Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 61
Оглавление Введение 1. Расчет многопустотной плиты по предельным состояниям первой группы 2. Расчет многопустотной плиты по предельным состояниям второй группы 3. Определение усилий в ригеле поперечной рамы 4. Расчет прочности ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси 5. Конструирование арматуры ригеля 6. Расчет сборной железобетонной колонны 7. Расчет монолитного центрально-нагруженного фундамента Введение Цель курсового проекта – расчет и проектирование ж/б конструкций трехэтажного каркасного здания, расположенного в городе Баку, с высотой этажа – 4,2 м., который имеет размер в плане 17,4X64 м и сетку колонн 5,8x8 м. Временная нормативная нагрузка – 1600 кг/м2. Стеновые панели навесные из легкого бетона, в торцах здания замоноличиваются совместно с торцевыми рамами, образуя вертикальные связевые диафрагмы. Коэффициент надежности по нагрузке γf
=1,2, Коэффициент надежности по назначению здания γn
=0,95. Снеговая нагрузка – по I району. Ригели поперечных рам – трехпролетные, на опорах жестко соединены с крайними и средними колоннами. Многопустотные плиты, с предварительно напряженной арматурой, принимаем с номинальной шириной 120 см, опираются на ригели. 1. Расчет многопустотной плиты по предельным состояниям первой группы Расчетный пролет и нагрузки. Расчетный пролет Подсчет нагрузок на 1 м2
перекрытия приведен в табл. 1. Табл. 1. Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м2
перекрытия Постоянная: Собственный вес многопустотной плиты с круглыми пустотными то же слоя цементного раствора δ=20 мм (ρ=2200 кг/м3
) то же керамических плиток, δ=13 мм (ρ=1800 кг/м3
) Расчетная нагрузка на 1 м2
при ширине плиты 1,2 м с учетом коэффициента надежности по назначению здания γn
= 0,95: постоянная g = 4,134*1,2*0,95 = =4.71 кН/м2
; полная g+v = 23.334*1.2*0.95=26.6 кН/м2
Нормативная нагрузка на 1 м2
: постоянная g=3.680*1.2*0.95 = 4.19 kH/м2
; полная: g+v= 19.680*1.2*0.95 = 22.43 кН/м2
Усилия от расчетных и нормативных нагрузок. От расчетной нагрузки: От нормативной полной нагрузки: Установление размеров сечения плиты. Высота сечения многопустотной (6 круглых пустот диаметром 16 см) предварительно напряженной плиты h0
=h-a==26-3=23 см. Размеры: толщина верхней и нижней полок (26—16) 0,5=5 см. Ширина ребер: средних - 3 см, крайних -- 4,5см. В расчетах по предельным состояниям первой группы расчетная толщина сжатой полки таврового сечения h/
f
=5 см; отношение при этом в расчет вводится вся ширина полки b/
f
= 120 см; расчетная ширина ребра b=120-6*16=24 см. Характеристики прочности бетона и арматуры. Многопустотную предварительно напряженную плиту армируют стержневой арматурой класса АV с электротермическим натяжением на упоры форм. К трещиностойкости плиты предъявляют требования 3-й категории. Изделие подвергают тепловой обработке при атмосферном давлении. Бетон тяжелый класса В25, соответствующий напрягаемой арматуре Согласно прил. 1...4 призменная прочность нормативная Rbn
= Rb
,
ser
= 18,5 МПa, расчетная Rb
= 14,5 МПа; коэффициент условий работы бетона γb
2
=0,9; нормативное сопротивление при растяжении Rbth
=Rb
,
ser
=1,60 МПа, расчетное Rbt
=1,05 МПа; начальный модуль упругости бетона Еb
=30 000 МПа. Передаточная прочность бетона Rbp
, устанавливается так, чтобы при обжатии отношение напряжений σbp
/Rbp
<0,75. Арматура продольных ребер — класса А-V, нормjтивное сопротивление Rsn
= 785 МПа, расчетное сопротивление Rs
= 680 МПа, модуль упругости Es
= 190000 МПа. Предварительное напряжение арматуры равно: σs
= 0,75Rsn
= =0,75*785=590 МПа. Проверяют выполнение условия. При электротермическом способе натяжения Коэффициент точности натяжения: По табл. 3.1 находят ξ = 0,26; x=ξh0
=0.26*23=5.98≤6 см — нейтральная ось проходит в пределах сжатой полки; ζ = 0,86. Вычисляют площадь сечения растянутой арматуры: принимаем 7○ 16 А-V . Расчет прочности плиты по сечению, наклонному к продольной оси, Q=102.28 кН. Проверяют, требуется ли поперечная арматура по расчету. Условие: На приопорных участках длиной l/4 арматуру устанавливают конструктивно, ○ 4 Вр-1 с шагом 2. Расчет многопустотной плиты по предельным состояниям второй группы Геометрические характеристики приведенного сечения. Круглое очертание пустот заменяют эквивалентным квадратным со стороной h=0,9d=0,9*16=14.4 см. Толщина полок эквивалентного сечения hf
/
=hf
=(26-14.4)0,5=5.8см. Ширина ребра 120-6*14,4 =33,6 см. Ширина пустот 120-33,6=86,4 см. Площадь приведенного сечения Ared
=120*26-86.4*14.4=1875.8 см2
{пренебрегают ввиду малости величиной α=As
). Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения y0
=0,5h+hf
=0,5*14,4+5,8=13 см. Момент инерции сечения (симметричного): Момент сопротивления сечения по нижней зоне то же, по верхней зоне Wred
/
= 11866,2 см3
. Расстояние от ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны (верхней), до центра тяжести сечения по формуле: то же, наименее удаленной от растянутой зоны (нижней) rinf
=5,38 см; здесь Отношение напряжения в бетоне от нормативных нагрузок и усилия обжатия к расчетному сопротивлению бетона для предельных состояний второй группы предварительно принимают равным 0,75. Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне Wpl
=γWred
=1,5*11866,2=17799,3 см3
, здесь γ=1,5—для двутаврового сечения. Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне в стадии изготовления и обжатия Wpl
/
=17799,3 см3
. Определение потерь предварительного напряжения арматуры. Расчет выполняют в соответствии с подглавой, коэффициент точности натяжения арматуры при этом Усилие обжатия Эксцентриситет этого усилия относительно центра тяжести приведенного сечения Устанавливают передаточную прочность бетона из условия принимаем Rbp
=12,5. Тогда Вычисляют сжимающее напряжение в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры от усилия обжатия Р1
и с учетом изгибающего момента от веса плиты Потери от быстронатекающей ползучести при Вторые потери Полные потери Усилие обжатия с учетом полных потерь Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси. Вычисляют для выяснение необходимости поверхности по раскрытию трещин. При этом для элементов, к трещиностойкости которых предъявляют требования 3-й категории, принимают значения коэффициента надежности по нагрузке здесь ядровый момент усилия обжатия по формуле; при Поскольку Проверяют, образуются ли начальные трещины в верхней зоне плиты при значении коэффициента точности натяжения Расчет по раскрытию трещин, нормальных продольной оси при Здесь принимают Вычисляют по формуле: ширину раскрытия трещин от непродолжительного действия всей нагрузки; здесь ширину раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузок ширину раскрытия трещин от постоянной и длительной нагрузок где Непродолжительная ширина раскрытия трещин Продолжительная ширина раскрытия трещин Расчет прогиба плиты. Прогиб определяют от нормативного значения постоянной и длительных нагрузок; предельный прогиб составляет Коэффициент, характеризующий неравномерности деформаций растянутой арматуры на участке между трещинами, определяют по формуле Вычисляют кривизну оси при изгибе по формуле Здесь Вычисляют прогиб по формуле; 3. Определение усилий в ригеле поперечной рамы. Расчетная схема и нагрузки. Поперечная многоэтажная рама имеет регулярную расчетную схему с равными пролетами ригелей и равными стоек (высотами этажей). Сечения ригелей и стоек по этажам также приняты постоянными. Такую многоэтажную раму расчленяют для расчета на вертикальную нагрузку на одноэтажные рамы с нулевыми точками моментов – шарнирами, расположенными по концам,- в середине длины стоек всех этажей, кроме первого. Расчетная схема рассчитываемой рамы средних этажей изображена на рис.5,1 Нагрузка на ригель от многопустотных плит считается равномерно распределенной, от ребристых плит при числе ребер в пролете ригеля более четырех – также равномерно распределенной. Ширина грузовой полосы на ригель равна шагу поперечных рам, в примере – 6 м. подсчет нагрузок на 1 м2
перекрытия приведен в табл.3,1. Вычисляют расчетную нагрузку на 1 м длины ригеля. Постоянная: от перекрытия с учетом коэффициента надежности по назначению здания Временная с учетом Полная нагрузка Вычисление изгибающих моментов в расчетных сечениях ригеля. Опорные моменты вычисляют по (табл.2 прил. 11 Байков) для ригелей, соединенных с колоннами на средних опорах жестко, по формуле Табличные коэффициенты Вычисление опорных моментов ригеля от постоянных нагрузки и различных схем загружения временной нагрузкой приведено в табл.5,1. Таблица 5,1 Определение моменты ригеля при различных схемах загружения. Расчетные схемы для опорных моментов 1+2 -257,45 1+4 -681,76 1+4 -617,11 1+4 -337,31 1+2 -257,45 1+2 -426,51 1+3 -410,94 1+3 -410,94 Пролетные моменты ригеля: 1) в крайнем пролете – схемы загружения 1+2, опорные моменты Максимальныйпролетныймомент 2) в среднем пролете – схемы загружения 1+3, опорные моменты Эпюры моментов ригеля при различных комбинациях схем загружения строят по данным табл.5,1 (рис.5,1 б). Постоянная нагрузка по схеме загружения 1 участвует во всех комбинациях: 1+2, 1+3, 1+4. Перераспределение моментов под влиянием образования пластических шарниров в ригеле. Практический расчет заключается в уменьшении примерно на 30% опорных моментов ригеля К эпюре моментов схем загружения 1+4 добавляют выравнивающую эпюру моментов так, чтобы уравнялись опорные моменты при этом Разность ординат в узле выравнивающей эпюры моментов передается на стойки. Опорные моменты на эпюре выровненных моментов составляют: Пролетные моменты на эпюре выровненных моментов могут привести значения пролетных моментов при схемах загружения 1+2 и 1+3, тогда они будут расчетными. Опорные моменты ригеля по грани колонн. На средней опоре при схемах 1+4 опорный момент ригеля по грани колонны не всегда оказывается расчетными (максимальным по абсолютному значению). При большой временной нагрузке и относительно малой погонной жесткости колонн он может оказаться расчетным при схемах загружения 1+2 или 1+3, т. е. при больших отрицательных моментах в пролете. Необходимую схему загружения для расчетного опорного момента ригеля по грани колонны часто можно установить сравнительным анализом значений опорных моментов по табл.5,1 и ограничить вычисления одной этой схемой. Ниже приведены вычисления по всем схемам. Опорный момент ригеля по грани средней колонны слева М(21)
(абсолютные значения): по схемам загружения 1+4 и выровненной эпюре моментов по схемам загружения 1+3 по схемам загружения 1+2 Опорный момент ригеля по грани средней колонны справа М(23),1
: по схемам згруженич 1+4 и выровненной эпюре моментов по схемам згруженич 1+4 Следовательно, расчетный опорный момент ригеля по грани средней опоры М=396,05 кНм. Опорный момент ригеля по грани крайней колонны по схеме загружения 1+4 и выровненной эпюре моментов Поперечные силы ригеля. Для расчета прочности по сечениям, наклонным к продольной оси, принимают значение поперечных сил ригеля, большие из двух расчетов: упорного расчета и с учетом перераспределения моментов. На крайней опоре Q1
=319,68 кН, на средней опоре слева по схеме загружения 1+4 На средней опоре справа по схеме загружения 1+4 Расчет прочности ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси. Характеристика прочности бетона и арматуры. Бетон тяжелый класса В25; расчетный сопротивления при сжатий Rb
=14,5 МПа: при растяжений Rbt
=1,05 МПа; коэффициент условий работы бетона Арматура продольная рабочая класса А-III, расчетное сопротивление Rs
=365 МПа, модуль упругости Es
=200000 МПа. Определение высоты сечения ригеля. Высоту сечения подбирают по опорному моменту при где Вычисляют Сечение в первом пролете (рис. 6,1 а) Рис.6,1. К расчету прочности ригеля сечения в пролете (а) на опоре (б). вычисляют: по (табл. 3,1, по Байкову) Принято Сечение в среднем пролете – М=350,71 кНм; по (табл. 3,1, по Байкову) Принято Арматура для восприятия отрицательных момента в пролете устанавливают по эпюре моментов. Принято Сечение на средней опоре по (табл. 3,1, по Байкову) Принято с Сечение на крайней опоре Принято 4. Расчет прочности ригеля по сечениям, наклонным к продольной оси На средней опоре поперечная сила Q=677,9 кН. Диаметр поперечных стержней устанавливают из условия сварки их с продольной арматурой диаметром d=32 мм и принимают равным dsw
=8 мм (прил 9. по Байкову) с площадью As
=0.503 см2
. При классе А-IIIRsw
=285 МПа; поскольку dsw
/d=8/32= Шаг поперечных стержней по конструктивным условиям s=h/3=60/3=20см. На всех приопорных участках длиной l/4 принят s=20см, в средней части пролета шаг s=3h/4=3*
60/4=45см. Расчет ведут по формулам. Вычисляют: - условие удовлетворяется. Требование smax
= - удовлетворяется. Расчет прочности по наклонным сечению. Вычисляют Поскольку значение «с» вычисляют по формуле При этом Поперечная сила в вершине наклонного сечения Вычисляют Проверка прочности по сжатой полосе между наклонными трещинами. Условие 5. Конструирование арматуры ригеля Стык ригеля с колонной выполняют на ванной сварке выпусков верхних над опорных стержней и сварке закладных деталей ригеля и опорной консоли колонны в соответствии с (рис. 8,1). Рис. 8,1. Конструкции стыков сборного ригеля с колонной. 1) арматурные выпуски из ригеля и колонны; 2) ванная сварка; 3) вставка арматуры; 4) стальные закладные. Ригель армируют двумя сварными каркасами, часть продольных стержней каркасов обрывают в соответствии с изменением огибающей эпюры моментов и по эпюре арматуры (материалов). Обрываемые стержни заводят за место теоретического обрыва на длину заделки W. Эпюру арматуры строят в такой последовательности: 1) определяют изгибающие моменты М, воспринимаемые в расчетных сечениях, по фактически принято арматуре; 2) устанавливают графически на огибающей эпюре моментов по ординатам М места теоретического обрыва стержней; 3) определяют длину анкеровки обрываемых стержней 6. Расчет сборной железобетонной колонны Здание на проектирование. Рассчитывать и конструировать колонну среднего ряда. Высота этажа H=4,2 м. Сетка колонн Решение. Определение нагрузок и усилий. Грузовая площадь от перекрытий и покрытий при сетке колонн Таблица 9.1 Нормативные и расчетные нагрузки. Расчетная нагрузка, Н/м2
От перекрытия : Постоянная: -от рулонного ковра в три слоя -от цементного выравнивающего слоя при t=20мм; -от утеплителя- пенобетонных плит при b=120 мм; -от пароизоляции в один слой -от сборных многопуст. плит -от ригелей -от вентиляционных коробов и трубопроводов 120 400 480 40 2500 1000 500 1,2 1,3 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1 150 520 580 50 2750 1100 550 Временная (снег) : В том числе кратковременная длительная 500 350 150 1,4 1,4 1,4 700 490 210 От перекрытия От ригеля 13180 1000 1,1 15584 1100 Сечение колонн предварительно принимаем Собственный расчетный вес колонн на один этаж: во втором-пятом этажах во первом этаже Подсчет расчетной нагрузки на колонну сведен в табл. 9,2. Расчет нагрузки от покрытия и перекрытия выполнен умножением их значений по табл. 9,1 на грузовую площадь Таблица 9.2 Подсчет расчетной нагрузки на колону. В табл. 9.2 все нагрузки по этажам приведены нарастающим итогом последовательным суммированием сверху вниз. При этом снижения временной нагрузки, предусмотренного п. 3,9 СНиП 2,01,07-85 при расчете колонн в зданиях высотой более двух этажей, не делалось, так как для производственных зданий это можно выполнять по указанием соответствующих инструкций, ссылка на которые дается в задании на проектирование. За расчетное сечение колонн по этажам приняты сечения в уровне стыков колонн, а для первого этажа – в уровне отметки верха фундамента. Схема загружения показана на рис. 9,1 Расчет колонны первого этажа. Усилия с учетом сечение колонны Rb
=19,7 МПа, арматура из стали класса А-III, Rs
=360 МПа, Предварительно вычисляем отношение Рис.9,1 Загружение колонн среднего ряда. Nld
/N1
=2512/3144.5=0,8; гибкость колонны следовательно, необходимо учитывать прогиб колонны; эксцентриситет Задаемся процентом армирования при Nld
/N1
=0,8 и требуемая площадь сечения продольной арматуры по формуле принимаем для симметричного армирования Если назначить сечение принимаем для симметричного армирования Фактическая несущая способность сечения 350*
350 мм по формуле Поперечная арматура в соответствии с данными табл. 2 прил. II принята диаметром 8 мм класса А-I шагом Расчет колонны второго этажа. Усилия с учетом сечение колонны Предварительно вычисляем отношение Nld
/N1
=1948,5/2425,16=0,8; гибкость колонны следовательно, необходимо учитывать прогиб колонны; эксцентриситет коэффициент коэффициент требуемая площадь сечения продольной арматуры по формуле принимаем для симметричного армирования Принимая Поперечная арматура в соответствии с данными табл. 2 прил. II принята диаметром 8 мм класса А-I шагом Расчет колонны третьего этажа. Усилия с учетом сечение колонны Предварительно вычисляем отношение Nld
/N1
=1385,7/1710,4=0,8; гибкость колонны следовательно, необходимо учитывать прогиб колонны; эксцентриситет требуемая площадь сечения продольной арматуры по формуле принимаем для симметричного армирования Поперечная арматура в соответствии с данными табл. 3 прил. II принята диаметром dsw
=6 мм класса А-I шагом Расчет консоли колонны. Опирание ригеля на колонну может осуществляется либо железобетонную консоль, либо металлическую столик, приваренный к закладной детали на боковой грани колонны на рис 9.2. Железобетонные консоли считаются короткими, если их вылет lравен не более 0,9h0
, где h0
- рабочая высота сечения консоли по грани колонны на (рис. 9.2 а). Действующая на консоль опорная реакция ригеля воспринимается бетонным сечением консоли и растянутой арматурой, определяемой расчетом. Консоли малой высоты (рис.9.2 б), на которые опираются ригели или балки с подрезанными опорными концами, усиливают листовой сталью или прокатными профилями-уголками, швеллерами или двутаврами. Рассмотрим расчет консоли в уровне перекрытия четвертого этажа, где бетон колонн принят пониженной прочности на сжатие. Расчетные данные: бетон колонны класса В20, арматура класса А-III, ширина ригеля b=40см. Решение. Максимальная расчетная реакция от ригеля перекрытия при с учетом зазора между торцом ригеля и гранью колонны, равно 5 см, вылет консоли Высоту сечения консоли находим по сечению 1-1, проходящему по грани колонн. Рабочую высоту сечения определяем из условия где правую часть неравенства принимают не более 2,5Rbt
, bc
h0
. Из выражения выводим условия для h0
: Определяем расстояние «а» от точки приложения опорной реакции Q до грани колонны Максимальная высота ho
по условию Минимальная высота ho
по условию Полная высота сечения консоли у основания принята h=70 см, ho
=70-3=67 см. Находим высоту свободного конца консоли, если нижняя грань ее наклонен под углом условие удовлетворяется. Расчет армирования консоли. Расчетный изгибающий момент по формуле Коэффициент А0
по формуле по табл. 2,12 находим Требуется площадь сечения продольной арматуры принято и меньше do
=20 мм; принято do
=1,41 см- условие соблюдается. Хомуты принимаем двухветвенными из стали класса А-I диаметром 6 мм, 7. Расчет монолитного центрально-нагруженного фундамента Здание на проектирование. Рассчитать и конструировать железобетонный фундамент под колонну среднего ряда. Бетон фундамента В15, арматура нижней сетки из стали класса А-II конструктивная арматура класса А-I. Согласно СНиП [15], условное расчетное сопротивления основания Ro
=2,5 МПа. Глубина заложения фундамента H1
=2,0 м. Средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах Решение. Расчетные характеристики материалов: для бетона класса В15, Rb
=8.5 МПа; Rbt
=0.75 МПа, Расчетная нагрузка на фундамент от колонны первого этажа с учетом где Размер стороны квадратного в плане фундамента Определяем высоту фундамента. Вычисляем наименьшую высоту фундамента из условия подавления его колонной по поверхности пирамиды при действии расчетной нагрузки, используя приближенную формулу - напряжение в основании фундамента от расчетной нагрузки; Полная минимальная высота фундамента где Высота фундамента из условий заделки колонны в зависимости от размеров ее сечения Из конструктивных соображений, учитывая необходимость надежно заанкерить стержни продольной арматоры при жесткой заделке колонны в фундаменте, высоту фундамента рекомендуется также принимать равной не менее где Принимаем высоту фундамента Минимальную рабочую высоту первой (снизу) ступени определяем по формуле Конструктивно принимаем Проверяем соответствие рабочей высоты нижней ступени фундамента Минимальное поперечное усилие ( по п. 3,31 СНиП 2.03.01.-84): где Так как Размеры второй или третьей ступеней фундамента принимают как, чтобы внутренние грани ступеней пересекали прямую, проведенную под углом 450
к грани колонны на отметке верха фундамента. Проверяем прочность фундамента на подавление по поверхности пирамиды, ограниченной плоскостями, проведенными под углом 450
к боковым граням колонны, по формуле СНиП [13]: Подставляем в вычисление значения, тогда условие удовлетворяется. При подсчета арматура для фундамента за расчетные принимаем изгибающие моменты по сечениям, соответствующим расположению уступов фундамента как для консоли с защемленным концом: Подсчет потребного количества арматуры в расчетах сечениях фундамента в одном направлении: принимаем нестандартную сетку из арматуры диаметром 18 мм класса А-II по сечению 3-3 с ячейками Процент армирования что больше Верхнюю ступень армирует конструктивно горизонтальными сетками С-2 из арматуры
|