Проектирование железобетонных конструкций здания с неполным каркасом

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тихоокеанский государственный университет»

Высшая школа Промышленного и гражданского строительства

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» на тему: «Проектирование железобетонных конструкций здания с неполным каркасом»

КП.190010888.ПЗ

Выполнил студент ИАСиД, группа ПГС(б)-11: Вершинина Д.Е.
Руководитель проекта: Захарова Я.Ю.

Хабаровск — 2024 г.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ЗАДАНИЯ

• Длина здания L = 20,7 м;
• Ширина здания B = 34,8 м;
• Высота этажей hэт = 4,2 м;
• Кол-во этажей nэт = 4;
• Сетка колонн каркаса l1 x l2 = 6,9 x 5,8 м;
• Класс бетона монолитных конструкций B20;
• Класс бетона сборных конструкций B30;
• Класс ненапрягаемой арматуры A500;
• Класс напрягаемой арматуры A800;
• Временная нормативная нагрузка на перекрытие ρn = 10,0 кПа;
• Тип сборной плиты перекрытия – ребристая;
• Глубина заложения фундаментов d = 1,6 м;
• Расчетное сопротивление грунта Ro = 0,25 МПа;
• Район строительства – г. Охотск;
• Нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли Sg = 2,5 кПа;

СОДЕРЖАНИЕ

1. РАСЧЕТ МОНОЛИТНОГО РЕБРИСТОГО ПЕРЕКРЫТИЯ С БАЛОЧНЫМИ ПЛИТАМИ…4
   • 1.1 Компоновка конструктивной схемы…4
   • 1.2 Расчет и конструирование монолитной плиты…5
   • 1.3 Армирование рулонными сетками…6
   • 1.4 Расчет второстепенной балки…8
2. РАСЧЕТ СБОРНОГО БАЛОЧНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ…16
   • 2.1 Компоновка конструктивной схемы…16
   • 2.2 Определение расчетных усилий, нормативных и расчетных характеристик бетона и арматуры…17
   • 2.3 Расчет плиты по предельным состояниям I группы…19
   • 2.4 Расчет плиты по предельным состояниям II группы…23
3. РАСЧЕТ НЕРАЗРЕЗНОГО РИГЕЛЯ…29
   • 3.1 Построение огибающих эпюр…30
   • 3.2 Расчет прочности ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси…31
   • 3.3 Расчет прочности ригеля по сечениям, наклонным к продольной оси…33
   • 3.4 Построение эпюры материалов…34
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБОРНОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОЛОННЫ…38
   • 4.1 Сбор нагрузок на колонну…38
   • 4.2 Армирование колонны…39
5. РАСЧЕТ ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННОГО ФУНДАМЕНТА ПОД КОЛОННУ…41
6. РАСЧЕТ КИРПИЧНОГО СТОЛБА С СЕТЧАТЫМ АРМИРОВАНИЕМ…45
7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…49

1 РАСЧЕТ МОНОЛИТНОГО РЕБРИСТОГО ПЕРЕКРЫТИЯ С БАЛОЧНЫМИ ПЛИТАМИ

1.1 Компоновка конструктивной схемы

При компоновке конструктивной схемы по заданию принято, что главные балки расположены в поперечном направлении здания с шагом равным l2 = 5,8 м и пролетом равным l1 = 6,9 м. Крайние главные балки с одной стороны оперты на кирпичную стену, с другой на колонну. Средние балки с двух сторон оперты на колонны. Привязка наружных кирпичных стен принята равной 250 мм от разбивочных осей до внутренних граней стен, а ширина полосы опирания плиты на стену равна 120 мм. Класс бетона для проектирования перекрытия — В20, тяжелый.

Второстепенные балки расположены в продольном направлении здания. Шаг второстепенных балок назначен с учетом проектирования плиты балочного типа, и в соответствии с условиями: l3 = l1 / n = 6900 / 3 = 2300 мм, где n — число пролетов плиты между второстепенными балками.

Предварительно назначены следующие значения геометрических размеров элементов перекрытия:

Толщина монолитной плиты принята: δ = (1/25 … 1/40)∙l3 = 1/29 ∙ 2300 = 80 мм

Высота и ширина поперечного сечения главных балок приняты: hг.б. = (1/8 … 1/15)∙l1 = 1/12 ∙ 6900 = 600 мм; bг.б. = (0,3…0,5)∙hг.б. = 0,3∙600 = 200 мм

Высота и ширина второстепенных балок приняты: hв.б. = (1/12 … 1/20)∙l2 = 1/15 ∙ 5800 = 400 мм; bв.б. = (0,3…0,5)∙hв.б. = 0,3∙400 = 120 мм = 200 мм

1.2 Расчет и конструирование монолитной плиты

Для расчета плиты в плане перекрытия условно выделяем полосу шириной 1 м. Плита будет работать как многопролетная неразрезная балка, опорой которой служат второстепенные балки и наружные кирпичные стены. При этом нагрузка на 1 м плиты будет равна нагрузке на 1 м2 перекрытия. Расчетная схема перекрытия представлен на рисунке 1.1.

Расчетные пролеты плиты, определены по формулам: l01 = l3 — c + a/2 — bв.б./2 = 2300 — 250 + 120/2 — 200/2 = 2010 мм; l02 = l3 — bв.б. = 2300 — 200 = 2100 мм

Сбор нагрузок на плиту представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Нагрузка на 1 м2 плиты монолитного перекрытия

Наименование нагрузок	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке γf	Расчетная нагрузка, кН/м2
Постоянная нагрузка: Собственный вес монолитной плиты: δ х ρ = 0,08 м х 25 кН/м3; Конструкция пола: керамическая плитка – 7 мм, цементно-песчаная стяжка – 35 мм	2,0; 0,126; 0,63	1,1; 1,2; 1,3	2,2; 0,15; 0,82
Итого	2,76	—	3,17
Временная нагрузка	10	1,2	12
Полная нагрузка	12,76	—	15,17

С учетом коэффициента надежности по назначению для здания с II классом ответственности (γn = 1) полная расчетная погонная нагрузка на 1 м плиты: q = q(кН/м2)∙b∙γn = 15,17∙1∙1 = 15,17 кН/м, где q(кН/м2) – полная расчетная нагрузка, принятая по табл. 1.1; b – условно выделенная полоса в плане перекрытия шириной 1 м.

Изгибающие моменты с учетом перераспределения усилий:

• В первом пролете и на первой промежуточной опоре: М1 = q∙l01^2 / 11 = 15,17∙2,01^2 / 11 = 5,57 кН∙м
• В средних пролетах и на средних промежуточных опорах: М2 = q∙l02^2 / 16 = 15,17∙2,1^2 / 16 = 4,18 кН∙м

Т.к. для плиты отношение δ/l02 > 1/30; 80/2100 > 1/30; 0,038 > 0,033, то в средних пролетах, окаймленных по всему контуру балками, изгибающий момент снижен на 20%, т.е. М2 = 3,344 кН·м.

1.3 Армирование рулонными сетками

Прочностные характеристики бетона и арматуры:

• Арматура Вр500 – расчетное значение сопротивления арматуры растяжению Rs = 415 МПа (табл. 6.14 СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции»);
• Бетон тяжелый В20 – сопротивление бетона сжатию Rb = 11,5 МПа (табл. 6.8 СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции»).

1.3.1 Подбор сечений продольной арматуры сеток в среднем пролете и на средней опоре

αm = M1 / (Rb∙b∙h0^2), где h0 – рабочая высота сечения: h0 = δ — a = 80 — 24 = 56 мм, где а – расстояние от нижней грани до центра тяжести арматурных стержней; αm = 4,18 / (11,5∙10^3∙1∙0,056^2) = 0,116

Проверка условия ξ < ξR: где ξ – относительная высота сжатой зоны бетона: ξ = 1 — √1 — 2∙αm = 1 — √1 — 2∙0,116 = 0,123; ξR – граничная высота сжатой зоны бетона: ξR = 0,8 / (1 + Rs/700) = 0,8 / (1 + 415/700) = 0,502

Условие выполняется: 0,132 < 0,502, арматура в сжатой зоне и корректировка сечения не требуются.

Требуемая площадь арматуры: As, треб = (b ∙ ξ ∙ h0 ∙ Rb) / Rs = (1000∙0,123∙56∙11,5) / 415 = 182,09 мм2

По сортаменту арматуры приняты сетки с поперечной рабочей арматурой ∅6 А500 с шагом стержней S = 100 мм, площадью As = 189 мм2. Монтажная арматура — ∅3 Вр500 с шагом стержней S = 300 мм.

1.3.2 Подбор сечений продольной арматуры сеток для первого пролета и на первой опоре

αm = M1 / (Rb∙b∙h0^2) = 5,57 / (11,5∙10^3∙1∙0,056^2) = 0,1544

Проверка условия ξ < ξR: ξ = 1 — √1 — 2∙αm = 1 — √1 — 2∙0,1544 = 0,168

Условие выполняется: 0,168 < 0,502, арматура в сжатой зоне и корректировка сечения не требуются.

Требуемая площадь арматуры: As, треб = (b ∙ ξ ∙ h0 ∙ Rb) / Rs = (1000∙0,168∙56∙11,5) / 415 = 248,72 мм2

По сортаменту арматуры приняты сетки с поперечной рабочей арматурой ∅6 А500 с шагом стержней S = 100 мм, площадью As = 283 мм2. Монтажная арматура — ∅3 Вр500 с шагом стержней S = 300 мм.

1.4 Расчет второстепенной балки

За расчетную схему второстепенной балки принимается многопролетная неразрезная балка, опирающаяся на стену и главные балки (рис. 1.2).

Расчетные пролеты второстепенной балки: l01 = l2 — bг.б./2 — c/2 = 5800 — 200/2 — 250/2 = 5575 мм; l02 = l2 — bг.б. = 5800 — 200 = 5600 мм.

Сбор нагрузок на второстепенную балку:

• Нагрузка от веса плиты и конструкции пола: q = qпост∙l3 = 3,17∙2,3 = 7,291 кН/м;
• Собственный вес балки: qс.в. = (hв.б. — δ)∙bв.б.∙ρ∙γf = (0,4 — 0,08)∙0,2∙25∙1,1 = 1,76 кН/м;
• Временные нагрузки: V(кН/м2)∙l3 = 12∙2,3 = 27,6 кН/м.

Итого нагрузка с учетом коэффициента надежности по назначению здания γn = 1: q = (7,291 + 1,76 + 27,6)∙1 = 36,651 кН/м.

Изгибающие моменты с учетом перераспределения усилий в балке: М1 = q∙l01^2 / 11 = 36,651∙5,575^2 / 11 = 103,56 кН∙м; М2 = q∙l01^2 / 14 = 36,651∙5,575^2 / 14 = 81,37 кН∙м; М3 = q∙l02^2 / 16 = 36,651∙5,6^2 / 16 = 71,84 кН∙м.

Поперечные силы: Q1 = q∙l01∙0,6 = 36,651∙5,575∙0,6 = 122,59 кН/м; Q2 = q∙l02∙0,5 = 36,651∙5,6∙0,5 = 68,62 кН/м. Эпюры моментов и перерезывающих усилий изображены на рис. 1.3.

1.4.1 Подбор сечений продольной арматуры

Крайний пролет балки: Проверяем правильность предварительно назначенного сечения второстепенной балки: h0 ≥ √ (M2 / (0,289∙Rb∙b)) = √ (81,37∙10^6 / (0,289∙11,5∙200)) = 350 мм, тогда необходимая высота сечения второстепенной балки: h0 + a = 350 + 45 = 395 мм < 400 мм, следовательно, высоту балки увеличивать не требуется.

Ширина балки, для дальнейших расчётов, принята по наименьшему значению, определенному по формулам: bf’ ≤ 2∙1/6 ∙ l01 + bв.б. = 2∙1/6 ∙ 5575 + 200 = 2050 мм; bf’ ≤ l3 — hв.б. = 2300 — 400 = 1900 мм. Принято bf’ = 2050 мм.

Проверка положения нейтральной оси в сечении: M1 ≤ Rb∙bf’∙hf’∙(h0 — hf’/2), где h0 – рабочая высота сечения, назначенная предварительно: h0 = h — a = 400 — 35 = 365 мм. 103,56 кН∙м < 11,5∙10^3∙2,05∙0,08∙(0,365 — 0,08/2) = 612,95 кН∙м, следовательно, граница сжатой зоны проходит в полке таврового сечения, дальнейший расчет сечения производился как прямоугольного, с размерами: bf' х hв.б. = 2050 х 400 мм.