Расчет и конструирование железобетонных

Расчет и конструирование железобетонных

Министерство строительства РФ

КАЗАНСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ

Специальность

2902

Предмет:

“Основы расчета

строительных

конструкций”

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

Тема: “Расчет и конструирование железобетонных

конструкций”

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 конструирование 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 конструирование 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 конструкциям 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 ?, кг/м3 – 8

8.Толщина слоя утеплителя ?, мм – 180

9.Глубина заложения фундамента h, м – 1,6

10.Условное расчетное давление на основание R0, МПа – 260

11.Тип пола – IV

12.Номинальная ширина плиты в осях Вн, м – 1,2

13.Класс бетона для плиты перекрытия - В30

14.Класс напрягаемой арматуры в плите – А-V

Конструкции работают в среде с нормальной влажностью. Вид утеплителя

принять самостоятельно в соответствии с заданной плотностью и толщиной

слоя.

Дата выдачи ____________________

Дата окончания _________________ Преподаватель ______________

1.ВВЕДЕНИЕ

2.СХЕМА ПЕРЕКРЫТИЯ

2.1. Общее решение

В соответствии с заданием ограждающими конструкциями здания являются

кирпичные самонесущие стены, поэтому несущие конструкции будут представлять

собой сборное балочное перекрытие с полным железобетонным каркасом.

Принимаем сетку колонн 6х6м. Тогда здание будет иметь в поперечном

направлении три пролета по 6м и в продольном направлении семь пролетов по

6м. Ригели располагают поперек здания. В продольном направлении по ригелям

укладывают плиты перекрытия. Ширина рядовых плит – 1,8м, межколонных –

2,4м. При трех полетах по 6м в одном ряду располагают две межколонные плиты

с усиленными продольными ребрами и шесть рядовых плит. Межколонные плиты

соединяют друг с другом стальными полосовыми связями на сварке и, кроме

того, приваривают к колоннам. Рядовые плиты укладывают свободно на полки

ригелей, которые имеют подрезку по торцам. У продольных стен укладывают

сплошные беспустотные доборные плиты шириной 1,2м, толщиной 220мм.

Привязку поперечных и продольных стен см. рис.1

Схема раскладки плит перекрытия и маркировка элементов перекрытия

показаны 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 состояний

многопустотную плиту перекрытия с круглыми отверстиями. Плита шириной

(номинальная) Вн=1,2м и высотой ИИ-04. Вес 1м2 плиты равен 2,6кн/м2.

Рис.3.Поперечное сечение плиты

Материал:

Бетон класса В30.

Расчетное сопротивление бетона с учетом коэффициента условий работы ?в2=0,9

Сжатию – Rв?в2=15,3МПа

Растяжению - Rвt?в2=1,08МПа

Передаточная прочность бетона при обжатии – Rвр=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 арматуры Rsn=785МПа

Расчетное сопротивление арматуры Rs=680МПа

Начальное предварительное напряжение, передаваемое на поддон:

?0=0,8 Rsn=0,8 785=628МПа

Проверяем условие СНиП 2.03.01-84 при напряжении арматуры на упоры:

?0+р<Rsn=628+31,4~660МПа<785МПа

p=0,05?0=0,05 628=31,4МПа

?0-р>0,3Rsn; 628-31,4=596,6МПа>0,3 785=235,5МПа

Предварительные напряжение с учетом полных потерь, принятых по СНиП

?п=100МПа при: ?sp=1 составит

?sp=628-100=528МПа

3.1.1.Сбор нагрузок

Нагрузка на 1м2 перекрытия приведена в табл.3.1. Нормативная временная

нагрузка на перекрытие, коэффициенты надежности по нагрузке приняты по СНиП

2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”.

[pic]

Рис. 4. Конструкция пола

Таблица

3.1.

|Вид нагрузки |Нормативная кн/м3|?f |Расчетная кн/м3 |

| Постоянная | | | |

| | | | |

|Мозаичный пол | | | |

|0,04 22 |0,88 |1,3 |1,14 |

|Подготовка из бетона | | | |

|0,03 20 |0,6 |1,2 |0,72 |

|Гидроизоляция | | | |

|0,003 6 |0,02 |1,2 |0,02 |

|Железобетонная плита |2,6 |1,1 |2,86 |

|Итого |~4,1 | |4,74 |

| | | | |

|Временная | | | |

| | | | |

|для магазина |4 |1,2 |4,8 |

| | | | |

|Полная |8,1 | |9,54 |

Расчетная нагрузка на 1 пог. м длины плиты с её номинальной шириной

Вн=1,2м

q=9,54 1,2~11,4кн/м

3.1.2.Определение расчетного пролета

[pic]

Рис.5 Схема опирания плиты на ригель

Плиты опираются на полки ригелей. Номинальный пролет плиты в осях

Lн=6000мм, зазор между торцом плиты и боковой гранью ригеля примем равным

20мм. Конструктивная длина плиты Lк=Lн-вр-2 20=6000-200-2 20=5760мм.

Расчетный пролет плиты L0=Lк-2 80/2=5680мм.

3.2.Статический расчет

Плита работает как однопролетная свободно опертая балка с равномерно-

распределенной нагрузкой по длине.

[pic]

[pic]

Рис.6. Расчетная схема плиты

Расчетный изгибающий момент в плите

[pic]

Расчетная поперечная сила на опоре

Q=0,5qL0=0,5 11,4 5,68= 32,38кн

3.3.Расчет прочности по нормальным сечениям

Расчетное сечение плиты принимаем как тавровое высотой h=220мм,

толщиной полки hп=30,5мм. Ширина верхней полки тавра

вп=1190-2 15=1160мм (15мм – размер боковых 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 условии х=hf

Мсеч.=Rв вf hf(h0-0,5hf)=15,3 116 3,05(19-3,05/2)=94594,62МПа см3=94,6кн

м

Мсеч.>М (94,6кн м>46кн м), следовательно, нейтральная ось проходит в

полке и расчет ведем как для прямоугольного сечения при ?<?R

Вычисляем табличный коэффициент

[pic]

где h0=h-as=22-3=19см – рабочая высота сечения по табл. 3.9.[Л-1]

?=0,075, ?=0,962

?<?R=0,075<0,58; ?R=0,58 – см. табл. 3.28.[Л-1]

Требуемая площадь арматуры: из условия прочности

[pic]

где ?s6 – коэффициент условий работы арматуры

?s6=?s6-(?s6-1) ?=1,15-(1,15-1) [pic]=1,13

Аs=?s6 Аs=1,3 3,3=4,29см2

В случаях когда полные потери предварительного напряжения не

подсчитываются, а берутся по СНиП (?п=100МПа) рекомендуется площадь

арматуры принимать ~ на 30% больше требуемой из условия прочности.

3.4.Расчет прочности по наклонным сечениям

Проверка прочности наклонного сечения проводится из условия (3.31) и

(3.32) [Л-6.1]

Q<Qв=0,35Rв вh0=0,35 15,3 21 19=2137МПа см2 ~214кн

Q=32,38кн<Qв=214кн

Q<Qв=0,6Rвt вh0=0,6 1,08 21 19=258,5МПа см2=25,85кн

Q=32,38кн>Qв=21,4кн

Следовательно, необходим расчет поперечной арматуры.

3.5.Конструирование плиты

Напрягаемая рабочая арматура в плите ставится в виде отдельных стержней

независимо от числа отверстий. Принятые стержни 6 10 А-V ставим после

каждого отверстия кроме середины. В соответствии с рабочими чертежами для

верхней полочки принимаем сварную стандартную сетку из арматурной проволоки

В-I марки 250/200/3/3. – С1.

По низу плиты сетку укладывают отдельными участками у торцов и по

середине – C2,С3.

Вертикальные каркасы КР1 ставят только на крайних четвертях пролета

плиты.

Подъемные петли приняты 12 A-I - ПМ1. Армирование плиты показано на

рис.8. Арматурные изделия на рис.9.

Рис.8.Схема армирования плиты

Рис.9.Арматурные изделия плиты

4.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛЛОНЫ

Колоны приняты квадратного сечения, одноярусные с прямоугольными

консолями размером 15х15см. Оголовок колоны поднимается над плитами

перекрытия на 60см. Нижняя ветвь колоны первого этажа заделывается в стакан

фундамента.

4.1.Исходные данные

Требуется рассчитать колону среднего ряда первого этажа на

эксплуатационные нагрузки.

Расчетные характеристики материалов:

для бетона кл. В20 Rв ?в2=11,5 0,9=10,35МПа

для арматуры кл. А-II Rsc=280МПа

4.2.Нагрузка на колонну

Нагрузка на колону передается от покрытия и перекрытия. Грузовая

площадь, с которой собирается нагрузка на колону, определена как

произведение расстояний между разбивочными осями Агр=6х6=36м2

(см. рис.1.). Конструкция покрытия дана на рис.2. Вес снегового покрова для

г.Тула 100кгс/м2 (1,0 кн/м2) по СНиП 2.01.07-85, вес 1м длины ригеля 500кгс

(5кн), вес 1м2 плиты покрытия 260 кгс (2,6кн). Расчет нагрузок сведен в

табл.4.1.

Таблица

4.1.

|Нагрузка от покрытия |Нормативная кн |?f |Расчетная кн |

| Постоянная | | | |

| | | | |

|Гравий втопленный в битумную | | | |

|мастику | | | |

|0,015 20 36 |10,8 |1,2 |13 |

|3 слоя рубероида на битумной | | | |

|мастике | | | |

|0,15 36 |5,4 |1,1 |5,94 |

|Цементная стяжка | | | |

|0,03 19 36 |20,52 |1,3 |26,68 |

|Утеплитель | | | |

|0,18 8 36 |51,84 |1,1 |57,02 |

|Пароизоляция | | | |

|0,05 36 |1,8 |1,2 |2,16 |

|Железобетонная плита | | | |

|2,6 36 |93,6 |1,1 |102,96 |

|Железобетонный ригель | | | |

|5 6 |30 |1,1 |33 |

|Итого постоянная |213,96 | |240,76 |

| | | | |

|Временная | | | |

|Снег г. Тула | | | |

|1 36 |36 |1,2 |43,2 |

|в том числе длительная 50% |18 |1,2 |21,6 |

|Итого длительная Nдл.пок. |231,96 | |262,36 |

| | | | |

|Полная Nпок. |249,96 | |283,96 |

Нагрузка от перекрытия берется из табл.3.1., а именно, нормативная нагрузка

4,1кн/м2, расчетная нагрузка 4,74кн/м2; вес 1м длины ригеля перекрытия 5кн.

Временная длительная на перекрытие для магазина 0,3кн/м2 [Л-6.2]. Расчет

нагрузок сведен в табл. 4.2.

Таблица

4.2.

|Нагрузка от перекрытия |Нормативная кн |?f |Расчетная кн |

| | | | |

|Пол и плита: | | | |

|Нормативная 4,1 36 |147,6 |- | |

|Расчетная 4,74 36 | |- |170,64 |

|Железобетонный ригель | | | |

|5 6 |30 |1,1 |33 |

|Итого постоянная |177,6 | |203,64 |

| | | | |

|Временная | | | |

| | | | |

|для магазина | | | |

|1 36 |36 |1,2 |43,2 |

|в том числе длительная | | | |

|0,3 36 |10,8 |1,2 |12,96 |

|Итого длительная. Nдл.пер |188,4 | |216,6 |

| | | | |

|Полная Nпер. |213,6 | |246,84 |

Сечение колонн ориентировано принято вхh=30х30см=0,3х0,3м. Собственный

вес колонны одного этажа

Nк=в h ? H ?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), начиная с третьего этажа путем последовательного

суммирования. Подсчеты сведены в табл.4.3.

[pic]

Рис.10.Расчетная схема колонны Рис.11.Схема загружения

|Этаж |Длительная нагрузка кн |Полная нагрузка кн |

| | | |

|3 |262,36+10,395=272,755 |283,96+10,395=294,355 |

| | | |

|2 |272,755+10,395+216,6=499,75 |294,355+10,395+246,64=551,39 |

| | | |

|1 |499,75+10,395+216,6=726,745 |551,39+10,395+246,64=808,425 |

Продольное усилие на колонну первого этажа от полной нагрузки

N1=8084МПа см2, от длительной нагрузки Nдл.=7267МПа см2

4.3.Определение размеров сечения колонны и расчет рабочей арматуры

Расчет колонны ведем с учетом случайного эксцентриситета. При

центральном загружении и наличии только случайного эксцентриситета колонны

прямоугольного сечения с симметрической арматурой кл. А-I, А-II, А-III при

их расчетной длине L0<20h (420<20 30=600) можно рассчитать по несущей

способности по условию:

N<?в ?в(RвAв+RsAs)

Где N – расчетная продольна сила, равная N1;

?в – коэффициент условий работы (?в=0,9 при h<200мм и ?в=1 при

h>200мм);

? – коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность

загружения, гибкость и характер армирования;

L0-расчетная длина колонны, принимаемая равной высоте этажа

H=4,2м;

Asc-площадь сечения сжатой арматуры

Ав=вхh-площадь сечения колонны

Предварительно принимаем ?=?=1, коэффициент армирования

[pic]. Тогда требуемая площадь сечения колонны из условия несущей

способности:

[pic]

Принимаем Ав=вхh=25х25=625 см2

Вычисляем L0/h=420/25=16,8, [pic]

?=1 (при h>20см). По табл. 3.20[Л-1] ?в=0,75 и ?ч=0,82 (пологая, что

Апс<As/3).

Коэффициент ? определится по формуле

?=?в+2(?ч-?в)[pic]

Определяем площадь сечения арматуры по формуле

[pic]

В колоннах рабочая арматура принимается диаметром не менее 12мм. По

сортаменту табл. 3.10[Л-6.1] принимаем 4 22А-II (Аsc=15,20см2)

Коэффициент армирования составляет

[pic]

Полученное значение µ находится в диапазоне рекомендуемых значений (0,01-

0,02).

4.4.Конструирование колонны

Колонна армируется сварным пространственным каркасом. При диаметре

продольных стержней 22мм по условию технологии сварки диаметр поперечных в

этом случае принят 8мм – табл. 1.2 прил.1 [Л-6.4]

Шаг поперечных стержней в сварных каркасах должен быть S<20d, но не более

500мм. Принято S=400мм<20 22=440мм и не более 500мм.

Кроме того, в голове колонны ставятся конструктивные сетки из арматуры 8A-

III не менее трех штук. Консоль армируется каркасом – балочной.

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, целесообразно принять

конструкцию его с подколонником стаканного вида и плитой.

Фундаменты по средней колонны рассматривают как центрально нагруженные.

5.1.Исходные данные

Глубина заложения фундамента H1=1,6м. Грунт основания имеет условное

расчетное сопротивление R0=0,26МПа (260 кн/м2).

Расчетные характеристики материалов:

для бетона кл. В15 Rв ?в2=8,5 0,9=7,65МПа (0,76кн/см2)

Rвt ?в2=0,75 0,9=0,675МПа (0,07кн/см2)

для арматуры кл. А-III >10 Rs=365МПа (36,5 кн/см2)

Расчетная нагрузка Nф=______кн (см. табл. 4.3.)

5.2. Определение размеров высоты и подошвы фундамента

Высота фундамента определяется как размерность между отметками его

подошвы и обреза.

h=1,6-0,15=1,45м

Глубина стакана фундамента принята hc=750мм, что удовлетворяет условию

по заделке арматуры

hc>30d+?=30 22+50=710мм

где d=22мм – диаметр продольной арматуры колонны

?=50мм – зазор между торцом колонны и дном стакана

и что больше необходимого значения hс=1,5hк=1,5 30=45см.

Принимаем толщину стенок стакана поверху 225мм и зазор 75мм, размеры

подколонника в плане будут:

ас=вс=hк+2 225+2 75=300+450+150=900мм

Рис. 13.Констукция фундамента

Толщину плитной части фундамента назначаем h1= ____мм, (кратно 150мм)

Ориентировочно площадь основания фундамента определяем по формуле

[pic]

Учитывая, что сечение колонны квадратное, подошва фундамента принята

тоже квадратной. Ориентировочно значение размера стороны подошвы такого

фундамента

вф=аф= [pic]~1,9м

Назначаем окончательно вф=аф=______мм (кратно 300мм). Тогда площадь

подошвы будет равна Аф=вф аф=_______=_______м2 и среднее давление на грунт

составит

[pic]<R0=250кн/м2

5.3. Расчет рабочей арматуры

Фундамент работает на изгиб от реактивного отпора грунта.

Изгибающий момент в сечении 1-1 у грани ступени (см. рис.13) определяется

по формуле

М1-1=0,125Ргр(аф-ас)2 вф=0,125__________________________________кн м

Необходимая площадь арматуры при h01=_____см

[pic].

Изгибающий момент в сечении 2-2 у грани колонны будет равен

М2-2=0,125Ргр(аф-вк)2 вф=

Необходимая площадь арматуры при h02=____см

[pic]

По большему значению As подбираем сетку.

5.4.Конструирование фундамента

Фундамент армируется сеткой, которую укладывают в нижней части плиты.

Шаг стержней в сетках принимают 100-200мм, минимальный диаметр арматуры в

сетках фундаментов должен быть 10мм.

Принимаем шаг стержней S=___мм=__см. Размеры сетки ___________мм.

Необходимое число рабочих стержней в сетке

[pic]шт

Принимаем _________ As=________см2, что больше требуемого

As1-1=_____см2. Такое же количество стержней должно быть уложено в

перпендикулярном направлении, т.к. колонна ______________ квадратные и

моменты в ______________________ равны.

Рис.14. Сетка фундамента

Армирование стаканной части фундамента условно не показано.

6.ЛИТЕРАТУРА

6.1. В.В. Доркин и др. “Сборник задач по строительным конструкциям”.

Стройиздат. 1986г.

6.2. СНиП 2.01.07-85 “Нагрузка и воздействие” 1985г.

6.3. СНиП 2.03.01-84 “Бетонные и железобетонные конструкции” 1985г.

6.4. А.Н. Кувалдин и др. “Примеры расчета железобетонных конструкций

зданий” Стройиздат. 1976г.

6.5. В.Н. Семенов “Унификация и стандартизация проектной документации

для строительства” Стройиздат. 1985г.

-----------------------

Мозаичный пол ?=22кн/м3

Подготовка из бетона ?=20кн/м3

Гидроизоляция ?=6кн/м3

Жб плита ?=2,6кн/м3

эп. М

эп. Q

Q=0,5qL0

[pic]??