Министерство  образования и науки Российской Федерации

Саратовский Государственный Технический Университет 
 
 

Кафедра: Промышленное и гражданское строительство

Пояснительная записка

к курсовому  проекту по дисциплине «Железобетонные  и каменные конструкции » 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                   Выполнил: студент ПГС-31 АСФ                             

                                                               Проверил:    
 
 
 
 
 
 
 

                                                           Саратов 2010

                                                        СОДЕРЖАНИЕ 

                                                 ВВЕДЕНИЕ 

     Целью выполнения курсовой работы является закрепление теоретических знаний по курсу “Железобетонные конструкции”, развитие практических навыков проектирования, конструирования и расчета железобетонных и каменных конструкций.

     В курсовой работе необходимо запроектировать  основные несущие конструкции многоэтажного  здания  неполным железобетонным каркасом и жесткой конструктивной схемой. Внутренний каркас – железобетонный, наружные несущие стены – каменные.

     Расчет  конструкций производится в соответствии с положениями СНиП по первой группе предельных состояний.

                                        Исходные данные

№89

1. Длина здания,  м – 28,8 м;
1. Ширина здания , м – 21,6 м;
2. Высота этажа,  м – 4,2 м;
3. Высота подвала,  м – 3,9 м; 
4. Количество этажей – 5;
5. Временная нормативная нагрузка :

• длительно действующая ;
• кратковременная ;

6. Размеры оконного проема  ;

7. Район строительства – г. Москва;
8. Величина условного расчетного сопротивления грунта ;
9. Конструкция пола – 6 ( рис.1);
10. Тип здания – промышленное;
11. Толщина наружных сплошных кирпичных стен:

• Вид кладки – из сплошного кирпича на тяжелом растворе;
• Объемная масса кирпича 18 кН/м³;
• Объемная масса раствора 17 кН/м³;
• Толщина кладки стен  64 см при расчетной температуре, -20°C

12. Снеговой покров 1,8 кН/м² для   района. 
    

       Примечание: За расчетную температуру принять среднюю температуру наиболее холодной пятидневки по СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика/ Госстрой СССР.- М.: Стройиздат, 1983.-136 с.  
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.1. 

     1. КОМПОНОВКА СБОРНОГО  ПЕРЕКРЫТИЯ 

     В состав сборного балочного перекрытия входят: ригель (балки), панели перекрытия и колонны.

      Высоту  сечения ригеля принимаем в пределах h=(1/8-1/12)l, l=7,2м

h_p=600_мм

    Т.к. h_p>450  , то в целях унификации размер высоты ригеля назначают кратной 100 мм.

Ширину сечения  ригеля принимаем в пределах b=(1/2-1/3)h, кратным 50_мм

b_p=300

    Ширина  плит перекрытия назначается от 1м до 2 м с номинальными размерами кратными 100 мм_. , плиты П1,  принимаем равными П1=1400 (для промышленных зданий); связевые плиты размещают по рядам колонн, доборные пристенные опирают на ригели и  опорные стальные столики, предусмотренные на крайних колоннах.

    Размеры колонн принимаем конструктивно  равными 300х300 мм.

Толщину наружных сплошных кирпичных стен принимаем 0,64.

Рис.2. 
 
 
 

2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ

  Для установления расчетного пролета предварительно задаемся размерами сечения ригеля: h=600 мм; b=300 мм. l₀=7,05 м.

Подсчет нагрузок на 1 м² перекрытия приведен в табл.1.

Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м² перекрытия

                                                                                                                              Табл.1.

       Расчетная нагрузка на 1 м при ширине плиты 1,4 м с учетом коэффициента надежности по назначению здания γ_n=0,95:

постоянная

полная

Нормативная нагрузка на 1 м:

постоянная

полная

в том числе  постоянная и длительная:

6,13·1,4·0,95=8,15 кН/м.

Усилия от расчетной нагрузки

,

от нормативной полной нагрузки

,

от нормативной постоянной и длительной нагрузок

    Высота  сечения ребристой предварительно напряженной плиты принимаем 400 мм; рабочая высота сечения hо принимаем 355мм, ширину продольных ребер поверху по 100мм, снизу 85мм, высоту ребер снизу 90мм, ширину по верхней полке  1360мм, в расчетах по предельным состояниям первой группы расчетная толщина сжатой полки таврового сечения 5см; при этом отношение 5/40=0,125>0,1,а расчетная ширина ребра b=2*8.5=17см.

    Ребристая предварительно напряженная плита армируется стержневой арматурой класса А-V с электротермическим натяжением на упоры форм. К трещиностойкости плиты предъявляются требования 3-й категории. Изделие подвергается тепловой обработке при атмосферном давлении.

    Бетон тяжелый класса В30, соответствующий  напрягаемой арматуре. Призменная прочность  нормативная R_bn=R_b,ser=22 МПа, расчетная R_b=17 МПа, коэффициент условий работы бетона γ_b2=0,9; нормативное сопротивление при растяжении R_btn=R_bt,ser=1,8 МПа, расчетное R_bt=1,2 МПа; начальный модуль упругости бетона E_b=32500 МПа. Передаточная прочность бетона R_bр устанавливается так, чтобы при обжатии отношение σ_bp/R_p≤0,75.

    Арматура  продольных ребер класса А-V, нормативное сопротивление R_sn=785 МПа, расчетное сопротивление R_s=680 МПа; модуль упругости E_s=190000 МПа. Предварительное напряжение арматуры равно

    При электротермическом способе натяжения

    Вычисляем предельное отклонение предварительного напряжения при числе напрягаемых стержней n_p=6 по формуле:

    Коэффициент точности натяжения:

    При проверке по образованию трещин в верхней зоне плиты при обжатии принимаем Предварительное напряжение с учетом точности натяжения

    Расчет  прочности плиты  по сечению, нормальному  к продольной оси

    М=112,45 кНм. Сечение тавровое с полкой в сжатой зоне.

     ; - нейтральная ось проходит в пределах сжатой полки; η=0,975.

    Характеристика  сжатой зоны: ω=0,85-0,008R_b=0,85-0,008·0,9·17=0,73.

    Граничная высота сжатой зоны

    где  σ_s1=Rs+400-σ_sp=680+400-495=585 МПа;

    в знаменателе формулы приняли 500 МПа, т.к. γ_b2=0,9<1;

    Коэффициент условий работы, учитывающий сопротивление  напрягаемой арматуры выше условного  предела текучести 

       η=1,15- для арматуры класса А-V; принимаем .

Вычисляем площадь сечения растянутой арматуры:

принимаем 6 Ø10 А-V с площадью А_s =4,71 см² 

    Расчет  полки плиты на местный изгиб

Расчетный пролет при ширине ребер вверху 10 см составит 116 см.  Нагрузка на 1м² полки может быть принята (с несущественным превышением) такой же как и для плиты: 13,609*0,95=129,3кНм². Изгибающий момент для полосы шириной 1 м определяется с учетом частичной заделки в ребрах: М=12,93*1,16²/11=1,58кНм.

Рабочая высота сечения равна 3,5 см, принимаем арматуру  диаметром 4 Вр-1с R_s=365 МПа; , η=0,96;

принимаем 10 Ø4 Вр-1 с площадью А_s =1,26 см².

    Расчет  прочности плиты  по сечению, наклонному к продольной оси.

    Q=63,8 кН,-это условие. Вычислим проекцию расчетного наклонного сечения.

    Влияние свесов сжатых полок (при 2 ребрах) φ_f=2·0,75·3h^/_f/bh₀=2·0,75·9·5·5/35,5·17=0,43<0,5.

    Усилие  предварительного обжатия:

    Р₁=А_s(σ_sp-σ₁)=4,71·(495-14,85)100=226,15кН

    σ₁=0,03 σ_sp=0,03·495=14,85МПа

    Влияние усилия обжатия :

    1+φ_f+φ_n=1+0,43+0,31=1,74>1,5, принимаем 1,5;

    В=φ_b2(1+φ_f+φ_n)R_btbh²₀=2·1,5·1,2·35,5²·17(100)=77,12 ·10⁵ Нсм.

    В расчетном наклонном сечении  принимаем с=2h₀=71 см. Тогда Q_b=В/с=77,12 ·10⁵/71=108,6 кН>63.8 кН, следовательно, условие прочности по поперечной силе удовлетворяется, другое условие при Q=Q_max-q₁c=63,8*10⁰-121,15*71=55,2*10³Н и  значении φ_b4(1+ φ_n)R_btbh₀/c=1,5*1,31*0,9*1,2(100)*17*35,5²/71=55,2кН<64,04кН-не удовлетворяется, следовательно поперечная арматура требуется по расчету.

    На  приопорном участке длиной l/4 устанавливаем в каждом ребре плиты поперечные стержни Ø4 Вр-1 с шагом s=h/2=40/2=20 см, в средней части пролёта с шагом s=3h/4=30 cм. Поперечные стержни объединяем с продольной монтажной напрягаемой арматурой или рабочей ненапрягаемой в плоские сварные каркасы, размещаемые в ребрах плиты. 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                    Рис.3. 
 

                        3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РИГЕЛЯ ЗДАНИЯ 

    Крайний расчетный пролет ригеля определяем из выражения

Средний расчетный пролет ригеля

Усилия  в ригеле определяем при помощи огибающей  эпюры моментов.

    Нагрузка на ригель от ребристых плит считается равномерно распределенной. Ширина грузовой полосы на ригель равна шагу продольных рам и равна 7,2 м. Подсчет нагрузок на 1 м² перекрытия приведен в табл.1.

    Вычисляем расчетную нагрузку на 1 м длины  ригеля.

    постоянная  с учетом γ_n=0,95:

    4,609·7,2·0,95=31,53 кН/м;

    От  веса ригеля сечением 0,3х0,6 (ρ=2500 кг/см³) с учетом коэффициентов надежности γ_f=1,1 и γ_n=0,95: 0,3·0,6·25·1,1·0,95=4,7 кН/м.

      Итого: g=31,53+4,7=36,23 кН/м.

    Временная с учетом γ_n=0,95 u=9·7,2·0,95=61,56 кН/м,

    в том числе длительная  2,64·7,2·0,95=18,06 кН/м

    и кратковременная 6,36·7,2·0,95=43,50 кН/м.

    Полная  нагрузка g+u=97,79 кН/м.

    Определение усилий в ригеле

    Вычислим  моменты для ригелей по формуле: , где табличные коэффициенты зависят от схем загружения и коэффициента k-отношения погонных жесткостей ригеля и колонны. Сечение ригеля принято равным 30*60 см, сечение колонны-30*30 см, длина колонны-4,2 м, вычисляем k =30*60³*420/30*30³*720=4,66, и принимаем его равным 5.

    1-При постоянной схеме загружения (без учета временной нагрузки) :

    М₁₂=-0,033*31,53*7,2²=-53,94 кНм,

    М₂₁=-0,099*31,53*7,2²=-161,81 кНм,

    М₂₃=-0,090*31,53*7,2²=-147,11 кНм=М₃₂

    2-При временной схеме загружения (без учета постоянной) в крайних пролетах:

    М₁₂=-0,042*61,56*7,2²=- 134,03 кНм,

    М₂₁=-0,063*61,56*7,2²=-201,05 кНм,

    М₂₃=-0,028*61,56*7,2²=-89,36 кНм=М₃₂

    3-При  временной схеме загружения(без  учета постоянной) в среднем пролете:

    М₁₂=0,009*61,56*7,2²=28,72 кНм,

    М₂₁=-0,036*61,56*7,2²=-114,89 кНм,

    М₂₃=-0,062*61,56*7,2²=-197,86 кНм=М₃₂

    4- При временной схеме загружения  в одном крайнем и в среднем пролетах:

    М₁₂=-0,032*61,56*7,2²=-102,12 кНм,

    М₂₁=-0,115*61,56*7,2²=-367,00 кНм,

    М₂₃=-0,104*61,56*7,2²=-331,89 кНм,

    М₃₂=-0,046*61,56*7,2²=-146,80 кНм

    Пролетные моменты ригеля:

1. В крайнем пролете - схемы загружения 1+2, опорные моменты М₁₂=-187,97 кНм, М₂₁=-362,86 кНм, нагрузка-97,79 кН/м, поперечные силы Q₁=97,79*7,2/2-(-187,97+362,86)/7,2=327,75 кН, Q₂=376,33 кН, максимальный пролетный момент М=327,75²/2*97,79-187,97=361,27 кНм
2. В среднем пролете - схемы загружения 1+3, опорные моменты М₂₃=М₃₂=-344,97 кН/м, максимальный пролетный момент М=97,79*7,2²/8-344,97=288,71 кНм;

Постоянная  нагрузка по схеме загружения 1 участвует  во всех комбинациях: 1+2,1+3,1+4.

 К эпюре  моментов схем загружения 1+4 добавляем  выравнивающую эпюру моментов  так, чтобы уравнялись опорные моменты М₂₁=М₂₃ и были обеспечены удобства армирования опорного узла, в этом заключается практический расчет, и при этом намечается образование пластических шарниров на опоре.  Ординаты выравнивающей эпюры следующие:

М_21*=0,3*528,81=158,64 кНм, М_23*=143,7 кНм, при этом М_12*=-М_21*/3=-158,81/3=-52,94 кНм, М_32*=-М_23*=-143,7/3=-47,9 кНм, отсюда опорные моменты на эпюре выравненных моментов составят : М₁₂=(-53,94-102,12)-52,94=-209 кНм, М₂₁=-370,17 кНм, М₂₃=-335,3 кНм, М₃₂=-341,81 кНм;

 На средней  опоре при схеме загружения 1+4 опорный момент ригеля не всегда  оказывается расчетным, т.е. максимальным  по абсолютному значению, необходимую  схему загружения устанавливают  сравнительным анализом значений  опорных моментов.

 Опорный  момент ригеля по грани средней колонны слева М₍₂₁₎₁ (абсолютные значения): 1) по схеме загружения 1+4 и выравненной эпюре

Q₂=97,79*7,2/2-(-370,17+209/7,2=352,04+22,38=374,42 кН, Q₁=329,66кН, М₍₂₁₎₁=370,17-374,42*0,3/2=314 кНм;

2. по схеме загружения 1+3 Q₂=31,53*7,2/2-(-276,7+25,22)/7,2=148,44 кН, М₍₂₁₎₁=276,7-148,44*0,3/2=254,43 кНм;
3. по схеме загружения 1+2 М₍₂₁₎₁=362,86-374,42*0,3/2=306,7 кНм;

Опорный момент ригеля по грани средней колонны  справа М₍₂₃₎₁:

1. по схеме загружения 1+4 и выравненной эпюре Q=97,79*7,2/2-(-335,3+341,81)/7,2=352,94 кН, М₍₂₃₎₁=335,3-352,94*0,3/2=282,36 кНм; следовательно расчетный опорный момент ригеля по грани средней колонны М=314 кНм, по грани крайней колонны по схеме загружения 1+4 и выравненной эпюре М₍₁₂₎₁=209-329,66*0,3/2=159,55 кНм.

Поперечные силы ригеля: для расчета прочности по сечениям, наклонным к продольной оси, принимают значения поперечных сил ригеля, большие из двух расчетов: упругого и с учетом перераспределения моментов.  На крайней опоре принимаем Q₁=329,66 кН, на средней слева по схеме загружения 1+4 Q₂=97,79*7,2/2-(-528,81+156,06)/7,2=403,82 кН, справа Q₂=97,79*7,2/2-(-479,00+293,91)/7,2=377,75 кН; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                 Рис.4. 
 
 

    Характеристики  прочности бетона и арматуры

    Бетон тяжелый класса В20, расчетные сопротивления  при сжатии R_b=11,5 МПа, при растяжении R_bt=0,9 МПа; коэффициент условия работы бетона γ_b2=0,9;

модуль упругости  E_b=27000 МПа.

    Арматура  продольная рабочая класса А-III, расчетное сопротивление R_s=365 МПа, модуль упругости E_s=200000 МПа.

    Определение высоты сечения ригеля.

    Высоту  сечения подбираем по опорному моменту  при ξ=0,35, т.к. на опоре момент определен с учетом образования пластического шарнира. Принятое же  сечение ригеля следует затем проверить по пролетному моменту (если он больше опорного) так, чтобы относительная высота сжатой зоны была ξ <ξ_у и исключалось переармированное неэкономичное сечение. При ξ=0,35 находим значение А₀=0,289 и находим граничную высоту сжатой зоны:

    Характеристика  сжатой зоны: ω=0,85-0,008R_b=0,85-0,008·0,9·11,5=0,77,

 σ₁=R_s=365 МПа.

, так как пролетный момент М=361,27>314 кНм, то проверяем сечение по нему (h₀=63 см), получаем, что

h=h₀+а=63+4=67см, принимаем h=68 см.

Сечение в первом пролете

М=361,27кНм

h₀=h-а=68-6=62 см; вычисляем

->η=0,815 

    Принимаем 4Ø25 А-Ш с А_S=19,63 см² ; 

Сечение в среднем пролете

М=288,71 кНм

->η=0,86 

    Принимаем 6Ø18А-Ш с А_S=15,27см²>14,83 см²

    Арматуру  для восприятия отрицательного момента  в пролете устанавливаем по эпюре  моментов, принимаем 2Ø12 А-Ш с А_S=2,26 см².

    Сечение на средней опоре

    М=314 кНм

Арматура расположена  в один ряд, принимаем защитный слой 4 см, тогда рабочая высота ригеля .

Вычисляем требуемую  площадь арматуры

 принимаем  2Æ32  А-III. Фактическая площадь А_s = 16,08 см²>15,72 см², аналогично рассчитываем сечение на крайней опоре (М=159,55 кНм). 

Расчет  прочности ригеля по сечениям, наклонным  к продольной оси 

Максимальное  значение перерезывающей силы Q = 403,82 кН

Проекция расчетного наклонного сечения на продольную ось ригеля

В расчетном  наклонном сечении  , отсюда

 c = B/0,5Q = 221,2 / 201,91= 1,10 м.  2h₀ = 128см. Условие с < 2h₀ удовлетворяется.

Диаметр поперечных стержней устанавливается  из условия сварки с продольной арматурой  диаметром d = 28 мм и принимается равным d_sw = 8мм с площадью А_s=0,503 см². При классе А – III R_sw = 285 МПа, так как вводим коэффициент условий работы . Число каркасов 2 при этом .

    Шаг поперечных стержней . В соответствии со СНиП ,принимаем 25 см. На приопорных участках поперечная арматура устанавливается с шагом 200 мм, в средней части пролета шаг , принимаем 500 мм.

Проверка прочности  по сжатой полосе между наклонными трещинами:

условие удовлетворяется. 

Армирование ригеля

     Стык  ригеля с колонной выполняется на ванной сварке выпусков верхних надопорных стержней и сварке закладных деталей  ригеля и опорной консоли колонны. Ригель армируется двумя сварными каркасами, часть продольных стержней каркасов обрывается в соответствии с изменением огибающей эпюры моментов и по эпюре арматуры (материалов). Обрываемые стержни заводятся за место теоретического обрыва на длину анкеровки.

     Рис.5.

     Сечение первого пролета. Арматура 4Ø25 А-Ш с А_S=19,63 см²

     В месте теоретического обрыва  арматура 2Ø12 А-Ш с А_S=2,26 см², определяется изгибающий момент для неё и принимается поперечная сила Q соответствующая изгибающему моменту по огибающей эпюре.  И так,- по каждому пролету и по принятой арматуре определяется поперечная сила Q в месте теоретического обрыва. По поперечной силе определяем длину анкеровки обрываемых стержней. Так получаем: