Курсовая работа (т): Проектирование и расчет конструкций сборных железобетонных и стальных элементов многоэтажного здания

Проектирование и расчет конструкций сборных железобетонных и стальных элементов многоэтажного здания

Оглавление

Введение

. Задачи курсового проекта, условия и объем работы

. Компоновка конструктивной схемы и расчет несущих элементов здания в железобетонном исполнении

.1 Компоновка каркаса здания

.2 Расчет плиты перекрытия

.2.1 Общие данные

.2.2 Расчет плиты перекрытия по прочности нормальных сечений

.2.3 Расчет плиты перекрытия по сечению наклонному к продольной оси элемента при действии поперечной силы

.2.4 Расчет полки плиты на местный изгиб

.2.5 Расчет плиты перекрытия на монтажную нагрузку

.3 Расчет и конструирование ригеля

.3.1 Расчет ригеля по прочности нормальных сечений

.3.2 Расчет прочности ригеля по сечениям наклонным к продольной оси элемента при действии поперечной силы

.3.3 Расчет ригеля по наклонному сечению на изгибающий момент.

.4 Расчет и проектирование колонны среднего ряда

.5 Расчет и конструирование фундамента

. Компоновка конструктивной схемы и расчет несущих элементов здания в стальном исполнении

.1 Несущие конструкции каркаса

.2 Компоновка стального каркаса

.3 Расчет балок настила

.4 Расчет главных балок

.5 Подбор полок сварного двутавра

.6 Проверка главной балки по первой и второй группе предельных состояний

.7 Расчет прочности сварного соединения пояса и стенки главной балки

.8 Расчет колонны первого этажа

.9 Расчет соединения главной балки колонны

Список литературы

Введение

Многоэтажные промышленные здания служат для размещения различных производств - легкого машиностроения, приборостроения, цехов химической, электротехнической, радиотехнической, легкой промышленности и др., а также базисных складов, холодильников, гаражей и т. п.

В зависимости от многих факторов многоэтажные здания имеют различные конструктивные схемы. Различают многоэтажные промышленные здания каркасные и с неполным каркасом.

В каркасных зданиях конструкции четко разделены на несущие и ограждающие, что дает возможность применять наиболее целесообразные материалы и значительно снизить массу строительного объекта. Каркас обеспечивает широкие возможности планировочных решений, что особенно важно для производственных зданий.

Здания с неполным каркасом возводят с наружными несущими крупноблочными или кирпичными стенами и внутренним каркасом.

Многоэтажные промышленные здания проектируют, как правило, каркасными с навесными панелями или самонесущими кирпичными стенами.

Конструктивные элементы каркасных многоэтажных зданий - колонны, балки, ригели, плиты междуэтажных перекрытий, вертикальные связи, объединенные в пространственную систему, воспринимают все нагрузки и передают их через фундаменты на грунт.

Высоту промышленных зданий обычно принимают по условиям технологического процесса в пределах от 3 до 7 этажей (при общей высоте до 40м), а для некоторых видов производств с нетяжелым оборудованием, устанавливаемым на перекрытиях, до 12…14 этажей. Ширина промышленных зданий может быть равной 15…36 м и более.

1.   Задачи курсового проекта, условия и объем работы

Цель курсового проекта - закрепить теоретические знания, научиться работать с нормативной и технической литературой, совершенствовать навыки выполнения и чтения строительных чертежей.

Исходные данные для проектирования:

Габариты здания:

·    длина = 70 м

·        ширина = 18,6 м

·        сетка колонн 6,2*7,0

·        высота этажа - 5,4 м

·        количество этажей - 4

Нагрузка:

·    пол - 1,35 кПа

·        длительная - 8,4 кПа

·        кратковременная - 1,4 кПа

Материалы:

·    бетон - В30

·        арматура - А-IV

В состав курсового проекта входит проектирование (расчет и конструирование) конструкций сборных железобетонных и стальных элементов многоэтажного здания.

Заданием предусматривается проектирование следующих элементов:

ребристой плиты перекрытия;

сборного разрезного ригеля;

сборной средней колонны 1-го этажа;

монолитного железобетонного фундамента стаканного типа;

стальной балки перекрытия;

стальной колонны.

2.   Компоновка конструктивной схемы и расчет несущих элементов здания в железобетонном исполнении

2.1 Компоновка каркаса здания

Каркас состоит из колонн, фундаментов, ригелей и плит перекрытия (покрытия). Необходимо назначить размеры всех этих элементов.

Наружные стены здания предполагается выполнить из самонесущих кирпичных стен с «нулевой» привязкой. Толщину стен можно принять равными 510мм, в предположении дополнительного наружного утепления. Наиболее выгодной компоновка считается, когда наиболее нагруженный элемент перекрытия (ригель) расположен в поперечном направлении.

По местоположению в перекрытии различают плиты рядовые (П1), межколонные (П2). Кроме того в здании предусматриваются доборные плиты (П3).

Рядовые плиты перекрытия П1 и межколонные П2 в проекте необходимо принимать ребристыми с номинальной шириной bп от 1200 до 2000 мм, ширину доборных плит П3 можно принимать от 600 до 1000 мм (рисунок 2.1.1).

Высоту всех плит перекрытия назначают одну на все перекрытие. Высоту плиты перекрытия можно приблизительно определить по формуле

при этом высота плиты перекрытия должна быть кратна 50мм.

Для заданного здания эти значения равны:

П1 - 9 шт по 1,5 м м = 350 мм

П2 - 2 шт по 1,7 м м

П3 - 2 шт по 0,85 м

В проекте необходимо запроектировать ригель с нижними полками. Сечение ригеля приведено на рисунке 2.1.3. Высоту сечения ригеля приблизительно можно определить по формуле:

м = 620 мм

Ширину ригеля можно принять равную:

мм Консоль рассчитывается:

hp - hп = 620 - 350 = 270 мм (≥150)

Рисунок 2.1.3 - Сечение ригеля

Колонны смешанных каркасов имеют квадратное сечение, размеры обычно не меняют по всей высоте здания. Размер определяют по колоннам первого этажа. При расчетной нагрузке на колонну свыше 2500кН - сечение 500×500.

Приблизительно усилие в колонне можно определить по формуле:

N = (9,8 * 103 * 1,2 + 4) * 4 * 6,2 * 7 = 15,76 * 173,6 = 2735,94 кН => 500*500

где Р - полная временная нагрузка (дано в задании);

В, L - размер сетки колонн.

Для полученного варианта компоновки этажа сборного перекрытия составляется ведомость элементов (таблица 2.1.1).

Объем бетона плиты перекрытия определяется по формуле:

Vп = 1,5 * 0,35 * 0,3 * 6,773 = 1,067 м3

где  - ширина плиты перекрытия;

 - высота плиты перекрытия;

 - длина плиты перекрытия;

 - коэффициент уменьшения объема бетона элементов.

Масса плиты перекрытия определяется по формуле:

,

mп = 1,067 * 2,5 = 2,668 т

где r=2,5 т/м3 - плотность тяжелого бетона

Объем бетона ригеля определяется по формуле:

Vp = 0,158 * 5,7 = 0,9 м3

где  - площадь сечения ригеля, в м2;  - длина ригеля;

Ар = 150 * 100 * 2 * hp * bp = 30000 * 620 * 207 = 158 340мм2 = 0,158м2

lp = b - bk = 6,2 - 0,5 = 5,7 м

Масса ригеля определяется по формуле:

mp = 0,9 * 2,5 = 2,25 т

Объем бетона колонны определяется по формуле:

,

Vk = 0,5 * 0,5 * 5,4 = 1,35 м3

где  - размер сечения колонны;

 - высота этажа

Масса колонны определяется по формуле:

mk = 1,35 * 2,5 = 3,375 т

Таблица 2.1.1 - Ведомость элементов

2.2 Расчет плиты перекрытия

2.2.1 Общие данные

Необходимо запроектировать рядовую ребристую плиту перекрытия П1 без поперечных ребер. Сечение плиты перекрытия приведено на рисунке 2.2.1. Истинная ширина плиты уменьшается на 10мм. Ширина ребра плиты назначается в зависимости от пролета и нагрузки. Чем больше пролет и нагрузка на плиту, тем больше ширина ребра.

Рисунок 3.1 - Сечение плиты перекрытия

2.2.2 Расчет плиты перекрытия по прочности нормальных сечений

Основной расчет плиты перекрытия по первой группе предельных состояний (по прочности) сводится к определению необходимой площади сечения растянутой арматуры от эксплуатационных нагрузок.

Расчетная схема и эпюра моментов плиты перекрытия приведена на рисунке.

Рисунок 2.2.2 - Расчетная схема и эпюра моментов плиты перекрытия

Таблица 2.2.1 - Нагрузки на плиту перекрытия

В кПа

Расчетные значения нагрузок определяются:

.

Значение собственного веса пола определено заданием. Коэффициент надежности по нагрузке gf для пола принят условно. Остальные значения коэффициентов согласно таблице 1 и пункта 3.2 СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия /1/.

Нормативное значение нагрузки от собственного веса плиты перекрытия:

 = 10 *  = 2,626 кПа

Нагрузка q указанная на расчетной схеме определяется по формуле:

 = 16,2 * 1,5 = 24,3 кПа

Расчетный пролет плиты перекрытия равняется расстоянию между центрами площадок опирания. Величину l0 можно определить по рисунку 2.2.3.

Рисунок 2.2.3 - Расчетный пролет плиты перекрытия

Расчет плиты перекрытия необходимо выполнять на максимальное значение изгибающего момента, возникающего в середине пролета:

 =  = 135,66 кН*м,

где l0 = lп - 90 мм = 6773 - 90 = 6683 мм Плита перекрытия имеет П-образное сечение для выполнения расчета его необходимо преобразовать в тавровое сечение.

Тавровое сечение в зависимости от прохождения сжатой зоны рассчитывается двумя способами: сечение прямоугольного вида (сжатая зона проходит в полке); сечение таврового вида (сжатая зона заходит в ребро).

Для определения места прохождения границы сжатой зоны необходимо определить граничное значение изгибающего момента, при котором высота сжатой зоны x равняется :

Для расчета необходимо назначить первоначальное значение расчетной высоты равное , изначально, а можно принять равным 30…50мм.

h0 = 350 - 50 = 300 мм = 0,3 м

Мгр = 17 * 103 * 1,49 * 0,05 * (0,3 - 0,5 * 0,05) = 348,3 кН*м

М ≤ Мгр, сечение можно считать как прямоугольное.

Рисунок 2.2.4 - Расчетное сечение плиты перекрытия

Значение ширины ребра b таврового сечения определяется как сумма ребер плиты перекрытия  = 2*100 = 200 мм

Значение , вводимое в расчет, принимают из условия, что ширина свеса полки в каждую сторону от ребра bsv должна быть не более 1/6 пролета элемента l0 и не более:

а) при  - ;

h’f = 50 мм, 0,1 * 350 = 35 мм

bsv =  мм

б) при  -

В качестве продольной арматуры, устанавливаемой по расчету, используется арматура класса А500, диаметр арматуры применяется не более 32мм, количество стержней допустимо применять 2 или 4. При этом предпочтение отдается двум стержням.

Для определения требуемого значения площади арматуры необходимо определить площадь арматуры:

,

A0 =  = 59,52 * 10-3 = 0,0595 м2

где Rb - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, определяется по марке бетона (В30), Rb = 17,0 МПа;

По полученному значению определяем значение относительной высоты сжатой зоны по формуле

.