Курсовая работа: Проектирование гражданского здания
Шаг поперечных стержней по конструктивным условиям s=h/3=60/3=20см. На всех приопорных участках длиной l/4 принят s=20см, в средней части пролета шаг s=3h/4=3*60/4=45см.
Расчет ведут по формулам.
Вычисляют:
- условие удовлетворяется. Требование
smax=
- удовлетворяется.
Расчет прочности по наклонным сечению. Вычисляют
.
Поскольку
значение «с» вычисляют по формуле
.
При этом
.
Поперечная сила в вершине наклонного сечения Длина проекции расчетного наклонного сечения
.
Вычисляют
Условие прочности
- обеспечивает.
Проверка прочности по сжатой полосе между наклонными трещинами.
Условие
- удовлетворяется.
5. Конструирование арматуры ригеля
Стык ригеля с колонной выполняют на ванной сварке выпусков верхних над опорных стержней и сварке закладных деталей ригеля и опорной консоли колонны в соответствии с (рис. 8,1).
Рис. 8,1. Конструкции стыков сборного ригеля с колонной.
1) арматурные выпуски из ригеля и колонны; 2) ванная сварка; 3) вставка арматуры; 4) стальные закладные.
Ригель армируют двумя сварными каркасами, часть продольных стержней каркасов обрывают в соответствии с изменением огибающей эпюры моментов и по эпюре арматуры (материалов). Обрываемые стержни заводят за место теоретического обрыва на длину заделки W.
Эпюру арматуры строят в такой последовательности:
1) определяют изгибающие моменты М, воспринимаемые в расчетных сечениях, по фактически принято арматуре; 2) устанавливают графически на огибающей эпюре моментов по ординатам М места теоретического обрыва стержней; 3) определяют длину анкеровки обрываемых стержней , причем поперечную силу Q в месте теоретического обрыва стержня принимают соответствующей изгибающему моменту в этом сечении.
6. Расчет сборной железобетонной колонны
Здание на проектирование. Рассчитывать и конструировать колонну среднего ряда.
Высота этажа H=4,2 м. Сетка колонн м. Верх фундамента заглублен ниже отметки пола на 0,6 м. здание возводится в I климатическом районе по снеговому покрову. Конструктивно здание решено с несущими наружными стенами, горизонтальная (ветровая) нагрузка воспринимается поперечными стенами и стенами лестничных клеток. Членение колонн поэтажное. Стыки колонн располагаются на высоте 0,6 м от уровня верха панелей перекрытия. Ригель опираются на консоли колонн. Класс бетона по прочности на сжатие колонн не более В30, продольная арматура класса А-III. По назначению здание относится ко второму классу. Принимаем
Решение. Определение нагрузок и усилий. Грузовая площадь от перекрытий и покрытий при сетке колонн м равна . Подсчет нагрузок сведен в табл. 9,1. При этом высота и ширина сечения ригеля приняты: h=60см, b=40см. При этих размерах масса ригеля на 1 м длины составит: , а на 1 м2
Таблица 9.1 Нормативные и расчетные нагрузки.
Вид нагрузки |
Нормативная нагрузка, Н/м2 |
Коэффициент надежности по нагрузке |
Расчетная нагрузка, Н/м2 |
От перекрытия : Постоянная: -от рулонного ковра в три слоя -от цементного выравнивающего слоя при t=20мм; -от утеплителя- пенобетонных плит при b=120 мм; -от пароизоляции в один слой -от сборных многопуст. плит -от ригелей -от вентиляционных коробов и трубопроводов |
120 400 480 40 2500 1000 500 |
1,2 1,3 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1 |
150 520 580 50 2750 1100 550 |
итого | 5040 | - | 5700 |
Временная (снег) : В том числе кратковременная длительная |
500 350 150 |
1,4 1,4 1,4 |
700 490 210 |
Всего от покрытия | 5540 | - | 6400 |
От перекрытия От ригеля |
13180 1000 |
1,1 |
15584 1100 |
Всего от перекрытия | 1480 | - | 16684 |
Сечение колонн предварительно принимаем . Расчетная длина колонн во втором-пятом этажах равна высоте этажа , а для первого этажа с учетом некоторого защемления колонны в фундаменте
Собственный расчетный вес колонн на один этаж:
во втором-пятом этажах
во первом этаже
Подсчет расчетной нагрузки на колонну сведен в табл. 9,2. Расчет нагрузки от покрытия и перекрытия выполнен умножением их значений по табл. 9,1 на грузовую площадь , с которой нагрузка передается на одну колонну
Таблица 9.2 Подсчет расчетной нагрузки на колону.
Этаж | Нагрузка от покрытия и перекрытия , кН | Собственный вес колонн,кН | Расчетная суммарная нагрузка, кН | |||
Длительная | Кратко-временная | Длительная | Кратковременная | полная | ||
3 | 1424,5 | 341,7 | 34,2 | 1458,7 | 341,7 | 1800,4 |
2 | 2005,5 | 501,7 | 45,6 | 2051,1 | 501,7 | 2552,8 |
1 | 2586,5 | 661,7 | 58,5 | 2645 | 661,7 | 3310 |
В табл. 9.2 все нагрузки по этажам приведены нарастающим итогом последовательным суммированием сверху вниз. При этом снижения временной нагрузки, предусмотренного п. 3,9 СНиП 2,01,07-85 при расчете колонн в зданиях высотой более двух этажей, не делалось, так как для производственных зданий это можно выполнять по указанием соответствующих инструкций, ссылка на которые дается в задании на проектирование.
За расчетное сечение колонн по этажам приняты сечения в уровне стыков колонн, а для первого этажа – в уровне отметки верха фундамента. Схема загружения показана на рис. 9,1
Расчет колонны первого этажа.
Усилия с учетом будут
,
сечение колонны, бетон класса В35 ,
Rb=19,7 МПа,
арматура из стали класса А-III, Rs=360 МПа,
.
Предварительно вычисляем отношение Рис.9,1
Загружение колонн среднего ряда.
Nld/N1=2512/3144.5=0,8; гибкость колонны
,
следовательно, необходимо учитывать прогиб колонны; эксцентриситет , а также не менее принимаем большее значение ; расчетная длина колонны, , значит расчет продольной арматуры можно выполнять по формуле.
Задаемся процентом армирования (коэффициент ) и вычисляем
при Nld/N1=0,8 и по табл. 2,15 коэффициенты и пологая , что , а коэффициент по формулам ;
требуемая площадь сечения продольной арматуры по формуле
принимаем для симметричного армирования А-III с As=64,34см2; , что много ранее принятого .
Если назначить сечение сохранив ранее принятые характеристики материалов то при пересчете будет иметь:
, ; ; при
принимаем для симметричного армирования А-III с As=36,95см2; , что близко ранее принятого .
Фактическая несущая способность сечения 350*350 мм по формуле
Поперечная арматура в соответствии с данными табл. 2 прил. II принята диаметром 8 мм класса А-I шагом и меньше hc =35см.
Расчет колонны второго этажа.
Усилия с учетом будут ,
сечение колонны , бетон класса В35 , Rb=19,7 МПа, арматура из стали класса А-III, Rs=360 МПа, .
Предварительно вычисляем отношение
Nld/N1=1948,5/2425,16=0,8; гибкость колонны ,
следовательно, необходимо учитывать прогиб колонны; эксцентриситет , при см коэффициент ;
коэффициент вычисляем по формуле , предварительно приняв
коэффициент
и пологая , что ,
требуемая площадь сечения продольной арматуры по формуле
принимаем для симметричного армирования А-III с As=19,63см2; , что немного меньше ранее принятого .
Принимая вычисляем фактическую несущую способность сечения 350*350 мм по формуле
Поперечная арматура в соответствии с данными табл. 2 прил. II принята диаметром 8 мм класса А-I шагом и меньше hc =35см.
Расчет колонны третьего этажа.
Усилия с учетом будут ,
сечение колонны , бетон класса В30 , Rb=17 МПа, арматура из стали класса А-III, Rs=360 МПа, .
Предварительно вычисляем отношение Nld/N1=1385,7/1710,4=0,8; гибкость колонны ,
следовательно, необходимо учитывать прогиб колонны; эксцентриситет , при см коэффициент ; коэффициент вычисляем по формуле, предварительно приняв коэффициент
и пологая , что ,
требуемая площадь сечения продольной арматуры по формуле
принимаем для симметричного армирования А-III с As=10,18см2; . Принимая вычисляем фактическую несущую способность сечения 350*350 мм по формуле
Поперечная арматура в соответствии с данными табл. 3 прил. II принята диаметром dsw=6 мм класса А-I шагом и меньше hc =35см.
Расчет консоли колонны. Опирание ригеля на колонну может осуществляется либо железобетонную консоль, либо металлическую столик, приваренный к закладной детали на боковой грани колонны на рис 9.2. Железобетонные консоли считаются короткими, если их вылет l равен не более 0,9h0, где h0- рабочая высота сечения консоли по грани колонны на (рис. 9.2 а). Действующая на консоль опорная реакция ригеля воспринимается бетонным сечением консоли и растянутой арматурой, определяемой расчетом. Консоли малой высоты (рис.9.2 б), на которые опираются ригели или балки с подрезанными опорными концами, усиливают листовой сталью или прокатными профилями-уголками, швеллерами или двутаврами.
Рассмотрим расчет консоли в уровне перекрытия четвертого этажа, где бетон колонн принят пониженной прочности на сжатие. Расчетные данные: бетон колонны класса В20, арматура класса А-III, ширина ригеля b=40см.
Решение. Максимальная расчетная реакция от ригеля перекрытия при составляет . Определяем минимальный вылет консоли из условий смятия под концом ригеля
;
с учетом зазора между торцом ригеля и гранью колонны, равно 5 см, вылет консоли ; принимаем кратно 5 см .
Высоту сечения консоли находим по сечению 1-1, проходящему по грани колонн. Рабочую высоту сечения определяем из условия
где правую часть неравенства принимают не более 2,5Rbt, bch0.
Из выражения выводим условия для h0:
Определяем расстояние «а» от точки приложения опорной реакции Q до грани колонны
.
Максимальная высота ho по условию
.
Минимальная высота ho по условию
Полная высота сечения консоли у основания принята h=70 см,
ho=70-3=67 см.
Находим высоту свободного конца консоли, если нижняя грань ее наклонен под углом , :
условие удовлетворяется.
Расчет армирования консоли. Расчетный изгибающий момент по формуле
Коэффициент А0 по формуле
по табл. 2,12 находим ; .
Требуется площадь сечения продольной арматуры
принято А-III, с As=3,05см2. Эту арматуру приваривают к закладным деталям консоли, на которые устанавливают и затем крепят на сварке ригель. Назначением поперечное армирование консоли; согласно п.5.30 СНиП 2.03.01-84, при консоль армируют отогнутыми стержнями и горизонтальными хомутами по всей высоте (при консоль армируют только наклонными хомутами по всей высоте). Минимальная площадь сечения отогнутой арматуры ; принимаем А-III, с As=4,02 см2; диаметр отгибов должен также удовлетворять условию
и меньше do=20 мм; принято do=1,41 см- условие соблюдается.
Хомуты принимаем двухветвенными из стали класса А-I диаметром 6 мм, Шаг хомутов консоли назначаем из условий требования норм- не более 150 мм и не более (1/4)h=(70/4)=17,5см; принимаем шаг s=150мм ( см. АС- ). Схемы армирования консоли показаны на АС-
7. Расчет монолитного центрально-нагруженного фундамента
Здание на проектирование. Рассчитать и конструировать железобетонный фундамент под колонну среднего ряда. Бетон фундамента В15, арматура нижней сетки из стали класса А-II конструктивная арматура класса А-I. Согласно СНиП [15], условное расчетное сопротивления основания Ro=2,5 МПа. Глубина заложения фундамента H1=2,0 м. Средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах
Решение. Расчетные характеристики материалов: для бетона класса В15, Rb=8.5 МПа; Rbt=0.75 МПа, ; для арматуры класса А-II Rs=280 МПа.
Расчетная нагрузка на фундамент от колонны первого этажа с учетом , N1=3144.5 кН. Сечение колонны . Определяем нормативную нагрузку на фундамент по формуле
,
где - средний коэффициент надежности по нагрузке ( приближенно 1,15-1,2). Требуемая площадь фундамента
Размер стороны квадратного в плане фундамента , принимаем размер подошвы фундамента , .
Определяем высоту фундамента. Вычисляем наименьшую высоту фундамента из условия подавления его колонной по поверхности пирамиды при действии расчетной нагрузки, используя приближенную формулу
- напряжение в основании фундамента от расчетной нагрузки; .
Полная минимальная высота фундамента
где -толщина защитного слоя бетона.
Высота фундамента из условий заделки колонны в зависимости от размеров ее сечения
.
Из конструктивных соображений, учитывая необходимость надежно заанкерить стержни продольной арматоры при жесткой заделке колонны в фундаменте, высоту фундамента рекомендуется также принимать равной не менее
где - глубина стакана фундамента, равная ;
- диаметр продольных стержней колонны; - зазор между торцом колонны и дном стакана.
Принимаем высоту фундамента , число ступеней три. Высоту ступеней из условий обеспеченная бетона достаточной прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении. Расчетные сечения: 3-3 по грани колонны, 2-2 по грани верхней ступени и 1-1 по нижней границе пирамиды продавливания.
Минимальную рабочую высоту первой (снизу) ступени определяем по формуле
.
Конструктивно принимаем ,
Проверяем соответствие рабочей высоты нижней ступени фундамента
условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающимся в сечении 1-1. На 1 м ширины этого сечения поперечная сила
.
Минимальное поперечное усилие , воспринимаемое бетоном
( по п. 3,31 СНиП 2.03.01.-84):
,
где =0,6-для тяжелого бетона; =0-для плит сплошного сечения; =0-ввиду отсутствия продольных сил.
Так как , то условие прочности удовлетворяется.
Размеры второй или третьей ступеней фундамента принимают как, чтобы внутренние грани ступеней пересекали прямую, проведенную под углом 450 к грани колонны на отметке верха фундамента.
Проверяем прочность фундамента на подавление по поверхности пирамиды, ограниченной плоскостями, проведенными под углом 450 к боковым граням колонны, по формуле СНиП [13]:
,
;
- площадь основания пирамиды подавления при квадратных в колонне и фундаменте; um- среднее арифметическое между параметрами верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания в пределах полезнй высоты фундамента ho, равное: или при , .
Подставляем в вычисление значения, тогда
;
условие удовлетворяется. При подсчета арматура для фундамента за расчетные принимаем изгибающие моменты по сечениям, соответствующим расположению уступов фундамента как для консоли с защемленным концом:
Подсчет потребного количества арматуры в расчетах сечениях фундамента в одном направлении:
принимаем нестандартную сетку из арматуры диаметром 18 мм класса А-II по сечению 3-3 с ячейками , в одном направлении (см. сетку С-1 на рис.10,1.
Процент армирования
что больше , установленного нормами. В случае необходимости в дальнейшем проверяют сечение фундамента по второй группе предельных состояний по раскрытию трещин, выполняемому аналогично балочным изгибаемым элементам прямоугольного сечения.
Верхнюю ступень армирует конструктивно горизонтальными сетками С-2 из арматуры класса А-I, устанавливаемыми через 150 мм по высоте; расположение сеток фиксируют вертикальными стержнями мм класса А-I.