Железобетонные и каменные конструкции

Федеральное агентство  по образованию

ФГОУ ВПО «Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс»

Кафедра «Строительные конструкции и материалы»

Расчетно-пояснительная  записка

к курсовому проекту

по дисциплине

«Железобетонные и каменные конструкции»

Тема курсового проекта:

«Многоэтажное каркасное здание»

Студент   Фомина А.И.

Шифр   080652

Группа   42-С

Архитектурно-строительный институт

Преподаватель   Моргунов М. В.

Орёл, 2012 г.

 

Оглавление:

 

1. Задание на курсовой проект

 

Рисунок 1.1 – Схема расположения конструктивных элементов здания

Рисунок 1.2 – Разрез здания

 

2. Расчет и конструирование ребристой предварительно напряженной плиты перекрытия

2.1 Исходные  данные

В соответствии с заданием на проектирование необходимо рассчитать   ребристую плиту перекрытия номинальной шириной 2,7 м, при размере между осями колонн 8 м. Временная (полезная) нагрузка на перекрытие составляет (в соответствии с заданием) 5 кН/м².

Таблица 2.1 – Нагрузки на 1 м² перекрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, кН/м2
1	2	3	4
Линолеум на мастике Цементно-песчаная стяжка d=20 мм, r=1800 кг/м3 Звукоизоляция Ребристая плита перекрытия	0,07   0,24 2,0	1,3   1,3 1,2 1,1	0,091   0,468 0,28 2,2
Постоянная нагрузка q	2,67	-	3,04
Временная нагрузка v, в том числе: кратковременная vsh длительная vl	5,0 1,5 3,5	1,3 1,3 1,3	6,5 1,95 4,55
Полная нагрузка (q + v)	7,67	-	9,54

Нагрузка на 1 погонный метр длины плиты при номинальной её ширине 2,7 м с учетом коэффициента надежности по назначению здания (II класс ответственности) :

• расчетная постоянная

 кН/м;

• расчетная полная

 кН/м;

• нормативная постоянная

 кН/м;

• нормативная полная

 кН/м;

• нормативная постоянная и длительная:

 кН/м.

2.2 Характеристики материалов плиты:

Бетон тяжелый класса по прочности на сжатие В40: МПа, МПа; МПа, МПа; коэффициент условий работы бетона (табл. 15[1]). Плита подвергается тепловой обработке при атмосферном давлении. Начальный модуль упругости МПа.

К трещиностойкости плиты  предъявляются требования 3-ей категории. Технология изготовления плиты –  агрегатно-поточная. Натяжение напрягаемой арматуры осуществляется электротермическим способом.

Арматура:

• продольная напрягаемая класса Ат-VI (А1000): МПа, МПа, МПа.
• продольная ненапрягаемая класса A-II (А300): МПа, МПа, МПа.
• поперечная ненапрягаемая класса Вр-I (В500), МПа, МПа, МПа, МПа.

2.3 Расчет плиты по предельным состояниям первой группы

2.3.1 Определение внутренних усилий

Расчетный пролет плиты при опирании на полки ригелей равен:

 м,

где 0,15 = b/2 – половина ширины ригеля (см. п. 3.2).

Высоту сечения ребристой  предварительно напряженной плиты  определяем из условия

Принимаем h = 400 мм.

Толщину плиты принимаем  равной 50 мм, ширину опорных ребер понизу – 80 мм.

Определяем размеры расчетного таврового сечения (рисунок 2.1):

 мм;

b = 2·80 = 160 мм.

 мм;

 мм;

Так как

то в расчет вводим всю ширину полки:

мм;

Рисунок 2.1 – Конструктивное и расчетное сечения плиты

Плита рассчитывается как  однопролетная шарнирно-опертая  балка, загруженная равномерно-распределенной нагрузкой (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Расчетная  схема плиты и эпюры усилий

Усилия от расчетной  полной нагрузки:

• изгибающий момент в середине пролета

 кН×м;

• поперечная сила на опорах

 кН.

Усилия от нормативной  нагрузки:

• полной:

 кН×м;

• постоянной и длительной:

 кН×м.

2.3.2 Расчет по прочности сечения, нормального к продольной оси плиты

Положение границы сжатой зоны определяется из условия:

;

 Н×мм

Следовательно, граница  сжатой зоны проходит в полке, и расчет плиты ведется как прямоугольного сечения с размерами и .

Коэффициент

.

При : .

Граничная относительная  высота сжатой зоны определяется по формуле:

,

где - характеристика сжатой зоны бетона, определяемая по формуле:

; - коэффициент, принимаемый равным для тяжелого бетона ;

- напряжение в арматуре, МПа,  определяемое для арматуры класса К-7 по формуле:

где - напряжение, принимаемое при коэффициенте ; - предельное напряжение в арматуре сжатой зоны, принимаемое для конструкций из тяжелого бетона с учетом действующих нагрузок МПа.

.

Величина  должна удовлетворять условию:

 и  .

При электротермическом способе натяжения 

 МПа,

где - длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров), м.

При выполнении условия  получим  МПа. Значение вводится в расчет с коэффициентом точности натяжения , определяемым по формуле:

.

При электротермическом способе натяжения величина вычисляется по формуле:

,

 где - число стержней напрягаемой арматуры в сечении элемента.

Число напрягаемых стержней предварительно принимаем равным числу  ребер в ребристой плите плите, т.е. . Тогда

.

При благоприятном влиянии  предварительного напряжения . Предварительное напряжение с учетом точности натяжения составит: МПа.

При условии, что полные потери составляют примерно 30% начального предварительного напряжения, последнее с учетом полных потерь будет равно: МПа.

 МПа.

С учетом всего вышеизложенного:

.

Так как  , то площадь сечения растянутой арматуры определяется по формуле:

,

где - коэффициент условий работы арматуры, учитывающий сопротивление напрягаемой арматуры выше условного предела текучести, определяемый по формуле:

.

Для арматуры класса К-7 (К1400) . С учетом этого получим:

.

 Поэтому принимаем  .

 Тогда площадь сечения арматуры будет равна:

 мм².

Принимаем по сортаменту 4 Æ12 К7 (К1400) с мм².

По конструктивным соображениям размещаем арматуру в 2 ряда. Расстояние в свету между рядами, в соответствии с п. 5.12 [1] принимается равным для нижней горизонтально расположенной арматуры не менее 25 мм.

Принимаем расстояние между  центрами стержней равным 30 мм (2,5 d). Тогда

a = 25 + 20 = 45 мм

h₀ = h – а = 400 – 45 = 355 мм.

Делаем поверочный расчет с учетом рабочей высоты сечения. Положение границы сжатой зоны:

;

 Н×мм

Следовательно, граница  сжатой зоны проходит в полке, и расчет плиты ведется как прямоугольного сечения с размерами и .

Коэффициент

.

При : .

.

При благоприятном влиянии  предварительного напряжения . Предварительное напряжение с учетом точности натяжения составит: МПа.

При условии, что полные потери составляют примерно 30% начального предварительного напряжения, последнее  с учетом полных потерь будет равно: МПа.

 МПа.

С учетом всего вышеизложенного:

.

Так как  , следовательно:

,

.

Принимаем .

 Тогда площадь сечения арматуры будет равна:

 мм².

Принятый вариант удовлетворяет поставленным условиям, поэтому принимаем данную комбинацию к дальнейшему расчету.

2.3.3 Расчет полки плиты, работающей на местный изгиб

Устанавливаем 2 поперечных ребра жесткости, разделяя плиту  на 3 отсека. Размеры отсеков:

a = (776 – 2·10 – 2·24)/3 = 236 cм.

b = 286 – 2·10 = 266 cм.

Так как соотношение сторон отсека a/b = 0,96 ≈ 1, то полку панели рассчитываем как защемленную по контуру.

Изгибающий момент для  полосы шириной 1 м определяем как для опертой по контуру плиты:

 кН×м/м;

Рабочая высота сечения h₀ = 50 – 15 = 35 мм. Определяем коэффициент α_т:

.

При : .

Определяем требуемую  площадь арматуры в сечении:

 мм².

Принимаем по сортаменту 10 Æ6 АIII (А400) с мм² и шагом s = 100 мм.

Полку армируем нестандартной сварной сеткой

2.3.4 Расчет по прочности сечения, наклонного к продольной оси плиты

Расчет прочности наклонных  сечений выполняется согласно п. 3.29…3.31 [1]. Поперечная сила в опорном сечении кН.

На конструкцию действуют  постоянная и временная равномерно распределенные нагрузки, поэтому расчет ведем от действия эквивалентной равномерно распределенной нагрузки q₁:

Проверяем необходимость  постановки расчетной поперечной арматуры исходя из условия:

Условие не удовлетворяется, поперечная арматура ставится по расчету.

Приопорные участки  армируем поперечными стержнями Æ5 Вр-I (В500) с шагом s = 10 см, в средней части пролета с шагом s = 0,75h = 30 см.

Определяем минимальное  значение поперечной силы, воспринимаемой бетоном сжатой зоны над наклонным  сечением:

где - коэффициент, принимаемый для тяжелого бетона.

Коэффициент, учитывающий  влияние свесов тавровых полок, равен:

.

При этом принимается, что  . С учетом этого получаем:

.

Коэффициент, учитывающий  влияние продольной силы обжатия  равен:

,

где принимается с учетом коэффициента :

.

Принимаем .

Тогда

.

Окончательно 

Тогда:

.

Определяем погонное усилие в поперечных стержнях, приведенное к единице длины q_sw:

Максимально допустимый шаг поперечной арматуры:

больше принятого при  расчете, поэтому оставляем s = 10 см

Определяем момент M_b, воспринимаемый бетоном сжатой зоны над расчетным наклонным сечением:

Так как

то расстояние от вершины расчетного наклонного сечения до опоры определяем по формуле:

принимаем окончательно с = 118 см.

Определяем усилие Q_b, воспринимаемое бетоном сжатой зоны над расчетным наклонным сечением: