Железобетонные конструкции
Курсовой проект выполнил студент:.Группа 4012/1
Санкт-Петербургский Государственный технический университет
Инженерно-строительный Факультет
Санкт-Петербург
1999
Задание: Разработать проект здания в монолитном железобетоне.
Выдано 25 сентября 1998 года.
Срок исполнения 20 декабря 1998 года
А. Задание.
Разработать проект межэтажного перекрытия 4-х этажного промышленного здания.Наружные стены здания выполнены в кирпиче толщиной 510 мм. Перекрытия , колонны , фундамент изготовляются в монолитном железобетоне.
Б. Состав проекта.
Проект должен включать в себя:
а) схему балочной клетки перекрытия;
б) статический расчет и схему армирования главной балки;
в) статический расчет и схему армирования балочной плиты перекрытия;
г) статический расчет и схему армирования колонны первого этажа здания;
д) статический расчет и схему армирования монолитного железобетонного фундамента.
В. Исходные данные.
Полезная нагрузка на перекрытие Pn=15 кН/м2
Высота помещений Н=3,6 м.
Расчетное сопротивление грунта основания Rгр=230 кН/м2
Г.Указания по выполнению проекта.
Пояснительная записка должна содержать конструктивные и расчетные схемы проектируемой конструкции и её элементов, а также принятые в проекте расчетные характеристики материалов.
Объем записки 15-20 страниц.
Чертеж должен включать в себя опалубочный план перекрытия в М 1:200.
Арматурные чертежи должны быть выполнены:
неразрезной плиты М 1:20;
остальные элементы перекрытия , колонны и фундамент М 1:25, М 1:50.
На чертеже должны быть даны: спецификация и выборка арматуры главной балки, расход арматуры на 1 куб бетона , а также принятые марки бетона и стали.
Схема перекрываемого помещения А*В=35*25 м
Оглавление.
1.Разбивка балочной клетки.
2.Расчет и проектирование балочной плиты
2.1.Сбор нагрузок, действующих на балочную плиту
2.2.Статический расчет балочной плиты
2.3.Подбор арматуры и схема армирования плиты
3.Расчет и проектирование главной балки
3.1.Определение нагрузок, действующих на главную балку
3.2.Статический расчет главной балки (построение эпюр М и Q)
3.3.Подбор продольной арматуры в расчетных сечениях As
3.4.Подбор поперечной арматуры Asw
3.5.Построение эпюры материалов и схемы армирования главной балки
4.Расчет и проектирование колонны
4.1.Определение нагрузок , действующих на колонну первого этажа
4.2.Определение арматуры в колонне и составление схемы армирования
5.Расчет и проектирование фундамента
5.1.Определение нагрузок, действующих на фундамент
5.2.Определение габаритных размеров фундамента-высоты и площади подошвы с учетом Rгр
5.3.Определение арматуры и составление схемы армирования фундамента
6.Выполнение чертежа и составление записки
1.Разбивка балочной клетки.
Монолитное ребристое железобетонное перекрытие с балочными плитами состоит из трех элементов:
1)главная балка;
2)второстепенная балка;
3)плита.
Главная и второстепенная балки формируют балочную клетку, на которую опирается плита. Соединение между собой всех трех элементов осуществляется при непрерывном бетонировании путем отливки бетонной смеси в заранее приготовленную опалубку.
Балочная клетка опирается на систему колонн внутри здания и наружные стены. Торцы главных и второстепенных балок заделываются в наружные стены на 25-30 см (глубина заделки).
Главные оси (оси главных балок) совпадают с направлением длинных сторон здания.
Пролеты главных балок lгл принимаются равными расстояниям между осями колонн и наружных стен и находятся в пределах 6-8 м.
Второстепенные балки опираются на наружные стены и главные балки.
Пролеты второстепенных балок lвт находятся в пределах 5-7 м.
Размеры колонн hk*bk=4040 см.
Для плиты перекрытия (балочной плиты) необходимо в пролете главной балки поставить две второстепенные балки с шагом lпл=1,5-2,2 м.
Высота поперечного сечения главных балок равна:
hгл=()lгл.
Высота поперечного сечения второстепенных балок равна:
hвт=()lвт.
Высота плиты hпл ³ lпл.
Назначаем основные размеры:
-пролеты главных балок lгл=7 м
-пролеты второстепенных балок lвт=5 м
-размеры колонн hk*bk=4040 см
-шаг дополнительных балок lпл=2,3 м
-поперечное сечение главной балки
hгл=1/10 lгл=0,7 м hвт=1/10 lвт=0,5 м
bгл=0,5 hгл=0,35 м bвт=0,5 hвт=0,25 м
-высота плиты hпл=8 см.
2.Расчет на проектирование балочной плиты.
2.1. Сбор нагрузок, действующих на балочную плиту.
Нагрузка, действующая на перекрытие, складывается из двух частей:
1) собственного веса перекрытия (собственный вес пола и вес плиты);
2) полезной нагрузки Р.
Подсчет нормативных и расчетных нагрузок, действующих на 1 м2 плиты, выполняется в табличной форме:
Наименование нагрузки,
кН/м2
Нормативная нагрузка,
кН/м2
n
Расчетная
нагрузка,
кН/м2
1.Постоянная
-собственный вес пола
2,14
1,3
2,782
-собственный вес плиты панели h пл=8 см
2
1,1
2,2
2.Полезная
15
1,2
18
Для правильного определения собственного веса конструкции необходимо назначить hпл.
Статический расчет балочной плиты.
1.Если > 2, то такие плиты называются балочными так как расчитываются как балки в коротком направлении.
2.Балочное ребристое покрытие состоит из системы балочных плит, для расчета такой системы вырежем в направлении главных балок полосу шириной 1м и получим многопролетную неразрезную балку с b=100см
и h=8см.
Статический расчет такой полосы сводится к расчету многопролетной неразрезной балки с числом пролетов n.
Из курса строительной механики известно, что если число пролетов многопролетной неразрезной балки 5 и более, то расчет сводится к расчету пятипролетной балки, при этом момент в первом пролете равен моменту в последнем пролете, момент во втором пролете равен моменту в предпоследнем пролете, а все остальные моменты соответствуют моменту в третьем пролете.
Опорные моменты: МВ=MG, Mc=MJ
Т.о. для расчета многопролетной балки необходимо определить три пролетных момента и два опорных момента.
Если число пролетов меньше 5, то расчет выполняется по фактической схеме.
3.Схема загружения.
Для подбора арматуры расчетных сечениях балочной плиты (пять сечений) нам необходимо определить максимально возможные моменты в этих сечениях. Для этого рассматриваются схемы загружения пятипролетной балки.
q1 - приведенная нагрузка от собственного веса перекрытия.
P1 - временная приведенная нагрузка.
Mi=a q1 lпл2+b P1 lпл2
a , b -коэффициенты влияния, зависящие от схемы загружения.
M1=0,0779q1 lпл2+0,0989 P1 lпл2
M2=0,0329q1 lпл2+0,0789 P1 lпл2
M3=0,0461q1 lпл2+0,0855 P1 lпл2
MB=- 0,1053q1 lпл2- 0,1196 P1 lпл2
Mc=- 0,0799q1 lпл2- 0,1112 P1 lпл2
4.Нагрузки q1 P1.
Для расчета балок необходимо найти величину погонной нагрузки:
g*=gb=4,982 кН/м
p*=pb=18 кН/м
где b= 1 м -ширина грузовой площади.
Грузовая площадь-это часть поверхности перекрытия, нагрузка с которой воспринимается данным конструктивным элементом.
В расчетной схеме неразрезной многопролетной балки принимается, что балка лежит на шарнирных опорах, что не препятствует свободному деформированию балки.
В действительности опорами балки являются второстепенные балки, с которыми плита жестко связана(монолитный бетон), это препятствует поворотам сечений и прогибам.Для того, чтобы учесть это обстоятельство вводится приведенная нагрузка q1.
q1=q*+1/2p*=4,982+9=13,982 кН/м
p1=1/2p*=9 кН/м
Расчеты можно представить в табличной форме.
Сече-
ние
Схема заг-
ружения
a
a q1 lпл2
b
b p1 lпл2
M=Mq1+Mp1
кНм
1
1+2
0,0779
5,76
0,0989
4,71
10,47
2
1+3
0,0329
2,43
0,0789
3,76
6,19
3
1+2
0,0461
3,41
0,0855
4,07
7,48
В
1+4
-0,1053
-7,79
-0,1196
-5,69
-13,48
С
1+5
-0,0799
-5,91
-0,1112
-5,29
-11,2
2.3. Подбор арматуры и схема армирования плиты.
Первым пунктом выполнения проекта по подбору арматуры является выбор материалов, из которых будет выполнена конструкция.
Для элементов монолитного ребристого перекрытия обычно принимают бетон марки M 300.
Призменная прочность бетона
RB=13,5 Мпа=135 кгс/см2=1350 Н/см2=1,35 кН/см2
Прочность бетона при осевом растяжении
Rbt=1Мпа=10 кгс/см2=100 Н/см2=0,1 кН/см2
Rbt,ser= Rbtп=1,5 МПа=0,15 кН/см2
В качестве арматуры для перекрытия рекомендуется стержневая арматура класса А -II , А-III или проволочную арматуру класса В-I
А-III Rs=340 МПа=34 кН/см2
Уточним полезную высоту плиты по наибольшему пролетному моменту или моменту по грани опоры.
MB гр=MB
MB гр=10,18 кНм
Для проверки hпл используем максимальный момент: М1=10,48 кНм
Задавшись процентом армирования m%=0,8% определяем относительную высоту сжатой зоны:
x= < xR=0,58
Ao=?(x)= 0,18 < AOR=0,41
Затем подсчитываем полезную высоту плиты:
ho= (см)
Полная высота плиты hпл=ho+a , a=2 см
hпл=6,57+2=8,57 (см)
Принимаем hпл=8 см
Подобранную высоту плиты сохраняем во всех пролетах..
Расчет арматуры выполняется в табличной форме.
Сечение
М кНм
ho, см
А0
h
Арасч см2
Сортамент
Афакт см2
m%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
10,47
6
0,215
0,877
5,85
9 Æ 9
5,72
0,95
2
6,19
6
0,127
0,932
3,26
7 Æ 8
3,52
0,59
3
7,48
6
0,154
0,914
4,01
8 Æ 8
4,02
0,67
Вгр
-10,18
6
0,209
0,881
5,66
9 Æ 9
5,72
0,95
Сгр
-7,9
6
0,163
0,909
4,26
7 Æ 9
4,45
0,74
ho = hпл -а=8-2=6 см
Ao= < AOR=0,41
h=?( Ao)=0,877
As расч=см2
Фактический процент армирования
m%=
3.Расчет и проектирование главной балки.
3.1.Определение нагрузок, действующих на главную балку.
Нагрузка на главную балку передается в виде сосредоточенных сил в местах опирания второстепенных балок.
Расчетная схема главной балки сводится к расчету балки с двумя сосредоточенными силами.
Задача сводится к определению G и P.
G-сосредоточенная сила от действия собственного веса конструкции.
G=Gпл+Gпол+Gвт+Gгл
Gпл=gпл*lВТ*lпл=2,2*5*2,3=25,3
Gпол=gпол*lВТ*lпл=2,782*5*2,3=32
GВТ=(hВТ-hпл)*bВТ*n*gжв*lВТ=(0,5-0,08)*0,25*1,1*25*5=14,43
Gгл=(hгл-hпл)*bгл*gжв*lпл=(0,5-0,08)*0,25*25*2,3=6,04
P=pn*n*lвт*lпл= 15*1,2*5*2,3=207 кН
G=77,77 кН
3.2.Статический расчет главной балки (построение эпюр M и Q ).
Расчет выполняется по аналогии с расчетом балочных плит как многопролетных неразрезных балок. Т.к. пролетов больше 5, то балку рассчитываем по пятипролетной схеме.
Mi = a G lгл + b P lгл
Qi = g G + d P
По результатам расчетов строим эпюры M и Q.
Подсчет значений ординат огибающих эпюр производится в табличной
форме.
Сече-
X/l
Влияние q
Влияние Р
Расч.моменты
ние
a
Мq
bmax
bmin
Mpmax
Mpmin
Mmax
Mmin
А
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1,1
0,33
0,240
130,65
0,287
-0,047
415,86
-68,10
546,52
62,55
1,2
0,66
0,146
79,48
0,24
-0,094
347,76
-136,21
427,24
-56,73
В
1
-0,281
-152,97
0,038
-0,319
55,06
-462,23
-97,91
-615,20
2,1
1,33
0,076
41,37
0,205
-0,129
297,05
-186,92
338,42
-145,55
2,2
1,66
0,099
53,89
0,216
-0,117
312,98
-169,53
366,88
-115,64
С
2
-0,211
-114,87
0,086
-0,297
124,61
-430,35
9,75
-545,22
3,1
2,33
0,123
66,96
0,228
-0,105
330,37
-152,15
397,33
-85,19
3,2
2,66
0,123
66,96
0,228
-0,105
330,37
-152,15
397,33
-85,19
Сече-
x/l
Влияние q
Влияние Р
Расч.попер.силы
ние
g
dmax
dmin
Qpmax
Qpmin
Qmax
Qmin
A
0
0,719
55,917
0,86
-0,14
178,02
-28,98
233,94
26,94
B
1
-1,281
-99,62
0,038
-1,319
7,87
-273,03
-91,76
-372,66
B
1
1,07
83,214
1,262
-0,191
261,23
-39,54
344,45
43,68
C
2
-0,93
-72,33
0,274
-1,204
56,72
-249,23
-15,61
-321,55
C
2
1
77,77
1,242
-0,242
257,09
-50,09
334,86
27,68
3.3 Подбор продольной арматуры в расчетном сечении Аs.
1.Материалы.
Принимаем бетон как и для плиты М300:
Rb=1,35 êÍ/ñì2.
Арматура:
Аs-АIII : Rs=34 êн/см2.
Аsw-AI : Rsw=170 МПа=17 êн/см2.
2. Определение поперечных размеров главной балки bглhгл по расчету.
а) Из статического расчета определим максимальный момент.
Мmax=615,20 êÍ*ì
á) =(1,5-2,0)%
Принимаем =1,8%
в) ===0,35
=0,35<R=0,55
г) А0=f()
(Табл.3 стр.38 (I))
А0=0,289
д) Определим полезную высоту балки:
h0=;
ãäå bгл=30 см. (из пункта 1.)
h0==67,12 ñì.
å) К полученному значению h0 прибавим величину защитного слоя
а=(30-50) мм.
hгл= h0+à;
hгл=67,12+5=72,12 см.
Полученное значение округлим до 5 см. в меньшую сторону.
Принимаем hгл=70 см.
3. Подбор продольной арматуры в сечениях главной балки.
а) Пролетные сечения 2,5,8.
В пролетных сечениях плита перекрытия находятся в сжатой зоне, поэтому арматура в главных балках в пролетных сечениях 2,5,8 определяется как в балках таврового сечения.
h/=hпл =8 см.- высота тавра
Мпол=b/ h/ Rb (h0-);
если 0,1; то b/ lпл , b/ lгл , таким образом =0,110,1
Следовательно принимаем b/ =2 ì. h0=65 см.
Мпол=2001,75=170800 кнсм= 1708 кнм
Так как Мпол>М, то xh/- нейтральная ось проходит в полке и, следовательно, сечение рассчитывается как прямоугольное с шириной b/ =2 ì.
В итоге рассчитываем сечение b/ hгл .
Далее вычисляем параметр А0 по следующей формуле:
А0=;
Затем из табл.3 прил.III находим коэффициент , соответствующий вычисленному значению А0:
=f(A0);
После чего площадь сечения арматуры определяется по следующей
формуле:
Аsp=;
Результаты вычислений заносим в табл.6
4. Правила армирования главной балки.
Балка армируется сварными каркасами. При армировании желательно чтобы число стержней продольной арматуры было четным (2,4,6,8).
Число разных диаметров должно быть не более трех.
Допустимое расхождение:
в большую сторону 10-12%;
в меньшую сторону 1-2%;
5. Определение арматуры в опорных сечениях.
На опорах растянутой является верхняя грань балок, где расположена
полка тавра. Нижняя же часть является сжатой, поэтому опорное сечение в неразрезных балках рассчитывается как прямоугольное
а) h0=hгл-а=70-5=65 см.
б) А0=; где b=bгл=35см.
Затем определим =f(A0) (табл.3 стр.38)
в) Аsp=;
Расчет продольной арматуры выполняют в табличной форме:
Таблица 6.
Пр-т
Сеч.
М кнм
h0 ñì.
А0
Аs расч.
Сорт.
Аs факт.
%
I
1
0
65
0
0
0
0
0
0
2
546,52
65
0,274
0,835
29,62
6 Æ 25
29,45
1,510
3
615,20
65
0,308
0,810
34,37
3 Æ 25
+5 Æ 25
39,27
2,014
II
4
615,20
65
0,308
0,810
34,37
2,014
5
366,88
65
0,184
0,897
18,51
6 Æ 20
18,85
0,974
6
545,22
65
0,273
0,837
29,48
3 Æ 25
+4 Æ 25
34,37
1,754
III
7
545,22
65
0,273
0,837
29,48
1,754
8
397,33
65
0,199
0,887
20,27
8 Æ 18
20,36
1,170
9
545,22
65
0,273
0,837
29,48
3 Æ 25
+4 Æ 25
34,37
1,754
3.4. Подбор поперечной арматуры Аsw.(îïîðà Â).
Для поперечной арматуры выбираем арматуру класса АI с Rs=17 кн/см2.
Приступая к подбору поперечной арматуры, необходимо определить максимальную перерезывающую силу в главной балке.
Qвн max=372,66кН.
а) Проверка условия достаточности принятого сечения:
0,35bh0RbQ;
0,35*35*65*1,35=1075 кН.> Q=372,66 кН.
б) Проверка необходимости постановки поперечной арматуры по расчету:
0,6bh0Rbt=0,6*35*65*0,1=136,5<Qâí
-следовательно, необходимо продолжить расчет.
в) Зададимся из конструктивных соображений диаметром хомутов:
dswds;
Принимаем dsw=10 ìì. ñ fsw=0,785 см2.
г) Определим шаг хомутов:
Smax (1)== =59,52см.
Уточним шаг хомутов из конструктивных соображений по табл. на
cтр.23[1]
Принимаем S1=25 см. S2=50 см.
д) Определим qsw==2,14>=1,75 кН/см.
е) Определим Qпред. min:
Qпред. min===503,15 >Qвн
3.5. Построение эпюры моментов главной балки.
Эпюра материалов.
По эпюре материалов определим длину стержней рабочей продольной арматуры. Эпюра материалов показывает, насколько экономически рационально запроектирована балка.
Зная число стержней и площадь рабочей арматуры в расчетных сечениях можно подсчитать величину момента Мs:
Мs=h0As факт.Rs;
Так как As факт>Аs расч. , то Мs>Мвн.
Выполнить обрыв стержней в точке теоретического обрыва нельзя. Необходимо продолжить стержень на длину анкеровки. Анкеровка стержня W обеспечивает включение обрываемого стержня в работу к точке теоретического обрыва стержня.
W=.
4. Ðàñ÷åò è проектирование колонны.
4.1. Определение нагрузок действующих на колонну 1-го этажа.
Нагрузка на колонну передается от главной балки перекрытия рассматриваемого этажа.
Gкол=3+Gкол. собст.;
Gкол. собст=nэтHAb1.2;
Gкол. собст=25*4*3,6*0,40,4*1,2=69,12кН.
Gкол=3*77,77*4+69,12=1002,36 кН.
Pкол=3=3*207* (4-1)=1863 кН.
Nвн.= Gкол+ Pкол;
Nвн=2865,36 кН.
Определение арматуры в колонне и составление схемы армирования.
4.2.1. Материалы.
Для изготовления колонн обычно принимают марку бетона не ниже М300, в качестве рабочей арматуры используют сталь классов А-II или А-III, для хомутов- сталь классов А-I.
Принимаем марку бетона М300. Для него:
призменная плотность Rпр=1,7 кн/см2.
Rпр =1,35 кн/см2.
прочность при осевом растяжении Rp=0,15 кн/см2.
Rp=0,1 кн/см2.
В конструкции используем арматуру из стали класса АIII Rа=34 кн/см2.
4.2.2. Определение арматуры в колонне.
а) Определим площадь поперечного сечения колонны. Сечение принимаем квадратным, с размером стороны равным ширине главной балки.
Аb==b;
Аb=1225 см2.
б) Определим площадь арматуры Аs:
;
Примем в первом приближении =0.9
Аs==45см2;
в) Определим сортамент:
8 Æ 28 ÀIII
Аsф=49,26 см2
г) Проверка принятого сечения:
Для проверки необходимо определить фактическое:
=b+2(s-b);
b и а –коэффициенты определяемые по таблице 6[1] стр.31.
=1,01
b=0.91
s=0.92
=0,91+2(0,92-0,91)*1,01=0,93
д) Осуществим проверку:
Nвн. факт(АbRb+Аs фRs сж);
Nвн=2865,36 кН.
2865,360,93*(1225*1,35+49,26*34)=3095,6 кН.
5. Расчет и проектирование фундамента.
5.1. Определение нагрузок, действующих на фундамент.
Расчет отдельно стоящего железобетонного фундамента под центральную нагрузку состоит в определении размеров подошвы фундамента, его высоты и площади арматуры. При этом размеры подошвы фундамента определяются по усилиям от нормативной нагрузки и заданному расчетному сопротивлению грунта Rгр .
Нормативное усилие определяем по формуле:
Nн= , где Nвн- расчетная нагрузка от колонны
n=1,15 – усредненный коэффициент перегрузки.
Nн==2491,6 кН.
Rгр=230 кн/м2.
5.2. Определение габаритных размеров фундамента с учетом Rгр.
5.2.1. Определение габаритных размеров фундамента.
Аф=;
где Rгр- расчетное сопротивление грунта, кН/м2.
ср- объемная масса грунта и бетона, кН/м3.
Hзаглуб- глубина заложения фундамента, определяется в зависимости от глубины промерзания, м.
Hзаглуб=1 м.
Аф==13,86 м2.
bф=aф=;
bф=aф=3,44 м.
Принимаем размер подошвы фундамента 3,43,4м.
5.2.2. Определение высоты фундамента.
Минимальная высота фундамента определяется из условия прочности его на продавливание колонной. Считаем, что оно происходит по поверхности пирамиды, боковые стороны которой начинаются у колонны и наклонены под углом 450.
В качестве бетона для фундамента принимаем бетон М200.
Hф= ;
где S=4bк=4*40=160 см.
Rср=2Rbt=2*0.075=0.15 кн/см2.
Hф==119,4 см.
Принимаем Hф=120 см.
Фундамент выполнен ступенчатым .
Количество ступеней – 3
Высота ступеней а=0,4м.
5.2.3. Проверка прочности грунта для принятого сечения фундамента.
;
HзаглубАфn;
20*1*11,86*1,15=272,78 кН.
=226,6 кН/м2;
Таким образом проверка прошла, принимаем данное значение сечения фундамента.
5.3. Определение арматуры и составление схемы армирования.
Фундамент армируется плоскими сварными сетками. Число стержней на один погонный метр 5-15. Используем арматуру класса АII.
Аs 1-1=;
где М1-1- значение момента у грани второго уступа
М1-1=;
где
h0=Hф-а=1,2-0,05=1,15 м.=115 см.
l1=0,6 м.
М1-1==138,7 кН*м.
Аs 1-1== 6,23 см2.
Определим изгибающий момент у грани колонны (сечение 2-2):
М2-2=;
М2-2==866,7 кН*м.
Аs 2-2==38,95 см2.
В результате расчета по сортаменту принимаем:
8 Æ 25 АII
Аsф=39,27 см2.
Список литературы
Кононов Ю.И. “Монолитное железобетонное ребристое перекрытие с балочными плитами”- методические указания по курсовому проекту.- ЛПИ. 1982 г.
Курс лекций по дисциплине “Железобетонные конструкции”.