Проектирование железобетонных конструкций многоэтажного здания

Министерство образования и науки Украины
Одесская государственная академия строительства и архитектуры
Кафедра железобетонных и каменных конструкций
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по предмету
«Железобетонные и каменные конструкции»
на тему «Проектирование железобетонных конструкций многоэтажного здания»
Одесса 2010

Оглавление
1. Сбор нагрузок
2. Расчёт и конструирование монолитного ребристого перекрытия
2.1 Расчёт монолитной железобетонной плиты перекрытия
2.2 Расчёт и конструирования второстепенной балки
3. Расчёт и конструирование монолитной железобетонной колоны
4. Расчёт и конструирование фундамента

1. Сбор нагрузок
Таблица 1
Нагрузка от веса конструкции совмещённой кровли на 1 м2

Вид нагрузки
Характер. значение нагрузки на кН/м2
Коэф. Надёжности по нагрузке, ϒfm
Предельно расчётное значение нагрузки, кН/м2

1. Рулонная кровля , 3слоя рубероида на битумной мастике
0,15
1,2
0,18

2.Цементно-песчаный раствор δ=30 мм, γ=18кН/м3
0,54
1,3
0,702

3.Утеплитель из пенобетона δ=20 мм, γ=5кН/м3
1
1,2
1,2

4.Пароизоляция 1 слой рубероида
0,05
1,2
0,06

5. Ж/б плита δ=70 мм, γ=25кН/м3
1,75
1,1
1,925

Суммарная постоянная нагрузка
gn=3,49
—
g=4,07

6.Снеговая нагрузка
Pn=0,88
1,14
p=1

Итого
рn + gn=4.37
—
p+g=5,07

Таблица 2
Нагрузка от веса конструкции перекрытия на 1 м2

Вид нагрузки
Характер. значение нагрузки на кН/м2
Коэф. Надёжности по нагрузке, ϒfm
Предельно расчётное значение нагрузки, кН/м2

1.Керамическая плитка δ=10 мм, γ=19кН/м3
0,19
1,1
0,21

2.Цементо-песчаный раствор δ=20 мм, γ=18кН/м3
0,36
1,3
0,47

3.Звукоизоляция δ=30 мм, γ=18кН/м3
0,36
1,3
0,47

4.Ж/б плита δ=30 мм, γ=18кН/м3
1,75
1,1
1,925

Суммарная постоянная нагрузки
gn=2,66
—
g=3,08

5.Временная полезная нагрузка
рn=4
1,2
р=4,8

Итого
рn + gn=6,66
—
p+g=7,88

2. Расчёт и конструирование монолитного ребристого перекрытия

2.1 Расчёт монолитной железобетонной плиты перекрытия

Определение расчётных пролётов
Для расчётов плиты условно выделим полосу шириной b= 100 см и рассмотрим её как многопролётную не разрезную балку. Опорами которой, является второстепенные балки. Для определения расчётных длин задаёмся размером второстепенной балки.
Высота h=()×Lвт. балк =)×6000 = 500…333 мм
принимаем h =450 мм.
Ширина b=)×hвт.балк. = )×450 = 225… 150 мм
принимаем b= 180мм.
Плиты опёртые на стены на 120мм – это расстояние от края стены до конца заделки плиты.
Расчётные длины плиты
Крайний расчёт пролёта плиты – это расстояние от грани второстепенной балки до 1/3 площади опирания .
Крайние L1=1800мм, L0.1= L1+ = 1800 + = мм;
средний расчётный пролёт плиты – это расстояние в свету между гранями второстепенных балок.
среднее L2= L0.2 -2× = 2000-2× = 1820 мм.
На рис. 1 изображена расчётная разбивка плиты перекрытия.

Рис. 1 Геометрические размеры и эпюра изгибающих моментов плиты
Вычисление расчётных усилий
Определяем изгибающий моменты в наиболее опасных сечениях плиты.
Момент в первом пролёте

Момент в средних пролётах

Момент на опоре С и В

Mcsyp= -ML2= -1,63

Определение минимальной толщины плиты
Необходимой толщиной плиты задаёмся с экономических размышлений % армирования плиты в пределах =0,5-0,8 % применяем =0,8% по maх пролётном момента. Mmax =ML,ex =2,19 кН/м при b=100 см.
Полезная высота сечения плиты при
ξ= μ*
где Rb=14.5 МПа — расчётное сопротивление бетона на сжатие ( для класса В-25);
Rs=365 МПа расчётное сопротивление арматуры при растяжении (для класса А 400С);
γb2 =0.9 – коэффициент условия работы бетона.
Используем таблицу коэффициентов для расчёта изгибающих элементов армированных одиночной арматурой, по величине ξ находим соответствующие ему коэффициент αm=0,196
Определяем полезную расчётную высоту сечения плиты(min 6 см)

Полная высота плиты (округляем до 1 см)
h= h0 +1.5=2,28+1,5=3,78 см применяем h= 6 см ;
Тогда рабочая толщина плиты h0=6-1,5=4,5 см.
Выбор площади сечения арматуры в плите показан ниже в таблице 3.

Подбор арматуры плиты перекрытия

Сечение
М, кН*см

ξ
Необходимая арматура
Необходимая арматура

Количество и тип сеток
As,, см2

Пр1
219

0,952

1,70

Оп В
228

0,955

1,70

Пр2
163

0,966

1,13

Оп С
163

0,966

1,13

1.2 Расчёт и конструирования второстепенной балки
Второстепенные балки монолитного ребристого перекрытия по своей статистической схеме представляет собой многопролётные неразрезные балки

Рис.2 Геометрические размеры и опоры усилий второстепенной балки.

Расчёт таких балок, выполняется так же как и для плит, учётом перераспределения в следствии пластических деформаций. Для вычисления пролётов второстепенных балок задаёмся размерами главноё балки
высотой
hгл.б.=(1/10….1/16)lгл.б.=(1/10….1/16)*600=60…37.5 см.
принимаем hгл=50 см
считаем ширину bгл.б=(1/2….1/3)hгл.б=(1/2….1/3)*50=25…16 см.
принимаем =25 см.
Расчётные пролёты второстепенных балок
L0.0=6000 — 125 — 200 + =5760 мм
L0.1=6000-250 = 5750 мм
Расчёт нагрузки на 1 м погонный балки постоянная
Постоянная нагрузка от плиты и пола
q = 3.08 кН/м2
b = 2 м
qпл =3,08×2= 6,16 кН/м
от собственного веса второстепенной балки
qвт.б.=( hвт.б. –hпл. )× bвт.б×× γfm = (0,45 – 0,06) ×25×0,18×1,1= 1,9305 кН/м
где
— удельный вес железобетона 25 кН/м3
b — ширина второстепенной балки
γfm – коэффициент надёжности по нагрузки 1,1
полезная нагрузка
pпол = р + b =4×2 =8 кН/м

полная расчётная нагрузка на 1 погонныё метр
q = qпол +pпол = 8+8,0905 =16,095 кН/м
Вычисление расчётных усилий.
У статистических расчётов второстепенных балок с разными пролётами или такими, которые отличаются не более чем 20%, расчётные моменты определяют, используя метод гранитного равновесия.
Момент в первом пролёте
M1= кН*м
Момент на опоре В

Момент в средних пролётах и на опоре С

M2= кН*м
Мс=- 33.25 кН ·м
Определение поперечных сил Q
на крайней опоре
QА=(q×а1)= 16.0905 × 5.76×0.4=37.07 кН
на средней опоре
QB=-(q×а2)= 16.0905 × 5.75×0.6=-55.51 кН
в остальных опорах
QB=(q×а3)= 16.0905 × 5.75×0.5=46.26 кН
Уточнение размеров второстепенных балок.
Необходимой толщиной плиты задаёмся с экономических размышлений % армирования плиты в пределах µ=0,8-1% принимаем µ=0,8% по max пролётном моменте. Mmax=M1= 64.97кН/м при b =100 см.
Полезная высота сечения плиты при
ξ =μ*(RS/RB*γb2)=0.01*(365/14.5*0.9)=0.279
где Rb=14.5 МПа — расчётное сопротивление бетона на сжатие ( для класса В-25);
Rs=365 МПа расчётное сопротивление арматуры при растяжении (для класса А 400С);
γb2 =0.9 – коэффициент условия работы бетона.
Используем таблицу коэффициентов для расчёта изгибающих элементов армированных одиночной арматурой, по величине ξ находим соответствующие ему коэффициент αm=0,241

b- ширина второстепенной балки
Полная высота сечения
h= h0 +а=29.25+3=32.35 см ;
принимаем h = 35см и b = 18 см
Подбор арматуры плиты перекрытия

Сечение
М, кН*см

ξ
Необходимая арматура
Необходимая арматура

Количество и тип сеток
As,, см2

Пр1
4853

0,9036

4014
6.16

Оп В
4844

0,9036

3016
6.03

Пр2
3325

0,9364

4012
4.52

Оп С
3325

0,9364

3012
3.39

Расчёт наклонных сечений на поперечную силу
При максимальном диаметре продольной арматуры Ø14 из условия свариваемости принимаем для расчёта поперечную арматуру, принимаем Ø6А240С (Аsw1= 0.283см2) при 2-х каркасах (n=2) (Аsw=2 ×Аsw1=2×0.283=0.566 см2)
По конструктивным требованиям шаг поперечных стержней

Проверяем условия по проценту армирования

Определяем единичные усилия воспринимаемые поперечными стержнями

Rsw=175 МПа
Длина проекции наибольшего невыгодного сечения

h0=h-a=30-3=27см, с≤2h0
Определяем усилие, воспринимаемое поперечными стержнями
Qsw= qsw × c=660,3×107,4=70916=70,92kH
Определяем усилие, воспринимаемое бетоном

Определяем условие прочности
Qmax< Qsw+ Qb
74,3kH<70,92+70,95=141,87 kH Поперечная арматура для второстепенной балки применяется Ø6А240С с шагом S1 =15cм на приопорных участках длиной 1/4длины пролёта, а в середине пролёта с шагом S2=30см.
2. Расчёт и конструирование монолитной железобетонной колоны
Исходные данные
бетон класса В30; Rb=17 МПа;
арматура продольная класса А400С, Rs=365 МПа;
арматура поперечная класса А240С;
высота этажа Нэт=4,2 м;
Выбор расчётной схемы
Закрепление колоны первого этажа при вычислении расчётной длины и коэффициента продольного отгиба φ принимают шарнирно-неподвижным на уровне перекрытия и защемлённой в соединении с фундаментом.
Вычисление усилий в колоне первого этажа
Нагрузка на колону передаётся от главных балок с учётом их нераздельности. Постоянная нагрузка составляется с собственного веса элементов перекрытия и веса колон. Временная нагрузка вычисляется из условия технологического процесса и принимается в соответствии к заданию на курсовой проект.
Собираем грузовую площадь на колону
Агр=6×6=36 м2
Расчётная длина колоны
L01=hэт+0,15=4,2+0,15=4,35 м; L02= L03= L04=4,2 м.
Сечение колоны принимаем 400×400 мм
Вычисление нагрузок на колону
Вес колон 1-й этаж
G1c =acol*bcol*l01 *ρ*yfm=0.4*0.4*4.35*25000*1.1=17.4 кН
2-ой этаж
G2c….. G4c=0.4*0.4*4.2*25000*1.1=14.4+3*16.8=16.8 кН
Общий вес колон
Gc=Σ Gnc= G1c+(n-1)* G2c=17.4+3*16.8=67.8 кН/
Расчётные нагрузки.
1.от веса покрытия
Gпок=gпок*Агр=4,07*36=146,52 кН
2.от веса всех перекрытий
Gпок=gпер*Агр*(n-1)=3,08*36*3=332,64 кН
3.от веса второстепенных балок
Gвт.бал.=n(bвт.бал.*lвт.б.*3*γfm)=4(0.35*0.18*6*25*3)=113.4 кН
4.от веса главных балок
Gгл.бал=4(0,5*0,25*6*25)=75кН
Итого
G=ΣG=67.58+146.52+332.64+113.4+75=735.14 кН
Кратковременная нагрузка
P=4*36+0.7*36=169.2 кН
Полная нагрузка
Ntot=G+P=735,14+169,2=904,34 кН
Площадь поперечной арматуры при φ= 0,9
As.tot=((Ntot/φ)-Rb*acol*bcol))/Rsc=((90434/0.9)-1700*40*40)/36500= -71.76 см2.
Армирование принимаем конструктивно
Продольную арматуру колоны колонн на всех этажах принимаем 4Ø16А400С2.
Поперечную арматуру принимаем конструктивно, из условия свариваемости Ø6. Шаг поперечных стержней назначаем в пределах
S≤(15…20)d и S = 200

3. Расчёт и конструирование фундамента
Исходные данные
Бетон класса В20 Rb=11.5 МПа, Rbt=0.9 МПа
Арматура класса А400С, Rs=365 МПа
Расчётное сопротивление грунта R0=0.2 МПа
Глубина сезонного промерзания грунта Hr=0.63см
Вычисление размеров подошвы фундамента
Плаща подошвы фундамента вычисляется по формуле

Где Nn=Ntot/1.1=904.34/1.1=822.13 кН продольное усилие по второй группе предельных состояний передаваемое фундаменту колонной;
γm =20 кН/м3 средний вес единицы объема фундамента и грунта над ним;
H1=mzHr=0.7×0.9=0.63 см глубина заложения фундамента.
Таким образом
Af=822.13*103/(0.2-0.02*0.63)*106=4.39 м2
Размеры подошвы фундамента в плане принимаются кратными 30см
af=bf=
Принятые размеры af=bf=2,1 м Af=af*bf=4.41м2
Вычисление высоты фундамента
Рабочая высота разреза плитной части фундамента вычисляется из условия продавливания по формуле

Где N= 904,34 kH продольное усилие, которое действует с коэффициентом надёжности по нагрузке γm>1;
Давление на грунт под подошвой фундамента от действия продольного расчётного усилия вычисляется по формуле
P=N/Af=904.34/4.41=205.07 кН/м2=0,20507 МПа
Таким образом
H0=0.5*=0.452329315-0.2=0.252 м.
Полная высота фундамента при наличии бетонной подготовки вычисляется по формуле
Н=Н0+а =25+3,5=28,5 см
Оптимальную высоту фундамента, исходя уз условия конструирования
Нmin=bcol+25=30+20=55см, принимаем Н=60 см выполняет его двухступенчатых с высотой ступеней по 30см
Вычисление изгибающих моментов
В разрезе 1-1
M1=0.125*p*(af-acol)2*bf=0.125*0.205(210-40)2*210*102=15551812.5 кН*см.
В разрезе 2-2
M1=0.125*p*(af-a1)2*bf=0.125*0.319(210-110)2*210*102=5381250 кН*см.
Вычисление площади сечения арматуры
В разрезе 1-1
As1=M1/0.9*H0*Rs=15551812.5/0.9*365*56,5*102=8.4 см2
H0=60 – 3.5=56.5 см
В разрезе 2-2
As2=M2/0.9*H01*Rs=5381250/0.9*365*26,5*102=6,2 см2
h01=30 – 3.5=26.5 см
Количество рабочих стержней в каждом направлении вычисляем по большим значениям Аs=8,4 см2, исходя из максимального допустимого расстояния между стержнями S=20 см.
Таким образом
N=(af — 2*5/S)+1=((210-10)/20)+1=11 стержней
Принимаем 12стержней Ø14А400С, As=9,23 см2 с шагом 200см.