Проектирование сборного балочного междуэтажного перекрытия

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

 

Проектирование несущих конструкций

многоэтажного каркасного здания

 

Руководитель: Лапшинов А.Е.
Выполнил: студент Карпачева Д.Д.

ПГС 4-4

 

Москва 2014 год.

Оглавление

1. Исходные данные. 3

2. Проектирование сборного балочного междуэтажного перекрытия. 4

2.1.Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия. 4

2.2. Расчет и конструирование многопустотной предварительно-напряженной плиты перекрытия при временной нагрузке 2500 Н/м2. 5

2.3. Расчет плиты по предельным состояниям первой группы. 7

2.4. Расчет плиты по предельным состояниям второй группы. 12

3.Расчет и конструирование однопролетного ригеля. 19

3.1. Исходные данные. 19

3.2. Определение усилий в ригеле. 20

3.3. Расчет ригеля по прочности нормальных сечений при действии изгибающего момента. 21

3.4. Расчет ригеля по прочности при действии поперечных сил. 24

3.5. Построение эпюры материалов. 28

4. Расчет и конструирование колонны. 31

4.1. Исходные данные. 31

4.2. Определение усилий в колонне. 32

4.3. Расчет колонны по прочности. 32

5. Расчет и конструирование фундамента под колонну. 34

5.1 Исходные данные. 34

5.2 Определение размера стороны подошвы фундамента. 34

5.3 Определение высоты фундамента. 34

5.4 Расчет на продавливание. 36

5.5 Определение площади арматуры подошвы фундамента. 37

6. Монолитное перекрытие. 38

6.1. Расчет и конструирование плиты монолитного перекрытия. 38

6.2. Расчет и конструирование второстепенной балки. 42

Библиографический список. 50

 


Исходные данные

 

Исходные данные Значения
1. Размеры здания в плане (расстояние между осями), м 26,4 х 45,5
2. Количество этажей / высота этажа, м 8 / 3,0
3. Расчетное давление на грунт RO, МПа 0,34
4. Нормативная временная нагрузка на перекрытие / в т.ч. длительно-действующая, кПа 2,5 / 0,875
5. Район строительства Нижний Новгород
6. Класс ответственности здания II
7. Район по снеговой нагрузке IV(2,4)

Примечание: Класс бетона и классы арматуры для железобетонных конструкций принимаются по соответствующему обоснованию.

 


Проектирование сборного балочного междуэтажного перекрытия

Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия.

В состав сборного балочного междуэтажного перекрытия входят плиты и несущие ригели, опирающиеся на колонны (рис.1).

(Рисунок 1)

 

При компоновке балочного перекрытия приняли:

- Сетка колонн: 6.6 ´ 5.0 м.

- Направление ригелей: поперечное; с тавровым поперечным сечением без предварительного напряжения арматуры шириной и высотой , где l – пролет ригеля (l=590 см).

- Плиты многопустотные предварительно-напряженные высотой 220 мм (ширина расчетной плиты 1,2м и плиты распорки 1,8 м).

 


2.2. Расчет и конструирование многопустотной предварительно-напряженной плиты перекрытия при временной нагрузке 2500 Н/м2.

Исходные данные.

(Рисунок 2)

Нагрузки на 1 м2 перекрытия.

Вид нагрузки Нормативная нагрузка, Н/м2 Коэффициент надежности по нагрузке, gf Расчетная нагрузка, Н/м2
Ламинат d=8 мм, r=750 кг/м3 750´0,008´10=60 1,3
Древесно-волокнистая плита d=12 мм, r=600 кг/м3 600´0,012´10=72 1,3 93,6
Цементно-песчаная стяжка d=50 мм, r=1800 кг/м3 1800´0,05´10=900 1,3
Многопустотная плита перекрытия с омоноличиванием швов d=220 мм 1,1
Постоянная нагрузка g - 5081,6
Временная нагрузка J: Перегородки, δ=120 мм (приведенная нагрузка длительная) Jp   Полезная (из задания) в том числе кратковременная Jgn длительная Jlon       1,3   1,2 1,3 1,3     2112,5 1137,5
Итого временная нагрузка J -
Временная нагрузка без учета перегородок J0 -
Полная нагрузка (g+J) - 8731,6

 

Нагрузка на 1 п.м. длины плиты.

Номинальная ширина плиты 1,2 м;

Коэффициент надежности по назначению здания gn=1:

расчетная постоянная g=5,0816´1,2´1=6,1кН/м
расчетная полная (g+J)=8,7316´1,2´1=10,48кН/м
нормативная постоянная gn=4,432´1,2´1=5,3184 кН/м
нормативная полная (gn+Jn)= 7,432´1,2´1= 8,92кН/м
нормативная постоянная и длительная (gn+Jlon,n)=( 4,432+0,875) ´1,2´1=6,3684кН/м

Материалы для плиты.

Бетонтяжелый класса по прочности на сжатие В20.

Rb,n=Rb,ser = 15,0 МПа;

Rbt,n=Rbt,ser = 1,35 МПа;

Rb = 11,5 МПа,

Rbt = 0,9 МПа;

коэффициент условия работы бетона .

Начальный модуль упругости бетона МПа.

Технология изготовления плиты – агрегатно-поточная. Плита подвергается тепловой обработке при атмосферном давлении. Натяжение напрягаемой арматуры осуществляется электротермическим способом.

Арматура:

- продольная напрягаемая А600: Rs,n=Rs,ser = 600 МПа, Rs = 520 МПа, Es = 2,0 × 105 МПа.

- ненапрягаемая класса A500: Rs = 435МПа, Rsw =300 МПа.

 

Расчет прогиба плиты.

 

Расчет изгибаемых элементов по прогибам производят из условия:

ƒ ≤ ƒult, где

ƒ – прогиб элемента от действия внешней нагрузки;

ƒult – значение предельно допустимого прогиба.

При действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок прогиб балок или плит во всех случаях не должен превышать 1/200 пролета.

Для свободно опертой балки максимальный прогиб определяют по формуле:

где S-коэффициент, зависящий от расчетной схемы и вида нагрузки;

S= - при равномерно распределенной нагрузке;

S= - при двух равных моментах по концам балки от силы обжатия;

– полная кривизна в сечении с наибольшим изгибающим моментов от нагрузки, при которой определяется прогиб.

Полную кривизну изгибаемых элементов определяют для участков без трещин в растянутой зоне по формуле:

– кривизна от непродолжительного действия кратковременных нагрузок;

– кривизна от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;

– кривизна от непродолжительного действия усилия предварительного обжатия P(1), вычисленного с учетом только первых потерь, т.е. при действии момента .

 

Кривизну элемента на участке без трещин определяют по формуле:

М – изгибающий момент от внешней нагрузки или момент усилия предварительного обжатия относительно оси, проходящей через центр тяжести приведенного сечения;

– момент инерции приведенного сечения;

– модуль деформации сжатого бетона, определяемый по формуле:

МПа=7,24·10² кН/см²;

φb,cr – коэффициент ползучести бетона

 

Прогиб определяется с учетом эстетико-психологических требований, т.е. от действия только постоянных и временных длительных нагрузок:

1/см,

- изгибающий момент от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок

 

В запас жесткости плиты оценим ее прогиб только от постоянной и длительной нагрузок (без учета выгиба от усилия предварительного обжатия):

см < 2,595 см

Допустимый прогиб f=(1/200)l=519/200=2,595 см.

 

Кривизна от кратковременного выгиба при действии усилия предварительного обжатия:

1/см.

-усилие обжатия с учетом первых потерь; =210,45 кН;

Кроме того, может быть учтена кривизна , обусловленная выгибом элемента вследствие усадки и ползучести бетона в стадии изготовления от неравномерного обжатия по высоте сечения плиты:

- значения, численно равные сумме потерь предварительного напряжения арматуры от усадки и ползучести бетона соответственно для арматуры растянутой зоны и для арматуры, условно расположенной в уровне крайнего сжатого волокна бетона.

 

Напряжение в уровне крайнего сжатого волокна:

=-0,53 МПа

-усилие предварительного обжатия с учетом полных потерь; =170,03 кН;

Следовательно, в верхнем волокне в стадии предварительного обжатия возникает растяжение, поэтому принимается равным нулю: .

Следует проверить, образуются ли в верхней зоне трещины в стадии предварительного обжатия:

где -значение , определяемое для растянутого от усилия обжатия волокна (верхнего);

-расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки, наиболее удаленной от грани элемента, растянутой усилием ;

и -усилие обжатия с учетом первых потерь и его эксцентриситет относительно центра тяжести приведенного сечения;

- значение при классе бетона, численно равном передаточной прочности ;

-для двутаврового симметричного сечения;

см; см; кН; см3.

Передаточная прочность назначается не менее 15 МПа и не менее 50% принятого класса бетона. Тогда для получаем:

=5,52 кН·м > 0

Следовательно, трещины в верхней зоне в стадии предварительного обжатия не образуются. В нижней зоне в стадии эксплуатации трещин также нет.

 

Для элементов без трещин сумма кривизны принимается не менее кривизны от усилия предварительного обжатия при продолжительном его действии.

 

При продолжительности действия усилия предварительного обжатия:

Мпа = 7,24·10²= кН/см²;

1/см.

1/см.

1/см

Это значение больше, чем кривизна от усилия предварительного обжатия при продолжительном его действии ( ).

 

Таким образом, прогиб плиты с учетом выгиба (в том числе его приращения от неравномерной усадки и ползучести бетона в стадии изготовления вследствие неравномерного обжатия сечения по высоте) будет равен:

см

Допустимый прогиб f=(1/200)l=519/200=2,595 см. Так как можно выгиб в стадии изготовления не учитывать.

 


Исходные данные.

Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м2 перекрытия принимаются те же, что и при расчете панелей перекрытия. Ригель шарнирно оперт на консоли колонн, см.

 

Расчетный пролет:

- пролет ригеля в осях

b – размер колонны

20 – зазор между колонной и торцом ригеля

130 – размер площадки опирания

Расчетная нагрузка на 1 м длины ригеля определяется с грузовой полосы, равной шагу рам, в данном случае средний шаг рам 5,25 м.

Постоянная (g):

- от перекрытия с учетом коэффициента надежности по ответственности

- шаг рам

- от веса ригеля:

где 2500 кг/м³-плотность железобетона. С учетом коэффициента надежности по нагрузке и по ответственности здания :

Итого нагрузка погонная, т.е. с грузовой полосы, равной шагу рам:

Временная нагрузка (v) с учетом коэффициента надежности по ответственности здания и коэффициента сочетания:

А1 = 9 м2 для помещений

А =5,25×6,6= 36,3 м2 - грузовая площадь ригеля.

Перегородки, δ=120 мм (приведенная нагрузка длительная) расчетная =0,65 кН/м

На коэффициент сочетания умножается нагрузка без учета перегородок:

Полная погонная нагрузка:

 

 


Расчетный пролет ригеля.

Расчетное сечение ригеля.

 

 

Изгибающего момента.

- рабочая высота сечения ригеля;

;

;

Определяем высоту сжатой зоны

- рабочая высота сечения ригеля

- относительная высота сжатой зоны, определяемая в зависимости от

Граница сжатой зоны проходит в узкой части сечения ригеля, следовательно, расчет ведем как для прямоугольного сечения.

Расчет по прочности нормальных сечений производится в зависимости в зависимости от соотношения относительной высоты сжатой зоны бетона и граничной относительной высоты , при которой предельное состояние элемента наступает по сжатой зоне бетона одновременно с достижением в растянутой арматуре напряжения, равного расчетному сопротивлению Rs.

 

Значение определяется по формуле:

где -относительная деформация растянутой арматуры при напряжениях, равных Rs;

, Rs=435 МПа, МПа;

- относительная деформация сжатого бетона при напряжениях, равных Rb, принимаемая равной 0,0035;

Если , то площадь сечения растянутой арматуры определяется по формуле:

По найденной площади сечения растянутой арматуры по сортаменту подбираем 2Ø18A500C,

2Ø20A500C As=5,09+6,28=11,37 см².

 

Исходные данные.

Нагрузка на 1 м² перекрытия принимается такой же, как и в предыдущих расчетах (см. табл.1).

Нагрузки на 1 м2 перекрытия

  Вид нагрузки Нормативная нагрузка , Н/м2 Коэффициент надежности по нагрузке Расчетная нагрузка , Н/м2
Гидроизоляционный ковер (3 слоя) Армированная цементно- песчаная стяжка, мм, кг/м3 Керамзит по уклону, мм, кг/м3 Утеплитель-минераловатные плиты, мм, кг/м3 Пароизоляция 1 слой Многопустотная плита перекрытия с омоноличиванием швов, мм             1,3   1,3     1,3     1,3 1,3   1,1           292,5  
Постоянная нагрузка ( ) - 6216,5
Временная нагрузка – снеговая*: S= Sgμ в том числе кратковременная часть снеговой нагрузки Sl   2400·0,7=1680     - -  
Полная нагрузка - 8616,5

*-снеговая нагрузка и коэффициент µ принимаются по СП 20.13330.2011

Материалы для плиты:

Бетон - тяжелый класса по прочности на сжатие В30, расчетное сопротивление при сжатии

Арматура:

-продольная рабочая класса А500С (диаметр 16…40 мм), расчетное сопротивление

-поперечная-класса А240

Исходные данные.

Грунты основания – суглинок, условное расчетное сопротивление грунта

Бетон тяжелый класса В40. Расчетное сопротивление растяжению ,

Арматура класса А500С,

Вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его обрезах

Высоту фундамента предварительно принимаем 90 см. С учетом пола подвала глубина заложения фундамента . Расчетное усилие, передающееся с колонны на фундамент, .

Нормативное усилие:

-усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке

 

Расчет на продавливание.

Проверять нижнюю ступень фундамента на прочность против продавливания.

Расчет элементов без поперечной арматуры на продавливание при действии сосредоточенной силы производится из условия , где - предельное усилие воспринимаемое бетоном

где F-продавливающая сила, принимаемая равной продольной силе в колонне подвального этажа на уровне обреза фундамента за вычетом нагрузки, создаваемой реактивным отпором грунта, приложенным к подошве фундамента в пределах площади с размерами, превышающими размер площадки опирания (в моем случае второй ступени фундамента ) на величину во всех направлениях;

- площадь расчетного поперечного сечения, расположенного на расстоянии от границы площади приложения силы N c рабочей высотой сечения . В моем случае

Площадь определяется по формуле:

где U- периметр контура расчетного сечения

Площадь расчетного поперечного сечения

Продавливающая сила равна:

здесь p - реактивный отпор грунта

- площадь основания продавливаемого фрагмента нижней ступени фундамента в пределах контура расчетного поперечного сечения, равная:

Проверка условия дает:

т.е. прочность нижней ступени фундамента против продавливания обеспечена.

 


Монолитное перекрытие.

Данные для проектирования.

Монолитное ребристое перекрытие компонуют с поперечными главными балками и продольными второстепенными. Второстепенные балки размещаются по осям колонн и в третях пролета главной балки, при этом пролеты между осями ребер равны L/3=6600/3=2200 мм, так чтобы соотношение пролетов плиты перекрытия было больше двух. Плита в этом случае рассчитывается как балочная в направлении короткого пролета. Привязку продольных и торцевых кирпичных стен принимаем , глубина опирания на стены плиты 0,12 м, второстепенной балки 0,25 м, главной балки 0,38 м.

Предварительно задаемся размером сечений (размеры поперечных сечений балок принимаются кратными 5 см):

1. Главной балки.

2. Второстепенной балки.

3. Плиты

Материалы для перекрытия:

Бетон – тяжелый класса В15, расчетное сопротивление осевому сжатию Rb = 8,5МПа, расчетное сопротивление растяжению Rbt = 0,75 Мпа

Арматура:

- для армирования плит – проволока класса В500С диаметром 3…5 мм, Rs=415 МПа.

- для армирования второстепенных балок – продольная рабочая арматура класса А500С, Rs=435МПа; поперечная класса А240, Rsw=170 МПа, арматура сеток – проволока класса В500С.

По степени ответственности здание относится к классу II (коэффициент надежности по назначению )

 

Конструирование плиты.

Рулонные сетки с продольным направлением рабочих стержней раскатывают в направлении главных балок и стыкуют между собой внахлестку без сварки. Сетки выбираются по сортаменту сварных сеток соответствующей ширины.

Для перекрытия с плитами, окаймленными балками по четырем сторонам, принимаем основные сетки с площадью продольной рабочей арматуры

на 1 пог. м. > . Сетка принимается шириной 2940 мм и длиной 26220 мм.

В первом пролете над первой промежуточной опорой необходимо уложить дополнительные сетки с площадью продольной рабочей арматуры

на 1 пог. м. > . Сетка принимается шириной 2940 мм и длиной 2600 мм.

Для перекрытия у торцевых стен с плитами, не окаймленными балками по четырем сторонам, принимаем основные сетки с площадью продольной рабочей арматуры на 1 пог. м. > . Сетка принимается шириной 2940 мм и длиной 26220 мм.

В первом пролете над первой промежуточной опорой необходимо уложить дополнительные сетки с площадью продольной рабочей арматуры

на 1 пог. м. > . Сетка принимается шириной 2940 мм и длиной 2600 мм.

 

Библиографический список

 

1. Учебно-методические указания и справочные материалы к курсовому проекту по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» для студентов специальности 270800.62 «Строительство», профиль подготовки «Промышленное и гражданское строительство», квалификация бакалавр, 2013.

 

2. СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия (Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*).

 

3. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения (Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003).

 

4. СП 131.13330.2012. Строительная климатология (Актуализированная редакция СНиП 23-01-99).

 

5. СП 70.13330.2012. Несущие и ограждающие конструкции (Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87).

 

6. Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона (к СП 52-102-2004).

 

7. ГОСТ 9561-91. Плиты перекрытий железобетонные многопустотные для зданий и сооружений. Технические условия. М.: Издательство стандартов, 1992.

 

8. ГОСТ 18980-90. Ригели железобетонные для многоэтажных зданий. Технические условия. М.: Издательство стандартов, 1990.

 

9. ГОСТ 18979-90. Колонны железобетонные для многоэтажных зданий. Технические условия. М.: ЦИТП, 1990.

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

 

Проектирование несущих конструкций

многоэтажного каркасного здания

 

Руководитель: Лапшинов А.Е.
Выполнил: студент Карпачева Д.Д.

ПГС 4-4

 

Москва 2014 год.

Оглавление

1. Исходные данные. 3

2. Проектирование сборного балочного междуэтажного перекрытия. 4

2.1.Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия. 4

2.2. Расчет и конструирование многопустотной предварительно-напряженной плиты перекрытия при временной нагрузке 2500 Н/м2. 5

2.3. Расчет плиты по предельным состояниям первой группы. 7

2.4. Расчет плиты по предельным состояниям второй группы. 12

3.Расчет и конструирование однопролетного ригеля. 19

3.1. Исходные данные. 19

3.2. Определение усилий в ригеле. 20

3.3. Расчет ригеля по прочности нормальных сечений при действии изгибающего момента. 21

3.4. Расчет ригеля по прочности при действии поперечных сил. 24

3.5. Построение эпюры материалов. 28

4. Расчет и конструирование колонны. 31

4.1. Исходные данные. 31

4.2. Определение усилий в колонне. 32

4.3. Расчет колонны по прочности. 32

5. Расчет и конструирование фундамента под колонну. 34

5.1 Исходные данные. 34

5.2 Определение размера стороны подошвы фундамента. 34

5.3 Определение высоты фундамента. 34

5.4 Расчет на продавливание. 36

5.5 Определение площади арматуры подошвы фундамента. 37

6. Монолитное перекрытие. 38

6.1. Расчет и конструирование плиты монолитного перекрытия. 38

6.2. Расчет и конструирование второстепенной балки. 42

Библиографический список. 50

 


Исходные данные

 

Исходные данные Значения
1. Размеры здания в плане (расстояние между осями), м 26,4 х 45,5
2. Количество этажей / высота этажа, м 8 / 3,0
3. Расчетное давление на грунт RO, МПа 0,34
4. Нормативная временная нагрузка на перекрытие / в т.ч. длительно-действующая, кПа 2,5 / 0,875
5. Район строительства Нижний Новгород
6. Класс ответственности здания II
7. Район по снеговой нагрузке IV(2,4)

Примечание: Класс бетона и классы арматуры для железобетонных конструкций принимаются по соответствующему обоснованию.

 


Проектирование сборного балочного междуэтажного перекрытия