Проектирование железобетонных конструкций для четырехэтажного жилого дома в г. Лепеле

Введение

Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры, работающих совместно благодаря сцеплению, возникающему между ними. Бетон — это композиционный строительный материал, получаемый в результате твердения связующего вещества и заполнителей. Бетон хорошо работает на сжатие, а на растяжение работает в несколько раз хуже. Для повышения несущей способности бетона применяют арматуру, которая обладает значительно более высокой прочностью на растяжение и позволяет существенно повысить несущую способность строительных конструкций.

Достоинства железобетона: высокая прочность, долговечность, огнестойкость, стойкость против атмосферных воздействий, возможность использования местных материалов, простота формообразования, небольшие эксплуатационные расходы.

К недостаткам железобетона следует отнести большую плотность, высокую теплопроводность и звукопроводность, появление трещин вследствие усадки и силовых воздействий.

Для снижения плотности и теплопроводности железобетона следует использовать легкие пористые заполнители, при этом массу конструкции можно уменьшить, применяя тонкостенные и пустотные конструкции. Специальная технологическая обработка с помощью пропаривания, вакумирования повышает трещиностойкость железобетона.

Железобетонные конструкции по способу изготовления могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными. При строительстве зданий и сооружений из сборных железобетонных конструкций вначале на специальных заводах или полигонах изготавливают отдельные элементы, из которых на стройплощадке монтируют здания или сооружения. Сборные железобетонные конструкции наиболее индустриальные, так как в их основу положено заводское изготовление и механизированный монтаж.

Производство сборных железобетонных конструкций ведут по стендовой, конвейерной, агрегатно-поточной и другим технологическим схемам.

Стендовую технологию используют при производстве крупноразмерных элементов (колонны, рамы, фермы). При этой технологии конструкция остается неподвижной в процессе изготовления, а агрегаты, выполняющие технологические операции (вибраторы, бетоноукладчики и т. д.), перемещаются от одного неподвижного агрегата к другому специальными транспортными устройствами.

При агрегатно-поточной технологии определенные группы рабочих операций выполняют в соответствующих отделениях (постах) заводах, а форма с изделием перемещается от одного поста к другому с помощью кранов. Эту технологию применяют при мелкосерийном производстве.

1. Архитектурно-конструктивное решение здания

В соответствии с заданием на проектирование запроектирован 4-х этажный жилой дом в городе Лепеле. Высота этажа 2,8 м. Размер здания в осях 25,4*15,3 м. Лестница шириной 1200 мм. В здании предусмотрен подвал.

Запроектировано здание с продольными несущими стенами. Пространственная жёсткость и устойчивость здания обеспечена перевязкой вертикальных швов между кирпичами, армированием углов и мест примыкания внутренних стен к наружным и анкеровкой плит перекрытия со стеной (Т-образный анкер) и между собой (линейный анкер).

По долговечности здание относится ко II степени, т.к. его конструктивные элементы рассчитаны на срок службы не менее 50 лет.

По огнестойкости в соответствии с СНБ 2.02.01−98 здание относится к II степени.

Класс ответственности здания по СНиП 2.01.07−85 — ко II степени.

Здание размещается на участке со спокойным рельефом и с понижением на юго-запад. В основании залегает грунт — песок мелкий.

Запроектированы фундаменты — сборные железобетонные ленточные. Глубина заложения фундамента -3,100 м. Уровень грунтовых вод находится на отметке — 3,900 м от дневной поверхности В здании запроектированы сборные железобетонные перекрытия толщиной 220 мм различных размеров в плане.

2. Сбор нагрузок на 1 м² междуэтажного перекрытия

Рис. 1

3. Расчёт и конструирование плиты перекрытия

Исходные данные: рассчитать и сконструировать многопустотную плиту перекрытия марки ПК63.15. Плита опирается на продольные несущие стены здания жилого дома. Расчётная равномерно-распределённая нагрузка на перекрытие q=9.395кН/м2. Плита выполнена из бетона класса С20/25, армированная арматурными канатами класса S 1400, поперечной арматурой S500, и монтажной S240.

3.1 Последовательность расчета плиты

1. Начертить поперечное сечение плиты, поставить размеры и показать схему армирования.

2. Определить усилия, возникающие в плите от расчетных и нормативных нагрузок.

3. Определение геометрических характеристик сечения.

4. Выписать из норм характеристики прочности бетона и арматуры.

5. Выполнить расчеты плиты по предельным состояниям первой группы (по прочности).

5.1. Рассчитать плиту на действие изгибающего момента, возникающего от расчетной нагрузки, и подобрать рабочую продольную арматуру

5.1. Рассчитать плиту на действие поперечной силы и подобрать поперечную арматуру.

5.1. Рассчитать полку плиты на местный изгиб и подобрать сетки для её армирования.

5.1. Рассчитать полку на действие изгибающего момента, возникающего при её подъеме и монтаже, и подобрать монтажную арматуру.

6. Сделать арматурный чертеж плиты.

3.2 Выполнение поперечного сечения плиты

Рис. 2 — Поперечное сечение плиты: 1 — сетка, 2 — каркас, 3 — напрягаемая продольная арматура

3.3 Определение усилий, возникающих в плите от расчётных и нормативных нагрузок

Рис. 3

Рис. 4

Конструктивная длинна плиты Lk=6.280.

Расчётная длинна панели м.

Расчетная нагрузка 1 погонный метр панели:

q= q (таб.) * B= 9,395 * 1,5 = 14,09 кН/м, где 1,5 — ширина панели Определение усилий, возникающих в плите от расчетных нагрузок:

3.4 Определение нормативных характеристик прочности бетона и арматуры

Бетон класса С20/25:

По таб. 6.1. СНБ5.03.01−02 определяем нормативное сопротивление бетона осевому сжатию

Коэффициент безопасности по бетону (для ж/б конструкций) Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию

По таб. 6.1. СНБ5.03.01−02 определяем нормативное сопротивление бетона осевому растяжению

Расчетное сопротивление бетона осевому растяжению

Модуль упругости бетона (таб. 6.2 СНБ 5.03.01−02)

Арматура:

По таб. 6.5 изменения № 4 СНБ5.03.01−02 определяем нормативное сопротивление ненапрягаемой арматуры

По таб. 6.5 изменения № 4 СНБ5.03.01−02 определяем расчетное сопротивление напрягаемой арматуры

По таб. 6.5 изменения № 4 СНБ5.03.01−02 определяем расчетное сопротивление поперечной арматуры

Модуль упругости арматуры

Передаточная прочность бетона устанавливается так, чтобы при обжатии отношение напряжений ?0,75.

Предварительное напряжение арматуры с учетом всех потерь:

= 0,75=0,75*1200 = 900 МПа.

Допустимые отклонения значения предварительного напряжения при электрометрическом способе напряжения:

P= 30+360/l = 30+360/6,20=88,06 МПа, где l=6,2м — длина напрягаемого стержня.

Проверяем выполнение условий:

Условия выполняются.

Расчет по предельным состояниям 1-й группы:

Рис. 5

Определяем геометрические характеристики сечения. Сечение многопустотной панели приводим к эквивалентному двутавровому профилю. Круглые отверстия заменяют квадратными с той же площадью, моментом инерции и положением центра тяжести Определяем количество пустот:

Заменяем круглые пустоты на квадратные с такой же площадью. Высота эквивалентного квадрата:

Определяем ширину ребра эквивалентного сечения:

Определяем высоту сжатой полки панели:

Проверяем условие :

Определяем рабочую высоту сечения:

3.5 Расчет прочности по нормальным сечениям

Определяем положение нейтральной оси и проверяем условие:

Условие выполняется, нейтральная ось проходит в полке, сечение рассчитываем как прямоугольное. Расчет ведем по альтернативной модели. Полагаем =1460мм

= 0.0035/0.0035+1120/200*103=0,625

=

=0.5+=0.5+=0,934

Msd/*fpd*d*=*103/0,934*1120*106*1.1*0,88=6.5cm2

Принимаем 3 стержня 12 мм. Площадью =3,39 см²

Выполняем проверку правильности подбора арматуры:

Определяем относительную высоту сжатой зоны бетона Определяем несущую способность сечения

— условие выполняется. Арматура подобрана верно.

3.6 Расчёт прочности по наклонным сечениям

I. Конструирование каркаса Для поперечного армирования принимаем конструктивно короткие каркасы, устанавливаемые в приопорных четвертях пролета панели 0,25L. Каркасы устанавливаются в крайних ребрах и далее через 2−3 пустоты.

В зависимости от диаметра продольной арматуры назначаем диаметры поперечной арматуры 6 мм.

По сортаменту принимаем площадь 2-х поперечных стержней для поперечной арматуры 1,01 см².

Назначаем расстояние между поперечными стержнями вдоль элемента на приопорных участках и в средней части пролета, учитывая конструктивные требования.

Назначаем расстояния между поперечными стержнями элемента

— на приопорных участках 110 мм.

— в остальной части пролета 165 мм.

Поперечная арматура 8 мм.

II. Обеспечение прочности по наклонной трещине

1. Определяем длину проекции наиболее опасного наклонного сечения на продольную ось элемента Где =2, =1

3. Определяем величину поперечной силы, воспринимаемой бетоном

4. Находим Asw=cм2

5. Определяем усилие в хомутах на единицу длины элемента для приопорного участка

6. Определяем длину проекции опасной наклонной трещины на продольную ось элемента

7. Определяем поперечную силу воспринимаемую хомутами

= = 110,41 кН

8. Поперечное усилие, воспринимаемое наклонным сечением:

= 110,41 = 142,78 кН Проверяем условие

64,62кН 142,78 кН — условие выполняется

III. Расчёт прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами

1. Определяем коэффициент

2. Определяем коэффициент

где; =0,36

3. Находим кН

4. Проверяем условие; условие выполняется

IV. Проверяем необходимость постановки поперечной арматуры по расчёту

0,0002

5,56 кН, но не менее

==113,88 кН. Принимаем 113,88 кН

4. Проверяем условие, Vsd > Vrd, ct: 64,62> 113,88 кН условие не выполняется, следовательно постановка поперечной арматуры не требуется, принимаем конструктивно 2 стержня диаметром 8, площадью 1,01 см², с шагом на приопорных участках 110 мм., в остальной части пролета 165 мм.

3.7 Расчёт плиты на монтажные усилия

Панель армирована 4 монтажными петлями класса S240, расположенными на расстоянии 365 мм от концов панели.

Рис. 6 — План панели

1. Определяем изгибающий момент с учётом пластических деформаций Вычисляем коэффициент

3. Определяем коэффициент Проверяем условие: условие выполняется

4. Определяем требуемую площадь арматуры на 1 м длинны плиты см2

Принимаем 8 стержней Ш 7 мм. Площадью As=2,01 см²

3.8 Расчёт плиты на действие изгибающего момента при подъёме и монтаже

Подъём и монтаж плиты осуществляется за 4 монтажные петли. Расчёт включает подбор монтажной арматуры и определение диаметра монтажных петель. В качестве расчётной схемы применяется двухконсольная балка. Расстояние между её опорами принимается равным расстоянию между петлями для монтажа плиты 0,6L.

Рис. Монтаж плиты перекрытия

Gсв=Gd, пл•K•b'f=4,03•1,4•1,46=8,237 кН/м2кН Определяем отрицательный изгибающий момент

кН/м

= 0,001

Определяем требуемую площадь монтажной арматуры см2

Принимаем 2 стержня Ш4мм с см2

Определяем требуемую площадь сечения одной петли см2

Принимаем Ш5мм при см2

Конструирование плиты перекрытия Многопустотная плита перекрытия запроектирована в соответствии с рабочими чертежами, утвержденными РУП «Стройтехнорм» от 03,09,2008 г.

Запроектирована плита ПТМ72.15.22−8S1400−2W, с продольной арматурой класса S1400, поперечной арматурой класса S500 и бетоном класса С30/37.

Для проектируемой плиты принимаем сетку С1. Данная сетка запроектирована из продольной рабочей арматуры Ш8 мм с шагом 200 мм; и поперечной арматуры Ш8 мм с шагом 400 мм.

Каркасы устанавливаются конструктивно в крайних ребрах и далее через 2−3 пустоты. Принимаем каркас для проектируемой плиты Кр1 в количестве 10 штук. с продольными стержнями Ш18 мм. и поперечными стержнями Ш12 мм. с шагом 100 мм на приопорных участках.

Также для проектируемой плиты принимаем сетку С2 Данная сетка запроектирована из продольной рабочей арматуры Ш8 мм с шагом 695 мм; и поперечной арматуры Ш8 мм с шагом 400 мм.

Для поднятия и перемещения плиты выполняются 4 монтажные петли Ш5мм. из арматуры класса S240. Петли выполняются на расстоянии 365 мм. от торцов плиты.

4. Расчет и конструирование перемычки

4.1 Исходные данные

Расстояние окон в свету: 1380 мм.

Толщина стены: 590 мм.

Расстояние между наружной и внутренней стеной: 16 650 мм.

Перекрытие в здании выполнено из многопустотной плиты толщиной 220 мм.

Пол: дощатый Класс бетона: C

Класс продольной арматуры: S500

Класс поперечной арматуры: S400

Подбор элементов перемычки Перемычка над оконным проемом состоит из 4-х элементов одинаковой ширины. На внутренний элемент перемычки опираются панели перекрытия (несущая перемычка). Остальные элементы перемычки несут нагрузку только от кладки (самонесущие).

Определяем минимальную длину перемычек при минимальных размерах заделки концов стену:

для несущих:

Принимаем несущую перемычку марки 3ПБ27−8

для самонесущих:

Принимаем самонесущую перемычку марки 2ПБ25−3

Рис. 7

4.2 Определение расчетных усилий

Несущая перемычка воспринимает нагрузку от половины пролета плиты, от собственного веса перемычки и от кладки (высота пояса 1290 мм.)

Расчетная нагрузка на 1 м.п. перемычки от половины пролета плиты:

Расчетная нагрузка на 1 м.п. перемычки от собственной массы:

Расчетная нагрузка от массы стены:

Общая расчетная нагрузка:

Расчетная длинна перемычки:

Усилия, возникающее в перемычке:

Определение прочностных характеристик бетона и арматуры

Бетон:

По таб. 6.1. СНБ5.03.01−02 определяем нормативное сопротивление бетона осевому сжатию

Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию

По таб. 6.1. СНБ5.03.01−02 определяем нормативное сопротивление бетона осевому растяжению

Расчетное сопротивление бетона осевому растяжению

Модуль упругости бетона

Коэффициент безопасности по бетону

Продольная арматура:

По таб. 6.5 изменения № 4 СНБ5.03.01−02 определяем нормативное сопротивление ненапрягаемой арматуры

Расчетное сопротивление напрягаемой арматуры

По таб. 6.5 изменения № 4 СНБ5.03.01−02 определяем расчетное сопротивление ненапрягаемой арматуры

Поперечная арматура:

По таб. 6.5 изменения № 4 СНБ5.03.01−02 определяем нормативное сопротивление ненапрягаемой арматуры

Расчетное сопротивление напрягаемой арматуры

По таб. 6.5 изменения № 4 СНБ5.03.01−02 определяем расчетное сопротивление ненапрягаемой арматуры

4.3 Расчет прочности по нормальным сечениям

— условие выполняется Определяем требуемую площадь поперечного сечения продольной арматуры:

Принимаем 1 стержня 8 мм. Площадью =0,503 см²

Выполняем проверку правильности подбора арматуры:

Определяем относительную высоту сжатой зоны бетона б. Определяем несущую способность сечения

— условие выполняется. Арматура подобрана верно.

перекрытие плита конструирование фундамент

4.4 Расчёт прочности по наклонным сечениям

I. Конструирование каркаса Назначаем расстояния между поперечными стержнями элемента

— на приопорных участках 100 мм.

— в средней части пролёта 150

Принимаем продольную арматуру 16 мм.

Принимаем поперечную арматуру 3 мм

1. кН

2. м.

3. 103

4. кН

5. мм.

мм2

м мм.

При h?450 мм: s? h/2=110; и не более 150 мм.

Принимаем S=100мм.

Проверяем прочность:

кН м.

кН

— условие выполняется

Конструирование брусковой перемычки В соответствии с заданием на проектирование запроектирована брусковая перемычка марки 2ПБ19−3 с классом бетона С16/20.

По расчету принимаем рабочую продольную арматуру класса S500 Ш2 мм. в верхней части перемычки и Ш6 мм. в нижней части.

Для совместной работы продольной арматуры конструктивно принимаем поперечную арматуру класса S400 Ш3 мм. с шагом 100 мм. на приопорных участках и 150 мм. с средней части перемычки.

Для поднятия и перемещения перемычки устанавливаются 2 строповочные петли Ш6 мм. из арматуры класса S240. Петли располагаются на расстоянии 200 мм. от торцов перемычки.

5. Расчёт ленточного фундамента под внутреннюю стену здания

5.1 Исходные данные

Требуется рассчитать ленточный фундамент под наружную стену 5-ти этажного жилого дома. Кровля скатная, пол — бетонный. Район строительства — г. Лепель. Уровень грунтовых вод на отметке — 3.9м. Глубина заложения фундамента d=3,1 м. Грунт — песок мелкий со следующими характеристиками:

Коэффициент пористости е=0,55;

Удельное сцепление Сп = 4 (по таблице в приложении ТКП);

Угол внутреннего трения = 36?(по таблице в приложении ТКП);

Удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента = 18,5 кН/м3;

Удельный вес грунта, залегающего ниже подошвы фундамента = 18,5 кН/м3;

= 1,3;

= 1,3;

Условное расчетное сопротивление грунта R0=300кПа; My=1,81; Mq=8,24; Mc=9,97; усредненный нормальный удельный вес материала фундамента и грунта на обрезах = 20кН/м3. Бетон класса С20/25, арматура класса S400.

5.1 Сбор нагрузки на фундамент Нагрузка от массы 1 метра погонного стены: от отметки -0,400 до отметки 17.300

Нст= 0,400+14,500 = 14,9 м.

47,68 • 1,35 = 64,38

3,15•0,4 = 1,26 м. Нагрузка от массы 3-х стеновых фундаментных блоков

30 • 1,35 = 40,5 кН/м Полная нагрузка на 1 метр погонный фундамента по обрезу фундаментной плиты:

кН/м кН/м

5.2 Определение ширины подошвы фундамента

Для предварительного определения ширины фундаментной плиты пользуемся табличными значениями сопротивления грунта (табл. 5.4 ТКП) Для суглинка пластичного

Принимаем b= 1 м Определяем расчетное сопротивление грунта с учетом поправок на ширину фундамента и глубину заложения по формуле:

Определяем ширину фундамента при R=603,75 кПа Принимаем b = 0,8 м массой m=1,0 т длиной 2380 мм.

Определяем расчетное сопротивление грунта основания по формуле:

Определяем нормативную нагрузку по подошве фундамента с учетом собственной массы фундаментной плиты Рф и массы грунта Ргр.:

Определяем среднее давление по подошве фундамента:

Проверяем условие

Условие выполняется, принимаем ширину фундаментной плиты b= 0,8 м (масса плиты 1,0 т; длина плиты 2380 мм.)

5.3 Расчет тела плитной части фундамента

Рассчитаем конструкцию фундамента по первой и второй группе предельных состояний. В качестве материала плиты фундамента согласно требованиям назначаем бетон С16/20. Толщину защитного слоя бетона фундаментной плиты принимаем по 6.4.8 как для сборной конструкции с=4,5 см. Тогда рабочая высота сечения d=0,3−0,045=0,255 м.

Расчет производим на расчетные нагрузки, в то числе от веса фундамента и грунта на его обрезах, принимая коэффициенты надежности по нагрузке согласно таблице 1 СНиП 2.01.07.

Давление под подошвой фундамента от действия расчетных нагрузок определяем по формуле:

Поперечную силу и изгибающий момент в сечении фундамента у грани стены от отпора грунта определяем по формулам:

5.4 Расчет площади продольной арматуры плит фундамента

Определяем коэффициенты и его граничное значение :

где, по таблице 6.1 СНБ 5.03.01, для бетона С16/20, а по таблице Д. 1 (см. приложение Д настоящего технического кодекса),, К2 =0,416.

Для арматуры S400 при :

Так как условие выполняется, находим ?:

где

Тогда требуемая площадь растянутой продольной арматуры составит:

Принимаем арматуру 10 мм и площадью .

5.5 Расчет на продавливание (местный срез)

Определяем расстояние от низа плиты до центров тяжести арматуры для каждого направления:

и

Определяем рабочую высоту фундаментной плиты в каждом направлении:

и

Определяем рабочую высоту сечения:

Определяем коэффициенты армирования в обоих направлениях:

что меньше 0,02 (минимальное значение коэффициента армирования, регламентированное СНБ 5.03.01).

Тогда расчетный коэффициент армирования

Определяем значение критического периметра исходя их длины закругленных секторов l=0,01745rn0=0,584, (где n0 =900, r=1,5d=0,372 м).

.

Определяем погонную поперечную силу, вызванную местной сосредоточенной нагрузкой, принимая коэффициент так как эксцентриситет приложения нагрузки отсутствует.

Где — местная поперечная сила с вычетом силы отпора грунта в пределах расчетной критической площади abcd:

Для бетона класса С 16/20 нормальное сопротивление бетона сжатию и расчетное сопротивление бетона растяжению (с учетом коэффициента надежности по материалу)

Определяем коэффициент, учитывающий влияние масштабного фактора, Определяем погонное усилие, которое может воспринять сечение при продавливании:

Определяем минимальное погонное усилие, которое может воспринять сечение при продавливании:

Окончательное погонное усилие, которое может воспринять сечение при продавливании, составляет Поскольку значение погонной силы, вызванной местной сосредоточенной нагрузкой, меньше погонного усилия, которое может воспринять сечение при продавливании, прочность на продавливание по критическому периметру обеспечена и поперечная арматура не требуется.

В соответствии с заданием на проектирование запроектирован ленточный фундамент ФЛ12.24−4 изготовленный из бетона марки С16/20 и арматуры класса S400.

Фундамент армируется сеткой расположенной в нижней части плиты. Сетка состоит из продольной рабочей арматуры класса S400 Ш10 мм. и поперечной арматуры класса S400 Ш6 мм. с шагом 100 мм принятым конструктивно.

Для поднятия плиты устраиваются 4 монтажные петли из арматуры класса S240 Ш6 мм. Петли располагаются на расстоянии 200 мм от торцов плиты, и 350 мм от боковых граней.

1. Берлинов М. В., Ягупов Б. А. Строительные конструкции. — М.:Агропромиздат, 1990.

2. Павлова А. И. Сборник задач по строительным конструкциям. — М.:ИНФРА-М, 2005.

3. СЕтков В.И., Сербин Е. П. Строительные конструкции. М.: ИНФРА-М, 2005.

4. Мандриков А. П. Примеры расчета железобетонных конструкций. — М.:Стройиздат, 1989.

5. Веселов В. А. Проектирование оснований и фундаментов. — М.: Стройздат, 1990.

6. Методическая инструкция. Курсовое проектирование. — Гомель: УО ГГДСТ, 2005.

7. ГОСТ 21.501−93. Правила выполнения архитектурно-строительных чертежей.

8. ГОСТ 21.101−93. Основные требования к рабочей документации.

9. СНБ 5.01.01.-99. Основания зданий и сооружений.

10. СНБ 5.03.01.-02 Бетонные и железобетонные конструкции.

11. СНБ 2.04.01−97. Строительная теплотехника.

12. СНиП2.01.07−85. Нагрузки и воздействия.