Проектирование железо бетонных конструкций

Содержание 

  • Введение
 
  • Общие данные для проектирования
 
  • Расчет и  конструирование ребристой предварительно напряженной панели перекрытия.
 
  • Расчет  и конструирование ригеля поперечной  рамы
 
  • Расчет  сборной железобетонной колонны
 
  • Расчет  центрально нагруженного фундамента под  сборную колонну
 
  • Список  используемой литературы
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Данный  курсовой проект содержит основные положения  по проектированию железобетонных конструкций промышленного здания. Цель работы состоит в выработке практических навыков проектирования простейших конструктивных элементов путем реализации следующей системной последовательности:

    -  назначение (принятие) общего компоновочного  решения перекрытия;

    -  выбор  расчетной схемы элемента;

    -  сбор  нагрузок и определение расчетных  усилий;

      - подбор сечения по условиям  обеспечения прочности элемента  на всех расчетных стадиях (изготовления, транспортирования и монтажа и эксплуатации);

    -   конструирование  элемента с учетом требований  норм проектирования;

      - проверка достаточности принятых  решений на соответствие требованиям второй группы предельных состояний;

    -   графическое  оформление результатов проектирования.

     Работа  выполняется на основании исходных данных и включает в себя:

      - пояснительную записку объемом  25 - 30 стр. с кратким изложением  всех расчетов и принятых решений, используемых схем, сечений и сопряжений;

      - чертежи на листах любого стандартного  формата, выполненные вручную или на компьютере и содержащие: план и разрезы перекрытий в монолитном и сборном вариантах, чертежи плит перекрытий,  сборного ригеля, колонн и фундаментов.

     На  всех рабочих чертежах, выполняемых  в произвольном стандартном масштабе, указывается в примечаниях: классы использованных арматуры и бетона, технологические особенности изготовления и эксплуатации, учитываемые в расчетах введением соответствующих коэффициентов условий работы, уровень предварительного натяжения (для напрягаемых элементов), расчетные схемы транспортирования, монтажа и т.п. Для ригеля сборного перекрытия или второстепенной балки приводятся полная выборка необходимой арматуры.

      Курсовая  работа выполняется в соответствии с нормативными требованиями и методическими  указаниями. 
 
 
 
 
 
 
 

Общие данные для проектирования

Девятиэтажное административное здание с полным каркасом, без подвального  этажа имеет размеры в плане 22×64,4 м и сетку колонн 5,4×6,4 м. Высота этажа 3,6 м. Нормативное значение временной  нагрузки 6200 Н/м2. Коэффициент надежности по нагрузке =1,2,коэффициент надежности по назначению здания  =0,95.

Расчет  и конструирование  ребристой предварительно напряженной панели перекрытия.

Материалы для панели

Арматура:

-напрягаемая в  продольных ребрах, класса А-IV  == 590 МПа,  = 510 МПа,  =19·104 МПа;

-Ненапрягаемая в  полке панели – сварные сетки  из проволоки  

Бетон - тяжелый, класса В25 , ;                                                                                                                                                                                                                                                             
Панели подвергаются тепловой обработке при атмосферном давлении. Начальный модуль упругости 3 МПа; коэффициент условия работы бетона = 0,9.

К трещиностойкости панели предъявляются требования III-й категории. Эксплуатация панели предполагается в закрытом помещении при нормальных температурных условиях и влажности воздуха выше 40%. Технология изготовления панели агрегатно –поточная.

Компоновка  конструктивной схемы  перекрытия

Тип

панелей

 Номинальный размер плит
Связевые Рядовые Доборные
Ребристые 1,1 - 1,8 1,1 – 1,8 до 1 м

 

Ригели устанавливаются  в поперечном направлении. Плиты  перекрытий опираются на стену, но не лежат на ней. В одном пролете 2 – 3 типоразмера.

а. Крайний пролет

Связевая плита 1,2 м. 
 
 

б. Средний пролет 
 

Итого:

Связевых плит – 

Рядовых плит – 

                               

Компоновка  поперечного сечения

Расчет ведем одной  плиты наиболее часто повторяющейся  с вном=1,4 м =140 см.

Для установления расчетного пролета панели предварительно задаемся размерами поперечного сечения  ригеля:

b = 25 см, h = 60 см.

При опирании панели на полки ригеля расчетный пролет равен: 

Поперечное сечение  ребристой панели может быть заменено эквивалентным тавровым с полкой в сжатой зоне.

Высота сечения  ребристой предварительно напряженной  панели принимается: 

Рабочая высота: 

Остальные размеры  расчетного поперечного сечения: ширина продольных ребер по низу – 7 см, по верху –  8 см; ширина ребра расчетного таврового сечения 

  толщина полки  ширина полки по верху .

Расчетная схема  панели представляет однопролетную  балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой.  
 
 
 
 
 
 
 

Нормативные и расчетные  нагрузки на 1 м2 перекрытия согласно задания на проектирование приведены в таблице. 

Вид нагрузки Нормативная нагрузка, Н/м2 Коэффициент надежности по нагрузке Расчетная нагрузка, Н/м2
 
Керамическая  плитка

t = 20 мм,* = 1900 кг/м3

  
0,02×19000=

380

  
1,1		  
418
Стяжка  из цементно-песчаного раствора

t = 25 мм,* = 1800 кг/м3

  
0,025×18000=

450

  
1,2		  
540
Ребристая панель перекрытия 2500 1,1 2750
Итого: постоянная нагрузка 3330   3708
Временная нагрузка по заданию на проектирование в том числе:

длительная (70%)

кратковременная (30%)

 6200 

4340

1860

 1,2 

1,2

1,2

 7440 

5208

2232

Полная  нагрузка в том числе:

постоянная  и длительная

кратковременная

  
7670

1860

    

 

Нагрузка на 1 пог. м длины при номинальной ширине панели 1,4 м с учетом коэффициента надежности по назначению здания при  II классе ответственности =0,95;

-расчетная:

постоянная 

полная 

-нормативная:

постоянная 

полная 

постоянная и длительная

Определение усилий от внешних  нагрузок

Усилия от полной расчетной нагрузки:

-изгибающий момент  в середине пролета 

-поперечная сила  по оси опоры 

Усилия от нормативной  нагрузки:

-полной 
 
 

-постоянной и  длительной 
 
 

Расчет  панели по предельным состояниям I группы

Расчет  прочности панели по сечению, нормальному  к продольной оси

Расчетное сечение  панели тавровое с полкой в сжатой зоне. Расчет плиты ведем как для  прямоугольного сечения с размерами = 136 см и h= 29 см. Вычисляем по формуле: 
 
 

   ы

Вычислим  характеристику сжатой зоны *, при для тяжелого бетона, по формуле 

Граничная высота сжатой зоны определяется по формуле: 

в этой формуле = 0,9

                              

Величина         должна удовлетворять условию:

        ;                        

при электротермическом способе натяжения 

где l – длина натягиваемого стержня, равная 6,4 м.

Принимаем предварительное  напряжение арматуры 

Значение  в расчет вводится с коэффициентом точности натяжения арматуры . Предельное отклонение предварительного напряжения при электротермическом способе натяжения вычисляется по формуле, 

здесь – число напрягаемых стержней в продольных ребрах панели.

При благоприятном  влиянии предварительного напряжения 

Предварительное напряжение с учетом точности натяжения арматуры будет равно 
 
 

  следовательно, площадь  сечения растянутой  арматуры можно  определить по  формуле 

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

Для арматуры класса  А –IV .

Принимаем . 

Принимаем  2 А –IV с

Расчет  полки панели на местный  изгиб

Полка панели рассчитывается как балочная плита, частично защемленная  в продольных ребрах панели, на действие равномерно распределенной нагрузки.

Расчетный пролет полки  при ширине ребер по верху 10,5 см будет  равен

-2*10,5=136-21=115 см =1,15 м

 Расчетная нагрузка  на 1 м2 полки

,

где Н/м2

 Н/м2

  Н/м2

С учетом полученных величин

  Н/м2

Для расчета условно  вырезаем из полки полосу шириной 1м. Погонная нагрузка на полку будет  равна 9284,35*1=9284,35 Н/м. Изгибающие моменты  для полосы шириной 1 м с учетом частичного защемления полки в ребрах в сечениях, расположенных на опорах и в середине пролета , равны  

Расчетное сечение  полки прямоугольное, ширина b1=100 см, высота h = hf = 5cм; рабочая высота .

По формуле 
 
 
 

Граничная высота сжатой зоны определяется по формуле так  же, как при расчете прочности  панели по сечению, нормальному к  продольной оси, но при этом  
для арматуры класса  Вр-I: 
 
 

Так как  находим требуемую площадь арматуры на 1 пог. м длины панели по формуле  

       см2,

  шт.

     Шаг=1240/(n-1)=1240/(8-1)=177 мм, принимаем 200 мм.

Принимается сетка .

Расчет  прочности ребристой  панели по сечению, наклонному к продольной оси

Проверяем условие  обеспечения прочности по наклонной  полосе между наклонными трещинами  при действии поперечной силы Q=45,89 кН по формуле  

                                                                                                                                                                                      

Коэффициент, учитывающий  влияние хомутов, определяется по формуле 

- коэффициент поперечного  армирования,. Принимаем ориентировочно  

Коэффициент определяется по формуле при - для тяжелого бетона 
 

Следовательно, условие  удовлетворяется и размеры поперечного  сечения панели достаточны.

Проверяем  необходимость  постановки расчетной поперечной арматуры из условия: 

Коэффициент ,учитывающий влияние вида бетона, принимается для тяжелого бетона =2,0

Коэффициент ,учитывающий влияние сжатых полок в тавровых элементах, определяется по формуле 

При этом . Учитывая это обстоятельство, а так же то, что в ребристой панели 2 ребра 

Коэффициент, учитывающий  влияние продольных сил ,определяется по формуле 

Вместо N подставляем в формулу величину усилия обжатия с учетом полных потерь и коэффициента : 
 

.

Находим 

В расчетном наклонном  сечении ,отсюда  

Принимаем Тогда  

Следовательно, условие  удовлетворяется, и поперечная арматура по расчету не требуется. Принимаем  во внимание конструктивные  требования. На приопорных участках длиной устанавливаем конструктивно   Вр-I с шагом В средней части пролета шаг . Окончательно принимаем наименьшее значение шага поперечных стержней:

-на приопорных  участках – 15 см

-на остальной  части пролета  - 31 см.   

Расчет  ребристой панели по предельным состояниям II группы

Геометрические характеристики приведенного сечения.

При   , площадь приведенного сечения. 

Статический момент приведенного сечения относительно нижней грани: 
 

Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения: 

Момент инерции  приведенного сечения относительно его центра тяжести  
 

Момент сопротивления  приведенного сечения по нижней зоне: 

то же по верхней  зоне: 

Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки, наиболее удаленной  от растянутой зоны, определяется по формуле: 

Определим максимальное напряжение в сжатом бетоне от внешней  нагрузки и величины усилия предварительного напряжения: 

где М – изгибающий момент от полной нормативной нагрузки

М = 60,68 кН*м = 60,68*105 Н*см

  

- эксцентриситет приложения  усилия обжатия, 
 
 
 
 

Принимаем

Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки, наименее удаленной  от растянутой зоны, 

Упругопластический  момент сопротивления по растянутой зоне согласно формуле  Для таврового сечения с полкой в растянутой зоне при: 

принимаем  * = 1,5, тогда  

Потери  предварительного напряжения арматуры

При расчете потерь коэффициент точности натяжения  арматуры принимается равным определим первые потери.

Потери от релаксации напряжений в арматуре при электротермическом способе натяжения стержневой арматуры: 

Потери от температурного перепада между натянутой арматурой  и упорами () равны нулю, так как при агрегатно-поточной технологии форма с упорами при пропаривании нагревается вместе с изделием.

Потери от деформации анкеров () и формы () при электротермическом способе натяжения равны нулю.

потери от трения арматуры об огибающие приспособления  () равны нулю, так как напрягаемая арматура не огибается.

Потери от быстронатекающей ползучести () определяются в зависимости от соотношения.

Передаточную прочность  бетона устанавливаем так, чтобы при обжатии бетона отношение напряжений составило .

Усилие обжатия  с учетом потерь вычисляем по формуле 

Эксцентриситет этого  усилия относительно центра тяжести  приведенного сечения   

Напряжение в бетоне при обжатии в соответствии с  формулой 

Передаточную прочность  бетона установим из условия  

Передаточная прочность  бетона  должна отвечать условию  (т.е. не менее 50% принятого класса  бетона В25) . Исходя из этих условий, принимаем

   

Вычисляем сжимающие  напряжения в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры от усилия обжатия с учетом изгибающего момента от собственной массы панели: 

Изгибающий момент от собственной массы панели при  нормативной нагрузке от панели на 1 м2 ,равной 2500 Н/м2. При номинальной ширине панели 1,4 м и расчетного пролета  
 
 
 

Так как   вычисляем по следующей формуле с учетом коэффициента 0,85,учитывающего тепловую обработку бетона: 

Первые потери:

Определим вторые потери:

Потери от усадки бетона

Потери от ползучести бетона () определяются в зависимости от соотношения   . При этом определяется с учетом потерь: 
 

Так как , то определяем по следующей формуле при  

Вторые потери: 

Полные потери: 

Принимаем

Расчет  по образованию трещин, нормальных к продольной оси

Для элементов, к  трещиностойкости которых предъявляются  требования 3-й категории, значения коэффициента надежности по нагрузке ** = 1.

Расчет производится из условия .

Проверим образование  трещин в нижней зоне панели в стадии эксплуатации. Момент образования трещин вычисляем по приближенному способу  ядровых моментов по формуле  

Ядровый момент усилия обжатия  определяется по формуле: 

Здесь усилие обжатия  определяется с учетом полных потерь и коэффициента точности натяжения  

Тогда 

Поскольку изгибающий момент от полной нормативной  нагрузки

 М = 60,68 кН*м > в растянутой зоне образуются трещины, следовательно, необходим расчет по раскрытию трещин.

Проверим образование  трещин в верхней зоне панели в  стадии ее изготовления.

Усилие обжатия  определяется с учетом первых потерь и коэффициента точности натяжения арматуры

Расчетное условие  с учетом момента от собственной  массы панели будет следующее: 
 
 

, расчетное условие удовлетворяется, и начальные трещины в верхней зоне не образуются. 

Расчет  по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси при 

Предельная ширина раскрытия трещин: непродолжительная  продолжительная. Изгибающие моменты от нормативных нагрузок: постоянной и длительной  М = 48,85 кН*м, полной М = 60,68 кН*м.

Приращение напряжений в растянутой арматуре от действия постоянной и длительной нагрузок по формуле 

здесь - плечо внутренней пары сил; 
= 0,так как усилие обжатия приложено в центре тяжести площади нижней напрягаемой арматуры;- момент сопротивления сечения по растянутой арматуре.

Приращение напряжений в арматуре от действия полной нагрузки  

Вычисляем: ширину раскрытия  трещин от непродолжительного действия всей нагрузки по формуле 

,

здесь

ширину раскрытия  трещин от непродолжительного действия постоянной и длительной  нагрузок 

ширину раскрытия  трещин от продолжительного действия постоянной и длительной нагрузок 

Непродолжительная ширина раскрытия трещин  

Продолжительная ширина раскрытия трещин  

Расчет  прогиба плиты

Прогиб плиты определяют от нормативного значения постоянной и длительной нагрузок; предельный прогиб составляет 

Заменяющий момент равен изгибающему моменту от постоянной и длительной нагрузок  М = 48,85 кН*м; суммарная продольная сила равна усилию обжатия с учетом всех потерь и при   , N = P2 = 126,191 кН. 

 По формуле  

Коэффициент, характеризующий  неравномерность деформаций растянутой арматуры на участке между трещинами, определяется по формуле 
 

Вычисляем кривизну оси при изгибе по формуле 

 Здесь  
 
 

Вычисляем прогиб по формуле 

Учет выгиба от ползучести бетона вследствие обжатия несколько  уменьшает прогиб.

Расчет  и конструирование  ригеля поперечной  рамы

Данные  для проектирования

Бетон:

Бетон - тяжелый, класса В25 , ;                                                                                                                                                                                                                                                             
Начальный модуль упругости 3 МПа; коэффициент условия работы бетона = 0,9.

Арматура:

Продольная рабочая арматура класса А-III и поперечная класса А- III,

=20·104 МПа;  

Сечение колонн: 300*300 мм.

Расчетная  схема  ригеля – однопролетная шарнирно опертая балка пролетом  .

Подсчет нагрузок

На 1 м длины ригеля от сборных панелей перекрытия передаются временные и постоянные нагрузки с грузовой полосы  шириной 6,4 м, равной шагу поперечных рам.

Постоянная *:

- от перекрытия  с учетом коэффициента надежности  по назначению здания =0,95,

g = 0,95*3,708*6,4 = 22,54 кН/м

- от веса ригеля:

g bn= 0,25*0,6*25 = 3,75 кН/м,

где 25 кН/м3 – плотность железобетона.

С учетом коэффициента надежности по нагрузке и по назначению здания =0,95,

g b = 0,95*3,75*1,1 = 3,92 кН/м

Итого: g = g + g b = 22,54 + 3,92 = 26,46 кН/м.

Проектирование железо бетонных конструкций