Расчет и конструирование железобетонных

Министерство строительства РФ
                   КАЗАНСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ



                                                            Специальность
2902
                                                            Предмет:
“Основы расчета
                                                           строительных
конструкций”



           ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
                        к курсовому проекту
            Тема: “Расчет и конструирование железобетонных
                               конструкций”



                                                            Выполнил
студент

                                                            Защищен
                                                            с оценкой
                                                            Руководитель
проекта



                   СОДЕРЖАНИЕ                                  лист


     1.Введение
     2.Схема перекрытия
     3.Расчет и конструирование плит перекрытий
  3.1.Исходные данные
  3.2.Статический расчет
  3.3.Расчет прочности по нормальным сечениям
  3.4.Расчет прочности по наклонным сечениям
  3.5.Конструирование плит
     4.Расчет и конструирование колонны
  4.1.Исходные данные
  4.2.Нагрузка на колонну
  4.3.Определение размеров сечения колонны и расчет рабочей арматуры
  4.4Конструирование колонны
     5.Расчет и конструирование фундамента
  5.1.Исходные данные
  5.2.Определение размеров подошвы и высоты фундамента
  5.3.Расчет рабочей арматуры
  5.4.Конструирование фундамента
     6.Литература



                             ЗАДАНИЕ

для курсового проектирования по железобетонным конструкциям студента группы
КС-32 Казанского строительного колледжа
г. Горькова Н.В.
                 Тема задания: “Проектирование сборных железобетонных
                                 элементов много этажного здания с
                                 неполным железобетонным каркасом”
    Расчету и конструированию подлежат:
1.Плита перекрытия с круглыми пустотами
2.Колонна среднего ряда первого этажа
3.Фундамент под среднюю колонну

         Данные для проектирования
1.Назначение здания – магазин
2.Шаг колонн a, м - 6
3.Пролет L, м – 6
4.Количество этажей – 3
5.Высота этажа H, м – 4,2
6.Район строительства – Тула
7.Плотность утеплителя ?, кг/м3 – 8
8.Толщина слоя утеплителя ?, мм – 180
9.Глубина заложения фундамента h, м – 1,6
10.Условное расчетное давление на основание R0, МПа – 260
11.Тип пола – IV
12.Номинальная ширина плиты в осях Вн, м – 1,2
13.Класс бетона для плиты перекрытия - В30
14.Класс напрягаемой арматуры в плите – А-V
   Конструкции работают в среде с нормальной влажностью. Вид утеплителя
принять самостоятельно в соответствии с заданной плотностью и толщиной
слоя.

Дата выдачи ____________________
Дата окончания _________________ Преподаватель ______________



                           1.ВВЕДЕНИЕ



                 2.СХЕМА ПЕРЕКРЫТИЯ

     2.1. Общее решение

    В соответствии с заданием ограждающими конструкциями здания являются
кирпичные самонесущие стены, поэтому несущие конструкции будут представлять
собой сборное балочное перекрытие с полным железобетонным каркасом.
    Принимаем сетку колонн 6х6м. Тогда здание будет иметь в поперечном
направлении три пролета по 6м и в продольном направлении семь пролетов по
6м. Ригели располагают поперек здания. В продольном направлении по ригелям
укладывают плиты перекрытия. Ширина рядовых плит – 1,8м, межколонных –
2,4м. При трех полетах по 6м в одном ряду располагают две межколонные плиты
с усиленными продольными ребрами и шесть рядовых плит. Межколонные плиты
соединяют друг с другом стальными полосовыми связями на сварке и, кроме
того, приваривают к колоннам. Рядовые плиты укладывают свободно на полки
ригелей, которые имеют подрезку по торцам. У продольных стен укладывают
сплошные беспустотные доборные плиты шириной 1,2м, толщиной 220мм.
    Привязку поперечных и продольных стен см. рис.1
    Схема раскладки плит перекрытия и маркировка элементов перекрытия
показаны на рис. 1, 2.



                      Рис.1.Схема расположения плит



                    Рис.2.Поперечный разрез здания


          3.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛИТЫ

     3.1.Исходные данные

    Необходимо рассчитать по первой группе предельных состояний
многопустотную плиту перекрытия с круглыми отверстиями. Плита шириной
(номинальная) Вн=1,2м и высотой ИИ-04. Вес 1м2 плиты равен 2,6кн/м2.



                     Рис.3.Поперечное сечение плиты



Материал:
    Бетон класса В30.
Расчетное сопротивление бетона с учетом коэффициента условий работы ?в2=0,9
Сжатию      – Rв?в2=15,3МПа
Растяжению - Rвt?в2=1,08МПа
  Передаточная прочность бетона при обжатии – Rвр=0,8В=0,8 30=24МПа
  Арматура класса А-V  - табл.3.2.,3.4.[Л-6.1]. Натяжение арматуры проводят
на упоры механическим способом.
    Нормативное сопротивление арматуры Rsn=785МПа
    Расчетное сопротивление арматуры Rs=680МПа
Начальное предварительное напряжение, передаваемое на поддон:
           ?0=0,8 Rsn=0,8 785=628МПа
Проверяем условие СНиП 2.03.01-84 при напряжении арматуры на упоры:
                  ?0+р<Rsn=628+31,4~660МПа<785МПа
              p=0,05?0=0,05 628=31,4МПа
                  ?0-р>0,3Rsn; 628-31,4=596,6МПа>0,3 785=235,5МПа
Предварительные напряжение с учетом полных потерь, принятых по СНиП
?п=100МПа при: ?sp=1 составит
                  ?sp=628-100=528МПа

      3.1.1.Сбор нагрузок

    Нагрузка на 1м2 перекрытия приведена в табл.3.1. Нормативная временная
нагрузка на перекрытие, коэффициенты надежности по нагрузке приняты по СНиП
2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”.

                        [pic]
                       Рис. 4. Конструкция пола



                                                                   Таблица
                                                             3.1.
|Вид нагрузки               |Нормативная кн/м3|?f    |Расчетная кн/м3       |
|      Постоянная           |                 |      |                      |
|                           |                 |      |                      |
|Мозаичный пол              |                 |      |                      |
|0,04 22                    |0,88             |1,3   |1,14                  |
|Подготовка из бетона       |                 |      |                      |
|0,03 20                    |0,6              |1,2   |0,72                  |
|Гидроизоляция              |                 |      |                      |
|0,003 6                    |0,02             |1,2   |0,02                  |
|Железобетонная плита       |2,6              |1,1   |2,86                  |
|Итого                      |~4,1             |      |4,74                  |
|                           |                 |      |                      |
|Временная                  |                 |      |                      |
|                           |                 |      |                      |
|для магазина               |4                |1,2   |4,8                   |
|                           |                 |      |                      |
|Полная                     |8,1              |      |9,54                  |

    Расчетная нагрузка на 1 пог. м длины плиты с её номинальной шириной
Вн=1,2м
                q=9,54 1,2~11,4кн/м

       3.1.2.Определение расчетного пролета

[pic]
                Рис.5 Схема опирания плиты на ригель

    Плиты опираются на полки ригелей. Номинальный пролет плиты в осях
Lн=6000мм, зазор между торцом плиты и боковой гранью ригеля примем равным
20мм. Конструктивная длина плиты Lк=Lн-вр-2 20=6000-200-2 20=5760мм.
Расчетный пролет плиты L0=Lк-2 80/2=5680мм.



      3.2.Статический расчет

    Плита работает как однопролетная свободно опертая балка с равномерно-
распределенной нагрузкой по длине.

[pic]

[pic]
                         Рис.6. Расчетная схема плиты

Расчетный изгибающий момент в плите
           [pic]
Расчетная поперечная сила на опоре

           Q=0,5qL0=0,5 11,4 5,68= 32,38кн


     3.3.Расчет прочности по нормальным сечениям

    Расчетное сечение плиты принимаем как тавровое высотой h=220мм,
толщиной полки hп=30,5мм. Ширина верхней полки тавра
вп=1190-2 15=1160мм (15мм – размер боковых подрезок), ширина ребра:
     в=1190-2 15-159 6=206мм



            Рис.7.Расчетное сечение (а) и схема усилий (б)


  Определим несущую способность приведенного сечения при условии х=hf
   Мсеч.=Rв вf hf(h0-0,5hf)=15,3 116 3,05(19-3,05/2)=94594,62МПа см3=94,6кн
м
   Мсеч.>М (94,6кн м>46кн м), следовательно, нейтральная ось проходит в
полке и расчет ведем как для прямоугольного сечения при ?<?R
    Вычисляем табличный коэффициент
        [pic]
где h0=h-as=22-3=19см – рабочая высота сечения по табл. 3.9.[Л-1]
           ?=0,075, ?=0,962
    ?<?R=0,075<0,58;  ?R=0,58 – см. табл. 3.28.[Л-1]
Требуемая площадь арматуры: из условия прочности
 [pic]

где ?s6 – коэффициент условий работы арматуры
?s6=?s6-(?s6-1) ?=1,15-(1,15-1) [pic]=1,13
Аs=?s6 Аs=1,3 3,3=4,29см2
В случаях когда полные потери предварительного напряжения не
подсчитываются, а берутся по СНиП (?п=100МПа) рекомендуется площадь
арматуры принимать ~ на 30% больше требуемой из условия прочности.

      3.4.Расчет прочности по наклонным сечениям

    Проверка прочности наклонного сечения проводится из условия (3.31) и
(3.32) [Л-6.1]
     Q<Qв=0,35Rв вh0=0,35 15,3 21 19=2137МПа см2 ~214кн
       Q=32,38кн<Qв=214кн
     Q<Qв=0,6Rвt вh0=0,6 1,08 21 19=258,5МПа см2=25,85кн
       Q=32,38кн>Qв=21,4кн
Следовательно, необходим расчет поперечной арматуры.

     3.5.Конструирование плиты

    Напрягаемая рабочая арматура в плите ставится в виде отдельных стержней
независимо от числа отверстий. Принятые стержни  6 10 А-V ставим после
каждого отверстия кроме середины. В соответствии с рабочими чертежами для
верхней полочки принимаем сварную стандартную сетку из арматурной проволоки
В-I марки 250/200/3/3. – С1.



    По низу плиты сетку укладывают отдельными участками у торцов и по
середине – C2,С3.
    Вертикальные каркасы КР1 ставят только на крайних четвертях пролета
плиты.
Подъемные петли приняты   12 A-I - ПМ1. Армирование плиты показано на
рис.8. Арматурные изделия на рис.9.



                             Рис.8.Схема армирования плиты



                 Рис.9.Арматурные изделия плиты


        4.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛЛОНЫ

    Колоны приняты квадратного сечения, одноярусные с прямоугольными
консолями размером 15х15см. Оголовок колоны поднимается над плитами
перекрытия на 60см. Нижняя ветвь колоны первого этажа заделывается в стакан
фундамента.


     4.1.Исходные данные

    Требуется рассчитать колону среднего ряда первого этажа на
эксплуатационные нагрузки.
    Расчетные характеристики материалов:
для бетона кл. В20 Rв ?в2=11,5 0,9=10,35МПа
для арматуры кл. А-II Rsc=280МПа

    4.2.Нагрузка на колонну

    Нагрузка на колону передается от покрытия и перекрытия. Грузовая
площадь, с которой собирается нагрузка на колону, определена как
произведение расстояний между разбивочными осями Агр=6х6=36м2


(см. рис.1.). Конструкция покрытия дана на рис.2. Вес снегового покрова для
г.Тула 100кгс/м2 (1,0 кн/м2) по СНиП 2.01.07-85, вес 1м длины ригеля 500кгс
(5кн), вес 1м2 плиты покрытия 260 кгс (2,6кн). Расчет нагрузок сведен в
табл.4.1.



                                                                  Таблица
                                                                  4.1.
|Нагрузка от покрытия                |Нормативная кн |?f    |Расчетная кн  |
|           Постоянная               |               |      |              |
|                                    |               |      |              |
|Гравий втопленный в битумную        |               |      |              |
|мастику                             |               |      |              |
|0,015 20 36                         |10,8           |1,2   |13            |
|3 слоя рубероида на битумной        |               |      |              |
|мастике                             |               |      |              |
|0,15 36                             |5,4            |1,1   |5,94          |
|Цементная стяжка                    |               |      |              |
|0,03 19 36                          |20,52          |1,3   |26,68         |
|Утеплитель                          |               |      |              |
|0,18 8 36                           |51,84          |1,1   |57,02         |
|Пароизоляция                        |               |      |              |
|0,05 36                             |1,8            |1,2   |2,16          |
|Железобетонная плита                |               |      |              |
|2,6 36                              |93,6           |1,1   |102,96        |
|Железобетонный ригель               |               |      |              |
|5 6                                 |30             |1,1   |33            |
|Итого постоянная                    |213,96         |      |240,76        |
|                                    |               |      |              |
|Временная                           |               |      |              |
|Снег г. Тула                        |               |      |              |
|1 36                                |36             |1,2   |43,2          |
|в том числе длительная 50%          |18             |1,2   |21,6          |
|Итого длительная Nдл.пок.           |231,96         |      |262,36        |
|                                    |               |      |              |
|Полная Nпок.                        |249,96         |      |283,96        |



Нагрузка от перекрытия берется из табл.3.1., а именно, нормативная нагрузка
4,1кн/м2, расчетная нагрузка 4,74кн/м2; вес 1м длины ригеля перекрытия 5кн.
Временная длительная на перекрытие для магазина 0,3кн/м2 [Л-6.2]. Расчет
нагрузок сведен в табл. 4.2.



                                                                  Таблица
                                                             4.2.
|Нагрузка от перекрытия           |Нормативная кн   |?f     |Расчетная кн  |
|                                 |                 |       |              |
|Пол и плита:                     |                 |       |              |
|Нормативная 4,1 36               |147,6            |-      |              |
|Расчетная 4,74 36                |                 |-      |170,64        |
|Железобетонный ригель            |                 |       |              |
|5 6                              |30               |1,1    |33            |
|Итого постоянная                 |177,6            |       |203,64        |
|                                 |                 |       |              |
|Временная                        |                 |       |              |
|                                 |                 |       |              |
|для магазина                     |                 |       |              |
|1 36                             |36               |1,2    |43,2          |
|в том числе длительная           |                 |       |              |
|0,3 36                           |10,8             |1,2    |12,96         |
|Итого длительная. Nдл.пер        |188,4            |       |216,6         |
|                                 |                 |       |              |
|Полная Nпер.                     |213,6            |       |246,84        |


    Сечение колонн ориентировано принято вхh=30х30см=0,3х0,3м. Собственный
вес колонны одного этажа
              Nк=в h ? H ?f=0,3 0,3 25 4,2 1,1=10,395кн
    Нагрузку на колонны каждого этажа определяем в соответствии со схемой
загружения (рис.11), начиная с третьего этажа путем последовательного
суммирования. Подсчеты сведены в табл.4.3.

[pic]


   Рис.10.Расчетная схема колонны             Рис.11.Схема загружения



|Этаж  |Длительная нагрузка кн            |Полная нагрузка кн              |
|      |                                  |                                |
|3     |262,36+10,395=272,755             |283,96+10,395=294,355           |
|      |                                  |                                |
|2     |272,755+10,395+216,6=499,75       |294,355+10,395+246,64=551,39    |
|      |                                  |                                |
|1     |499,75+10,395+216,6=726,745       |551,39+10,395+246,64=808,425    |


    Продольное усилие на колонну первого этажа от полной нагрузки
N1=8084МПа см2, от длительной нагрузки Nдл.=7267МПа см2

      4.3.Определение размеров сечения колонны и расчет рабочей арматуры

    Расчет колонны ведем с учетом случайного эксцентриситета. При
центральном загружении и наличии только случайного эксцентриситета колонны
прямоугольного сечения с симметрической арматурой кл. А-I, А-II, А-III при
их расчетной длине L0<20h (420<20 30=600) можно рассчитать по несущей
способности по условию:
            N<?в ?в(RвAв+RsAs)
Где  N – расчетная продольна сила, равная N1;
         ?в – коэффициент условий работы (?в=0,9 при h<200мм и ?в=1 при
          h>200мм);
         ? – коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность
         загружения, гибкость и характер армирования;
     L0-расчетная длина колонны, принимаемая равной высоте этажа
         H=4,2м;
     Asc-площадь сечения сжатой арматуры
     Ав=вхh-площадь сечения колонны
    Предварительно принимаем ?=?=1, коэффициент армирования
[pic]. Тогда требуемая площадь сечения колонны из условия несущей
способности:
 [pic]
   Принимаем Ав=вхh=25х25=625 см2
   Вычисляем L0/h=420/25=16,8,  [pic]
?=1 (при h>20см). По табл. 3.20[Л-1] ?в=0,75  и ?ч=0,82 (пологая, что
Апс<As/3).
Коэффициент ? определится по формуле
?=?в+2(?ч-?в)[pic]


    Определяем площадь сечения арматуры по формуле
         [pic]
    В колоннах рабочая арматура принимается диаметром не менее 12мм. По
сортаменту табл. 3.10[Л-6.1] принимаем 4 22А-II (Аsc=15,20см2)
Коэффициент армирования составляет
          [pic]
Полученное значение µ находится в диапазоне рекомендуемых значений (0,01-
0,02).

        4.4.Конструирование колонны

    Колонна армируется сварным пространственным каркасом. При диаметре
продольных стержней 22мм по условию технологии сварки диаметр поперечных в
этом случае принят 8мм – табл. 1.2 прил.1 [Л-6.4]
Шаг поперечных стержней в сварных каркасах должен быть S<20d, но не более
500мм. Принято S=400мм<20 22=440мм и не более 500мм.
Кроме того, в голове колонны ставятся конструктивные сетки из арматуры  8A-
III не менее трех штук. Консоль армируется каркасом – балочной.
Размещение рабочих и поперечных стержней в сечении колонны показано на
рис.12.



       Рис. 12. Размещение арматуры в сечении колонны



           5.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА

    Учитывая значительное заглубление фундамента, целесообразно принять
конструкцию его с подколонником стаканного вида и плитой.
Фундаменты по средней колонны рассматривают как центрально нагруженные.

       5.1.Исходные данные

    Глубина заложения фундамента H1=1,6м. Грунт основания имеет условное
расчетное сопротивление R0=0,26МПа (260 кн/м2).
    Расчетные характеристики материалов:
для бетона кл. В15 Rв ?в2=8,5 0,9=7,65МПа (0,76кн/см2)
                     Rвt ?в2=0,75 0,9=0,675МПа (0,07кн/см2)
для арматуры кл. А-III  >10 Rs=365МПа (36,5 кн/см2)
    Расчетная нагрузка Nф=______кн (см. табл. 4.3.)

      5.2. Определение размеров высоты и подошвы фундамента

    Высота фундамента определяется как размерность между отметками его
подошвы и обреза.
                 h=1,6-0,15=1,45м
    Глубина стакана фундамента принята hc=750мм, что удовлетворяет условию
по заделке арматуры
                 hc>30d+?=30 22+50=710мм
где   d=22мм – диаметр продольной арматуры колонны
           ?=50мм – зазор между торцом колонны и дном стакана
и что больше необходимого значения hс=1,5hк=1,5 30=45см.
    Принимаем толщину стенок стакана поверху 225мм и зазор 75мм, размеры
подколонника в плане будут:
      ас=вс=hк+2 225+2 75=300+450+150=900мм



                      Рис. 13.Констукция фундамента

Толщину плитной части  фундамента назначаем h1= ____мм, (кратно 150мм)
    Ориентировочно площадь основания фундамента определяем по формуле

               [pic]
    Учитывая, что сечение колонны квадратное, подошва фундамента принята
тоже квадратной. Ориентировочно значение размера  стороны подошвы такого
фундамента
                 вф=аф= [pic]~1,9м
    Назначаем окончательно вф=аф=______мм (кратно 300мм). Тогда площадь
подошвы будет равна Аф=вф аф=_______=_______м2 и среднее давление на грунт
составит
                [pic]<R0=250кн/м2

        5.3. Расчет рабочей арматуры

     Фундамент работает на изгиб от реактивного отпора грунта.
Изгибающий момент в сечении 1-1 у грани ступени (см. рис.13) определяется
по формуле
      М1-1=0,125Ргр(аф-ас)2 вф=0,125__________________________________кн м
    Необходимая площадь арматуры при h01=_____см


      [pic].
   Изгибающий момент в сечении 2-2 у грани колонны будет равен
      М2-2=0,125Ргр(аф-вк)2 вф=
   Необходимая площадь арматуры при h02=____см
      [pic]
По большему значению As подбираем сетку.

       5.4.Конструирование фундамента

    Фундамент армируется сеткой, которую укладывают в нижней части плиты.
Шаг стержней в сетках принимают 100-200мм, минимальный диаметр арматуры в
сетках фундаментов должен быть 10мм.
    Принимаем шаг стержней S=___мм=__см. Размеры сетки ___________мм.
Необходимое число рабочих стержней в сетке
 [pic]шт
Принимаем _________  As=________см2, что больше требуемого
As1-1=_____см2. Такое же количество стержней должно быть уложено в
перпендикулярном направлении, т.к. колонна ______________ квадратные и
моменты в ______________________ равны.



               Рис.14. Сетка фундамента

Армирование стаканной части фундамента условно не показано.


                    6.ЛИТЕРАТУРА

    6.1. В.В. Доркин и др. “Сборник задач по строительным конструкциям”.
Стройиздат. 1986г.
    6.2. СНиП 2.01.07-85 “Нагрузка и воздействие” 1985г.
    6.3. СНиП 2.03.01-84 “Бетонные и железобетонные конструкции” 1985г.
    6.4. А.Н. Кувалдин и др. “Примеры расчета железобетонных конструкций
зданий” Стройиздат. 1976г.
    6.5. В.Н. Семенов “Унификация и стандартизация проектной документации
для строительства” Стройиздат. 1985г.



-----------------------
Мозаичный пол ?=22кн/м3
Подготовка из бетона ?=20кн/м3
Гидроизоляция ?=6кн/м3
Жб плита ?=2,6кн/м3

эп. М

эп. Q



Q=0,5qL0



[pic]??