Расчёт монолитного железобетонного перекрытия многоэтажного производственного здания

МИНОБРНАУКИ РФ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

 высшего профессионального  образования

 «Нижегородский государственный  архитектурно-строительный университет»

 

Кафедра железобетонных и  каменных конструкций

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

Расчёт  монолитного железобетонного  перекрытия многоэтажного  производственного  здания

 

 

 

 

Преподаватель       Ломунов А.К.

 

 

 

 

Исполнитель – студент      Булаева Е.А.

4 курса группы ЭУН-09

 

 

 

 

Нижний Новгород – 2012

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 Требуется разработать план, поперечный разрез здания; запроектировать, рассчитать неразрезную балочную плиту и второстепенную балку перекрытия над первым этажом.

  Выполнить рабочие  чертежи плиты и второстепенной  балки, составить спецификацию  арматуры на второстепенную балку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. РАСЧЁТ ПЛИТЫ

Требуется рассчитать на прочность плиту монолитного железобетонного междуэтажного ребристого перекрытия при разбивке балочной клетки (рис. 2) в г.Елабуга при следующих исходных данных:

Сетка колонн l×l_k = 6,0 × 5,7 м.

Коэффициент надёжности по ответственности здания γ_n = 1,0

Относительная влажность  воздуха помещений не выше 75%.

Отметки:

1. земли - 0,150

2. пола первого этажа 0,000

3. пола второго этажа 5,400

4. пола третьего этажа 10,800

5. пола четвертого этажа 16,200

Нормативная временная нагрузка на междуэтажных перекрытиях             Р_n = 14 Кн/м²  считается длительной. 

Коэффициенты снижения временной нагрузки для второстепенных балок монолитного перекрытия К₃ = 0,9

Бетон тяжелый класса для  монолитного перекрытия В20

Рабочая арматура классов:

1. сеток монолитной плиты – сварные сетки по ГОСТу

2. второстепенной балки А400.

 Армирование плиты  раздельное, кусками рулонных сеток  с рабочей арматурой.

По рис. 2 S = l : 3=6,0 : 3 = 2,0 м. Отношения сторон поля плиты (рис.2):  l₂ : l₁ = 5,7 : 2,0 = 2,85 > 2, т.е. плита является балочной.

Расчётное сопротивление тяжёлого бетона класса В20 осевому сжатию при расчёте по предельным состояниям первой группы (на  прочность) R_b = 11,50 МПа с учётом коэффициента условий работы            γ_b1 = 1,0 ,так как в Р_n присутствуюет нагрузка непродолжительного действия.

 

Предварительно назначаем:

толщину плиты h_n = 70 мм;

размеры сечения второстепенной балки:

- высоту – h_в = (1/15 – 1/11)*l_к=(1/15 – 1/11)*5700 = 380 – 520 мм, принимаем h_в = 400 мм

- ширину – b_в = (0,4 - 0,5)*h_в = (0,4 - 0,5)*400 = 160 – 200  мм,  принимаем b_в = 200  мм.     

 

1.1 РАСЧЁТНЫЕ ПРОЛЁТЫ ПЛИТЫ

Крайние пролёты: l₁ = S - 1,5*b_в - 0,05 м = 2,0 - 1,5*0,2 - 0,05 = 1,65 м.

Средние пролёты: l₂ = S - b_в = 2,0 - 0,2 = 1,8 м > l₁ = 1,65 м.

 

1.2 РАСЧЁТНЫЕ НАГРУЗКИ

а)  Постоянная (с  γ_f = 1,1):

собственный вес плиты 1,1*0,07*25 = 1,93 кН/м²;

вес пола и перегородок 1,1*2,5 = 2,75 кН/м².

Итого постоянная нагрузка: g₀ = 1,93 + 2,75 = 4,68  кН/м².

б)  Временная нагрузка (с  γ_f = 1,2):  p₀ = 1,2*14 = 16,8 Кн/м².

в)  Погонная расчётная нагрузка для полосы плиты шириной в 1 м при  учёте  γ_n = 1,0:

q = γ_n*(g₀ + p₀) = 1,0*(4,68 + 18,8) = 21,48 кН/м.

 

1.3 ИЗГИБАЮЩИЕ МОМЕНТЫ (НА 1 М ШИРИНЫ ПЛИТЫ)

В крайних пролётах: кНм.

На вторых с края опорах В: кНм.

В средних пролётах:  кНм.

На средних опорах:  М_С = – М₂ = – 4,35 кНм.

(В средних пролётах  и на средних опорах величины моментов  определены без учёта влияния распора).

1.4 РАСЧЁТ ПЛИТЫ НА ПРОЧНОСТЬ ПО НОРМАЛЬНЫМ СЕЧЕНИЯМ

Определение толщины плиты производится по М₁ = 5,32 кНм;  b = 1000 мм. Задаваясь значением ξ = 0,23.

 мм,

h_n = h₀ + a = 47,67 + 23 = 70,67 мм. Принимаем h_n = 70 мм.

1.5 РАСЧЁТ АРМАТУРЫ (НА 1 М ШИРИНЫ ПЛИТЫ)

а) Крайние пролёты.

М₁ = 5,32 кНм;  b = 1000 мм.

Принимаем а = 23 мм, тогда h₀ = h_n – а = 70 – 23 = 47 мм.

 

 

 мм².

Принята сетка: ; A_S = 377 мм² (+ 4%). 

б) Вторые  с  края  опоры В:

М_В = – 4,97 кНм; b=1000 мм; а = 23 мм; h₀ = 47 мм. 

 

 мм².

Принята сетка: ; A_S = 377 мм² (+11,2%). 

в) Средние пролёты и средние опоры.

М₂ = – М_С = 4,35 кНм; b = 1000 мм; а = 23 мм; h₀ = 47 мм.

 

 

Так как h_n/l₂ = 70/1800 = 0,039 > 1/30=0,033 при определении площади  арматуры A_S учитываем благоприятное влияние распора путём введения в  расчётную формулу коэффициента, равного 0,8 :

 мм².

Принята сетка: ; A_S = 283 мм² (-1,7%).

г) Рабочая арматура верхней  сетки на крайней опоре А.

А_S ≥ 0,50*А_S1 = 0,50*361,8 = 180,9 мм².

Принята сетка ; A_S = 189 мм² (+ 4,3 %).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 РАСЧЁТ ВТОРОСТЕПЕННОЙ БАЛКИ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО МЕЖДУЭТАЖНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ

Требуется рассчитать на прочность  второстепенную балку  монолитного  железобетонного междуэтажного ребристого перекрытия при разбивке балочной клетки по рис. 1.

Дополнительные исходные данные.

Коэффициент снижения временной  нагрузки для второстепенной  балки К₃ = 0,9.

Продольная рабочая арматура пролётных сварных каркасов –класса А400. Опоры балки армируются гнутыми сварными сетками с рабочей арматурой также класса A400. Класс поперечной арматуры подбирается из условия экономичности (по расходу материала).

Расчётное сопротивление  тяжёлого бетона класса В20 осевому сжатию с учётом коэффициента условий работы γ_b1 = 1,0 равно R_b = 11,5 МПа,        R_bt = 0,9 МПа.

Предварительно принятые размеры сечения второстепенной балки:     b_в = 200 мм; h_в = 400 мм; шаг балок в осях S = 2,0 м; толщина  плиты            h_n = 70 мм. По рекомендациям п. 2.2 настоящих указаний назначаем размеры сечения главной балки:

высоту – h_г = 1/9*l=1/9*6000 = 667 мм,

принимаем h_г = 700 мм > h_в + 150 мм = 400 + 150 мм = 550 мм;

ширину – b_г = (0,4 – 0,5)*h_г = (0,4 – 0,5)*700 = 280 - 350 мм,

принимаем b_г = 300 мм.

 

2.1 РАСЧЁТНЫЕ ПРОЛЁТЫ ВТОРОСТЕПЕННОЙ  БАЛКИ

  l₁ = l_K – b_г = 5,7 – 0,3 = 5,4 м.

 

 

 

 

2.2 РАСЧЁТНЫЕ НАГРУЗКИ

а) Постоянная (при γ_f = 1,1 и γ_n = 1,0).

Расчётную нагрузку g₀ от собственного веса плиты и веса пола и перегородок принимаем по подсчётам, выполненным в разделе 1:

g₀ = 4,68 кН/м².

Расчётная погонная нагрузка от собственного веса ребра балки, расположенного ниже плиты:

 кН/м.

Расчётная постоянная нагрузка с учётом коэффициента надёжности по ответственности γ_n = 1,0 равна:

 кН/м.

б) Временная расчётная  погонная нагрузка (при γ_f=1,2; K₃ = 0,9             и γ_n = 1,0).

 кН/м.

в) Полная расчётная погонная нагрузка на балку:

q = g_p + p = 11,18 + 32,4 = 43,58 кН/м.

 

2.3 РАСЧЁТНЫЕ ИЗГИБАЮЩИЕ  МОМЕНТЫ

В крайнем пролёте:

 кНм.

На второй с края опоре В:

 кНм.

В средних пролётах:

а) положительный момент

 кНм.

б) отрицательный момент между точками 6 и 7

.

Значения коэффициента β  при p / g = 2,9 табл. 1:

для точки 6: β = - 0,0346

для точки 7: β = - 0,0152.

Для определения момента М_6-7:

 

 кНм.

На средних опорах С: М_С = - М₂ = - 79,42 кНм.

 

2.4 РАСЧЁТНЫЕ ПОПЕРЕЧНЫЕ СИЛЫ ПО ГРАНЯМ ОПОР

На крайней опоре А:

 кН.

На второй с края опоре В слева:

 кН.

На опоре В справа и на всех средних опорах С:

 кН.

 

2.5 РАСЧЁТ БАЛКИ НА ПРОЧНОСТЬ  ПО НОРМАЛЬНЫМ СЕЧЕНИЯМ

Высоту сечения балки  определяем по М_В = - 90,77 кНм, принимая ширину ребра её b = 200 мм и задаваясь ξ = 0,35.

 

Значение а принимаем равным 40 мм.

Тогда h = h₀ + a = 370 + 40 = 410 мм.

Принимаем h = 400 мм .Отношение h/b=400/200=2 лежит в допустимых пределах (1,5 … 2,5) и соответствует предварительно принятым размерам.

 

 

 

2.5.1 Расчёт арматуры

а) Крайний пролёт.

М₁ = 117,67 кНм; h = 400 мм; сечение тавровое (полка находится в сжатой части ). Предварительно принимаем а = 65 мм; h₀ = h – a = 400 – 65 = 335 мм.

h_f’ = 70 мм > 0,1*h = 0,1*400 = 40 мм.

Расчётная ширина полки:

b_f’ = b + l₁/3 = 200 + 5400/3 = 2000 мм;

b_f’ = S = 2000 мм

Принимаем в расчёте b_f’ = 2000 мм.

 

 

х = ξ*h₀ = 0,046*335 = 15,78 мм < h_f’ = 70 мм, т.е. нейтральная ось действительно находится в полке.

 мм².

По таблице приложения А принимаем арматуру: 4Ø18 А400                   с A_S = 1018 мм² (+0,5%).

Тогда а = 40 + 50/2 = 65 мм — соответствует предварительному значению.

б) Вторая с края опора В:

М_В = - 90,77 кНм; h = 400 мм; сечение прямоугольное, шириной b = 200 мм (полка в растянутой зоне); а = 40 мм; h₀ = h – a = 400 – 40 = 360 мм. 

 

 

  мм²

Принято 2Ø18 A400 + 2Ø16 A400 с A_S = 509 + 402 = 911 мм² (+5,5%).

 

в) Средние пролёты.

На положительный момент М₂ = 79,42 кНм; h = 400 мм; сечение тавровое  (полка на стороне сжатой части сечения); а = 65 мм; h₀ = 335 мм.

Расчётная ширина полки:

b_f’ = b + l₂/3 = 200 + 5400/3 = 2000 мм;

b_f’ = S = 2000 мм

Принимаем в расчёте b_f’ = 2000 мм.

 

 

х = ξ*h₀ = 0,03*335 = 10 мм < h_f’ = 70 мм, т.е. нейтральная ось действительно находится в полке.

 мм².

Принято 2Ø14 A400+2Ø16 А400   с A_S = 308+402=710 мм² (+4,5%).

На отрицательный  момент М_6-7 = - 31,77 кНм.

h = 400 мм; сечение прямоугольное b = 200 мм (полка в растянутой зоне); а = 85 мм; h₀ = 315 мм.

 

 

 мм²

Принято 2Ø14 A400 с A_S = 308 мм² (+0,3%).

г) Средние опоры С.

М_С = - 79,42 кНм; h = 400 мм; сечение прямоугольное; ширина b = 200 мм (полка в растянутой зоне); а = 40 мм; h₀ = 360 мм.

 

 

 мм²

Принято 4Ø16 A400 с A_S = 804 мм² (+8,15%).

д) Крайняя опора А.

Требуемая площадь рабочей  арматуры в гнуто опорной сетке:

 ≥ 0,25*А_S1 = 0,25*782,62 = 254,5 мм².

Принято 2Ø14 A400 с А_S = 308 мм² (+17,4%).

 

2.5.2 Расчёт балки на прочность по наклонным сечениям

Крайний пролёт.

Расчёт на = 141,2 кН.

а) Проверка прочности по наклонной сжатой полосе

,

 т.е. прочность наклонной сжатой полосы обеспечена.

б) Проверка прочности наклонных сечений.

Предварительно принимаем  в качестве поперечной арматуры

Ø6 A400 с шагом S_wl = 100 мм.

 кН/мм.

Поскольку , т.е. условие                    q_SW ≥ 0,25*R_bt*b соблюдается, хомуты полностью учитываются в расчёте и М_b определяется по формуле:

 Нмм.

Определение длины проекции невыгоднейшего наклонного сечения С:

 кН/м (Н/мм).

Поскольку , значение С определяется по формуле:

 мм,

Поскольку С = 1052 мм > 3*h₀ = 3*335 = 1005 мм, то принимаем С = 3*h₀ = 1005 мм.

 

Тогда

 кН

 кН