Расчет и конструирование предварительно напряженной железобетонной панели сборного перекрытия многоэтажного здания

Пролет здания ;

Шаг колонн ;

Материалы для изготовления сборной панели перекрытия:

— класс бетона В25;

— класс напрягаемой арматуры А-V;

— электротермический способ натяжения арматуры на упоры;

Конструктивные и технологические параметры здания:

— высота этажа ;

— количество этажей (без подвала): 3

— поперечное сечение сборного ригеля: прямоугольное;

— поперечное сечение сборной панели: ребристая панель перекрытия с продольными ребрами вниз;

— толщина наружных стен ;

— относительная влажность воздуха в помещении ;

— нормативная временная (полезная) нагрузка на сборное междуэтажное перекрытие =9.0 кН/м²;

— в том числе кратковременно действующая .

1. Компоновка плана перекрытия

Рис. 1.Монтажная схема сборного железобетонного перекрытия здания с неполным несущим каркасом: 1-наружнаянесущая кирпичная стена; 2-доборная панель номинальной шириной 1,85 м; 3-типовая панель номинальной шириной 1,4 м; 4-распорная панель по осям колонн номинальной шириной 1,3 м; 5- ригель, опирающийся на консоль колонны и на наружную стену; 6- ригель, опирающийся на консоли колонн; 7- сборная железобетонная колонна Рис. 2. Поперечный разрезнесущие конструкции (стена, колонна, перекрытие): 8- подригельная опорная консоль колонны; 9- распределительный железобетонный брус.

2. Расчет и конструирование предварительно напряженной железобетонной панели сборного перекрытия многоэтажного здания

2.1 Выбор геометрических параметров панели

Расчет раскладки панелей перекрытия Средний пролет:

Крайний пролет:

Принимаем в соответствии с конструктивной схемой здания ширину панели равной 1400 мм.

Расчет продольных геометрических параметров панели:

;

;

Рис. 3. Определение конструктивной длины и расчетного пролета панели.

Рис. 4. Схема узла опирания панели на ригель прямоугольного сечения Расчет поперечных геометрических параметров панели:

;

.

Высота панели:

Принимаем: .

Рис. 5. Геометрические характеристики поперечного и продольного сечений панели: 1- продольное ребро; 2- поперечное промежуточное ребро; 3- поперечное торцевое ребро.

Необходимость устройства поперечных промежуточных и торцевых ребер обуславливается условиями для обеспечения:

1)общей устойчивости плиты при изготовлении (в момент отпуска усилия преднапряжения) и в процессе монтажа (при подъеме за петли);

2) работы полки плиты на местный изгиб в двух направлениях.

2.2 Определение нагрузок, действующих на междуэтажное перекрытие, и сбор нагрузок на одну панель

Рассчитаем объем панели:

Нормативная нагрузка от собственного веса панели:

гдеплотность конструкционного тяжелого железобетона, принимается согласно пп. 2.1.1.1[8] и равная; то есть ;Vобъем панели; - номинальная ширина панели,; - конструктивная длина панели, Для расчета панели на трещиностойкость (момент трещинообразования, ширина раскрытия трещин) и жесткость, те есть деформативность (прогиб), определяется величина нормативной длительно действующей нагрузки:

гдепродолжительно действующая нормативная нагрузка; - кратковременная действующая составляющая полной временной нагрузки .

Для расчета панели на прочность определяется полная расчетная нагрузка равная сумме постоянной и временной нагрузок, умноженных на соответствующие коэффициенты надежности по нагрузки .

Коэффициент надежности по нагрузке для железобетонных и каменных конструкций согласно [5, п. 2.2] равен 1,1; для выравнивающих и отделочных слоев выполняемых на строительной площадке, согласно [5, п. 2.2] равен 1,3.

Коэффициент надежности по нагрузке для равномерно распределенных временных нагрузок следует принимать согласно [5, п. 3.7] равным1,2 при полном нормативном значении 2,0 кПа и более Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м² перекрытия Таблица 1

В табл.1 представлены нагрузки, действующие на 1 междуэтажного перекрытия, то есть нагрузки, распределенные по площади.

Для расчета отдельной панели подсчитаем распределенные по длине нагрузки на 1 погонный метр пролета панели при ее ширине с учетом коэффициента надежности по назначению здания :

=0.95- важное значение Полная расчетная нагрузка (погонная):

=.

Полная нормативная нагрузка (погонная):

Продолжительно действующая нормативная нагрузка (погонная):

2.3 Выбор расчетной схемы панели и расчет внутренних усилий в панели

Рис. 6. Расчетная схема сборной панели Проведем расчет внутренних усилий в панели (рис.6).

1. Изгибающий момент от полной расчетной нагрузки

2. Поперечная сила от полной расчетной нагрузки

3. Изгибающий момент от полной нормативной нагрузки

4. Изгибающий момент от продолжительно (длительно) действующей нормативной нагрузки Рис. 7. Эпюры внутренних усилий в панели На рис. 7 показано деление плиты на три расчетных участка: два приопорных участка по четверти пролета и один средний участок равный половине пролета.

2.4 Характеристики арматуры и бетона

Напрягаемая арматура классаА-800(А-V):

Нормативные значения сопротивления растяжению и расчетные значения сопротивления растяжению для предельных состояний второй группы, МПа

R_sn=R_s,ser=800МПа, R_s=695Мпа, E_s=2•10⁵Мпа.

В качестве ненапрягаемой арматуры предусматриваем арматуру класса В500

R_s =415МПа, E_s=2•10⁵Мпа Расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению для предельных состояний первой группыR_sw=300МПа Класс бетонаВ25:

Нормативное сопротивление R_bn и расчетное сопротивление R_b,ser на осевое сжатие для предельных состояний второй группы

R_bn=R_b,ser=29Мпа, Нормативное сопротивление на осевое растяжение бетона для предельных состояний второй группыR_btn= R_bt,ser =1,55МПа Расчетное сопротивление на осевое сжатие для предельных состояний первой группыR_b=14,5МПа Расчетное сопротивление на осевое растяжение для предельных состояний первой группыR_bt=1,05МПа Начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяженииE_b =30МПа· 10,

2.5 Выбор величины исходного предварительного напряжения в напрягаемой арматуре

междуэтажное перекрытие панель

- исходная величина предварительного напряжения.

— с целью безопасности при производстве работ по натяжению арматуры.

2.6 Подбор продольной напрягаемой рабочей арматуры из условий прочности сечения, нормального к продольной оси панели

Приведенное сечение Рис. 8. Приведенное сечение ребристой панели Величина должна удовлетворять условию: где — диаметр предварительно напряженной арматуры; - толщина защитного слоя бетона.

Рис. 9.определение в сечении.

Определяемрабочую высоту сечения:

Определяем высоту сжатой зоны бетона:

— граница сжатой зоны проходит в полке.

Предполагаем, то есть наша сборная панель разрушается по 1-му случаю разрушения железобетонной конструкции.

Площадь сечения предварительно напряженной арматуры:

Площадь сечения продольной напрягаемой арматуры должна быть не менее 5.06см², данному условию соответствуют 2 стержня диаметром 18 мм.

Проверяем величину с учетом принятой величины =18мм:

— условие выполняется.

2.7 Определение геометрических характеристик приведенного сечения железобетонной панели

Коэффициент приведения арматуры к бетону

— площадь приведенного поперечного сечения панели.

— статический момент площади приведенного поперечного сечения панели относительно наиболее растянутого волокна бетона, то есть относительно оси 1−1, проходящей по нижней грани приведенного сечения (рис. 10).

— расстояние от наиболее растянутого волокна бетона, то есть от оси 1−1, до ЦТ приведенного поперечного сечения панели.

— момент инерции приведенного поперечного сечения относительно его ЦТ.

— момент сопротивления приведенного сечения для крайних растянутых волокон, то есть относительно нижней и верхней греней.

Расстояние от ЦТ приведенного сечения до верхней ядровой точки:

Расстояние от ЦТ приведенного сечения до нижней ядровой точки:

Рис. 10. К определению геометрических характеристик приведенного сечения

2.8 Вычисление потерь предварительного напряжения в напрягаемой рабочей арматуре

1. Потери от релаксации стержневой арматуры при электротермическом способе натяжения:

;

2. Потери от температурного перепада:

; т. к

3. Потери от деформации стальной формы (упоров):

4. Потери от деформации анкеров натяжных устройств:;

Полные значения первых потерь предварительного напряжения арматуры:

5. Потери от усадки бетона:

6. Потери от ползучести бетона:

— бетон на уровне ЦТ напрягаемой арматуры сжат

— коэффициент армирования, определяемый согласно п. 2.2.3.8СП[8]:

Полные значения первых и вторых потерь предварительного напряжения арматуры:

— условие выполняется

2.9 Проверка прочности панели по сечению, нормальному к продольной оси панели, на действие изгибающего момента

гдеотносительная деформация арматуры растянутой зоны, вызванная внешней нагрузкой при достижении в этой арматуре напряжения, равного; - относительная деформация сжатого бетона при напряжениях, равных принимается равной 0,0035

Расчет по прочности сечений изгибаемых элементов производится из условия:

где — изгибающий момент от внешней нагрузки; - предельный изгибающий момент, который может быть воспринят сечением элемента.

M=91.5 кНм Проверим условие:

Определяем действительное значение высоты сжатой зоны бетона х

— граница сжатой зоны бетона проходит полке

— условие выполняется, значит происходит первый случай разрушения.

— несущая способность нормального сечения плиты по изгибающему моменту обеспечена.

Проверим соответствие относительного увеличения предельного изгибающего момента и относительного увеличения площади поперечного сечения арматуры Рис. 11. Геометрические параметры нормального сечения изгибаемой железобетонной конструкции и схема усилий в этом сечении.

2.10 Проектирование постановки поперечной арматуры исходя из конструктивных требований и подбор поперечного сечения хомутов

h=300мм — следовательно поперечную арматуру в плите устанавливаем.

2.11 Расчет по прочности сечений, наклонных к продольной оси панели

Расчет предварительно напряженных изгибаемых элементов по наклонному сечению производится из условия:

— поперечная сила в наклонном сечении с длинной проекции с на продольную ось элемента, определяемая от всех внешних сил, расположенных по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения;

— поперечная сила, воспринимаемая бетоном в наклонном сечении;- поперечная сила воспринимаемая арматурой в наклонном сечении.

Рис. 12. Разрушение балки по наклонному сечению

Принимаем

Рис. 13 К определению величины Q

Должно выполняться условие:

— коэффициент, принимаемый согласно п. 3.1.5.3. СП[8];

— ширина ребра таврового приведенного сечения Верхний предел:

Нижний предел:

— условие выполняется В балках и ребрах высотой 150 мм и более, на участках элемента, где поперечная сила по расчету воспринимается только бетоном, следует устанавливать арматуру с шагом не более 0.75h₀ и не более 500 мм.

Принимаем поперечное армирование в виде двух арматурных сеток С-1 из арматуры класса В500. Принимаем стержни мм.

Рис. 14. Сетка С-1 и эпюра поперечных сил на расчетных участках пролета балки

— прочность сечения наклонного сечения продольной оси панели, на действие поперечной силы по наклонной трещине обеспечена.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта были:

· закреплены теоретические знания теории расчета предварительно напряженных железобетонных конструкций;

· получены практические знания, умения и навыки в выполнении расчетов, а также в использовании нормативной литературы;

· усвоены методики расчета и конструирования изгибаемых предварительно напряженных железобетонных конструкций на примере панели перекрытия.

Библиографический список:

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

2. Семеняк Г. П., Горбунов С. П. Нормоконтроль к курсовом и дипломном проектировании: Учебное пособие. — Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2001. — 30 с.

3. СНиП 2.03.01−84*. Бетонные и железобетонные конструкции.

4. Строительные конструкции: Методические указания для студентов специальности 270 106 / Составитель В. А. Мусихин. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. — 39 с.