Расчет железобетонных конструкций многоэтажного производственного здания

1.      Исходные данные для проектирования

Здание проектируется по жесткой конструктивной схеме, с полным каркасом, поперечными стенами из кирпича и с продольными навесными панельными стенами в сборном железобетоне. Район строительства - г. Гороховец.

Сетка колонн:

поперек здания - (пролет число пролетов) - ;

вдоль здания - (шаг колонн  число шагов) - .

Направление ригелей (главных балок) - поперек здания.

Высота этажа - , количество этажей - , отметка уровня земли - .

Коэффициент надежности по ответственности здания .

Временная нормативная нагрузка (включая кратковременную) на междуэтажных перекрытияx  и

Коэффициент снижения временной нагрузки:

а) для сборных ригелей - ;

б) для колонн - .

Бетон тяжелый класса:

а) для плит:                  В15;

б) для ригелей:   В15;

в) для колонн:     В20;

г) для колонн:     В15.

Рабочая арматура классов:

а) полка сборной плиты сетки по ГОСТ

б) продольных ребер плиты: А300;

в) ригеля:                               А400;

г) колонны:                                     А300;

д) для колонн:                       А300.

Поперечную арматуру в продольных ребрах плиты, в ригеле и колонне принять самостоятельно.

Расчетное сопротивление грунта ;

Ригель средний с 2 каркасами.

2.     
Компоновка здания

В соответствии с заданием проектируются сборные железобетонные конструкции 4 - этажного, 4 - пролетного производственного здания без подвала, с обычными условиями эксплуатации помещений. На рисунке 1 показаны план и поперечный разрез рассчитываемого здания. Расстояния между разбивочными осями здания - продольными  и поперечными ; высота этажей - . Здание имеет полный железобетонный каркас с рамами, расположенными в поперечном направлении. Поперечные рамы образуются из колонн, располагаемых на пересечениях осей, и ригелей, идущих поперек здания. Ригели опираются на консоли колонн. Места соединения ригелей и колонн, после сварки выпусков арматуры и замоноличивания стыков, образуют жесткие рамные узлы.

На ригели опираются плиты перекрытий (перекрытия), располагаемые длинной стороной вдоль здания и длина плит равна расстоянию между осями рам . Плиты ребристые, у продольных стен укладываются плиты половинной ширины, называемыми пристенными или доборными. По рядам колонн размещаются связевые (межколонные) плиты, приваренные в четырех точках к закладным деталям ригелей и соединяющиеся между собой поверх продольных ребер стальными накладками.

Продольные стены выполняются навесными или самонесущими из легкобетонных панелей. Привязка колонн крайних рядов и наружных стен к продольным разбивочным осям - «нулевая».

Поперечные стены (торцевая и внутренняя) выполняются самонесущими кирпичными. Расстояние между поперечными стенами , что меньше . В этом случае в поперечном направлении здание будет с жесткими опорами, при которых элементы каркаса (ригели и колонны) рассчитываются только на вертикальные нагрузки, а горизонтальная (ветровая) нагрузка воспринимается поперечными стенами, выполняющими функции вертикальных связевых диафрагм. В продольном направлении жесткость здания обеспечивается металлическими портальными вертикальными связями, устанавливаемыми в одном среднем пролете по каждому продольному ряду колонн.

3.     
Расчет ребристой плиты

3.1    Исходные данные для проектирования плиты

Для сборного железобетонного перекрытия, представленного на плане и разрезе рисунка 1, требуется рассчитать сборную ребристую плиту с ненапрягаемой арматурой в продольных ребрах. Сетка колонн . Направление ригелей междуэтажных перекрытий - поперек здания. Нормативное значение временной нагрузки на междуэтажные перекрытия , длительная - . Коэффициент надежности по назначению здания принимается ; коэффициент надежности по нагрузке: временной - ; постоянной - . Бетон тяжелый класса В15.

Расчетные сопротивления бетона  и .

Для расчета по первой группе предельных состояний:

; ;

Для расчета по второй группе предельных состояний:

;

Основные размеры плиты (рисунок 2):

·        длина плиты

;

·        номинальная ширина   ;

·        конструктивная ширина

Высота плиты ориентировочно определяется по выражению, принимая всю нагрузку длительной:

3.2    Расчет плиты по прочности

Расчет полки плиты.

Толщина полки принята .

Пролет полки в свету по рисунку 2а, меньший размер:

больший размер:

Расчетная нагрузка на  полки:

Постоянная с коэффициентом надежности по нагрузке :

-       вес полки:

где    - вес 1 м³ тяжелого железобетона;

-       вес пола и перегородок  (при отсутствии сведений о конструкции пола и перегородок, их нормативный вес принят ).

Итого постоянная нагрузка:

Временная нагрузка (с ):

Полная расчётная нагрузка (с ):

Изгибающий момент в полке (в пролете и на опорах) при прямоугольных полях ():

Площадь арматуры при  (a = защитный слой 15 мм + расстояние до середины толщины сетки при арматуре Ø3В500).

Расчетное сопротивление арматуры  (таблица Приложения «В»)

Проверка условия :

Граничная относительная высота сжатой зоны:

Таким образом, условие выполняется. При невыполнении данного условия, необходимо повысить класс бетона.

Принята сетка:

Процент армирования полки:

Расчет поперечных ребер.

Высота ребра , арматура А400, расчётный пролёт:

Временная расчётная нагрузка на ширине ребра 0,1 м

Сечение тавровое, расчётная ширина полки:

Расчёт арматуры:

Принят  с

Расчет продольных ребер.

Продольные ребра рассчитываются в составе всей плиты, рассматриваемой как балка П-образного сечения с высотой  и номинальной шириной  (конструктивная ширина ). Толщина сжатой полки .

Расчетный пролет при определении изгибающего момента принимает равным расстоянию между центрами опор на ригелях:

Расчетный пролет при определении поперечной силы:

Нагрузка на 1 пм плиты составит:

постоянная:

где    - расчетная нагрузка от собственного веса трех поперечных ребер

 - расчетная нагрузка от собственного веса двух продольных ребер с заивкой швов

где    - средняя ширина двух ребер и шва

временная:

полная:

Усилия от расчетной нагрузки для расчета на прочность:

Расчет прочности нормальных сечений.

Продольная рабочая арматура в ребрах принята класса A300, расчетное сопротивление . Сечение тавровое с полкой в сжатой зоне; расчетная ширина полки ;  . (а = 55 мм при двухрядной арматуре).

Полагая, что нейтральная ось лежит в полке, имеем:

Проверка условия:

Площадь сечения продольной арматуры:

Принимаем продольную арматуру

Расчёт нормальных сечений к продольной оси элемента по деформационной модели.

Расчет по прочности производят из условий:

Деформации в продольной арматуре в предельном состоянии при двузначной эпюре деформаций согласно гипотезе плоских сечений равны:

где    - фактическая высота сжатой зоны бетона:

где    х - высота сжатой зоны при прямоугольной эпюре напряжений, полученная при расчёте по предельным усилиям. Используя расчёты, выполненные выше (, ), и задавшись , проверим предельные деформации в бетоне:

деформации в бетоне не превшают предельных.

Расчет прочности нормальных сечений на поперечную силу.

Поперечная сила на грани опоры . В каждом продольном ребре устанавливается по одному каркасу с односторонним расположением двух рабочих стержней диаметром . Диаметр поперечных стержней из условия свариваемости должен быть не менее 0,25 диаметра продольной арматуры.

При  и n = 2 имеем:

Бетон тяжелый класса В15 (

Предварительно принятый шаг хомутов:

Прочность бетонной сжатой полосы:

, прочность обеспечена.

Интенсивность хомутов:

Поскольку

хомуты полностью учитываются в расчете и  определяется по формуле:

Самая невыгодная длина проекции наклонно сечения С определяется из выражения:

Поскольку

значение С определяем по формуле:

Принимаем .

Длина проекции наклонной трещины  принимается не более  и не более . В данном случае . Тогда:

Проверяем условие

т.е. прочность наклонных сечений обеспечена.

Определение длины приопорного участка

При равномерно распределенной нагрузке длина приопорного участка определяется в зависимости от:

Поскольку

Значение

Так как , длина приопорного участка определяем по формуле:

3.3 Расчет плиты по второй группе предельных состояний

Производится от нормативных нагрузок (при  и )

3.3.1 Расчет по образованию трещин

Расчетное тавровое сечение представлено на рисунке 7. С учетом замоноличивания бетоном продольного шва между ребрами расчетная ширина полки будет равна  и средняя ширина ребра:

.

Трещины образуются, если

Площадь приведенного сечения

Статический момент приведенного сечения относительно растянутой грани 1-1:

Расстояние до центра тяжести приведенного сечения от нижней грани продольных ребер:

Момент сопротивления приведенного сечения:

Ядровое расстояние приведенного сечения:

где  - деформации усадки бетона класса В35 и ниже.

Момент трещинообразования:

Трещины образуются от усадки бетона еще до приложения внешней нагрузки.

3.3.2 Расчет ширины раскрытия трещин

Расчет непродолжительной ширины раскрытия трещин производится из условия:

Расчет продолжительной ширины раскрытия трещин производится из условия:

 - ширина раскрытия трещин от продолжительного действия постоянной и длительной части временной нагрузки:

где  - коэффициент, учитывающий продолжительность действия нагрузки и принимаемый равным 1,0 - при непродолжительном действии нагрузки; 1,4 - при продолжительном действии нагрузки;

 - коэффициент, учитывающий профиль продольной арматуры и принимаемый равным 0,5 - для арматуры периодического профиля;

- коэффициент, учитывающий характер нагружения и принимаемый равным 1,0 - для изгибаемых элементов;

Принимаем

Средняя высота сжатой зоны для тавровых сечений, определяется по формуле:

где  - площадь сечения свесов полки

где значение относительных деформаций бетона при продолжительном действии нагрузки,  (при относительной влажности воздуха 40-75%).

Высота растянутой зоны бетона  должна быть не менее 2a и не более .

где    - поправочный коэффициент, равный: для прямоугольных и тавровых сечений с полкой в сжатой зоне - 0,9;

Так как  Принимаем .

Определение  ширины раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянной и временной длительной нагрузки

Из расчета

Непродолжительная ширина раскрытия трещин составит:

3.3.3 Расчет плиты по прогибам

Полная кривизна для участков с трещинами в растянутой зоне определяется по формуле:

Полный прогиб плиты:

где    - кривизна от непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузки

Из расчета

Момент инерции приведенного сечения без учета растянутого бетона:

где    - коэффициент ползучести бетона

Принято:

Кривизна от непродолжительного действия всей нагрузки:

Из расчета

Кривизна от непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузки:

Из расчета т.к. нагрузка носит непродолжительный характер

.

Плита удовлетворят требованиям:

а) эстетико - психологическим

б) конструктивным

4.     
Расчет сборного ригеля поперечной рамы

4.1    Исходные данные для проектирования ригеля

Для сборного железобетонно перекрытия требуется рассчитать сборный ригель. Сетка колон . Для ригеля среднего пролета необходимо построить эпюры моментов от нагрузки и его несущей способности.

Данные для расчета: бетон тяжелый, класс бетона B15. Коэффициент работы бетона . Расчетные сопротивления бетона с учетом :

 и . Продольная и поперечная арматура - класса А400. Коэффициент снижения временной нагрузки .

4.2    Расчет ригеля по прочности

Нагрузка на ригель собирается с грузовой полосы (представленной на рисунке 1) шириной , равной расстоянию между осями ригелей.

а) Постоянная нагрузка (с  и ):

-       вес железобетонных плит с заливкой :

;

-       вес пола и перегородок:

;

-       собственный вес ригеля сечением  (размеры предварительные)

;

Итого: постоянная нагрузка .

б) Временная нагрузка с коэффициентом снижения  (с  и ):

.

Полная расчетная нагрузка.

При поперечном сечение колонн , вылет консолей . Расчетные пролеты ригеля равны:

-       крайний пролет

-       средний пролет

В средних пролетах и на средних опорах

Отрицательные моменты в пролетах при , в среднем пролете для точки «6» при

Поперечная сила в каждом пролете определяется как для простой балки с опорными моментами на концах.

На опоре В справа и на средних опорах:

Для арматуры класса , , . Принимаем ширину сечения . Высоту ригеля определяем по опорному моменту , задаваясь значением , .

4.3   
Определение площади поперечного сечения поперечной арматуры на отрыв

здание железобетон плита арматура

Нагрузка на ригель приложена в пределах высоты его сечения. Поэтому неободима дополнительная вертикальная (поперечная) арматура, площадь которой определяется расчетом на отрыв. Отрывающая нагрузка, приходящаяся на 1 мп длины ригеля и передающаяся через его полки на среднюю часть равна (без учета нагрузки от собственного веса ригеля и нагрузки на его ширине равной 0,3 м):

где     - ширина поперечного сечения ригеля

Так как шаг поперечных хомутов  меньше , площадь  будет уменьшаться пропорционально

Прочность обеспечена.

Библиографический список

1.   СНиП 2.011.07-85*. Нагрузки и воздействия [Текст]; утв. Госстроем России 29.05.2003; взамен СНиП II-6-74; дата введения 01.01.87. - М.: ГУП ЦПП, 2003. -44с

2.       СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения [Текст]; утв. Государственным комитетом Российской Федерации по строительству и жилищно - коммунальному комплексу от 30.06.2003; взамен СНиП 2.03.01-84; дата введ. 01.03.2004. - М: ГУП НИИЖБ, 2004.-26 с.

.        СП 52.101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры [Текст]: утв. Государственным комитетом Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу от 30.06.2003: взамен СНиП 2,03,01-84: дата введ. 01.03.2004.-М.: ГУП ГИИЖБ, 2004.-55 с.

.        Нифонтов А.В. Расчет сборных железобетонных конструкций многоэтажного производственного здания. Части 1, 2. Методические указания для выполнения курсовых и дипломных проектов по железобетонным конструкциям. / Нифонтов А.В., Малышев В.В., Иваев О.О. - Н. Новгород. ННГАСУ. 2010, 37 с.