Расчёт железобетонных конструкций многоэтажного производственного здания

Министерство образования и  науки России 
Федеральное государственное общеобразовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный  архитектурно-строительный университет»

 

 

Кафедра железобетонных и  каменных конструкций

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

Расчёт  железобетонных  конструкций  многоэтажного  производственного  здания.

 

 

 

 

Преподаватель       Нифонтов А.В.                                                                          

Студент  гр.157       Махлумова Л.Е.

 

 

 

 

 

Нижний  Новгород – 2012 г.

 

Содержание

Задание на выполнение курсового проекта……………………………………….

Введение……………………………………………………………………………..

1. Исходные  данные для проектирования………………………………………...

2. Компоновка  здания……………………………………………………………....

3. Расчет  ребристой плиты………………………………………………………....

   3.1. Исходные  данные для проектирования плиты…………………………….

   3.2. Расчет  плиты по прочности………………………………………………....

   3.3. Расчет  плиты по второй группе предельный  состояний………………….

      3.3.1. Расчет по образованию трещин………………………………………...

      3.3.2. Расчет ширины раскрытия трещин…………………………………….

      3.3.3. Расчет плиты по прогибам……………………………………………...

4. Расчет  сборного ригеля поперечной рамы…………………………………….

   4.1. Исходные  данные для проектирования ригеля…………………………....

   4.2. Расчет  ригеля по прочности………………………………………………...

   4.3. Определение  площади поперечного сечения  
          поперечной арматуры на отрыв…………………………………………….

   4.4. Расчет  ригеля на прочность по наклонным  сечениям

          на действие поперечных сил………………………….…………………….

   4.5. Обрыв  продольной арматуры в ригеле…………………………………….

5. Расчет  сборной железобетонной средней  колонны…………………………...

   5.1. Исходные  данные для проектирования колонны………………………….

   5.2. Расчет  колонны первого этажа……………………………………………...

   5.3. Расчет  колонны на поперечную силу……………………………………….

   5.4. Расчет  консоли колонны……………………………………………………..

Библиографический список………………………………………………………...

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Задачей данной курсовой работы является проектирование и конструирование элементов  междуэтажного перекрытия и каркаса  здания в сборном железобетоне в  соответствии с заданными исходными  данными.

Требуется разработать план, поперечный разрез здания; запроектировать, рассчитать сборную  ребристую плиту перекрытия над  первым этажом с ненапрягаемой арматурой  в продольных ребрах, сборные ригель и среднюю колонну двух нижних этажей.

Выполнить рабочие чертежи плиты, ригеля и  колонны, составить спецификации арматуры и арматурных изделий на перечисленные  элементы.

В ходе работы решаются следующие задачи:

• освоение методики компоновки сооружений из железобетона;
• определение расчетных нагрузок на конструктивные элементы;
• расчет и конструирование элементов сборного железобетонного перекрытия;

выполнение рабочих чертежей железобетонных конструкций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные для проектирования

 

Здание  проектируется по жесткой конструктивной схеме, с полным каркасом, поперечными  стенами из кирпича и с продольными  навесными панельными стенами  в  сборном железобетоне.

Район строительства  – г. Волгоград.

Сетка колонн:

поперек здания – (пролет число пролетов) – 6,10м 3;

вдоль здания – (шаг колонн число шагов) – 6,10м 6.

Направление ригелей (главных балок) – поперек  здания.

Высота этажа  – 5,4 м, количество этажей – 3, отметка уровня земли -0,150м.

Коэффициент надежности по ответственности здания .

Временная нормативная  нагрузка (включая кратковременную) на междуэтажных перекрытиях p_n=12,6 кН/м², p_nl=9,8 кН/м²

Коэффициент снижения временной нагрузки:

а) для  сборных ригелей - ;

б)для колонн-К₂=0,95

Бетон тяжелый  класса:

а) для  плит: В15;

б) для  ригелей: В20;

в) для  колонн: В15;

г) для  колонн: В15.

Рабочая арматура классов:

а) полка  сборной плиты – сетки по ГОСТ

б) продольных ребер плиты – А500;

в) ригеля – А400;

г) колонны  – А400;

д) для  фундаментов: А300.

Поперечную  арматуру в продольных ребрах плиты, в ригеле и колонне принять  самостоятельно.

Расчетное сопротивление грунта R=175 кПа

Ригель  средний с 3 каркасами.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Компоновка здания.

 

В соответствии с заданием проектируются сборные железобетонные конструкции 3 – этажного, 3 – пролетного производственного здания без подвала, с обычными условиями эксплуатации помещений. На рисунке 1 показаны план и поперечный разрез рассчитываемого здания. Расстояния между разбивочными осями здания – продольными l_к=6,10 м и поперечными l=6,1 м; высота этажей – 5,4 м. Здание имеет полный железобетонный каркас с рамами, расположенными в поперечном направлении. Поперечные рамы образуются из колонн, располагаемых на пересечениях осей, и ригелей, идущих поперек здания. Ригели опираются на консоли колонн. Места соединения ригелей и колонн, после сварки выпусков арматуры и замоноличивания стыков, образуют жесткие рамные узлы.

На ригели опираются  плиты перекрытий (перекрытия), располагаемые  длинной стороной вдоль здания и  длина плит равна расстоянию между  осями рам l_к – 450 мм. Плиты ребристые, у продольных стен укладываются плиты половинной ширины, называемыми пристенными или доборными. По рядам колонн размещаются связевые (межколонные) плиты, приваренные в четырех точках к закладным деталям ригелей и соединяющиеся между собой поверх продольных ребер стальными накладками.

Продольные стены выполняются  навесными или самонесущими из легкобетонных панелей. Привязка колонн крайних рядов и наружных стен к продольным разбивочным осям – «нулевая» (рисунок 1).

Поперечные стены (торцевая и внутренняя) выполняются самонесущими кирпичными. Расстояние между поперечными стенами 36,6 м, что меньше 42м. В этом случае в поперечном направлении здание будет с жесткими опорами, при которых элементы каркаса (ригели и колонны) рассчитываются только на вертикальные нагрузки, а горизонтальная (ветровая) нагрузка воспринимается поперечными стенами, выполняющими функции вертикальных связевых диафрагм. В продольном направлении жесткость здания обеспечивается металлическими портальными вертикальными связями, устанавливаемыми в одном среднем пролете по каждому продольному ряду колонн.

 

Рисунок 1 – Конструктивная схема многоэтажного каркасного здания.

 

 

3. Расчет ребристой плиты перекрытия

 

3.1   Исходные данные для проектирования плиты

Для сборного железобетонного перекрытия, представленного на плане и разрезе рисунка 1, требуется рассчитать сборную ребристую плиту с ненапрягаемой арматурой в продольных ребрах. Сетка колонн l×l_k= 6,1×6,1 м. Направление ригелей межэтажных перекрытий – поперек здания. Нормативное значение временной нагрузки на межэтажные перекрытия р_n=12,6 кН/м². Коэффициент надежности по ответственности здания 1,00, коэффициенты надежности по нагрузке: временной - 1,2; постоянной - 1,1. Бетон тяжелый класса В15.

Расчетные сопротивления бетона R_b=8,5 МПа, R_bt=0,75 МПа; коэффициент условий работы бетона , так как присутствует нагрузка непродолжительного действия составляющая более 10%. С учетом этого значения коэффициента , принимаемые в расчетах по несущей способности величины расчетных сопротивлений равны:

 

  Для расчета по второй группе предельных состояний  расчетные сопротивления бетона будут модуль упругости бетона E_b = 24000 МПа. Принятые классы арматуры и ее расчетные сопротивления приводятся ниже.

Основные  размеры плиты:

• длина плиты l_n=l_к - 450 (мм) = 6100 – 450 = 5650 мм;
• номинальная ширина плиты В = l/4=6100/4 = 1525 мм;
• конструктивная ширина В₁ = В - 15мм = 1525 – 15 = 1510 мм.

Высота плиты ориентировочно определяется по выражению:

 

Принимаем h = 400 мм.

                              а – план перекрытия; б –  разрез здания 1-1

 

3.2   Расчет плиты по прочности.

 

Расчет полки плиты

 

Толщина полки принята  = 50 мм.

Пролет полки в свету: больший размер

 

Меньший размер:

 

 

Расчетная нагрузка на 1 м² полки:

Постоянная с коэффициентом надежности по нагрузке :

- вес полки: 

где

- вес пола и перегородок

Итого постоянная нагрузка:

Временная нагрузка

Полная постоянная нагрузка

 

Схема армирования плиты и эпюра  моментов в полке плиты представлена на рисунке 3.

Изгибающий  момент в полке (в пролете и  на опорах) при прямоугольных полях (), - меньший размер панели плиты:

Площадь арматуры при h₀ =h – a = 50 – 19 = 31 мм (а = защитный слой 15мм + расстояние до середины толщины сетки при арматуре ).

Расчетное сопротивление арматуры В500 R_s=415 МПа.

 

 

 

 

Граничная относительная  высота сжатой зоны:

 

 

Таким образом, условие  

 

Принята сетка: 

Процент армирования полки:

 

 

Расчет поперечных ребер

 

Расчет прочности  нормальных сечений

Высота ребра  h_р = 200мм, арматура А400, расчетный пролет

l_р = l₂=1270мм.

Расчетная нагрузка от собственного веса 1 пм ребра:

 

Временная расчетная  нагрузка на ширине ребра b_В =0,1м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетная схема ребра, эпюра нагрузки и моментов представлена на рисунке 4.

 

 

Таким образом, изгибающий момент в пролете поперечного  ребра будет равен:

 

Сечение тавровое, расчетная ширина полки:

 

 

Расчет арматуры:

 

 

 

 

Принят 

 

 

 

 

Расчет продольных ребер

 

Продольные  ребра рассчитываются в составе  всей плиты, рассматриваемой как  балка П-образного сечения с  высотой h = 400 мм и номинальной шириной В = 1,525 м (конструктивная ширина В₁ = 1510мм). Толщина сжатой полки 50 мм.

Расчетный пролет при определении изгибающего  момента принимается равным расстоянию между центрами опор на ригелях:

 

расчетный пролет при определении  поперечной силы:

 

Нагрузка  на 1пог. м плиты составит:

- постоянная

 

 

 

где – расчетная нагрузка от собственного веса трех поперечных ребер

 

 g_С.В. – расчетная нагрузка от собственного веса двух ребер с заливкой швов

 

 

- временная

- полная

Усилия от расчетной нагрузки для расчета на прочность

 

 

 

         Расчет прочности нормальных сечений

Продольная рабочая арматура в ребрах принята класса A500, расчетное сопротивление R_S=435 МПа. Сечение тавровое с полкой в сжатой зоне; расчетная ширина полки ; ; h₀ = h – a = 400 – 50 = 350 мм (а = 50 мм при двухрядной арматуре).

 

Полагая, что нейтральная  ось лежит в полке, будут равны:

 

 

Проверка  условия:

 

 

 

 

Площадь сечения  продольной арматуры:

 

Принимаем продольную арматуру 4Ø20 А500 с А_s  = 1256 мм² (+31,4%) по два стержня в каждом ребре.

 

Расчет нормальных сечений к  продольной оси элемента по деформационной модели

 

Расчет  по прочности производят из условий:

 

 

 

Деформации  в продольной арматуре в предельном состоянии при двузначной эпюре  деформации согласно гипотезе плоских  сечений равны: