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

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (СИБСТРИН)

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

Оценка: хорошо НОВОСИБИРСК 2012

Исходные данные для проектирования

Размер здания L1 x L2 18,3×61 (м.)

Сетка колонн l1 x l2 6,1×6,1 (м.)

Количество этажей 5

Высота этажа 3,3 м.

Место строительства г. Барнаул (IV снеговой район)

Полезная нормативная нагрузка на 1 м² покрытия и перекрытий:

· постоянная (пол) 1,1 кПа;

· полная временная 5 кПа;

· длительная часть 3 кПа;

Расчётное сопротивление грунта Ro = 0,3 мПа

Класс рабочей арматуры А-III и Вр-I.

Компоновка перекрытия, определение размеров и расчётных пролётов его элементов

Привязку внутренних граней стен к крайним разбивочным осям принимаем с =250мм., направление главных балок—поперечное, второстепенных — продольное с шагом: для средних пролётов a = 2000 мм, для крайних пролётов a = 2100 мм.

Толщину плиты перекрытия производственного здания принимаем:

hпл = (1/20…1/30) * a,

где, а — расстояние между осями соседних второстепенных балок (1200…2200мм.), для расчёта принять a = (2000+2100)/2 = 2050 мм.

Для её назначения, (толщина плиты не менее 60 мм)

где p-нормативное значение полезной нагрузки, кПа

Принять толщину плиты hпл = 80 мм.

железобетонный конструкция многоэтажный здание монолитный

При небольшой нагрузке высоту сечения второстепенной балки принять:

принимаем hвб = 400 мм.

где l2 — расстояние между осями соседних главных балок;

Ширина сечения. Размеры hвб bвб — кратны 50 мм

Для облегчения условий бетонирования b вб = 200 мм.

Высота сечения главной балки

Принять 500 мм (должно быть кратно 50 мм) hгб = 500 мм.

Ширина — b гб = 250 мм.

Сечение колонн принимаем 300×300 мм.

Расчётные пролёты плиты

· средние =1,800 м.

· крайние =1,81 м.,

где dп = 120 мм. — глубина опирания плиты на стену;

Расчётные пролёты второстепенной балки

· средние =5,850 м.

· крайние =5,850 м.,

где dвб = 250 мм. — длина площадки опирания второстепенной балки на стену;

Расчётные пролёты главной балки

· средние =6,1 м.

· крайние =6,04 м.,

где dгб = 380 мм. — длина площадки опирания главной балки на стену;

Расчёт и конструирование плиты перекрытия

Проектные размеры: ширина полосы b = 1000 мм.,

высота сечения h = hпл = 80 мм.

принять тяжёлый бетон класса В20 с расчётным сопротивлением сжатию

Rb=11,5МПа, при гb2 = 0.9 (перекрытие не подвержено действию особо кратковременных нагрузок) Rb= 0,9*11,5=10,35 МПа.

Продольная проволока Вр-I с расчётным сопротивлением Rs = 410 МПа.

Нагрузки и воздействия.

К нагрузкам на плиту добавляем нагрузку от её собственного веса:

Тогда погонная расчётная нагрузка на полосу плиты с учётом коэффициента надёжности по назначению гn = 0,95 равна

Моменты от расчётной нагрузки в средних пролётах и над промежуточными опорами

Моменты от расчётной нагрузки в крайних пролётах и над перкой от края опорой

Поскольку, что менее 1/30, то М2 принимаем без уменьшения.

Подбор арматуры в средних пролётах.

Предполагая использование проволоки Ш5 Вр-I, при минимальном защитном слое для проволочной арматуры в плитных конструкциях10 мм полезная высота сечения

при b=1000 мм определить высоту сжатой зоны.

вычислим коэффициент

Относительная высота сжатой зоны условие о < 0,37 выполняется.

Определяем требуемую площадь сечения растянутой арматуры:

принимаем для сетки С1 5Ш5 Вр-I с шагом 200 мм и с площадью As1=98,2 мм²

При >мmin=0,0005, конструктивные требования соблюдены. Проверяем прочность при подобранной арматуре:

Прочность достаточна, арматура подобрана правильно.

Подбор арматуры в крайних пролётах.

Вычислим коэффициент

Относительная высота сжатой зоны

условие о < 0,37 выполняется.

Определяем требуемую площадь сечения растянутой арматуры в первом пролёте:

.

Сетка С2 должна иметь арматуру с площадью As = As-As1 = 139,869 — 98,2 = 41,7 мм²

Шаг стержней —- не более 250 мм.,

принимаем для сетки С2 4Ш4 Вр-I с шагом 250 мм и с площадью As2 = 50,2 мм².

Тогда суммарная площадь сечения растянутой арматуры в крайних пролётах и над первыми промежуточными опорами As = As1+As2 = 98,2+50,2=148,4 мм².

При >мmin=0,0005, конструктивные требования соблюдены.

Проверяем прочность при подобранной арматуре:

Прочность достаточна, арматура подобрана правильно.

Принимаем размер сеток:

С1 — 1620×9000 (2 рулона, внахлёстку 100 мм по ширине, 500 мм по длине);

С2 — 1620×2700 (внахлёстку 100 мм по ширине);

С3 — 1620×12 200 (внахлёстку 100 мм по ширине).

Расчёт и конструирование второстепенной балки

Исходные данные:

· шаг второстепенных балок a = (2000+2100)/2 = 2050 мм.

· высота сечения hвб = 400 мм., ширина сечения b вб = 200 мм.,

· расчётные пролёты: средние, крайние

· тяжёлый бетон класса В20 с расчётным сопротивлением сжатию

при гb2= 0,9, Rb=10,35 МПа и растяжению Rbt=0,81 МПа,

· продольная арматура из стержней класса А-III, Rs=365 МПа,

при её Ш >10 мм,

· поперечная арматура А-III;

Нагрузки и воздействия

К нагрузкам на плиту добавить нагрузку от собственного веса 1 м ребра балки, выступающего под плитой (25 кН/м3- объёмная масса жб, гf =1,1- коэфф. надёжности для нагрузки от собственного веса);

Тогда погонная расчётная нагрузка:

· постоянная g;

· временная ;

· полная q = g + p = 8,005+18,696 = 27,22кН/м

определить максимальные пролётные и минимальные опорные изгибающие моменты

· в крайнем пролёте

· на грани первой промежуточной опоры при средней величине соседних пролётов

· в средних пролётах и на гранях средних опор

остальные ординаты огибающей эпюры изгибающих моментов вычисляем по зависимости ,

где — коэффициенты от отношения p/g =18,24/7,837 = 2,327

Величины поперечных сил на гранях опор:

cвободной А

первой промежуточной В слева

первой промежуточной В справа

всех остальных слева и справа

Рис. 1 Эпюры моментов, поперечных сил и материалов второстепенной балки

Расчёт прочности нормальных сечений

На положительные изгибающие моменты балка работает как тавровое сечение с полкой в сжатой зоне и при hпл/hвб>0,1 (80/400 = 0,2)

ширина сжатой полки = a = 2050 мм,

на отрицательные — как прямоугольная с шириной b= 200 мм.

Условие для высоты сжатой зоны

полезная высота второстепенной балки не менее

при hвб = 400 мм принять h0 = hвб — 30 = 400 — 30 = 370 мм > h 0min = 322,737 мм

Подбор арматуры в четырёх сечениях.

В первом пролёте (тавровое сечение). При определим граничный момент.

Сжатая зона не выходит за пределы полки.

Вычислим коэффициент

Относительная высота сжатой зоны условие оR < 0,627 [1,табл.6] выполняется, < hпл= 80 мм.

Определяем требуемую площадь сечения растянутой арматуры:

.

принимаем для первого пролёта 2Ш22 А-III с площадью As = 760 мм² [1,прил.2]

Проверяем несущую способность сечения с подобранной арматурой:

Прочность достаточна, арматура подобрана правильно.

Во втором пролёте (тавровое сечение).

Вычислим коэффициент

Относительная высота сжатой зоны условие оR < 0,627 [1,табл.6] выполняется. < hпл= 80 мм.

Определяем требуемую площадь сечения растянутой арматуры:

.

принимаем для второго пролёта 2Ш18 А-III с площадью As = 509 мм² [1,прил.2]

Проверяем несущую способность сечения с подобранной арматурой:

Прочность достаточна, арматура подобрана правильно.

При расстоянии a=30 мм.(от центра тяжести продольной арматуры до растянутой грани балки при С1 5Ш5 и С2 4Ш4, диаметр арматуры —- не более 16 мм. 30-(5+3+4+10)= 8 мм радиус арматуры

h0 = 400−30 = 370 мм.

На первой промежуточной опоре (прямоугольное сечение).

Вычислим коэффициент

Относительная высота сжатой зоны

условие о < 0,37 выполняется (сечение с пластическим шарниром).

Определяем требуемую площадь сечения растянутой арматуры:

.

Принять над первой промежуточной опорой 3Ш16 А-III, площадь As =603мм2 [1,прил.2].

Проверяем несущую способность сечения с подобранной арматурой:

Прочность достаточна, арматура подобрана правильно.

На второй промежуточной опоре (прямоугольное сечение),

где располагается одна сетка.

Вычислим коэффициент

Относительная высота сжатой зоны условие о < 0,37 выполняется (сечение с пластическим шарниром).

Определяем требуемую площадь сечения растянутой арматуры:

.

Принимаем над второй промежуточной опорой 2Ш18 А-IIIс площадью As = 509 мм² [1,прил.2]. Защитный слой (400 — 370 — 18/2 = 21 > 20мм) обеспечен.

Проверяем несущую способность сечения с подобранной арматурой:

Прочность достаточна, арматура подобрана правильно.

При ,

Конструктивные требования соблюдены.

Расчёт по прочности наклонных сечений

Проверка прочности балки по наклонной полосе на сжатие слева от первой промежуточной опоры, где Qmax= 95,54*103 Н, по условию ,

Прочность балки по наклонной полосе обеспечена при любой поперечной арматуре.

Расчёт по прочности по наклонной трещине

По условиям сварки Шx > ¼Шпрод, 22/4=5,5 принимаем Ш6 АIII.

При двух каркасах Asw = 57 мм² [1,прил.2] Rsw = 285 МПа [2,табл.22]

Шаг поперечных стержней s1 при условии, не более 150 мм

Принять s1 = 150 мм. Интенсивность поперечного армирования

Тогда проекции наклонной трещины

Для проекции наклонной трещины должны выполняться условия, условия соблюдены, принимаем c0 = 640 мм.

Проекция наклонного сечения

Для проекции наклонного сечения должны выполняться условия ,

верхнее ограничение не соблюдено, тогда принимаем с = 3,33×370 = 1232 мм.

Поперечное усилие, воспринимаемое бетоном,

Поперечная арматура требуется по расчёту.

Поперечное усилие, воспринимаемое хомутами в наклонной трещине

Суммарное усилие, воспринимаемое сечением

Прочность балки по наклонной трещине обеспечена.

В отстальных пролётах принимаем такую же.

Конструирование всторостепенной балки.

Рабочие продольные стержни 2Ш22 А-III с площадью As = 760 мм² ;

Верхние продольные стержни 2Ш10 при pg = 9,6/3,52 = 2,7;

Два пролётных каркаса при ширине балки b = 200 мм., рабочие стержни располагаем в один ряд; для соединения с каркасом следующего пролёта использовать диаметр стыковых стержней 12 мм и завести в пролёты за грани главных балок на расстояние 15*22 = 330 мм., шаг s1 = 150 мм длиной 6100/4 =1525 мм. на средней половине пролёта s2 = 100 мм

Построение эпюры материалов

Несущая способность балки при конструктивной верхней арматуре 2Ш10 А-III с площадью As = 157 мм² [1,прил.2], после обрыва одного стержня каркаса слева и справа от первой промежуточной опоры 2Ш16 А-III с площадью As = 402 мм² [1,прил.2].

При 2Ш10 А-III:

При 2Ш16 А-III:

Величина точек теоретического обрыва

Расчёт и конструирование главной балки

Исходные данные:

· шаг второстепенных балок балок a = (2000+2100)/2 = 2050 мм.

· шаг главных балок l2 = 6100 мм.

· высота сечения hгб = 500 мм., ширина сечения b гб = 250 мм.,

· расчётные пролёты: средние, крайние

· тяжёлый бетон класса В20 с расчётным сопротивлением сжатию

при гb2= 0,9 Rb=10,35 МПа и растяжению Rbt=0,81 МПа,

· продольная арматура из стержней класса А-III, Rs=365 МПа,

при её Ш >10 мм,

· поперечная арматура А-III;

Нагрузки и воздействия

Распределённая погонная нагрузка от собственного веса ребра главной балки, выступающего под плитой (25 кН/м3- объёмная масса жб, гf =1,1- коэфф. надёжности для нагрузки от собственного веса):

Тогда сосредоточенная расчётная нагрузка:

· постоянная

;

· временная ;

· полная G + P = 54,94 + 114,04 = 168,98 кН;

определить максимальные пролётные и минимальные опорные изгибающие моменты

· в крайнем пролёте

· на промежуточных опорах

· в средних пролётах

При двух сосредоточенных силах в пролёте «балочная» опорная реакция

Qб = G + P = 54,94 + 114,04 = 168,98 кН.

Тогда реакция крайней свободной опоры (на стене):

Реакция первой промежуточной опоры (колонны) слева:

Реакция первой промежуточной опоры (колонны) справа при полном загружении: и при загружении только постоянной нагрузкой

Моменты в сечениях балки на грани колонны: ,

где hk — высота сечения колонны.

В первом пролёте

Во втором пролёте (при загружении только постоянной нагрузкой)

По большему моменту проверить принятые ранее сечения главной балки. На опорах балка работает с прямоугольным сечением. Полезная высота главных балок на промежуточных опорах —- не более h0 = 450 мм

Вычислим коэффициент

Относительная высота сжатой зоны условие о < 0,46 выполняется (табл.2.12 [7])

Определяем требуемую площадь сечения растянутой арматуры:

.

Принять над промежуточными опорами 2Ш32 А-III с площадью As = 1609 мм² [1,прил.2]

Проверяем несущую способность сечения с подобранной арматурой:

Прочность достаточна, арматура подобрана правильно.

В первом пролёте (тавровое сечение). Свесы полки —- не более 1/6 пролёта главной балки. Расчётная ширина полки

При определим граничный момент.

Сжатая зона не выходит за пределы полки. Подбираем арматуру в первом пролёте

Вычислим коэффициент

Относительная высота сжатой зоны

условие оR < 0,627 [1,табл.6] выполняется, < hпл= 80 мм.

Определяем требуемую площадь сечения растянутой арматуры:

.

Принимаем для первого пролёта: 2Ш22 А-III с площадью As = 760 мм² [1,прил.2]

2Ш25 А-III с площадью As = 982 мм²

Тогда при минимальных защитных слоях и расстояниях между рядами

а = 25 +25 + 25/2 = 62,5 мм, h0 = h — a = 500 — 62,5 = 437,5 мм

Проверяем несущую способность сечения с подобранной арматурой:

Прочность достаточна, арматура подобрана правильно.

Во втором пролёте (тавровое сечение).

Вычислим коэффициент

Относительная высота сжатой зоны условие оR < 0,627 [1,табл.6] выполняется.

Определяем требуемую площадь сечения растянутой арматуры:

.

Принимаем для второго пролёта 2Ш20 А-III с площадью As = 628 мм² [1,прил.2]

2Ш14 А-III с площадью As = 308 мм²

Проверяем несущую способность сечения с подобранной арматурой:

Прочность достаточна, арматура подобрана правильно.

Расчёт по прочности наклонных сечений

Проверка прочности главной балки по наклонной полосе на сжатие слева от первой промежуточной опоры, где Qmax= 200,9*103 Н, по условию ,

Прочности балки по наклонной полосе обеспечена при любой поперечной арматуре

Расчёт по прочности по наклонной трещине

По условиям сварки Шx > ¼Шпрод, 25/4 = 6,25 принимаем Ш8 АIII.

При двух каркасах Asw = 101 мм² [1,прил.2] Rsw = 255 МПа [2,табл.22]

Шаг поперечных стержней s1 при условии, не более 500 мм

Принять s1 = 150 мм.

Интенсивность поперечного армирования

Тогда проекции наклонной трещины

Для проекции наклонной трещины должны выполняться условия, условия соблюдены, принимаем c0 = 900 мм.

Для проекции наклонного сечения должны выполняться условия, принимаем с = 3,33×450 = 1498,5 мм.

Поперечное усилие, воспринимаемое бетоном,

Поперечная арматура требуется по расчёту.

Поперечное усилие, воспринимаемое хомутами в наклонной трещине

Суммарное усилие, воспринимаемое сечением

Прочность балки по наклонной трещине обеспечена.

Расчёт на отрыв (скол) бетона.

Длина зоны учёта дополнительной поперечной арматуры (подвесок):

Площадь подвесок:

У боковых граней устанавливаем сетки с вертикальными подвесками

6Ш8 А-III с шагом = 150 мм с суммарной площадью

Конструирование главной балки

Эпюра материалов

Для построения эпюры материалов определить промежуточные значения огибающей эпюры моментов при, [1,табл.4б]

Определить несущую способность балки:

При конструктивной верхней арматуре

· при 2Ш12 А-III

· при 2Ш14 А-III,

· при 2Ш25 А-III,

· при 2Ш20 А-III,

Величина точек теоретического обрыва

На свободной грани А:

На промежуточной опоре слева:

На промежуточной опоре справа:

Расчёт и конструирование колонны

Сетка колонн l1 x l2 6,1×6,1 (м.)

Количество этажей 5

Высота этажа 3,3 м.

Место строительства г. Барнаул (IV снеговой район).

Сечение колонны принято 300×300 мм.

Бетон тяжёлый класса В20 (Rb = 10,35 МПа при гb2 = 0,9)

Класс рабочей арматуры А-III (Rs = R sc = 365 МПа).

Нагрузки и воздействия

Грузовая площадь колонны

Расчётная нагрузка от перекрытия одного этажа

в том числе постоянная и длительная

.

При шаге второстепенных балок a = 2050 мм. расчётная нагрузка от собственного веса трёх рёбер, выступающих под плитой при qвб = 1,76кН/м

.

Расчётная нагрузка от собственного веса рёбра главной балки, выступающего под плитой при qгб = 2,89 кН/м, hк = 0,3 м высота сечения колонны,

.

Расчётная нагрузка от собственного веса колонны рядового этажа:

Нагрузка на покрытие при снеговой нагрузке для IV района Sq=2,4 кПа

Тогда расчётное усилие в колонне от покрытия

в том числе постоянная и длительная

.

Суммарная продольная сила в колонне 5-ти этажного здания

(4 перекрытия и 1 покрытие) с учётом коэффициента надёжности по назначению

гn= 0,95:

в том числе от постоянных и длительных нагрузок

При заглублении фундамента под пол первого этажа на 1 метр расчётная длина колонны первого этажа составит:

Расчёт прочности нормального сечения.

Условие прочности где Ab = 300*300=90 000 мм2 площадь сечения колонны, ц — коэффициент, учитывающий гибкость колонны и длительность действия нагрузок [1,табл7]

после преобразования получаем:

определяем ц методом интерполяции по таблице № 7 [1]

. [1,табл.7]

при: ц = ц2 ,

проверка:

принять среднее:

вторично определяем:

Принять по сортаменту: 4Ш32А-III

2Ш28А-III .

Конструирование.

Полученный процент армирования от рабочей площади бетона составляет:

это выше минимально допустимого при [1,табл.8]

и не превышает максимального .

Шаг поперечных стержней принимаем кратно 50 мм s=20ds = 650 мм;

По условиям сварки — не менее 0,25 dS принимаем Ш8А-I;

По требованиям норм [2], защитный слой бетона до рабочей арматуры — не менее 20 мм и не менее ds. окончательно расстояние от осей продольных стержней до наружных граней = 40 мм.

Расчёт и конструирование фундамента

Исходные данные:

Бетон тяжёлый класса В20 (Rbt = 0,81 МПа при гb2 = 0,9),

Класс рабочей арматуры А-III (Rs = 365 Мпа),

Расчётное сопротивление грунта (основания) Ro = 0,3 мПа,

Усилие в колонне N = 2289кН,

Усреднённый коэффициент надёжности гf = 1,16,

Усреднённая нагрузка от веса 1 м³ фундамента и грунта в его уступах гm= 20 кН/м3.

Назначение размеров и проверки на продавливание.

Усилие от нормативных нагрузок

При глубине заложения фундамента H = 1,5 м необходимая площадь подошвы фундамента:

Принять квадратный фундамент со сторонами a = b = 2,8 м

и площадью подошвы, А = 2,8×2,8 = 7,84 м² .

Тогда средние напряжения на подошве фундамента при расчётных нагрузках

p = N/A = 2335 / 7,84 = 298 кН/м2 = 0,298 МПА

Определим полезную высоту фундамента

Поскольку арматурные выпуски должны быть того же диаметра, что и арматура колонны и для их анкеровки требуется 20d = 20*32 = 640 мм,

принимаем высоту фундамента hf = 900 мм

полезная высота фундамента h0 = 900−50 = 850 мм

две ступени высотой hc = 450 мм каждая.

ширина верхней ступени a1 = hk + 2*hc = 300 + 900 = 1200 мм

полезная высота нижней ступени h01 = 450−50 = 400 мм.

Проверка её прочности на продавливание: расстояние от обреза фундамента

Прочность нижней ступени на продавливание обеспечена.

Подбор арматуры подошвы.

Расчётный изгибающий момент в сечении по грани колонны:

Требуемая площадь арматуры в этом сечении

Расчётный изгибающий момент в сечении по обрезу верхней ступени:

Требуемая площадь арматуры в этом сечении

По большему значению принять [1,прил.2] 12Ш16 А-III с площадью

Стержни арматурной сетки принять одинаковыми в обоих направлениях (фундамент квадратный в плане) с шагом 200 мм.

защитные слои — снизу и с боков — по 42 мм.

Процент армирования составит

1. Методические указания по выполнению курсового проекта. Железобетонные конструкции многоэтажного здания в монолитном исполнении (с неполным каркасом). mup_M.pdf

2. СНиП 2.03.01−84*. Нормы проектирования. Бетонные и железобетонные конструкции.

3. СНиП 2.01.07−84*. Нормы проектирования. Нагрузки и воздействия.

4. Габрусенко В. В. Основы расчёта железобетона. 200 вопросов и ответов:

учеб.пособие / В. В. Габрусенко; Новосиб. гос. архитектур.-строит. ун-т (Сибстрин).- 2-е изд., перераб. и доп. — Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2009.-144 с.

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

6. Мандриков А. П. Примеры расчёта железобетонных конструкций:

Учеб. пособие. Часть I. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Техиздат, 2007. — 272с.