Реферат Строительные конструкции 3
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
от 25%
договор
Министерство образования и науки Российской Федерации
Ростовский Государственный Строительный Университет
Кафедра железобетонных и каменных конструкций
Расчетно-пояснительная записка
к курсовому проекту по дисциплине
«Железобетонные конструкции»
Составил студент гр. ПСМ – 487
Фёдоров В. П.
Консультант:
Перекотий И.В.
Ростов – на – Дону,
2009 г.
Содержание
1. Исходные данные........................................................................................................3
2. Компоновка балочного панельного сборного перекрытия.....................................3
3. Предварительные размеры попеченного сечения элементов..................................4
4. Расчет неразрезного ригеля........................................................................................4
4.1. Статический расчет......................................................................................4
4.2. Уточнение размеров поперечного сечения................................................7
4.3. Подбор продольной арматуры....................................................................8
4.4. Подбор поперечной арматуры....................................................................9
4.5. Подбор монтажной арматуры...................................................................12
4.6. Проверка анкеровки продольной растянутой арматуры на
крайней опоре ...................................................................................................12
4.7. Эпюра материалов (арматуры)..................................................................13
4.8. Определение расстояния от точки теоретического обрыва до
торца обрываемого стержня.............................................................................16
5. Расчет колонны..........................................................................................................20
5.1. Вычисление нагрузок.................................................................................20
5.2. Подбор сечений..........................................................................................21
6. Расчет фундамента................................................................................................... 23
6.1. Определение размеров...............................................................................23
6.2. Расчет нижней ступени на действие поперечной силы..........................25
6.3. Расчет фундамента на изгиб по нормальным сечениям.........................26
7. Расчет плиты (панели) перекрытия.........................................................................28
7.1 Общие сведения...........................................................................................28
7.2. Статический расчет плиты П 1..................................................................28
7.3. Подбор продольной арматуры в ребрах...................................................30
7.4. Подбор поперечной арматуры в ребрах...................................................30
7.5. Расчет по прочности на действие поперечной силы по
наклонной сжатой полосе.................................................................................31
7.6. Статический расчет полки плиты.............................................................31
Литература......................................................................................................................34
1. Исходные данные
Длина здания 34,8 м, ширина здания 26,4 м. Стены кирпичные 1-й группы кладки толщиной t
= 51 см. Сетка колонн l
1´
l
2 =6,6´5,8 м. Количество этажей n = 4. Высота этажа H
эт
= 3,6 м. Снеговой район V. Нормативная временная нагрузка V
п
=23 кН/м², по своему характеру является статической. Вес конструкции пола qn
= 0,7 кН/м2. Класс бетона В 30. Арматурная сталь класса A-111. Коэффициент надежности по назначении γn
=1.
2.
Компоновка балочного панельного сборного перекрытия
Принимаем пролет ригеля l
1 = 6,6 м, шаг ригелей l
2 = 5,8 м.
Рис. 1 Конструктивный план перекрытия
3. Предварительные размеры поперечного сечения элементов
Расчетные сопротивления материалов
Рекомендуемая высота сечения ригеля h
= (1/10...1/14) l
1, ширина сечения
b = (0,3...0,4) h.
h
=м.
b = 0,3 · 0,66 = 0,2 м.
Задаемся h
= 0,7 м, b = 0,2 м.
Глубину опирания ригеля на стену и на консоли колонны принимаем по рис.2.б, а сечение колонны назначить квадратным с размером сторон 0,3 м.
Расчетные сопротивления бетона:
- осевое сжатие = 15,5 МПа;
- осевое растяжение = 1,1 МПа.
Расчетное сопротивление арматуры класса A-111 диаметром 10 мм и больше соответствуют:
1) растяжению: - продольной = 365 МПа
- поперечной = 290 МПа
2) сжатию = 365 МПа.
4. Расчет неразрезного ригеля
4.1. Статический расчет
Ригель является элементом рамы, однако при свободном опирании концов ригеля на наружные стены и равных пролетах его рассчитывают как неразрезную балку. С этих позиций рассматриваемый ригель представляет собой шести-пролетную неразрезную балку.
Таблица 1- Вычисление нагрузки на 1 пог. м ригеля
№ п.п. | Нагрузка | Нормативная нагрузка на 1 м2 перекрытия, кН/м | γf | γn | Шаг ригеля, м | Расчетная нагрузка на 1 пог. м ригеля, кН/м |
1 | Постоянная | |||||
1.1 | Собственный вес бетонного пола | 0,7 | 1,3 | 1,0 | 5,8 | 5,3 |
1.2 | Собственный вес плит с ребрами вниз | 1,31 | 1,1 | 1,0 | 5,8 | 8,4 |
1.3 | Собственный вес ригелей h=0,7м; b=0,21м; ρ= 25 кН/м3 | - | 1,1 | 1,0 | - | 3,3 |
Итого: | g’=17 | |||||
2. | Временная | 23 | 1,2 | 1,0 | 5,8 | V’=160 |
3. | Полная | - | - | - | - | q’= g’+ V’= =177 |
Расчетные пролеты ригеля
,м
,м
Положительные изгибающие моменты, кНּм
М1=0,065·177·(6,05)2 =421,1; | М4=0,020·177·(6,05)2 = 129,6; |
М2=0,090·177·(6,05)2 = 583,1; | М6= М9=0,018·177·(5,6)2 = 99,9; |
МI,max=0,091·177·(6,05)2 = 589,6; | М7= М8=0,058·177·(5,6)2 = 321,9; |
М3=0,075·177·(6,05)2 = 485,9; | МII,max =0,0625·177·(5,6)2 =346,9. |
Отрицательные изгибающие моменты, кН·м
М5=-0,0715·177·(6,05)2 =-463,2; | М8=-0,021·177·(5,6)2 =-116,6; |
М6=-0,040·177·(5,6)2 =-222,0; | М9=-0,034·177·(5,6)2 =-188,7; |
М7=-0,024·177·(5,6)2 =-133,2; | М10=-0,0625·177·(5,6)2 = -346,9. |
Поперечные силы, кН
Q
=
αּ
(
g
’ +
V
’)
4.2. Уточнение размеров поперечного сечения
Уточнение размеров поперечного сечения проводим по максимальному изгибающему моменту в первом пролете. Значение относительной высоты сжатой зоны бетона принимаем ξ= 0,4. Соответствующее значение аm= 0,32 . Определяем рабочую высоту сечения (т.е. расстояние от центра тяжести продольной растянутой арматуры до сжатой грани) по формуле:
(1)
см
Определяем рабочую высоту сечения из условия, обеспечивающего прочность наклонной бетонной полосы между смежными наклонными трещинами по формуле:
(2)
см
Задаемся диаметром стержня d
=
=
1
=7 см. Величина а= аb
+ 0,5·d + 0,5·V
1 = 3,5 + 1,6 + 3,5 =
h
=
h
0
+
a
=81,7+ 8,6 = 90,3 см. Принимаем h
=
Задаем b=
см
см
h
=
h
0
+
a
= 65,4 + 8,6=74≈70 см
.
Принимаем h=70см, b=25см.
4.3. Подбор продольной арматуры
Схема расчета:
,
где As - площадь сечения продольной растянутой арматуры, см.
Площадь сечения арматуры в первом пролете определяем по максимальному моменту между точками 2 и 3.
Принимаем 4Ø32 A-111, As,fact=32,17 см2.
Площадь сечения арматуры во втором пролете определяем по максимальному моменту между точками 7 и 8.
Задаемся d
= 2 см. Тогда аb =2 см, V
1 =5,0 см
Окончательно принимаем 4Ø25 A-111, As,fact=19,63 см2
Площадь сечения арматуры на опоре В определяем по моменту в точке 5.
Задаемся d
= 3,6 см., аb =4,0 см.
Принимаем 2Ø40 A-111, As,fact=20,36
Площадь сечения арматуры на опоре С определяем по моменту в точке 10.
Задаемся d
=
Окончательно принимаем 3Ø32 A-II, As,fact=24,13 см2.
Площадь сечения монтажной арматуры у верхней грани
II
пролета (поз. 14).
Задаемся d
= 1,8 см, аb =5,8см.
Окончательно принимаем 2Ø28 A-II и 1Ø25 A-II, As,fact=17,23 см2.
4.4. Подбор поперечной арматуры
Если > расчет наклонных сечений необходим.
Схема подбора поперечной арматуры такова:
где - усилие, которое должно воспринимать поперечные стержни на единицу длины ригеля, Н/см; Q - максимальная поперечная сила, H; для тяжелого бетона = 2, а = 1,5; - максимальное расстояние между осями попе - речных стержней, см; - площадь сечения одного поперечного стержня, см²; - шаг поперечных стержней на приопорных участках (равных ¼ пролета); - расчетное сопротивление поперечной арматуры, Н/см²; - число поперечных стержней, расположенных в одном нормальном сечении ригеля.
В первом пролете. > = 146025 Н
Н/см, ее минимальное значение
Н/см. Для дальнейших расчетов принимаем
= 4385 Н/см
см
=
Требуемая площадь сечения см².
Принимаем 1&14 A-111. Фактическая площадь = 1,54 см².
Во втором пролете. = 481920 Н/см
Н/см, ее минимальное значение
Н/см. Для дальнейших расчетов принимаем
=2545 Н/см
см
=
Требуемая площадь сечения см².
Принимаем 1&16 A-111. Фактическая площадь = 2,01 см²
4.5. Подбор монтажной арматуры в
I
пролете
Монтажная арматура служит для анкеровки и восприятия монтажной нагрузки поперечных стержней. Диаметр ее должен быть не менее 0,8 диаметра поперечных стержней. 0,8x14 =
,
fact =2,26 см2.
4.6. Проверка анкеровки продольной растянутой арматуры
на крайней опоре
Проверку анкеровки производят с целью исключить возможность проскальзывания арматуры в бетоне.
Так как = 421680 Н > = 106260 Н, запуск стержней за внутреннюю грань опоры должен быть не менее 10d = 10 · 3,2 =
где
4.7. Эпюра материалов (арматуры)
В целях экономии металла часть стержней продольной растянутой арматуры не доводят до опоры, а обрывают там, где они уже не требуются по расчету. Место обрыва стержней определяют с помощью эпюры материалов.
Эпюра материалов - это эпюра моментов, воспринимаемых сечениями балки с фактически имеющейся продольной растянутой арматурой.
Ординату эпюры материалов в любом сечении определяют по формуле:
. Правую часть этого уравнения называют моментом внутренней пары сил, или несущей способностью сечения. Высота сжатой зоны бетона: x
=
RsAs
/
Rbb
.
Таблица 2 – Ординаты эпюры материалов
Схема внутренних усилий | Вычисление ординат | |||
1 | 2 | |||
I пролет | ||||
| Для нижней грани 3Ø36 А-II, Аs , fact = 27,34 см2 а = аb+0,5 d = 3,2+1,25=4,45 см ho = h - a = 80 – 4,45 =75,55 см см = 49912041 Н·см = 499,1 кН·м 6Ø36 А-II, Аs , fact =54,67 см2 а = аb+0,5 d + 0,5 V 1 = 3,2 +1,25 +3,5 = 7,95 см ho = h - a = 80 – 7,95 = 72,05 см см = 82926736 Н·см =829,3 кН·м |
Продолжение таблицы 2
1 | 2 | |||
| Для верхней грани первого пролета 3Ø12 А-II, Аs , fact = 3,39 см2 а = а B +0,5dB + 0,5d = 5,8 + 2+0,6 = 8,4 см ho= h - a = 80 – 8,4 = 71,6 см см = 6463391 Н·см = 64,6 кН·м | |||
II пролет | ||||
| Для нижней грани второго пролета 3Ø25 А-II, Аs , fact = 14,73 см2 а = аb+0,5 d = 3,0+1,4 = 4,4 см ho = h - a = 80 – 4,4 = 75,6 см см = 28366666 Н·см = 283,7 кН·м 6Ø25 А-II, Аs , fact = 29,45 см2 а = аb+0,5 d + 0,5 V 1 = 3,0 +0,9+ 3,0= 6,9 см ho = h - a = 80 – 6,9 = 73,1 см см = 51326933 Н·см = 513,3 кН·м | |||
| Для верхней грани второго пролета 2Ø28 А-II +1Ø25 А-II , Аs , fact = 14,73 см2 а = аВ+0,5 d В+0,5d = 4,0 + 4,0 +1,4 = 9,4 см ho = h - a = 80 – 9,5 =70,5 см см = 30471255 Н·см = 304,7 кН·м |
Продолжение таблицы 2
1 | 2 | |||
Для опоры В | ||||
| 2Ø40 А-II, Аs , fact = 25,13 см2 а = аb+0,5 d = 4,0 + 1,8 = 5,8 см ho= h - a = 80 – 6,0 = 74 см см = 45260009,5 Н·см = 452,6 кН·м 3Ø40 А-II, Аs , fact = 37,70 см2 а = аb+0,5 d = 4,0 +1,8 = 5,8 см ho = h - a = 80 – 6 = 74см см = 64183684,5 Н·см = 641,8 кН·м | |||
Для опоры С | ||||
| 2Ø32 А-II, Аs , fact = 16,09 см2 а = аb+0,5 d = 3,2 + 1,6 =4,8 см ho= h - a = 80 – 5 = 75 см см = 30553462 Н·см = 305,5 кН·м 3Ø32 А-II, Аs , fact = 24,13 см2 а = аb+0,5 d = 3,2 +1,6 = 4,8 см ho = h - a = 80 – 5 = 75 см см = 44299422,5 Н·см = 443 кН·м |
4.8. Определение расстояния от точки теоретического обрыва до торца обрываемого стержня
Точкой теоретического обрыва называют точку на ветви эпюры изгибающих моментов, ординаты которой численно равны несущей способности сечения без учета обрываемых стержней.
Чтобы обеспечить прочность нормального сечения, проходящего через точку теоретического обрыва, необходимо продлить стержень за это сечение на длину зоны анкеровки lan
:
Чтобы обеспечить прочность наклонного сечения на действие момента, обрываемый стержень должен быть заведен за точку теоретического обрыва на длину не менее величины W, равной:
W = Qi /2qswi +5d,
(3)
где | qsw 1 - | усилие, воспринимаемое поперечными стержнями на единицу длины ригеля на приопорных участках, Н/см; |
| Q - | поперечная сила в нормальном сечении, проходящем через точку теоретического обрыва, Н; |
| d - | диаметр обрываемого стержня, см. |
Н/см,
Определение расстояния от точки теоретического обрыва до торца обрываемого стержня приведено в таблице 3.
5. Расчет колонны
Поскольку здание имеет жесткую конструктивную схему, усилия в колонне возникают только от вертикальных нагрузок. Вследствие незначительности изгибающего момента в колонне, возникающего от поворота опорного сечения ригеля, им пренебрегают и колонну рассчитывают как элемент, сжатый со случайным эксцентриситетом.
5.1. Вычисление нагрузок
Расчетное значение веса снегового покрова S
0
= 1,2 кН/м2, коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие μ =1,0, так как угол наклона покрытия α < 25°. Коэффициент γf = 1,4. Тогда нагрузка на 1пог. м ригеля
Вес колонны длиной в шесть этажей:
Таблица 4 - Вычисление продольной силы в колонне на уровне верха фундамента
Нагрузка | Расчетная нагрузка на 1 пог.м ригеля, кН/м | Шаг колонн вдоль ригелей, м | Число перекрытий, передающих нагрузку (включая покрытие), шт | Расчетная продольная сила, кН |
Длительная: вес перекрытия вес колонн | 28,46 - | 7,2 - | 4 - | 819,6 73,92 |
Временная (длительная) | 0,6·174 | 7,2 | 3 | 2255,04 |
Итого: | Nl =3148,56 | |||
Кратковременная полезная снеговая | 0,4·174 6,96 | 7,2 7,2 | 3 1 | 1503,36 50,11 |
Итого: | Nsh =1553,47 | |||
Полная | - | - | - | N= Nl+ Nsh = 4702,03 |
5.2 Подбор сечений
Колонну рассчитывают как сжатый элемент со случайным эксцентриситетом по формуле:
(4)
где φ – коэффициент продольного изгиба,
(5)
Из формулы (5) следует, что при αs= 0,5 коэффициент φ= φsb, а при αs≥ 0,5 коэффициент φ>φsb, что недопустимо. Поэтому при αs>0,5 необходимо, не пользуясь формулой (5), принимать φ= φsb. Если же φsb=φb, то φ= φb. Очевидно, что значение φ находится между значениями φb и φsb.
Подбор сечения бетона
Если в формуле (5) принять φ= 1, площадь сечения продольной арматуры As
,
tot
=0,01AВ, а площадь сечения бетона AВ=b2, то после преобразований получаем формулу для определения ширины сечения колонны:
Принимаем b =50 см, площадь сечения бетона AВ=2500 см2.
Подбор продольной арматуры.
Схема подбора продольной арматуры такова:
;
Формуласодержит два неизвестных: . Задаемся значением одного неизвестного, а другое определяем методом последовательных приближений.
Отношение . Гибкость .
Тогда φb=φsb=0,915.
В первом приближении принимаем φ= φb=φsb=0,915.
1)8 Ø28 A-II As =49,26
2)6 Ø28 A-II+ 2 Ø25 A-II As =36,95+9,82=47,77
Принимаем 6 Ø28 A-II+ 2 Ø25 A-II, As,fact=47,77 см2.
Подбор поперечной арматуры
Так как горизонтальная нагрузка не воздействует на рассматриваемую колонну, то в ней не возникают поперечные силы. Поэтому диаметр и шаг поперечных стержней следует принять по конструктивным соображениям. А именно, во избежание потери устойчивости продольной арматуры поперечных стержней устанавливают на расстояниях: не более 500 мм; не более 2b (b — ширина колонны) и не более: при вязанных каркасах - 15d, при сварных - 20d (d -наименьший диаметр продольных стержней). Если насыщение сечения колонны продольной арматурой составляет свыше 3%, то поперечные стержни устанавливают на расстояниях не более 10d и не более 300 мм.
Так как , то
Сопоставляя все три значения, принимаем шаг поперечных стержней S=50см.
6. Расчет фундамента
6.1. Определение размеров
Рассчитываем монолитный, центрально нагруженный, квадратный в плане фундамент стаканного типа. Отметка обреза (верха) фундамента - минус 0,150.
Класс бетона фундамента и бетона замоноличивания В30 (Rb
=15,5 МПа= 1550 Н/см2, Rbt
=1,1 МПа =110 Н/см2). Класс арматурной стали А-II(А-300) (Rs = Rsc =270 МПа =27000 Н/см2. Средний удельный вес материала фундамента и грунта, расположенного на его уступах γср= 20кН/м3 = 0,02 Н/см . Расчетное сопротивление грунта по заданию Rгр = 0,2 МПа = 20 Н/см2. Задаемся глубиной заложения подошвы фундамента hcт=10ds Н3=1500мм=150см.
Геометрические размеры фундамента вычисляют в такой последовательности:
1. Определяем размер подошвы фундамента B1 и толщину днища hд;
2. Назначают глубину стакана hcm;
3. Вычисляют высоту фундамента Нф = hд +
hcm;
4. Назначают число ступеней и высоту каждой из них;
5. Подсчитать длину верхней и средней ступеней:
(bк-ширина колонны), ,
1. Размер подошвы фундамента определяем от действия нормативной продольной силы кН
,
где H3 - глубина заложения подошвы.
Принимаем В1 = 500 см. Вычисляем напряжение в грунте под подошвой фундамента от расчетной продольной силы:
где а - расстояние от нижней грани фундамента (т.е. от подошвы) до центра тяжести верхнего ряда продольной рабочей арматуры
h
од
- рабочая высота сечения.
Так как B1 > 3 м применяют отдельные сетки с рабочей арматурой в одном направлении, укладываемые в двух плоскостях. Принимаем в каждой плоскости по две сетки. Предусматриваем под подошвой фундамента подготовку из бетона класса В 30.
Задаемся толщиной защитного слоя бетона аb
= 3,5 см при наличии бетонной подготовки. Задаемся диаметром рабочих стержней d
= 1,4 см. Диаметр конструктивных стержней составляет 5 мм. Величина а =7,5 см.
h
Д
=73,3 + 6,1 = 79,4 см.
2. Назначают глубину стакана hcm
Глубина стакана по условиям минимальной заделки колонны составляет , а по условию заделки рабочей арматуры колонны, из двух значений принимаем большее .
3.Высота фундамента
Принимаем , а глубину стакана
4.Назначаем число ступеней и высоту каждой из них: h1=40см, h2=50см, h3=50см.
5.Длину верхней и средней ступеней:
| ; |
| |
, | |
6.2. Расчет нижней ступени на действие поперечной силы
Для этого рассматривают консоль с вылетом, ширина b=1 см и высотой h=h1. Максимальная поперечная сила в пределах консоли .
Если Q≤Qb,min=φb3·Rbt·b·h01, то прочность сечения обеспечена и нет необходимости в постановке поперечной арматуры. В противном случае требуется поперечная арматура.
Расстояние С=60-32,5=27,5 см.
Максимальная поперечная сила Q=18,8*27,5*1=517 Н.
, Qb,min=0,6*110*1*32,5=2145 Н.
Так как Q< Qb,min, прочность нижней ступени обеспечена, необходимости в постановке поперечной арматуре нет.
6.3 Расчет фундамента на изгиб по нормальным сечениям
1. Определяем нагрузку от отпора грунта на 1 пог. см подошвы фундамента q=σгр *В1*1;
2. Вычисляем изгибающий момент в сечениях по граням ступеней и по грани колонны, но без учета нагрузки от собственного веса фундамента и грунта на его уступах М1=ql12/2; М2=q(l1+l2)2/2; М3=q(l1+l2+l3)2/2.
3. Производим подбор продольной рабочей арматуры.
1) q= σгр*В1*1=18,8*500=9400 Н/см
2) М1=9400*602/2=16920000 Н*см;
М2=9400(60+50)2/2=56870000
М3=9400(60+50+60)2/2=120320000
3) В сечении 1-1
h01=h1-a=40-7,5=32,5 см
αm= М1/(Rb*B1* h012)=16920000/(1550*500*32,52)=0,021
Аs=(ξ*Rb* h01*B1)/Rs=(0,02*1550*32,5*500)/27000=18,66 см2
В сечении 2-2
h02=(h1+h2)-a=(40+50)-7,5=82,5 см
αm=М2/(Rb*B2* h022 )=56870000/(1550*280*82,52)=0,019
Аs= (ξ* Rb*h02*B2)/Rs=(0,02*1550*82,5*280)/270=26,52 см2
В сечении 3-3
h03=Hф-а=140-7,5=132,5
αm =М3/(Rb*B3*h032)=120320000/(1550*180*132,52)=0,025
Аs =( ξ* Rb * h03*В3)/ Rs =(0,025*1550*132,5*180)/27000=34,23 см2
Из трех значений площадей выбираем большее Аs =34,23
Назначаем расстояние от конца нижней ступени до оси крайнего стержня равным 5 см. Расстояние между крайними стержнями 500-10=490 cм. Принимаем шаг стержней 20 см, следовательно, требуемое количество стежней n=490/20+1=26. принимаем 8 Ø12+18 Ø14, Аs fakt=36,75. Так как В1>3 м, принимаем две полосовые сетки с рабочей арматурой в одном направлении. На одной сетке предусматриваем 9 Ø14+4 Ø12 АII, на другой - 9 Ø14+4 Ø12АII. Такие же сетки располагаем в перпендикулярном направлении, но в другой плоскости.
Если толщина стенок стакана поверху составляет не менее 0,75h3, не менее 0,75hcт и не менее 200 мм, то стенки стакана не армируют. В противном случае применяют горизонтальное армирование.
Фактическая толщина стенок составляет: l3-7,5=60-7,5=52,5 см, что больше 0,75 h3=0,75*50=37,5 см, больше, 0,75hcт=0,75*55=41,25 см и больше 200 мм, поэтому армировать стенки стакана нет необходимости.
7. Пример расчета плиты перекрытия
Расчет плиты перекрытия
Плиты(панели) являются изгибаемыми элементами. Уменьшение их собственного веса достигают удалением возможно большего количества бетона из растянутой зоны. Образовавшиеся при этом ребра должны обладать шириной, достаточной для размещения сварного каркаса и обеспечения прочности по наклонным сечениям.