Архитектура и строительство

ВВЕДЕНИЕ 1. КОМПОНОВКА МОНОЛИТНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ 2. РАСЧЕТ МОНОЛИТНОЙ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ 3. РАСЧЕТ ВТОРОСТЕПЕННОЙ БАЛКИ 4. РАСЧЕТ КИРПИЧНОГО ПРОСТЕНКА 5. КОМПОНОВКА СБОРНОГО ЗДАНИЯ 6. РАСЧЕТ РИГЕЛЯ 7. РАСЧЕТ КОЛОННЫ И ФУНДАМЕНТА 7.1 РАСЧЕТ КОЛОННЫ 7.2 РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТА СПИСОК ИСПОЛЬЗООВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:  

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В данном курсовом проекте необходимо спроектировать железобетонные конструкции многоэтажного промышленного здания. Расчет состоит из двух частей. В первой части проектируется монолитное железобетонное перекрытие, опирающееся на кирпичные стены многоэтажного промышленного здания. Конструктивная схема здания смешанная (по периметру здания – несущие кирпичные стены, внутри здания – монолитные колонны каркаса). Во второй части проекта необходимо рассчитать сборные железобетонные элементы такого же здания. В этом случае конструктивная схема здания каркасная. Для расчета принимаем следующие исходные данные: — длина – 4 х 6,6 м: — ширина – 3 х 6,0 м; — высота – 4 х 4,2 м; — нагрузка – 7300 Н/м2; — количество второстепенных балок в пролете – 2; — класс бетона – В15; — класс арматуры (для сборных элементов) – А300; — R0=0,26 МПа; — район строительства – г. Норильск.

1. КОМПОНОВКА МОНОЛИТНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ

1) В данном курсовом проекте необходимо запроектировать перекрытия многоэтажного производственного здания с конкретными параметрами в сборном и монолитном вариантах монолитное железобетонное перекрытие, опирающееся на кирпичные стены многоэтажного промышленного здания. Монолитное ребристое железобетонное перекрытие с балочными плитами состоит из трех элементов: 1)главная балка; 2)второстепенная балка; 3)плита. 2) Главные и второстепенные балки перекрытия многоэтажного производственного здания с конкретными параметрами в сборном и монолитном вариантах — формирует балочную клетку, на которую опирается плита. Соединение между собой всех трех элементов осуществляется при непрерывном бетонировании путем отливки бетонной смеси в заранее приготовленную опалубку. 3) Балочная клетка перекрытия многоэтажного производственного здания с конкретными параметрами в сборном и монолитном вариантах опирается на систему колонн внутри здания и наружные стены. Конструктивная схема данного здания смешанная: по периметру здания – несущие кирпичные стены, внутри здания – монолитные колонны каркаса. Торцы главных и второстепенных балок заделываются в наружные стены на 25÷30 см. В данном курсовом проекте глубину заделки принимаем 25 см. Пролеты главных балок lгл принимаются равными расстояниям между осями колонн и наружных стен. Второстепенные балки опираются на наружные стены и главные балки. Второстепенные балки размещаются по осям колонн и в третях пролета главной балки. Для плиты перекрытия (балочной плиты) необходимо в пролетах главных балок поставить по две второстепенные балки. Размеры колонн принимаем hk×bk=40 40 см.

2. РАСЧЕТ МОНОЛИТНОЙ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ

Монолитное ребристое перекрытия компонуем с главными поперечными балками и продольными второстепенными балками. Второстепенные балки размещаются по осям колонн и в третях пролета главной балки, при этом пролеты плиты между осями ребер равны А=6/3=2 м (рис. 1). Предварительно задаемся размером сечения балок: — главная балка , ; — второстепенная балка ; , окончательную ширину второстепенной балки принимаем b=300 мм. Расчетный пролет плиты равен расстоянию в свету между гранями ребер (рис. 2.1): l0=А-bвт.б.=2 – 0,3=1,7 м; l=В-bгл.б.=6,6 – 0,3=6,3 м. Отношение пролетов 6,3/1,7=3,71>2, поэтому плиту рассчитываем как работающую по короткому направлению. Расчетная схема – многопролетная неразрезная балка. Толщину плиты принимаем равной 6 см. Рис. 2.1 Расчетные пролеты l и l0 Подсчет нагрузок на 1 м2 перекрытия сводим в таблицу 2. Таблица 2 Нагрузка на 1 м2 перекрытия

Нагрузка	Нормативная нагрузка, Н/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, Н/м2
Постоянная: — от собственного веса плиты =60 мм, =2500 кг/м3; — от слоя цементного раствора (цементная стяжка), =20 мм, =2200 кг/м3; — от керамических плиток, =13 мм, =1800 кг/м3;	1500   440   34	1,1   1,3   1,1	1650   572   257,4
Суммарная постоянная нагрузка	2174		2479,4
Временная нагрузка	7300	1,2	8760
С учетом коэффициента надежности по назначению здания =0,95	g=2479,4х0,95=2355 Н/м2 v=8760х0,95=8322 Н/м2
Полная расчетная нагрузка	g+v =2355+8322=10680 Н/м2

Для расчета многопролетной плиты выделяем полосу шириной 1 м. (g+v)*а=10680х1=10680 Н/м Изгибающие моменты определяем по формулам: — в первом (конечном) пролете и на первой (конечной) опоре — в средних пролетах и на средних опорах Эпюра распределения моментов представлена на рисунке 2.2. Рис. 2.2 Эпюра распределения моментов Характеристика прочности бетона и арматуры. Бетон тяжелый класса В15, призменная прочность Rb=8,5 МПа, прочность при осевом растяжении Rbt=0,75 МПа. Коэффициент условий работы бетона =0,90. Проволочная арматура класса В500 диаметром 5 мм, Rs=415 МПа. Подбираем сечение продольной рабочей арматуры. В средних пролетах и на средних опорах расчетная высота сечения определяется по формуле: h0= h – a= 6 – 1,2= 4,8 см. Определяем коэффициент по формуле: По табл. 3.1 [3] с учетом величины подбираем значение коэффициента методом интерполяции: Затем находим площадь сечения одного арматурного стержня по формуле: По прил. 6 [3] принимаем 7 Ø 5 В500 с Аs=1,37 см2 с шагом 125 мм. По прил. 9 [3] выбираем продольную монтажную арматуру Ø 3 В500 с шагом 125 мм. В крайних пролетах и на крайних опорах расчетная высота сечения h0= h – a= 6 – 1,2= 4,8 см. Определяем коэффициент по формуле (3): По табл. 3.1 [3] с учетом величины подбираем значение коэффициента методом интерполяции: Площадь сечения одного арматурного стержня находим по формуле (4): По прил. 6 [3] принимаем 7 Ø 6 В500 с Аs=1,98 см2 с шагом 125 мм. По прил. 9 [3] выбираем продольную монтажную арматуру Ø 3 В500 с шагом 125 мм. Получаем сетки следующих отправочных марок: С1 (1800х6300 мм): ; С2 (1800х6300 мм): ; С3 (1100х6300 мм): ; С4 (1100х6300 мм): . Сетки должны быть сварены точечной сваркой в заводских условиях согласно указанным данным.

3. РАСЧЕТ ВТОРОСТЕПЕННОЙ БАЛКИ

Второстепенная балка рассчитывается как многопролетная неразрезная балка с расчетным пролетом l0=6,6 – 0,3=6,3 м. Расчетные нагрузки на 1 м длины второстепенной балки сводим в таблицу 3. Таблица 3 Нагрузка на 1 м второстепенной балки Расчетные усилия. Изгибающие моменты: Характеристики прочности бетона и арматуры. Бетон используем тот же, что и для плиты, так как перекрытие монолитное. Бетон тяжелый класса В15, призменная прочность Rb=8,5 МПа, прочность при осевом растяжении Rbt=0,75 МПа, начальный модуль упругости Еb=24000 МПа. Коэффициент условий работы бетона =0,90. Арматура продольная класса А300 с Rs=270 МПа. Определение высоты сечения балки. Высоту рабочего сечения подбираем по опорному моменту (наибольшему) по формуле, см: При =0,35 по табл. 3.1 [3] =0,289, так как на опоре момент определяется с учетом образования пластического шарнира. Ширина ребра b=30 см. Высоту сечения определяем как сумму высоты рабочего сечения и толщины защитного слоя, а=3,5 см: h=h0+a= 33,13+3,5=36,63 см. Учитывая требования к унификации размеров элементов, принимаем h=40 см. Пересчитаем b: , b=20 см. Тогда h0= h- a= 40-3,5=36,5 см. Расчет прочности по сечениям, нормальным к продольной оси балки. Расчет по прочности проводим для таврового сечения (рис.3). В пролете балка имеет расчетное сечение тавр, а на опорах – прямоугольное расчетное сечение. При h’f/h=6/40=0,15 > 0,1, b’f= l0/3=630/3=210>180см. 1) Сечение в первом пролете. По табл. 3.1 [3] подбираем =0,05, откуда находим высоту сжатой зоны: х= хh0=0,05х36,5=1,825 см; х=1,825 см < h’f=6 см, значит, нейтральная ось проходит в сжатой полке, =0,975. Рис. 3 Схема расчетного сечения второстепенной балки По прил. 6 [3] принимаем 2 Ø 25 А300 с Аs=9,82 см2. 2) Сечение во втором (среднем) пролете. следовательно, =0,03; =0,985; , по прил. 6 [3] принимаем 2 Ø 22 А300 с Аs=7,6 см2. 3) Сечение на первой опоре. по прил. 6 [3] принимаем 5 Ø 16 А300 с Аs=10,05 см2. 4) На средних опорах сечение работает как прямоугольное. , по прил. 6 [3] принимаем 5 Ø 16 А300 с Аs=10,05 см2. Над опорами необходимо установить надопорную арматуру в виде гнутых сварных сеток С5 (на первой и на средних опорах) марки: Расчет прочности по сечениям, наклонным к продольной оси. Расчетное усилие Q=Qmax=97,02 кН. Диаметр поперечных стержней устанавливаем из условия сварки с продольными стержнями (по прил. 9 [3]) при d=25 мм принимаем dsw=8 мм класса В500, Rsw=300 МПа. Число каркасов – два. Asw=2х0,503=1,006 см2. Шаг поперечных стержней по конструктивным условиям: s=h/2=40/2=20 см, но не более 15 см, поэтому для всех приопорных участков промежуточных и крайних опор балки принимаем шаг s=15 см. В средней части пролета (l/2) шаг s=(3/4)h=3/4х40=30 см. Вычисляем погонное усилие в поперечных стержнях, отнесенное к единице длины элемента, по формуле: Проверим условие: qsw>Qbmin/2h0; 1006 Н/см > 29860,65/2х36,5=409,05 Н/см – условие выполняется. Проверим выполнение условия , максимальное расстояние между стержнями поперечной арматуры из условия недопущения образования наклонных трещин между ними: — условие выполнено. При расчете прочности вычисляют: В связи с этим вычисляют значение с: Тогда Поперечная сила в вершине наклонного сечения: Длина проекции расчетного сечения: Вычисляю Условие прочности выполняется.

4. РАСЧЕТ КИРПИЧНОГО ПРОСТЕНКА

1) Расчет производим с целью проверки прочности простенка кирпичной стены в сечении первого этажа четырехэтажного промышленного здания без подвала с монолитными междуэтажными перекрытиями. Здание проектируется для г. Норильска (климатический район по снежному покрову V, нормативная нагрузка от снега на 1 м2 s0=4 кПа, коэффициент надежности по нагрузке =1,4 СНиП 2.01.07-85 [2]). 2) Наружные стены толщиной 510 мм из глиняного кирпича марки М150 (R=2,4 МПа) на растворе марки 150. Ширина простенка 2400 мм. Высота здания 16,8 м (высота этажа 4,2 м). Поперечные стены расположены на расстоянии 30 м. Окна размером 2х4,2 м. 3) Нагрузка на стену и простенок первого этажа от междуэтажных перекрытий передается через главные балки с грузовой площади (рис. 4), определяемой по формуле: Fгр=l1*l2 (13) где l1- ширина расчетного участка стены, м; l2 – расстояние от внутренней грани стены до середины крайнего пролета главной балки, м. Fгр=6,6х2,8=18,48 м2. Нагрузки от междуэтажных перекрытий, покрытия, наружных стен и снеговой нагрузки на грузовую площадь Fгр=18,48 м2 сведены в таблицу 4. промышленный здание перекрытие фундамент Рис. 4 План перекрытия Таблица 4 Нагрузки от междуэтажных перекрытий, покрытия, наружных стен и снеговой нагрузки на грузовую площадь На уровне перекрытия над первым этажом вертикальная нагрузка от покрытия, перекрытий, веса карниза и наружной стены с учетом временной нагрузки и с учетом коэффициента надежности по назначению здания =0,95, следующая: Вычислим коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии по формуле: Тогда несущая способность сечения определяется по формуле:

5. КОМПОНОВКА СБОРНОГО ЗДАНИЯ

1) Проектирование железобетонных конструкций сборного многоэтажного промышленного здания заключается в необходимости расчета сборных железобетонных элементов заданного здания, в этом случае конструктивная схема здания будет каркасная. 2) Четырехэтажное каркасное здание имеет размер в плане 18×26,4 м и сетку колонн 6×6,6 м. Высота этажей 4,2 м. Стеновые панели навесные из легкого бетона, в торцах здания замоноличиваются совместно с торцевыми рамами, образуя вертикальные связевые диафрагмы. Ригели поперечных рам – трехпролетные, на опорах жестко соединены с крайними и средними колоннами. Плиты перекрытий предварительно напряженные – ребристые. Ребристые плиты принимают с номинальной шириной, равной 1350 мм; связевые плиты размещают по рядам колонн; доборные пристенные плиты опирают на ригели и опорные столики, предусмотренные на крайних колоннах. В поперечном направлении жесткость здания обеспечивается по рамно-связевой системе: ветровая нагрузка через перекрытия, работающие как горизонтальные жесткие диски, передается на торцевые стены, выполняющие функции вертикальных связевых диаграмм, и поперечные рамы. Жесткость поперечных диафрагм намного превышает жесткость поперечных рам, и в этих условиях горизонтальная нагрузка практически передается полностью на диафрагмы. Поперечные же рамы работают только на вертикальную нагрузку.

6. РАСЧЕТ РИГЕЛЯ

Расчетная схема и нагрузки. Поперечная многоэтажная рама имеет регулярную расчетную схему с равными пролетами ригелей и равными длинами стоек (высотами этажей). Сечения ригелей и стоек по этажам также приняты постоянными. Расчет рамы проводим при помощи программы Лира 9.4. Сбор нагрузок на ригель Определение высоты сечения ригеля. Высоту сечения ригеля подбираем по опорному моменту (наибольшему) Моп=307,61 кНм при =0,35. Принятое сечение ригеля следует затем проверить по пролётному моменту (если он больше опорного) так, чтобы относительная высота сжатой зоны была ξ < ξR и исключилось переармированное неэкономичное сечение. При =0,35 по табл. 3.1 [3] =0,289, так как на опоре момент определяется с учетом образования пластического шарнира. Ширина ригеля b=30 см. Определяем границу сжатой зоны: По прил. 6 [3] принимаем 2 Ø 36 А300 с Аs = 20,36 см2. Расчет прочности ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси. На средней опоре поперечная сила Q=301,72. Диаметр поперечных стержней устанавливают из условия сварки их с продольной арматурой диаметром d = 36 мм и принимаем равным dsw = 10 мм А300 с площадью Аs = 0,785 см2 (прил. 6 [3]). При классе А300 Rsw = 215 МПа; поскольку dsw/d=10/36=5/18<1/3, вводим коэффициент условий работы γs2 =0,9 и тогда Rsw = 215х0,9=193,5 МПа. Число каркасов – 2, при этом Аsw = 2 · 0,785 = 1,57 см2. Шаг поперечных стержней по конструктивным условиям s = h/3 = 80/3 = 26,7см. На всех приопорных участках длиной ℓ/4 принимаем шаг s = 30 см, в средней части пролета шаг s=3h/4=3х75/4=60см, принимаем s=50 см. Вычисляем qsw:

7. РАСЧЕТ КОЛОННЫ И ФУНДАМЕНТА

7.1 РАСЧЕТ КОЛОННЫ

Определение усилий в средней колонне. Самой нагруженной колонной является средняя колонна второго этажа №6 при сочетании нагрузок 3. Усилия в самой нагруженной колонне согласно расчету в Лире 9.4 приведены на рисунке 7.1. Также для расчетов по прочности понадобятся расчетные усилия от длительных нагрузок (рисунок 7.2) Nmax=1196,28 кН; Nmax=1201,8 кН; М1=66,95 кНм; М1=52,02 кНм; М2=60,6 кНм; М2=50,39 кНм; Q=30,37 кН. Q=24,38 кН. Характеристики прочности бетона и арматуры: o бетон тяжёлый класса В15; o расчётное сопротивление при сжатии Rb = 8,5 МПа; o при растяжении Rbt = 0,75 МПа; o модуль упругости Eb = 24000 МПа; o арматура продольная рабочая класса А300; o расчётное сопротивление Rs = 270 МПа; o модуль упругости Еs = 200000 МПа. Расчётные усилия для расчётной колонны — второй этаж, средний пролёт:

7.2 РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТА

Основные данные, принимаемые для дальнейшего расчета. Сечение колонны 400×400мм. Усилие колонны у заделки в фундамент N= Н, при усреднённом значении γf = 1,15, нормативное усилие Nn = / 1,15 = 1040243,5 Н. Поскольку е0=0,06см<еа=1,3см – фундамент считается центрально загруженным. Основание однородное — пески пылеватые средней плотности, маловлажные; расчётное сопротивление грунта R0 = 0,26 МПа; Бетон тяжёлый класс В15: Rb =8,5МПа Rbt = 0,75МПа; γb2 = 1, Еb=24000МПа Арматура класса А300: Rs = 270 МПа, Еs=200000МПа. Расчёт основания фундамента. Требуемая площадь подошвы фундамента Рисунок 7.2 Схема центрально нагруженного фундамента. Проверка прочности подобранного сечения. Проверяем, отвечает ли рабочая высота нижней ступени фундамента h02=45 — 4=41 см условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающемся в сечении 3-3, для единицы ширины этого сечения (b = 100 см):

СПИСОК ИСПОЛЬЗООВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:

1. СНиП 52-01-2003.Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. [Текст]: [Утв. Госстроем России 30.06.03: Взамен СНиП 2.03.01-84: Срок введ. в действие 01.03.2014. 2. СНиП 2,01.07-85*. Нагрузки и воздействия /Госстрой СССР. — М.: ЦНИИСК Госстроя СССР, 2016. — 36 с. 3. Байков В.Н. Железобетонные конструкции: Общий курс : Учебник для вузов / В. Н. Байков, Э. Е. Сигалов. — 5-е изд., перераб. и доп. — М. : Стройиздат, 2016. — 767 с. : ил. — (Учебники для вузов). — Предм. указ.: с. 762-767. 4. Железобетонные и каменные 4]. – изд. офиц. — М. : Госстрой России, 2016.-24с. конструкции : Учебник для вузов / Бондаренко В.М. [и др.] ; Под ред. В.М. Бондаренко. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Высш. шк., 2002. — 876 с. : ил.90. 5. Фалевич Б.Н. Проектирование каменных и крупнопанельных конструкций: учебное пособие для строит. вузов/ Фалевич Б.Н., Штритер К.Ф. — М. : Высш. шк., 2019. — 192 с. 6. Бондаренко В.М. Железобетонные и каменные конструкции : Учебник для вузов / В. М. Бондаренко, Д. Г. Суворкин. — М. : Высш. шк., 2016. — 384 с. : ил. — Библиогр.: с. 380. — Предм. указ.: с. 381-384. 7. Рысева О.П. Расчет изгибаемых железобетонных элементов по прочности [Текст] : учебное пособие / О. П. Рысева, В. Ю. Сетков ; Норильский индустр. ин-т. — Норильск, 2016. — 69 с. — Библиогр.: с. 68 ( 1назв.). (46). 8. Железобетонные и каменные конструкции [Текст] : метод. указания к лабораторным работам для студентов спец. 290300 всех форм обучения / сост. О.П.Рысева, Н.А.Подушкина; Норильский индустр. ин-т. — Норильск, 2016. — 30 с. 4. 9. Свод правил по проектированию и строительству. Предварительно напряженные железобетонные конструкции: СП 52-102-2004 [Текст] : [Утв. Госстроем России 24.05.2004: Срок введ. в действие 24.05.04]. — изд. офиц. — М. : Госстрой России, 2016. 10. ГОСТ 2.109-73.ЕСКД.Основные требования к чертежам / МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ,- М.:2016.