Реферат: Расчет и конструирование железобетонных
Министерство строительства РФ
КАЗАНСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ
Специальность 2902
Предмет: “ Основы расчета
строительных конструкций ”
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту
Тема: “ Расчет и конструирование железобетонных
конструкций ”
Выполнил студент
Защищен
с оценкой
Руководитель проекта
СОДЕРЖАНИЕ лист
1.Введение
2.Схема перекрытия
3.Расчет и конструирование плит перекрытий
3.1.Исходные данные
3.2.Статический расчет
3.3.Расчет прочности по нормальным сечениям
3.4.Расчет прочности по наклонным сечениям
3.5.Конструирование плит
4.Расчет и конструирование колонны
4.1.Исходные данные
4.2.Нагрузка на колонну
4.3.Определение размеров сечения колонны и расчет рабочей арматуры
4.4Конструирование колонны
5.Расчет и конструирование фундамента
5.1.Исходные данные
5.2.Определение размеров подошвы и высоты фундамента
5.3.Расчет рабочей арматуры
5.4.Конструирование фундамента
6.Литература
ЗАДАНИЕ
для курсового проектирования по железобетонным конструкциям студента группы КС-32 Казанского строительного колледжа
г. Горькова Н.В.
Тема задания: “ Проектирование сборных железобетонных
элементов много этажного здания с
неполным железобетонным каркасом ”
Расчету и конструированию подлежат:
1.Плита перекрытия с круглыми пустотами
2.Колонна среднего ряда первого этажа
3.Фундамент под среднюю колонну
Данные для проектирования
1.Назначение здания – магазин
2.Шаг колонн a , м — 6
3.Пролет L , м – 6
4.Количество этажей – 3
5.Высота этажа H , м – 4,2
6.Район строительства – Тула
7.Плотность утеплителя ρ , кг/м3 – 8
8.Толщина слоя утеплителя δ , мм – 180
9.Глубина заложения фундамента h , м – 1,6
10.Условное расчетное давление на основание R , МПа – 260
11.Тип пола – IV
12.Номинальная ширина плиты в осях Вн, м – 1,2
13.Класс бетона для плиты перекрытия — В30
14.Класс напрягаемой арматуры в плите – А- V
Конструкции работают в среде с нормальной влажностью. Вид утеплителя принять самостоятельно в соответствии с заданной плотностью и толщиной слоя.
Дата выдачи ____________________
Дата окончания _________________ Преподаватель ______________
1.ВВЕДЕНИЕ
2.СХЕМА ПЕРЕКРЫТИЯ
2.1. Общее решение
В соответствии с заданием ограждающими конструкциями здания являются кирпичные самонесущие стены, поэтому несущие конструкции будут представлять собой сборное балочное перекрытие с полным железобетонным каркасом.
Принимаем сетку колонн 6х6м. Тогда здание будет иметь в поперечном направлении три пролета по 6м и в продольном направлении семь пролетов по 6м. Ригели располагают поперек здания. В продольном направлении по ригелям укладывают плиты перекрытия. Ширина рядовых плит – 1,8м, межколонных – 2,4м. При трех полетах по 6м в одном ряду располагают две межколонные плиты с усиленными продольными ребрами и шесть рядовых плит. Межколонные плиты соединяют друг с другом стальными полосовыми связями на сварке и, кроме того, приваривают к колоннам. Рядовые плиты укладывают свободно на полки ригелей, которые имеют подрезку по торцам. У продольных стен укладывают сплошные беспустотные доборные плиты шириной 1,2м, толщиной 220мм.
Привязку поперечных и продольных стен см. рис.1
Схема раскладки плит перекрытия и маркировка элементов перекрытия показаны на рис. 1, 2.
Рис.1.Схема расположения плит
Рис.2.Поперечный разрез здания
3.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛИТЫ
3.1.Исходные данные
Необходимо рассчитать по первой группе предельных состояний многопустотную плиту перекрытия с круглыми отверстиями. Плита шириной (номинальная) Вн =1,2м и высотой ИИ-04. Вес 1м2 плиты равен 2,6кн/м2 .
Рис.3.Поперечное сечение плиты
Материал:
Бетон класса В30.
Расчетное сопротивление бетона с учетом коэффициента условий работы γ в2 =0,9
Сжатию – R в γ в2 =15,3МПа
Растяжению — R в t γ в2 =1,08МПа
Передаточная прочность бетона при обжатии – R вр =0,8В=0,8 30=24МПа
Арматура класса А- V — табл.3.2.,3.4.[Л-6.1]. Натяжение арматуры проводят на упоры механическим способом.
Нормативное сопротивление арматуры Rsn =785МПа
Расчетное сопротивление арматуры Rs =680МПа
Начальное предварительное напряжение, передаваемое на поддон:
σ =0,8 Rsn =0,8 785=628 МПа
Проверяем условие СНиП 2.03.01-84 при напряжении арматуры на упоры:
σ +р< Rsn =628+31,4~660МПа<785МПа
p =0,05 σ =0,05 628=31,4МПа
σ -р>0,3 Rsn ; 628-31,4=596,6МПа>0,3 785=235,5МПа
Предварительные напряжение с учетом полных потерь, принятых по СНиП σ п =100МПа при: γ sp =1 составит
σ sp =628-100=528МПа
3.1.1.Сбор нагрузок
Нагрузка на 1м2 перекрытия приведена в табл.3.1. Нормативная временная нагрузка на перекрытие, коэффициенты надежности по нагрузке приняты по СНиП 2.01.07-85 “ Нагрузки и воздействия ” .
Рис. 4. Конструкция пола
Таблица 3.1.
Вид нагрузки | Нормативная кн/м3 | γ f | Расчетная кн/м3 |
Постоянная Мозаичный пол 0,04 22 Подготовка из бетона 0,03 20 Гидроизоляция 0,003 6 Железобетонная плита Итого Временная для магазина Полная | 0,88 0,6 0,02 2,6 ~4,1 4 8,1 | 1,3 1,2 1,2 1,1 1,2 | 1,14 0,72 0,02 2,86 4,74 4,8 9,54 |
Расчетная нагрузка на 1 пог. м длины плиты с её номинальной шириной Вн =1,2м
q =9,54 1,2~11,4кн/м
3.1.2.Определение расчетного пролета
Рис.5 Схема опирания плиты на ригель
Плиты опираются на полки ригелей. Номинальный пролет плиты в осях L н =6000мм, зазор между торцом плиты и боковой гранью ригеля примем равным 20мм. Конструктивная длина плиты L к = L н -вр -2 20=6000-200-2 20=5760мм. Расчетный пролет плиты L = L к -2 80/2=5680мм.
3.2.Статический расчет
Плита работает как однопролетная свободно опертая балка с равномерно-распределенной нагрузкой по длине.
Рис.6. Расчетная схема плиты
Расчетный изгибающий момент в плите
Расчетная поперечная сила на опоре
Q =0,5 qL =0,5 11,4 5,68= 32,38кн
3.3.Расчет прочности по нормальным сечениям
Расчетное сечение плиты принимаем как тавровое высотой h =220мм, толщиной полки h п =30,5мм. Ширина верхней полки тавра
вп =1190-2 15=1160мм (15мм – размер боковых подрезок), ширина ребра:
в=1190-2 15-159 6=206мм
Рис.7.Расчетное сечение (а) и схема усилий (б)
Определим несущую способность приведенного сечения при условии х= hf
Мсеч .= R в в f hf ( h -0,5 hf )=15,3 116 3,05(19-3,05/2)=94594,62МПа см3 =94,6кн м
Мсеч .>М (94,6кн м>46кн м), следовательно, нейтральная ось проходит в полке и расчет ведем как для прямоугольного сечения при ξ < ξ R
Вычисляем табличный коэффициент
где h = h - as =22-3=19см – рабочая высота сечения по табл. 3.9.[Л-1]
ξ =0,075, ν =0,962
ξ < ξ R =0,075<0,58; ξ R =0,58 – см. табл. 3.28.[Л-1]
Требуемая площадь арматуры: из условия прочности
где γ s 6 – коэффициент условий работы арматуры
γ s 6 = γ s 6 -( γ s 6 -1) ξ =1,15-(1,15-1) =1,13
А s = γ s 6 А s =1,3 3,3=4,29см2
В случаях когда полные потери предварительного напряжения не подсчитываются, а берутся по СНиП ( σ п =100МПа) рекомендуется площадь арматуры принимать ~ на 30% больше требуемой из условия прочности.
3.4.Расчет прочности по наклонным сечениям
Проверка прочности наклонного сечения проводится из условия (3.31) и (3.32) [Л-6.1]
Q < Q в =0,35 R в в h =0,35 15,3 21 19=2137МПа см2 ~214кн
Q =32,38кн< Q в =214кн
Q < Q в =0,6 R в t в h =0,6 1,08 21 19=258,5МПа см2 =25,85кн
Q =32,38кн> Q в =21,4кн
Следовательно, необходим расчет поперечной арматуры.
3.5.Конструирование плиты
Напрягаемая рабочая арматура в плите ставится в виде отдельных стержней независимо от числа отверстий. Принятые стержни 6 10 А- V ставим после каждого отверстия кроме середины. В соответствии с рабочими чертежами для верхней полочки принимаем сварную стандартную сетку из арматурной проволоки В- I марки 250/200/3/3. – С1.
По низу плиты сетку укладывают отдельными участками у торцов и по середине – C 2, С3.
Вертикальные каркасы КР1 ставят только на крайних четвертях пролета плиты.
Подъемные петли приняты 12 A - I — ПМ1. Армирование плиты показано на рис.8. Арматурные изделия на рис.9.
Рис.8.Схема армирования плиты
Рис.9.Арматурные изделия плиты
4.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛЛОНЫ
Колоны приняты квадратного сечения, одноярусные с прямоугольными консолями размером 15х15см. Оголовок колоны поднимается над плитами перекрытия на 60см. Нижняя ветвь колоны первого этажа заделывается в стакан фундамента.
4.1.Исходные данные
Требуется рассчитать колону среднего ряда первого этажа на эксплуатационные нагрузки.
Расчетные характеристики материалов:
для бетона кл. В20 R в γ в2 =11,5 0,9=10,35МПа
для арматуры кл. А- II Rsc =280МПа
4.2.Нагрузка на колонну
Нагрузка на колону передается от покрытия и перекрытия. Грузовая площадь, с которой собирается нагрузка на колону, определена как произведение расстояний между разбивочными осями Агр =6х6=36м2
(см. рис.1.). Конструкция покрытия дана на рис.2. Вес снегового покрова для г.Тула 100кгс/м2 (1,0 кн/м2 ) по СНиП 2.01.07-85, вес 1м длины ригеля 500кгс (5кн), вес 1м2 плиты покрытия 260 кгс (2,6кн). Расчет нагрузок сведен в табл.4.1.
Таблица 4.1.
Нагрузка от покрытия | Нормативная кн | γ f | Расчетная кн |
Постоянная Гравий втопленный в битумную мастику 0,015 20 36 3 слоя рубероида на битумной мастике 0,15 36 Цементная стяжка 0,03 19 36 Утеплитель 0,18 8 36 Пароизоляция 0,05 36 Железобетонная плита 2,6 36 Железобетонный ригель 5 6 Итого постоянная Временная Снег г. Тула 1 36 в том числе длительная 50% Итого длительная N дл.пок . Полная N пок. | 10,8 5,4 20,52 51,84 1,8 93,6 30 213,96 36 18 231,96 249,96 | 1,2 1,1 1,3 1,1 1,2 1,1 1,1 1,2 1,2 | 13 5,94 26,68 57,02 2,16 102,96 33 240,76 43,2 21,6 262,36 283,96 |
Нагрузка от перекрытия берется из табл.3.1., а именно, нормативная нагрузка 4,1кн/м2, расчетная нагрузка 4,74кн/м2; вес 1м длины ригеля перекрытия 5кн. Временная длительная на перекрытие для магазина 0,3кн/м2 [Л-6.2]. Расчет нагрузок сведен в табл. 4.2.
Таблица 4.2.
Нагрузка от перекрытия | Нормативная кн | γ f | Расчетная кн |
Пол и плита: Нормативная 4,1 36 Расчетная 4,74 36 Железобетонный ригель 5 6 Итого постоянная Временная для магазина 1 36 в том числе длительная 0,3 36 Итого длительная. N дл.пер Полная N пер. | 147,6 30 177,6 36 10,8 188,4 213,6 | - - 1,1 1,2 1,2 | 170,64 33 203,64 43,2 12,96 216,6 246,84 |
Сечение колонн ориентировано принято вх h =30х30см=0,3х0,3м. Собственный вес колонны одного этажа
N к =в h ρ H γ f =0,3 0,3 25 4,2 1,1=10,395кн
Нагрузку на колонны каждого этажа определяем в соответствии со схемой загружения (рис.11), начиная с третьего этажа путем последовательного суммирования. Подсчеты сведены в табл.4.3.
Рис.10.Расчетная схема колонны Рис.11.Схема загружения
Этаж | Длительная нагрузка кн | Полная нагрузка кн |
3 2 1 | 262,36+10,395=272,755 272,755+10,395+216,6=499,75 499,75+10,395+216,6=726,745 | 283,96+10,395=294,355 294,355+10,395+246,64=551,39 551,39+10,395+246,64=808,425 |
Продольное усилие на колонну первого этажа от полной нагрузки N 1 =8084МПа см2, от длительной нагрузки N дл .=7267МПа см2
4.3.Определение размеров сечения колонны и расчет рабочей арматуры
Расчет колонны ведем с учетом случайного эксцентриситета. При центральном загружении и наличии только случайного эксцентриситета колонны прямоугольного сечения с симметрической арматурой кл. А- I , А- II , А- III при их расчетной длине L <20 h (420<20 30=600) можно рассчитать по несущей способности по условию:
N < γ в φ в ( R в A в + Rs As )
Где N – расчетная продольна сила, равная N 1 ;
γ в – коэффициент условий работы ( γ в =0,9 при h <200мм и γ в =1 при
h >200мм);
φ – коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность
загружения, гибкость и характер армирования;
L -расчетная длина колонны, принимаемая равной высоте этажа
H =4,2м;
Asc -площадь сечения сжатой арматуры
Ав =вх h -площадь сечения колонны
Предварительно принимаем γ = φ =1, коэффициент армирования . Тогда требуемая площадь сечения колонны из условия несущей способности:
Принимаем Ав =вх h =25х25=625 см2
Вычисляем L 0/ h =420/25=16,8,
γ =1 (при h >20см). По табл. 3.20[Л-1] φ в =0,75 и φ ч =0,82 (пологая, что Апс < As /3).
Коэффициент φ определится по формуле
φ = φ в +2( φ ч - φ в )
Определяем площадь сечения арматуры по формуле
В колоннах рабочая арматура принимается диаметром не менее 12мм. По сортаменту табл. 3.10[Л-6.1] принимаем 4 22А- II (А sc =15,20см2 )
Коэффициент армирования составляет
Полученное значение µ находится в диапазоне рекомендуемых значений (0,01-0,02).
4.4.Конструирование колонны
Колонна армируется сварным пространственным каркасом. При диаметре продольных стержней 22мм по условию технологии сварки диаметр поперечных в этом случае принят 8мм – табл. 1.2 прил.1 [Л-6.4]
Шаг поперечных стержней в сварных каркасах должен быть S <20 d , но не более 500мм. Принято S =400мм <20 22=440 мм и не более 500мм.
Кроме того, в голове колонны ставятся конструктивные сетки из арматуры 8 A - III не менее трех штук. Консоль армируется каркасом – балочной.
Размещение рабочих и поперечных стержней в сечении колонны показано на рис.12.
Рис. 12. Размещение арматуры в сечении колонны
5.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА
Учитывая значительное заглубление фундамента, целесообразно принять конструкцию его с подколонником стаканного вида и плитой.
Фундаменты по средней колонны рассматривают как центрально нагруженные.
5.1.Исходные данные
Глубина заложения фундамента H 1 =1,6м. Грунт основания имеет условное расчетное сопротивление R 0=0,26МПа (260 кн/м2 ).
Расчетные характеристики материалов:
для бетона кл. В15 R в γ в 2=8,5 0,9=7,65МПа (0,76кн/см2 )
R в t γ в 2=0,75 0,9=0,675МПа (0,07кн/см2 )
для арматуры кл. А- III >10 Rs =365МПа (36,5 кн/см2 )
Расчетная нагрузка N ф =______кн (см. табл. 4.3.)
5.2. Определение размеров высоты и подошвы фундамента
Высота фундамента определяется как размерность между отметками его подошвы и обреза.
h =1,6-0,15=1,45м
Глубина стакана фундамента принята hc =750мм, что удовлетворяет условию по заделке арматуры
hc >30 d + σ =30 22+50=710мм
где d =22мм – диаметр продольной арматуры колонны
σ =50мм – зазор между торцом колонны и дном стакана
и что больше необходимого значения h с =1,5 h к =1,5 30=45см.
Принимаем толщину стенок стакана поверху 225мм и зазор 75мм, размеры подколонника в плане будут:
ас =вс = h к +2 225+2 75=300+450+150=900мм
Рис. 13.Констукция фундамента
Толщину плитной части фундамента назначаем h 1 =____ мм, (кратно 150мм)
Ориентировочно площадь основания фундамента определяем по формуле
Учитывая, что сечение колонны квадратное, подошва фундамента принята тоже квадратной. Ориентировочно значение размера стороны подошвы такого фундамента
вф =аф = ~1,9м
Назначаем окончательно вф =аф =______мм (кратно 300мм). Тогда площадь подошвы будет равна Аф =вф аф =_______=_______м2 и среднее давление на грунт составит
< R =250кн/м2
5.3. Расчет рабочей арматуры
Фундамент работает на изгиб от реактивного отпора грунта.
Изгибающий момент в сечении 1-1 у грани ступени (см. рис.13) определяется по формуле
М1-1 =0,125Ргр (аф -ас )2 вф =0,125__________________________________кн м
Необходимая площадь арматуры при h 01 =_____см
.
Изгибающий момент в сечении 2-2 у грани колонны будет равен
М2-2 =0,125Ргр (аф -вк )2 вф =
Необходимая площадь арматуры при h 02 =____см
По большему значению As подбираем сетку.
5.4.Конструирование фундамента
Фундамент армируется сеткой, которую укладывают в нижней части плиты. Шаг стержней в сетках принимают 100-200мм, минимальный диаметр арматуры в сетках фундаментов должен быть 10мм.
Принимаем шаг стержней S =___мм=__см. Размеры сетки ___________мм. Необходимое число рабочих стержней в сетке
шт
Принимаем _________ As =________см2, что больше требуемого
As 1-1 =_____см2. Такое же количество стержней должно быть уложено в перпендикулярном направлении, т.к. колонна ______________ квадратные и моменты в ______________________ равны.
Рис.14. Сетка фундамента
Армирование стаканной части фундамента условно не показано.
6.ЛИТЕРАТУРА
6.1. В.В. Доркин и др. “ Сборник задач по строительным конструкциям ” . Стройиздат. 1986г.
6.2. СНиП 2.01.07-85 “ Нагрузка и воздействие ” 1985г.
6.3. СНиП 2.03.01-84 “ Бетонные и железобетонные конструкции ” 1985г.
6.4. А.Н. Кувалдин и др. “ Примеры расчета железобетонных конструкций зданий ” Стройиздат. 1976г.
6.5. В.Н. Семенов “ Унификация и стандартизация проектной документации для строительства ” Стройиздат. 1985г.