Расчет железобетонных конструкций многоэтажного производственного здания

1. Исходные данные для проектирования

Здание проектируется по жесткой конструктивной схеме, с полным каркасом, поперечными стенами из кирпича и с продольными навесными панельными стенами в сборном железобетоне. Район строительства — г. Гороховец.

Сетка колонн:

поперек здания — (пролет число пролетов) — ;

вдоль здания — (шаг колонн число шагов) — .

Направление ригелей (главных балок) — поперек здания.

Высота этажа —, количество этажей —, отметка уровня земли — .

Коэффициент надежности по ответственности здания .

Временная нормативная нагрузка (включая кратковременную) на междуэтажных перекрытияx и

Коэффициент снижения временной нагрузки:

а) для сборных ригелей — ;

б) для колонн — .

Бетон тяжелый класса:

а) для плит: В15;

б) для ригелей: В15;

в) для колонн: В20;

г) для колонн: В15.

Рабочая арматура классов:

а) полка сборной плиты сетки по ГОСТ б) продольных ребер плиты: А300;

в) ригеля: А400;

г) колонны: А300;

д) для колонн: А300.

Поперечную арматуру в продольных ребрах плиты, в ригеле и колонне принять самостоятельно.

Расчетное сопротивление грунта ;

Ригель средний с 2 каркасами.

2. Компоновка здания

В соответствии с заданием проектируются сборные железобетонные конструкции 4 — этажного, 4 — пролетного производственного здания без подвала, с обычными условиями эксплуатации помещений. На рисунке 1 показаны план и поперечный разрез рассчитываемого здания. Расстояния между разбивочными осями здания — продольными и поперечными; высота этажей —. Здание имеет полный железобетонный каркас с рамами, расположенными в поперечном направлении. Поперечные рамы образуются из колонн, располагаемых на пересечениях осей, и ригелей, идущих поперек здания. Ригели опираются на консоли колонн. Места соединения ригелей и колонн, после сварки выпусков арматуры и замоноличивания стыков, образуют жесткие рамные узлы.

На ригели опираются плиты перекрытий (перекрытия), располагаемые длинной стороной вдоль здания и длина плит равна расстоянию между осями рам. Плиты ребристые, у продольных стен укладываются плиты половинной ширины, называемыми пристенными или доборными. По рядам колонн размещаются связевые (межколонные) плиты, приваренные в четырех точках к закладным деталям ригелей и соединяющиеся между собой поверх продольных ребер стальными накладками.

Продольные стены выполняются навесными или самонесущими из легкобетонных панелей. Привязка колонн крайних рядов и наружных стен к продольным разбивочным осям — «нулевая».

Поперечные стены (торцевая и внутренняя) выполняются самонесущими кирпичными. Расстояние между поперечными стенами, что меньше. В этом случае в поперечном направлении здание будет с жесткими опорами, при которых элементы каркаса (ригели и колонны) рассчитываются только на вертикальные нагрузки, а горизонтальная (ветровая) нагрузка воспринимается поперечными стенами, выполняющими функции вертикальных связевых диафрагм. В продольном направлении жесткость здания обеспечивается металлическими портальными вертикальными связями, устанавливаемыми в одном среднем пролете по каждому продольному ряду колонн.

3. Расчет ребристой плиты

3.1 Исходные данные для проектирования плиты

Для сборного железобетонного перекрытия, представленного на плане и разрезе рисунка 1, требуется рассчитать сборную ребристую плиту с ненапрягаемой арматурой в продольных ребрах. Сетка колонн. Направление ригелей междуэтажных перекрытий — поперек здания. Нормативное значение временной нагрузки на междуэтажные перекрытия, длительная —. Коэффициент надежности по назначению здания принимается; коэффициент надежности по нагрузке: временной —; постоянной —. Бетон тяжелый класса В15.

Расчетные сопротивления бетона и .

Для расчета по первой группе предельных состояний:

; ;

Для расчета по второй группе предельных состояний:

;

Основные размеры плиты (рисунок 2):

· длина плиты

;

· номинальная ширина ;

· конструктивная ширина

Высота плиты ориентировочно определяется по выражению, принимая всю нагрузку длительной:

3.2 Расчет плиты по прочности

Расчет полки плиты.

Толщина полки принята .

Пролет полки в свету по рисунку 2а, меньший размер:

больший размер:

Расчетная нагрузка на полки:

Постоянная с коэффициентом надежности по нагрузке :

— вес полки:

где — вес 1 м³ тяжелого железобетона;

— вес пола и перегородок (при отсутствии сведений о конструкции пола и перегородок, их нормативный вес принят).

Итого постоянная нагрузка:

Временная нагрузка (с):

Полная расчётная нагрузка (с):

Изгибающий момент в полке (в пролете и на опорах) при прямоугольных полях ():

Площадь арматуры при (a = защитный слой 15 мм + расстояние до середины толщины сетки при арматуре O3В500).

Расчетное сопротивление арматуры (таблица Приложения «В»)

Проверка условия :

Граничная относительная высота сжатой зоны:

Таким образом, условие выполняется. При невыполнении данного условия, необходимо повысить класс бетона.

Принята сетка:

Процент армирования полки:

Расчет поперечных ребер.

Высота ребра, арматура А400, расчётный пролёт:

Временная расчётная нагрузка на ширине ребра 0,1 м Сечение тавровое, расчётная ширина полки:

Расчёт арматуры:

Принят с

Расчет продольных ребер.

Продольные ребра рассчитываются в составе всей плиты, рассматриваемой как балка П-образного сечения с высотой и номинальной шириной (конструктивная ширина). Толщина сжатой полки .

Расчетный пролет при определении изгибающего момента принимает равным расстоянию между центрами опор на ригелях:

Расчетный пролет при определении поперечной силы:

Нагрузка на 1 пм плиты составит:

— постоянная:

где — расчетная нагрузка от собственного веса трех поперечных ребер

— расчетная нагрузка от собственного веса двух продольных ребер с заивкой швов где — средняя ширина двух ребер и шва

— временная:

— полная:

Усилия от расчетной нагрузки для расчета на прочность:

Расчет прочности нормальных сечений.

Продольная рабочая арматура в ребрах принята класса A300, расчетное сопротивление. Сечение тавровое с полкой в сжатой зоне; расчетная ширина полки;. (а = 55 мм при двухрядной арматуре).

Полагая, что нейтральная ось лежит в полке, имеем:

Проверка условия:

Площадь сечения продольной арматуры:

Принимаем продольную арматуру

Расчёт нормальных сечений к продольной оси элемента по деформационной модели.

Расчет по прочности производят из условий:

Деформации в продольной арматуре в предельном состоянии при двузначной эпюре деформаций согласно гипотезе плоских сечений равны:

где — фактическая высота сжатой зоны бетона:

где х — высота сжатой зоны при прямоугольной эпюре напряжений, полученная при расчёте по предельным усилиям. Используя расчёты, выполненные выше (,), и задавшись, проверим предельные деформации в бетоне:

деформации в бетоне не превшают предельных.

Расчет прочности нормальных сечений на поперечную силу.

Поперечная сила на грани опоры. В каждом продольном ребре устанавливается по одному каркасу с односторонним расположением двух рабочих стержней диаметром. Диаметр поперечных стержней из условия свариваемости должен быть не менее 0,25 диаметра продольной арматуры.

Принимаем поперечные стержни диаметром из арматуры класса А240,; расчетное сопротивление .

При и n = 2 имеем:

Бетон тяжелый класса В15 (

Предварительно принятый шаг хомутов:

Прочность бетонной сжатой полосы:

прочность обеспечена.

Интенсивность хомутов:

Поскольку

— хомуты полностью учитываются в расчете и определяется по формуле:

Самая невыгодная длина проекции наклонно сечения С определяется из выражения:

Поскольку значение С определяем по формуле:

Принимаем .

Длина проекции наклонной трещины принимается не более и не более. В данном случае. Тогда:

Проверяем условие т. е. прочность наклонных сечений обеспечена.

Определение длины приопорного участка

При равномерно распределенной нагрузке длина приопорного участка определяется в зависимости от:

Поскольку

Значение

Так как, длина приопорного участка определяем по формуле:

3.3 Расчет плиты по второй группе предельных состояний

Производится от нормативных нагрузок (при и)

3.3.1 Расчет по образованию трещин

Расчетное тавровое сечение представлено на рисунке 7. С учетом замоноличивания бетоном продольного шва между ребрами расчетная ширина полки будет равна и средняя ширина ребра:

.

Трещины образуются, если Площадь приведенного сечения Статический момент приведенного сечения относительно растянутой грани 1−1:

Расстояние до центра тяжести приведенного сечения от нижней грани продольных ребер:

Момент сопротивления приведенного сечения:

Ядровое расстояние приведенного сечения:

где — деформации усадки бетона класса В35 и ниже.

Момент трещинообразования:

Трещины образуются от усадки бетона еще до приложения внешней нагрузки.

3.3.2 Расчет ширины раскрытия трещин

Расчет непродолжительной ширины раскрытия трещин производится из условия:

Расчет продолжительной ширины раскрытия трещин производится из условия:

где — предельно допустимая ширина раскрытия трещин из условия сохранности арматуры, равная 0,3 мм при продолжительном раскрытии; 0,4 мм — при непродолжительном раскрытии трещин;

— ширина раскрытия трещин от продолжительного действия постоянной и длительной части временной нагрузки:

где — коэффициент, учитывающий продолжительность действия нагрузки и принимаемый равным 1,0 — при непродолжительном действии нагрузки; 1,4 — при продолжительном действии нагрузки;

— коэффициент, учитывающий профиль продольной арматуры и принимаемый равным 0,5 — для арматуры периодического профиля;

— коэффициент, учитывающий характер нагружения и принимаемый равным 1,0 — для изгибаемых элементов;

Принимаем

Средняя высота сжатой зоны для тавровых сечений, определяется по формуле:

где — площадь сечения свесов полки где значение относительных деформаций бетона при продолжительном действии нагрузки, (при относительной влажности воздуха 40−75%).

Высота растянутой зоны бетона должна быть не менее 2a и не более .

где — поправочный коэффициент, равный: для прямоугольных и тавровых сечений с полкой в сжатой зоне — 0,9;

Так как Принимаем .

Определение ширины раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянной и временной длительной нагрузки Из расчета

Непродолжительная ширина раскрытия трещин составит:

3.3.3 Расчет плиты по прогибам

Полная кривизна для участков с трещинами в растянутой зоне определяется по формуле:

Полный прогиб плиты:

где — кривизна от непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузки Из расчета

Момент инерции приведенного сечения без учета растянутого бетона:

где — коэффициент ползучести бетона Принято:

Кривизна от непродолжительного действия всей нагрузки:

Из расчета Кривизна от непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузки:

Из расчета т.к. нагрузка носит непродолжительный характер

.

Плита удовлетворят требованиям:

а) эстетико — психологическим б) конструктивным Вывод: плита удовлетворяет требованиям по второй группе предельных состояний.

4. Расчет сборного ригеля поперечной рамы

4.1 Исходные данные для проектирования ригеля

Для сборного железобетонно перекрытия требуется рассчитать сборный ригель. Сетка колон. Для ригеля среднего пролета необходимо построить эпюры моментов от нагрузки и его несущей способности.

Данные для расчета: бетон тяжелый, класс бетона B15. Коэффициент работы бетона. Расчетные сопротивления бетона с учетом :

и. Продольная и поперечная арматура — класса А400. Коэффициент снижения временной нагрузки .

4.2 Расчет ригеля по прочности

Нагрузка на ригель собирается с грузовой полосы (представленной на рисунке 1) шириной, равной расстоянию между осями ригелей.

а) Постоянная нагрузка (с и):

— вес железобетонных плит с заливкой :

;

— вес пола и перегородок:

;

— собственный вес ригеля сечением (размеры предварительные)

;

Итого: постоянная нагрузка .

б) Временная нагрузка с коэффициентом снижения (с и):

.

Полная расчетная нагрузка.

При поперечном сечение колонн, вылет консолей. Расчетные пролеты ригеля равны:

— крайний пролет

— средний пролет

В средних пролетах и на средних опорах Отрицательные моменты в пролетах при, в среднем пролете для точки «6» при

Поперечная сила в каждом пролете определяется как для простой балки с опорными моментами на концах.

На опоре В справа и на средних опорах:

Для арматуры класса, ,. Принимаем ширину сечения. Высоту ригеля определяем по опорному моменту, задаваясь значением, .

4.3 Определение площади поперечного сечения поперечной арматуры на отрыв

здание железобетон плита арматура Нагрузка на ригель приложена в пределах высоты его сечения. Поэтому неободима дополнительная вертикальная (поперечная) арматура, площадь которой определяется расчетом на отрыв. Отрывающая нагрузка, приходящаяся на 1 мп длины ригеля и передающаяся через его полки на среднюю часть равна (без учета нагрузки от собственного веса ригеля и нагрузки на его ширине равной 0,3 м):

где — ширина поперечного сечения ригеля Так как шаг поперечных хомутов меньше, площадь будет уменьшаться пропорционально

Прочность обеспечена.

Библиографический список

1. СНиП 2.011.07−85*. Нагрузки и воздействия [Текст]; утв. Госстроем России 29.05.2003; взамен СНиП II-6−74; дата введения 01.01.87. — М.: ГУП ЦПП, 2003. -44с

2. СНиП 52−01−2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения [Текст]; утв. Государственным комитетом Российской Федерации по строительству и жилищно — коммунальному комплексу от 30.06.2003; взамен СНиП 2.03.01−84; дата введ. 01.03.2004. — М: ГУП НИИЖБ, 2004.-26 с.

3. СП 52.101−2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры [Текст]: утв. Государственным комитетом Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу от 30.06.2003: взамен СНиП 2,03,01−84: дата введ. 01.03.2004.-М.: ГУП ГИИЖБ, 2004.-55 с.

4. Нифонтов А. В. Расчет сборных железобетонных конструкций многоэтажного производственного здания. Части 1, 2. Методические указания для выполнения курсовых и дипломных проектов по железобетонным конструкциям. / Нифонтов А. В., Малышев В. В., Иваев О. О. — Н. Новгород. ННГАСУ. 2010, 37 с.