Расчет и конструирование железобетонных конструкций

Министерство строительства Р Ф КАЗАНСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ Специальность 2902 Предмет: “ Основы расч е та строительных констру к ций ” ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к кур совому проекту Тема: “ Расчет и конструирование железобетонных конс т рукций ” Выполнил студент Защищен с оценкой Руководитель проекта СОДЕРЖАНИЕ лист 1.Введение 2.Схема перекрытия 3.Расчет и конструирование плит перекрытий 3.1.Исходные данные 3.2.Статический расчет 3.3.Расчет прочности по нормальным сечениям 3.4.Расчет прочности по наклонным сечениям 3.5.Конструирование плит 4.Расчет и к онструирование колонны 4.1.Исходные данные 4.2.Нагрузка на колонну 4.3.Определение размеров сечения колонны и расчет рабочей арматуры 4.4Конструирование колонны 5.Расчет и к онструирование фундамента 5.1. Исходные данные 5.2.Определение размеров подошвы и высоты фундамента 5.3.Расчет рабочей арматуры 5.4.Конструирование фундамента 6.Литература ЗАДАНИЕ для курсового проектирования по железобетонным конс трукциям студента группы КС-32 Казанского строительного колледжа г. Горькова Н.В. Тема задания: “ Проектирование сборных железобетонных элементов много этажного здания с неполным железобетонным каркасом ” Расчету и конструированию подлежат: 1.Плита перекрытия с круглыми пустотами 2.Колонна среднего ряда первого этажа 3.Фундамент под среднюю колонну Данные для проектирования 1.Назначение здания – магазин 2.Шаг колонн a , м - 6 3.Пролет L , м – 6 4.Количество этажей – 3 5.Высота этажа H , м – 4,2 6.Район строительства – Тула 7.Плотность утеплителя с , кг/м 3 – 8 8.Толщина слоя утеплителя д , мм – 180 9.Глубина заложения фундамента h , м – 1,6 10.Условное расчетное давление на основание R 0 , МПа – 260 11.Тип пола – IV 12.Номинальная ширина плиты в осях В н , м – 1,2 13.Класс бетона для плиты перекрытия - В30 14.Класс напрягаемой арматуры в плите – А- V Конструкции работают в среде с нормальной влажность ю. Вид утеплителя принять самостоятельно в соответствии с заданной плот ностью и толщиной слоя. Дата выдачи ____________________ Дата окончания _________________ Преподаватель ______________ 1 .ВВЕДЕНИЕ 2.СХЕМА ПЕРЕКРЫТИЯ 2.1. Общее решение В соответствии с заданием ограждающими конструкция ми здания являются кирпичные самонесущие стены, поэтому несущие констр укции будут представлять собой сборное балочное перекрытие с полным же лезобетонным каркасом. Принимаем сетку колонн 6х6м. Тогда здание будет иметь в поперечном напра влении три пролета по 6м и в продольном направлении семь пролетов по 6м. Ри гели располагают поперек здания. В продольном направлении по ригелям ук ладывают плиты перекрытия. Ширина рядовых плит – 1,8м, межколонных – 2,4м. При трех полетах по 6м в одном ряду располагают две межколонные плиты с ус иленными продольными ребрами и шесть рядовых плит. Межколонные плиты со единяют друг с другом стальными полосовыми связями на сварке и, кроме то го, приваривают к колоннам. Рядовые плиты укладывают свободно на полки р игелей, которые имеют подрезку по торцам. У продольных стен укладывают с плошные беспустотные доборные плиты шириной 1,2м, толщиной 220мм. Привязку поперечных и продольных стен см. рис.1 Схема раскладки плит перекрытия и маркировка элементов перекрытия по казаны на рис. 1, 2. Рис.1.Схема расположения плит Рис.2.Поперечный разрез здания 3.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛИТЫ 3.1.Исходные данные Необходимо рассчитать по первой группе предельных с остояний многопустотную плиту перекрытия с круглыми отверстиями. Плит а шириной (номинальная) В н =1,2м и высо той ИИ-04. Вес 1м 2 плиты равен 2,6кн/м 2 . Рис.3.Поперечное сечение плиты Материал: Бетон класса В30. Расчетное сопротивление бетона с учетом коэффициента условий работы г в2 =0,9 Сжатию – R в г в2 =15,3МПа Растяжению - R в t г в2 =1,08МПа Передаточная прочность бетона при обжатии – R вр =0,8В=0,8 30=24МПа Арматура класса А- V - табл .3.2.,3.4.[Л-6.1]. Натяжение арматуры проводят на упоры механическим способом. Нормативное сопротивление армат уры R sn =785МПа Расчетное сопротивление арматуры R s =680МПа Начальное предварительное напряжение, передаваемое на поддон: у 0 =0,8 R sn =0,8 785=628 МПа Проверяем условие СНиП 2.03.01-84 при напряжении арматуры на упоры: у 0 +р< R sn =628+31,4~660 МПа<785МПа p =0,05 у 0 =0,05 628=31,4М Па у 0 -р>0,3 R sn ; 628-31,4=596,6МПа>0,3 785=235,5МПа Предварительные напряжение с учетом полных потерь, принятых по СНиП у п =100МПа при: г sp =1 состави т у sp =628-100=528МПа 3.1.1.Сбор нагрузок Нагрузка на 1м 2 перекрытия приведена в табл.3.1. Нормативная временная нагрузка на перекр ытие, коэффициенты надежности по нагрузке приняты по СНиП 2.01.07-85 “ Нагрузки и воздействия ” . Рис. 4. Конструкция пола Таблица 3.1. Ви д нагрузки Нормативная кн/м 3 г f Расчетная кн/м 3 Постоянная Мозаичный пол 0,04 22 Подготовка из бет о на 0,03 20 Гидроизоляция 0,003 6 Железобетонная пл и та Итого Временная для магазина Полная 0,88 0,6 0,02 2,6 ~4,1 4 8,1 1,3 1,2 1,2 1,1 1,2 1,14 0,72 0,02 2,86 4,74 4,8 9,54 Расчетная нагрузка на 1 пог. м длины плиты с её номинал ьной шириной В н =1,2м q =9,54 1,2~11,4кн/м 3.1.2.Определение расчетного пролета Рис.5 Схема опирания плиты на ригель Плиты опираются на полки ригелей. Номинальный проле т плиты в осях L н =6000мм, зазор между торцом плиты и боковой гранью ригеля примем равным 20мм. Констру к тивная длин а плиты L к = L н -в р -2 20=6000-200-2 20=5760мм. Ра с четный пролет плиты L 0 = L к -2 80/2=5680мм. 3.2.Статический расчет Плита работает как однопролетная свободно опертая б алка с ра в номерно-распределенн ой нагру з кой по длине. Рис.6. Расчетная схема плиты Расчетный изгибающий момент в плите Расчетная поперечная сила на опоре Q =0,5 qL 0 =0,5 11,4 5,68= 32,38кн 3.3.Расчет прочности по нормальным сечениям Расчетное сечение плиты принимаем как тавровое высо той h =220мм, толщиной полки h п =30,5мм. Ш ирина верхней полки тавра в п =1190-2 15=1160мм (15мм – размер б о ков ых подрезок), ширина ребра: в=1190-2 15-159 6=206мм Рис.7.Расчетное сечение (а) и схема усилий (б) Определим несущую способность приведенного сечения при усл о вии х= h f М сеч .= R в в f h f ( h 0 -0,5 h f )=15,3 116 3,05(19-3,05/2)=94594,62МПа см 3 =94,6кн м М сеч .>М (94,6кн м>46кн м), следовательно, н ейтральная ось проходит в полке и ра с чет ведем как для прямоугольного сечения при о < о R Вычисляем табличный коэффициент где h 0 = h - a s =22-3=19см – рабочая высота сечения по табл. 3.9.[ Л-1] о =0,075, н =0,962 о < о R =0,075<0,58; о R =0,58 – см. табл. 3.28.[Л-1] Требуемая площадь арматуры: из условия прочности где г s 6 – коэффициент условий работы арматуры г s 6 = г s 6 -( г s 6 -1) о =1,15-(1,15-1) =1,13 А s = г s 6 А s =1,3 3,3=4,29см 2 В случаях когда полные потери предварительного напря жения не подсчитыв а ются, а беру тся по СНиП ( у п = 100МПа) рекомендуется площадь арматуры пр и нимать ~ на 30% больше требуемой из условия прочн о сти. 3.4.Расчет прочности по наклонн ым сечениям Проверка прочности наклонного сечения проводится и з условия (3.31) и (3.32) [Л-6.1] Q < Q в =0,35 R в в h 0 =0,35 15,3 21 19=2137МПа см 2 ~214кн Q =32,38кн< Q в =214кн Q < Q в =0,6 R в t в h 0 =0,6 1,08 21 19=258,5МПа см 2 =25,85кн Q =32,38кн> Q в =21,4кн Следовательно, необходим расчет поперечной арматуры. 3.5.Конструирование плиты Напрягаемая рабочая арматура в плите ставится в вид е отдельных стержней н е зависим о от числа отверстий. Принятые стержни 6 10 А- V ставим после каждого отверстия кроме середины. В соот ветствии с рабочими чертежами для верхней п о лочки принимаем сварную стандартную сетку из арматурной проволоки В- I ма р ки 250/200/3/3. – С1. По низу плиты сетку укладывают отдельными участками у торцов и по с е редине – C 2,С3. Вертикальные каркасы КР1 ставят только на крайних четвертях пр о лета плиты. Подъемные петли приняты 12 A - I - ПМ1. Армирование плиты пок азано на рис.8. А р матурные издели я на рис.9. Рис.8.Схема армирования плиты Рис.9.Арматурные изделия плиты 4.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛЛОНЫ Колоны приняты квадратного сечения, одноярусные с п рямоугольными консолями размером 15х15см. Оголовок колоны поднимается на д плитами пер е крытия на 60см. Ниж няя ветвь колоны первого этажа задел ы вается в стакан фундамента. 4.1.Исходные данные Требуется рассчитать колону среднего ряда первого э тажа на эксплуатац и онные нагру зки. Расчетные характеристики материалов: для бетона кл. В20 R в г в2 =11,5 0,9=10,35МПа для арматуры кл. А- II R sc =280МПа 4.2.Нагрузка на колонну Нагрузка на колону п ередается от покрытия и перекрытия. Грузовая площадь, с которой собирает ся нагрузка на колону, определена как произведение расстояний между раз бивочными осями А гр =6х6=36м 2 (см. рис.1.). Конструкция покрытия дана на рис.2. Вес снегово го покрова для г.Тула 100кгс/м 2 (1,0 кн/м 2 ) по СНиП 2.01.07-85, вес 1м длины ригеля 500кгс (5кн), вес 1м 2 плиты покрытия 260 кгс (2,6кн ). Расчет нагрузок сведен в табл.4.1. Таблица 4.1. Наг рузка от покрытия Нормативная кн г f Расчет ная кн Постоянная Гравий втопленный в биту м ную мастику 0,015 20 36 3 слоя рубероида на битумной мастике 0,15 36 Цементная стяжка 0,03 19 36 Утеплитель 0,18 8 36 Пароизоляция 0,05 36 Железобетонная плита 2,6 36 Железобетонный ригель 5 6 Итого постоянная Временная Снег г. Тула 1 36 в том числе длительная 50% Итого длительная N дл.пок . Полная N пок. 10,8 5,4 20,52 51,84 1,8 93,6 30 213,96 36 18 231,96 249,96 1,2 1,1 1,3 1,1 1,2 1,1 1,1 1,2 1,2 13 5,94 26,68 57,02 2,16 102,96 33 240,76 43,2 21,6 262,36 283,96 Нагрузка от перекрытия берется из табл.3.1., а именно, нор мативная нагрузка 4,1кн/м 2 , расчетна я нагрузка 4,74кн/м 2 ; вес 1м длины ригел я перекрытия 5кн. Време н ная длит ельная на перекрытие для магазина 0,3кн/м 2 [Л-6.2]. Расчет н а грузок све ден в табл. 4.2. Таблица 4.2. Нагрузка от пер екрытия Нормативная кн г f Расчетная кн Пол и плита: Нормативная 4,1 36 Расчетная 4,74 36 Железобетонный ригель 5 6 Итого постоянная Временная для магазина 1 36 в том числе длительная 0,3 36 Итого длительная. N дл.пер Полная N пер. 147,6 30 177,6 36 10,8 188,4 213,6 - - 1,1 1,2 1,2 170,64 33 203,64 43,2 12,96 216,6 246,84 С е чение к о лонн орие н тир о вано прин я то вх h =30х30см=0,3х0,3м. Собс т венный вес к о лонны одного этажа N к =в h с H г f =0,3 0,3 25 4,2 1,1=10,395кн Нагрузку на колонны каждого этажа определяем в соответствии со схемой загружения (рис.11), начи ная с третьего этажа путем последовательного суммирования. Подсчеты св едены в табл.4.3. Рис.10.Расчетная схема колонны Рис.11.Схема загруж е ния Этаж Длительная нагрузка кн Полн ая нагрузка кн 3 2 1 262,36+10,395=272,755 272,755+10,395+216,6=499,75 499,75+10,395+216,6=726,745 283,96+10,395=294,355 294,355+10,395+246,64=551,39 551,39+10,395+246,64=808,425 Продольное усилие на колонну пер вого этажа от полной нагрузки N 1 =8084МПа см 2 , от дл и тельной нагрузк и N дл .=7267М Па см 2 4.3.Определение размеров сечения колонны и расчет раб очей а р матуры Расчет колонны ведем с учетом случайного эксцентрис итета. При центральном з а груже нии и наличии только случайного эксцентриситета колонны прямоугольног о с е чения с симметрической арм атурой кл. А- I , А- II , А- III при их расчетной длине L 0 <20 h (420<20 30=600) можно рассчитать по несущей спосо б ности по условию: N < г в ц в ( R в A в + R s A s ) Где N – расчетная продольна сила, равная N 1 ; г в – коэффициент условий работы ( г в =0,9 при h <200мм и г в =1 при h >200мм); ц – коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность загружения, гибкость и хара к тер армирования; L 0 -расчетная длина колонны, принимаемая равной высоте этажа H =4,2м; A sc -площадь сечения сжатой арматуры А в =вх h -площадь сечения колонны Предварительно принимаем г = ц =1, коэффициент армирования . Тогда требуемая площадь сече ния колонны из условия н е сущей способности: Принимаем А в =в х h =25х25=625 см 2 Вычисляем L 0/ h =420/25=16,8, г =1 (при h >20см). По табл. 3.20[Л-1] ц в =0,75 и ц ч =0,82 (пологая, что А пс < A s /3). Коэффициент ц определится по формуле ц = ц в +2( ц ч - ц в ) Определяем площадь сечения арматуры по формуле В колоннах рабочая арматура принимается диаметром н е менее 12мм. По сорт а менту табл. 3.10[ Л-6.1] принимаем 4 22А- II (А sc =15,20см 2 ) Коэффициент армирования составляет Полученное значение µ находится в диапазоне рекомендуемых значений (0,01-0,02). 4.4.Конструирование колонны Колонна армируется сварным пространственным карка сом. При диаметре продол ь ных ст ержней 22мм по условию технологии сварки диаметр поперечных в этом сл у чае принят 8мм – табл. 1.2 прил.1 [Л-6.4] Шаг поперечных стержней в сварных каркасах должен быть S <20 d , но не более 500мм. Принято S =400мм <20 22=440 мм и не бо лее 500мм. Кроме того, в голове колонны ставятся конструктивные сетки из а р матуры 8 A - III не мене е трех штук. Консоль армируется каркасом – б а лочной. Размещение рабочих и поперечных стержней в сечении колонны показано на рис.12. Рис. 12. Размещение арматуры в сечении колонны 5.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА Учитывая значительное заглубление фундамента, целе сообразно принять конс т рукцию его с по д колонником стаканного вида и плитой. Фундаменты по средней колонны рассматривают как центрально нагр у женные. 5.1.Исходные данные Глубина заложения фундамента H 1 =1 ,6м. Грунт основания имеет условное расче т ное сопротивление R 0=0,26МПа (260 кн/м 2 ). Расчетные характеристики материалов: для бетона кл. В15 R в г в 2=8,5 0,9=7,65МПа (0,76кн/см 2 ) R в t г в 2=0,75 0,9=0,675МПа (0,07кн/см 2 ) для арматуры кл. А- III >10 R s =365МПа (36,5 кн/см 2 ) Расчетная нагрузка N ф =______кн (см. табл. 4.3.) 5.2. Определение размеров высоты и подошвы фундамента Высота фундамента определяется как размерность меж ду отметками его подо ш вы и обре за. h =1,6-0,15=1,45м Глубина стакана фундамента принята h c =750мм, что удовлетворяет условию п о заделке армат у ры h c >30 d + у =30 22+50=710мм где d =22мм – диаметр продольной арматуры колонны у =50мм – зазор между торцом колонны и дном стакана и что больше необходимого значения h с =1,5 h к =1,5 30=45см. Принимаем толщину стенок стакана поверху 225мм и зазор 75мм, размеры подк о лонника в плане будут: а с =в с = h к +2 225+2 75=300+450+150=900мм Рис. 13.Констукция фундамента Толщину плитной части фундамента назначаем h 1 = ____ мм, (кратно 150мм) Ориентировочно площадь основания фундамента определяем по фо р муле Учитывая, что сечение колонны квадратное, подошва фу ндамента пр и нята тоже квадратн ой. Ориентировочно значение размера стороны подошвы такого фундаме н та в ф =а ф = ~1,9м Назначаем окончательно в ф =а ф =______мм (кратно 300мм). Тогда площадь подошв ы будет равна А ф =в ф а ф =_______=_______м 2 и среднее давл е ние на грунт составит < R 0 =250кн/м 2 5.3. Расчет рабочей арматуры Фундамент работает на изгиб от реактивного отпора г рунта. Изгибающий момент в сечении 1-1 у грани ступени (см. рис.13) определяется по фо р муле М 1-1 =0,125Р гр (а ф -а с ) 2 в ф =0,125__________________________________кн м Необходимая площадь арматуры при h 01 =_____см . Изгибающий момент в сечении 2-2 у грани колонны будет р авен М 2-2 =0,125Р гр (а ф -в к ) 2 в ф = Необходимая площадь арматуры при h 02 =____см По большему значению A s подбираем сетку. 5.4.Конструирование фундамента Фундамент армируется сеткой, которую укладывают в н ижней части пл и ты. Шаг стержней в сетках принимают 100-200мм, минимальный диаметр арматуры в се т ках фундаментов должен быть 10мм. Принимаем шаг стержней S =___ мм=__см. Размеры сетки ___________мм. Необх о димое число р а бочих сте ржней в сетке шт Принимаем _________ A s =________см 2 , что больш е требуемого A s 1-1 =_____см 2 . Такое же количество стержней должно быть уложено в перпендикуля р ном напра в лении, т.к. колонна ______________ квадратные и моменты в ______________________ равны. Рис.14. Сетка фундамента Армирование стаканной части фундамента условно не по казано. 6.ЛИТЕРАТУРА 6.1. В.В. Доркин и др. “ Сборник задач по строительным конструкциям ” . Стройи з дат. 1986г. 6.2. СНиП 2.01.07-85 “ Нагруз ка и воздействие ” 1985г. 6.3. СНиП 2.03.01-84 “ Бетонные и железобетонн ые конструкции ” 1985г. 6.4. А.Н. Кувалдин и др. “ Примеры расчета железобетонных конс т рукций зд аний ” Стройиздат. 1976г. 6.5. В.Н. Семенов “ Унификация и стандар тизация проектной док у ментаци и для строительства ” Стройиздат. 1985г.