Архитектурно-конструктивное решение здания

Введение

 

Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры, работающих совместно благодаря сцеплению, возникающему между ними. Бетон - это искусственный каменный материал, хорошо сопротивляется сжатию, а на растяжение работает в 15-20 раз слабее. Для повышения прочности бетона применяют арматуру, которая обладает значительно более высокой прочностью на растяжение и позволяет существенно повысить несущую способность строительных конструкций.

Именно поэтому железобетонные конструкции имеют большую прочность, долговечность, огнестойкость и стойкость против атмосферных воздействий вследствие чего и получили большое распространие в современном домостроении. Железобетонные конструкции широко применяются в жилых, общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданиях.

Расчет железобетонных конструкций проводится для правильной работы всех конструкций в целом, во избежание недопустимых просадок, отклонений, изгибов и прогибов.

В расчетах производится подбор бетона и арматуры обеспечивающие несущую способность конструкций.

Ошибки при проектировании железобетонных конструкций могут  привести к неправильной работе отдельных конструкций, всего здания, а также могут привести к разрушению всего здания в целом.

 

1. Архитектурно-конструктивное решение здания

В соответствии с заданием на курсовой проект запроектирована четырехэтажная секция жилого здания торцевая левая на 16 квартир типа 1,2,3,4 в г.Барановичи. Климатический район строительства II-В. Нормативное значение снеговой нагрузки для II-го снегового района – 1,2 МПа. Нормативное значение ветрового давления для I-го ветрового района – 0.23 МПа (по данным СНиП 2.01.01-85 «Нагрузки и воздействия»). Средняя температура наружного воздуха по данным СНБ 2.04.01-97 «Строительная теплотехника».

   -наиболее холодных суток - 30°С

   -наиболее холодной пятидневки  - 26°С

Степень долговечности здания – II

Степень огнестойкости здания – III

Класс здания – II

Здание запроектировано  на участке прямоугольной формы размером 28,400×15,600 м. Рельеф местности спокойный с понижением на северо-запад.

Здание подвальное.

Здание запроектировано  с продольными несущими стенами. Кровля скатная. Угол ската 30⁰.  Высота этажа 2,8 м. Высота подвала 2,4 м. Наружные стены толщиной 400 мм. выполнены из блоков ПГС, внутренние – кирпичные толщиной 380 мм.

Пространственная жесткость  и устойчивость здания обеспечивается перевязкой вертикальных швов между  кирпичами, армированием  узлов и  мест примыкания внутренних стен к наружным и анкеровкой плит перекрытия со стенами и между собой.

Уровень грунтовых вод  находится на отметке 2,7 м. от дневной  поверхности. Глубина заложения  фундамента –2,500 м. Грунт – песок  мелкий. e=0,65, γ,,=γ,,'=18,5, φ=28⁰, c=2.

В данном курсовом проекте  будут рассчитаны три железобетонных элемента: брусковая надоконная перемычка 2ПБ17-2; многопустотная ненапрягаемая плита перекрытия ПТМ 63.15.22-8 S1400-3W; фундамент ленточный под внутреннюю стену ФЛ14.24-4.

 

Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры, работающих совместно благодаря сцеплению, возникающему между ними. Бетон - это искусственный каменный материал, хорошо сопротивляется сжатию, а на растяжение работает в 15-20 раз слабее. Для повышения прочности бетона применяют арматуру, которая обладает значительно более высокой прочностью на растяжение и позволяет существенно повысить несущую способность строительных конструкций.

Основные достоинства  железобетона - высокая прочность, долговечность, огнестойкость, стойкость против атмосферных  воздействий, возможность использования  местных материалов, простота формообразования, небольшие эксплуатационные расходы.

К недостаткам железобетона следует отнести большую плотность, высокую тепло- и звукопроводимость, появление трещин вследствие усадки и силовых воздействий.

Для снижения плотности и  теплопроводности железобетона следует  использовать легкие пористые заполнители, при этом массу конструкции можно  уменьшить, применяя тонкостенные и  пустотные конструкции. Специальная  технологическая обработка с  помощью пропаривания, вакуумирования повышает трещиностойкость железобетона.

Железобетонные конструкции  по способу изготовления могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными. При строительстве зданий и сооружений из сборных железобетонных конструкций  вначале на специальных заводах  или полигонах изготавливают  отдельные элементы, из которых на стройплощадке монтируют здания или сооружения. Сборные железобетонные конструкции наиболее индустриальные, так как в их основу положено заводское  изготовление и механизированный монтаж.

При возведении монолитных железобетонных конструкций на месте  строительства устанавливают опалубку, в нее укладывают арматуру и бетонную смесь. После достижения бетоном  необходимой прочности опалубку снимают, получая монолитную конструкцию. Из монолитного железобетона возводят сооружения, трудно поддающиеся членению на однотипные элементы и требующие  повышенной жесткости.

При использовании сборно-монолитных конструкций вначале укладывают сборные железобетонные элементы, выполняющие  роль опалубки, а затем выполняют  бетонирование.

Железобетон применяют в  самых различных отраслях строительства, находя в каждой из них оптимальные  формы для него. Из железобетона возводят жилые и общественные здания, промышленные предприятия, сельскохозяйственные постройки.

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………………………………………

1. Архитектурно-конструктивное решение здания…………………………………….
2. Сбор нагрузок…………………………………………………………………………………………
1. Сбор нагрузки на 1 м² покрытия……………………………………………………...
2. Сбор нагрузок на 1 м² междуэтажного перекрытия……………………….

                 2.3.  Сбор нагрузок на 1 м² чердачного перекрытия………………………………

3. Расчет ненапряженной пустотной плиты перекрытия…………………………..
1. Определение расчетных усилий и прочностных характеристик материалов…………………………………………………………………………………..
2. Определение геометрических характеристик сечения……………………
3. Расчет прочности по нормальным сечениям………………………………….
4. Расчет прочности по наклонным сечениям…………………………………….
5. Проверка панели на монтажные усилия…………………………………………
4. Расчет брусковой перемычки над оконным проемом………………………….
1. Определение расчетных усилий для самонесущей перемычки……..
2. Определение характеристик прочности бетона и арматуры…………..
3. Расчет перемычки на прочность по нормальным сечениям…………..
4. Обеспечение прочности по наклонной трещине…………………………….
5. Расчет прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами……………………………………………………………………………………
6. Проверка необходимости постановки поперечной арматуры по расчёту………………………………………………………………………………………….
5. Расчёт ленточного фундамента под внутреннюю стену здания……………
1. Сбор нагрузки на фундамент………………………………………………………….
2. Определение ширины подошвы фундамента………………………………..
3. Расчёт тела плитной части фундамента………………………………………….
4. Расчет на продавливание (местный срез)………………………………………

 

 

2. Сбор нагрузок

2. 1. Сбор нагрузок на 1 м² надподвального перекрытия

 

Рисунок 1 Экспликация пола надподвального перекрытия

 

Таблица 1 Сбор нагрузки на 1м² надподвального перекрытия

№ п/п	Нагрузка	Подсчет	Нормативная нагрузка gn, кН/м2	γf	Расчетная      нагрузка g, КН/м2
1 1.1 1.2   1.3   1.4   1.5	Постоянная Доски ходовые 50 мм Шлакоизвестковая корка Плиты минераловатные 125мм. 3 слоя Слой бикроста на битумной мастике Ж/б плита перекрытия 220 мм.	0,05∙500∙10/103 0,03∙1800∙10/103   0,125∙3∙125∙10/103   0,003∙400∙10/103   0,14∙2500∙10/103	0,25 0,54   0,47   0,012   3,5	1,35 1,35   1,35   1,35   1,15	0,34 0,73   0,63   0,016   4,03
		Всего:	gn=4,772		g=5,746
2 2.1	Временная Полезная		1,5	1,5	2,25
		Всего:	qn=6,272		q=7,996

 

 

2.2 Сбор нагрузок на 1 м² междуэтажного перекрытия

 

Рисунок 2 Экспликация пола междуэтажного  перекрытия

 

Таблица 2 Сбор нагрузки на 1м² междуэтажного перекрытия

№ п/п	Нагрузка	Подсчет	Нормативная нагрузка gn, кН/м2	γf	Расчетная      нагрузка g, КН/м2
1 1.1 1.2 1.3   1.4   1.5 1.6 1.7	Постоянная Доска 28 мм. Пароизоляция 3 мм. Лаги 80×52 мм с шагом 400 мм Прокладка из бруса  мм. Звукоизоляция 20 мм. Утеплитель 70 мм. Ж/б плита перекрытия 220 мм.	0,028∙500∙10/103 0,003∙80∙10/103 0,08∙0,052∙500∙10/0,4∙103   0,1∙0,1∙500∙10/0,4∙103   0,02∙175∙10/103 0,07∙125∙10/103 0,14∙2500∙10/103	0,14 0,0024 0,052   0,125   0,035 0,088 3,5	1,35 1,35 1,35   1,35   1,35 1,35 1,15	0,19 0,0032 0,07   0,17   0,047 0,118 4,025
		Всего:	gn=3,942		g=4,623
2 2.1	Временная Полезная	Таб. 3 СНиП	1,5	1,5	2,25
		Всего:	qn=5,442		q=6,873

 

 

2.3 Сбор нагрузок на 1 м² покрытия

Рисунок 3 Экспликация покрытия

 

Таблица 3 Сбор нагрузки на 1м² покрытия

№ п/п	Нагрузка	Подсчет	Нормативная нагрузка gn, кН/м2	γf	Расчетная      нагрузка g, КН/м2
1 1.1 1.2   1.3   1.4   1,5	Постоянная Металлочерепица Обрешетка   Противоконденсатная пленка Контробрешетка   Стропильная нога	5∙10/103∙cos30 0,035∙0,1∙500∙10/ /103∙0,35∙cos30     0,05∙0,025∙500∙10/ /103∙0,35∙cos30 0.18∙0.05∙500∙10/ 103∙cos30∙1,2	0,057 0,058   0,5   0,021   0,043	1,35 1,35   1,35   1,35   1,35	0,077 0,078   0,675   0,028   0,058
		Всего:	gn=0,679		g=0,916
2 2.1	Временная Снеговая (г. Барановичи)	0,8∙0,87	0,696	1,6	1,114
		Всего:	qn=1,375		q=2,03

 

3. Расчет и конструирование многопустотной

плиты перекрытия

ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ: Рассчитать и сконструировать многопустотную плиту перекрытия марки ПТМ 63.15.22-8 S1400-3W. Панель опирается на несущие кирпичные стены здания жилого дома. Расчетная равномерно-распределенная нагрузка на перекрытие q=8,35 кН/м². Панель выполнена из бетона С20/25, армируется стержневой арматурой класса S1400, поперечная арматура принята класса S500.

Последовательность  расчета плиты

1. Начертить поперечное сечение плиты, поставить размеры и показать схему армирования.
2. Определить усилия, возникающие в плите от расчетных и нормативных нагрузок.
3. Определение геометрических характеристик сечения.
4. Выписать из норм характеристики прочности бетона и арматуры.
5. Выполнить расчеты плиты по предельным состояниям первой группы (по прочности).
1. Рассчитать плиту на действие  изгибающего момента возникающего от расчетной нагрузки и подобрать рабочую продольную арматуру
2. Рассчитать плиту на действие поперечной силы и подобрать поперечную арматуру.
3. Рассчитать полку плиты на местный изгиб и подобрать сетки для её армирования.
4. Рассчитать полку на действие изгибающего момента возникающего при её подъеме и монтаже, и подобрать монтажную арматуру.
6. Сделать арматурный чертеж плиты.

 

1. Определение расчетных усилий и прочностных характеристик

Рисунок 4 Поперечное сечение плиты

1-сетка

2-каркас

3-продольная арматура

 

2. Определение  усилий возникающих в плите  от расчетных и нормативных нагрузок

Рисунок 5 определение расчетной длины панели

1. Конструктивная длина панели L_с=6,280 м.
2. Расчетная длина панели L₀=L_k-190/2-180/2=6,28-95-90=6,095 м.

3. =39,31 кН∙м

4. == 54,83 кН

 

3. Определяем геометрические характеристики

1. Сечение многопустотной панели приводим к эквивалентному двутавровому профилю. Круглые отверстия заменяют квадратными с той же площадью, моментом инерции и положением центра тяжести.

2.  Высота эквивалентного квадрата h₁=0,9∙d=0,9∙159=143 мм. Бетон растянутой зоны в работе не участвует.

3. Определяем высоту сжатой  полки панели по формуле 

h^’_f =,

4. проверяем условие ==0,175>0,1; условие выполняется, следовательно, в расчет вводится  вся ширина полки b'f=1460 мм.

5. Определяем расчетную  ширину ребра = b^’_f - n∙ h_1, где n - количество пустот, определяемое по формуле n=b/200=1500/200=7 пустот;  b=1460-7∙143=459 мм.

6.  Определяем рабочую высоту сечения d=h-c=220-25=195 мм.

 

Рисунок 6 Расчетное сечение  панели

4. Определяем характеристики прочности бетона и арматуры

Определяем необходимые  характеристики для бетона класса С20/25:

• Нормативное сопротивление бетона осевому сжатию =20 МПа
• Нормативное сопротивление бетона осевому растяжению =1,5 МПа (таб.6.1СНБ5.03.01 –02);
• Коэффициент безопасности по бетону =1,5;
• Расчётное сопротивление бетона осевому сжатию =20/1.5=13,3 МПа;

•  Расчётное сопротивление бетона осевому растяжению==1,5/1.5=1 МПа;
• Модуль упругости бетона при марке по удобоукладываемости СЖ2 =38∙10³ МПа (таб. СНБ 5.03.01-02);

Определяем необходимые  характеристики арматуры:

• Для продольной ненапрягаемой арматуры класса S1400 нормативное сопротивление  =450 МПа (таб. СНБ 5.03.01-02).
• МПа.
• Для поперечной арматуры класса S500 расчётное сопротивление =300 МПа для сварного каркаса из проволочной арматуры (таб. СНБ 5.03.01-02).
• Модуль упругости арматуры всех классов Е_S=2,06∙10⁵ МПа.

 

5.1. Расчет плиты по нормальным сечениям

(по деформационной  модели)

1. Определяем положение нейтральной оси, проверяем условие:

 

39,31 кН∙м 1∙13,3∙10⁶∙1,46∙0,0385∙(0,195-0,5∙0,0385)=131,39 кН∙м

Условие выполняется, нейтральная  ось проходит в полке, сечение  рассчитываем как прямоугольное  шириной b=b'f=1,46 м.

2. 0,053
3. = 0,054
5. ∙0,41)=0,236
7. 9,9 см²

Принимаем 5 стержней Ø 6 мм. Площадью A_s=10,05см².

Выполняем проверку правильности подбора арматуры.

1. Определяем относительную высоту сжатой зоны бетона:

0,297

2. Определяем:

α_m= ∙(1-0,5∙)=0,297(1-0,5∙0,297)=0,253

3. Определяем несущую способность сечения

186,8 кН∙м

 

4. Армирование производиться сеткой С26, в которой продольные стержни являются рабочими. Продольные стержни сетки расположены в ребрах панели, общее количество которых составляет 5 штук. Принимаем 5 стержней Ø 6 мм с А_s1=1,41 см² из арматуры класса S500. Поперечные стержни сетки принимаем Ø4 мм. класса S500 с шагом 100 мм.

По конструктивным соображениям принимаем сетку Ск3 в которой продольные стержни имеют Ø4 мм класса S500 с шагом 300 и 100 мм. Поперечные стержни Ø4 мм класса S500 c шагом 200 мм.

 

2. Расчет прочности по наклонным сечениям

Для поперечного армирования  принимаем конструктивно короткие каркасы, устанавливаемые в приопорных четвертях пролета панели = 0,25L. Каркасы устанавливаются в крайних ребрах и далее через 2-3 пустоты.

Конструирование каркаса.

1. В зависимости от диаметра продольной арматуры назначаем диаметр поперечной арматуры 6 мм.
2. По сортаменту принимаем  площадь двух поперечных стержней для поперечной арматуры равной 0,754 см².

1.3.  Назначаем расстояние между поперечными стержнями вдоль элемента

а) на приопорных участках равным 100 мм.

б) в средней части пролета  равным 300 мм.

1. Обеспечение прочности по наклонной трещине

1. Действующая поперечная сила равна:

 

2. Определяем длину проекции наиболее опасного наклонного сечения на продольную ось элемента

 

3. Определяем величину поперечной силы, воспринимаемой бетоном

 

4. Определяем усилие в хомутах на единицу длины элемента для приопорного участка

 

5. Определяем длину проекции опасной наклонной трещины на продольную ось элемента

 

6. Определяем поперечную силу воспринимаемую хомутами

 = = 101,578 кН

7. = 101,578 = 111,748 кН
8. Проверяем условие

20,341 кН 111,748 кН – условие выполняется.

 

Расчет прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами

1. Определяем коэффициент по формуле 3
2. Определяем коэффициент по формуле

здесь ; =0,0022

 

3. Находим
4. Проверяем условие ; условие выполняется

Проверяем необходимость  постановки поперечной арматуры

по расчёту.

2. 0,000382

3. 4,186 кН, но не менее ==68,362 кН. Принимаем 68,362 кН

4. V_sd > V_rd,ct : 20,341 >  68,362 кН. Условие не выполняется, следовательно, постановка поперечной арматуры не требуется

 

3. Проверка панели на монтажные усилия

Панель армирована четырьмя монтажными петлями, расположенными на расстоянии 365 мм от концов панели.

1. Определяем изгибающий момент с учетом пластических деформаций 
   
2. Вычисляем коэффициент α_m

рисунок 8 Монтажные петли панели

 

 

3. Определяем коэффициент ξ:

= 0,00969

 

 

4. Определяем коэффициент ξ_lim

 

5. Проверяем условие . Условие выполняется
6. Определяем требуемую площадь арматуры на 1 метр длины

 

Принимаем конструктивно петлю Ø 10 мм. Площадью A_s=0,785 см²

 

4. Расчет плиты на действие изгибающего момента 

при подъеме и  монтаже

Подъем и монтаж плиты  осуществляется за 4 монтажные петли, устанавливаемые в продольных ребрах. Расчет включает подбор монтажной арматуры и определение диаметра монтажных  петель. В качестве расчетной схемы применяется двухконсольная балка. Расстояние между её опорами принимается равным, расстоянию между петлями для монтажа плиты 0,6L.

1. Нагрузкой является собственный вес плиты умноженный на коэффициент динамичности

G_св=G_d,пл∙K∙b'f=4,03∙1,4∙1,16=6,545 кН/м²

2. Определяем отрицательный изгибающий момент:

  кН/м

3. Определяем значение коэффициента α₀:

 

4. Определяем значение коэффициента ξ:

= 0,013

5. Проверяем условие
6. Определяем требуемую площадь монтажной арматуры:

 

Принимаем 3 стержня Ø  10 мм. Площадью A_s=1,51 см²

7. Требуемая площадь поперечного сечения одной петли:

 

Принимаем петлю диаметром 10 мм.

 

Конструирование плиты перекрытия

Многопустотная плита  перекрытия запроектирована в соответствии с рабочими чертежами, утвержденными  РУП «Стройтехнорм» от 03,09,2008 г.

Запроектирована плита ПТМ30.12.22-5.0, с арматурой класса S500 и бетоном класса С16/20.

По таблице определяем сетку С26, которая принята для  проектируемой плиты в количестве 1 штука. Данная сетка запроектирована  из продольной рабочей арматуры Ø4 мм с шагом 370 мм. в центральной части плиты и 185 мм. по краям; и поперечной арматуры Ø4 мм с шагом 100 мм. Также в этой таблице узнаём массу плиты и объем бетона.

Каркасы устанавливаются  конструктивно в крайних ребрах и далее через 2-3 пустоты для восприятия нагрузки по наклонной полосе между наклонными трещинами. В каталоге находим таблицу с каркасами и принимаем каркас для проектируемой плиты Кр1-4 в количестве 5 штук. с продольными стержнями Ø4 мм. и поперечными стержнями Ø4 мм. с шагом 100 мм на приопорных участках и 300 мм. в средней части пролета.

Также по данной таблице  конструктивно принимаем сетку  Ск1 и Ск3 Ø4 мм., расположенных на приопорных участках в верхней и нижней части плиты.

Для поднятия и перемещения  плиты выполняются 4 монтажные петли  Ø10 мм. из арматуры класса S240. Петли выполняются на расстоянии 365 мм. от торцов плиты.

 

Заключение

В данном курсовом проекте был произведен расчет трех железобетонных элементов

 

ЛИСТ НОРМОКОНТРОЛЯ

 

№ п/п	Замечание	Отметка о выполнении