Строительство пятиэтажного здания в Оренбурге

1. Исходные данные

Вариант 180

Место строительства – г.Оренбург

Размеры здания:

• длина – 72 м
• ширина – 19 м
• число этажей – 5
• высота этажа – h_эт = 3 м

Временная нормативная нагрузка на перекрытие – P = 3,5 кН/м²

Сопротивление грунта – Ro = 0,29 МПа

Назначение здания – производственное

Глубина промерзания – 2,1 м

Класс бетона – В15

Класс рабочей арматуры:

• каркасы балок, колонн – А400
• сетки плит перекрытий при непрерывном армировании – В500
• сетки фундамента – А400

Каркас здания – неполный

Стены – несущие (кирпичные)

Кровля – скатная

На верхнем этаже предусмотреть зал.

2. Разбивка сетки колонн

Принципы разбивки сетки колонн:

1. Наиболее оптимальная сетка колонн – 6м х 6м;
2. Предварительные размеры для элементов:

- длина монолитной ж/б плиты:l_f = 1,5-2,5м (модуль - 100мм, иногда 50мм)

- длина второстепенной балки:l_s = 5–7,5м (модуль - 100мм)

- длина главной балки:l_m= 6-8 м (модуль - 100мм)

- l_m> l_s

1. Желательно, чтобы при разбивке сетки колонн главные и второстепенные балки имели равные пролеты, и только крайние балки могут отличаться по длине от средних (желательно в меньшую сторону) не более чем на 20%;
2. Желательно, чтобы главные балки по направлению были ориентированы вдоль большего размера здания. В курсовом проекте принимаем обратную версию;
3. Соотношение сторон плит должно быть больше 2;
4. При разбивке сетки колонн (для главных, второстепенных балок и плит) принимать все средние пролеты одинаковой длины в отличие от крайних, желательно в большую сторону;
5. Предварительное назначение поперечного сечения:

-

-

-

- h_f(min) = 6 см (производственные здания)

- h_f(min) = 5 см (общественные здания)

- - ширина второстепенной (главной) балки

2.1 Определение размеров температурно-усадочного шва

Температурно-усадочный шов устраивается для зданий, выполненных из монолитных конструкций, при их длине более 50м.

- размер шва, где

α- коэффициент линейного температурного удлинения:- кирпич

Т – разница температур между максимальной t₁ и минимальной t₂.

Т= |t₁| + |t₂| = 48+39 = 87

L – длина здания ( номинальный размер здания (больший)

Δ=0,5*10^-5*(87)*72000 =31,31мм

Принимаем 35мм.

2.2 Определим в первом приближении размеры сечений балок и плит:

2.2.1 Второстепенная балка:

l_s = 6000 мм

h_s =

b_s = 0,5*h_s = 0.5*400 = 200 мм

2.2.2 Главная балка:

При временной нагрузке Р ≤ 4 кН/м² главная балка на 1 модуль (50 мм) шире второстепенной.

При временной нагрузке Р ≥ 4 кН/м² главная балка на 2 модуля (100 мм) шире второстепенной.

Так как по заданию Р = 3,5 кН/м² , то

b_m = b_s +50 мм =250мм

h_m = 2* b_m = 500 мм

• • 1. Плита:

l_s = 6000 мм

l_f1 = 2300 мм

l_f2 = 2400 мм

1. Расчет плиты

3.1 Сбор нагрузки на 1м² плиты

V_пл = h_fпл=0,06м *1м = 0,06м²

V_шл = h_шл = 0,03м*1м = 0,03м²

V_пар = h_пар = 0,01м*1м = 0,01м²

q^расч_пл = V_пл* γ_пл*K_зап = 0,06м²*2,5т/м³*1,1 = 0,165 т/м

q^расч_шл = V_шл* γ_шл*K_зап = 0,03 м²*1,8т/м³*1,2 = 0,0702 т/м

q^расч_пар = V_пар* γ_пар*K_зап = 0,01 м²*0,01т/м³*1,2 = 0,00024 т/м

q_f = P*1м+q^расч_пл +q^расч_шл +q^расч_пар = 0,35т/м+0,165 т/м+0,0702 т/м+0,00024т/м = 0,585т/м

q_f = 0,585 т/м

• 1. Определение усилий в плите

Расчетная схема

;

М₁=

М₂=

3.3 Расчет толщины плиты и площади армирования

3.3.1 Для 1-ой плиты

0,16

где

– относительная высота сжатой зоны бетона

– процент армирования сечения

R_s 415 МПа – расчетное сопротивление арматуры класса В500

R_s 355 МПа – расчетное сопротивление арматуры класса А400

R_b 8,5 МПа – расчетное сопротивление бетона класса В₁₅

R_b 11,5 МПа – расчетное сопротивление бетона класса В₂₀

γ_b 0,9 – Коэффициент условия работы

α_m *(1-0,5*) 0,16*(1-0,5*0,16) 0,1472

α_m – статический момент сжатой зоны бетона

h₀ = 0,043 м 4,3 см ,

где

М₁ – момент в середине первой плиты (см пункт 1.2)

R_b – расчетное сопротивление бетона

γ_b 0,9 – коэффициент условия работы

Толщина плиты, полученная по расчету

h_f = h₀ + а = 4,3см +1,5см = 5,8 см

Так как h_f < h_fmin = 6 см, то принимаем h_f = h_fmin = 6 см

h₀ = 4,5 см , а = 1,5 см

Пересчет αm

α_m 0,136

Проверка

α_m ≤ α_R

_R = = = 0,502

α_{R R}*(1 - 0,5_R) 0,502*(1 - 0,5*0,502) 0,376

0,136 < 0,376– условие выполнено

Пересчет

0,147

Расчет площади армирования сечения

А_s1 0,000122 м² = 1,30 см²

где

η = (1-0,5*) (1-0,5*0,147) 0,927 – коэффициент внутренней пары сил

По сортаменту арматуры выбираем 7 стержней ∅5 класса В500.

Шаг арматуры – 150мм.Шаг подбираем так, чтобы в 1м сечения уместилось 10 стержней вместе с отступом. Отступ делать не больше половины шага.

3.3.2 Для 2-ой плиты

0,16

где

– относительная высота сжатой зоны бетона

– процент армирования сечения

R_s 415 МПа – расчетное сопротивление арматуры класса В

R_s 355 МПа – расчетное сопротивление арматуры класса А

R_b 8,5 МПа – расчетное сопротивление бетона класса В₁₅

R_b 11,5 МПа – расчетное сопротивление бетона класса В₂₀

γ_b 0,9 – Коэффициент условия работы

α_m *(1-0,5*) 0,16*(1-0,5*0,16) 0,1472

h₀ 0,040 м 4,0 см

где

α_m – статический момент сжатой зоны бетона

М₂ – момент в середине первой плиты (см пункт 1.2)

R_b – расчетное сопротивление бетона

γ_b 0,9 – коэффициент условия работы

Принимаем h_f = 6 см, h₀ = 4,5 см, а = 1,5 см

Пересчет αm

α_m 0,115

Проверка

α_m ≤ α_R

_R = = = 0,502

α_{R R}*(1 - 0,5_R) 0,502*(1 - 0,5*0,502) 0,376

0,115 < 0,376– условие выполнено

Пересчет

0,123

Расчет площади армирования сечения

А_s2 0,000102 м² = 1,02 см²

где

η = (1-0,5*) (1-0,5*0,123) 0,939 – Коэффициент внутренней пары сил

По сортаменту арматуры выбираем 10 стержней ∅4 класса В500

Шаг арматуры – 100мм

4. Расчет второстепенной балки

4.1 Определим геометрические характеристики сечения

Расчетная ширина полки

b’_fs =

2120 < 2300 – условие выполнено

Если условие не выполняется, то принимаем b’_fs = l_f

l_s = 6000 мм

h_s = , b_s = 0,5*h_s = 0.5*400 = 200 мм

4.2 Сбор нагрузки

q_s = P* b’_fs +( q_f – P)* b’_fs *1,1 + g_s*1,1

P = 0,35т/м² – временная нагрузка

g_s – собственный вес второстепенной балки

g_s= ((h_s - h_f)*b_s)* γ = ((0,4м – 0,06м)*0,2м)*2,5т/м³ = 0,17т/м

q_f = 0,585 т/м² – нагрузка от плиты

q_s = 0,35т/м2*2,12м + (0,585 т/м² – 0,35 т/м² )*2,12м*1,1 + 0,17т/м*1,1 = 1,48т/м

4.2 Точный расчет высоты второстепенной балки

h_s=h₀+a

h₀

K = 0,0171 –для бетона B15

K = 0,0144 –для бетона B20

Принимаем h_o = 28см, а = 3см

h_s= 28+3=31см

4.3 Проверка на необходимость армирования верхней части

>2 – нужно армировать верхнюю часть балки

<2 – не нужно армировать верхнюю часть балки

= – армировать не нужно

где

– временная нагрузка на балку

– постоянная нагрузка на балку

4.4 Расчет площади армирования сечения

4.4.1 В середине пролета 1-го пролета

Пересчет αm

α_m 0,073

где

М₁ =

Проверка

α_m ≤ α_R

_R = = = 0,502

α_{R R}*(1 - 0,5_R) 0,502*(1 - 0,5*0,502) 0,376

0,073 < 0,376 – условие выполнено

Пересчет

0,076

Расчет площади армирования сечения

А_s1 0,000458 м² = 4,58 см²

где

η = (1-0,5*) (1-0,5*0,076) 0,962 – коэффициент внутренней пары сил

По сортаменту арматуры выбираем 2 стержня ∅18 класса А400.

(Если по расчету получается арматура меньше ∅12, принимают арматуру∅12)

4.4.2 На промежуточной опоре (на главной балке)

Пересчет αm

α_m 0,058

где

М₂ =

Проверка

α_m ≤ α_R

_R = = = 0,502

α_{R R}*(1 - 0,5_R) 0,502*(1 - 0,5*0,502) 0,376

0,058 < 0,376 – условие выполнено

Пересчет

0,060

Расчет площади армирования сечения

А_s2 0,000363 м² = 3,63 см²

где

η = (1-0,5*) (1-0,5*0,060) 0,97 – коэффициент внутренней пары сил

По сортаменту арматуры выбираем 2 стержня ∅16 класса А400.

(Если по расчету получается арматура меньше ∅12, принимают арматуру∅12)

4.4.3 В середине 2-го пролета

Пересчет αm

α_m 0,051

где

М₃ =

Проверка

α_m ≤ α_R

_R = = = 0,502

α_{R R}*(1 - 0,5_R) 0,502*(1 - 0,5*0,502) 0,376

0,025 < 0,376 – условие выполнено

Пересчет

0,052

Расчет площади армирования сечения

А_s3 0,000316 м² = 3,16 см²

где

η = (1-0,5*) (1-0,5*0,052) 0,974 – коэффициент внутренней пары сил

По сортаменту арматуры выбираем 2 стержня ∅16 класса А400.

(Если по расчету получается арматура меньше ∅12, принимают арматуру∅12)

1. Расчет колонны

5.1 Сбор нагрузки

Расчетная схема

Q = N₁+N₂

N₁ – временная нагрузка на колонну

N₁ = P* l_s*l_m = 0,35 т/м²*6м*4,8м = 10,08т

N₂ – постоянная нагрузка на колонну

N₂ =( q_f –P)*l_s*l_m*1,1 + g_s*l_s*n_s*1,1 + g_m*l_m*1,1 + g_c*1,1=

= (0,585 т/м²-0,35т/м²)*6м*4,8м*1,1 + 0,17 т/м*6м*2*1,1 +

+0,275 т/м*4,8м*1,1+0,675т*1,1=11,88т

P = 0,4т/м² – временная нагрузка на перекрытие

g_s – собственный вес второстепенной балки

g_s= ((h_s - h_f)*b_s)* γ = ((0,4м – 0,06м)*0,2м)*2,5т/м³ = 0,17т/м

n_s – количество второстепенных балок, попавших в грузовую площадь

q_f = 0,585 т/м² – полная нагрузка от плиты

g_m – собственный вес главной балки

g_m = ((h_m - h_f)*b_m)* γ = ((0,5м – 0,06м)*0,25м*2,5т/м³ = 0,275т/м

g_c = b_c*h_c*H* γ = 0,3м*0,3м*3м*2,5т/м³ = 0,675т – собственный вес колонны

(b_c и h_c принять ориентировочно. Если окажется, что вы взяли меньше чем получили в пункте 4.2, то пересчитать.)

Q =10,08+ 11,88т=21,96 т

• 1. Расчет площади колонны

А_С

Q – полная нагрузка на колонну, n – количество этажей здания

– процент армирования сечения (1% для колонны)

R_ser 415 МПа – расчетное сопротивление арматуры класса В

R_ser 355 МПа – расчетное сопротивление арматуры класса А

R_b 8,5 МПа – расчетное сопротивление бетона класса В₁₅

R_b 11,5 МПа – расчетное сопротивление бетона класса В₂₀

γ_b 0,9 – Коэффициент условия работы

А_C*(5 – 1) = 0,0863 м²

Принимаем b_c = 30 см, h_c = 30 см (размеры должны быть кратны 5)

5.3 Расчет площади армирования сечения

Q*(n-1) ≤ *(R_b*h_c*b_c + R_s*A_s)

A_s=

где

– коэффициент, учитывающий длительность загружения, гибкость и характер армирования

где

– коэффициенты продольного изгиба( определяются по таблице)

N_l - длительно действующая временная нагрузка со всех перекрытий

N_l = N₁*(n-1) + 2/3N₂*(n-1) = 10,08*4+2/3*11,88*4 = 72,00т

где

– высота этажа

= – ширина колонны

0,5м – расстояние от обреза фундамента до поверхности земли (у всех такое)

Принимаем по таблице ,

– условие выполнено(если нет, то принимаем )

A_s=

По сортаменту арматуры выбираем 4 стержня ∅14 класса А400.

(Если по расчету получается арматура меньше ∅12, принимают арматуру∅12)

Проверка

Q*(n-1) ≤ *(R_b*h_c*b_c + R_s*A_s)

– условие выполнено

1. Расчет фундамента

Расчетная схема

6.1 Расчет площади фундамента

A= h₂*b₂ ≥

где

= – нагрузка на фундамент

1,2 – средний коэффициент надежности для производственных зданий

1,15– средний коэффициент надежности для общественных зданий

Ro = 0.29МПа – сопротивление грунта(по заданию)

т/м³ – средняя объемная масса грунта

d = 1м – глубина заложения фундамента

=

A= a*b =

Проверка прочности под подошвой фундамента

– условие не выполнено.

Пусть А=b*a=3,42м² (подбираем так, чтобы стороны были кратны 100мм)

– условие выполнено

Принимаем А=b*a=3,24м², b=1,8м, a=1,9м

6.2 Расчет минимальной высоты фундамента из условия продавливания

где

a = 0,035 – толщина защитного слоя

где

hc, bc – ширина и длинна колонны

R_bt – расчетное сопротивление бетона на растяжение

R_bt=0,9МПа – для бетона класса В20

R_bt=0,75 МПа – для бетона класса В15

Pгр – давление на грунт от фундамента

Так как высота металлической опалубки может быть либо 30см, либо 45см, то принимаем двухступенчатый фундамент высотой h=0,6м, h_о=0,565м.

6.3 Расчет армирования фундамента

Сечение I-I

А_s1

где

М₁ = 0,125*(b₂-h_c)²*h₂*Р_гр = 0,125*(1,8м-0,30м)²*1,9м*25,68 = 13,72тм

Сечение II-II

А_s2

где

М₂ = 0,125*(b₂-b₁)²*h₂*Р_гр = 0,125*(1.8м-0,9м)²*1,9м*25,68 = 4,94тм

Диаметр стержней выбираем по А_s1

По сортаменту арматуры принимаем по каждому направлению 14 стержней ∅8 класса А400.

Так как минимальная арматура должна быть ∅12, то принимаем 11 стержней ∅12 класса А400 с шагом 200мм. (А_s = 12,44 см²)