Проектирование железобетонных конструкций многоэтажного моно- литного здания колонной конструктивной системы

1 2

---

Оглавление

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОНОЛИТНОЙ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ …………………………………………………. 1 1.1 Общие данные ……………………………………………………………………………………………………………………….. 3 1.2 Сбор нагрузок на питу перекрытия………………………………………………………………………………………………. 3 1.3 Подбор арматуры плиты перекрытия. ……………………………………………………………………………………. 5 1.4 Подбор арматуры плоского монолитного перекрытия опертого на колонны (ручной счет) ………………… 9 1.4 Определение длины анкеровки …………………………………………………………………………………………….. 12 1.5 Определение длины перепуска арматуры …………………………………………………………………………….. 13 1.6 Расчет плоской монолитной плиты перекрытия на продавливание в зоне сопряжения плиты перекрытия с колоннами…………………………………………………………………………………………………………………. 13 1.6.1. Проверка прочности условия прочности на продавливание плиты вне зоны армирования ……… 14 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОНОЛИТНЫХ КОЛОНН ………………………………………………………………………. 14 2.1 Вычисление нагрузок на колонну …………………………………………………………………………………………. 14 2.2 Вычисления ветровых нагрузок …………………………………………………………………………………………… 16 2.3 Вычисление нагрузки на подземную часть стены …………………………………………………………………. 18 2.4 Вычисление снеговых нагрузок ………………………………………………………………………………………………….. 19 2.4 Статический расчет плоской рамы ………………………………………………………………………………………. 20 2.5 Оценка распределения ветровой нагрузки между вертикальными элементами здания …………. 27 2.6 Статический расчет колонн здания ………………………………………………………………………………………. 27 2.7 Расчет колонны подземного этажа ……………………………………………………………………………………….. 34 2.8 Расчет колонны 1,2,3го этажей …………………………………………………………………………………………………… 35 2.8 Расчет колонны 4, 5, 6-го этажей ………………………………………………………………………………………………… 36 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛЕСТНИЦЫ ЗДАНИЯ. ………………….. 36 3.1 Описание лестничного марша. ……………………………………………………………………………………………… 36 3.2 Сбор нагрузок на лестничный марш. ……………………………………………………………………………………. 37 3.3 Подбор арматуры для лестничного марша. …………………………………………………………………………… 37 3.4 Результат компьютерного расчета лестницы ……………………………………………………………………………… 39 4. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТНОЙ ПЛИТЫ ЗДАНИЯ. ……………………………….. 43 4.1 Описание фундаментной плиты и основания………………………………………………………………………… 43 4.2 Расчет фундаментной плиты с предварительным вычислением коэффициентов постели. …….. 43 4.3 Результаты армирования …………………………………………………………………………………………………………… 46 4.3 Подбор арматуры для фундаментной плиты…………………………………………………………………………. 47 4.4 Расчет фундаментной плиты с закреплением узлов путем установки одноузловых КЭ. …………. 48 4.5 Расчет фундаментной плиты с наложением связей на верхние узлы вертикальных элементов расчетной схемы и приложением к подошве фундамента реактивного давления грунта…………………… 50 5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………………………………………………………………. 51  

1. Проектирование монолитной плиты перекрытия

1.1 . Общие исходные данные для проектирования

 Степень ответственности здания — КС-2.  Степень огнестойкости здания — II.  По пожарной опасности здание относится к категории «Д».  Условия строительства:  а) климатическая зона – II;  б) расчетная температура – (-27 0С);  в) снеговой район — III с расчетной нагрузкой 1.8 кН/м2;  г) ветровой район – II с нормативной нагрузкой 0.3 кН/м2  Здание промышленного предприятия – 6-ти этажное, отдельно сто- ящее, прямоугольное в плане с сеткой колонн 18.6×42.7м, с техническим эта- жом и подземной стоянкой. Высота здания составляет 32,7м. Высота этажа здания — 4.8м. Высота тех- нического этажа — 2.2м, высота этажа с подземной стоянкой — 2.5м. Покрытие здания представляет собой монолитную железобетонную плиту. Конструктивная система здания – каркасная. Пространственная жест- кость здания обеспечена рамной схемой. Вертикальные несущие элементы выполнены из монолитного железобе- тона (бетон класса B25). Сечение колонн — 0.4х0.4м. Толщина стен ядер жестко- сти 0.2 м. Горизонтальные несущие элементы выполнены из монолитного же- лезобетона (бетон класса B25). Перекрытия в здании — безбалочные, безкапи- тельные толщиной h=0.25 м. Рабочая продольная арматура в несущих элемен- тах — класса А500С. Наружные стены — не несущие — толщиной 0.3 м из газобе- тона, перегородки – толщиной 0.2 м из газобетона.  Планировочное решение помещений — зального типа.  За отметку 0,000 принята отметка чистого пола первого этажа.

1.2 Сбор нагрузок на плиту перекрытия.

Нагрузка на монолитную плиту перекрытия представлена: собственным весом плиты; постоянной нагрузкой по полю плиты перекрытия (вес пола, вес перегородок); постоянной нагрузкой по контуру плиты от веса ограждающих конструкций (наружных стен, устанавливаемых на перекрытие, а также вре- менной нагрузкой по полю перекрытия. В табл. 1 приведены нагрузки на перекрытие здания. Таблица 1

1.3 Подбор арматуры плиты перекрытия.

После выполнения статического расчета монолитной плиты перекрытия, получены результаты изгибающих моментов. Рис. 2 Изополя изгибающих моментов по оси Оу Рис. 3. Площадь рабочей арматуры у верхней грани по оси Oy в см2 на один по-гонный метр (подобранный диаметр при шаге арматуры S=200 мм) Рис 4. Площадь рабочей арматуры у верхней грани по оси Ox в см2 на один по- гонный метр (подобранный диаметр при шаге арматуры S=200 мм) Рис. 5. Площадь рабочей арматуры у нижней грани по оси Oy в см2 на один по- гонный метр (подобранный диаметр при шаге арматуры S=200 мм) Рис. 6. Площадь рабочей арматуры у нижней грани по оси Ox в см2 на один по- гонный метр (подобранный диаметр при шаге арматуры S=200 мм) По результатам компьютерного расчета: У нижней грани укладывается сетка С1:  вдоль цифровых осей расположены стержни 10А500 с шагом S=200 мм,  вдоль буквенных осей расположены стержни 10А500 с шагом S=200. У верхней грани укладывается сетка С2:  вдоль цифровых осей расположены стержни 12А500 с шагом S=200 мм,  вдоль буквенных осей расположены стержни 12А500 с шагом S=200 мм. Сетки дополнительного армирования С3 устанавливаются в надопорной зоне плиты, арматурные стержни принимаются следующие:  вдоль цифровых осей -22А500,  вдоль буквенных осей — 22А500. Сетки дополнительного армирования С4 устанавливаются в пролетной зоне плиты, арматурные стержни принимаются следующие:  вдоль цифровых осей -14А500,  вдоль буквенных осей — 14А500.

1.4 Подбор арматуры плоского монолитного перекрытия, опертого на ко- лонны (ручной счет)

При приложении по всей площади плиты равномерно распределенной нагрузки плита перекрытия будет работать в двух направлениях. Характер рас- пределения изгибающих моментов в плите будет обусловлен опиранием плиты перекрытия на колонны и будет зависеть от соотношения пролетов плиты в пределах ячейки. Базовый действующий момент М01=М02 вычисляется для свободно опертой квадратной плиты. Он соответствует балочной схеме работы плиты вдоль ее пролета l0 = 7.1м; L1 = L2 = 7.5м при нагружении плиты равномерно распределенной нагруз- кой Р = Pd + Pt = 1.24+6.9+4.8= кН/м2 и определяется по формуле: ?01 = ?02 = P · ?1 · L2 · l0 13 · 7.5 · 6.525 · 7.1 = 649кНм Равномерно распределенная нагрузка прикладывается в пределах площа- ди ячейки плиты 7.5х6.525м. Переходим от базовых моментов М01, М02 к моментам в неразрез- ных балках надколонных полос перекрытия М1, М2 и к моментам балок (про- летных полос) перекрытия (М3, М4). Этот переход выполняется с использование коэффициентов распределения, приведенных в Таблице 2. Таблица 2 Результаты компьютерного расчета показывают, что ширина надколон- ной полосы составляет 3.2м, пролетной — 4.4м. Для сравнения результатов статического расчета монолитной плиты пе- рекрытия по методике, указанной в строительных нормах, и с использованием компьютерного расчета необходимо учесть, что размерность изгибающих мо- ментов в одном расчете получена в кН, а в другом (компьютерном) кНм/м. По- сле согласования размерности изгибающих моментов они сведены в Таблицу 3 Таблица 3 Подбор стержней арматуры сеток С1 и С2 ведется при исходных данных M=46.3 кНм/м при условии, что надколонная зона плиты составляет 3.2х3.2м и максимальный момент этой зоны составляет 211 кНм/м, Rb=14500кН/м2, (B25), γb=0.9, b=1м, h0=0.225, Rs=434800 кН/м2 А500. по сортаменту арматуры подбираем диаметр стержней рабочей арматуры с учетом того, что при шаге стержней сеток S=200 мм на одном метре по ши- рине поперечного сечения плиты можно уложить пять арматурных стержней. Стержни рабочей арматуры сеток С1 иС2 принимаются Ø12А500, шаг 200мм, Аs=5.66 Подбор добавочных стержней ОС в надколонных зонах плиты перекры- тия производится с учетом того, что в надколонной зоне уже установлена сетка С1. Определяется предельный момент, который может быть воспринят нор- мальным сечением плиты (As=5.66см2). По сортаменту подбираем диаметр стержней рабочей арматуры с учетом того, что при шаге стержней сеток S=200мм на одном метре по ширине попе- речного сечения плиты можно уложить пять арматурных стержней. Дополнительное арматурные стержни в надколонной зоне плиты принимаются 5Ø22А500С, шаг 200мм, Аs=19.01

1.4 Определение длины анкеровки

Для конструирования стыка плиты со стеной необходимо определить длину анкеровки lan, определяем lan по формуле: Длина стержней дополнительного армирования плиты составляет 3200+1000+1000=5200 мм. Расход бетона B25 на ячейку перекрытия здания составляет 0.25·48.94=12.3м3

1.5 Определение длины перепуска арматуры

Размер надколонной зоны определены при компьютерном расчете плиты и составляет 3200х3200мм. Длина стержней дополнительного армирования плиты составляет 3200+1000+1000=5200 мм. Расход бетона B25 на ячейку перекрытия здания составляет 0.25·48.94=12.3м3

1.6 Расчет плоской монолитной плиты перекрытия на продавливание в зоне сопряжения плиты перекрытия с колоннами

Шаг поперечной арматуры в направлении, перпендикулярном расчетному контуру, составляет: h0=0.5·(hoy+ hoy)=0.22м Sw=h0/3=0.220/3=0.073м =>70мм Расстояние до стержней, ближайших к контуру площади приложения нагрузки: h0/2=0.22/2=0.11м В направлении, параллельном сторонам расчетного контура Sw=100мм. Сосредоточенная сила F=(1.24+6.9+4.8)·49.94=646.22кН F-сосредоточенная сила от внешней нагрузки F=646.22кН Бетон B25 Fb,ult-предельное усилие, воспринимаемое бетоном. u – периметр, u=600·4=2.4м. Fb,ult=0.9·1050·2.4·0.22=498.96кН. Fsw,ult- предельное усилие, воспринимаемое арматурой при продавлива- нии. Диаметр поперечной арматуры ∅6А400С. Шаг поперечной арматуры Sw=0.1м, Asw=0.57·10-4м2. Расчетное сопротивление поперечной арматуры Rs=28.5·104кН/м2 Предельное усилие, воспринимаемое арматурой при продавливании, с учетом периметра расчетного сечения u=2.4м. Fsw,ult=0.8·162.45·2.4=312кН Fb,ult+ Fsw,ult=498.96+312=810.96кН F< Fb,ult+ Fsw,ult 646.22<810.96кН Прочность плиты перекрытия на продавливание при действии сосредото- ченной силы F и при равномерно распределенной поперечной арматуре в зоне продавливания обеспечена.

1.6.1Проверка прочности условия прочности на продавливание пли- ты вне зоны армирования

u=0.083+0.21+0.08+0.4+0.08+0.21+0.083=4.6м Fb,ult=0.9·1050·4.6·0.22=956.34кН 646.22<956.34кН Прочность плиты перекрытия на продавливание при действии сосредото- ченной силы F в зоне продавливания обеспечена.

2 . Проектирование монолитных колонн

2.1 Вычисление нагрузок на колонну

Нагрузку на колонну собираем с грузовой площади перекрытия A=7.5·6.525=48.94м2, нагрузка на перекрытие — см. Таблицу 1. Таблица 4

2.2 Вычисление ветровых нагрузок

Грузовые площади для плоской рамы: Расчет выполнен по нормам проектирования СП 20.13330.2011 Так как высота здания менее 40м, пульсационная составляющая ветровой нагрузки не учитывается.

2.3 Вычисление нагрузки на подземную часть стены

Приведенная высота грунта (равномерно распределенная нагрузка от транспорта N=10кН/м2). γ=17.5кН/м3 (Суглинок φ =25°) 19 Hпр=10/19=0.53м H=0.53+0.8=1.33м γf=1.15 Активное расчетное давление грунта на высоте H: Q= γf· γ· H·tg2(45- φ/2)=1.15·17.5·1.33·tg2(45-25/2)=10.8кН/м2

2.4 Вычисления снеговых нагрузок

Расчет выполнен по нормам проектирования СП 20.13330.2011* с измене- нием №2″

2.4 . Статический расчет плоской рамы

Статический расчет плоских рам выполняем методом замещающих рам. Плоская рама формируется из колонн и ригеля – условная плита перекрытия. Расчет таких продольных и поперечных рам производится независимо.

2.5 Оценка распределения ветровой нагрузки между вертикальными элементами здания

Горизонтальная нагрузка — ветровая нагрузка, действующая на вертикаль- ные наружные элементы здания через плиты перекрытия, перемычки и другие связи между вертикальными элементами здания, передается на внутренние продольные и поперечные стены лестнично-лифтовых шахт, а также на колон- ны здания. Ветровая нагрузка распределяется между вертикальными несущими элементами здания, но удобнее рассматривать не распределение ветровой нагрузки, а распределение моментов между вертикальными конструктивными элементами здания. Момент в i-той колонне (стене) от ветровой нагрузки равен: EI — изгибная жесткость i-той элемента относительно оси, проходящей че- рез центр тяжести несущей системы из n колонн (стен); М(х) — изгибающий момент на уровне х от ветровой нагрузки, действую- щей на несущую систему.

2.6 . Статический расчет колонн здания

Расчетная схема рассчитываемого на вертикальную нагрузку здания и представляет собой консольный стержень, разбитый на элементы в пределах этажей здания (признак системы — 2). Опорный узел жестко закреплен — X, Z, UY. Жесткости стержневых элементов расчетной схемы колонны: модуль упругости Е=0,6 х 3·106= 1.8·106т/м2, размеры сечения – 40×40 см, плотность железобетона — 25кН/м2). На рис. 16 представлена расчетная схема — вертикаль- ный стержень (с жесткими вставками в уровне перекрытий), к узлам 2-8 кото- рой прикладываются горизонтальные узловые нагрузки. 28 Нагрузка от междуэтажных перекрытий и покрытия здания, собираемая с грузовой площади колонны среднего ряда А = 48,94 м2, приведена в таблице 5. При определении усилия сжатия N учитывается также собственный вес колонны. Сжимающие усилия N представлены на рис. 17. Изгибающие момен- ты M представлены на Рис.18. При приложении горизонтальной ветровой нагрузки рассматривается со- ставное сечение из колонн и стен лестнично-лифтовых шахт. На Рис. 19 пред- ставлено составное сечение стержня из колонн, а также стен — диафрагм жест- кости. В таблице 6 приведены геометрические характеристики колонн и стен, координаты центра тяжести элементов составного сечения относительно начала координат, а также модуль упругости элементов (класс бетона В25, начальный модуль упругости бетона Eb =3·106 т/м2). При проведении расчета учитывается модуль упругости с понижающим коэффициентом (k=0,6) Е=0,6·3·106 =1.8·106 т/м2. Для оценки распределения ветровой нагрузки (момента) между конструк- тивными элементами составного сечения определяется изгибная жесткость i-того элемента относительно оси, проходящей через центр тяжести несущей системы из n элементов. В составном сечении по высоте здания изгибающий момент, возникаю- щий от действия ветровой нагрузки (смотри рис. 18.), принимает разное значе- ние. Но распределение ветровой нагрузки (изгибающего момента) между эле- ментами составного сечения принимается одинаковым. В результате проведенного расчета по программе ЭСПРИ 2014 R3 (со- ставные сечения) из программного комплекса ЛИРА САПР установлено, что на колонны здания, в том числе колонну № 8 составного сечения, приходится 0,0138 % ветровой нагрузки (изгибающего момента), если ветровая нагрузка приложена вдоль оси x0, и 0,00902% — если нагрузка приложена вдоль оси y0. Основными элементами составного сечения, которые воспринимают ветровую нагрузку, являются стены лестнично-лифтовой клетки. Рассчитываемая колонна среднего ряда подземного этажа здания испы- тывает сжатие N = 3820 кН, а также изгибающий момент в двух взаимно пер- пендикулярных плоскостях Мx = 1060·0,0138 = 14.628 кНм, Мy =1060·0.00902=9.56 кНм.

2.7 . Расчет колонны подземного этажа (как центрально-сжатого элемента)

Исходные данные: Усилия: N=3820 кН; М=14.62 кНм; е? = М ? = ??.?? ???? = 3.82 · 10?? м < еа = ?,? ?? = 0,0133 м Сечение h=0,4 м; b=0,4 м; А=0,16м2; высота этажа Нэтажа = 2,5 м; λ = ?,?? ?,? = 5.7; φ = 0,93 Класс бетона В30 (R? = 17000 кН/м2); 35 арматура класса А500С (R?с = 435000кН/м2) Определение площади сечения продольной арматуры: N??? = φ · ?R? · A + R?? · A?,????, A?,??? = N??? − φR? · A φR?? = 3820 − 0.93 · 17000 · 0.16 0.93 · 435000 = 32.89см? Принимается 4ø36А500С; A?,??? = 40,72 см?, запас по арматуре составля- ет: 31.89/40.72=0783, процент армирования μ% = ???,?? ???? ? ∗ 100 = 2,55% Определение длины анкеровки Для конструирования стыка фундаментной плиты с колонной необходимо определить длину анкеровки lan, ее определяем по формуле: η1=2.5, η2=1 Rbond = η1⋅η2⋅Rbt=2.5⋅1⋅1.05=3.875МПа ??, ?? = R? · A? R???? · u? = 434800 · 10.18 · 10?? 3875 · 3.2 · 10?? = 0.37м = 37см ??? = α · l?, ?? · A?, ??? A?, ?? = 1 · 37 · 32.89 40.72 = 29.9см принимаем длину анкеровки lan=30см

2.8 Расчет колонны 1, 2, 3-го этажей (как центрально-сжатого элемента)

Исходные данные: Усилия: N=3180 кН; Сечение h=0,4 м; b=0,4 м; А=0,16м2; высота этажа Нэтажа = 4,8 м; λ = ?,?? ?,? = 11.38; φ = 0,87 Класс бетона В30 (R? = 17000 кН/м2,); арматура класса А500С (R?с = 435000кН/м2) Определение площади сечения продольной арматуры: N??? = φ · ?R? · A + R?? · A?,????, A?,??? = N??? − φR? · A φR?? = 3180 − 0.87 · 17000 · 0.16 0.87 · 435000 = 21.5см? 36 Принимается 4ø28А500С; A?,??? = 24.63 см?, запас по арматуре составля- ет: 21.5/24.63=0.873, процент армирования μ% = ? ??.? ????? ∗ 100 = 1,34% 2.8. Расчет колонны 4, 5, 6-го этажей (как центрально-сжатого элемента) Исходные данные: Усилия: N=1750 кН; Сечение h=0,4 м; b=0,4 м; А=0,16м2; высота этажа Нэтажа = 4,8 м; λ = ?,?? ?,? = 11.38; φ = 0,87 Класс бетона В30 (R? = 17000 кН/м2,); арматура класса А500С (R?с = 435000кН/м2) Определение площади сечения продольной арматуры: N??? = φ · ?R? · A + R?? · A?,????, N<Nb,ult 1750<2720 μ=0.20% В соответствии с СП 63.13330.2012 необходимо принять конструктивное армирование по минимальному проценту армирования для внецентренно сжа- того элемента с 10 < λ=11.38<25 μ=0.20%; 1600·0.002=3.2см2, 3.2/4=0.8см2 Принимается 4ø16А500С; A?,??? = 8.04 см?.

---

1 2