Проектирование гражданского здания с наружными самонесущими кирпичными стенами толщиной 510 мм

Задание:

1. Назначение здания — жилые помещения.

2. Размеры в плане: 12*21 м.

3. Количество этажей — 2.

4. Высота этажа — 3,5 м.

5. Тепловой режим здания — отапливаемое.

6. Конструктивная схема здания — неполный каркас.

7. Конструкции стен — стены кирпичные 510 мм.

1. Компоновка здания, несущих конструкций и их сечений В проекте рассматривается гражданское здание с наружными самонесущими кирпичными стенами толщиной 510 мм. Внутренние несущие элементы — монолитные колонны, ребристое монолитное перекрытие.

1.1 Назначаем геометрические размеры сечений Назначаем толщину плиты: h_f'= 80 мм Сечение колонны:

Высота второстепенной балки: h =.

Ширина второстепенной балки: b=0.5h=400*0.5=200мм Высота главной балки: h=.

Ширина главной балки: b=0.5h=700*0.5=350мм.

1.2 Назначаем материалы для монолитного перекрытия Принимаем класс прочности бетона для плиты и балки В25; для колонны В25.

В качестве рабочей арматуры для плиты принимаем сетку из холоднотянутой проволоки класса Вр-I. В качестве рабочей арматуры для балок принимаем горячекатаную стержневую арматуру класса А-III. Конструктивная и монтажная арматура, а также поперечная горячекатаная стержневая класс А-I.

2. Расчет и конструирование монолитной плиты перекрытия Плита загружена распределённой нагрузкой по всей площади, опирается на балки, имеет прямоугольное сечение.

2.1 Выбор расчетной схемы Плита — многопролётная неразрезная. Опорами плиты является стены и второстепенная балка.

— крайний пролет.

— рядовой пролет.

2.2 Сбор нагрузок — плита загружена равномерно распределенной нагрузкой.

2.3 Статический расчёт плиты Максимальные значения момента по приведённым данным справочника./3/.

2.4 Расчет сечения на прочность, определение диаметра и шага рабочей арматуры Положения расчёта.

— сопротивление бетона растяжению не учитывается;

— сжимающие напряжения в бетоне равны и равномерно распределены по сжатой зоне;

— растягивающие напряжения в арматуре равны ;

2.4.1 Назначаем расстояние, а =20мм согласно п. 5.5/1/.

2.4.2 Принимаем расчетные характеристики материала ш 5ВрI.

Рабочая высота сечения.

2.4.3 Определяем граничную относительную высоту сжатой зоны.

щ=б-0.008R_b = 0.85−0,008*14,5=0,734.

ж_R=.

2.4.4 Условия равновесия сил.

(п. 3.18/4/).

(п. 3.15/4/);

2.4.5 Расчет растянутой арматуры, при условии =0,045(0,030)?=0,45(сжатая арматура не требуется по расчету).

.

(п. 3.18/4/), где =0,975(0,985) коэффициент определяемый по табл. (табл.20/4/) в зависимости от .

2.4.6 Назначение продольного армирования В пролете принимаем 9 ш 4ВрI Аs=1,13 см². шаг стержней 200 мм.

На опоре принимаем 6 ш 4ВрI Аs=0,754 см². шаг стержней 200 мм.

2.4.7 Определение процента армирования.

2.4.8 Проверка прочности сечения.

Мсеч=RsAs (h₀-0.5x)=360*10⁶*1,13*10^-4(0.06−0.5*0.312)=2377 Нм Мсеч=RsAs (h₀-0.5x)=360*10⁶*0,754*10^-4(0.06−0.5*0,208)=1600 Нм Примечание: выражение в скобках для опорного изгибаемого момента.

3. Расчет и конструирование второстепенной балки Второстепенная балка считается загруженной равномерно распределённой нагрузкой, сечение тавровое, с одной стороны опирается на стену, а с другой на главную балку.

3.1 Выбор расчетной схемы Расчетная схема второстепенной балки представляет собой многопролетную неразрезную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой (постоянной и временной). Крайними шарнирными опорами являются поперечные (продольные) стены, промежуточными опорами — главные балки. Неразрезность обеспечивается размещением рабочей арматуры над промежуточными опорами.

.

где — ширина ребра главной балки, — глубина операния второстепенной балки на стену, — привязка разбивочной оси к внутренней грани стены.

3.2 Сбор нагрузок.

— постоянные нагрузки.

— кратковременные нагрузки (полная), равномерно распределенные в пролете:

кН/м, где — полная временная нагрузка на перекрытие; =1,2 коэффициент надежности по нагрузке (п. 3.7/2/).

— временно длительные нагрузки (пониженные), равномерно распределенные в пролете:

кН/м,.

— пониженное значение полной кратковременной нагрузки (табл.3/2/).

3.3 Статический расчет.

где изгибающие моменты, поперечные силы и опорные реакции от различных нагрузок (п. 8.1.7/7 /).

где коэффициент при определении пролетных моментов и опорных, поперечных сил, опорных реакций (прил.8/7/).

.

.

где.

— максимальный изгибающий момент в пролете для балки с шарнирным операнием по концам;/7/.

— изгибающий момент на расстоянии от опоры для балок с шарнирным операнием; - распределенная нагрузка в соответствующем пролете при — ом загружении/7/.

3.3.1 Выравнивание изгибающих моментов В неразрезных равнопролетных балках выравнивание изгибающих моментов выполнено так, чтобы создать равномоментную систему, в которой. При этом расчет производиться с учетом возникновения пластических шарниров.

Для перераспределения изгибающих моментов +.

3.4 Расчет нормального сечения, арматуры продольной Определяем габариты таврового сечения.

h =.

b=0.5h=400*0.5=200мм Находим ширину свесов b_f1?

b_f1??L/6=2100/6=350мм.

b_f1??6h_f'=6*50=300мм Принимаем ширину свесов b_f1?=300ммъ.

3.4.1 Назначаем расстояние, а =30мм согласно п. 5.5/1/.

3.4.2 Принимаем расчетные характеристики материала А-III.

Рабочая высота сечения.

3.4.3 Определяем граничную относительную высоту сжатой зоны.

щ=б-0.008R_b = 0.85−0,008*14,5*0,9=0.734.

ж_R=.

3.4.4 Определение граничного момента М_ГР=Мсеч=Rb*г*b_f'*h_f'(h₀-0.5h_f')=14.5*10⁶*0,9*0,3*0.05(0.37−0.5*0.05)=675,3кНм.

3.4.5 Определение положения границы сжатой зоны М=137,6кНм<�Мгр=675,3кН — граница сжатой зоны бетона проходит в полке, дальнейший расчет сечения производим как для прямоугольного.

3.4.6 Условия равновесия сил.

(п. 3.18/4/).

(п. 3.15/4/);

3.4.7 Расчет растянутой арматуры, при условии=0,38(0,44) ?=0,4(сжатая арматура не требуется по расчету).

.

(п. 3.18/4/), где.

=0,745(0,670) коэффициент определяемый по табл. (табл.20/4/) в зависимости от .

3.4.8 Назначение продольного армирования Принимаем 7ш 16А-III Аs=14,07 см². (7ш 18А-III Аs=17,8 см²).

3.4.9 Определение процента армирования.

3.4.10 Проверка прочности сечения Вывод: Прочность обеспечена, арматура подобрана, верно.

Примечание: выражение в скобках изгибаемого момента на опоре.

3.5 Назначение поперечного армирования по конструктивным требованиям.

d_sщ ?0,25d₁; принимаем ш 5ВрI, с площадью сечения А_sщ=0.196 см²; Распределительный стержень d₂? d_sщ +2мм; принимаем 2ш 8 АI.

По требованию п. 5.27[1]. Шаг в приопорной части S₁=h/2=400/2=200 принимаем 200 мм.

Шаг в пролётной части S₂=¾ h= 600 мм Принимаем 500 мм.

здание нагрузка конструкция перекрытие балка.

4. Расчет и конструирование главной балки.

4.1 Сбор нагрузок на главную балку Геометрические размеры сечения.

h =.

b=0.5h=700*0.5=350мм Находим ширину свесов b_f1?

b_f1??L/6=6910/6=1152мм.

b_f1??6h_f'=6*80=480мм Принимаем ширину свесов b_f1?= 480 мм.

1.постоянные нагрузки: — собственный вес конструкций (главные балки, колонны, стены), который равномерно распределен по длине элементов каркаса.

— нагрузка, переданная на каркас от опорных реакций второстепенных балок от действия постоянной нагрузки.

кН, где — распределенная постоянная нагрузка на второстепенной балке, кН/м; - длина второстепенной балки (шаг каркасов);

2.временные нагрузки:

— полная кратковременная нагрузка (полезная нагрузка) передается на каркас через опорные реакции второстепенных балок.

кН, где — временная нагрузка на второстепенной балке, кН/м;

— временно длительная нагрузка передается на каркас через опорные реакции второстепенных балок.

кН,.

где — временно длительная нагрузка на второстепенной балке, кН/м;

4.2 Выбор расчётной схемы Главная балка представляет из себя 5-ти пролетную неразрезную балку, загруженную распределённой нагрузкой от собственного веса, и сосредоточенными силами от второстепенной балки.

Опорные реакции, изгибающие моменты и значения поперечной силы определяем в табличной форме и строим огибающую эпюру моментов.

1.

2.

3.

4.

Наложение эпюр Усилие в сечении трехпролетного ригеля.

4.3 Расчёт нормального сечения, арматуры продольной.

4.3.1 Назначаем расстояние, а =30мм согласно п. 5.5/1/.

4.3.2 Принимаем расчетные характеристики материала А-III.

Рабочая высота сечения.

4.3.3 Определяем граничную относительную высоту сжатой зоны.

щ=б-0.008R_b = 0.85−0.116=0.734.

ж_R=.

4.3.4 Определение граничного момента М_ГР=Мсеч=Rb*b_f'*h_f'(h₀-0.5 h_f')=14.5*10⁶*0,48*0.08(0.37−0.5*0.05)=2951кН.

4.3.5 Определение положения границы сжатой зоны М=185,8кНм<�Мгр=2951кН — граница сжатой зоны бетона проходит в полке, дальнейший расчет сечения производим как для прямоугольного.

4.3.5 Условия равновесия сил.

(п. 3.18/4/).

(п. 3.15/4/);

4.3.6 Расчет растянутой арматуры, при условии=0,146(0,162) ?=0,4(сжатая арматура не требуется по расчету).

.

(п. 3.18/4/), где =0,92(0,91) коэффициент определяемый по табл. (табл.20/4/) в зависимости от .

4.3.7 Назначение продольного армирования.

Принимаем 2ш 25А-III Аs=9,82 см². (2ш 28А-III Аs=12,32 см²).

4.3.8 Определение процента армирования.

4.3.9 Проверка прочности сечения Вывод: Прочность обеспечена, арматура подобрана верно.

Примечание: выражение в скобках изгибаемого момента на опоре.

4.4 Расчет по наклонному сечению.

4.4.1 Назначение поперечного армирования по конструктивным требованиям.

d_sщ ?0,25d₁; принимаем ш 8 АIII, с площадью сечения А_sщ=1,01 см²; В качестве распределительного стержня выступает рабочая арматура ш 25 АIII. А_sщ=4,909 см².

4.4.2 Назначение шага поперечной арматуры По требованию п. 5.27[1]. Шаг в приопорной части принимаем 250 мм.

Шаг в пролётной части S₂=¾ h=525мм. Принимаем 550 мм.

4.4.3 Выписка расчётных характеристик ц_В2=2; ц_В3=0,6; ц_В4 =1,5; т. 21.

R_bt=1,05 мПа т 8 [4]; г_b2=0.9 — коэффициент условий работы.

Es=2*10¹¹Па; Еb=30*10³Па.

=285*10⁶мПа.

4.4.4 Прочность бетонного элемента без поперечной арматуры на действие поперечной силы обеспечивается при условии.

.

— длина проекции наклонного сечения на продольную ось элемента;

где — длина проекции опасной наклонной трещины на продольную ось элемента принимается (п. 3.31/1/):

— ;

—, при ;

Определяется величина.

.

где для тяжелого бетона, коэффициент учитывает вид бетона; коэффициент учитывает влияние сжатых полок.

при этом принимается не более; - коэффициент учитывает влияние продольных сил, при отсутствии продольных сил и предварительного напряжения;

Условие выполняется, поперечную арматуру устанавливаем конструктивно.

Принимаем окончательно распределительную арматуру 1ш 25 АIII; хомуты 2ш 8 АIII, шаг в приопорной части — 250 мм, в пролётной — 550 мм.

4.5 Конструирование армирования.

4.5.1 Эпюра материалов.

— Определение фактического изгибающего момента относительно сжатой зоны, который воспринимается стержнями принятой арматуры где — плечо внутренней пары, ?0,85 характеристика высоты сжатой зоны бетона.

— Определяется длина заделки обрываемых стержней за сечение теоретического обрыва.

где — коэффициенты характеризующие напряженное состояние бетона, поверхность арматуры (табл.37/1/); =200, 250 ммминимальная длина анкеровки (табл.37/1/); - диаметр арматуры, мм.

Принимаем.

Обрыв стержней за сечением, где они не требуются по расчету производится, также при выполнении условия:

.

— усилие в хомутах на единицу длины элемента в пределах наклонного сечения.

(ур.81/1/),.

.

где — поперечное усилие в местах теоретического обрыва арматуры, кН; - усилие в хомутах на единицу длины элемента в пределах наклонного сечения .

Принимаем.

4.5.2 Армирование сечения ригеля.

Ригели армируют двумя сварными каркасами в пролете. В опорной части ригеля устанавливается два каркаса, которые располагаются между каркасами пролета.

4.5.3 Армирование ригеля в местах опирания второстепенных балок.

При сопряжении второстепенных балок с ригелем их верхний уровень совпадает. Конструктивно высота второстепенной балки меньше высоты ригеля. Опорные реакции со второстепенных балок передаются за счет сопротивления отрыву нижней части сечения ригеля.

.

— расстояние от центра тяжести сжатой зоны опорного сечения второстепенной балки до центра тяжести нижней продольной арматуры; - длина зоны отрыва.

— Прочность на отрыв обеспечивается при условии.

(ур.110/1/).

где — максимальное поперечное усилие со второстепенной балки;

— рабочей поперечной арматуры сетки.

— распределительной арматуры, ширина сетки, длина зависит от высоты, ширины ригеля и линии сгиба.

— сумма усилий, воспринимаемых хомутами, устанавливаемыми дополнительно по длине зоны отрыва со стороны примыкания второстепенной балки.

прочность на отрыв обеспечивается.

В местах примыкания второстепенных балок устанавливаютсяобразная сетки. В местах пересечения с ребрами второстепенных балок арматура сеток вырезается по месту.

5. Расчёт колонны.

5.1 Исходные данные.

— сечение колонны,; A=bh=0.4*0.4=0.16м².

с =bhг=0.4*0.4*25=4кН/м;

Н = 3,5м — высота этажа.

Принимаем бетон класса В25. Класс рабочей арматуры — АIII;

— расстояние от растянутой грани сечения до центра растянутой арматуры, -рабочая высота сечения.

— Расчетные характеристики материалов.

5.2 Определение расчётной схемы и расчётной длины.

;

5.3 Определение случайного эксцентриситета.

принимаем наибольшее значение 0,013 м.

5.4 Условия прочности внецентренно сжатого элемента.

где.

— площадь сжатой зоны.

5.5 Определяется коэффициент, учитывающий влияние прогиба на величину эксцентриситета :

где — коэффициент армирования.

— коэффициент соотношения жесткостей;

— коэффициент учитывающий влияние длительности действия нагрузки принимается:

(п. 3.6/1/);

5.6 Определение граничной высоты сжатой зоны по ур.25/1/.

где — характеристика сжатой зоны бетона (ур.26/1/), — для тяжелого бетона;

Определяется коэффициент относительной величины продольной силы:

5.7 Определяется требуемое количество симметричной арматуры в зависимости от условия (п. 3.62/4/):

при, случай больших эксцентриситетов.

.

где, ,.

— расчетный эксцентриситет, при симметричном сечении.

5.8 Назначение продольного армирования.

Принимаем d= 4 ш 16 АIII; А_s=8,04 см². .

Назначение поперечного армирования d_sщ=0.25d=0.25*16=4. Принимаем хомуты из ш 4 ВрI. Шаг поперечного армирования принимаем из условия п. 5.59 S?20d=20*16=320мм;Принимаем 300 мм.

;

при <;

5.7 Проверка прочности.

При значении условие прочности:

(ур.36/1/).

Из условия равновесия сил.

(ур.37/1/).

определяется высота сжатой зоны бетона:

.

1. СНиП 2.03.01−84. Бетонные и железобетонные конструкции/Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. — 79 с.

2. СНиП 2.01.07−85*. Нагрузки и воздействия/Госстрой России. — М.: ГУП ЦПП, 2001. — 44 с.

3. СНиП П-22−81. Каменные и армокаменные конструкции. М.: Стройиздат, 1983. — 40 с.

4. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01 — 84)/ЦНИИпромзданий Госстроя СССР, НИИЖБ Госстроя СССР — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. — 192 с.

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

6. Мандриков А. П. Примеры расчета железобетонных конструкций. Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1989. — 506 с.

7. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. В 2-х кн. Кн. 1. Под ред. А. А. Уманского. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1972. 600 с.

8. ГОСТ 23.503 — 80. Конструкции бетонные и железобетонные. Рабочие чертежи. М.: Изд-во стандартов, 1981. — 18 с.

9. ГОСТ 21.501−93. Правила выполнения архитектурно-строительных рабочих чертежей. (Программа стройконсультант).

10. ГОСТ 21.101−97. Основные требования к проектной и рабочей документации (Программа стройконсультант).

11. Справочник по проектированию элементов железобетонных конструкций. Лопато А. Э. Киев, Вища школа, 1978. — 256 с.