Загрузить архив: | |
Файл: ref-24932.zip (210kb [zip], Скачиваний: 301) скачать |
Содержание
Задание |
3 |
Введение |
4 |
1 Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия |
5 |
2 Расчет многопустотной плиты по предельным состояниям первой группы |
6 |
2.1 Расчетный пролет и нагрузки |
6 |
2.2 Усилия от расчетных и нормативных нагрузок |
6 |
2.3 Установление размеров сечения плиты |
7 |
2.4 Характеристики прочности бетона и арматуры |
7 |
2.5 Расчет прочности плиты по сечению, нормальному к продольной оси. |
8 |
2.6 Расчет полки плиты на местный изгиб |
9 |
2.7 Геометрические характеристики приведенного сечения |
9 |
2.8 Потери предварительного напряжения арматуры |
10 |
2.9 Расчет прочности плиты по сечению, наклонному к продольной оси Q=41,4 кН |
11 |
2.10 Расчет по образованию трещин, нормальным к продольной оси |
13 |
2.11 Расчет прогиба плиты |
13 |
3 Определение усилий в средней колонне |
15 |
3.1 Определение продольных сил от расчетных нагрузок |
15 |
3.2 Определение изгибающих моментов колонны от расчетных нагрузок |
16 |
4 Расчет прочности средней колонны |
18 |
4.1 Методика подбора сечений арматуры внецентренно сжатой колонны при - второй случай |
18 |
4.2 Характеристики прочности бетона и арматуры |
18 |
4.3 Подбор сечений симметричной арматуры |
18 |
5КОНСТРУИРОВАНИЕ АРМАТУРЫ КОЛОННЫ |
23 |
Заключение |
24 |
Список использованных источников |
25 |
Задание
Пятиэтажное каркасное здание с подвальным этажом имеет размер в плане 16,8×32,4 м и сетку колонн 5,6×7,8 м. Высота этажей – Нfl=4,0 м. стеновые панели из легкого бетона, в торцах здания замоноличиваются совместно с торцевыми рамами, образую вертикальные связевые диафрагмы. Размеры оконного проема - 3×1,8 м.
Нормативное значение временной нагрузки на междуэтажное перекрытиеРврем=6000 Н/м2, в том числе кратковременной нагрузки – 1800 Н/м2. коэффициент надежности по нагрузке γf=1,1, коэффициент надежности по назначению здания γn=0,95.
Город – Павлодар.
Ветровая нагрузка – по III району.
Снеговая нагрузка – по II району.
Температурные условия нормальные, влажность воздуха выше 40 %.
Объемный вес грунта – γ=1700 кг/м3.
Нормативное давление на грунт - 2.
Угол внутреннего трения – φ=35.
Класс бетона – В25.
Арматурная сталь для изгибаемых элементов – А-III;
Арматурная сталь для колонн и фундаментов – А-III.
Предварительно напряженные:
класс бетона – В30;
класс арматурной стали – А-VI.
Примечание:
1. Для ненапрягаемой арматуры предварительно напряженных элементов принимать арматурную сталь того же класса, что и для конструкций с ненапрягаемой арматурой.
2. Расчетные сопротивления арматуры и модули упругости даны в таблицах 22, 25, 29 СНиП 2.03.01-84*.
3. Поперечную арматуру принимать из стали классов Вр-I, А-I, А-II,
А-III.
Введение
Железобетонные конструкции являются базой современной строительной индустрии. Их применяют: в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве – для зданий различного назначения; в транспортном строительстве – для метрополитенов, мостов, туннелей; в энергетическом строительстве – для гидроэлектростанций, атомных реакторов и т.д. Такое широкое распространение в строительстве железобетон получил вследствие многих его положительных свойств: долговечности, огнестойкости, стойкости против атмосферных воздействий, высокой сопротивляемости статическим и динамическим нагрузкам, малых эксплуатационных расходов на содержание зданий и сооружений и др.
Каркас многоэтажного здания образуют основные вертикальные и горизонтальные элементы – колонны, заделанные в фундамент и ригели шарнирно или жестко соединенные с колоннами. В каркасном здании горизонтальные воздействия (ветровые, сейсмические и т.п.) могут восприниматься совместно каркасом и вертикальными связевыми диафрагмами, соединенными перекрытиями в единую пространственную систему, или же при отсутствии вертикальных диафрагм только каркасом как рамной конструкцией.
Для устройства фундаментов под сборные железобетонные колонны используются сборные железобетонные фундаменты. Фундаменты выполняют в виде массивных элементов с плоской нижней поверхностью – подошвой, устанавливаемых на уплотненный грунт или бетонную подготовку, с устройством сверху гнезда – стакана глубиной, равной 1 – 1,5 высоты сечения колонны, служащего для заделки колонны в фундаменте.
Колонны общественных зданий выполняют в основном в виде прямолинейных элементов сечением 300×300 и 400×400, длиной на один, два, три или четыре этажа.
Ригели каркасов зданий выполняют таврового сечения с полкой по низу или с приливами по боковым граням для опирания плит перекрытий.
Перекрытия зданий выполняют из сборныхжелезобетонных пустотных или ребристых плит.
Ребристые плиты изготовляют из тяжелого или легкого
бетона П-образного сечения длиной до
Выполнение и защита курсовой работы ставят своей целью:
1. закрепление и углубление знаний лекционного материала;
2. изучение на практике существующих методов расчета, норм проектирования и оформление строительных рабочих чертежей железобетонных конструкций.
При выполнении курсовой работы ставятся практические задачи реального проектирования – расчет и конструирование железобетонных конструкций перекрытия каркасного здания (колонны, плиты перекрытия).
1 Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия
Ригели поперечных рам – трехпролетные, на опорах
жестко соединены с крайними и средними колоннами. Плиты перекрытий
предварительно напряженные ребристые. Плиты принимаем номинальной шириной
В продольном направлении жесткость здания обеспечивается вертикальными связями, устанавливаемыми в двух средних пролетах по каждому ряду колонн.
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 диафрагм, и поперечные рамы.
В
малоэтажных каркасных зданиях высотой до 5 этажей, как показали исследования,
жесткость поперечных диафрагм намного превышает жесткость поперечных рам, и в
этих условиях горизонтальная нагрузка практически полностью передается на
диафрагмы. Поперечные же рамы работают только на вертикальную нагрузку
2 Расчет многопустотной плиты по предельным состояниям первой группы
2.1 Расчетный пролет и нагрузки
Для установления расчетного пролета плиты предварительно задаемся размерами сечения ригеля:
При опирании на ригель поверху расчетный пролет
Подсчет нагрузок на 1м2 перекрытия сводим в таблицу 1.1.
Таблица 2.1 – Нормативные и расчетные нагрузки на 1м2 перекрытия
Вид нагрузки |
Нормативная нагрузка, Н/м2 |
Коэффициент надежности по нагрузке |
Расчетная нагрузка, Н/м2 |
Постоянная: |
|||
собственный вес ребристой плиты |
2500 |
1,1 |
2750 |
то жеслоя цементного раствора =20 мм, p= 2200 кг/м3 |
440 |
1,3 |
570 |
то же керамических плиток, p = 1800 кг/м3 |
240 |
1,1 |
264 |
Итого |
3180 |
3584 |
|
Временная: |
|||
кратковременная |
1800 |
1,2 |
2160 |
длительная |
4200 |
1,2 |
5040 |
Итого |
6000 |
7800 |
|
Полная нагрузка: |
|||
постоянная и длительная |
7380 |
– |
|
кратковременная |
1800 |
– |
|
Итого |
9180 |
11384 |
Расчетная нагрузка на
Нормативная нагрузка на 1 м: постоянная
2.2 Усилия от расчетных и нормативных нагрузок
Определяем усилия от расчетной нагрузки
Определяем усилия от нормативной полной нагрузки
От нормативной постоянной и длительной нагрузок
2.3 Установление размеров сечения плиты
Высота сечения ребристой предварительно напряженной плиты
см;
рабочая высота сечения
см,
ширина
продольных ребер понизу
2.4 Характеристики прочности бетона и арматуры
Ребристую предварительно напряженную плиту армируют стержневой арматурой класса А-V сэлектротермическим натяжением на упоры форм. К трещиностойкости плиты предъявляют требования 3-й категории. Изделие подвергают тепловой обработке при атмосферном давлении.
Бетон тяжелый класса В40, соответствующий напрягаемой арматуре. Призменная прочность нормативная
расчетная
коэффициент условий работы бетона
нормативное сопротивление при растяжении
расчетное
начальный модуль упругости бетона Rbp устанавливается так, чтобы при обжатии отношение напряжений
Арматура продольных ребер – класса А-V, нормативное сопротивление
расчетное сопротивление
модуль упругости
по формуле
где n=2 – число напрягаемых стержней плиты.
Коэффициент точности натяжения при благоприятном влиянии предварительного напряжения по формуле:
2.5 Расчет прочности плиты по сечению, нормальному к продольной оси.
М=56,6 кН·м
Сечение тавровое с полкой в сжатой зоне. Вычисляем
По табл. 3.1 (1) находим
Характеристика сжатой зоны:
Граничная высота сжатой зоны вычисляется по формуле:
где МПа;
Коэффициент условий работы, учитывающий сопротивление напрягаемой арматуры выше условного предела текучести, определяем согласно формуле
Вычисляем площадь сечения растянутой арматуры
2.
Исходя из расчета принимаем 2 Ø 16 А-V с общей площадью 2.
2.6 Расчет полки плиты на местный изгиб
Расчетный пролет при ширине ребер вверху9см составит
Нагрузка на 1м2 полки может быть принята такой же как для плиты:
2.
Изгибающий момент для полосы шириной
Рабочая высота сечения
Арматура Ø 4 Вр-1 с
2 - 10 Ø4 Вр-1 с 2 . Принимаем сетку с поперечной рабочей арматурой Ø4 Вр-1 с шагом s=125мм.
2.7 Геометрические характеристики приведенного сечения
Отношение модулей упругости
Площадь приведенного сечения
2.
Статический момент площади приведенного сечения относительно нижней грани
3
Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения
4.
Момент сопротивления приведенного сечения по нижней зоне
3.
Расстояние от ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны (верхней), до центра тяжести приведенного сечения:
то же, наименее удаленной от растянутой зоны (нижней)
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
3,
здесь – для таврового сечения с полкой в сжатой зоне. Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне в стадии изготовления и обжатия
3.
2.8 Потери предварительного напряжения арматуры
Коэффициент точности натяжения арматуры при расчете принимают
Усилие обжатия
Эксцентриситет этого усилия относительно центра тяжести приведенного сечения
Напряжение в бетоне при обжатии определяем по формуле
Устанавливаем значения передаточной прочности бетона из условий
Принимаем
Вычисляем сжимающие напряжения в бетоне на уровне центра тяжести площади напрягаемой арматуры от усилия обжатия и сучетом момента от веса плиты:
Тогда
При
(что<0,8) потери от быстронатекающей ползучести будут
Суммарное значение первых потерь
С учетом первых потерь напряжение будет
МПа;
Определяем вторые потери. От усадки бетона МПа. От ползучести бетона при для бетона, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении:
Вторые потери напряжений составляют
Суммарные потери предварительного напряжения арматуры составляют
Усилие обжатия с учетом всех потерь напряжений в арматуре
кН.
2.9 Расчет прочности плиты по сечению, наклонному к продольной оси Q=41,4 кН
Влияние продольного усилия обжатия кН:
Проверяем требуется ли поперечная арматура по расчету. Условие:
принимаем
требуется по расчету.
На приопорных участках длиной арматуру устанавливаем в каждом ребре плиты поперечные стержни Ø 5 Вр-1 с шагом см; в средней части пролета с шагом s=25см
Влияние свесов сжатых полок (при двух ребрах):
принимаем 1,5.
Условие - удовлетворяется.
Требование - удовлетворяется.
Для расчета прочности вычисляют
Поскольку вычисляем по формуле
Тогда
Поперечная сила в вершине наклонного сечения
Условие прочности - обеспечивается.
Прочность проверяем по сжатой наклонной полосе
Условие прочности - удовлетворяется.
2.10 Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси
Выполняем для выяснения необходимости проверки по раскрытию трещин. При этом для элементов, к трещиностойкости которых предъявляют требования 3-й категории, принимают значения коэффициента надежности по нагрузке Вычисляем момент образования трещин по приближенному способу ядровых моментов:
Здесь ядровый момент усилия обжатия при
Н·см.
Поскольку образуются.
Проверяем, образуются ли начальные трещины в верхней зоне плиты при ее обжатии при значении коэффициента точности натяжения γsp=1,14. Изгибающий момент от веса плиты М = 13234 Н∙м.
Расчетное условие
(3.3.3)
здесь Rbtn=1,5 МПа – сопротивление бетона растяжению, соответствующее передаточной прочности бетона Rbp=40 МПа.
1147928 < 2061600 – условие удовлетворяется, начальные трещины не образуются.
Расчет по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси
γsp=1. Предельная ширина раскрытия трещин: продолжительная аcrc=0,4 мм, продолжительная аcrc=0,3 мм. Изгибающие моменты от нормативных нагрузок: постоянной и длительной М=36,7 кН∙м; суммарной М=45,7 LINK Word.Document.12 C:referats_pasha2493224932.doc OLE_LINK1 a кН∙м. Приращение напряжений в растянутой арматуре от действия постоянной и длительной нагрузок определяем по формуле (3.4.1):
(3.4.1)
здесь принимаем
esn=0, так как усилие обжатия Р приложено в центре тяжести площади нижней напрягаемой арматуры;
3);
Приращение напряжений в арматуре от действия полной нагрузки
По формуле (3.4.2) вычисляем ширину раскрытия трещин от непродолжительного действия всей нагрузки
(3.4.2)
где
δ=1;
η=1;
φl=1;
d=16 мм.
Ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузок
Ширина раскрытия трещин от постоянной и длительной нагрузок при
Непродолжительная ширина раскрытия трещин
Продолжительная ширина раскрытия трещин
2.11 Расчет прогиба плиты
Прогиб определяют от нормативного значения постоянной и длительной нагрузок, предельный прогиб составляет - при длительном действии нагрузки. По формуле
Коэффициент, характеризующий неравномерности деформаций растянутой арматуры на участке между трещинами, определяем по формуле
Вычисляем кривизну оси при изгибе по формуле:
где
– при длительномдействии нагрузки;
– при А’s=0.
Вычисляем прогиб по формуле
Учет выгиба от ползучести бетона вследствие обжатия несколько уменьшает прогиб.
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В СРЕДНЕЙ КОЛОННЕ
3.1 Определение продольных сил от расчетных нагрузок
Грузовая площадь средней колонны при сетке колонн 5,6×7,8=43,68 (м2).
Постоянная нагрузка от перекрытий одного этажа с учетом коэффициента надежности по назначению здания γn=0,95,
От ригеля
γf=1,1.
От стойки сечением 30×30 см, l=4 м
Итого:
Временная нагрузка от перекрытия одного этажа с учетом γn=0,95;
В том числе длительная
Кратковременная
Постоянная нагрузка от покрытия при весе кровли и плит 5 кН/м2 составляет
Итого G=246,8 (кН).
Временная нагрузка – снег для II снегового района при коэффициенте надежности по нагрузке γf=1,4 и по назначению здания γn=0,95.
В том числе длительная (пятьдесят процентов от временной) -
Кратковременная -
Продольная сила колонны первого этажа рамы от длительной нагрузки
Продольная сила колонны первого этажа рамы от полной нагрузки
Продольная сила колонны подвала от длительной нагрузки
Продольная сила колонны подвала от полной нагрузки
Продольная сила колонны второго этажа от полной нагрузки
(кН).
Продольная сила колонны третьего этажа от полной нагрузки
(кН)
Продольная сила колонны четвертого этажа от полной нагрузки
3.2 Определение изгибающих моментов колонны от расчетных нагрузок
Определяем значение коэффициента k – отношения погонных жесткостей ригеля и колонны
где b и h – соответственно ширина и высота сечения элемента.
Определяем расчетную
нагрузку на
Постоянная:
от перекрытия с учетом коэффициента надежности по назначению здания γn=0,95 -
от веса ригеля – 2,1 (кН/м).
итого –
Временная:
в том числе длительная -
кратковременная -
Полная нагрузка -
Определяем максимальный момент колонн – при загружении 1+2 без перераспределения моментов.
где α и β – коэффициенты, определяемые оп СНиП 2.03.01-84* в зависимости от k1 и выбранной схемы загружения.
При действии длительных нагрузок
При действии полной нагрузки
Разность абсолютных значений опорных моментов в узле рамы:
при длительных нагрузках -
при полной нагрузке -
Изгибающий моментколонны подвала от длительных нагрузок (сорок процентов) -
от полной нагрузки -
Изгибающий моментколонны первого этажа от длительных нагрузок (сорок процентов) -
от полной нагрузки -
Вычисляем изгибающие моменты колонны, соответствующие максимальным продольным силам. Для этой цели используем загружение пролетов ригеля по схеме 1.
От длительных нагрузок:
изгибающие моменты колонн подвала -
изгибающие моменты колонн первого этажа -
От полных нагрузок:
изгибающие моменты колонн подвала -
изгибающие моменты колонн первого этажа -
4 РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ СРЕДНЕЙ КОЛОННЫ
4.1 Методика подбора сечений арматуры внецентренно сжатой колонны при - второй случай
Расчетные формулы для подбора симметричной арматуры as=a’s получaют из совместного решения системы трех уравнений: уравнения равновесия продольных усилий, моментов и эмпирической зависимости для σs Последовательность расчета по этим формулам для элементов из бетона класса В30 и ниже следующая:
1 Определяют
2 При αs ≤ 0 принимают as=a’s конструктивно по минимальному проценту армирования.
3 При αs> 0 определяют
(5.1.7)
4.2 Характеристики прочности бетона и арматуры
Класс тяжелого бетона В15, класс арматуры А-III.
Комбинации расчетных усилий (для колонны подвала):
maxN=2721 (кН), в т.ч. от длительных нагрузок Nl=2252 (кН) и соответствующий момент М=9.16 (кН∙м), в т.ч. от длительных нагрузок М=7 (кН∙м).
MaxM=55.8 (кН∙м), в т.ч. Ml=40 (кН∙м) и соответствующее нагружению 1+2 значение N=2721-323.7/2=2559 (кН), в том числе Nl=2252-209.1/2=2147 (кН).
4.3 Подбор сечений симметричной арматуры
Выполняем по двум комбинациям усилий и принимаем большую площадь сечения. Анализом усилий часто можно установить одну расчетную комбинацию и по ней выполнять подбор сечений арматуры. Приведем расчет по второй комбинации усилий.
Рабочая высота сечения b=40 см.
Эксцентриситет силы определяем по формуле
Случайный эксцентриситет:
Поскольку эксцентриситет силы ео
=2.18 см больше случайного эксцентриситета ео=
Находим значение моментов в сечении относительно оси, проходящей через центр тяжести наименее сжатой (растянутой) арматуры.
При длительной нагрузке(кН∙м); при полной нагрузке
Отношение
Выражение для критической продольной силы при прямоугольном сечении с симметричным армированием As=A’s; (без предварительного напряжения) с учетом, что имеет вид
Расчетную длину колонн
многоэтажных зданий при жестком соединении ригелей с колоннами в сборных
перекрытиях принимают равной высоте этажа l0=l. В расчете l0=l≈
Для тяжелого бетона
Значение
Принимаем δ=0,42.
Задаемся коэффициентом армирования
Вычисляем критическую силу по формуле
По формуле определяем значение коэффициента η
Значение эксцентриситета е находим по формуле
Определяем граничную относительную высоту сжатой зоны по формуле
По формулам вычисляем значения
Условие выполняется.
Условие выполняется.
Условие выполняется.
По формуле определяем площадь арматуры
2).
Принимаем 2 Æ36 А-III с As=25.12.
Для определения критической силы было принято
Проектируем консоль колонны
Определяем опорное давление ригеля.
Таблица 4.3 – Опорные моменты ригеля при различных схемах загружения.
Схема |
Опорные моменты, кН∙м |
|||
М12 |
М21 |
М23 |
М32 |
|
1 |
= -79 |
-120 |
= -112 |
= -99,6 |
4 |
= -149 |
= -239 |
= -239 |
= -161 |
1+4 |
-228 |
-364 |
-351 |
-273 |
Ординаты выравнивающей эпюры моментов:
ΔМ21=0,3∙364=109 (кН∙м);
ΔМ23=18 (кН∙м);
Опорные моменты на эпюре выровненных моментов составляют:
М12=(-79-149)-36= -264(кН∙м);
М21= -364+109= -255;
М23=-273+18=255;
М32=-112-161-6=-279.
Определяем поперечные силы ригеля:
(кН).
Опорное давление ригеля Q=261 (кН).
Бетон класса В15, Rb=8,5 МПа, γb2=0,9 МПа; арматура класса A-III, Rs=365 МПа.
Принимаем длину опорной площадки l=15см при ширине ригеля lbm=20 см и проверяем условие согласно формуле
8,4 < 8,5 – условие выполняется.
Вылет консоли с учетом зазора
Высоту сечения консоли у грани колонны принимаем равной 0.
Высота консоли у свободного края h1=40-20=20 см, при этом
Рабочая высота сечения консоли ho=h-а=40-3=37 см. Поскольку 11=20 cм меньше 0,9ho=0,9·37=33 см, консоль короткая.
Консоль армируем горизонтальными
хомутами Æ 6 А-I с 2, шагом s=
Проверяем прочность сечения консоли по условию
Правая часть условия принимается не более
Следовательно, Q = 261·103 Н < 309·103 Н – прочность обеспечена.
Изгибающий момент консоли у грани колонны определяем по формуле
Площадь сечения продольной арматуры вычисляем по формуле при ξ=0,9.
2).
Принимаем 2 Æ 14 A-IV, с As=3,08 см2.
5КОНСТРУИРОВАНИЕ АРМАТУРЫ КОЛОННЫ
Колонна армируется
пространственными каркасами, образованными из плоских сварных каркасов. Диаметр
поперечных стержней при диаметре продольной арматуры
Принимаем Æ10А- III с шагом s=400 мм по размеру стороны сечения колонны b=400 мм, что менее 20d=20·28=560 мм.
Колонну пятиэтажной рамы членим на два элемента длиной в два этажа каждый и один элемент длиной в один этаж. Стык колонн выполняется на ванной сварке выпусков стержней с обетонированием. Концы колонн усиливаются поперечными сетками. Элементы сборной колонны должны быть проверены на усилия, возникающие на монтаже от собственного веса с учетом коэффициента динамичности и по сечению в стыке до его обетонирования.
Заключение
В курсовом проекте были поставлены практические задачи реального проектирования – расчет и конструирование железобетонных конструкций перекрытия каркасного здания (колонны, плиты перекрытия).
Расчет конструкций был произведен по методу предельных состояний.
Предельными называются состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять предъявляемым к ним в процессе эксплуатации требованиям, т.е. теряют способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получают недопустимые перемещения или местные повреждения.
При расчете по методу предельных состояний устанавливаются предельные состояния конструкций и используется система расчетных коэффициентов, введение которых гарантирует, что такое состояние не наступит при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и наименьших прочностных характеристик материала.
Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных состояний:
- по несущей способности;
-по пригодности к нормальной эксплуатации.
Список использованных источников
1 В.Н. Байков, Э.Е. Сигалов Железобетонные конструкции. Общий курс. – М.: Стройиздат, 1991. – 767 с.
2 СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции – М.: ЦИТП Госстрой СССР, 1989. – 90с.
3 СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия