Многоэтажное производственное здание

Кафедра "“Железобетонные и каменные конструкции”

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

"МНОГОЭТАЖНОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ЗДАНИЕ"

Минск 2009

Аннотация

В курсовом проекте выполнена разбивка сетки колон. Определены расчетные и нормативные нагрузки на плиту перекрытие.

Определена высота поперечного сечения плиты, подобрана арматура. Собраны нагрузки на второстепенную балку, определена высота поперечного сечения балки, подобрана арматура, построена эпюра материалов.

Скомпоновано сечение колоны, которое обеспечивает прочность колоны и общую устойчивость. Осуществлена компоновка и расчет фундамента.

Перечень графического материала: 2 листа формата А2.

Содержание

1. Расчет и конструирование монолитного ребристого перекрытия

1.1 Компоновка конструктивней схемы перекрытия

1.2 Расчёт и конструирование плиты перекрытия

1.2.1 Определение нагрузок

1.2.2 Определение расчетных усилий

1.2.3 Определение высоты сечения плиты

1.2.4 Подбор сечения арматуры

1.2.5 Конструирование плиты

1.3 расчёт второстепенной балки

1.3.1 Определение нагрузок

1.3.2 Определение расчётных усилий

1.3.3 Определение размеров сечения второстепенной балки

1.3.4 Подбор сечения арматуры

1.3.5 Расчет поперечной арматуры

1.3.6. Назначение количества и диаметров продольной рабочей арматуры

1.3.7. Построение эпюры материалов

2. Расчёт и конструирование монолитной железобетонной колонны

2.1 Сбор нагрузок на колонну.

2.2 Расчёт сечения колонны.

3. Расчет фундамента

Литература

1. Расчет и конструирование монолитного ребристого перекрытия

1.1 Компоновка конструктивней схемы перекрытия

Железобетонные ребристые перекрытия могут быть с балочными плитами и плитами, опертыми по контуру. Балочные плиты имеют отношение длинной стороны к короткой , а плиты, опертые по контуру, .

В настоящей курсовой работе рассматриваются принципы проектирования ребристых перекрытий с балочными плитами.

В однопролётных зданиях (шириной до 5-7 м) балки обычно опираются непосредственно на продольные стены. В многопролётных зданиях ребристые перекрытия с балочными плитами представляют собой конструкцию, состоящую из главных и второстепенных балок, расположенных по взаимно перпендикулярным направлениям, и плиты, монолитно связанной с балками в одно целое. Второстепенные балки служат опорами плиты, главные - опорами второстепенных балок, а стены и колонны: - опорами главных балок.

При равномерно распределенной нагрузке и отсутствии отверстий в перекрытии рекомендуется назначать равно пролетные плиты и балки. Если на перекрытии имеется значительная сосредоточенная нагрузка, то балки целесообразно располагать непосредственно под этой нагрузкой.

Ориентировочные расстояния в метрах между второстепенными балками (или пролеты плиты) и соответствующие им минимальные толщины балочных плит в зависимости от нагрузки приняты по табл. I.I. методических указаний.

При выборе расстояния между второстепенными балками следует стремиться к тому, чтобы толщина плиты была минимальной (для производственных зданий - не менее 60 мм).

Рекомендуемые пролеты элементов перекрытия и размеры их поперечных сечений приведены в таблице №1.

Таблица 4

Наименование элемента	Пролет,m	Размеры сечения элемента
		высота	Ширина
Плита	Lпл=1,7ё2,7	8ё10см	100см (условно)
Второстепенная балка	Lвб=5ё7	hвб= (1/12ё1/20) Lвб	bвб= (0,4ё0,5) hвб
Главная балка	Lгб=5ё8	hгб= (1/8ё1/15) Lгб	bгб= (0,4ё0,5) hгб

Установка нескольких лишних второстепенных балок меньше сказывается на общем расходе бетона на перекрытие, чем увеличение толщины плиты. Исходя из этих соображений, пролёт плиты выбирают, как правило, в пределах 1,7 - 2.7 м.

В настоящее время для многоэтажных производственных зданий принимаются унифицированные расстояния между колоннами (кратные модулю 3000 мм и равные 6,9 и 12 м) и унифицированные высоты этажей (кратные модулю 600 мм и равные 3,6: 4.2; 4.8; 6.0 и 7.2 м).

По методическим соображениям дли курсового проектирования размеры в плане и высоты этажей задаются, как правило, неунифицированными. Несмотря на это. все габаритные размеры должны подчиняться единой модульной системе на базе модуля 100 мм. Для возможности более быстрого статического расчета с применением готовых формул и таблиц элементы перекрытия - рекомендуется назначать с равными пролетами или пролетами, не отличающимися более чем на 20% для плит и более чем па 10% для балок. Обычно крайние пролеты плиты, второстепенных и главных балок выполняю меньше средних. В этом случае изгибающие моменты и перерезывающие силы в крайних пролетах приближаются по величине к расчетным усилиям в средних пролетах.

Расположение главных балок по продольному или поперечному направлениям принимаются в зависимости от архитектурных, конструктивных и технологических требований. При курсовом проектировании ограничиваемся выбором конструктивной схемы перекрытия на основе сравнения нескольких вариантов перекрытия по расходу бетона.

Крайние разбивочные оси в производственных зданиях располагаются по внутренним граням стен (нулевая привязка) либо со смещением внутрь стены на расстояние, кратное 100 мм. В настоящей работе принята нулевая привязка.

В целях унификации высоту балок принимает кратной 50 мм при размерах до.600 ми и кратной 100 мм при больших размерах.

Ширину сечения балок назначают 100.120, 150, 200, 220, 250 и далее кратной 50 мм.

Таким образом, выполнение проекта начинается с выбора сетки колонн, привязки наружных стен к крайним разбивочным осям и компоновки конструктивных схем междуэтажного перекрытия.

На основании всех требований и рекомендаций применяем:

пролет плиты L_пл = 1700мм

пролет второстепенной балки L_вб = 5800 мм

пролет главной балкиL_гб = 6800 мм

высота и ширина главной балки соответственно h_гб = 600 мм b_гб = 300 мм

высота и ширина второстепенной балки соответственно h_вб = 400 мм b_вб = 200 мм

Толщина плиты при нормативной нагрузке 9500 Н/м² принимается равной h_пл = 70 мм.

Исходные данные:

здание имеет размеры в плане 20,4х40-м;

высота этажа - 4,8 м

количество этажей - 8

наружные стены - кирпичные несущие

нормативная полезная нагрузка на перекрытие 4кПа.

В настоящей работе принимаем привязку 200 мм.

При наружных станах из кирпичной кладки длину опираниия плиты на стену принимаем 120 мм, второстепенной балки - 250 мм и главной балки - 380 мм

Рис. 1. План монолитного перекрытия.

1.2 Расчёт и конструирование плиты перекрытия

Элементы железобетонного монолитного ребристого перекрытия (плиту, второстепенную и главную балку) рассчитывают отдельно. Расчёт элементов производится в соответствии с указаниями СНиП II - 21 - 75 и "Руководства по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона."

Монолитные ребристые перекрытия выполняются из бетонов классов по прочности на сжатие В10... В15. Класс арматуры принимается в зависимости от принятого варианта армирования.

Подсчет нагрузок на отдельные элементы перекрытия, несмотря на его монолитность, ведется, как для разрезных конструкций.

Для балочных плит повышение несущей способности, обусловленное опиранием по коротким сторонам, относительно невелико. Поэтому для расчета балочной плиты на равномерно распределенную нагрузку из неё мысленно выделяется полоса шириной в 1 м, опертая на второстепенные балки. Такая полоса рассматривается как отдельная неразрезная балка и изгибается в одном направлении.

1.2.1 Определение нагрузок

Нагрузки на 1 м² плиты складываются из постоянной нагрузки (от собственной массы плиты и заданной конструкции пола) и временной (полезной), принимаемой по заданию. Для определения расчетных нагрузок коэффициенты надежности по нагрузке определяются по СНиП II-01.07. - 85 "Нагрузки и воздействия" [2]: пп.2.2 и 3.7СниП II-01.07. - 85, от веса железобетонных конструкций = 1,1, от веса выравнивающих и отделочных слоев (плиты, засыпки, стяжки и др.), выполняемых: в заводских условиях = 1,2, на строительной площадке = 1,3, для равномерно распределенных временных нагрузок =1,2. Определение нагрузок на 1 м² перекрытия приведено в табл.2. При ширине полосы в 1 м нагрузка, приходящаяся на 1 м² плиты, равна по величине нагрузке на 1 п. м полосы.

Таблица 4

1.2.2 Определение расчетных усилий

Плита рассматривается как неразрезная балка, загруженная равномерно распределенной нагрузкой. В неразрезных балочных плитах с равными пролетами или с пролетами, отличающимися не более чем на 20%, изгибающие моменты определяют с учетом перераспределения вследствие пластических деформаций по готовым формулам.

На работу участков плиты, защемленных по четырем сторонам во второстепенных и главных балках, благоприятное влияние оказывают распоры. Поэтому для плит, окаймлённых по всему контуру монолитно связанными с ними балками, рассчитываемых без учета распора, возникающего в предельном состоянии, значения изгибающих моментов следует уменьшить против определенных по расчету в сечениях промежуточных пролетов и промежуточных опор на 20%

Таким образом, расчет следует выполнить для двух полос; условно вырезанных у торцевых стен (участки плиты защемлены по трем сторонам и свободно оперты одной стороной на стену - полоса 1) и в средней части перекрытия (участки плиты защемлены по четырем сторонам - полоса II).

За расчетные пролеты плиты принимаются: средние - расстояния в свету между второстепенными балками; крайние - расстояния от оси опоры на стене (при опирании на наружные стены) до грани ребра второстепенной балки. Длина опорной части плиты на кирпичную наружную стену принимается равной 120 мм. Средний расчетный пролет:

l₀^ср = 1700-2 (b_вб/2) = 1700- 300= 1400 мм

Крайний расчетный пролет:

l₀^кр = 1700-200-b_вб/2+120/2=1700-200-300/2 +120/2 = 1410 мм

Определим расчетную нагрузку:

g=7.196кH/м²

Рис. 1. Схема расчётных пролётов монолитной железобетонной плиты перекрытия.

Определим величины расчетных изгибающих моментов:

а) для первой полосы в первом пролете:

, в средних пролетах и на средних опорах - , на первой промежуточной опоре при раздельном армировании -

б) для второй полосы:

в первом пролете

,

в средних пролетах и на средних опорах

Q_а = 0.4gl_0кр=0,4*7, 196*1,41 = 4,059 кН

Q_в^л= - 0.6 gl_0кр = - 0,6*7, 196*1,41 = - 6,088 кН

Q_в^п=0.5 gl_0ср = 0,5*7, 196*1,4 = 5,037 кН

Построение эпюр изгибающих моментов и поперечных сил для первой и второй полосы.

Рис. 1. Эпюры расчётных изгибающих моментов и поперечных сил при расчёте плиты.

1.2.3 Определение высоты сечения плиты

Толщину плиты, предварительно принятую для вычисления ее веса, необходимо уточнить по наибольшим расчетным усилиям. В расчетном отношении плита представляет собой изгибаемый элемент прямоугольного сечения шириной равной b = 100 см и высотой h

Принимаем бетон класса В15

По табл.13 СНиП 2.03.01 -84* находим для тяжелого бетона марки В15;

расчетное сопротивление при осевом сжатии Rв= 8.5 МПа

расчетное сопротивление осевому растяжению Rвt = 0.75 МПа

По табл.18 СНиП 2.03.01 -84* находим начальный модуль упругости бетона Е_б = 23000 МПа. Принимаем арматуру класса АI с расчетным сопротивлением на растяжение Rs= 225 Мпа. Полезная высота плиты h₀ равна

g_b2 - коэффициент условий работы, равный 0,9

Для плит xопт=0,1ё0,2

Принимаем xопт=0,15 тогда a_m=0,139

Полная высота плиты h = h₀ + а

а - защитный слой

h = 35 + 14 = 49 мм

а = 10 +d/2+ 10 +8/2= 14 мм

d = 8 мм - диаметр предполагаемой рабочей арматуры плиты

Принимаем толщину плиты h = 60 мм

п.5.5. СНиП 2.03.01-84*

Для продольной рабочей арматуры толщина защитного слоя должна составлять, как правило, не менее диаметра стержня и в плитах толщиной до 100 мм включительно - не менее 10 мм.

п.5.3. СНиП 2.03.01-84

Толщина монолитных плит должна приниматься не менее:

для покрытий - 40 мм;

для междуэтажных перекрытий производственных зданий - 60 мм.

Уточняем

h₀ = h - a = 60 - 14 = 46 мм

Проверяем условие:

Q < j_в4*Rвt*g_b2*b* h_0, j_в4

- для тяжелого бетона равен - 0,6

Q = 0,6*0,75*100*0,9*4,6*100 = 18630 H = 18,63 кН > Qmax = 6,088 кН Ю

установка поперечной арматуры для плиты не требуется.

1.2.4 Подбор сечения арматуры

Армирование плиты может осуществляться в виде отдельных стержней или сварных рулонных или плоских сеток. Подбор продольной арматуры в каждом сечении плиты определяется по соответствующим изгибающим моментам. Для плиты первого пролета

Находим

М₁ - изгибающий момент в первом пролете, Н см, h₀ - рабочая высота плиты, см, Rв - расчетное сопротивление сжатию бетона. По таблице по величине a_m =0,081 находим x =0,085 n = 0,9575. Выполним проверку сопоставления x и x _R, где x_R - граничное значение высоты сжатой зоны бетона:

Где w - деформативная характеристика бетона w= a - 0,008*Rв*g_b2= 0,85 - 0,008*8,5*0,9 = 0.7888

Условие x_R=0,70 > x = 0, 1925 выполняется, следовательно, имеем право найти требуемую площадь рабочей арматуры:

Подбор арматуры для полос 1 и 2.

Шаг рабочей арматуры в плитах принимается 100, 150, 200 мм.

Для распределительной арматуры шаг принимается 250 мм.

f_a1= Asтр*f/100=1,313*10/100 = 0,1313см²

Принимаем d = 6 мм с Аs = 0,283 см²

fa2 =1,313*15/100 = 0.197 см² принимаем d = 6 мм с Аs = 0,283 см²

fa3 =1,313*20/100 = 0,263см² принимаем d = 6 мм с Аs = 0,283 см²

Экономически более целесообразно принимать арматуру d = 6 мм с Аs = 0,283 см² с шагом 200 мм.

Для плиты на первой опоре

fa1 = 0,984*10/100 = 0,0984 см² принимаем d = 6 мм с Аs = 0,283 см²

fa2 = 0,984*15/100 = 0,1476 см² принимаем d = 6 мм с Аs = 0,283 см²

fa3 = 0,984* 20/100 = 0, 197 см² принимаем d = 6 мм с Аs = 0,283 см²

Наиболее экономически целесообразно принять арматуру

d = 6 мм с Аs = 0,283 см² с шагом 200 мм.

Для плиты на промежуточных опорах и в промежуточных пролетах

fa1 = 0,8764*10/100 = 0,08764 см² принимаем d = 6 мм с Аs = 0,283 см²

fa2 = 0,8764*15/100 = 0,1315 см² принимаем d = 6 мм с Аs = 0,283 см²

fa3 = 0,8764* 20/100 = 0,1753 см² принимаем d = 6 мм с Аs = 0,283 см²

Экономически наиболее целесообразно принять арматуру d = 6 ммАs = 0.283 см² c шагом 200 мм.

Для полосы 2:

Для плиты первого пролета

Так как изгибающий момент в первом пролете на I полосе и на II полосе одинаков, то расчет будет идентичным расчету по нахождению требуемой площади рабочей арматуры для плиты первого пролета на полосе I.

Для плиты на первой опоре.

Так как изгибающий момент на первой опоре на I полосе и на II полосе одинаков, то расчет будет идентичным расчету по нахождению требуемой площади рабочей арматуры для плиты на первой опоре на полосе I.

Для плиты на промежуточных опорах и в промежуточных пролетах

fa1 = 0,697*10/100 = 0.0697 см² принимаем d = 6 мм As = 0,283 см²

fa2 = 0,697*15/100 = 0.293 см² принимаем d = 6 мм As = 0,283 см²

fa3 = 0,697*20/100 = 0.39 см² принимаем d = 6 мм As = 0,283 см²

Экономически наиболее целесообразно принять арматуру d = 6 мм As = 0.283 см² с шагом 200 мм. Площадь сечения арматуры, требуемая по расчёту и принятая приведена на рисунке 4.

Рис. 1. Схема требуемой площади арматуры плиты перекрытия для полосы 1 и 2 и схемы принятой арматуры для полос 1 и 2 монолитной плиты перекрытия.

1.2.5 Конструирование плиты

Плиты ребристых перекрытий армируют сварными рулонными сетками с продольной или поперечной рабочей арматурой или вязаными сетками. Наиболее экономичным является армирование плит сварными сетками. Их изготавливают из обыкновенной холоднотянутой проволоки класса BpI диаметром 3-5 мм или из стали класса А-Ш диаметром 6-9 мм согласно ГОСТ 8478 "Сетки сварные для армирования железобетонных конструкций". Вязаные сетки состоят из стержней диаметром 6-12 мм из стали класса А-1 или А-П п.5.20 СНиП 2.03.01-84

Расстояния между осями рабочих стержней в средней части пролета плиты и над опорой (вверху) должны быть не более 200 мм при толщине плиты до 150 мм и не более 1,5 h - при толщине плиты более 150 мм, где h. - толщина плиты.

В плитах расстояний между стержнями, заводимыми за грань опоры, не должая превышать 400 мм, причем площадь сечения этих стержней на I м ширины плиты должна составлять не менее 1/3 площади сечения стержней в пролете, определенной расчетом по наибольшему изгибающему моменту.

Сечение распределительной арматуры должно быть не менее, 10% сечения рабочий арматуры (но не менее 3 стержней на I М. П).

Сетки следует проектировать пригодными для применения многоэлектродных точечных машин при соблюдении следующих требований: ширина сетки не долина быть более 3800 мм; диаметр продольных стержней класса А-1 для плоских сеток должен быть не более 12 мм, а класса А-Ш, - не более 10мм; диаметр поперечных стержней класса А-1 не более 10 мм и класса А-Ш - не более 8 мм; шаг продольных стержней должен быть кратным 50 мм, не более 500 мм и не менее 100 мм, а на месте раза сеток 50 мм; шаг поперечных стержней должен быть кратный 25 мм, не более 400 мм и не менее 50 мм; длина плоских сеток не должна быть более 9000 мм.

Рис. 1. Схема расположения сеток.

1 Полоса.

,

2 Полоса.

1.3 расчёт второстепенной балки

1.3.1 Определение нагрузок

Несмотря на неразрезность конструкций, при подсчёте нагрузок они рассматриваются как разрезные. Нагрузки на второстепенную балку принимаются с полосы шириной, равной расстоянию между осями второстепенных балок. Размеры ребра второстепенной балки назначаются предварительно в зависимости от пролёта балки.

1.3.2 Определение расчётных усилий

За расчётные пролёты второстепенной балки принимаются: для средних пролётов - расстояния между главными балками в свету; для крайних пролётов - расстояния от грани главной балки до оси опоры на стене. Многопролётные второстепенные балки с равными пролётами или с пролётами, отличающимися не более, чем на 10%, рассчитываются, как равнопролётные неразрезные балки, свободно лежащие на опорах и загруженные равномерно распределённой нагрузкой.

Определение изгибающих моментов производится с учётом их перераспределения в следствие пластических деформаций.

Определение нагрузки приведено в таблице.

Таблица 4 Нормативные и расчётные значения нагрузок на 1 п. м второстепенной

При ширине сечения главной балки b_гб = 300 мм расчётные пролёты второстепенной балки:

1. в крайнем пролёте l_0кр = 5500-20-15+25/2 = 5275 мм

2. в среднем пролёте l_0ср = 5800-30 = 5500 мм

Рисунок 6. Схема расчётных пролётов монолитной железобетонной второстепенной балки.

Ординаты огибающей эпюры моментов определяются по формуле

М = b* (g+p) *l²

Где g - постоянная нагрузка, кН/м; р - временная нагрузка, кН/м

l - расчётный про лёт, м

Значения коэффициента b принимаем по отношению p/g = 7.752/6.304 = 1.23 Нулевые точки положительных моментов расположены на расстоянии 0,15*1от грани опор, а положение нулевой точки отрицательных моментов в первом пролёте зависят от соотношения p/g

Величины перерезающих сил у опоры определяется по формулам:

У опоры AQ_A = 0.4* (p+g) * l_0кр= 0.4*31.415*6.975 = 87.65 кН

У опоры В слева Q_B = 0.6* (p+g) * l_0кр= 0.6*31.415*6.975 = 131.47 кН

У опоры В справа и у остальных опорQ_C = 0.5* (p+g) * l_0ср= 0.5*31.415*6.9 = 108.38 кН

Определение изгибающих моментов приведено в таблице 5. Окончательные огибающие эпюр моментов и перерезающих сил приведены на рисунке.

Таблица 4

1.3.3 Определение размеров сечения второстепенной балки

Второстепенная балка имеет тавровое сечение. Если полка тавра расположена в растянутой зове, то она при расчете не учитывается, и в этом случае расчет тавровой балки ничей не отличается от расчета прямоугольной балки с шириной, равной ширине, ребра. Поэтому размеры сечения второстепенной балки определяют по наибольшему опорному моменту - Мв.

Как известно, при проценте армирования, равном или большем предельного, изгибаемые элементы разрушаются хрупко по сжатой зоне бетона без развития значительных деформаций. В этом случае в статически неопределимых конструкциях к моменту разрушения перераспределение усилий полностью не реализуется, и несущая способность конструкции не может быть оценена расчет том по методу предельного равновесия. Поэтому для реализации полного перераспределения усилий элементы статически неопределимых конструкций следует проектировать с армированием, меньшим предельного армирования для статически определимых систем.

В связи с этим при подборе сечений, в которых намечено образование пластических шарниров, следует принимать значение x = 0.35 - 0.40. Согласно "Руководству по расчет) статически неопределимых железобетонных конструкций'", необходимо проектировать конструкции гак, чтобы причиной разрушения не могли быть срез сжатой зоны или (особенно в элементах двутаврового в таврового сечения) раздавливание бетона от главных сжимающих напряжений, и применять для армирования конструкций стали, допускающие достаточно большие деформации в пластических шарнирах.

Назначаем ширину ребра второстепенной балки b = 250 мм.

M = 27.964кНм,

a_m - определяется по оптимальному значению = 0,35ё0,4

При x=0,37 = 0.37* (1 - 0.5*0.37) = 0.302

R_b =8,5 МПа - для бетона класса В 15,b - ширина ребра второстепенной балки

Полная высота балки

h = h₀ + a = 25.0 + 4 =29 см

где a - расстояние от нижней грани балки до центра тяжести арматуры.

Так как высота балки должна быть кратна 5 см, то окончательно принимаем сечение второстепенной балки

b*h= (20*40) см

b/h=20/40=0,5= (0,4ё0,5)

Пересчитаем новое значение рабочей высоты второстепенной балки:

h₀ =