Курсовая работа (т): Конструирование и расчеты железобетонных элементов производственного здания

Конструирование и расчеты железобетонных элементов производственного здания

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.

Каркас многоэтажного здания образуют основные вертикальные и горизонтальные элементы колонны, заделанные в фундамент и ригели шарнирно или жестко соединенные с колоннами. Перекрытия зданий выполняют из сборных железобетонных пустотных или ребристых плит.

Целью данного курсового проекта является расчет и конструирование элементов перекрытий многоэтажного здания. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:

-   произвести расчет и конструирование балочной плиты и второстепенной балки;

    выполнить расчет ребристой плиты перекрытия;

    выполнить расчет сборного неразрезного ригеля;

    произвести расчет и конструирование сборной железобетонной колонны;

    произвести расчет и конструирование центрально нагруженного фундамента под колонну.

1. Монолитное ребристое перекрытие

.1 Расчет и конструирование балочной плиты

Для определения расчетных пролетов плиты и второстепенных балок, а также нагрузок от их собственной массы производят предварительное назначение основных геометрических размеров сечений перекрытия:

-        толщина плиты - 70 мм;

-        сечение второстепенных балок:

  сечение главных балок:

  заделка плиты в стену принимается не менее высоты ее сечений; в
кирпичных стенах - кратной размеру кирпича (а= 120 мм).

Вычисление расчетных пролетов плиты

Расчетный пролет плиты в перпендикулярном направлении

Проверяем соотношение расчетных пролетов плиты:

: 2300 = 2,46 > 2, т.е. плита рассчитывается как балочная.

Нагрузки на плиту перекрытия

Расчетная схема плиты представляется многопролетной балкой шириной b = 100 см. Принимаем толщину плиты равной hpl = 70 мм и расчет нагрузок представляем в таблице 1.

Таблица 1 - Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м плиты

Определение усилий в расчетных сечениях

Момент от расчетных значений нагрузок:

         в крайних пролетах и на первых промежуточных опорах:

         в средних пролетах и на средних промежуточных опорах

Уточнение высоты сечения плиты

Целесообразно (по экономическим критериям), чтобы относительная высота сжатой зоны плиты ξ находилась в диапазоне значений 0,1 ... 0,2. Принимаем: бетон класса В20,тяжелый, естественного твердения, арматура класса В500 (Bp-I), ξ = 0,15. Для принятых материалов находим нормируемые характеристики сопротивляемости и условий работы:= 11,5 МПа; Rbt = 0,9 МПа; Еb = 27500 МПа; уb1 = 0,9 (с учетом длительности действия нагрузок);= 415 МПа; Rsw = 300 МПа; Es = 2,0 ∙ 105 МПа;

ξR = 0,502.

Для ξ=0,15 находим ат = ξ (1 - 0,5 ξ) = 0,139. Тогда рабочая высота плиты:

Окончательно принимаем hpl = 7,5 см; hof = 6,0 см.

Отличие полученного и принятого ранее значений hpl не более 10%, пересчет величины нагрузок на перекрытие и значения расчетных моментов не требуется.

Определение площади рабочей арматуры

Требуемая площадь рабочей арматуры определяется для расчетного прямоугольного сечения плиты с размерами hpl × b = 7,5 × 100 см. При этом площадь сечения стержней сетки непрерывного армирования С - 1 определяется для М = М2 = 3,5 кНм, а сетки С - 2 дополнительного армирования крайних пролетов и над первыми промежуточными второстепенными балками на величину M1 - М2 = 5,14 - 3,5 = 1,64 кНм.

Для αm = 0,044 находим  < ξR = 0,502

Сетку принимаем по сортаменту.

С-2 принята как С № 9  (=68,4 мм2)

Определяем сетку С - 1:

.

Для αm = 0,112 находим  < ξR = 0,502

Принимаем сетку С-1- с площадью продольной арматуры Аs = 171,9 мм2. L - длина сетки, мм; С1 и 20 - длина свободных концов продольных и поперечных стержней сетки.

1.2 Расчет и конструирование второстепенной балки

Определяем расчетные пролеты балки

Второстепенные балки монолитных ребристых перекрытий рассчитываются как многопролетные неразрезные с расчетными пролетами:

         крайними (l01) равными расстоянию между осью площадки опирания балки на стену и гранью первой главной балки:

l01 = lрb - 0,5 bmb - a + 0,5B = 6000 - 0,5 ∙ 335 - 120 + 0,5 ∙ 250 = 5837,5 мм;

-        средними (l0) равными расстоянию между гранями главных балок:

= lрb - bmb =6000 - 325 = 5675 мм.

Вычисляем расчетную нагрузку на 1 м.п. второстепенной балки:

         постоянная нагрузка от собственного веса плиты и пола:

B = 3,2 ∙ 2,3 = 7,36 кН/м

где В = lf - шаг второстепенных балок;

-        постоянная нагрузка от собственного веса ребра балки

=кН/м;

суммарная постоянная нагрузка на балку= 7,36 + 1,79 = 9,15 кН/м;

погонная временная нагрузка= v∙B = 9 ∙ 2,3 = 20,7 кН/м;

полная погонная нагрузка на балку= (9,15+ 20,7) ∙ 0,95 = 28,4 кН/м

(0,95 - коэффициент надежности по уровню ответственности).

Определяем значения изгибающих моментов и перерезывающих сил в расчетных сечениях второстепенной балки:

QA = 28,4 ∙ 5,8375 ∙ 0,4 = 66,3 кНмВ(Л) = 28,4 ∙ 5,8375 ∙ 0,6 = 99,5 кНмВ(ПР) = 28,4 ∙ 5,665 ∙ 0,5 = 80,4 кНм

Уточняем размеры поперечного сечения балки, принимая ат = 0,289

hpb=h0+a =340 + 35 = 375 < 400 мм,

т.е. предварительно принятое значение высоты и ширины сечения балки является достаточным и окончательным.

При этом h0 = h − a = 400 - 35 = 365 мм.

Определяем размеры расчетных сечений:

-        уточняем ширину свесов, вводимых в расчет для пролетных сечений, имея в виду наличие поперечных ребер (главные балки), установленных с шагом, равным расчетному пролету второстепенных балок l0 = 5675 мм.

(2300 мм - расстояние между осями второстепенных балок)

Принимаем

-        для пролетных сечений - b'f = 2100 мм; = 365 мм; h'f = 75 мм;

-        для опорных сечений - b × h0 = 200 × 365 мм.

Расчет площади сечений рабочей арматуры класса А400 (А-III), Rs = 355 МПа, характеристики прочности бетона и граничной высоты сжатой зоны аналогичны принятым для плиты.

Определяем рабочую арматуру для пролетных (тавровых) сечений при расчетных значениях М1 = 88 кНм и М2 = 57 кНм.

Проверяем условие, определяющее принципиальное (в полке или ребре) положение нейтральной оси в расчетном сечении при действии вышеупомянутых усилий.

Максимальный момент, воспринимаемый при полностью сжатой полке расчетного сечения (х = h'f ) равен:

Так как, > M1 (и тем более M2), то фактически нейтральная ось во всех пролетных сечениях находится в пределах полки и расчет производится как для прямоугольных сечений с размерами b'f × ho = 2100 × 365 мм.

При этом:

-        в первом пролете

αm = 0,03 < αR = 0,390

во всех средних пролетах

αm = 0,019 < αR = 0,390

для промежуточных опор (с обеих сторон) МC = МB = 66,39 кНм, а расчетное сечение - прямоугольное b × ho = 200 × 365 мм.

αm = 0,25 < αR = 0,390

Для полученных значений Asi по сортаменту подбираем требуемое количество стержней= мм2 - принимаем 2 Ø 22 (AS1=760 мм2)= мм2 - принимаем 2 Ø 18 (AS2=509 мм2)

ASВ = мм2 - принимаем 2 сетки № 54  (2AS=670,6 мм2).

Требуемая ширина сетки составит  м.

Таким образом, в сечениях балки будет размещено по два каркаса, что удовлетворяет требованиям норм и упомянутым выше рекомендациям, а над опорами - по две взаимно сдвинутых сетки.

Расчет поперечной арматуры

Выполняем предварительные проверочные расчеты

В качестве поперечной арматуры принимаем арматуру класса А 300 (А-II).

-        Условие обеспечения прочности по наклонной полосе между двумя наклонными трещинами:

= = 0,3 ∙ 0,9 ∙ 11,5 ∙ 200 ∙ 365 = 226,7 кН> QВ(Л) = 226,7 > 99,5 кН

(следовательно, это условие выполняется для всех приопорных участков).

         Проверяем необходимость постановки поперечной арматуры из условия обеспечения прочности по наклонному сечению:

,min = ,min = 0,5∙ 0,9 ∙ 0,9 ∙ 200 ∙ 365 = 29,6 кН < 99,5 кН

т.к. Qb,min < QВ(Л), то требуется расчет поперечной арматуры по условию прочности сечения на действие поперечных сил.

         Принимаем по требованиям конструирования диаметр, шаг и поперечной арматуры слева от опоры В. Диаметр поперечной арматуры dS принимается по условиям свариваемости для максимального диаметра продольной рабочей арматуры. Для d = 22 мм принимаем dsw = 6 мм, число каркасов = 2. Площадь сечения поперечной арматуры ASW = 2 ∙ 28,3 = 57 мм2. Es = 2,0 ∙ 105 МПа, SW = 150 мм < 0,5h0 и не более 300 мм.

Усилие в поперечной арматуре на единицу длины элемента:

Проверяем условия учета поперечной арматуры:

≤ 81,7 кН/м,

следовательно, коррекция значения не требуется.

Значение Мb определяется по формуле:

Мb =

Определяем длину проекции опасного наклонного сечения с

=

Значение c принимаем = 1350 мм >

= 0,9 ∙ 81,7 ∙ 730 = 53677 = 53,7 кН

Q =

Проверяем условие

,

т.е. прочность наклонных сечений обеспечена.

Условие, исключающее появление наклонной трещины между хомутами.

Условие выполняется.

фундамент арматура плита ребро

2. Расчет ребристой плиты перекрытия