Проектирование железобетонных конструкций жилого дома

http://www..ru/

http://www..ru/

Проектирование железобетонных конструкций жилого дома

Содержание Введение

1. Архитектурно-конструктивное решение здания

2. Сбор нагрузок

2.1 Сбор нагрузки на 1 м² чердачного перекрытия

2.2 Сбор нагрузки на 1 м² межэтажного перекрытия

2.3 Сбор нагрузки на 1 м² покрытия

3. Расчёт несущей брусковой перемычки над оконным проёмом

3.1 Подбор элементов перемычки

3.2 Определение расчётных усилий

3.3 Определение прочностных характеристик материалов

3.4 Расчёт перемычки на прочность по нормальным сечениям

3.5 Расчёт перемычки по наклонным сечениям

4. Расчет многопустотной панели перекрытия марки ПК 63.15

4.1 Определение расчетных усилий и прочностных характеристик материалов

4.2 Определение геометрических характеристик сечения

4.3 Расчет прочности по нормальным сечениям

4.4 Расчет прочности по наклонным сечениям

4.5 Проверка панели на монтажные усилия…

5. Расчет ленточного фундамента под наружную стену здания

5.1 Определение нагрузки на фундамент

5.2 Определение ширины подошвы фундамента Литература жилое здание перекрытие фундамент расчет

ВВЕДЕНИЕ

Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры, работающих совместно, благодаря сцеплению, возникающему между ними. Бетон — искусственный каменный материал, хорошо сопротивляется сжатию, а на растяжение работает в 15…20 раз слабее. Для повышения прочности бетона применяют арматуру, которая обладает значительно более высокой прочностью на растяжение и позволяет существенно повысить несущую способность строительных конструкций.

Основные достоинства бетона — высокая прочность, долговечность, огнестойкость, стойкость против атмосферных воздействий, возможность использования местных строительных материалов, простота формообразования, небольшие эксплуатационные расходы.

К недостаткам железобетона следует отнести большую плотность, высокую теплои 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 пустотелые конструкции. Специальная технологическая обработка с помощью пропаривания, вакуумирования повышает трещиностойкость железобетона.

Бетон должен обладать необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной плотностью для защиты арматуры от коррозии. Сцепление арматуры с бетоном — наиболее важное свойство железобетона, так как оно служит основой работы материалов, входящих в состав железобетона, прочностные и деформативные свойства конструктивных элементов. Надежное сцепление арматуры с бетоном обеспечивается склеиванием геля с арматурой, трением, вызванным давлением от усадки бетона, зацеплением за бетон выступов и неровностей на поверхности арматуры. Главенствующую роль для надежного сцепления арматуры с бетоном играют выступы и неровности на поверхности арматуры. При создании периодического профиля арматуры возрастает примерно в два раза.

1. Архитектурно-конструктивное решение здания жилое здание перекрытие фундамент расчет В соответствии с заданием и паспортом запроектирован 5-тиэтажного жилого дома в г. Молодечно Минской области. Высота этажа 2,8 м. Размер здания в осях 17,21Ч18,73 м. Подвал — отсутствует. Климатический район строительства IIБ.

Здание запроектировано с продольными и поперечными несущими стенами. Пространственная жесткость и устойчивость здания обеспечивается перевязкой вертикальных швов между кирпичами, армированием углов и мест примыкания внутренних стен к наружным и анкеровкой плит перекрытия со стеной (Г-образный анкер) и между собой (линейный анкер).

В проекте применены ленточные фундаменты. Глубина заложения фундамента 1,2 м. По долговечности здание относится к 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 III степени.

Класс ответственности зданияII степени по СНиП 2.01.07−85.

Здание размещается на участке со спокойным рельефом, характеризующимся горизонталями 187−187,5.

В основании залегает грунт — пески мелкие, моловлажные; г_II^'= г_II=19,7кН/м³; ц_II=32°.

Уровень грунтовых вод находится на отметке -1,3 м от дневной поверхности.

2. Сбор нагрузок

2.1 Сбор нагрузки на 1 м² чердачного перекрытия Таблица 1.

2.2 Сбор нагрузки на 1 м² межэтажного перекрытия.

2.3 Сбор нагрузки на 1 м² покрытия

Таблица 3.

3. Расчет несущей брусковой перемычки над оконным проемом Исходные данные:

Назначение здания — 5-ти этажное жилое здание, ширина оконного проема в свету — 780 мм, толщина стены 590 мм, расстояние между осями наружной и внутренней стены l=6,92 м.

Перекрытия в здании из многопустотных панелей толщиной 220 мм. Пол — линолеум. Класс бетона С, класс продольной арматуры S400, класс поперечной арматуры S500.

3.1 Подбор элементов перемычки Перемычка над оконным проемом состоит из 4-ёх элементов одинаковой ширины. На внутренний элемент перемычки опираются панели перекрытия, остальные элементы перемычки несут нагрузку только от кладки (самонесущие).

Определяем минимальную длину перемычек при минимальных размерах заделки концов в стену:

— в самонесущих — 120 мм;

— в несущих — 250 мм;

l₁ = 780 + 2 • 120 = 1020 мм

l₂ = 780 + 2 • 250 = 1380 мм Рисунок 3.1 — Фрагмент разреза здания

Определяем минимальную длину перемычек при минимальных размерах заделки концов

в стену:

— в самонесущих — 120 мм;

— в несущих — 250 мм;

l₁ = 780 + 2 • 120 = 1020 мм

l₂ = 780 + 2 • 250 = 1380 мм Принимаем перемычки (рисунок 3.2):

1 — марки 3ПБ 21−8 сечением b x h = 120×220 мм, l_к = 1410 мм, V = 0,1 м², m = 0,071 т.

2- марки 2ПБ 19−3 сечением b x h = 120×140 мм, l_к = 1680 мм, V = 0,028 м², m = 0,071 т.

Рисунок 3.2 — Подбор элементов перемычки

3.2 Определение расчетных усилий Несущая перемычка воспринимает нагрузку:

— от половины пролета перекрытия;

— от собственного веса перемычки;

— от кладки высотой пояса 3,62 — 2,2 = 1,42 м.

Расчетная нагрузка на 1 м.п. перемычки от веса перекрытия

q_пер = q^таб_пер • l/2 = 7,84• 6,92/2= 27,13 кН/м, где l = 6,92 м — расстояние между осями стен.

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

q_соб = b x h x p x г_f x 10 / 10³ = 0,12 • 0,22 • 2500 • 1,35 • 10/10³ = 0,891 кН/м, где b x h = 120×220 — сечение перемычки,

p = 2500 кг/м³ — плотность железобетона, г_f = 1,35 для железобетона (таб.1 СНиП 2.01.07−85)

Расчетная нагрузка от массы стены

q_ст = · t · h · p · г_f · 10 / 10³ = • 0,5 • 1,42 • 1800 • 1,35 • 10/10³ = 3,54кН/м где t = 0,51 — толщина стены;

p = 1800 кг/м³ — плотность кирпича;

г_f = 1,35 — коэффициент надежности по нагрузке для каменных конструкций (таб.1 СНиП 2.01.07−85);

h = 1,42 м — высота стены над перемычкой.

Перемычка работает как однопролетная, свободно лежащая, равномерно нагруженная балка (рисунок 3).

q = q_пер + q_соб + q_ст = 27,13+ 0,891 + 3,54 = 31,56 кН/м Рисунок 3.3 — Расчетная схема перемычки Конструктивная длина перемычки l_к = 1410 мм Расчетный пролет l₀ = l_к — а = 1410 — 265 = 1145 мм Максимальная поперечная сила Q :

Q = q • l₀/2 = 31,56 • 1,145/2 = 18,07 кН

Максимальный изгибающий момент М :

М = q • l₀²/8 = 31,56 • 1,145²/8 =5, 17 кН • м

3.3 Определение прочностных характеристик материалов Для бетона класса С

— нормативное сопротивление бетона на осевое сжатие

f_ck = 12 МПа и осевое растяжение f_ctk = 1,1 МПа (таб.6.1. СНБ 5.03.01−02)

— расчетное сопротивление на осевое сжатие и растяжение

f_cd = f_ck/г_с = 12/1,5 = 8 МПа

f_ctd = f_ctk/г_с = 1,1/1,5 = 0,73 МПа где г_с = 1,5 — частный коэффициент безопасности по бетону для железобетонных конструкций.

Для продольной арматуры класса S400 расчетное сопротивление f_yd = 367 МПа (таб.6.5. СНБ 5.03.01−02).

Для поперечной арматуры класса S500 f_ywd = 348 МПа (для сварного каркаса из проволочной арматуры).

3.4 Расчет перемычки на прочность по нормальным сечениям Расчетное сечение перемычки — прямоугольное с двойным армированием.

Рабочая продольная арматура — класса S400.

Рабочая высота сечения d = h — c = 0,22 — 0,03 = 0,19 м.

Определяем

о _lim=0,650

где щ = 0,85 — 0,008 • 8 = 0,786

Определяем б_lim = о _lim (1 — 0,5 • о _lim) = 0,650 (1 — 0,5 • 0,650) = 0,439

Определяем коэффициент б₀₌0,149

Проверяем условие б₀ = 0,149 < б_lim = 0,439

Условие выполняется, по расчету требуется только растянутая арматура.

По значению б₀ = 0,149 определяем? = 0,919

A_s1=0,807 м²=0,807 м²

Принимаем стержень? 12 мм с A_s = 1,131 см²

Перемычка армируется одним сварным каркасом КР1 с продольной нижней арматурой? 12 мм, верхней арматурой? 6 мм класса S400.

Рисунок 3.4 — Поперечное сечение перемычки

3.5 Расчет перемычки на прочность по наклонным сечениям Расчетная поперечная сила на опоре Q = 18,07 кН Проверяем условие прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами, полагая ?_wl = 1.

Q<0,3 ?_wl • ?_с1 • f_cd • b • d

Q=18,07 кН < 0,3 • 1 • 0,92 • 8 •10³ • 0,12 • 0,19 = 50,34 кН, где ?_с1 = 1 — 0,01 • f_cd = 1 — 0,01•8 = 0,92

Условие выполняется, размеры поперечного сечения перемычки достаточны.

Проверяем условие

Q>0,6 • f_ctd • b • d

Q=18,07 кН >0,6 • 0,73 • 10³ • 0,12 • 0,19 = 9,99 кН, Условие выполняется Шаг поперечной арматуры на приопорных участках S=100 мм, в середине пролета S=200 мм, диаметр 4 мм класса S500.

Максимальный шаг поперечной арматуры

S_max= = =0,263 м

S = 0,1 м < S_max = 0,263, условие выполняется.

Определяем усилие

V_sw=43,85 кН/м, где = 0,126 см² — площадь сечения арматуры? 4 мм.

Определяем длину проекции наклонного сечения на продольную ось элемента

l_inc = 2 • d/ = 2 • 0,19/0,6 = 0,63 м где — 0,6 для тяжелого бетона Проверяем условие l_inc < l/4

l_inc = 0,63 > l/4 = 2,07/4 = 0,517 м Условие не выполняется, принимаем l_inc = l/4 = 0,517 м Определяем длину проекции наиболее опасной трещины

l_{inc, cr} =0,38 м

Проверяем условие

l_{inc, cr}? 2d

l_{inc, cr} = 0,38 м = 2d = 2 • 0,19 = 0,38 м Условие выполняется, принимаем l_{inc, cr} = 0,38 м Проверяем условие

Q < / l_inc + • l_{inc, cr}

Q = 18,07 кН < 2 • 0,73 • 10³ • 0,12 • 0,19² / 0,517 + 43,85 • 0,38 = 12,234 + 16,663 = 28,9 кН Условие выполняется, прочность элемента по наклонному сечению обеспечена.

4. Расчет многопустотной панели перекрытия Исходные данные:

Рассчитать и сконструировать многопустотную панель перекрытия марки ПК 32.12. Панель опирается на несущие стены из кирпича здания жилого дома. Расчетная равномерно-распределенная нагрузка на перекрытие q=7,91кН/м². Панель перекрытия выполнена из бетона класса С25/30, панель армируется стержневой арматурой периодического профиля класса S400, поперечная арматура принята класса S500.

4.1 Определение расчетных усилий и прочностных характеристик материалов Конструктивная длина панели l_k=3280 мм Расчетная длина панели l₀=l_k-100/2−170/2=3280−50−75=3145 мм Расчетная нагрузка на 1 погонный метр панели q=q^таб· В=7,91•1,2=9,41 kН/м Максимальная расчетная сила Q_max=q· l₀/2=9,41 •3,145/2=12,44 kH

Максимальный изгибающий момент M_max=q· l₀²/8=9,41 •3,145²/8=9,78 kН· м Расчетная схема панели — однопролетная свободно опертая балка с расчетным пролетом l₀, равным расстоянию между осями её опор (рис. 4.1)

Рис. 4.1 Расчетная схема панели

1-наружная стена, 2-внутренняя стена Для бетона класса С20/25:

— Нормативное сопротивление бетона осевому сжатию f_ck=25 MПа и осевому растяжению f_ctk= 1,8 MПа (таб. 6.1 СНБ 5.03.01−02);

— Коэффициент безопасности по бетону _с=1,5 (для ж/б конструкций);

— Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию f_cd=f_ck/_c=25/1,5=16,67 MПа, осевому растяжению f_ctd=f_ctk/_c=1,8/1,5=1,2 МПа;

— Модуль упругости бетона при марке по удобоукладываемости СЖ 2 E_cm= 40•10³ MПа (таб. 6.2 СНБ 5.03.01−02);

Для продольной ненапрягаемой арматуры класса S400 10…32 мм нормативное сопротивление f_yd=367 МПа (таб. 6.2 СНБ 5.03.01−02).

Для поперечной арматуры класса S 500 расчетное сопротивление f_ywd =417 МПа для сварного каркаса из проволочной арматуры (таб. 6.5 СНБ 5.03.01−02).

Модуль упругости арматуры всех классов E_s =200•10³ МПа.

4.2 Определение геометрических характеристик сечения Сечение многопустотной панели приводим к эквивалентному двутавровому профилю. Круглые отверстия заменяют с той же площадью, моментом инерции и положением центра тяжести (рис. 4.2).

Рис. 4.2 Расчетное сечение панели Высота эквивалентного квадрата h₁ =0,9d=0,9· 159= 143 мм.

Бетон растянутой зоны в работе не участвует.

Высота полки таврового сечения:

h_f' =220−143/2=38,5 мм Расчетная ширина ребра b=b_f' -n· h₁, где nколичество пустот

b=1260−6•143=402 мм Отношение h_f' /h=38,5/220=0,175>0,1, в расчет вводится вся ширина полки b_f' =1260 мм.

Рабочая высота сечения d=h-c=22−3=19 см.

4.3 Расчет прочности по нормальным сечениям Определяем положение нейтральной оси, проверяем условие

Mб· f_cd · b_f'·h_f'·(d-0,5·h_f')

M_max=58,32 kH•м<1•16,67•10³•1,26•0,0385•(0,19−0,5•0,0385)=138,08 kH•м Условие выполняется, нейтральная ось проходит в полке, сечение рассчитывается как прямоугольное шириной b=b_f' =1,26 м Определяем граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона

??=0,57

где ??=0,85−0,008· f_cd =0,85−0,008•20=0,717

Определяем б_lim=??_lim(1−0,5 ??_lim)=0,57(1−0,5•0,57)=0,408

Определяем коэффициент

б₀==0,013

Проверяем условие б₀б_lim

б₀б_lim =0,39

Условие выполняется по значению б₀ определяют коэффициент з=0,993, ??=0,013.

Определяем площадь сечения продольной арматуры:

A_s1==0,141 м²=1,41 см²

По сортаменту принимаем 7 стержней 6 мм с A_s1=1,98 см² из арматуры класса S400.

4.4 Расчет прочности по наклонным сечениям Расчетная поперечная сила Q_max=12,44 kH

Проверяем условие прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами, полагая, что з_w1=1

Q= 12,44 kH <0,3•з_w1•з_c1•б•f_cd •b•d=0,3•1•0,833•1•16,67•10³•0,402•0,19=487,57 kH

Где коэффициент з_с1=1−0,01· f_cd=1−0,01•16,67=0,833

Условие выполняется, размеры поперечного сечения панели достаточны.

Проверяем условие

Q= 12,44 kH <0,6· f_ctd·b·d =0,6•1,2•10³•0,402•0,19=84,27 kH

Условие выполняется, поперечную арматуру устанавливаем конструктивно. Принимаем 5 каркасов К1 на приопорном участке из арматуры 4 мм класса S500 с шагом s=100 мм. Определяем максимальный шаг поперечной арматуры

s_max=0,75•з_с2f_ctd•b•d²/Q=0,75•2•1,2•10³•0,402•0,19²/12,44 =3,21 м Где з_с2=2

Проверяем условие s=0,1 мs_max=3,21 м Условие выполняется.

Определяем усилие V_sw=f_ywd•A_sw/s=417•10³•0,502•10^-4/0,1=261,88

Где A_sw=0,502 см² для 4 стержней 4 мм.

Определяем длину проекции наклонного сечения на продольную ось элемента:

где з_с3=0,6 для тяжелого бетона Проверяем условие l_inc=0,63 м

Определяем длину проекции наиболее опасной наклонной трещины

l_{inc сr} == 0,5 м Проверяем условие l_{inc сr}=0,5 м < l_inc=0,63 м Условие выполняется .

Проверяем условие l_{inc сr}= 0,5 м <2•d =2•0,19=0,38 м Условие не выполняется, принимаем l_{inc сr}=0,38 м Проверяем условие

Q=32,02 kH<2•f_ctd•b•d²/ l_inc+V_sw• l_{inc сr}=2•1,33•10³•0,402•0,19²/0,63+209,33•0,38=164,26 kH

Условие выполняется, прочность железобетонного элемента по наклонному сечению обеспечена.

4.5 Проверка панели на монтажные усилия Панель армирована 4 монтажными петлями класса S240, расположенными на расстоянии 365 мм от концов панели (рис. 4.3).

Рис. 4.3 План панели С учетом коэффициента динамичности k_d=1,4 расчетная нагрузка от собственного веса панели

q=k_d•_f•g•B=1,4•1,35•2750•1,19=6185,03 H/м где g=h_red· =0,11·2500=2750 H/мсобственный вес панели; B=1,79-конструктивная ширина панели; h_red— приведенная высота сечения; -плотность железобетона.

Расчетная схема панели показана на рис. 4.4. Отрицательный изгибающий момент консольной части панели:

M=q•l₁²/2=6185,03 •0,365²/2=412 H/м Момент воспринимается продольной монтажной арматуры каркасов. Полагая, что z₁=0,9d, требуемая площадь сечения составляет

A_s= =0,111 м²=0,111 cм²

Где f_yd=218 МПа — расчетное сопротивление монтажной арматуры класса S240 (таб. 6.5 СНБ 5.03.01−02).

Принимаем конструктивно стержни 12, A_s=1,131 см²

Рис. 4.4 Расчетная схема и эпюра моментов консольной части панели

5. Расчет ленточного фундамента под наружную стену здания

Исходные данные:

Требуется рассчитать ленточный фундамент под наружную стену

по оси, А 5-этажного жилого дома.

Кровля — скатная, чердак — холодный, пол — линолеум. Район строительства — г. Рогачев Гомельской области. УГВ на отметке -1,300. Глубина заложения фундамента d = 1,2 м. Грунт — супесь текучая, со следующими характеристиками:

— коэффициент пористости е = 0,5;

— удельное сцепление грунта с_n=24 кПа;

— угол внутреннего трения ц_n=32є;

— удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента г_II'=19,7 кН/мі

— удельный вес грунта, залегающего ниже подошвы фундамента г_II=19,7 кН/мі

— нормативная нагрузка на перекрытие дома =5,69 кН/м²

— нормативная нагрузка на покрытие дома =1,23 кН/м²

Полезная нагрузка на перекрытие жилого дома pⁿ=1,5кПа (таб.3 СНиП 2.01.07−85)

5.1 Сбор нагрузки на фундамент Нагрузка от массы 1 м погонного стены от отметки -0,58 до отметки 14,460

Нст = 0,58 +14,46= 15,040 м;

=15,04 · (0,02·1800 + 0,51· 1800+0,08·50 + 0,02· 1600)·10/10 ³ = 146,19кН/м

==146,19· 1,35=197,35кН/м Нагрузка от массы 3-ух стеновых фундаментных блоков

= 0,6?(2· 0,6+0,3)·2400·10/10і = 25,92 кН/м;

= = 25,92 · 1,35 = 34,99кН/м Полная нагрузка на 1 м пог. фундамента по обрезу фундаментной плиты

=

=1,23 · 3,62+5, 69· 3,62·4+25,92 +146,19= 258,95 кН/м;

=

=1,23 · 3,62+5, 69· 3,62·4+34,99+197,35 =323,09 кН/м Рис. 5.1 Конструкция Рис. 5.2 Грузовая площадь фундамента

5.2 Определение ширины подошвы фундамента Для предварительного определения ширины фундаментной плиты пользуемся табличными значениями расчетного сопротивления грунта (таб.3 приложение 3[2]).

Для песка средней крупности R₀ = 400 кПа.

Определяем ширину фундаментной плиты где = 20 кН/м — средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах;

d — глубина заложения фундамента.

Принимаем b = 0,8 м.

Определяем расчетное сопротивление грунта с учетом поправки на ширину фундамента и глубину заложения по формуле 1 приложения 3[2].

где k₁ = 0.05 для песка средней крупности, b₀ = 1 м, d₀ = 2 м.

Определяем ширину фундамента при R = кПа Принимаем b = 1 м массой m =1,38 т длиной 2380 мм Определяем расчетное сопротивление грунта основания по формуле 7 [2]

где=1,2, = 1,1 (при соотношении L/H = 17,21/20,02=0,859<1,5);

k = 1, т.к. характеристики грунта ц_II и с_II определены непосредственными испытаниями.

1,34; 6,34; 8,55для = 32є(таб.4[2]).

1 при b = 1<10м.

Нормативная нагрузка по подошве фундамента с учетом собственной массы фундаментной плиты Р_ф и массы грунта P_гр.:

где

Определяем среднее давление по подошве фундамента:

Проверяем условие P_ср = кПа > R=кПа.

Т.к. разница между значениями значительная, принимаем ширину фундаментной плиты b=0,6 (масса блока 0,93 т, длина 2380).

Определяем расчетное сопротивление грунта при ширине фундамента b=0,8

где

Определяем среднее давление по подошве фундамента:

Проверяем условие P_ср = кПа > R=кПа.

Условие выполнено, окончательно принимаем по каталогу фундаментную плиту шириной b=0,8 (масса блока 1,15 т, длина 2380).

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.: Стройиздат, 1990.

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

7. ГОСТ 21.501−93. Правила выполнения архитектурно-строительных рабочих 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. СНиП 2.01.-7−85. Нагрузки и воздействия.