечении по грани подколонника

где

Так как то высота нижней ступени остается без изменений.

Расчет на продавливание

Проверяем монолитную часть на прочность против продавливания:

,

где - среднее арифметическое между периметрами нижнего и верхнего оснований пирамиды продавливания в пределах полезной высоты.

Продавливающая сила

,

где - площадь нижнего основания пирамиды продавливания.



то прочность нижней ступени против продавливания обеспечена.

Определение площади арматуры фундамента

Максимальный расчетный изгибающий момент по грани колонны определяется по формуле

Площадь сечения арматуры

Принимаем нестандартную сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой из стержней Ш10A400 с шагом 200 мм.

Имеем 11Ш10A400 с= 0,00864 м2.

При этом

>.

Размещено на Allbest.ru

...