|
||||||||||||
|
||||||||||||
|
|||||||||
МЕНЮ
|
БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Конструирование и расчет элементов железобетонных конструкций многоэтажного здания (без подвала) с наружными каменными стенами и внутренним железобетонным каркасомКонструирование и расчет элементов железобетонных конструкций многоэтажного здания (без подвала) с наружными каменными стенами и внутренним железобетонным каркасомФедеральное агентство по образованию и науке Кубанский государственный технологический университет Кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений Пояснительная записка к курсовому проекту №1 по дисциплине « Железобетонные и каменные конструкции» На тему: «Конструирование и расчет элементов железобетонных конструкций многоэтажного здания (без подвала) с наружными каменными стенами и внутренним железобетонным каркасом» Краснодар 2005г. 1. Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия Выбираем поперечное расположение ригелей относительно длины здания, за счет чего достигается повышение жесткости, что необходимо в зданиях с большими проемами. На средних опорах ригели опираются на консоли колонн, а по краям заделываются в несущие стены. Принимаем прямоугольную форму сечения ригеля как наиболее простую для расчета. Исходя из технико-экономического анализа, выбираем продольное расположение плит относительно длины здания, что позволяет в целом сэкономить около двух кубометров железобетона по сравнению с поперечным расположением плит относительно здания. Поскольку нормативная нагрузка (6,4кПа) больше 5 кПа, принимаем ребристые предварительно напряженные плиты номинальной шириной 1400 мм. Связевые плиты располагаем по рядам колонн. В крайних пролётах помимо основных плит принято по доборному элементу шириной 500 мм. Принимаем привязку осей 200х310 мм. В продольном направлении жесткость здания обеспечивается вертикальными связями, устанавливаемыми в одном среднем пролете по каждому ряду колонн. В поперечном направлении жесткость здания обеспечивается по связевой системе: ветровая нагрузка через перекрытия, работающие как горизонтальные жесткие, передается на торцевые стены, выполняющие функции вертикальных связевых диафрагм, и поперечные рамы. Поперечные же рамы работают на вертикальную и горизонтальную нагрузку. Исходя из климатических условий района строительства, принимаем толщину стен в два кирпича, то есть 510мм. Поскольку длина здания больше 40 м, в середине здания в поперечном направлении устраиваем деформационный шов. 2. Расчет ребристой предварительно напряжённой плиты перекрытия по двум группам предельных состояний 2.1 Расчет плиты по предельным состояниям первой группы 2.1.1 Расчетный пролет и нагрузки Для установления расчетного пролета плиты задаёмся размерами сечения ригеля: - высота: - ширина: При опирании на ригель по верху расчётный пролёт равен: где - расстояние между разбивочными осями, м - ширина сечения ригеля, м Рисунок 2 - К определению расчетного пролета плиты Таблица 1- Нагрузка на 1м2 междуэтажного перекрытия
принимаем где n=2 - число напрягаемых стержней плиты. Коэффициент точности натяжения при благоприятном влиянии предварительного напряжения При проверке по образованию трещин в верхней зоне плиты при обжатии принимаем: Предварительное напряжение с учётом точности натяжения: 2.1.5 Расчёт прочности плиты по сечению, нормальному к продольной оси Сечение тавровое с полкой в сжатой зоне. Условие:: Т.к. , условие выполняется, т.е. нижняя граница сжатой зоны располагается в пределах полки, Вычисляем: По таблице 3.1[1] находим: ; ; - нейтральная ось проходит в пределах сжатой полки; Вычисляем граничную высоту сжатой зоны: -при электротермическом способе натяжения; , т.к. - характеристика деформативных свойств бетона; Коэффициент условий работы, учитывающий сопротивление напрягаемой арматуры выше условного предела текучести: для арматуры класса А-VI; принимаем Вычисляем площадь сечения растянутой арматуры: Принимаем 2Ш14 А-VI с . 2.1.6 Расчёт полки на местный изгиб Рисунок 5- К расчету полки плиты на местный изгиб Расчётный пролёт при ширине рёбер вверху 0,09 м составит , Нагрузка на полки: Расчётная нагрузка на полки составляет: где - расчётная постоянная нагрузка на плиту от пола, - расчётная нагрузка от собственного веса полки, Изгибающий момент для полосы шириной 1м определяем с учётом частичной заделки в рёбрах Рабочая высота сечения Арматура Ш4 Вр-I с Принимаем 6Ш4Вр-I с с шагом и нестандартную сварную сетку из одинаковых в обоих направлениях стержней Ш4Вр-I; марка сетки: с . 2.2 Расчёт ребристой плиты по предельным состояниям II группы 2.2.1 Геометрические характеристики приведённого сечения Отношение модулей упругости: Площадь приведённого сечения: Статический момент площади приведённого сечения относительно нижней грани: Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения: Момент инерции приведённого сечения: где момент инерции части сечения относительно оси, проходящей через центр тяжести этой части сечения; Момент сопротивления приведённого сечения по нижней зоне Момент сопротивления приведённого сечения по верхней зоне Расстояние от ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны (верхней) до центра тяжести приведённого сечения: То же, наименее удаленной от растянутой зоны (нижней): Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне: где - коэффициент, принимаемый для тавровых сечений с полкой в сжатой зоне. Упругопластический момент по растянутой зоне в стадии изготовления и обжатия элемента: где - коэффициент, принимаемый для таврового сечения с полкой в растянутой зоне при и 2.2.2Определение потерь предварительного напряжения арматуры Коэффициент точности натяжения арматуры при этом Потери от релаксации напряжений в арматуре при электротермическом способе натяжения канатов: . Потери от температурного перепада, между натянутой арматурой и упорами , так как при пропаривании форма с упорами нагревается вместе с изделием. Усилие обжатия с учётом полных потерь: Эксцентриситет этого усилия относительно центра тяжести приведённого сечения: Напряжение в бетоне при обжатии: Устанавливаем величину передаточной прочности бетона из условия: Принимаем , тогда Вычисляем сжимающие напряжения в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры от усилия обжатия и с учётом изгибающего момента от массы: , тогда Потери от быстронатекающей ползучести: и при составляет Первые потери: С учетом напряжение равно: Потери от усадки бетона Потери от ползучести бетона при составляют Вторые потери: Полные потери: т.е. больше установленного минимального значения потерь. Усилие обжатия с учётом полных потерь: 2.2.3 Расчёт прочности плиты по сечению, наклонному к продольной оси Влияние продольного усилия обжатия Проверяем, требуется ли поперечная арматура по расчёту. Условие: - удовлетворяется. При: , принимаем Другое условие: - условие удовлетворяется. Следовательно, поперечная арматура не требуется по расчету. На приопорных участках длиной устанавливаем конструктивно в каждом ребре плиты поперечные стержни Ш6 А-I с шагом, в средней части пролета шаг . Поскольку поперечные стержни приняты конструктивно, проверку прочности не производим. 2.2.4 Расчёт по образованию трещин, нормальных к продольной оси Выполняем для выяснения необходимости проверки по раскрытию трещин. При этом для элементов, к трещиностойкости которых предъявляют требования 3-й категории, принимаем значения коэффициента надежности по нагрузке: Условие: Вычисляем момент образования трещин по приближённому способу ядровых моментов: Здесь ядровый момент усилия обжатия при Поскольку ,трещины в растянутой зоне образуются. Проверяем, образуются ли начальные трещины в верхней зоне плиты при её обжатии при значении коэффициента точности натяжения . Изгибающий момент от собственной массы плиты Расчётное условие: Поскольку , условие удовлетворяется, начальные трещины не образуются: здесь - сопротивление бетона растяжению соответствующее передаточной прочности бетона . 2.2.5 Расчет по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси Предельная ширина раскрытия трещин: непродолжительная , продолжительная . Изгибающие моменты от нормативных нагрузок: постоянной и длительной полной Приращение напряжений в растянутой арматуре от действия постоянной и длительной нагрузок: где плечо внутренней пары сил; так как усилие обжатия Р2 приложено в центре тяжести нижней напрягаемой арматуры; момент сопротивления сечения по растянутой арматуре; Поскольку приращение напряжений , трещины в растянутой зоне плиты от действия этого вида нагрузок не образуются и, соответственно, нет прогиба плиты. Приращение напряжений в арматуре от действия полной нагрузки: Вычисляем: - ширину раскрытия трещин от непродолжительного действия полной нагрузки: где d-диаметр продольной арматуры, м Непродолжительная ширина раскрытия трещин: Продолжительная ширина раскрытия трещин: Следовательно, конструкция в целом отвечает требованиям трещиностойкости. 2.2.6 Расчёт плиты на усилия, возникающие в период изготовления, транспортирования и монтажа Расчет ведем на совместное действие внецентренного сжатия и нагрузки от собственного веса. За расчётное сечение принимаем сечение, расположенное на расстоянии 1 м от торца панели. Нагрузка от собственного веса: Момент от собственного веса: Определяем , тогда Принимаем арматуру 2Ш22 А-II с для каркасов КП-1. Рисунок 6 - Расчетная схема плиты в период изготовления, транспортирования и монтажа 3. Расчет трехпролетного неразрезного ригеля Расчетный пролет ригеля между осями колонн , а в крайних пролетах: где привязка оси стены от внутренней грани, м глубина заделки ригеля в стену, м 3.1 Материалы ригеля и их расчетные характеристики Бетон тяжелый класса: В20, , коэффициент условий работы бетона . Арматура: - продольная рабочая из стали кл.А-III ; модуль упругости - поперечная из стали класса А - I, 3.2 Статический расчет ригеля Предварительно определяем размеры сечения ригеля: - высота - ширина Нагрузка от собственного веса ригеля: Нагрузку на ригель собираем с грузовой полосы шириной, равной номинальной длине плиты перекрытия. Вычисляем расчетную нагрузку на 1м длины ригеля. Постоянная: - от перекрытия с учётом коэффициента надёжности по назначению здания : - от массы ригеля с учётом коэффициента надёжности и Итого: Временная нагрузка с учётом коэффициента надёжности по назначению здания : Полная расчетная нагрузка: Расчетные значения изгибающих моментов и поперечных сил находим в предположении упругой работы неразрезной трехпролетной балки. Схемы загружения и значения M и Q в пролетах и на опорах приведены в табл.2 Таблица 2- Определение изгибающих моментов и поперечных сил
По данным табл.2 строим эпюры изгибающих моментов и поперечных сил для различных комбинаций нагрузок. При этом значения M и Q от постоянной нагрузки - схема I - входят в каждую комбинацию. Далее производим перерасчет усилий. Для обеих промежуточных опор устанавливаем одинаковое значение опорного момента, равное сниженному на 30% максимальному значению момента на опоре «В»: . Исходя из принятого опорного момента, отдельно для каждой комбинации осуществляем перераспределение моментов между опорными и промежуточными сечениями добавлением треугольных эпюр моментов. Опорный момент ригеля по грани колонны на опоре «В» со стороны второго пролета при высоте сечения колонны Для расчета прочности по сечениям, наклонным к продольной оси, принимаем значения поперечных сил ригеля, большие из двух расчетов: упругого расчета и с учетом перераспределения моментов. 3.3 Расчёт прочности ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси Высоту сечения ригеля уточняем по опорному моменту по грани колонны при , поскольку на опоре момент определен с учетом образования пластического шарнира. Принятую высоту затем проверяем по пролетному наибольшему моменту так, чтобы относительная высота сжатой зоны была и исключалось неэкономичное переармирование сечения. По табл. III.1.[1] при находим значение , а по формуле определяем граничную высоту сжатой зоны: характеристика деформативных свойств бетона. , т.к. Определяем рабочую высоту сечения ригеля: Полная высота сечения: С учетом унификации принимаем , Для опорных и пролётных сечений принято расстояние от границы растянутой грани до центра тяжести растянутой арматуры а=0,06 м при расположении арматуры в 2 ряда и а =0,03 м при расположении арматуры в 1 ряд. Рисунок 8- К расчету прочности ригеля - сечение - в пролете (а) - на опоре (б) Сечение в первом пролёте: , Расчет сечения арматуры выполняем, используя вспомогательные таблицы, вычисляем По табл. находим , Проверяем принятую высоту сечения ригеля. Поскольку , сечение не будет переармированным. Определяем площадь сечения продольной арматуры: По сортаменту принимаем для армирования 2Ш18А-III+ 2Ш20А-III с . Сечение в среднем пролёте По сортаменту принимаем 4Ш14А-III c Количество верхней арматуры определяем по величине опорных изгибающих моментов. Сечение на опоре «В», Для армирования опорных сечений принимаем: - со стороны 1го пролета 2Ш10А-III +2Ш22A-III c - со стороны 2го пролета : сечение арматуры, доводимой до опор, определяем исходя из значения отрицательного момента, , Вычисляем: Сечение арматуры: Следовательно, до опор должна доводиться арматура не менее 2Ш 16 А-III с Принимаем 2Ш16 А-III +2Ш18A-III c . 3.4 Расчёт прочности ригеля по сечениям, наклонным к продольной оси Максимальная поперечная сила (на первой промежуточной опоре слева) Диаметр поперечных стержней устанавливаем из условия сварки с продольной арматурой диаметром d=22 мм и принимаем равным d=8 мм класса А-I с .Шаг поперечных стержней по конструктивным условиям принимаем s=h/3=0,6/3=0,2м. На всех приопорных участках длиной 0,25L принимаем шаг s=0,2м; в средней части пролета шаг s=(3/4)h=0,75х0,6=0,45м. Вычисляем: Условие выполняется. Требование - выполняется. При расчете прочности вычисляем: Поскольку , вычисляем значение (с) по формуле: Тогда Поперечная сила в вершине наклонного сечения . Длина проекции расчетного наклонного сечения Вычисляем Условие удовлетворяется. Проверка прочности по сжатой наклонной полосе:
Условие прочности: удовлетворяется. 3.5 Построение эпюры арматуры Эпюру арматуры строим в такой последовательности: - определяем изгибающие моменты М, воспринимаемые в расчетных сечениях, по фактически принятой арматуре; - устанавливаем графически или аналитически на огибающей эпюре моментов по ординатам М места теоретического обрыва стержней; - определяем длину анкеровки обрываемых стержней , причем поперечная сила Q в месте теоретического обрыва стержня принимаем соответствующей изгибающему моменту в этом сечении; здесь d - диаметр обрываемого стержня. - в пролете допускается обрывать не более 50% расчетной площади сечения стержней, вычисленных по максимальному изгибающему моменту. Рассмотрим сечение первого пролёта. Арматура 2Ш18А-III+ 2Ш20А-III c Определяем момент, воспринимаемый сечением, для чего рассчитываем необходимые параметры: , Арматура 2Ш18A-III обрывается в пролете, а стержни 2Ш20 А-III c доводятся до опор. Определяем момент, воспринимаемый сечением с этой арматурой: , Графически определяем точки обрыва двух стержней 2Ш18А-III . В первом сечении поперечная сила , во втором . Интенсивность поперечного армирования в первом сечении при шаге хомутов равна: Длина анкеровки Во втором сечении при шаге хомутов Сечение во втором пролете: принята арматура 4Ш14А-III c. Определяем момент, воспринимаемый сечением, для чего рассчитываем необходимые параметры: , Арматура 2Ш14A-III обрывается в пролете, а стержни 2Ш14А-III c доводятся до опор. Определяем момент, воспринимаемый сечением с этой арматурой : , Графически определяем точки обрыва двух стержней Ш14 A-III. Поперечная сила в сечении . Интенсивность поперечного армирования при шаге хомутов равна: Длина анкеровки На первой промежуточной опоре слева принята арматура 2Ш10А-III+ +2Ш22A-III c . , , , Стержни 2Ш10А-III c доводятся до опор. Определяем момент, воспринимаемый сечением с этой арматурой: , , , . Поперечная сила . Интенсивность поперечного армирования при шаге хомутов равна: . Принимаем . На первой промежуточной опоре справа принята арматура 2Ш16А-III+ +2Ш18A-III c .Определяем момент, воспринимаемый сечением c этой арматурой: , , Стержни 2Ш16А-III с доводятся до опор: , Поперечная сила . Интенсивность поперечного армирования при шаге хомутов : Длина анкеровки Принимаем . 3.6 Расчет стыка ригеля с колонной Рассматриваем вариант бетонированного стыка. В этом случае изгибающий момент на опоре воспринимается соединительными стержнями в верхней растянутой зоне и бетоном, заполняющим полость между торцом ригелей и колонной. Принимаем бетон для замоноличивания класса В20, стыковые стержни из арматуры класса A-III; Изгибающий момент ригеля на грани колонны , рабочая высота сечения по табл.III.I.[1] находим соответствующее значение и определяем площадь сечения стыковых стержней Принимаем арматуру 2Ш25А-III c . Длину сварных швов для приварки стыковых стержней с закладными деталями ригеля определяем следующим образом: где коэффициент 1,3 вводим для обеспечения надежной работы сварных швов в случае перераспределения опорных моментов вследствие пластических деформаций. При двух стыковых стержнях и двусторонних швах длина каждого шва (с учетом непровара) будет равна: Конструктивное требование . Принимаем Закладная деталь ригеля приваривается к верхним стержням каркаса при изготовлении арматурных каркасов. Сечение этой детали из условия прочности на растяжение: Конструктивно принята закладная деталь в виде гнутого швеллера из полосы длиной м; Длина стыковых стержней складывается из размера сечения колонны, двух зазоров по 5 см между колонной и торцами ригелей и двух длин сварного шва:
Рисунок 10- К расчету бетонированного стыка 4. Расчет центрально нагруженной колонны 4.1 Определение продольных сил от расчетных нагрузок Грузовая площадь средней колонны при сетке колонн 5,6х7,2м равна: Подсчет нагрузок приводим в таблице 3. Таблица3 - Нормативные и расчетные нагрузки
Изгибающий момент консоли у грани колонны Площадь сечения продольной арматуры консоли: По сортаменту подбираем арматуру 2Ш14 А-IIIc Консоль армируем горизонтальными хомутами 5 Вр- с с шагом S=0,1 м (при этом и ) и отгибами 2Ш16 -III с Проверяем прочность сечения консоли по условию: ; , при этом Правая часть условия принимается не более . Поскольку , прочность консоли обеспечена. Рисунок 10- Схема армирования коротких консолей. 4.6 Конструирование арматуры колонны. Стык колонн Колонна армируется пространственным каркасом, образованным из плоских сварных каркасов. Диаметр поперечных стержней устанавливаем из условия сварки с продольной арматурой Ш16 мм и принимаем равным Ш 5 мм класса Вр-I с шагом s=0,35 м - по размеру стороны сечения колонны, что не более 20d=20х0,016=0,32м. Стык колонн осуществляем на ванной сварке выпусков стержней с обетонированием. В местах контактов концентрируются напряжения, поэтому торцевые участки усиливаем косвенным армированием. Последнее препятствует поперечному расширению бетона при продольном сжатии. Косвенное армирование представляет собой пакет поперечных сеток. Принимаем 5 сеток с шагом s=0,1 м - на расстоянии, равном размеру стороны сечения колонны. Для этих сеток принимаем арматуру Ш5 Вр-I. Рисунок 11- Конструкция стыка колонн Рисунок 12- Сетка для усиления торца колонны 4.7 Расчет сборных элементов многоэтажной колонны на воздействия в период транспортирования и монтажа При транспортировании под колонну кладем 2 подкладки на одинаковом расстоянии от торцов. Тогда в сечении колонны под подкладками и в середине пролета между подкладками нагрузка от собственной массы колонны вызовет изгибающие моменты: ; При высоте 1-го этажа в 4,3 м расстояние от пола 2-го этажа до верхнего торца колонны 1-го этажа - 0,7 м и от нулевой отметки до верхнего отреза фундамента - 0,15 м, а также в предположении, что фундамент будет трехступенчатым, с общей высотой - 0,9 м и расстоянием от его подошвы до нижнего торца колонны равным 0,2 м, общая длина сборного элемента колонны составит: . При транспортировании конструкции для нагрузки от их собственной массы вводится коэффициент динамичности 1,6. Коэффициент ; . ; Изгибающий момент, воспринимаемый сечением при симметричном армировании и <- условие выполняется. В стадии монтажа колонны строповку осуществляем в уровне низа консоли. Расстояние от торца колонны до места захвата , коэффициент динамичности для нагрузки от собственного веса при подъеме и монтаже - 1,4. и <- условие выполняется. Под 2-хэтажные колонны при транспортировании следует укладывать 4 подкладки. При подъеме и монтаже этих колонн их строповку следует осуществлять за консоли в 2-х уровнях. а) в стадии транспортирования б) в стадии монтажа Рисунок 13- Расчетные схемы колонны 5. Расчет трехступенчатого центрально-нагруженного фундамента Продольные усилия колонны: Условное расчетное сопротивление грунта: Класс бетона B20, , , Арматуру класса А-II, . Вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его обрезах . Высота фундамента должна удовлетворять условиям: 1) 2) где высота сечения колонны; длина анкеровки арматуры колонны в стакане фундамента; высота фундамента от подошвы до дна стакана; требуемый зазор между торцом колонны и дном стакана. Приняв , длину анкеровки арматуры колонны Ш16 А-III в бетоне фундамента класса В20 , устанавливаем предварительную высоту фундамента: . Окончательно принимаем высоту фундамента - двухступенчатый фундамент, . (Ранее был произведен расчет фундамента высотой - ни одно из условий прочности не удовлетворялось.) Глубину фундамента принимаем равной: где 0,15м- расстояние от уровня чистого пола до верха фундамента. Фундамент центрально-нагруженный, в плане представляет собой квадрат. Площадь подошвы фундамента определяем по формуле: где - нормативная продольная сила для расчетов размеров подошвы. Подсчитываем с учетом усредненного значения : Размер подошвы: Принимаем - кратно 0,3м. Кроме того, рабочая высота фундамента h0 из условия продавливания по поверхности пирамиды (грани которой наклонены на 450 к горизонту) должна быть не менее: где давление на грунт от расчетной нагрузки. Рабочая высота фундамента . Тогда , . Проверяем, отвечает ли условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающемся на линии пересечения пирамиды продавливания с подошвой фундамента. Для единицы ширины этого сечения: , вычисляем: - условие удовлетворяется. Проверку фундамента по прочности на продавливание колонной дна стакана производим из условия: F - расчетная продавливающая сила, определяющаяся по формуле: Um - среднее арифметическое периметров верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания колонной от дна стакана - условие не удовлетворяется. Проверку прочности фундамента на раскалывание проводим из условия: где - коэффициент трения бетона по бетону; - площадь вертикального сечения фундамента в плоскости, проходящей по оси сечения колонны, за вычетом площади стакана; коэффициент условия работы фундамента в грунте; Глубина стакана: Площадь стакана: - условие выполняется. Прочность фундамента считается обеспеченной. Армирование фундамента по подошве определяем расчетом на изгиб по сечениям, нормальным к продольной оси по граням ступеней и грани колонны, как для консольных балок. Расчет на изгибающие моменты в сечениях, проходящих по грани 1-2 (II-II), 2-3 (I-I), вычисляем по формулам: Площадь сечения арматуры: Из двух значений выбираем большее и по сортаменту производим подбор арматуры в виде сетки. Принимаем нестандартную сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой из стержней 13Ш10А-II c с шагом s=0,2 м . Марка сетки Проценты армирования: что больше и меньше Рисунок 14 - Конструкция отдельного фундамента |
РЕКЛАМА
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА | ||
© 2010 |