Расчет и проектирование железобетонных конструкций
1. Исходные
данные
L1=18
м
L2=18
м
L3=18м=30м
l=84 м
Q=20 т
=96 м
Нп
= 6,6 м
Нн
= 4,2 м
Район
строительства: Луцк
W0 = 460 кПа
S0 = 1400Па
Подкр.рельс. = 1,2 т
Для пролета 18 м
К =4. 4м
В = 6.3 м
Рмах = 195 кН
G = 85 кН
Для пролета 30 м
К =4. 4м
В = 6.3 м
Рмах = 225 кН= 85 кН
2. Основные
положения
Основными несущими конструкциями одноэтажного производственного здания
является, балочно-стоечные поперечные рамы, которые связаны между собой
фундаментными подвязочными и подкрановыми балками.
Основные несущие элементы поперечной рамы:
фундаменты; поперечные рамы; колоны; несущая конструкция покрытия (ферма,
балка), плиты покрытия; рамы связаны между собой диском покрытия, ребра плит
привариваются к несущему элементу покрытия, минимум в 3х местах, швы между
плитами замоноличиваются. Узел операния фермы, либо балки, выполняется на
болтах; При идеализации конструкции принимают операние колоны в фундамент,
операние ригеля покрытия на колону - шарнирным.
3.
Геометрические размеры строительных конструкций
Высота надкрановой части колон:
Hн
=4,2 м
Высота подкрановой части колонны:
Hп=7,6 м
Полная высота колоны:к= 11,8
Выбор колонн осуществляется в зависимости от их шага, ширины пролета,
грузоподъемности крана, высоты производственного здания. В соответствии с этим
колонны могут быть прямоугольного сечения или двухветвевые, железобетонные или
стальные, постоянного сечения по высоте или переменного.При наличии
подстропильных конструкций колонны средних рядов подбирают с учетом высоты на
опоре подстропильных балок и ферм.
4. Нагрузки и воздействия
.1 Общие
данные
Основы расчетов по двум принципам предельных состояний и классификации
нагрузок на самостоятельные работы.
Нормативным документом, который регламентирует определение значений
нагрузок и воздействий, а также их сочетаний при проектировании строительных
конструкций, зданий и сооружений является ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и
воздействия»
В соответствии с действующими нормативными документами расчет
строительных конструкций ведется с учетом расчетных ситуаций и предельных
состояний. Строительные конструкции и основания следует рассчитывать по двум
группам предельных состояний. Основные положения метода предельных состояний
направлены на обеспечение безотказной работы конструкции с учетом свойств материалов,
геометрических размеров, а также степени ответственности конструкции.
Предельные состояния:
ü Первая группа предельных состояний
включает в себя предельные состояния, которые приводят к полной невозможности
эксплуатации конструкции или полной
( частичной) потери несущей способности.
ü Вторая группа предельных состояний
включает в себя предельные состояния, которые затрудняют нормальную
эксплуатации конструкции или сокращают срок долговечности здания.
К постоянным нагрузкам относят:
. собственный вес;
. вес грунта насыпи;
. предварительное напряжение
К временным нагрузкам относят:
. вес временных перегородок;
. вес стационарного оборудования;
. вес складируемых материалов на складах;
. вес людей, животных, оборудования, передаваемые на перекрытия
жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с квазипостоянным значением;
. вертикальные нагрузки от кранов с квазипостоянным значением;
. снеговые нагрузки с квазипостоянным значением.
К временным и кратковременным нагрузкам относят:
. вес людей, животных и оборудования передаваемые на перекрытия
здания с предельным либо эксплуатационным значение;
. нагрузка от кранов с предельными либо эксплуатационными
значениями;
. снеговые нагрузки с предельным либо эксплуатационным значением;
. ветровые нагрузки.
К эпизодическим относятся:
. землетрясения;
. взрывы;
. подвижки грунта.
.2 Постоянные
нагрузки
Эксплутационно-расчетное значение нагрузки от веса конструкций, принимают
равным его характерным значению. Предельно расчетное значение нагрузки
получается путем умножения характерного значения на коэффициент надежности по
нагрузки γfm ,
которое равняется для конструкции:
металлических=1,1
бетонных плотностью выше 1600 кг/м3 ,
ж/б, армированных и деревянных =1,1
бетонных менее 1600 кг/м3 из авиационных и выравнивающих слоев,
изготовленных в заводе =1,2 , изготовленных на строительной площадке = 1,3.
Нагрузка на 1 м2 покрытия
Табл. 4.1
|
№ п/п
|
Вид нагрузки
|
Характеристика знач.
нагрузок Кн.
|
γf
|
|
1
|
Гравийная засыпка
(0,005*1*1*28)
|
140
|
1,3
|
182
|
|
2
|
Рубероид (0.015*1*1*6000)
|
90
|
1,2
|
108
|
|
3
|
Битумная мастика
(0.1*1*1*1400)
|
140
|
1,3
|
182
|
|
4
|
Утеплитель(0.15*1*1*8000)
|
1200
|
1,3
|
1560
|
|
5
|
Стяжка(0.05*1*1*25000)
|
1250
|
1,3
|
1625
|
|
6
|
Пароизоляция
(0.002*1*1*18000)
|
36
|
1,2
|
43,2
|
|
7
|
Плита покрытия (0.3*1*1)
|
1800
|
1.1
|
1980
|
|
8
|
Итого
|
4656
|
|
5678,2
|
m/s=6,8/36=0,18
qi=g*B=5678,2*12=68138,4 H;
g=
5678,2;
Расчетная схема
Собственный вес
Собственный вес от регилей:
,85= 8500 Н
,42 = 4200 Н
Собственный вес подкрановой балки и подкрановой рельсы:
P=Pb+120
B=10700+12012=12140,
где
Pb - масса подкрановой балки;
Собственный
вес от ограждения:
М=N0,35
N= h0/b=
4,2/1,8=2,3 (3 панели)
M=3*0,35*3500=3675 н
Снеговая
нагрузка
Sm=
C=
Крановая
нагрузка
Для
пролета 18 м Для пролета 30 м
К
=4. 4м К =4. 4м
В
= 6.3 м В = 6.3 м
Рмах
= 195 кН Рмах = 225 кН = 85 кН G = 85
кН
Для
пролета 30 м
, отсюда
У2=
, отсюда
У4=
У3=
Т=1,12253,005=743,73
(30 м)
Т=1,11953,005=644,572
(18 м)
Горизонтально-крановая
D=
(0,726 т.)
Ветровая нагрузка
Γfm=1,035=480 pa=Caer*Ch*Calt*Crel*Cdir*Cd=1=1=1=1=Wm1*B
для наветренной стороны -0,8; для подветренной -0,6;
Наветренная сторона
Z=5
Ch=0,9
Wm1=496,80,72=357,696
C= 0,80,91111=0,72=357,69612=4292,357=7,6=1,056
Wm2=496,80,8448=419,69
C= 0,81.0561111=0,8448
W2=5036,3
Z=11,8=1,263
Wm3=496,81,0104=501,966
C= 0,81.2631111=1,0104
W3=6023,6
Подветренная
сторона
Z=5=0,9=496,80,54=268,272=
0,54=3219,264=7,6=1,056
Wm2=496,80,63=312,984
C= 0,63
W2=3755,808
Z=11,8
Ch=1,263
Wm3=376,47
C= 0,7578
W3=4517,7
Эпюра N
Эпюра Q
Эпюра М
Таблица РСУ
5.
Внецентренно - сжатые элементы
.1 Общие
сведения
При расчете внецентренно- сжатых элементов, должно приниматься во
внимание значение случайного эксцентриситета (е0).
/600- длины элемента
/30 - высоты сечения элемента, не менее этих значений.
е- эксцентриситет - расстояние от центра тяжести до линии действия
нагрузки
Для элементов статически неопределимых конструкции значение е продольной
силы может быть принята по результатам статического расчета е0 = М/N. При расчете внецентренно- сжатых
элементов следует учитывать влияние прогибов на их несущую способность, как
правило путем расчетов по деформационной схеме. При этом принимаем во внимание
не упр деформации бетона и трещины в нем. Допускается производить расчет по не
деформационной схеме, учитывая влияние прогибов путем умножения
.2 Расчет
крайней колоны
В курсовом проекте для крайней колонны применяем несимметричное
армирование.
Исходные данные:
Класс
бетона С25/30; fcd= 17 мПа; Еcd = 3∙
т/
=29419,95 мПа
Продольная
арматура класса А400C ; fyd = fydc = 363,63 мПа;
Расчет
надкрановой и подкрановой части колонны производится как внецентренно сжатых
элементов на каждое из невыгодных сочетаний усилий с учетом:
1. Случайного эксцентриситета еа
2. Гибкость элемента
I. Надкрановая часть
Н2 = Нb = 4,2 м
h = 600 мм
b = 500 мм
Защитный слой бетона as = as’ = 50 мм
Расчетная длина l0 = 1∙Hb = 1∙4,2= 4,2 м
Момент
инерции I 
см4
Площадь
А = h*b = 60∙50=3000
см2
Радиус
инерции сечения i = 
см
Гибкость
λ
= 
>14
следовательно
необходимо учитывать влияние прогибов ( влияние продольного изгиба) h0 = h - as = 60-5= 55 см
Вычисляем
расчетную величину эксцентриситета
Вычисляем
случайный эксцентриситет
еа
= 
еа = 
еа = 1
;
Выбираем
наибольшее значение из 3-х величин, в данном случае еа =7,6 см
Тогда расчетный эксцентриситет
е
= 
м
Коэффициент,
учитывающий гибкость колоны :
Условная критическая сила
Ncr = 
Ncr = 
е
=
А’s= 
Alim=
А’s=
=0,63
X=0,63*0.55=0.34
As=
По
сортаменту выбираем 8 ǿ 32
As=64,34 см2
II. Подкрановая часть
Нн = 7,6 м
h = 800 мм
b = 500 мм
Защитный слой бетона as = as’ = 5 см
Расчетная длина l0 = 1∙Hн = 1∙7,6 = 7.6 м
Момент
инерции I 
см4
Площадь
А = h∙b = 80∙50 = 4000 см2
Радиус
инерции сечения i = 
см
Гибкость
λ
= 
следовательно
необходимо учитывать влияние прогибов ( влияние продольного изгиба)
h0 = h - as = 80-5 = 75 см
е0
= 
Вычисляем
случайный эксцентриситет
еа
= 
еа = 
еа = 1;
Выбираем
наибольшее значение, в данном случае е =7 см
Тогда расчетный эксцентриситет
е
= (м)
Коэффициент,
учитывающий гибкость колоны :
Условная критическая сила
Ncr =
Ncr = 
е
=
А’s=
Alim=
А’s=
= 0,17
X=0.17*0.75=0.127м
As=
По
сортаменту выбираем 5 ǿ 25
As=24,64 см2
.3 Расчет
средней колоны
В настоящем курсовом проекте для средней колоны применяется симметричное
армирование.
Расчет надкрановой и подкрановой частей колоны производится как
внецентренно сжатых элементов на каждое из невыгодных сочетаний усилий с
учетом:
) случайного эксцентриситета (la)
) гибкости элемента (λ=l0/i) - влияние
продольного изгиба
I
Надкрановая часть
Нв=4,2 м ; h=600 мм ; b=500 мм ; as=a’s=5 см
Расчетная длина
=2Hb=2·4,2=8,4
м
Момент
инерции сечения
Площадь
сечения
А
= b·h = 60·50 = 3000 см2
Радиус
инерции сечения
Гибкость
, следовательно необходимо учитывать влияние прогибов h0 = h - as = 60-5 = 55 см
Вычисляем
расчетную величину эксцентриситета
е0
= 
еа
= 
еа = 
еа = 1;
Выбираем
наибольшее значение, в данном случае е =8.5 см
Тогда расчетный эксцентриситет
е
= м
Коэффициент,
учитывающий гибкость колоны :
Условная критическая сила
Ncr =
Ncr = 
т
е
=
А’s=
Alim=
А’s=
=0.27
X=0.27*0.55=0.148
As=
По
сортаменту выбираем 9 ǿ 20
As=28,28см2
II. Подкрановая часть
Нн = 7,6 м
h = 800 мм
b = 500 мм
Защитный слой бетона as = as’ = 50 мм
Расчетная длина l0 = 1∙Hb = 1∙7,6= 7,6 м
Момент
инерции 
м4
Площадь
А = h*b = 0,4 м2
Радиус
инерции сечения i = 
м
Гибкость
λ
= 
необходимо
учитывать влияние прогибов ( влияние продольного изгиба)
h0 = h - as = 80-5 = 75 см
Вычисляем
случайный эксцентриситет
еа
= 
еа = 
еа = 1;
Выбираем
наибольшее значение, в данном случае е =10,2 см
Тогда расчетный эксцентриситет
е
= (м)
Коэффициент,
учитывающий гибкость колоны :
Условная критическая сила
Ncr =
Ncr = 
е
=
Alim=
А’s=
= 0,12
x=0.12*0.45=0.054 м
As=
По
сортаменту выбираем 7 ǿ 22
As=16,61 см2
6. Расчет и
армирование консоли
.1 Общие
сведения
У коротких консолей, загруженных сосредоточенной силой Q, возможны 3 вида разрушений.
. От изгибающего момента в вертикальном сечении, расположенном над гранью
нижней части колоны.
. От скалывания по условной плоскости, соединяющую точку приложения силы Q с вершиной входящего угла консоли.
. От сжимающих усилий в бетоне условной призмы.
6.2 Расчет
консоли по прочности нормального сечения, по изгибающему моменту
Для обеспечения прочности необходимо:
Ас0 =320*600=192000 мм
Ас1 =(320+(50*2))*500=210000 мм
Бетон класса С25/30: fcd=17 Мпа
FRdu=0.192*17000*
=3413,5
кН 
9792 кН
Т=644,572 кН
Pmax=12140 Н=12,14 кН
F= 12,14+644,572
кН=656,7 кН
656,7 кН 3413,5
кН
М
= 0.55*Q = 0.55*656,7 = 361,185 кН*м
= 0,053
As=
принимаем по сортаменту 2 ǿ 25, Аs = 9,82 см2
.3 Расчет прочности бетона консоли на
действие поперечной силы
Vsd VRd,ct,ct=
CRd,ct*K(100r1fck)1/3bwd,ct=Vmin* bwd=1+
,ct=0.12=30МПа; r=
,ct=0.12*1.67*(100*0.002*30)1/3*500*1=182,075 кН=F=656,7 кН 
182,075 кН=0,035
Условие
не выполняется, следовательно определяем поперечное армирование:
Принимаем
=3,78
По
сортаменту принимаем 5 ǿ
10, As=3.93 см2
7. Фундаменты
под колоны
.1 Общие
сведения
железобетонный
конструкция фундамент здание
Фундаменты под колоны выполняются из монолитного или сборного
железобетона. Глубина заложения определяется в зависимости гидрологических
условий на площадке, глубины промерзания грунта, наличия подземного хозяйства.
Заделки колоны в фундамент и других конструктивных требований. Верхний обрез
фундамента находится на отметке «-0,150»
Подошва фундамента при центрально загруженном фундаменте принимается
квадратной. При внецентренно загруженном фундаменте подошву фундамента
рекомендовано принимать прямоугольной, где соотношение сторон в=(0,6 -0,8)а,
где а- большая часть фундамента.
Фундамент
состоит из плитной части, все остальное стакан или подколонник. Плитная часть
может выполняться ступенчатой, не более 3 штук. Зазоры между стенами стакана,
для возможности рихтовки и качественного заполнения швов бетона. В нижней части
50, в верхней 75. Глубину заделки колоны в фундамент, а так же толщину стенки
армирования фундамента, принимаем в зависимости от эксцентриситета 
, при
е0<2hc,
где hс -размер колоны
h3>hk
>1.4hc
t>0.2hc
>0.3hc
при
e0>2hc, для e0>2hc
Армирования
подошвы фундамента выполняются стержнями в одном направлении. При этом диаметр
арматурных стержней укладываем вдоль стороны более 3 м, принимаются более 10
мм. Шаг армирования не должен превышать более 200 мм. Защитный слой принимаем
более 35 мм при наличии бетонной подготовки под фундамент и более 70 мм при
отсутствии. Расчет осадки фундамента и его определеннее площади производства на
действие определенной нагрузки . Усилия для соответствующих расчетов будем
получать путем деление соответствующих предельных значений на усредненный
коэффициент перед нагрузкой 
реднее
давление под подошвами фундамента должно
быть меньше расчетного сопротивления грунта
Nfe=
R=300 кН/м2 R - сопротивление грунта основания
.2 Расчет
внецентренно нагруженного фундамента
.2.1
Исходные данные
Колона (h1=7.6, h2=4.2)
Класс бетона C25/30
Расчетное сопротивление грунта R0=3 кПа
Среднее
значение удельного веса грунта 
=20кН/м3
Угол
внутреннего трения 
Принимаем высоту фундамента:
Н1=1450 мм
.2.2 Размеры подошвы
=
=3,4 ; 
Принимаем кратн. 30
A=10,8
м2
300
Условие выполняется
=
=
Кн
,2
= 
Условие выполняется
=24,7
=
=
194 Кн
.2.3 Расчет
арматуры подошвы фундамента
Рассчитываем арматуру в направлении меньшей стороны подошвы фундамента.
= 0,11
x=*d=0.11*0.25=0.027 м
As=
принимаем по сортаменту 5 ǿ 28, Аs = 30,79 см2
Рассчитываем арматуру в направлении большей стороны подошвы фундамента.
= 0,14
x=*d=0.14*0.25=0.035 м
As=
принимаем по сортаменту 6 ǿ 32, Аs = 48,25 см2
.3 Расчет фундамента на продавливание
Для проверки принятой высоты первой ступени вычисляем прочность по грани
плоскости продавливания СDEF
параллельно меньшей стороне фундамента
Расчет плоскости FECD.
Введем a1 и a01
Условие:
2282
кН ≤ 1*2,2 МПа*1,03 м*0,430 м
2282
кН ≥ 975 кН - условие не выполняется
b01=b1+0.43*2
=900+860=1760 мм
2282
кН ≤4465,12 кН
Условие выполняется.
8.
Построение чертежа
На основном чертеже, по данным расчета курсового проекта, на чертеже
должно быть: фасад здания, план здания, боковой фасад, опалубочный чертеж
колон, армирование колон (для 2 вариантов, т. е. для крайних и средних колон),
так же разрезы 1-1, разрезы 2-2 , сетки колон, сечения колон, сертификация
материалов, столбчатый фундамент.
Список
литературы
1. ДБН В. 1.2-2: 2006 «Нагрузки и воздействия»
. СНиП 2.03.01-84' «Бетонные и железобетонные конструкции» -
М.: ЦИТП, 1989. -84 с.
. Голышев А.Б. «Железобетонные конструкции», том 2
. Руководство по проектированию бетонных и железобетонных
конструкций (без предварительного напряжения) - М.: Стройиздат, 1987. - 328 с.
. ДСТУ БА.2.4-7-95 «Правила выполнения
архитектурно-строительньх рабочих чертежей»
. ДБН А.2.2-3-2004 «Состав, порядок разработки, согласлвание
и утверждение проектной документации для строительства»
. Барапиков А.Я. «Железобетонные конструкции. Курсовое и
дипломное проектирование» - К. 1987 - 416 с.