Железобетонные конструкции зданий и сооружений

Министерство Высшего и Среднего Специального Образования Республики Узбекистан

ТАШКЕНТСКИЙ АРХИТЕКТУРНО-

СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

Факультет: «Строительство зданий и сооружений»

Кафедра «Здания сооружения и строительные конструкции»

Самостоятельная работа

по курсу: «Строительные конструкции»

На тему: «Железобетонные конструкции зданий и сооружений»

Ташкент 2013г.

Плоские перекрытия. Классификация плоских перекрытий

По конструктивной схеме железобетонные перекрытия могут быть разделены на 2 основные группы:

)        Балочные;

)        Безбалочные.

Балочными называются перекрытия в которых балки работают совместно с опирающимися на них плитами перекрытий.

В безбалочных перекрытиях плита опирается непосредственно на колонны с уширениями называемыми капителями.

Те и другие могут быть сборными монолитными и сборно-монолитными.

По конструктивным особенностям (признакам) перекрытия классифицируются следующим образом:

)        Балочные сборные;

)        Ребристые монолитные с балочными плитами;

)        Ребристые монолитные с плитами опертыми по контуру;

)        Балочные сборно-монолитные;

)        Безбалочные сборно-монолиные.

Тип конструкции перекрытия выбирается в каждом случае по экономическим соображениям, в зависимости от назначения здания, действующих нагрузок, местных условий и другим.

Балочные сборные перекрытия

В состав конструкции балочного сборного перекрытия входят: плиты и поддерживающие их балки - ригели. Они также иногда называются главными балками. Ригели опираются на колонны и стены. Ригели вместе с колоннами образуют рамы.

При компоновке конструктивной схемы перекрытия выбираются направление ригелей, шаг колонн, размеры пролета, типы и размеры плит перекрытия. Плиты перекрытия опираются на ригели и работают на изгиб. Для уменьшения расхода материалов, они проектируются пустотелыми или ребристыми.

Общий принцип проектирования плит перекрытия любой формы поперечного сечения, состоит в удалении возможно большего объема бетона из растянутой зоны с сохранением вертикальных ребер обеспечивающих прочность элемента по наклонному сечению. Для плит без преднапряжения применяется бетон класса В15, В20, для плит с предварительным напряжением арматуры В20, В25.

Расчет плит

Расчетный пролет плит  принимается равным расстоянию между осями ее опор.

При опирании по верху ригелей  равно

где b - ширина ригеля.

При опирании на полки ригеля

где: а - размер полки.

Высоту сечения плиты h необходимо подбирать так, чтобы удовлетворялись условия прочности и условия жесткости. Высоту сечения преднапряженных плит обычно предварительно назначают равной:

 - для ребристых плит;

- для пустотных плит.

Расчет прочности плит сводится к расчету таврового сечения с полкой в сжатой зоне.

В большинстве случаев нейтральная ось проходит в пределах толщины сжатой полки. Поэтому определив

по таблице находим , проверяем условие  и находим площадь сечения растянутой арматуры

Для случаев когда

где  - высота полки, нейтральная ось пересекает ребро. Расчет ведется с учетом сжатия в ребре. Площадь сжатой зоны приобретает тавровую форму.

Армирование преднапряженных плит производится арматурой классов A-IV, A-V, AT-IV, AT-V, AT-VI, а также высокопрочной проволокой и арматурными канатами К-5, К-7, К-9. При длине плиты до 6 метров армирование может быть без преднапряжения. Во всех случаях рабочая арматура (преднапряженная и обычная) устанавливается в растянутой зоне плиты. Для монтажа плит в них предусматриваются монтажные петли для соединения с ригелями закладные детали для сварки.

плоский перекрытие плита железобетонный

Конструирование и расчет ригелей

Форма поперечного сечения ригеля зависит от назначения здания или сооружения, типа плит перекрытия и их длины.

В промышленных зданиях, обычно применяется ригель прямоугольного или таврового сечения с полкой вверху.

В гражданских зданиях, таврового сечения с полкой внизу.

Для ригелей применяется класс бетонов В15, В20, В30.

Ригели до 6 метров армируются каркасом из арматуры A-III.При пролетах 9 и более метров применяется преднапряженная арматура. В верхней части ригеля с колонной располагаются продольные стержни для восприятия надопорных изгибающих моментов.

Ригели многопролетных перекрытий являются элементами равной конструкции многоэтажных зданий.

Расчет по прочности производится с учетом образования пластических шарниров, приводящих к выравниванию изгибающих моментов между опасными сечениями (Зоны стержневых элементов с чрезмерными трещинами и деформациями в состоянии предельного равновесия, называются пластическим шарниром, в котором рост деформации происходит без возрастания нагрузки). Высоту поперечного сечения ригеля с ненапряженной арматурой определяют с учетом оптимального армирования. Такому армированию соответствует относительная высота сжатой зоны.

При грани колонны изгибающий момент

где:  - высота сечения колонны.

Рациональная рабочая высота сечения ригеля

где . Это максимальное значение изгибающего момента балки 1-ой промежуточной опоры.

Железобетонные фундаменты

Фундаменты сооружаются следующих типов:

.        Отдельно стоящие - под каждую колонну каркасного здания;

.        Ленточные - под рядами колонн или под стенами;

.        Сплошные фундаменты - под всем сооружением;

Тип фундамента выбирается в зависимости от конструктивных требований: нагрузок, типов зданий, типов и состояния оснований, стоимостных и экономических факторов, а также от показателей трудоемкости изготовления.

Отдельно стоящие фундаменты могут быть центрально-нагруженными и внецентренно-нагруженными. По форме они могут быть ступенчатыми или пирамидальными. По способу изготовления, сборные или монолитные.

Монолитные фундаменты выполняются из бетона классов В12,5…В20.

Армирование данного типа фундаментов производится из арматуры классов А-II, A-III в виде сеток, шаг стержней принимается 150-200 мм, диаметр не менее 10 мм.

Расчет фундамента состоит из 2-х частей:

.        расчет основания (определение формы и размеров подошвы фундамента);

.        расчет тела фундамента (высота фундамента, размеры ступеней и сечения арматуры).

Суть расчета фундамента сводится к определению площади подошвы фундамента.

Площадь подошвы фундамента А должна быть подобрана так, чтобы среднее давление под подошвой не превышало расчетного давления на грунт R.

где:  - нагрузка передаваемая от здания через колонну на фундамент;

 - собственный вес фундамента;

А - площадь подошвы фундамента;- расчетное давление на грунт.

Обозначив глубины заложения фундамента Hи принимая нагрузку от средней плотности материала фундамента и грунта на его ступенях , получаем , откуда .

По найденной площади фундамента устанавливаются размеры сторон подошвы фундамента. При этом округление производится в большую сторону, до значения кратного 10 см.

Расчет тела фундамента

Высота фундамента определяется из условия его прочности на продавливание в предположении, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, боковые стороны которой начинаются у колонны и наклонены под углом 45○.

Если сторона сечения колонны то площадь нижнего основания будет равна

.

А расчетная продавливающая сила

где:  - это расчетное продольное усилие;

P - отпор грунта от расчетного продольного усилия без учета веса фундамента.

Условие прочности на продавливание имеет вид  (1), где:

 - экспериментальный коэффициент (для тяжелого бетона )

 - расчетное сопротивление бетона растяжению;

 - расчетная высота фундамента;

 - среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания.

Высота фундамента

где  - толщина защитного слоя бетона.

Расчетная высота фундамента  определяется из формулы (1).

Расчет арматуры

Армирование подошвы фундамента определяется из расчета на изгиб по сечениям 1-1 и 2-2. Значение изгибающих моментов в этих сечениях принимаются как для консольных балок , а момент .

Учитывая, что момент по всей ширине фундамента. Здесь . Таким образом, площадь сечения арматуры для сечения 1-1 - . Из 2-х рассчитанных площадей арматуры принимается наибольшая с округлением в большую сторону. Таким образом, армирование подошвы фундамента состоит из арматуры с площадью сечения  в обоих направлениях.

Конструкции промышленных зданий

В основном здания производственного назначения проектируются одноэтажными каркасными. Такие здания могут быть однопролетными, многопролетными с мостовыми или подвесными кранами и без них; со светоаэрационными фонарями и без. Область применения таких зданий очень широка. Это производственные здания практически во всех отраслях промышленности, а также складские, ангарные помещения, хранилища и др.

Основной конструкцией каркасного здания является - жесткая поперечная рама, образованная колоннами и стропильными конструкциями (ригелями, балками, фермами). Каркасные здания могут быть железобетонными, металлическими и комбинированными.

Пространственная жесткость и устойчивость одноэтажного каркасного здания обеспечивается защемлением колонн в фундаментах. В поперечном направлении пространственная жесткость обеспечивается поперечными рамами, в продольном направлении продольными рамами, образованными колоннами, элементами покрытия и вертикальными связями.

Сетка колонн одноэтажного каркасного здания с мостовыми кранами в зависимости от технологического процесса может быть 6×18; 6×24; 6×30; 12×18; 12×24; 12×30.

Шаг колонн в промышленных зданиях преимущественно применяется 12-тиметровым. Если при этом шаге используются стеновые панели длиной 6 метров, то по наружным осям здания, кроме основных колонн устанавливаются промежуточные (факферховые) колонны специально для установки стеновых панелей. При шаге колонн 12 метров возможен шаг ригелей 6 метров. При этом в качестве промежуточной опоры используются подстропильные фермы. Они опираются на рабочие колонны по продольным осям здания и несут нагрузку от стропильной конструкции (фермы).

Ригели поперечных рам могут быть в виде: сплошных или сквозных балок, с параллельными поясами или двускатными, в виде ферм с параллельными поясами, треугольными, арочными, сегментными. Соединение ригелей с колоннами может быть жестким или шарнирным. При пролетах до 18м применяются предварительно напряженные балки, при пролетах 24-30 метров - фермы.

Колонны каркасного здания могут быть: сплошными, прямоугольного сечения или сквозными двухветвевыми.

Сплошные колонны применяются в случаях когда в здании устанавливается мостовой кран с грузоподъемностью до 30 тонн и относительно небольшой высоте здания до 12 метров.

Сквозные или 2-хветвевые колонны устанавливаются в тех случаях когда, в здании устанавливается мостовой кран больше 30 тонн и высоте здания более 12 метров.

Высота надкрановой части колонн принимается равной: от 380 до 600 мм, ширина принимается равной: от 400 до 600 мм.

Высота сечения подкрановой части колонны  высоты колонны Н.

Для 2-хветвевых колонн, для средних колонн принимается  мм и для крайних колонн 2-хветвевых мм. При этом высота сечения ветви 2-хветвевой колонны мм, а ширина сечения всей 2-хветвевой колонны  мм. Расстояние между осями распорок 2-хветвевой колонны

При производстве колонн применяется бетон классов В15…В30, а также арматура A-III(рабочая), конструктивная и поперечная A-I; A-II.

Для обеспечения пространственной жесткости каркасов в зданиях применяются системы вертикальных и горизонтальных связей.

Связи выполняются из стальных профилей и служат для:

1.       придания устойчивости сжатым поясам ригелей поперечных рам;

.        восприятия ветровых нагрузок действующих на торец рам;

.        восприятия сейсмичных нагрузок;

.        восприятия тормозных усилий мостовых кранов.

Система вертикальных связей в продольном направлении в здании.

1.       Связи по стропильным конструкциям (балкам, фермам) устанавливаются в приторцевой части здания.

.        Вертикальная связь по колоннам называется портальной связью. Устанавливается в средней части здания или температурного блока.

.        Стропильные конструкции установленные на колонны.

.        Надкрановая часть колонны.

.        Подкрановая часть колонны.

.        Подкрановая балка.

В - шаг колонны

Горизонтальные связи по верхнему и нижнему поясам стропильных конструкций в торцевой части здания служат для создания жесткого диска покрытия здания.

Подкрановая балка в промышленном здании из сборного железобетона служит в качестве опоры мостового крана. Подкрановая балка устанавливается на консоли колонн и имеет двутавровую форму сечения. Высота сечения подкрановой балки назначается следующим образом:

Толщина верхней полки

Ширина верхней полки

1.       Колонна.

.        Подкрановая консоль колонны.

.        Подкрановая балка.

.        Рельс.

.        Мостовой кран.

.        Тележка мостового крана.

Расчет поперечной рамы сборного железобетонного одноэтажного производственного здания

Целью расчета поперечной рамы является определение усилий и перемещений в ее элементах, конструировании и обеспечении ее пространственной работы.

Расчетная схема поперечной рамы представляет собой колонны защемленные в фундамент и шарнирно опирающиеся на них ригели.

Постоянная нагрузка от веса строительных и подстропильных конструкций, панелей перекрытия и снега передается на колонны как вертикальная сила и . На крайние колонны действует нагрузка от стеновых панелей . Данная нагрузка принимается с эксцентриситетом

где:  - толщина стеновой панели;

 - высота сечения колонны.

В сечениях колонн ниже перекрытия и выше подкрановой консоли возникают моменты и :

где: 

где:  - высота сечения подкрановой части колонны;

 - высота сечения надкрановой части колонны;

 - собственный вес верхней части колонны;

 - сосредоточенная ветровая нагрузка приходящаяся на кровлю здания;

 - равномерно распределенная ветровая нагрузка действующая на стены здания;

- пролет рамы;

- общая высота колонны;

- высота подкрановой части колонны;

 - высота надкрановой части колонны;

- момент инерции подкрановой части колонны;

 - момент инерции надкрановой части колонны.

Временная ветровая нагрузка передающаяся на конструкции покрытия здания выше колонн приводятся к сосредоточенной горизонтальной силе W,приложенной на уровне верха рамы.

 - ветровая нагрузка на стены здания с ветреной стороны;

 - ветровая нагрузка на стены здания с подветренной стороны.

Нагрузки от мостовых кранов назначаются с учетом положения крана и тележки с грузом на нем.

 - максимальная нагрузка от крана, когда тележка с грузом находится вблизи подкрановой балки;

 - давление от крана с противоположной стороны.

Суммарное давление на 4 колеса крана составляет:

где:  - вес груза;

 - собственный вес моста;

 - собственный вес тележки.

Нагрузка на крайнюю колонну вычисляется от двух максимально сближенных кранов по линии влияния опорных реакций. При этом одно из колес должно располагаться на оси колонны.

Нагрузка  на среднюю колонну суммируется от четырех кранов, при этом максимальная нагрузка от крана учитывается с одного пролета, а минимальная с соседнего.

Вертикальное давление от кранов передается на колонны с эксцентриситетом :

-       для крайней колонны ;

-       для средней колонны

 - расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны.

Таким образом, моменты, возникающие от действия крановой нагрузки:

Горизонтальная нагрузка  от торможения крана определяется в зависимости от жесткого и гибкого подвеса груза, как правило, данная нагрузка приводится в табличной форме и выбирается при проектировании железобетонных конструкций зданий и сооружений в зависимости от технологического процесса проектируемого здания.

Расчет рамы производится по методу перемещений

В расчетную схему поперечной рамы вводится дополнительная связь. Концам колонны придается смещение . Это единичное смещение. Далее определяется реакция в опорах и узлах от данного смещения.

Реакции от действия усилий , изгибающих моментов и , а также силы торможения  равны:

где:

Доля горизонтальных реакций, принадлежащая одной колонне, зависит от ее жесткости и числа колонн в раме. Для расчетной i-той колонны рамы реакция равна:

где:

Расчетное усилие в колоннах, по которым определяется сечение арматуры, вычисляется с учетом трех невыгодных сочетаний нагрузок.

.        Первое сочетание: наибольший положительный момент и соответствующая продольная сила .

.        Второе сочетание: наибольший отрицательный момент и соответствующая продольная сила .

.        Третье сочетание: наибольшая продольная сила и соответствующие ей моменты .

В каждом учитывается поперечная сила .

Список литературы

1.   Ходжаев А.А. Строительные конструкции. Курс лекций. Т. 2013г.

2.       Под. ред. Кузнецова В.В. Справочник проектировщика. М., АСВ, 1998г.