Материал: Железобетонные и каменные конструкции многоэтажного промышленного здания

Железобетонные и каменные конструкции многоэтажного промышленного здания

Введение

Значение железобетонных и каменных конструкций в современном строительстве.

Каменные конструкции применяют в качестве несущих конструкций для внецентренно сжатых элементов с ограниченным эксцентриситетом приложения внешних сил. Армокаменные конструкции расширяют область применения каменных конструкций, приближая их к железобетонным. Каменные конструкции недостаточно совершенны для зданий и сооружений, подвергающихся динамическим воздействиям для строительства в сейсмических районах, в условиях воздействия агрессивной среды, систематических технологических температур выше 100 ºС, в зонах вечной мерзлоты, просадочных и набухающих грунтов и на подрабатываемых территориях. Наряду с искусственными каменными материалами (кирпич, пустотелые керамические или бетонные камни, сплошные камни и блоки из легких и ячеистых бетонов) рекомендуется применять природные каменные материалы (известняк, туф), выпиливаемые из массивов горных пород.

Железобетонные конструкции широко используются в капитальном строительстве при воздействии температур не выше 50 ºС и не ниже 70 ºС. В каждой отрасли промышленности и жилищно-гражданском строительстве имеются экономичные формы конструкций из сборного, монолитного или сборного, монолитного железобетона.

Во многих случаях конструкции из железобетона (особенно предварительно напряженного) целесообразнее каменных или стальных. К ним относятся: атомные реакторы, мощные прессовые устройства, морские сооружения, мосты, аэродромы, дороги, фабрично-заводские, складские и общественные здания и сооружения; тонкостенные пространственные конструкции, силосы, бункера и резервуары, напорные трубопроводы, фундаменты под прокатные станы и под машины с динамическими нагрузками, башни, высокие дымовые трубы, сваи, кессонные основания, подпорные стены и многие другие массивные сооружения.

Большое применение железобетон находит при устройстве набережных, тепло и гидроэлектрических станций, плотин, шлюзов, доков и других и гидротехнических сооружений. Железобетон является незаменимым строительным материалом в санитарно-техническом и подземном строительстве. Он в значительной степени вытеснил древесину и металл при горных разработках. В строительстве железобетонных судов и плавучих доков еще до войны СССР достиг значительных результатов. На изготовление железобетонных линейных конструкций расходуется в 2... 3 раза, а на изготовление плит, настилов, труб в 10 раз меньше металла, чем на стальные конструкции.

Методика проектирования.

В реальном проектировании строительного объекта работы ведутся в три этапа:

этап: технико-экономическое обоснование строительства тех или иных объектов.

этап: вариантное проектирование.

этап: разработка рабочих чертежей по выбранному варианту.

В учебном проекте мы разрабатываем 3 этап, то есть по заданному варианту разрабатываем рабочие чертежи.

При реальном проектировании конструкции рассчитываются по II группе предельных состояний, то есть на образование трещин, ширине раскрытия трещин, на прогибы.

В данном курсовом проекте расчет выполняется по I группе предельных состояний, подбираются размеры поперечного сечения и требуемая площадь арматуры.

В данном курсовом проекте мы конструируем:

В монолитном перекрытии:

·        плиту;

·        второстепенную балку.

В сборном перекрытии:

·  плиту;

·        ригель;

·        колонну;

·        фундамент ;

·        колонны.

Для наружной несущей стены под монолитное перекрытие проектируем простенок первого этажа.

1. Расчет монолитной плиты

Необходимо определить арматуру монолитной балочной плиты для перекрытия, компоновка которого приведена на рисунке 1, при следующих нагрузках:

- временная (полезная, по заданию) - 5 кН/м2;

-   пол асфальтобетонный толщиной 20 мм;

-   звуко, - гидроизоляция из шлакобетона толщиной 50 мм.

Для определения расчетных пролетов плиты и второстепенных балок, а также нагрузок от их собственной массы производят предварительное назначение основных геометрических размеров сечений перекрытия:

- толщина плиты примем 70 мм;

-   сечение второстепенной балок :

 мм примем 400мм.

bpb = (0,3 ÷ 0,5) hpb = 0,5 × 400 = 200 мм.

- сечение главных балок

 мм = (0,4 ÷ 0,5) hmb = 0,5 × 600 = 300 мм

- заделка плиты в стену принимается не менее высоты ее сечения и в кирпичных стенах кратной размеру кирпича (а = 120 мм).

Вычисление расчетных пролетов плиты

f, 1 = lf 1 - 0,5 bpb - 250 + 0,5a = 2400 - 0,5 · 200 - 250 + 0,5 ·120 = 2110 ммf, 2 = l0f, 3 = … = lf 2 - bpb = 2400 - 200 = 2200 мм;

Расчетный пролет плиты в перпендикулярном направлении

0f, 2 = lр - bpb = 5600 - 300 = 5300 мм

Проверяем соотношение расчетных пролетов плиты

: 2400 = 2,21 > 2, т.е. плита рассчитывается как балочная.

Рисунок №1 1-условная полоса шириной 1 м для расчета плиты

Таблица 1.1

Полная расчетная нагрузка (g + v) = 4,85 + 6 = 10,85 кН/м2.

Для расчета многопролетной плиты условно выделяем полосу шириной 1 м, при этом расчетная нагрузка на 1м длины плиты 10,85 кН/м. С учетом коэффициента надежности по назначению здания (gn=0,95) нагрузка на 1 м плиты будет 10,85 · 0,95 = 10,31 кН/м.

Расчетные изгибающие моменты определяем с учетом перераспределения усилий вследствие пластических деформаций:

в средних пролетах и на средних опорах

М = (g + v) l02 / 16 = 10,31 · 2,22 / 16 = 3,12 кН×м;

в первом пролете и на первой промежуточной опоре

М = (g + v) l012 / 11 = 10,31 · 2,112 / 11 = 4,17 кН×м.

Характеристики прочности бетона и арматуры.

Бетон тяжелый класса В 20:

Призменная прочность Rb = 11,5 МПа;

Прочность при осевом растяжении Rbt = 0,9 МПа;

Коэффициент условий работы бетона gb2 = 0,90 [5] .

Арматура рабочая - обыкновенная проволока периодического профиля класса Вр-I диаметром 5 мм в сварной рулонной сетке:

расчетное сопротивление арматуры растяжению RS = 360 МПа.

Определение площади сечения рабочей арматуры.

Площадь арматуры в плите определяют, как для изгибаемого элемента прямоугольного сечения (ширина b = 100 см м высота h = 7 см), с помощь параметров [7]. Рабочая высота сечения h0 = h - a = 7-1,5 =5,5 см (где а - расстояние от равнодействующей усилий в арматуре до ближайшей грани сечения).

В средних пролетах и на средних опорах вычисляют табличный коэффициент:

am = M / (gb2 · Rb · b · h02) = 312000 / (0,9 · 11,5 · 100 · 5,52 (100)) = 0,100.

Здесь и далее введен множитель (100) для того, чтобы привести к одним единицам знаменатель и числитель.

Находим соответствующие значения коэффициентов x и z по . [мандриков таб.2.12]

x = ; z=

Площадь сечения рабочей арматуры определяют по формуле:

АS = M / (RS·z·h0) = 312000 / (360·0,947·5,5 · (100)) = 1,66 см2.

Коэффициент армирования m = АS / (b·h0) = 1,66 / (100·5,5) = 0,0030 больше минимально допустимого mmin = 0,0005.

В первом пролете и на первой промежуточной опоре М = 4,17 кН×м.

Вычисляем:

am = M / (gb2·Rb· b·h02) = 417000 / (0,9·11,5·100·5,5 2 · (100)) = 0,133;

x = ; z=

АS = M / (RS·z·h0) = 417000 / (360·0,931·5,5·(100)) = 2,26 см2.

Армирование многопролетной балочной плиты осуществляется сварными сетками. При непрерывном армировании основную сетку С-1 подбирают по требуемой площади рабочей арматуры АS в среднем пролете, а в первом пролете и над первой промежуточной опорой устанавливают дополнительную сетку С-2 с площадью рабочей арматуры, равной DАS. (см.рис.1.3)

Для средних пролетов и над средними опорами принимаем сетку С-1 с продольной рабочей арматурой 9 Æ5 Вр-I с шагом 100 мм и АS = 1,77 см2 на 1 м.

Марка основной сетки

С-1

В крайних пролетах и над первыми промежуточными опорами укладывают дополнительную сетку С-2 с площадью сечения рабочей арматуры на 1 м

АS = 2,26 - 1,77 = 0,49 см2. Принимаем 3 Æ5 Вр-I с шагом 200 мм и АS=0,589 см2. Тогда общая площадь сечения арматуры в крайнем пролете:

АS = 1,77+ 0,589 = 2,359 > 2,26 см2.

Дополнительную сетку заводят за первую промежуточную опору на 1/4 пролета плиты (250/4=60 см). Марка дополнительной сетки:

С-2

Расчет второстепенной балки

. Определение расчетных пролетов.

Расчетная схема представляет собой неразрезную многопролетную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой (см. рис. 1.4). Предварительно приняты размеры сечения:

второстепенной балки h = 40 см, b = 20 см;

главной балки h = 60 см, b = 30 см.

Расчетные пролеты второстепенной балки равны (см. рис. 1.4):

расстоянию в свету между главными балками:

= l - bг.б. = 5,6 - 0,20 = 5,4 м;

расстоянию от оси опоры на стене до грани главной балки:

= l - bг.б./2 + а/2 - с = 5,6 - 0,20/2 + 0,20/2 - 0 = 5,4м,

где а - длина опорного конца балки на стене, с - привязка разбивочной оси к внутренней грани стены.

. Сбор нагрузки на балку.

Расчетная нагрузка на 1 м балки при ширине грузовой полосы bf = 2,4 м:

постоянная 4,85 кН/м2;

от собственного веса плиты, пола, перегородок 4,85 · 2,4 = 11,64 кН/м;

от веса балки сечением 0,2(0,40 - 0,07)=0,066

при r = 2500 кг/м3, gf = 1,1 - 1,93+0,066= 2 кН/м

суммарная постоянная нагрузка на балку= 11,64 + 2 = 13,64 кН/м.

С учетом коэффициента надежности по назначению здания gn=0,95;= 13,64·0,95 = 12,96 кН/м;

временная с учетом gn = 0,95; v = 6·2,4·0,95 = 13,68 кН/м, где 6 - расчетная временная нагрузка в кН/м2;

полная нагрузка q = g + v = 12,96 + 13,68 = 26,64 кН/м.

3. Определение расчетных усилий.

Второстепенные балки с равными пролетами рационально рассчитывать со следующим распределением изгибающих моментов:

в первом пролете М1 = q·l012/11 = 26,64 · 5,42/11 = 70,62 кН×м;

на первой промежуточной опоре М2 = q·l012/14 = 26,64 · 5,42/14 = 55,5 кН×м;

в среднем пролете и на средних опорах Мс = q·l02/16 =26,64 · 5,42/16 = 48,55 кН×м.

Отрицательные моменты в средних пролетах определяют по огибающей эпюре моментов. Они зависят от отношения временной нагрузки к постоянной v/g. В расчетном сечении в месте обрыва надопорной арматуры отрицательный момент при отношении v/g = 13,68/12,96 = 1,05 < 3, тогда отрицательный момент в среднем пролете М=0,4 · М2=0,4· 55,5= 22,2 кН×м.

Поперечные силы равны:

на крайней опоре Q = 0,4·q·l01 = 0,4·26,64·5,4 = 57,54 кН;

на первой промежуточной опоре слева Q = 0,6·q·l01 = 0,6·26,64·5,4 = 84,31 кН;

на первой промежуточной опоре справа и на всех средних опорах

Q = 0,5·q·l0 = 0,5·26,64·5,4 =71,93 кН.

4. Выбор бетона и арматуры

Как и для плиты, принимается бетон класса В20 с расчетными характеристиками:

1 призменная прочность Rb = 11,5 МПа;

2 прочность при осевом растяжении Rbt = 0,9 МПа;

3 коэффициент условия работы бетона gb2=0,90.

Для каркасов, устанавливаемых в пролетах второстепенной балки, принимается арматура продольная класса А-III с RS = 355 МПа и поперечная класса Вр-I диаметром 5 мм с RSW = 260 МПа (с учетом gS1 и gS2). Для сеток, укладываемых над опорами, принимается рабочая арматура класса Вр-I диаметром 5 мм с RS = 360 МПа.

. Определение высоты сечения балки.

Высоту сечения балки уточняют по моменту на первой промежуточной опоре при x = 0,35, поскольку на опоре момент определяют с учетом образования пластического шарнира.

По таблице 2. при x = 0,35 находят am = 0,289. На опоре момент отрицательный, полка ребра в растянутой зоне (см. рис. 1.6). Сечение работает как прямоугольное с шириной ребра b = 20 см.

см.

Полная высота сечения h = h0 + a = 30,5 + 3 = 33,5 см. Принимаем h = 40 см, b = 20 см. Тогда рабочая высота сечения на опоре h0 = 40 - 3 = 37 см.

. Расчет прочности по сечениям, нормальным к продольной оси балки.

В пролетах расчетное сечение тавровое, полка в сжатой зоне (см. рис. 1.6а). Расчетная ширина полки при hf'/h = 7/40 = 0,175 > 0,1 равна:

' = 2bf1' + b = 2·90 + 20 = 200 см

Здесь bf1' - ширина свеса полки. Ширину свеса полки в каждую сторону от ребра таврового сечения принимают не более 1/6 пролета балки и не более 1/2 пролета между гранями второстепенных балок:

' £ l/6 = 560/6 = 93 см;' £ с/2 = 220/2 = 110 см

Сечение в первом пролете М1 = 70,62 кН×м.

Коэффициент am = М/(gb2 ·Rb·bf'·h02) = 7062000/(0,9·11,5·200·372·(100)) = 0,025.

по прил. = 0,025; = 0,987

Высота сжатой зоны бетона х = x·h0 = 0,025·37 = 0,925 см < hf' = 7 см; нейтральная ось проходит в сжатой полке, и пролетное сечение балки рассматривается как прямоугольное с размерами bf'´h.

Площадь рабочей арматуры каркасов:

АS = М/(RS·z·h0) = 7062000/(355·0,987·37·(100)) = 5,45 см2.

Принято 2 Æ 20 А-III c AS =6,28 см2 [Байков, прил. 6].

Коэффициент армирования m = 6,28/(37·20) = 0,0084 > mmin = 0,0005.

Сечение в среднем пролете М = 48,55 кН×м.

Коэффициент am = М/(gb2 ·Rb·bf'·h02) = 4855000/(0,9·11,5·200·372·(100)) = 0,02.

по прил. 2 = 0,02; = 0,99

АS = М/(RS·z·h0) = 4855000/(355·0,99·37·(100)) = 3,73 см2.

Принято 2 Æ 16 А-III c AS = 4,02 см2; m = 4,02/(37·20) = 0,0054 > μmin = 0,0005

На отрицательный момент М = 22,2 кН×м сечение работает, как прямоугольное с размерами b = 20 см и h0 = 37 cм.

Коэффициент am= М/(gb2 ·Rb·bf'·h02) = 2220000/(0,9·11,5·20·372·(100)) = 0,078.

по прил. 2 = 0,961

АS = М/(RS·z·h0) = 2220000/(355·0,961·37·(100)) = 1,75 см2.

Принято 2 Æ 12 А-III c AS = 2,26 см2; m = 2.26/(37·20) =0,003.

В опорных сечениях второстепенной балки рабочей арматурой являются поперечные стержни сварных рулонных сеток, раскатываемых вдоль главных балок.