Реферат: Конструирование и расчет элементов железобетонных конструкций многоэтажного здания (без подвала) с наружными каменными стенами и внутренним железобетонным каркасом

Федеральноеагентство по образованию и науке

Кубанскийгосударственный технологический университет

Кафедрастроительных конструкций и гидротехнических сооружений

Пояснительнаязаписка

к курсовомупроекту №1

по дисциплине« Железобетонные и каменные конструкции»

На тему:

«Конструированиеи расчет элементов железобетонных конструкций многоэтажного здания (безподвала) с наружными каменными стенами и внутренним железобетонным каркасом»

Краснодар 2005г.

1.Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия

Выбираем поперечноерасположение ригелей относительно длины здания, за счет чего достигаетсяповышение жесткости, что необходимо в зданиях с большими проемами. На среднихопорах ригели опираются на консоли колонн, а по краям заделываются в несущиестены. Принимаем прямоугольную форму сечения ригеля как наиболее простую длярасчета.

Исходя изтехнико-экономического анализа, выбираем продольное расположение плитотносительно длины здания, что позволяет в целом сэкономить около двухкубометров железобетона по сравнению с поперечным расположением плит относительноздания.

Поскольку нормативная нагрузка(6,4кПа) больше 5 кПа, принимаем ребристые предварительно напряженные плитыноминальной шириной 1400 мм. Связевые плиты располагаем по рядам колонн. Вкрайних пролётах помимо основных плит принято по доборному элементу шириной 500мм.

Принимаем привязку осей 200х310мм.

В продольном направлениижесткость здания обеспечивается вертикальными связями, устанавливаемыми в одномсреднем пролете по каждому ряду колонн.

В поперечном направлениижесткость здания обеспечивается по связевой системе: ветровая нагрузка черезперекрытия, работающие как горизонтальные жесткие, передается на торцевыестены, выполняющие функции вертикальных связевых диафрагм, и поперечные рамы. Поперечныеже рамы работают на вертикальную и горизонтальную нагрузку.

Исходя из климатическихусловий района строительства, принимаем толщину стен в два кирпича, то есть510мм.

Поскольку длина зданиябольше 40 м, в середине здания в поперечном направлении устраиваемдеформационный шов.

2. Расчетребристой предварительно напряжённой плиты перекрытия по двум группампредельных состояний

2.1 Расчетплиты по предельным состояниям первой группы

2.1.1 Расчетныйпролет и нагрузки

Для установлениярасчетного пролета плиты задаёмся размерами сечения ригеля:

— высота:

/> />

— ширина:

/>/>

При опирании на ригель поверху расчётный пролёт равен:

/>/>

где /> - расстояние междуразбивочными осями, м

/> <td/> />
/> - ширина сечения ригеля, м

Рисунок 2 – К определениюрасчетного пролета плиты

Таблица 1- Нагрузка на 1м2междуэтажного перекрытия

№ п/п Наименование нагрузки

Нормативная нагрузка,

Н/м2

Коэфф. надёжности по нагрузке />

Расчётная нагрузка.

Н/м2 1

Постоянная

Собственный вес ребристой плиты:

/>то же слоя цементного раствора, />/>

то же керамических плиток, />/>

ИТОГО:

2450

440

240

1,1

1,3

1.1

2695

575

265

3130 - 3535 2

Временная

В том числе:

Длительная

кратковременная

6400

4480

1920

1,2

7680

5380

2300

Полная нагрузка

В том числе:

постоянная и длительная

кратковременная

9530

7610

1920

11215

Расчётная нагрузка на 1 мпри ширине плиты 1,4 м с учётом коэффициента

надёжности по назначениюздания/>

постоянная />

полная />/>/>

временная />

Нормативная нагрузка на 1м длины:

постоянная />

полная />

в том числе постоянная идлительная: />

2.1.2Усилия от расчетных и нормативных нагрузок

Рисунок 3- Расчетнаясхема плиты

От расчетной нагрузки:

/>/>

От нормативной нагрузки:

/>/>

От нормативной постояннойи длительной нагрузки:

/>/>

2.1.3 Установлениеразмеров сечения плиты

Высота сечения ребристойпредварительно напряженной плиты />.

Рабочая высота сечения />

Ширина продольных реберпонизу />

Ширина верхней полки />. />

В расчетах по предельнымсостояниям первой группы расчетная толщина сжатой полки таврового сечения />; отношение /> при этом в расчет вводитсявся ширина полки />.

Расчетная ширина ребра />

a) проектное сечение

б) приведенное сечение

Рисунок 4- Поперечныесечения ребристой плиты

2.1.4Характеристики прочности бетона и арматуры

Ребристую предварительнонапряженную плиту армируем стержневой арматурой класса А-VI c электротермическим напряжением на упоры форм.

К трещиностойкости плитыпредъявляют требования 3-й категории. Изделие подвергаем тепловой обработке приатмосферном давлении.

Бетон тяжелый класса В40,соответствующий напрягаемой арматуре.

Призменная прочностьнормативная />;

расчетная/>; коэффициент условийработы бетона />;

нормативное сопротивлениепри растяжении />; расчетное />; начальный модульупругости бетона />.

Арматура продольных ребер–класса А-VI, нормативное сопротивление

/>, расчетное сопротивление />,

модуль упругости />.

Предварительноенапряжение арматуры принимаем равным

Проверяем выполнениеусловия при электротермическом способе натяжения:

/>/> условие выполняется.

Вычисляем предельноеотклонение предварительного напряжения:

D/>принимаем

где n=2 –число напрягаемых стержней плиты.

Коэффициент точности натяжения при благоприятном влиянии

предварительного напряжения />D/>

При проверке по образованию трещин в верхней зоне плиты приобжатии принимаем: />

Предварительное напряжение с учётом точности натяжения:

2.1.5Расчёт 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 пределахполки, />

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 сопротивлениенапрягаемой арматуры выше условного предела текучести:

/> для арматуры класса А-VI; принимаем />

Вычисляем площадь сечения растянутой арматуры:

Принимаем 2Ø14 А-VI с />.

2.1.6Расчёт 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 />полкисоставляет:

где /> — расчётнаяпостоянная нагрузка на плиту от пола, />

/> — расчётная нагрузка от собственного веса полки, />

Изгибающий момент для полосы шириной 1м определяем с учётомчастичной заделки в рёбрах />

Рабочая высота сечения />

Арматура Ø4 Вр-I с />

/> />

Принимаем 6Ø4Вр-I с /> с шагом /> и нестандартную сварнуюсетку из одинаковых в обоих направлениях стержней Ø4Вр-I;

марка сетки:

/> с />.

2.2 Расчётребристой плиты по предельным состояниям II группы

2.2.1 Геометрические характеристики приведённогосечения

Отношение модулей упругости:

Площадь приведённого сечения:

Статический момент площади приведённого сечения относительнонижней грани:

Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенногосечения:

Момент инерции приведённого сечения:

/>/>

где />момент инерции /> части сечения относительнооси, 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 растянутойзоны (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 стадииизготовления 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 электротермическомспособе натяжения канатов:

/>.

Потери от температурного перепада, между натянутой арматуройи упорами />, так как при пропариванииформа с упорами нагревается вместе с изделием.

Усилие обжатия с учётом полных потерь:

Эксцентриситет этого усилия относительно центра тяжестиприведённого сечения:

Напряжение в бетоне при обжатии:

Устанавливаем величину передаточной прочности бетона из условия:

Принимаем />, тогда />

Вычисляем сжимающие напряжения в бетоне на уровне центратяжести напрягаемой арматуры от усилия обжатия /> ис 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 Расчётпрочности плиты по сечению, наклонному к продольной оси

Влияние продольногоусилия обжатия />

Проверяем, требуется липоперечная арматура по расчёту.

Условие: /> — удовлетворяется. При:

/> />,

принимаем />

Другое условие:

/>/> — условие удовлетворяется.

Следовательно, поперечнаяарматура не требуется по расчету.

На приопорных участкахдлиной /> устанавливаем конструктивнов каждом ребре плиты поперечные стержни Ø6 А-I с шагом/>, всредней части пролета шаг />.

Поскольку поперечныестержни приняты конструктивно, проверку прочности не производим.

2.2.4Расчёт по образованию трещин, нормальных к продольной оси

Выполняем для выяснениянеобходимости проверки по раскрытию трещин. При этом для элементов, ктрещиностойкости которых предъявляют требования 3-й категории, принимаемзначения коэффициента надежности по нагрузке: />

/>/>/>

Условие: />

Вычисляем момент образования трещин по приближённому способуядровых моментов:

Здесь ядровый момент усилия обжатия при />

Поскольку />, трещиныв растянутой зоне образуются.

Проверяем, образуются ли начальные трещины в верхней зонеплиты при её обжатии при значении коэффициента точности натяжения />. Изгибающий момент отсобственной массы плиты />

Расчётное условие: />

Поскольку />, условиеудовлетворяется, начальные трещины не образуются:

здесь />-сопротивление бетона растяжению соответствующее передаточной прочности бетона />.

2.2.5 Расчет пораскрытию трещин, нормальных к продольной оси

Предельная ширинараскрытия трещин: непродолжительная />, продолжительная/>. Изгибающие моменты отнормативных нагрузок: постоянной и длительной /> полной/>

Приращение напряжений врастянутой арматуре от действия постоянной и длительной нагрузок:

где />плечо внутренней пары сил;

/>так как усилие обжатия Р2приложено в центре тяжести нижней напрягаемой арматуры;

/> момент сопротивления сечения порастянутой арматуре;

Поскольку приращениенапряжений />, трещины в растянутой зонеплиты от действия этого вида нагрузок не образуются и, соответственно, нетпрогиба плиты.

Приращение напряжений варматуре от действия полной нагрузки:

Вычисляем:

— ширину раскрытия трещинот непродолжительного действия полной нагрузки:

где />

d-диаметр продольной арматуры, м

Непродолжительная ширинараскрытия трещин:

Продолжительная ширинараскрытия трещин:

Следовательно,конструкция в целом отвечает требованиям трещиностойкости.

2.2.6 Расчётплиты на усилия, возникающие в период изготовления, транспортирования и монтажа

Расчет ведем на совместное действие внецентренного сжатия инагрузки от собственного веса.

За расчётное сечение принимаем сечение, расположенное нарасстоянии 1 м от торца панели.

Нагрузка от собственного веса:

Момент от собственного веса:

Определяем />

/>, тогда />

Принимаем арматуру 2Ø22 А-II с /> для каркасовКП-1.

Рисунок 6 — Расчетнаясхема плиты в период изготовления, транспортирования и монтажа

3. Расчеттрехпролетного неразрезного ригеля

Расчетный пролет ригеля между осями колонн />, а в крайних пролетах:

где /> привязка осистены от внутренней грани, м

/> глубина заделки ригеля в стену, м

3.1 Материалы ригеля и их расчетныехарактеристики

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 назначениюздания

/>: />

— от массы ригеля с учётом коэффициента надёжности

/> и />

Итого: />

Временная нагрузка с учётом коэффициента надёжности поназначению здания />:

Полная расчетная нагрузка:

/>/>

Расчетные значения изгибающих моментов и поперечных сил находимв предположении упругой работы неразрезной трехпролетной балки. Схемызагружения и значения M и Q в пролетах и на опорах приведены втабл.2/>

Таблица 2- Определение изгибающих моментов и поперечных сил

Схема загружения

MВ

MС

QА

QВ1

QВ2

0,08*

*26,79**5,552=

=66,02

0,025* *26,79**5,62=

=21

66,02

-0,1*

*26,79*

*5,62=

=-84,01

-84,01

0,4*

*26,79*

*5,55=

=59,47

-0,6*

*26,79*

*5,55=

=-89,21

0,5*

*26,79*

*5,6=

=75,01

0,101*

*52,53*

*5,552=

=163,42

-0,05*

*52,53*

*5,62=

=-82,37

163,42

-0,05*

*52,53*

*5,62=

=-82,37

-82,37

0,45*

*52,53*

*5,55=

=131,19

-0,55*

*52,53*

*5,55=

=-160,35

-0,025*

*52,53*

*5,552=

=-40,45

0,075*

*52,53*

*5,62=

=123,55

-40,45

-0,05*

*52,53*

*5,62=

-82,37

-0,05*

*52,53*

5,55=

=-14,58

-0,05*

*52,53*

*5,55=

=-14,58

0,5*

*52,53*

*5,6=

=147,08

117,07 82,37 -21,74

-0,117*

*52,53*

*5,62=

=-192,74

-0,033*

*52,53*

*5,62=

=-54,36

0,383*

*52,53*

*5,55=

=111,66

-0,617*

*52,53*

*5,55=

=-179,88

0,583*

*52,53*

*5,6=

=171,5

Наиневыгоднейшая комбинация

1+2

229,44

1+3

144,55

1+2

229,44

1+4

-276,75

1+2

-166,38

1+2

190,66

1+4

-269,09

1+4

246,51

По данным табл.2 строим эпюры изгибающих моментов и поперечныхсил для различных комбинаций нагрузок. При этом значения M и Q от постоянной нагрузки – схема I – входят в каждую комбинацию. Далее производим перерасчетусилий.

Для обеих промежуточных опор устанавливаем одинаковоезначение опорного момента, равное сниженному на 30% максимальному значениюмомента на опоре «В»:

/>.

Исходя из принятого опорного момента, отдельно для каждойкомбинации осуществляем перераспределение моментов между опорными ипромежуточными сечениями добавлением треугольных эпюр моментов.

Опорный момент ригеля по грани колонны на опоре «В» состороны второго пролета при высоте сечения колонны />

Для расчета прочности по сечениям, наклонным к продольнойоси, принимаем значения поперечных сил ригеля, большие из двух расчетов:упругого расчета и с учетом перераспределения моментов.

3.3 Расчётпрочности ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси

Высоту сечения ригеля уточняем по опорному моменту по граниколонны при />, поскольку на опоре моментопределен с учетом образования пластического шарнира. Принятую высоту затемпроверяем по пролетному наибольшему моменту так, чтобы относительная высотасжатой зоны была /> и исключалосьнеэкономичное переармирование сечения. По табл. III.1.[1] при />находимзначение />, а по формуле определяемграничную 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 границырастянутой грани до центра тяжести растянутой арматуры а=0,06 м прирасположении арматуры в 2 ряда и а =0,03 м при расположении арматуры в 1 ряд.

/> Рисунок 8- К расчету прочностиригеля – сечение

— в пролете (а) — наопоре (б)

Сечение в первом пролёте: />,/>

Расчет сечения арматуры выполняем, используя вспомогательныетаблицы, вычисляем

По табл./> находим/>, />

Проверяем принятую высоту сечения ригеля. Поскольку />, сечение не будетпереармированным.

Определяем площадь сечения продольной арматуры:

По сортаменту принимаем для армирования 2Ø18А-III+ 2Ø20А-III с

/>.

Сечение в среднем пролёте />

По сортаменту принимаем />4Ø14А-III c/>

Количество верхней арматуры определяем по величине опорныхизгибающих моментов.

Сечение на опоре «В», />

Для армирования опорных сечений принимаем:

— со стороны 1го пролета 2Ø10А-III +2Ø22A-III c />

— со стороны 2го пролета: сечение арматуры, доводимой доопор, определяем исходя из значения отрицательного момента, />, />

Вычисляем:

/> />

Сечение арматуры:

Следовательно, до опор должна доводиться арматура не менее2Ø 16 А-III с />

Принимаем 2Ø16 А-III +2Ø18A-III c />.

3.4 Расчётпрочности ригеля по сечениям, наклонным к продольной оси

Максимальная поперечнаясила (на первой промежуточной опоре слева) />

Диаметр поперечныхстержней устанавливаем из условия сварки с продольной арматурой диаметром d=22 мм и принимаем равным d=8 мм класса А-I с />.Шаг поперечныхстержней по конструктивным условиям принимаем s=h/3=0,6/3=0,2м. Навсех 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 прочностивычисляем:

Поскольку

/>,

вычисляем значение (с) поформуле:

Тогда />

Поперечная сила в вершиненаклонного сечения

/>.

Длина проекции расчетногонаклонного сечения

Вычисляем />

Условие

/> удовлетворяется.

Проверка прочности посжатой наклонной полосе:

/> />

Условие прочности:

удовлетворяется.

3.5 Построениеэпюры арматуры

Эпюру арматуры строим в такой последовательности:

— определяем изгибающие моменты М, воспринимаемые в расчетныхсечениях, по фактически принятой арматуре;

— устанавливаем графически или аналитически на огибающейэпюре моментов по ординатам М места теоретического обрыва стержней;

— определяем длину анкеровки обрываемых стержней

/>, причем поперечная сила Q в месте теоретического обрыва стержня принимаемсоответствующей изгибающему моменту в этом сечении; здесь d – диаметр обрываемого стержня.

— в пролете допускается обрывать не более 50% расчетнойплощади сечения стержней, вычисленных по максимальному изгибающему моменту.

Рассмотрим сечение первого пролёта. Арматура 2Ø18А-III+ 2Ø20А-III c />

Определяем момент, воспринимаемый сечением, для чегорассчитываем необходимые параметры:

/> />

/>, />

Арматура 2Ø18A-III обрывается в пролете, а стержни2Ø20 А-III c /> доводятся до опор.

Определяем момент, воспринимаемый сечением с этой арматурой:

/> />

/>, />

Графически определяем точки обрыва двух стержней 2Ø18А-III. В первом сечении поперечная сила />, во втором />. Интенсивность поперечногоармирования в первом сечении при шаге хомутов /> равна:

Длина анкеровки

Во втором сечении при шаге хомутов />

Сечение во втором пролете: принята арматура 4Ø14А-III c/>.

Определяем момент, воспринимаемый сечением, для чегорассчитываем необходимые параметры:

/> />

/>, />

Арматура 2Ø14A-III обрывается в пролете, а стержни2Ø14А-III c /> доводятся до опор. Определяем момент, воспринимаемыйсечением с этой арматурой :

/> />

/>, />

Графически определяем точки обрыва двух стержней Ø14 A-III. Поперечная сила в сечении />. Интенсивность поперечногоармирования при шаге хомутов /> равна:

Длина анкеровки

На первой промежуточной опоре слева принята арматура 2Ø10А-III+

+2Ø22A-III c />.

/>, />,

/>, />

Стержни 2Ø10А-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 2Ø16А-III+ +2Ø18A-III c />.Определяем момент, воспринимаемый сечением c этой арматурой:

/>, />,

/> />

Стержни 2Ø16А-III с /> доводятся до опор:

/>,/>

Поперечная сила />.Интенсивность поперечного армирования при шаге хомутов />: />

Длина анкеровки

Принимаем />.

3.6 Расчет стыка ригеля с колонной

Рассматриваем вариантбетонированного стыка. В этом случае изгибающий момент на опоре воспринимаетсясоединительными стержнями в верхней растянутой зоне и бетоном, заполняющимполость между торцом ригелей и колонной.

Принимаем бетон длязамоноличивания класса В20, /> /> стыковые стержни изарматуры класса A-III; />

Изгибающий момент ригеляна грани колонны />, рабочая высотасечения />

по табл.III.I.[1] находим соответствующее значение /> и определяем площадьсечения стыковых стержней

Принимаем арматуру 2Ø25А-III c />.

Длину сварных швов дляприварки стыковых стержней с закладными деталями ригеля определяем следующимобразом:

где />

коэффициент 1,3 вводимдля обеспечения надежной работы сварных швов в случае перераспределения опорныхмоментов вследствие пластических деформаций.

При двух стыковыхстержнях и двусторонних швах длина каждого шва (с учетом непровара) будетравна:

Конструктивное требование/>.

Принимаем />

Закладная деталь ригеляприваривается к верхним стержням каркаса при изготовлении арматурных каркасов.Сечение этой детали из условия прочности на растяжение:

Конструктивно принятазакладная деталь в виде гнутого швеллера из полосы /> длиной/>м;

Длина стыковых стержнейскладывается из размера сечения колонны, двух зазоров по 5 см между колонной и торцами ригелей и двух длин сварного шва: />

Рисунок 10- К расчетубетонированного стыка

4. Расчет центральнонагруженной колонны

4.1Определение продольных сил от расчетных нагрузок

Грузовая площадь среднейколонны при сетке колонн 5,6х7,2м равна:

Подсчет нагрузок приводимв таблице 3.

Таблица3 — Нормативные ирасчетные нагрузки

№ п/п Наименование нагрузки

Нормативная нагрузка,

Н/м2

Коэфф.надёжности по нагрузке, γf