Transcript
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет» (ТГАСУ) ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ МНОГОЭТАЖНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ Пособие по выполнению курсового проекта 1 Томск 14 УДК : 71(75.8) Самсонов, В. С. Проектирование железобетонных конструкций многоэтажного промышленного здания [Текст]: учебное пособие / В.С. Самсонов. Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 14, - 11 с. ISBN Учебное пособие составлено на основании типовой программы дисциплины Б3.В.4 «Железобетонные и каменные конструкции» и предназначено для студентов заочной формы обучения по направлению подготовки 71 «Строительство». Приведены примеры расчёта и конструирования железобетонных конструкций по актуализированным редакциям нормативных документов многоэтажного промышленного здания смешанной конструктивной схемы (с кирпичными наружными несущими стенами и внутренним железобетонным каркасом). Здесь же приведена программа дисциплины и необходимые для проектирования справочные материалы и образец графического оформления курсового проекта. УДК : 71 (75.8) ББК 38.53я7 Рецензенты: Д.Ю. Саркисов, к.т.н., доцент кафедры железобетонных и каменных конструкций ТГАСУ; В.В. Родевич, директор ООО «Стройтехинновации ТДСК» ISBN Томский государственный архитектурно-строительный университет, 14 В.С. Самсонов, 14 Содержание Предисловие 3 Введение.4 1. Проектирование монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами Компоновка конструктивной схемы Расчет монолитной плиты Расчет второстепенной балки...1. Проектирование балочного сборного перекрытия...1. Компоновка конструктивной схемы Проектирование предварительно напряженных плит Расчет многопустотной плиты перекрытия Расчет ребристой плиты перекрытия 4.3. Расчет неразрезного ригеля Проектирование сборной железобетонной колонны и центрально нагруженного фундамента под колонну Расчет кирпичного простенка первого этажа Вопросы для подготовки к защите курсового проекта... Заключение.. Библиографический список. Приложения. 3 Предисловие Курсовой проект 1 по железобетонным конструкциям предусматривает проектирование железобетонных конструкций многоэтажного промышленного здания (МПЗ) жёсткой конструктивной схемы с кирпичными наружными стенами и внутренним железобетонным каркасом. При выполнении курсового проекта методологически закрепляются знания по основаполагающей части дисциплины «Железобетонные и каменные конструкции», развиваются навыки графического оформления чертежей железобетонных и каменных конструкций зданий и сооружений []. Исходные данные для проектирования каждому студенту выдаются индивидуально автоматизированной системой, используемой в университете для управления курсовым проектированием в диалоговом режиме. Пособие рассчитано на самостоятельное выполнение студентами заочной формы обучения всех этапов, касающихся проектирования железобетонных конструкицй МПЗ. Последовательность изложения материала в пособии согласуется с поэтапным выполнением, курсового проекта. В каждом разделе пособия приводятся необходимые указания по расчёту железобетонных конструкций по предельным состояниям в строгом соответствии с действущими нормативными документами. В приложении приведены необходимые справочные данные для расчета железобетонных и каменных конструкций и образец графического изображения информации, представляющего конечный результат проектирования. 4 Введение Дисциплина «Железобетонные и каменные конструции» дает специальные знания по основам и практике проектирования железобетонных и каменных конструкций. Студенты заочной формы обучения изучают данную дисциплину в течении двух семестров. Первую часть дисциплины расчет элементов железобетонных, каменных и армокаменных конструкций по двум группам предельных состояний, проектирование междуэтажных перекрытий многоэтажных зданий, студенты изучают на пятом курсе. После изучения и закрепления теоретического курса по первой части дисциплины, студенты должны разработать комплексный курсовой проект по железобетонным и каменным конструкциям. При выполнении проекта на основании исходных данных индивидуального задания студенты выполняют компоновку междуэтажного перекрытия. В курсовом проекте предусмотрено проектирование междуэтажных перекрытий в двух вариантах: в монолитном и сборном. Последовательность проектирования каждого варианта перекрытия подробно приведена в настоящем пособии. При проектировании монолитного варианта расчету и конструированию подлежат два конструктивных элемента: монолитной плиты и второстепенной балки. При проектировании сборного балочного перекрытия расчету и конструированию подлежат все конструктивные элементы, формирующие несущую систему перекрытия: сборные предварительно напряженные панели, неразрезные ригели, колонны и фундаменты. Для закрепления теоретических знаний по расчету элементов из каменной кладки, в курсовом проекте дредусмотрен расчет простенка первого этажа наружной несущей кирпичной стены здания. Графическая часть проекта должна состоять из трех листов формата А, выполненных в соответствии требованиями государственных стандартов и соблюдением соответствующей графической культуры. На курсовой проект кафедрой дается рецензия и соответствующий допуск к защите. 5 1. Проектирование монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами Железобетонные конструкции, образующие несущий остов зданий и сооружений, необходимо проектировать очень компетентно на основании изучения теории расчёта вышеназванных конструкций и рекомендуемых правил их конструирования. Прежде чем выполнить индивидуальное задание, необходимо изучить в учебниках [l,, 3] расчёт сечений железобетонных конструкций по двум группам предельных состояний, закрепив теоретические знания решением индивидуальных контрольных заданий (ИК3 1...ИК3 7) и изучить особенности расчета и конструирования монолитных ребристых перекрытий. Изучение указанной темы позволит более компетентно выполнить проектирование названного перекрытия и ответить на следующие вопросы: 1. Какие основные элементы образуют несущую систему монолитного ребристого перекрытия?. Каковы принципы компоновки монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами и монолитного ребристого перекрытия с плитами, опертыми по контуру? 3. Каковы особенности статической работы балочных плит и плит, опертых по контуру? 4. Какие схемы армирования применяются при конструировании балочных плит? 5. Какой вид имеет расчетная схема второстепенной балки, и как определяются огибающие эпюры моментов и поперечных сил? 6. Какие схемы армирования применяются при конструировании второстепенных балок? Методические указания. Монолитное балочное перекрытие проектируется из тяжёлого, бетона заданного класса. При компоновке перекрытия главные балки необходимо располагать в поперечном направлении здания, что обеспечивает более вы- 6 сокую жёсткость многоэтажного здания и лучшую освещённость помещений. Привязка наружных кирпичных стен должна быть равна 5 мм от разбивочных осей до внутренней грани стены. Расстояния между второстепенными балками назначаются с учётом проектирования плиты балочного типа l 1 l . При проектировании допускается принимать размер крайнего пролёта плиты меньше среднего не более, чем на %. Размеры поперечных сечений балок должны соответствовать унифицированным. Монолитная плита опирается на стену шириной 1 мм. Второстепенные балки опираются длиной 5 мм, главные балки 3 мм. При определении нагрузки от массы пола (как интегральной величины) коэффциент надёжности по нагрузке принимать γ f 1,, остальные коэффициенты надёжности по нагрузке и назначению принимаются согласно [1]. Нормативное значение кратковременной нагрузки на перекрытие для всех заданий принимается равным 1,5 кн/м, как часть заданной величины временной нагрузки. Плотность тяжелого железобетона при определении нагрузок от собственного веса конструкций необходимо принимать 5 кн/м 3. Особенности проектирования железобетонных конструкций многоэтажного промышленного здания рассмотрены на примерах, исходные данные для которых приняты из индивидуального задания, напечатанного ЭВМ: Шаг колонн в продольном направлении, м , Шаг колонн в поперечном направлении, м , Врем. нормат.нагр. на перекрытие, кн/м , Пост. нормат. нагр. от массы пола, кн/м......,9 Класс бетона монол. констр. и фундамента..... В5 Класс арм-ры монол. конср. и фундамента.....а4 Класс ответственности здания II 7 1.1. Компоновка конструктивной схемы Геометрические размеры сечений основных элементов монолитного балочного перекрытия можно принять в следующих пределах: высоту и ширину сечения второстепенных балок h мм ; 1 15 b (,3...,5) h,5 4 мм ; высоту и ширину поперечного сечения главных балок h мм ; b 5мм ; толщину плиты примем 8 мм при расстоянии между осями второстепенных балок 66 мм. Для монолитного перекрытия используется тяжёлый бетон класса В5. Армирование плиты выполняется сварными сетками по ГОСТ с продольной рабочей арматурой, размещаемой вдоль главных балок. Рабочая арматура для второстепенных балок принимается в сварных каркасах класса А4, поперечная арматура класса В5, монтажная арматура класса А4. Нормативные и расчётные характеристики бетона приведены в табл.1. Таблица 1 Нормативные и расчётные характеристики бетона, МПа Для предельных состояний Класс Вид Первой группы Второй группы Е b, бетона бетона R b, МПа R bt, МПа R bnr b,er, МПа R bt,nr bt,er, МПа МПа 5 тяжелый 14,5 1,5 18,5 1,55 3 Нормативные и расчётные характеристики арматуры приведены в табл.. 8 Таблица Нормативные и расчётные характеристики арматуры, МПа Класс Вид арматуры Для предельных состояний арматуры Первой группы Второй группы Е b, МПа R, МПа R w, R c, R nr,er МПа МПа A4 стержн A4 стержн В5 провол Для расчёта плиты на схеме монолитного перекрытия условно выделяем полосу шириной 1 м в направлении главных балок (рис. 1). Расчётная схема плиты принимается в виде неразрезной пятипролётной балки, опорами которой служат второстепенные балки и наружные кирпичные стены. Расчётный пролёт плиты при опирании с одной стороны на несущую кирпичную стену, а с другой на второстепенную балку b a 1 c мм 1. Расчётный пролёт плиты при опирании на второстепенные балки принимается в свету между второстепенными балками b мм. 9 Рис. 1. Конструктивная схема монолитного перекрытия: 1 главные балки; второстепенные балки; 3 условная полоса шириной 1 м для расчета плиты 1 Рис.. К расчету неразрезной монолитной плиты: а расчетные пролеты и схема армирования; б расчетная схема; в эпюра изгибающих моментов; г расчетное сечение плиты. Так как отношение пролётов плиты в свету между балками 575/1866 плита балочного типа. 11 Для полосы шириной 1 м нагрузка на 1 м плиты будет одновременно служить и нагрузкой на 1 пог. м. плиты. Величины нагрузок приведены в табл. 3. Таблица 3 Нагрузки на 1 м монолитного перекрытия Вид нагрузки Постоянная: 1. От массы плиты толщиной h,8 м, ρ 5 кн/м 3 Нормативная нагрузка, кн/м Коэффициент надёжности по нагрузке Расчётная нагрузка, кн/м,8х5, 1,1,. От массы пола (по заданию),9 1, 1,8 Итого,9-3,8 Временная (по заданию) 4, 1, 4,8 Всего 6,9-8,8 С учётом коэффициента надёжности по назначению здания γ n, 95 расчётная нагрузка на 1 пог. м плиты q ( g + υ) γn ( 3,8 + 4,8),95 7,68кН/м. В расчётах неразрезных плит с учётом пластических деформаций значение изгибающего момента при равных или отличающихся не более чем на % пролётах (в данном случае ,5 1,, принимаем при равномерно распределённой нагрузке в первом пролёте и на первой промежуточной q 7,68 1,776 опоре M 1,кНм ; в средних пролётах q 7,68 1,866 и на средних опорах M 1,67кНм Поперечную силу в плите на крайних и на промежуточных опорах не определяем, так как она воспринимается бетоном плиты с большим запасом. Так как для плиты отношение h 1 3, то в средних пролётах, окаймляющих по всему контуру балками, изгибающие моменты уменьшаем на % в результате положительного действия сил распора. С учётом сказанного, они будут равны,8 1,67 1,34кНм. 1.. Подбор сечений продольной арматуры сеток. В средних пролётах окаймлённых по контуру балками и на опорах, арматуру в плите подбираем для изгибаемого железобетонного элемента прямоугольного сечения размером b h 1 8мм. Рабочая высота сечения h h a 8 58мм, где a мм расстояние от равнодействующего усилия в арматуре до растянутой грани сечения. Для арматуры сварных сеток класса Вр5 по приложению IV.1 определяем α R, M 1,34 1 α m,75 α,376. R 14, R b b h η,5 +,5 1 α m,5 +,5 1,75,986. Тогда усилие в рабочей арматуре сетки на ширине 1 м 6 M 1,34 1 будет равно R A 3431Н, по приложению III принимаем сетку CI номер 34 марки ( η h ), В5 ( ) с фактической несущей способностью продольной арматуры R A 3В5 ( 5) Н. В первом пролёте и на первой промежуточной опоре 13 h мм ; (а 5 мм принято для двух сеток в расчетном сечении). 6, 1 α M m,5 α,376 ; R b h 14, R b η,5 +,5 1 αm,5 +,5 1,5,974; 6 M, 1 R A 4168Н. Дополнительная сетка должна иметь несущую способность продольной арматуры не менее η h, Н ; принимаем сетку С номер марки 31 3В5 ( ) + (1) 94 с RA 4 Н 168 Н. 3В5 ( 5) Расчёт второстепенной балки Методические указания. Армирование второстепенных балок осуществляем сварными каркасами с продольной рабочей арматурой класса А4, с поперечной арматурой класса В5 и монтажной класса А4. Схема армирования второстепенных балок показана на рис. 3. Второстепенная балка рассчитывается как неразрезная многопролётная балка на действие равномерно распределённой нагрузки. Расчётный пролёт для первого (крайнего) пролёта равен расстоянию от оси опоры на стене до грани главной балки (рис. 3,а). c b 5 5 l 6 575мм 5,75м 1. Для последующих пролётов b мм 5,75м. Определяем расчётную нагрузку на 1 пог. м второстепенной балки с грузовой полосы шириной, равной максимальному расстоянию между осями второстепенных балок (,66 м). 14 Постоянная нагрузка: 1. От собственного веса плиты и пола (см. табл. 3). От веса ребра балки Итого Временная нагрузка: 3,8,66 6,78 кн/м,(,4,8) 5 1,1 1,76 кн/м g 8,54 кн/м v 4,8,66 9,9 кн/м Итого с учётом коэффициента надежности по назначению здания, q ( g + υ ) γ n ( 8,54 + 9,9),95 17,54 кн/м. Максимальные пролётные и опорные моменты с учётом перераспределения усилий (рис.3,б): в первом пролёте q 1 17,54 5,75 M 5,7 кнм; на первой промежуточной опоре q 1 17,54 5,75 M 41,4 кнм; во втором и последующих пролётах и второй и последующих опорах q 1 17,54 5,75 M 36,4 кнм; Максимальная поперечная сила на опоре А равна Q A,4 q 1,4 17,54 5,75 4,34 кн. То же на опоре В слева ' Q B,6 q 1,6 17,54 5,75 6,51 кн. На опоре В справа ' Q B,5 q,5 17,54 5,75 5,43 кн. Минимальные значения пролётных моментов определяем по параболам, характеризующим момент от нагрузок q g + υ в нечётных пролётах и на условную постоянную нагрузку 15 ' υ q g + в чётных пролётах; на полную нагрузку q ' g + υ 4 ' υ в чётных пролётах, а условную постоянную нагрузку q g + 4 в нечётных пролётах и проходящим через вершины ординат ' 9,9 опорных моментов. Нагрузка q 8, , кн/м; 4 ' ' q 1 11, 5,75 M1 33,1 кн м; ' q 11, 5,75 M,77 кн м Расчётные минимальные моменты в пролётах при такой схеме загружения равны: в первом пролёте М1min -5,7/ + 33,1-6,76 кн м во втором пролёте Мmin -(41,4 + 36,4)/ +,77-16,6 кн м в третьем пролёте М3min -(36,4 + 36,4)/ +,77-13,47 кн м При расчёте арматуры на указанные моменты учитывается поперечная арматура сеток плиты и верхние (монтажные) стержни сварных каркасов балок. Удостоверимся в правильности предварительного назначения высоты сечения второстепенной балки: 6 M 41,4 1 h,3 мм. R b b α 14,5,89 m Тогда h h + a, ,3 4 мм, т. е. увеличивать высоту сечения не требуется. Выполняем подбор сечения рабочей арматуры в нормальных сечениях балки на действие изгибающих моментов. 16 Сечение в первом пролёте (рис.3,в), M 5,7 кн м. Поперечное сечение второстепенной балки необходимо рассматривать с учётом примыкающих полок плиты. ' h f 8 Так как, , 1 и h l 1 + b мм 66 мм 6 6 (расстояние ' между осями второстепенных балок), принимаем b 66 мм. Вычисляем h h a мм. f Рис. 3. К расчету второстепенной балки монолитного перекрытия: а схема армирования балки; б огибающая эпюра моментов; в расченое сечение в пролете; г расчетное сечение в опоре. 17 Определяем положение нейтральной линии, предполагая что x h 8 мм, тогда f R b h b ' f ' ( h,5h ) 14, ( 365,5 8) f Н мм 778,88 кн м M 5,7 кн м граница сжатой зоны проходит в полке, и расчёт производим как для прямоугольного сечения шириной ' b f b f 66 мм. Вычисляем M α m 5,7 1 6 /(14, ),13 α R, 391; R b ( ) b h η,5 +,5 1 αm,5 +,5 1,13,993, тогда M A R η h 5,7 16 /(35, ) 415,6 мм. По приложению II таблица II.3 принимаем 18 А4 (A 59 мм ). Сечение на опоре В (рис.3,г), М 41,4 кн м. Вычисляем h h а мм. M α m 41,4 1 6 /(14,5 355 ),113 α R,391, Rb b h η,5 +,5 1- α,5 +,5 1,113,94, тогда m 6 M 41,4 1 A 354,6 мм. Принимаем R η h 35, A4 (A 45 мм ). Сечение во втором пролёте (рис.3, в), М 36,4 кн м. Сечение рассчитываем как прямоугольное шириной b ' f 66 мм. Вычисляем 6 M 36,4 1 α m,9 α,391, R b h 14, R b 18 η,5 +,5 1- αm,5 +,5 1,9,995, тогда A M 36, мм. R η h 35, Принимаем 14 А4 (A 38 мм ). Сечение на опоре С (рис.3, г), M 36,4 кн м. Сечение рассчитываем как прямоугольное шириной b мм. 6 M 36,4 1 α m,99 α,391, R 14,5 355 R b b h т.е. сжатая арматура не требуется; η,5 +,5 1 αm,5 +,5 1,99,948, тогда A R M η h 6 36,4 1 37,7 мм 35, По приложению II таблица II.3 принимаем 4 1 A4 (A 314 мм ). Расчёт прочности наклонного сечения балки на действие поперечной силы у опоры В слева (рис.4). По приложению II таблица II.5 из условия сварки принимаем поперечные стержни 6 В5, число каркасов - два (Aw 8,3 57 мм ). Назначаем максимально допустимый шаг поперечных стержней согласно требований п [13] Sw 18 мм ,5 h, ,5 мм. Поперечная сила на опоре Qmax 6,51 кн, фактическая равномерно распределённая нагрузка q 1 q 17,54 кн/м. Проверим прочность наклонной полосы на сжатие между наклонными сечениями из условия [13]. Q,3 Rb b h,3 14, Н 317,55 кн Qmax 6,51 кн, т.е. прочность наклонной полосы обеспечена. По условию [13] проверим прочность наклонного сечения по поперечной силе. По формуле (8.59) [13] определяем усилие в поперечной арматуре на единицу длины. 19 qw Rw Aw / w 3 57 /18 95, Н/мм (кн/м). qw 95 Поскольку,45 ,5, условие Rbt b 1,5 (3.49)[17] выполнено, значение Mb определяем по формуле 6 M 1,5 R b h 1,5 1, ,97 1 Н мм b bt 41,97кН м. Согласно п.3.33 [17] определяем длину проекции опасного наклонного сечения С. Поскольку qw / Rbt b 95 /(1,5 ),45 , то С определяем по формуле M q 41,97 /17,54 1,55м 3h 3,365 1,95м. С b / 1 Принимаем С 1,95 м. Согласно п.3.3[17] определяем длину проекции наклонной трещины С. Так как С С,95 м h,365,73 м, принимаем 1 С,73 м. Тогда Q,75,75 95,73 5,1 w qw С кн. Определяем усилие, воспринимаемое бетоном над наклонной трещиной Qb M b / С 41,97 /1,95 38, 33 кн. Поперечная сила от расчетной нагрузки в конце наклонной трещины будет равна Q Qmax q1 С 6,51 17,54 1,95 41,3 кн. Проверяем выполнение условия 3.5 [17]: Q b + Q w 38,33 + 5,1 9,34 кн Q 41, 3 кн, т.е. прочность наклонного сечения по поперечной силе обеспечена. Требование п [17] также выполняются, поскольку Rbt b h 1,5 365 max 46 мм 18 мм. 3 w Qmax 6,51 1 В средней части пролёта принимаем шаг поперечной арматуры w 7 мм ,75 h, ,75 мм и не более 5 мм, Рис. 4. К расчету прочности наклонного сечения у опоры В: а размеры сечения; б расположение опасного сечения опасной наклонной трещины. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБОРНОГО БАЛОЧНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ.1.Компоновка конструктивных схем Методические указания. В железобетонном перекрытии около 65% расхода железобетона приходится на панели. Поэтому от их рационального проектирования во многом зависит экономичность сборного балочного перекрытия. Номинальную ширину панелей назначают в предлах 1 3 м, а размещение пустот в многопустотных плитах должно соответствовать их типовым размерам согласно рис. 6. В зависимости от типа применяемых панелей компоновка конструктивной схемы сборного балочного перекрытия может выполняться по двум схемам, приведенным на рис. 5. Конструктивная ширина панелей принимается меньше номинальной н
