Проектирование гражданского здания с наружными самонесущими кирпичными стенами толщиной 510 мм

Проектирование гражданского здания с наружными самонесущими кирпичными стенами толщиной 510 мм

Задание:

1.       Назначение здания - жилые помещения.

2.       Размеры в плане: 12*21 м.

.        Количество этажей - 2.

.        Высота этажа - 3,5 м.

.        Тепловой режим здания - отапливаемое.

.        Конструктивная схема здания - неполный каркас.

.        Конструкции стен - стены кирпичные 510 мм.

1. Компоновка здания, несущих конструкций и их сечений

В проекте рассматривается гражданское здание с наружными самонесущими кирпичными стенами толщиной 510мм. Внутренние несущие элементы - монолитные колонны, ребристое монолитное перекрытие.

1.1 Назначаем геометрические размеры сечений

Назначаем толщину плиты: h_f’= 80мм

Сечение колонны:

Высота второстепенной балки: h =

Ширина второстепенной балки: b=0.5h=400*0.5=200мм

Высота главной балки: h=

Ширина главной балки: b=0.5h=700*0.5=350мм

.2 Назначаем материалы для монолитного перекрытия

Принимаем класс прочности бетона для плиты и балки В25; для колонны В25.

В качестве рабочей арматуры для плиты принимаем сетку из холоднотянутой проволоки класса Вр-I. В качестве рабочей арматуры для балок принимаем горячекатаную стержневую арматуру класса А-III. Конструктивная и монтажная арматура, а также поперечная горячекатаная стержневая класс А-I.

2. Расчет и конструирование монолитной плиты перекрытия

Плита загружена распределённой нагрузкой по всей площади, опирается на балки, имеет прямоугольное сечение.

.1 Выбор расчетной схемы

Плита - многопролётная неразрезная. Опорами плиты является стены и второстепенная балка.

-крайний пролет.

-рядовой пролет.

2.2 Сбор нагрузок - плита загружена равномерно распределенной нагрузкой

  Монолитная плита Дощатый пол 2

0,241,3

,32.6

.3 Статический расчёт плиты

Максимальные значения момента по приведённым данным справочника./3/

2.4 Расчет сечения на прочность, определение диаметра и шага рабочей арматуры

Положения расчёта

-сопротивление бетона растяжению не учитывается;

-сжимающие напряжения в бетоне равны  и равномерно распределены по сжатой зоне;

растягивающие напряжения в арматуре равны ;

.4.1 Назначаем расстояние а =20мм согласно п.5.5/1/

.4.2 Принимаем расчетные характеристики материала ø 5ВрI

Рабочая высота сечения

.4.3 Определяем граничную относительную высоту сжатой зоны.

ω=α-0.008R_b = 0.85-0,008*14,5=0,734

ζ_R=

2.4.4 Условия равновесия сил

, (п.3.18/4/)

 , (п.3.15/4/);

.4.5 Расчет растянутой арматуры, при условии =0,045(0,030)≤=0,45(сжатая арматура не требуется по расчету)

,

(п.3.18/4/), где =0,975(0,985) коэффициент определяемый по табл. (табл.20/4/) в зависимости от .

.4.6 Назначение продольного армирования

В пролете принимаем 9 ø 4ВрI Аs=1,13см². шаг стержней 200 мм.

На опоре принимаем 6 ø 4ВрI Аs=0,754см². шаг стержней 200 мм.

2.4.7 Определение процента армирования.

.4.8 Проверка прочности сечения.

Мсеч=RsAs(h₀-0.5x)=360*10⁶*1,13*10^-4(0.06-0.5*0.00312)=2377 Нм

Мсеч=RsAs(h₀-0.5x)=360*10⁶*0,754*10^-4(0.06-0.5*0,00208)=1600 Нм

Примечание: выражение в скобках для опорного изгибаемого момента

3. Расчет и конструирование второстепенной балки

Второстепенная балка считается загруженной равномерно распределённой нагрузкой, сечение тавровое, с одной стороны опирается на стену, а с другой на главную балку.

3.1 Выбор расчетной схемы

Расчетная схема второстепенной балки представляет собой многопролетную неразрезную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой (постоянной и временной). Крайними шарнирными опорами являются поперечные (продольные) стены, промежуточными опорами - главные балки. Неразрезность обеспечивается размещением рабочей арматуры над промежуточными опорами.

,

где  - ширина ребра главной балки,  - глубина операния второстепенной балки на стену,  - привязка разбивочной оси к внутренней грани стены.

3.2 Сбор нагрузок

постоянные нагрузки

кратковременные нагрузки (полная), равномерно распределенные в пролете:

 кН/м,

где - полная временная нагрузка на перекрытие; =1,2 коэффициент надежности по нагрузке (п.3.7/2/).

временно длительные нагрузки (пониженные), равномерно распределенные в пролете:

 кН/м,

- пониженное значение полной кратковременной нагрузки (табл.3/2/).

3.3 Статический расчет

, где

изгибающие моменты, поперечные силы и опорные реакции от различных нагрузок(п.8.1.7/7 /)

где коэффициент при определении пролетных моментов и опорных, поперечных сил, опорных реакций (прил.8/7/)

,

,

где

- максимальный изгибающий момент в пролете для балки с шарнирным операнием по концам;/7/

- изгибающий момент на расстоянии  от опоры для балок с шарнирным операнием;  - распределенная нагрузка в соответствующем пролете при  - ом загружении/7/

3.3.1 Выравнивание изгибающих моментов

В неразрезных равнопролетных балках выравнивание изгибающих моментов выполнено так, чтобы создать равномоментную систему, в которой . При этом расчет производиться с учетом возникновения пластических шарниров.

3.4 Расчет нормального сечения, арматуры продольной

Определяем габариты таврового сечения.

h =

b=0.5h=400*0.5=200мм

Находим ширину свесов b_f1′

b_f1′≤L/6=2100/6=350мм

b_f1′≤6h_f’=6*50=300мм

Принимаем ширину свесов b_f1′=300ммъ

.4.1 Назначаем расстояние, а =30мм согласно п.5.5/1/

.4.2 Принимаем расчетные характеристики материала А-III

Рабочая высота сечения

.4.3 Определяем граничную относительную высоту сжатой зоны.

ω=α-0.008R_b = 0.85-0,008*14,5*0,9=0.734

ζ_R=

.4.4 Определение граничного момента

М_ГР=Мсеч=Rb*γ*b_f’*h_f’(h₀-0.5h_f’)=14.5*10⁶*0,9*0,3*0.05(0.37-0.5*0.05)=675,3кНм

.4.5 Определение положения границы сжатой зоны

М=137,6кНм<Мгр=675,3кН - граница сжатой зоны бетона проходит в полке, дальнейший расчет сечения производим как для прямоугольного.

.4.6 Условия равновесия сил

, (п.3.18/4/)

 , (п.3.15/4/);

3.4.7 Расчет растянутой арматуры, при условии=0,38(0,44) ≤=0,4(сжатая арматура не требуется по расчету)

,

(п.3.18/4/), где

=0,745(0,670) коэффициент определяемый по табл. (табл.20/4/) в зависимости от .

3.4.8 Назначение продольного армирования

Принимаем 7ø 16А-III Аs=14,07см². (7ø 18А-III Аs=17,8см²)

.4.9 Определение процента армирования

.4.10 Проверка прочности сечения

Вывод: Прочность обеспечена, арматура подобрана, верно.

Примечание: выражение в скобках изгибаемого момента на опоре.

3.5 Назначение поперечного армирования по конструктивным требованиям

d_sω ≥0,25d₁; принимаем ø 5ВрI, с площадью сечения А_sω=0.196 см²; Распределительный стержень d₂ ≥ d_sω +2мм; принимаем 2ø 8 АI.

По требованию п. 5.27[1]. Шаг в приопорной части S₁=h/2=400/2=200 принимаем 200мм.

Шаг в пролётной части S₂=3/4 h= 600мм Принимаем 500мм.

здание нагрузка конструкция перекрытие балка

4. Расчет и конструирование главной балки

4.1 Сбор нагрузок на главную балку

Геометрические размеры сечения

h =

b=0.5h=700*0.5=350мм

Находим ширину свесов b_f1′

b_f1′≤L/6=6910/6=1152мм

b_f1′≤6h_f’=6*80=480мм

Принимаем ширину свесов b_f1′= 480мм

.постоянные нагрузки: - собственный вес конструкций (главные балки, колонны, стены), который равномерно распределен по длине элементов каркаса

 - нагрузка, переданная на каркас от опорных реакций второстепенных балок от действия постоянной нагрузки

, кН,

где - распределенная постоянная нагрузка на второстепенной балке, кН/м; - длина второстепенной балки (шаг каркасов);

.временные нагрузки:

 - полная кратковременная нагрузка (полезная нагрузка) передается на каркас через опорные реакции второстепенных балок.

 кН,

где - временная нагрузка на второстепенной балке , кН/м;

 кН,

где - временно длительная нагрузка на второстепенной балке, кН/м;

4.2 Выбор расчётной схемы

Главная балка представляет из себя 5-ти пролетную неразрезную балку, загруженную распределённой нагрузкой от собственного веса, и сосредоточенными силами от второстепенной балки

Опорные реакции, изгибающие моменты и значения поперечной силы определяем в табличной форме и строим огибающую эпюру моментов.

1.  

2.

3.

.

Наложение эпюр

Усилие в сечении трехпролетного ригеля

.3 Расчёт нормального сечения, арматуры продольной

.3.1 Назначаем расстояние а =30мм согласно п.5.5/1/

.3.2 Принимаем расчетные характеристики материала А-III

Рабочая высота сечения

.3.3 Определяем граничную относительную высоту сжатой зоны.

ω=α-0.008R_b = 0.85-0.116=0.734

ζ_R=

.3.4 Определение граничного момента

М_ГР=Мсеч=Rb*b_f’*h_f’(h₀-0.5 h_f’)=14.5*10⁶*0,48*0.08(0.37-0.5*0.05)=2951кН

.3.5 Определение положения границы сжатой зоны

М=185,8кНм<Мгр=2951кН - граница сжатой зоны бетона проходит в полке, дальнейший расчет сечения производим как для прямоугольного.

.3.5 Условия равновесия сил

, (п.3.18/4/)

 , (п.3.15/4/);

4.3.6 Расчет растянутой арматуры, при условии=0,146(0,162) ≤=0,4(сжатая арматура не требуется по расчету)

,

(п.3.18/4/),где =0,92(0,91) коэффициент определяемый по табл. (табл.20/4/) в зависимости от .

.3.7 Назначение продольного армирования.

Принимаем 2ø 25А-III Аs=9,82см². (2ø 28А-III Аs=12,32см²)

.3.8 Определение процента армирования

.3.9 Проверка прочности сечения

Вывод: Прочность обеспечена, арматура подобрана верно.

Примечание: выражение в скобках изгибаемого момента на опоре

.4 Расчет по наклонному сечению

.4.1 Назначение поперечного армирования по конструктивным требованиям

d_sω ≥0,25d₁; принимаем ø 8 АIII, с площадью сечения А_sω=1,01 см²; В качестве распределительного стержня выступает рабочая арматура ø 25 АIII. А_sω=4,909 см²

4.4.2 Назначение шага поперечной арматуры

По требованию п. 5.27[1]. Шаг в приопорной части  принимаем 250мм.

Шаг в пролётной части S₂=3/4 h=525мм. Принимаем 550мм.

.4.3 Выписка расчётных характеристик

φ_В2=2; φ_В3=0,6; φ_В4 =1,5; т. 21 [4].

R_bt=1,05 мПа т 8 [4]; γ_b2=0.9 - коэффициент условий работы.

Es=2*10¹¹Па; Еb=30*10³Па

=285*10⁶мПа 

.4.4 Прочность бетонного элемента без поперечной арматуры на действие поперечной силы обеспечивается при условии

,

длина проекции наклонного сечения на продольную ось элемента;

где  - длина проекции опасной наклонной трещины на продольную ось элемента принимается (п.3.31/1/):

-       ;

-       , при ;

Определяется величина

,

где  для тяжелого бетона, коэффициент учитывает вид бетона;  коэффициент учитывает влияние сжатых полок

при этом  принимается не более ; - коэффициент учитывает влияние продольных сил,  при отсутствии продольных сил и предварительного напряжения;

Условие выполняется, поперечную арматуру устанавливаем конструктивно.

Принимаем окончательно распределительную арматуру 1ø 25 АIII; хомуты 2ø 8 АIII, шаг в приопорной части - 250мм, в пролётной - 550мм.

.5 Конструирование армирования

.5.1 Эпюра материалов

Определение фактического изгибающего момента относительно сжатой зоны , который воспринимается стержнями принятой арматуры

где  - плечо внутренней пары, ≈0,85 характеристика высоты сжатой зоны бетона.

Определяется длина заделки обрываемых стержней за сечение теоретического обрыва.

где  - коэффициенты характеризующие напряженное состояние бетона, поверхность арматуры (табл.37/1/);  =200, 250 мм- минимальная длина анкеровки (табл.37/1/);  - диаметр арматуры, мм.

Принимаем

Обрыв стержней за сечением, где они не требуются по расчету производится, также при выполнении условия:

,

 - усилие в хомутах на единицу длины элемента в пределах наклонного сечения

, (ур.81/1/),

,

где  - поперечное усилие в местах теоретического обрыва арматуры, кН;  - усилие в хомутах на единицу длины элемента в пределах наклонного сечения .

Принимаем

.5.2 Армирование сечения ригеля

Ригели армируют двумя сварными каркасами в пролете. В опорной части ригеля устанавливается два каркаса, которые располагаются между каркасами пролета.

.5.3 Армирование ригеля в местах опирания второстепенных балок

При сопряжении второстепенных балок с ригелем их верхний уровень совпадает. Конструктивно высота второстепенной балки меньше высоты ригеля. Опорные реакции со второстепенных балок передаются за счет сопротивления отрыву нижней части сечения ригеля.

,

 - расстояние от центра тяжести сжатой зоны опорного сечения второстепенной балки до центра тяжести нижней продольной арматуры;  - длина зоны отрыва

Прочность на отрыв обеспечивается при условии

, (ур.110/1/)

где  - максимальное поперечное усилие со второстепенной балки;

,- рабочей поперечной арматуры сетки

,- распределительной арматуры, ширина сетки , длина зависит от высоты , ширины ригеля и линии сгиба.

 - сумма усилий, воспринимаемых хомутами, устанавливаемыми дополнительно по длине зоны отрыва со стороны примыкания второстепенной балки.

, прочность на отрыв обеспечивается

В местах примыкания второстепенных балок устанавливаются -образная сетки. В местах пересечения с ребрами второстепенных балок арматура сеток вырезается по месту.

5. Расчёт колонны

.1 Исходные данные

- сечение колонны, ; A=bh=0.4*0.4=0.16м².

ρ =bhγ=0.4*0.4*25=4кН/м;

Н = 3,5м - высота этажа

Принимаем бетон класса В25. Класс рабочей арматуры - АIII;

 - расстояние от растянутой грани сечения до центра растянутой арматуры, -рабочая высота сечения

- Расчетные характеристики материалов

.2 Определение расчётной схемы и расчётной длины

;

.3 Определение случайного эксцентриситета

принимаем наибольшее значение 0,013м.

5.4 Условия прочности внецентренно сжатого элемента

, где

-площадь сжатой зоны

где - коэффициент армирования

 - коэффициент соотношения жесткостей;

 - коэффициент учитывающий влияние длительности действия нагрузки принимается:

, (п.3.6/1/);

.6 Определение граничной высоты сжатой зоны по ур.25/1/

где - характеристика сжатой зоны бетона (ур.26/1/),  - для тяжелого бетона;

Определяется коэффициент относительной величины продольной силы:

5.7     Определяется требуемое количество симметричной арматуры в зависимости от условия (п.3.62/4/):

при , случай больших эксцентриситетов

,

где , ,

 - расчетный эксцентриситет ,  при симметричном сечении.

.8 Назначение продольного армирования

Принимаем d= 4 ø 16 АIII; А_s=8,04см². .

Назначение поперечного армирования d_sω=0.25d=0.25*16=4. Принимаем хомуты из ø 4 ВрI.Шаг поперечного армирования принимаем из условия п. 5.59 S≤20d=20*16=320мм;Принимаем 300мм.

;

 при <;

5.7 Проверка прочности

При значении  условие прочности:

, (ур.36/1/)

Из условия равновесия сил

, (ур.37/1/)

определяется высота сжатой зоны бетона:

,

1.       СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции/Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 79 с.

.        СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия/Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2001. - 44 с.

.        СНиП П-22-81. Каменные и армокаменные конструкции. М.: Стройиздат, 1983. - 40 с.

.        Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01 - 84)/ЦНИИпромзданий Госстроя СССР, НИИЖБ Госстроя СССР - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 192 с.

.        Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс. Учебник для вузов. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1991. - 767 с.

.        Мандриков А.П. Примеры расчета железобетонных конструкций. Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1989. - 506 с.

.        Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. В 2-х кн. Кн. 1. Под ред. А.А.Уманского. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1972.- 600 с.

.        ГОСТ 23.503 - 80. Конструкции бетонные и железобетонные. Рабочие чертежи. М.: Изд-во стандартов, 1981. - 18 с.

.        ГОСТ 21.501-93. Правила выполнения архитектурно-строительных рабочих чертежей. (Программа стройконсультант).

.        ГОСТ 21.101-97. Основные требования к проектной и рабочей документации (Программа стройконсультант).

.        Справочник по проектированию элементов железобетонных конструкций. Лопато А.Э. Киев, Вища школа, 1978. - 256 с.