Реконструкция зданий и сооружений
Федеральное Агентство по Образованию
Вологодский Государственный Технический Университет
Кафедра ПГС
Курсовой проект
«Реконструкция зданий и сооружений»
Группа: СХ-51
Вологда
2008
Содержание
Введение
- Проверочный расчет существующих фундаментов
- Расчетное сечение
- Сбор нагрузки на покрытие и перекрытие
- Сбор нагрузки по сечениям
- Геологические условия
- Проверка несущей способности ф
ундаментов - Учет уплотнения основания при эксплуатации
- Усиление фундамента железобетонной обоймой
- Графическая часть
- Проверочный расчет кирпичного простенка
- Сбор нагрузки на простенок
- Расчетная характеристика кирпичной кладки
- Усиление кирпичного простенка металлической обоймо
й
- Расчет монолитного участка
Геометрические параметры
Сбор нагрузки на монолитный участок
Расчет армирования монолитной плиты
Сбор нагрузки на продольное ребро
Расчет продольного ребра по нормальным сечениям
Расчет прочности наклонных сечений продольного ребра
Литература
Введение
Реконструируемое здание располагается в г. Череповец..
Данный город располагается в IV снеговом районе.
С расчетной снеговой нагрузкой принимаемой по таблице 4[1].
Здание выполнено:
- Кирпичное, двух этажное, без подвала, фундаменты ленточные кирпичная кладка по бутовому основанию.
Стены:
- наружные стены кирпичные толщиной 950 мм;
- внутренние стены кирпичные толщиной 900 мм
Перекрытия сборные
При реконструкции в здании предполагается выполнение следующих видов работ:
- перепланировка помещений (разборка старых и возведение новых перегородок);
- устройство торговых залов на первом и втором этаже;
- замена и ремонт конструкций и деталей;
- заделка существующих проемов и пробивка новых проемов в существующих стенах;
- в связи с перепланировкой помещений, выполнить полную замену инженерных коммуникаций.
Здание двух этажное. Высота этажей 3,0 и 3,5 м. здание без подвала, с продольными несущими стенами.
В соответствии с приложением 7 [1], проектное здание относится к нормальному уровню ответственности коэффициент γn =0.95. нагрузка от людей и оборудования зависит от назначения здания принимаем по таблице 3[1]. Торговые помещения полная 4 кПа
В процессе реконструкции предполагается замена большинства конструкций, а именно:крыши,перекрытий,полов и лестниц, проводится ремонт балконной плиты.
Конструкция пола 1 этажа представлена на рис.1, конструкция пола междуэтажного перекрытия на рисунке 2.
Конструкция пола 1 этажа
Рис.1.
Конструкция междуэтажного перекрытия.
1. Проверочный расчет существующих фундаментов.
1.2 Сбор нагрузки на покрытие и перекрытие , кН/м2
Сбор нагрузки выполняется в табличной форме таблица 1-3.
Сбор нагрузки на покрытие, кН/м2
Наименование нагрузки |
Нормативная нагрузка |
Расчетная нагрузка | ||
1.Кровля из металлочерепицы «Ranilla» Н 57-750-0,8
|
0,05 |
1,05 |
0,95 |
0,05 |
2.Обрезная доска t=32 мм.
|
0,157 |
1,1 |
0,95 |
0,164 |
3.Брус 50*50 с шагом 0,6 м |
0,021 |
1,1 |
0,95 |
0,022 |
4.Утеплитель URSA М-25с
|
0,049 |
1,2 |
0,95 |
0,056 |
5.Сплошной настил t=32 мм
|
0,157 |
1,1 |
0,95 |
0,164 |
6.Стропильная нога 150*200 с шагом 0,9 м
|
0,163 |
1,1 |
0,95 |
0,170 |
Итого |
0,597 |
1,076 | ||
Временная
Снеговая |
1,596 |
0,7 |
0,95 |
2,4 |
Итого |
2,193 |
3,476 |
Сбор нагрузки на междуэтажное перекрытие, кН/м2
Наименование нагрузки |
Нормативная нагрузка |
Расчетная нагрузка | ||
1.Керамическая плитка на клей-цементе (ТИГИ-KNAUF) t=12 м х 0,012м |
0,212 |
1,3 |
0,95 |
0,262 |
2.Цементно-песчаная стяжка t=43 мм х 0,043м |
0,758 |
1,3 |
0,95 |
0,936 |
3.Керамзитовый гравий t=180 мм х 0,18м |
0,71 |
1,2 |
0.95 |
0,81 |
4. Стяжка из бетона В 7,5 t=40 мм х 0,04м |
0,98 |
1,3 |
0,95 |
1,21 |
5. Профнастил Н 75-750-0,7
|
0,058 |
1,05 |
0,95 |
0,058 |
6.Балка 18Б-1 |
1,575 |
1,05 |
0,95 |
1,571 |
7.Подвесной потолок «ARMSTRONG» t=10 мм |
0,16 |
1,2 |
0,95 |
0,16 |
Итого |
4,45 |
5,50 | ||
Временная 4 |
4 |
1,2 |
0,95 |
4,8 |
Итого |
8,45 |
10,3 |
1.3 Сбор нагрузки по сечениям
Сечение 1-1
1. Постоянная нагрузка от покрытия и междуэтажного перекрытия.
N1n= (Gтб1n + G тб2 n ×n )×L/2
- нормативное:
(0,597+ 8,45) ×6,4 = 57,9 кН/м.
- расчетное:
(1,076 + 10,3 ) ×6,4 = 72,81 кН/м.
Временная нагрузка на покрытие и перекрытие
N2= (Pтб1 + P тб2 )×L/2 × η
η = a + 0.6/√m
Временная нагрузка от покрытия и междуэтажного перекрытия.
- нормативное:
(1,596 +4) *6,4* 0,72 = 25,79 кН/м;
- расчетное:
(2,4 +4,8 ) * 6,4* 0,72 = 33,18 кН/м.
2. Нагрузка от фермы.
Погонная нагрузка от фермы qф = 1,97 кН/м,
-нормативное:
=12,6 кН.
расчётное:
кН.
3. Нагрузка от стены.
на рисунке 2 представлена конструкция стены.
Рис.2
В данном сечении необходимо посмотреть наличие оконных проемов. Если имеются в стене оконные проемы, то необходимо ввести коэффициент остекления. В сечении имеются оконные проемы, поэтому мы вводим коэффициент остекления.
N3=(1-Кост)×δст×Нст×ρ×γf×γn +(1-Кост)×δу×Нст×ρу×γf×γn.
Кост =Аост /А
Кост = 25,9/166,704= 0,155
- нормативное (1-0,155)* 7,55*0,95*18+(1-0,155)*7,55*0,
- расчетное (1-0,155)* 7,55*0,95*18*1,1*0,95+(1-0,
4. Нагрузка от фундамента
N4= δф×Нф×1×ρ× γf×γn
- нормативное 1*2,5*1*18 = 45 кН/м;
- расчетное 1*2,5*1*18*1,1*0,95 = 47,03 кН/м.
Полная нагрузка по сечению 1-1 будет равна:
- нормативная N1-1=ΣN=57,9+12,6+
- расчетная N1-1=ΣN=72,81+33.18+
Сечение 2-2.
Полная нагрузка в уровне подошвы фундамента по сечению 2-2 будет складываться:
1. Постоянная нагрузка от покрытия и перекрытия
N1n= (Gтб1n + G тб2 n) ×L1/2+ (Gтб1n + G тб2 n) ×L2/2
- нормативное (0,597+ 8,45) ×6,4 + (0,597+ 8,45) ×1,925 = 75,32 кН.
- расчетное (1,076 + 10,3 ) ×6,4 +(1,076 + 10,3 ) ×1,925= 94,71 кН,
2. Временная нагрузка на покрытие и перекрытие
N2= (Pтб1 + P тб2 ×n + P тб3 )
η = a + 0.6/√m
Временная нагрузка от покрытия (η=0.72)
- нормативное (1,596 +4) *6,4* 0,72 + (1,596 +4) *1,925* 0,72 = 33,55 кН;
- расчетное (2,4 +4,8 ) * 6,4* 0,72+ (2,4 +4,8 ) * 1,925* 0,72= 43,16 кН.
Нагрузка от фермы.
Погонная нагрузка от фермы qф = 1,97 кН/м,
-нормативное:
=12,6 кН.
расчётное:
кН.
3. 3. Нагрузка от стены.
N3=δст×Нст×1×ρ×γf×γn
- нормативное 0,95*7,55*1*18 = 129,11 кН/м;
- расчетное 0,5*7,55*1*18*1,1*0,95= 134,92 кН/м
4. Нагрузка от фундамента
N4= δф×Нф×1×ρ× γf×γn
- нормативное 1*2,5*1*18 = 45 кН/м;
- расчетное 1*2,5*1*18*1,1*0,95 = 47,03 кН/м.
Полная нагрузка по сечению 2-2 будет равна:
- нормативная N2-2=ΣN=75,32+33,
- расчетная N2-2=ΣN=94,71+43,16+
1.4 Геологические условия
Были выполнены инженерно-геологические испытания для определения характеристик грунтов основания фундаментов здания по Советскому проспекту, 21. Для определения свойств грунта были выполнены 4 шурфа по углам здания. По данным изысканий было выявлено, что существующие фундаменты опираются на грунт слоя ИГЭ-2-суглинок мореный коричневый, от тугопластичной до до полутвердой консистенции, с прослойками и гнездами водонасыщенного песка. Содержание обломочного материала в виде гравия и гальки до 20%(на глубине от 1,24 до 3,4 м). Основные характеристики грунта приведены в таблице.
Физико-механические свойства грунта
Номер ИГЭ |
Название грунта |
Природная влажность, W % |
Плотность г/куб см |
Коэф пористости, е |
Число платичности, Ip, % |
Показатеь текучети |
Модуль деформации, Е, МПа |
Угол внутреннего трения, φº |
Удельное сцепление, с, кПа |
Степень пучинистости |
ИГЭ2 |
Суглинок мореный коричневый , тугопластичный,с
прослойками водонасыщенного |
23,7 |
2,26 |
0,684 |
11,5 |
0,23 |
35,6 |
24 |
17 |
Сильно пучинистый |
Расчетное сопротивление грунта основания R, кПа:
R=
γс1, γс2 – коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 3 стр. 11 СНиП 2.02.01-83* ”Основания зданий и сооружений”: γс1=1,2
γс2 =1,0
κ – коэффициент, принимаемый равным 1, т.к. характеристики грунта определены непосредственными испытаниями
Mγ , Mq , Mc – коэффициенты, принимаемые по табл.4 стр. 12 СНиП 2.02.01-83*:
Mq = 3,24
Mc = 5,84
κ z – коэффициент, принимаемый равным 1, т.к. в‹10 м
в – ширина подошвы фундамента, м. в = 1
γII – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), γII = 20 кН/м3
γIII - то же залегающих выше подошвы
сII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, сII = 3 кПа
dI – глубина заложения фундаментов безподвальных сооружений от уровня планировки, dI =2,5 м; dв =0
Расчетное сопротивление грунта R0 под подошвой по сечению 1-1, 2-2.
R= кПа
1.5 Проверка несущей способности фундаментов
Проверочный расчет фундамента по сечению 1-1
Требуемая ширина подошвы фундамента определяется:
Nn=278,74 (кН); =17,74 (кН/м3); Н1=2,5 м.
Ширина подушки м м.-не требуется усиление фундамента.
Проверочный расчет фундамента по сечению 2-2
Требуемая ширина подошвы фундамента определяется:
Nn=332,4 (кН); =17,74 (кН/м3); Н1=2,5 м.
Ширина подушки м.- требуется усиление фундамента.
1.6. Учет уплотнения основания при эксплуатации.
Здание эксплуатируется с 1847 года, срок эксплуатации составляет 161 год, то грунт под фундаментом уплотняется, что приводит к повышению несущей способности.
Для определения расчетного сопротивления грунта с учетом уплотнения, отрываются шурфы, берут пробы грунта и в лабораторных условиях определяют расчетное сопротивление грунта сжатию.
В учебных целях определяем по таблице:
Po/Ro |
1 |
0.9 |
0.8 |
0.7 |
0.6 |
0.5 |
0.4 |
0.3 |
0.2 |
0.1 |
m |
1.5 |
1.45 |
1.4 |
1.35 |
1.3 |
1.25 |
1.2 |
1.15 |
1.1 |
1.05 |
Po - расчетное сопротивление грунта основания до уплотнения
Ro – фактическое давление на грунт в момент реконструкции.
В учебных целях увеличиваем нагрузку по сечению 1-1 на 200%
м м.-необходимо усиление фундамента.
1.4.2. Усиление фундамента железобетонной обоймой
Если лабораторные испытания показали, что прочность грунта в процессе эксплуатации не повышена необходимо усилить фундамент железобетонной обоймой.
Усиление проводим по следующим осям (см.рис.)
мм.; мм; мм.
Т.к. =1+4×0,305=2,22 м.
Расчет фундамента выполняем как расчет консоли жестко защемленной в теле фундамента.
.
; -для рабочего армирования принимаем арматуру класса А400
кНм;
Если (с+с1)>150- то устанавливают 2 сетки (каркаса);
Принимаем 5 стержней диаметра 16 мм – А400 с см2.
1.8 Графическая часть.
II. Проверочный расчет простенка.
2.1. Нагрузки действующие на простенок.
Для расчета выбираем простенок в уровне первого этажа несущей стены с минимальными поперечными размерами сечения.
Простенок представлен на рисунке 2.1.
Рис.4.
Марка кирпича М75, марка раствора М50.
Нагрузка на простенок будет складываться:
1. Постоянная нагрузка от перекрытия и покрытия
N1=( g1+g2+g3)×L
нормативная: (0,162+2,734+3,42) ×3= 18,95 кН,
расчётная: (0,162+2,98+3,68) ×3=20,47 кН.
2. Временная
нагрузка на покрытие и
- нормативная: (1,68 +0,7+1,5) * 3* 0,545 = 6,34 кН/м;
- расчетная: (2,4 +0,8+1,71 ) * 3* 0,545 = 8,03кН.
2. Нагрузка от стены
N2=(1-Кост)×δст×Нст×ρ×γf×γn +(1-Кост)×δу×Нст×ρу×γf×γn.
нормативная: (1-0,15)* 3*0,51*18+(1-0,15)*3*0,15*3*0,
расчётная: (1-0,15)* 3*0,51*18*1,1*0,95+(1-0,15)*3*
Итого полная нагрузка:
нормативная: (18,95+6,34+23,78)=49,07кН,
расчётная: (20,47+8,03+24,86)=53,36кН.
2.2. Определение несущей способности простенка
Марка кирпича – 50; марка раствора – 50.
- м2.
Эксцентриситет - м., где момент М определяем по формуле: кНм.
-так как ;
- так как ( с помощью интерполяции);
;
Т.к. , то ;
, поэтому принимаем 1,23.
Т.к.
В учебных целях считаем , что в процессе эксплуатации образовались повреждения соответствующие сильной степени, поэтому в расчет кладки вводим понижающий коэффициент 0,5, а нагрузку , действующую на простенок увеличим в 6 раз.
2.3. Усиление кирпичного
простенка металлической
Требуется запроектировать усиление простенкав существующем жилом доме. Марка кирпича – 75, марка раствора – 50.
Размер сечения простенка – 0,51х0,103; высота – 1,370 м., расчетная высота стены – 2,8 м.
;
интерполируем ( ).
; МПа; .
Принимаем для обоймы сталь класса А-I. Вертикальную арматуру (уголок) принимаем по конструктивным соображениям – 4 уголка (50х50 мм.).
Преобразуем условие несущей способности:
,
Несущей способности уголков и кладки достаточно, а поперечные планки устанавливаем конструктивно. Принимаем расстояние между осями поперечных хомутов
обоймы 35 см и определяем их сечением исходя из условия:
по формуле:
- полосу сечением 60х8 ; АSф=4,8 см2.
2.4 Графическая часть усиления простенка.
III. Расчет монолитного участка
Рассмотрим вариант замены плиты перекрытия над лестничной клеткой на монолитный участок.
Расчет монолитного участка
производим в следующей
3.1. Геометрические параметры монолитного участка
3.2. Сбор нагрузки на монолитный участок
Наименование нагрузки |
Нормативная нагрузка |
Расчетная нагрузка | |
Постоянная |
|||
1.Собственный вес монолитного участка без ребер |
1,25 |
1,1 |
1,375 |
25х0,05х1 | |||
2.Засыпка керамзитом |
1,751 |
1,3 |
2,277 |
0,22х8 | |||
3.Цем.-песч.стяжка |
0,36 |
1,1 |
0,396 |
18х0,025 | |||
4.Линолеум |
0,09 |
1,2 |
0,108 |
18х0,005 | |||
Итого: |
3,451 |
4,156 | |
Временная |
|||
1.От веса людей и оборудования |
2,0 |
1,2 |
2,4 |
Всего: |
5,451 |
6,556 |
3.3. Расчет армирования монолитной плиты
Определяем максимальный момент, действующий в полке сечения:
- - расчетный пролет; ( -ширина ребра),
мм.
В качестве рабочей арматуры можно использовать арматуру класса А-III;
Определение требуемой площади арматуры Аs в полке производим как для прямоугольного сечения.
Определяем коэффициент Ао:
- где - коэфф. условий работы;
- м.- ширина участка;
- МПа- расчетное сопротивление бетона сжатию (В15);
- мм.- рабочая высота сечения ( где а=15 мм.- толщина защитного слоя).
С целью определения вида разрушения в сечении производим сравнение относительной граничной высоты сжатой зоны сечения с фактической .
- определяем по приложению 3; Проверяем условие , .
Условие выполняется, разрушение произойдет по растянутой зоне бетона. Подбираем площадь рабочей арматуры:
- где МПа – расчетное сопротивление арматуры растяжению,
Подбираем арматуру класса А-III диаметром 12 мм с шагом стержней 200 мм.(5 стержней на 1 м. элемента площадью Аs=5.65 см2).
Монтажную арматуру принимаем конструктивно из условия свариваемости диаметром 3 мм. арматура класса Вр-1 с шагом 200 мм.
Маркируем сетку С-1 в соответствии с приложением 2:
Установка поперечной арматуры в полке не требуется, в связи с незначительной толщиной полки не менее 150 мм.
3.4. сбор нагрузки на продольное ребро.
Опирание ребер на кирпичную стену считается шарнирным. Пролет длинной 3300 мм. и с минимальной величиной опирания плит с=100 мм.
Расчетная длина элемента равна:
Расчетная погонная нагрузка:
- где: полная расчетная нагрузка;
м. – ширина грузовой площади полки;
Определяем максимальный момент и поперечную силу:
3.5. Расчет продольного ребра по нормальным сечениям.
- где - коэфф. условий работы;
- м.- ширина участка, равная ширине ребер
- МПа- расчетное сопротивление бетона сжатию (В15);
- мм.- рабочая высота сечения ( где а=15 мм.- толщина защитного слоя).
По таблице приложения 4 определяем и .
-по приложению3. Условие выполняется, разрушение сечения произойдет по растянутой зоне бетона.