Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия

1. Введение

     Железобетонные  конструкции являются базой современной  строительной индустрии. Их применяют: в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве – для зданий различного назначения; в транспортном строительстве – для метрополитенов, мостов, туннелей; в энергетическом строительстве – для гидроэлектростанций, атомных реакторов и т.д. Такое широкое распространение в строительстве железобетон получил вследствие многих его положительных свойств: долговечности, огнестойкости, стойкости против атмосферных воздействий, высокой сопротивляемости статическим и динамическим нагрузкам, малых эксплуатационных расходов на содержание зданий и сооружений и др.

     Каркас  здания образует основные вертикальные и горизонтальные элементы – колонны, заделанные в фундамент и ригели шарнирно или жестко соединенные с колоннами. В каркасном здании горизонтальные воздействия (ветровые, сейсмические и т.п.) могут восприниматься совместно каркасом и вертикальными связевыми диафрагмами, соединенными перекрытиями в единую пространственную систему, или же при отсутствии вертикальных диафрагм только каркасом как рамной конструкцией. Также различают балки прокатные (из двутавров или швеллеров) и составные – сварные или клепаные (из листов и уголков).Балки вспомогательные обычно проектируются прокатными.

     Для устройства фундаментов под сборные  железобетонные колонны используются сборные железобетонные фундаменты. Фундаменты выполняют в виде массивных  элементов с плоской нижней поверхностью – подошвой, устанавливаемых на уплотненный грунт или бетонную подготовку, с устройством сверху гнезда – стакана глубиной, равной 1 – 1,5 высоты сечения колонны, служащего  для заделки колонны в фундаменте.

     Колонны общественных зданий выполняют в  основном в виде прямолинейных элементов  сечением 300×300 и 400×400, длиной на один, два, три или четыре этажа.

     Ригели  каркасов зданий выполняют таврового  сечения с полкой по низу или с приливами по боковым граням для опирания плит перекрытий.

     Перекрытия  зданий выполняют из сборных  железобетонных пустотных или ребристых плит.

     Ребристые плиты изготовляют из тяжелого или  легкого бетона П-образного сечения  длиной до 8,8 м. шириной до 1,5 м, высотой до 400 мм, их масса до 4 т. При больших пролетах применяют ребристые плиты типа 2Т. Они выполняются длиной до 15 м, шириной до 3 м и высотой до 600 мм, масса до 11 т.

     Выполнение  и защита курсовой работы ставят своей  целью:

     1. закрепление и углубление знаний  лекционного материала;

     2. изучение на практике существующих методов расчета, норм проектирования и оформление строительных рабочих чертежей железобетонных, металлических конструкций.

     При выполнении курсовой работы ставятся практические задачи реального проектирования – расчет и конструирование железобетонных конструкций перекрытия каркасного здания, металлической колонны и второстепенной балки.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия

     При использовании для перекрытий сборных  железобетонных плит назначают упрощенный тип балочной клетки с укладкой плит непосредственно на балки настила. Нагрузка на балку настила передается от настила с участков перекрытия, расположенных на смежных от балки пролетах. Площадь  перекрытия, с которой нагрузка передается на балку, называется грузовой площадью. Плиты перекрытий предварительно напряженные ребристые. Плиты принимаем номинальной шириной 1400 мм.

     Центрально-сжатые колонны воспринимают продольную силу, приложенную по оси колонны. Колонна  состоит из стержня, оголовка и базы. 
 
 
 
 
 
 
 

3. Расчет ребристой плиты по предельным состояниям первой группы

     3.1 Расчетный пролет и нагрузки

     При опирании на металлическую балку поверху расчетный пролет

      см.

     Подсчет нагрузок на 1м² перекрытия сводим в таблицу 1.1.

   Таблица 1.1 – Нормативные и расчетные  нагрузки на 1м² перекрытия

     

     Расчетная нагрузка на 1 м при ширине плиты 1,8м с учетом коэффициента надежности по значению здания ; постоянная кН/м; полная кН/м; кН/м.

Нормативная нагрузка на 1 м: постоянная кН/м; полная кН/м; в том числе постоянная и длительная кН/м. 
 
 
 

     3.2 Усилия от расчетных и нормативных нагрузок

     Определяем усилия от расчетной нагрузки

     /8=10,23* =36 кН·м;

     Q=10,23*5,28/2=27 кН·м;

     Определяем усилия от нормативной полной нагрузки

     /8=8,86* =30,88 кН·м;

     Q=8,86*5,28/2=23,39 кН·м;

     От нормативной  постоянной и длительной нагрузок

     /8=7,83* =27,29 кН·м;

     3.3 Установление размеров сечения плиты

     Высота сечения  ребристой  предварительно напряженной  плиты

     (по формулам гл.3)

       см;

     рабочая высота сечения 

       см,

       ширина продольных ребер понизу  7 см; ширина верхней полки

     176 см(180.0-4.0).  

     В расчетах по предельным состояниям первой группы расчетная  толщина сжатой полки двутаврового сечения 

      см; отношение  , при этом в   

       расчет вводится вся ширина полки

       см; расчетная ширина ребра см.

     3.4 Характеристики прочности бетона и арматуры

     Ребристую предварительно напряженную плиту армируют стержневой арматурой класса А-1V с электротермическим натяжением на упоры форм. К трещиностойкости плиты предъявляют требования 3-й категории. Изделие подвергают тепловой обработке при атмосферном давлении.

     Бетон тяжелый класса В20, соответствующий напрягаемой  арматуре. Призменная прочность нормативная  МПа, (прил.3)

     расчетная МПа; (прил.1)

     коэффициент условий  работы бетона ; (прил.2)

     нормативное сопротивление  при растяжении МПа,

     расчетное МПа; (прил.3)

     начальный модуль упругости  бетона МПа. Передаточная прочность бетона R_bp устанавливается так, чтобы при обжатии отношение напряжений

     Арматура продольных ребер  – класса  А-1V, нормативное сопротивление МПа,

              расчетное сопротивление МПа; (таб.1 прил.5)

модуль  упругости  МПа. Предварительное напряжение арматуры равно: МПа. При электротермическом способе натяжения

               МПа; (формула 2.22)

МПа – условие выполняется. Вычисляем предельное отклонение предварительного напряжения  по формуле (2.25)

      ,

               где n=2 – число напрягаемых стержней плиты.

     

     Коэффициент точности натяжения при благоприятном  влиянии предварительного напряжения по формуле (2.24): . При проверке по образованию трещин в верхней зоне плиты при обжатии принимают . Предварительные напряжения с учетом точности натяжения МПа. 
 

3.5 Расчет прочности плиты по сечению, нормальному к продольной оси.

      М=36 кН·м

     Сечение тавровое с  полкой в сжатой зоне. Вычисляем

      .

     Из табл. 3.1 (1) находим  ; см<5см –нейтральная ось проходит в пределах сжатой полки; .

     Характеристика  сжатой зоны: .

     Граничная высота сжатой зоны вычисляется по формуле (2.42):

     

     

;

      где  МПа;

       ; в знаменателе принято 500 МПа, поскольку .

     Коэффициент условий  работы, учитывающий сопротивление  напрягаемой арматуры выше условного  предела текучести, определяем согласно формуле (2.44) :

      ,

     где n= 1,2 для арматуры класса А-1V,принимают .

     Вычисляем площадь  сечения растянутой арматуры

     

см².

     Исходя из расчета  принимаем 2 Ø 14 А-1V с общей площадью

      см². (приложение 6)

     3.6 Расчет полки плиты на местный изгиб

     Расчетный пролет при  ширине ребер вверху  9 см составит

     

см.

      Нагрузка на 1м² полки может быть принята такой же как для плиты:

     

кН*м².

     Изгибающий момент для полосы шириной 1 м  определяют с учетом частичной заделки в ребрах:

.

      Рабочая высота  сечения

      см.

       Арматура Ø 4 Вр-1 с  МПа,

     

, , см² - 8 Ø4 р-1 с см²   . Принимаем сетку с поперечной рабочей арматурой Ø4 Вр-1 с шагом s=125мм.

     3.7.Расчет прочности ребристой плиты по сечению, наклонному к продольной оси.Q=27 кН.

     Влияние продольного  усилия обжатия N=Р=71 кН

     

.(формула 3.49)

     Проверяем требуется ли поперечная арматура по расчету. Условие:

     _{(по  формулам главы  3.5.)} ,Н - удовлетворяется. При кН/м = 81,8Н/см и поскольку

     

Н/см>81,8Н/см,

     принимаем см. Другое условие при

     

Н и значении

 _{не удовлетворяется}

     Следовательно, поперечная арматура   требуется по расчету.

     На приопорных участках длиной арматуру устанавливаем в каждом ребре плиты поперечные стержни Ø 5 Вр-1 с шагом см; в средней части пролета с шагом см. Принимаем s=25см

     

; ;

     

.

     Влияние свесов сжатых полок (при двух ребрах):

     

     

,

      принимаем 1,5.

     

     Условие - удовлетворяется.

     Требование  - удовлетворяется. 
 

     Для расчета прочности  вычисляют 

     

     Поскольку , значение   вычисляем по формуле

     

; принимаем с=80см.

     Тогда

     

     Поперечная сила в вершине наклонного сечения  . Длительность проекции расчетного наклонного сечения , принимаем . При этом ,

     Условие прочности  _-обеспечивается.

     Прочность проверяем по сжатой наклонной полосе ;

      ;

      ; ;

                 .

Условие прочности - удовлетворяется.

            3.8.Определение геометрических характеристик

            приведенного сечения

Отношение  модулей упругости (применяем формулы 2.28…2.32.)

     

     Площадь приведенного сечения 

     

см².

     Статический момент  площади приведенного сечения относительно нижней грани

      см³

     Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения  см. Момент инерции сечения

     

, см⁴.

     Момент сопротивления  приведенного  сечения по нижней зоне

     

, см³.

Момент  сопротивления приведенного  сечения  по верхней зоне

     

, см³.

     Расстояние от ядровой  точки, наиболее удаленной от растянутой зоны (верхней), до центра тяжести приведенного  сечения:

     

,

     то же, наименее удаленной  от растянутой зоны (нижней)

     

     

     Отношение напряжения в бетоне от нормативных нагрузок и усилия обжатия к расчетному сопротивлению бетона для предельных состояний второй группы предварительно принимают равным 0,75.

     Упругопластический  момент сопротивления по растянутой зоне

     

см³,

     здесь – для таврового сечения с полкой в сжатой зоне. Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне в стадии изготовления и обжатия

      см³.

     здесь – для таврового сечения с полкой в растянутой зоне при

      /b2 и h

            3.9. Потери предварительного напряжения арматуры

     Коэффициент точности натяжения арматуры при расчете  принимают  . Потери от релаксации напряжений в арматуре при электротермическом способе натяжения МПа. Потери от температурного перепада между натянутой арматурой и упорами , так как при пропаривании форма с упорами нагревается вместе с изделием.

     Усилие обжатия

     

Н.

      Эксцентриситет  этого усилия относительно центра  тяжести приведенного  сечения

     

см.

      Напряжение в  бетоне при обжатии определяем  по формуле 

     

     

, МПа.

     Устанавливаем значения передаточной прочности бетона из условий

     Принимаем МПа. Тогда отношение

     

.

     Вычисляем сжимающие  напряжения в бетоне на уровне центра тяжести площади напрягаемой  арматуры от усилия обжатия и с  учетом момента от веса плиты:

     

Н*см.= 16 кН*м

     Тогда

     

     

, МПа.

     При

     (что<0,8) потери от  быстронатекающей ползучести будут

     

, МПа.

     Суммарное значение первых потерь

     

, МПа.

     Потери от усадки бетона у_b=40 МПа.

     Усилие обжатия  с учетом всех первых потерь:

     

     Сжимающее напряжение на уровне центра тяжести растянутой арматуры с учетом изгибающего момента  от собственного веса плиты: 

     

       

     Потери от ползучести бетона:

     

     Вторые потери: 

     

     Полные потери:

     

     _{т.е, больше установленного минимального значения потерь.}

     Усилия обжатия  с учетом всех потерь:

       

3.10. Расчет прочности плиты по сечению, наклонному к продольной оси Q=27 кН

     Влияние продольного  усилия обжатия  кН:

     

.

     Проверяем требуется ли поперечная арматура по расчету. Условие:

     

,Н - удовлетворяется. При кН/м = 81,8Н/см и поскольку

     

Н/см> 85,2Н/см,

     принимаем

см. Другое условие при

     

Н и значении

          удовлетворяется.

    Следовательно, поперечная арматура   требуется по расчету.

     На приопорных участках длиной

арматуру устанавливаем в каждом ребре плиты поперечные стержни Ø 5 Вр-1 с шагом см; в средней части пролета с шагом см. Принимаем s=25см

      ; ;

      .

     Влияние свесов сжатых полок (при двух ребрах):

     

      ,

     принимаем 1,5.

     

     Условие - удовлетворяется.

     Требование  - удовлетворяется.

     Для расчета прочности вычисляют

     

.

     Поскольку , значение   вычисляем по формуле

      ; принимаем с=90см.

     Тогда

     

     Поперечная  сила в вершине наклонного сечения  . Длительность проекции расчетного наклонного сечения , принимаем . При этом ,

     Условие прочности  - обеспечивается.

     Прочность проверяем по сжатой наклонной полосе ;

     

;

      ; ;

      .

     Условие прочности  - удовлетворяется.