Проектирование и расчет железобетонных конструкций многоэтажного здания

Сочинский  Государственный  Университет

кафедра строительных  конструкций

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

Проектирование и  расчет  железобетонных конструкций многоэтажного  здания.

 

 

 

 

 

 

 

                                                            Выполнил:

                                                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                           г. Сочи 2014 год

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Компоновка  конструктивной  схемы  монолитного  ребристого  перекрытия.

 

Монолитное  ребристое  перекрытие проектируется  для  здания  в  котором  наружные  стены  выполнены  из  кирпича, а  внутренние колонны  железобетонные.

Привязку  продольных  и  торцовых  кирпичных  стен  принимаем  δ=0 м, глубину  опирания  на  стены  плиты  0,12м, второстепенной  балки 0,25м, главной балки 0,25м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задаемся  предварительно  размерами  сечений (размеры  поперечных  сечений  балок  принимаем  кратными  5 см)

- плиты  hpl = 70 мм

- второстепенной  балки

              hsb = B/14 = 590/14 = 42.14 ≈ 45 см

              bsb = 0.5 hsb  = 0.5*45 = 22.2 ≈ 25 см

- главной  балки

              hmb = L/10 = 600/10 = 60 см

              bsb = 0.4 hmb  = 0.4*60 = 24 ≈ 25 см

 

Материалы  для  перекрытия

 

Бетон – тяжелый, класса В30

              Rb = 17 МПа, коэффициент  условий  работы  бетона γb1 = 0,9

              Rbl = 17 МПа

Арматура – класса   А500

                     Rs = 435 МПа

По  степени  ответственности  здание  относится  к  классу  ll (коэффициент  надежности  по  значению  γn = 0,95).

 

Расчет  и  конструирование  монолитного  ребристого  перекрытия.

 

Расчет  перекрытия  состоит из  последовательных  расчетов  его  элементов: плиты, второстепенных  балок  и  главных  балок. При  расчете  элементов  перекрытия  можно  ограничиться  расчетом  по  несущей  способности, так  как  при  назначенных  предварительно  размерах  поперечных  сечений  жесткость   элементов, как  правило, достаточна.

 

Расчет  и  конструирование плиты монолитного   перекрытия.

 

 

Определение  расчетных  пролетов  плиты  перекрытия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Крайние  пролеты

                         l01 = l0 – δ – bsb/2 + c/2 = 2 – 0 – 0,25/2 + 0,12/2 = 1,935 м,

                         где  l0 – пролет  плиты  между  осями  ребер

                         l0 = L/3 = 6,00/3 = 2 м

 

Средние  пролеты

                         l02 = l0 – bsb = 2 – 0,25 = 1,75 м

Пролеты  вдоль  второстепенных  балок

                         l04 = B – bmb = 5.9 – 0,25 = 5.65 м

 

Так, как  l04 /l02 = 5,65/1,75 = 3,23 > 2, то  плиту  рассчитываем, как  балочную  в  направлении  коротких  пролетов.

 

Расчет  балочной  плиты, загруженной  равномерно  распределенной  нагрузкой, производится  как  многопролетной  неразрезной  балки  с  условной  шириной  100 см, крайними  опорами  для  которой являются  продольные  кирпичные  стены, а  средними  второстепенные  балки.

 

Таблица 1. Нормативные  и  расчетные  нагрузки  на  1м²  плиты.

 

 

№ п.п.	Вид  нагрузки	Подсчет	Норматив-ное значение, кН/м2	Коэффиц. надежн., γf	Расчетная нагрузка, кН/м2
1	Постоянная, gf - вес пола (толщина  0,02 м, объемная  масса – 18кН/м3) - подготовка  из  шлакобетона (толщина  0,05 м, объемная  масса – 14кН/м3) - собственный  вес  плиты (толщина  0,07 м, объемная  масса – 25 кН/м3)	0,02*1,0*1,0*18       0,05*1,0*1,0*14         0,07*1,0*1,0*25	0,36       0,7         1,75	1,2       1,2         1,1	0,43       0,84         1,92
	Итого постоянная, gf	-	2,81	-	3,19
2	Временная, γ (по  зданию)		6,2	1,2	7,44
	Полная, gf + γ	-	qn = 9,01		q = 10,63

 

 

 

 

 

Определение  усилий  в  плите  от  внешней  нагрузки:

 

 

Расчетные  усилия  в  плите  определяем  с  учетом  перераспределения  вследствие  пластических  деформаций.

Расчетные  изгибающие  моменты  в сечениях  плиты  вычисляются  по  формулам:

- в  крайнем  пролете  и  на  первой  промежуточной  опоре:

 

М1 = -МВ = =10630*1.9352/11 = 3618.648 H*м = 3,62 кН*м

 

- в  среднем  пролете  и  на  средних  опорах:

 

М2 = -МС = = 10630*1.752/16 = 2034,648 H*м = 2,035 кН*м

 

Расчетная  схема  плиты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем  требуемое  количество  продольной  арматуры  для  обеспечения  прочности  нормальных  сечений  при  рабочей  высоте  сечения

                                  h0 = hpl – a = 7- 2= 5 см

 

В средних  пролетах  и на средних опорах  моменты  снижены  на  20%  из-за  учета возникающего при  заделке  плиты  по  контуру:

 

m= =

 

= = 0,0426

 

Относительная  высота  сжатой  зоны  бетона

 

ξ = 1- = 1- = 0,00182

 

 

Относительная  высота  сжатой  зоны  бетона, при  котором   предельное  состояние  элемента  наступает  одновременно  с  достижением в  растянутой  арматуре  напряжения  равного  расчетному  сопротивлению  Rs

 

ξR = = = 0,547

 

где  ω – характеристика  сжатой  зоны  бетона,

 

       ω = α – 0,008*Rb = 0,85 – 0,008*17 = 0,714

 

       α – коэффициент, для  тяжелого  бетона  α = 0,85

 

     = 500 Мпа – при  использовании  коэффициента  условий  работы  бетона  γb2 = 0,9

 

ξ = 0,00182 ξR = 0,547

 

Сжатая  арматура  по  расчету  не  требуется. При  отсутствии сжатой  арматуры  требуемая  площадь  арматуры  в  растянутой  зоне  равняется:

 

A0 = = = 0,749 см2

 

где  = 1- 05*ξ = 1- 0,5*0,00182 = 0,999

 

В  крайнем  пролете  и  на  первой  промежуточной  опоре:

 

m= =

 

=  = 0,0946

 

Относительная  высота  сжатой  зоны  бетона

 

ξ = 1- = 1- = 0,0996

 

ξ = 0,0996 ξR = 0,547

 

Сжатая  арматура  по  расчету  не  требуется. При  отсутствии сжатой  арматуры  требуемая  площадь  арматуры  в  растянутой  зоне  равняется:

 

A0 = = = 1,752 см2

 

где  = 1- 05*ξ = 1- 0,5*0,0996 = 0,950

 

Минимальный  шаг продольной  арматуры  200 мм, минимальный диаметр арматуры класса  А500  10 мм, поэтому  на  1м  ширины  плиты принимаем

  510 А500

с  общей  площадью поперечного  сечения  3,93 см2 >1,752 см2 (>0,749 см2)

 

Минимальный  шаг продольной  арматуры  300 мм. Для  поперечной  арматуры принимаем  10 А500   с  шагом  300 мм  (по заданию указан  один  классс  арматуры А500).

 

Армирование  плиты  плоскими  сетками  с  поперечной  рабочей  арматурой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет  и  конструирование  второстепенной  балки

 

Второстепенную  балку  рассчитывают  как  многопролетную  неразрезную  балку  таврового  сечения, нагрузка  на  которую  приходится  с  ширины  равной  расстоянию  между  осями  смежных  пролетов  плиты, что  составляет  200 см.

 

Расчетные  пролеты  и  нагрузки.

 

- для  крайних  пролетов  балки

 

 l03 = B – - + = 5,9- +   = 5,9 м

 

- для  средних  пролетов  балки

 

 l04 = B – bmb  = 5,9 –0,25 = 5,65 м

 

Пролеты  не  должны  отличаться  более, чем  на  20%:

 

* 100% = * 100% = 4,4% 20%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетная  нагрузка  на  1 пог. м  условной  балки:

 

- постоянная  нагрузка:

 g = g*Bsb + bsb(hsb – hf)*25* = 3.19*2,0 + 0,25(0,45 – 0,07)*25*1,1 = 8,99 кН/м

- временная:

= *Bsb = 7,44*2,0 = 14,48 кН/м

- полная  нагрузка:

q = g + = 8.88 + 14.88 = 23,87 кН/м

ql= g + = 8.88 + 14.88/2 = 16.43 кН/м

 

Расчетная  схема  балки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изгибающие  моменты с  учетом  перераспределения  внутренних  усилий:

- в  первом  пролете:

 

М1 = = = 75,32 кН*м

 

- на  первой промежуточной  опоре:

 

МВ = = = 59,18 кН*м

 

- в  средних  пролетах  и на  средних  опорах:

 

М2 = = = 47,49 кН*м

 

Расчетные  поперечные  силы  определяются  из  следующих  соотношений:

 

- на  крайней  опоре:

 

Q1 = 0,4ql03 = 0,4*23,87*5,9 = 56,33 кН

 

- на  первой  промежуточной  опоре  слева:

 

Q2 = 0,6ql03 = 0,6*23,87*5,9 = 84,50 кН

 

- на  первой  промежуточной  опоре  справа:

 

Q3 = 0,6ql04 = 0,5*23,87*5,65 = 67,24 кН

 

Высота  сечения  второстепенной  балки.

        Для  обеспечения  перераспределения внутренних  усилий  за  счет  пластических  деформаций  бетона  и  арматуры  принимаем  = 0,35, =0,289. В  качестве  расчетного  принимаем опорное сечение  с  наибольшим  по  модулю  моментом: МВ = 59,18 кН*м

 

h0 =   = = 23,14 см

 

hsb = h0 + а = 23,14 + 4 = 27,14 см. Окончательно  принимаем hsb = 40 см.

Следовательно  h0 = hsb – а = 40 – 4 = 36 см.

 

Проверяем  достаточность  высоты  сечения  балки  для  обеспечения  сопротивления  действию  главных  сжимающих  усилий:

 

Q **Rb*b*h0

 

Где Q – максимальное  значение  поперечной  силы  в  нормальном  сечении  элемента.

Q2 = 84,50 кН 0,3*0,9*17**25*36 = 413,1кН

Условие  выполняется.

 

Расчет  прочности  по  нормальным  сечениям.

 

Сечение  в  крайнем  пролете:

 

Рабочая  высота  сечения  при  расположении  растянутой  арматуры  в  два  ряда

 

h0 = hsb – а = 40 – 4 = 36 см.

 

Для  участков  балки, где  действуют  положительные  изгибающие  моменты, за  расчетное  принимают тавровое  сечение  с  полкой  в  сжатой  зоне.  Вводимую  в  расчет  ширину  сжатой полки  принимают  из  условия, что ширина  свеса  в  каждую  сторону  от  ребра  должна  быть  не  более 1/6 пролета элемента, а  при = 7 см 0,1* hsb = 0,1*40 = 4 см  принимается  равной  не  более ½  расстояния  в  свету  между  ребрами:

 

= 2* + 25 = 213 см

 

= 2* + 25 = 200 см

Принимаем  наименьшее  из  значений  = 200 см

Второстепенную  балку  рассчитываем  как  многопролетную  неразрезную  балку  таврового  сечения  с  шириной  полки, равной  200 см.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Граница  сжатой  зоны  бетона  проходит в полке, если  соблюдается  условие:

 

M Mf

 

Mf = *Rb*bf*hf*(h0 – 0,5hf)

Mf =0,9*17**200*7*(36 – 0,5*7) = 69615 кН*см =696,15 кН*м

 

М1 = 75,32 кН*м Mf = 696,15 кН*м

 

Следовательно  граница  сжатой  зоны  проходит  в  полке, и  расчет  сечения  балки  ведем  как  прямоугольного  с  шириной = 200 см.

 

m= =  = 0,0190

 

Относительная  высота  сжатой  зоны  бетона

 

ξ = 1- = 1- = 0,0192

 

ξ = 0,0192 ξR = 0,547

 

Сжатая  арматура  по  расчету  не  требуется. При  отсутствии сжатой  арматуры  требуемая  площадь  арматуры  в  растянутой  зоне  равняется:

 

A0 = = = 4,86 см2

 

где  = 1- 05*ξ = 1- 0,5*0,0192 = 0,990

 

Принимаем  414А500 с А0 =6,6 см2

 

Сечение  в  среднем  пролете:

 

Рабочая  высота  сечения  при  расположении  растянутой  арматуры  в  два  ряда

h0 = hsb – а = 40 – 4 = 36 см.

 

 

m= =  = 0,0120

 

Относительная  высота  сжатой  зоны  бетона

 

ξ = 1- = 1- = 0,0121

 

ξ = 0,0121 ξR = 0,547

 

Сжатая  арматура  по  расчету  не  требуется. При  отсутствии сжатой  арматуры  требуемая  площадь  арматуры  в  растянутой  зоне  равняется:

 

A0 = = = 3,05 см2

 

где  = 1- 05*ξ = 1- 0,5*0,0121 = 0,994

 

Принимаем  410А500 с А0 =3,14 см2

 

Сечение  у  первой  промежуточной  опоры:

 

Рабочая  высота  сечения  при  расположении  растянутой  арматуры  в  два  ряда

h0 = hsb – а = 40 – 4 = 36 см.

 

 

m= =  = 0,119

 

Относительная  высота  сжатой  зоны  бетона

 

ξ = 1- = 1- = 0,127

 

ξ = 0,127 ξR = 0,547

 

Сжатая  арматура  по  расчету  не  требуется. При  отсутствии сжатой  арматуры  требуемая  площадь  арматуры  в  растянутой  зоне  равняется: