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

Из 4х значений lan выбираем 2,98 м.

2.4 Расчет и проектирование колонны среднего ряда

Колонны среднего ряда воспринимают только вертикальные нагрузки. Вертикальная сила N на колонну действует только со случайным эксцентриситетом ea. Значение ea принимается большим из трех величин: h/30, l0/600 и 10 мм (где h - высота сечения колонны, l0 - расчетная длина). Поскольку случайный эксцентриситет может быть и справа, и слева от оси, армирование колонны принимается симметричным: Аs=Аs'. В качестве основной арматуры колонны необходимо применять арматуру А300 или А400, в качестве поперечных стержней арматуру В500.

Расчетная длина колонны первого этажа l0 определяется по формуле l0=0,7×Hк. Высоту колонны Hк можно принять равной высоте этажа Hэ.

l0=0,7*5,4 = 3,78 м

Для элементов прямоугольного сечения при расчетной длине l0 < 20h и симметричной арматуре расчет на внецентренное сжатие со случайным эксцентриситетом допускается выполнять из условия:

, 2,61*103 ≤ 4*106

где Nult - предельное значение продольной силы, которую может воспринять элемент, определяемое по формуле:

= 0,9*(4,25*106+0,196*106)=4*106 Н

где As,tot - площадь всей продольной арматуры в сечении элемента,

j - коэффициент определяемый по таблице 5.1 в зависимости от отношений l0/h=3,78/0,5 = 7,56

Таблица 2.4.1 - Определение коэффициента j

Определим значения действующих усилий в колонне первого этажа. Полное усилие в колонне первого этажа определим по формуле:

= [17,68*3 + 7,04]*6,2*7 = 2607,47 кН

где nэт - количество этажей здания (определено заданием); B, L - размер сетки колонн, м.

Таблица 2.4.2 - Нагрузка на колонну

Расчет стержня колонны

Для проверки прочности стержня колонны первоначально уточним размеры сечения колонны по формуле.

= = 0,121 м2, 0,25 м2 ≥ 0,121 м2

где  - коэффициент армирования сечения, первоначально можно принять равным 0,01; значение коэффициента j - для данной формулы можно принять равным 1.

Для армирования колонн применяется арматура класса А500.

Требуемое значение площади арматуры можно определить по формуле:

=

Значение получилось отрицательным потому, что армирование не требуется, но принимаем минимальное армирование.

Для армирования колонны приняли 4 стрежня ds= 12 см2, As = 4,52 см2.

Необходимо проверить конструктивные требования при армировании сечения.

Коэффициент армирования в процентах

должен быть не менее 0,1 % - при  и 0,25 % - при .

µ = 4,52/0,25*104*100% = 0,181 %

Все необходимые проверки сходятся, значит, подобраны оптимальные элементы.

Поперечная арматура в колонне устанавливается конструктивно в соответствии с требованиями: шаг поперечных стержней не более 15×d=15*12=180 мм => шаг = 150мм ≤ 500мм. Диаметр поперечных стержней должен быть dsw ≥ 0,25×ds,= 3см2, выбран dsw= 5 cм2. Поперечные стержни устанавливаются для обеспечения продольными стержнями устойчивости, то есть предотвратить боковое выпучивание стержней.

Расчет консоли колонны

Опирание ригеля на колонну осуществляется через короткие скрытые консоли. Общий вид и армирование консоли колонны приведены на рис 2.4.1. Так как консоли имеют достаточно малые размеры, то их армирование осуществляется с помощью жесткой арматуры, состоящей из пластин 1, соединенных между собой арматурными стержнями 2, 3, 4, и закладными деталями 5.

На консоли колонны действует сосредоточенное усилие Q от опорной реакции ригеля. Действующее усилие вызывает растяжение в арматурных стержнях 2 и сжатие в пластинах 1.

Рисунок 2.4.1 - Консоль колонны

Усилие, действующее в пластине 1 определяется по формуле:

 = 325,65*103 / 0,707 = 460,6 кН,

тогда требуемая площадь пластины 1 равняется:

= 460,6*103/240*106 = 19,2 см2

где Ry - расчетное сопротивление стали пластины. Для пластины используется сталь С245, тогда Ry=240МПа.

Площадь сечения пластины равняется , где t - толщина пластины, =>

t = A/h = 19,2/9,2 = 2,087 см, t/2 = 1,04см, где

. => h = h1*sin450 = 130*sin450 = 9,2 см

Требуемая площадь сечения арматурных стержней 2 равняется

где Ns - растягивающее усилие в стержне 2, определяемое по формуле

Назначено 2 стержня, ds=22 cм2, As=7,6 см2

Нижние стержни 3 и 4 принимают обычно такого же диаметра, что и стержни 2.

Стык колонн

Колонны сборного каркаса обычно изготавливают на два или один этаж. Стык колонн выполняется на расстоянии 600мм от уровня пола.

Вид стыка колонны приведен на рисунке 2.4.2.

Рисунок 2.4.2 - Оголовок колонны

Закладная деталь, устанавливаемая в верхней части оголовка колонны, являющаяся площадью сжатия, должна иметь размеры не более

bloc £ b/3, bloc≤ 500/3, bloc=170 мм

Размер ячейки сеток косвенного армирования а больше 100мм, считается: а = (b-40мм)/5 = 92 мм, принимаем а = 90, округляя в меньшую сторону

Шаг сеток косвенного армирования должен быть не более 150мм и не более b/3. b/3 ≥ S ≤ 150 мм, принимаем S=150 мм.

Расстояние, на котором устанавливаются сетки,

ld³20×ds, ld = S*3 = 150*3=450мм ≥ 20*12 = 240мм, 450>240

где ds - диаметр продольных стержней колонны. Количество сеток-не менее 4.

2.5 Расчет и конструирование фундамента

В курсовом проекте в качестве фундаментов под колонны предлагается запроектировать центрально-нагруженные столбчатые фундаменты стаканного типа. Фундаменты предлагается запроектировать монолитные из бетона класса В15, в качестве основной несущей арматуры принимается арматура А500.

Так как фундаменты центрально-нагруженные, то их обычно изготавливают симметричными (подошва имеет квадратную в плане форму).

Количество ступеней (см. рис 2.5.1) назначают в зависимости от высоты фундамента h: в моем случае h = 900 мм, назначено 3 ступени. Минимальная высота одной ступени 300мм. Размеры ступеней проектируются такими, чтобы контур фундамента (см. рисунок 2.5.1) находился снаружи усеченной пирамиды, верхним основанием которой служит опорное сечение колонны, а грани наклонены под углом 45о.

Рисунок 2.5.1 - Фундамент стаканного типа трехступенчатый

Глубина заложения фундамента в курсовом проекте условно назначена 1500мм. Расчетное сопротивление грунта R0 - задано в задании.

Глубина стакана hgl принимается равной

= 500 + 50 = 550 мм,

где b - размер сечения колонны. Толщина дна стакана принимается не менее 200мм во избежание ее продавливания в процессе монтажа колонны.

Минимальную площадь подошвы фундамента можно определить по формуле:

= 2,27*106 / (300*103- 20*103*1,5) = 8,4 м2

где Nn - нормативное значение усилия действующего от колонны на фундамент (приблизительно можно принять равным Nn=N/1,15=2,27*106Н), N - продольное усилие в колонне первого этажа;

 - усредненный удельный вес фундамента и грунта на уступах фундамента равный 20кН/м3;

Н0 - глубина заложения фундамента (в курсовом проекте принято 1,5м).

Так как для центрально-нагруженных фундаментов предполагается квадратная подошва, тогда минимально допустимый размер фундамента bф можно определить как:

 = 2,89 м, принимаем bф,min=3 м, кратно 300 мм

Площадь фундамента будет равняться

= 9 м2

Минимальная высота всего фундамента под сборную колонну по конструктивным соображениям определяется как:

.

Минимальная высота фундамента из условия среза определяется как:

где N - расчетное усилие, действующее на фундамент от колонны;

 - интенсивность давления грунта на подошву фундамента, определяемая как

= 2,61*106/9 = 0,29 * 106

а - расстояние от грунта до равнодействующей в растянутой арматуре, принимается равной 50мм.

Высоту фундамента h назначают как большую из  и  при этом она должна быть кратна 150мм. Таким образом, h = 900 мм.

Рабочая высота нижней ступени фундамента h1,0 определяется:

 = 0,224, где

с =

h1,0 = h - a = 300 - 50 = 250 мм, h1,0>0,224

h0 = hф - 50 = 900 - 50 = 850 мм

Величины lo,I, l0,II, l0,III вычисляются:

lo,I = hст + с -50 = 300+400-50=650 мм,II= hст + lo,I = 650 + 300 = 950 мм0,III = hст + l0,II = 300 + 950 = 1250 мм

Для определения площади сечения арматуры в нормальных сечениях I-I, II-II, III-III определяют расчетные моменты в этих сечениях как для консольной балки, интенсивность давления грунта на подошву фундамента . Величина этих моментов равняется:

Требуемая площадь сечения арматуры определяется по приближенной формуле:

= 184*103/0,9*0,25*435*106=18,79 см2

= 392,6*103/0,9*(2*0,3-0,05)*435*106=18,23 см2

= 679,7*103/0,9*0,85*435*106= 20,43 см2

Сетки для армирования фундамента подбираются по Аs=max(As,I, As,II, As,III).

Так как внутренний момент, возникающий в подошве фундамента, определялся на всю ширину фундамента, то и требуемая площадь арматуры определяется на всю ширину фундамента. Требуемую площадь сечения одного стержня можно определить по формуле:

=

где s - шаг стержней в подошве фундамента, принят равным 150мм.

По требуемому значению площади сечения одного стержня  определяется необходимый диаметр рабочих стержней при назначенном шаге. При этом в связи с тем, что фундамент центрально нагружен стержни в продольном и поперечном направлении одинаковы.

Назначен d = 12 мм, As=1,13 см2.

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

.1   Несущие конструкции каркаса

Во второй части курсового проекта необходимо запроектировать основные несущие конструкции стального каркаса (стальные главные балки, балки настила и колонны).

В курсовом проекте конструкция перекрытия состоит из балочной клетки, которая поддерживается колоннами, опирающиеся на отдельно стоящие фундаменты.

Балочная клетка представляет собой систему несущих балок, расположенных по взаимно перпендикулярным направлениям.

В общем случае БК состоит из настила, балок настила, главных балок.

Рабочий настил в балочных клетках может проектироваться из стальных листов, железобетонным - из сборных панелей или монолитной плиты.

В курсовом проекте предполагается рассчитать двутавровые стальные колонны и перекрытия типа «балочная клетка».

3.2 Компоновка стального каркаса

Наружные стены здания, как и для железобетонного каркаса, предполагается выполнить из самонесущих кирпичных стен. Толщину стен можно принять равными 510мм, в предположении дополнительного наружного утепления.

Главные балки и балки настила в перекрытиях зданий проектируются из прокатных двутавров.

В курсовом проекте толщина железобетонной плиты может быть принята в зависимости от нагрузки и шага балок ai согласно таблице 3.1.

Таблица 3.1