Монолитный пространственный каркас многоэтажного промышленного здания

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (СИБСТРИН)

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра

железобетонных

конструкций

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

«МОНОЛИТНЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ КАРКАС

МНОГОЭТАЖНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ»

 

 

В-32

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент гр.511-з

Мордвинова И.Ю

Проверил:

Мокляк К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………................................................................

1. Задачи курсового проекта…………………………………………………………………..........................
2. Компоновка перекрытия, определение размеров и расчетных пролетов его элементов......................................................................................................................
3. Расчет и конструирование плиты перекрытия………………………………...................
4. Расчет и конструирование второстепенной балки………………………..……………....
5. Расчет и конструирование главной балки………………………………………………….........
6. Расчет и конструирование колонны…………………………………..……………………...............

Литература ……………………………………………………………………………………….........................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Многоэтажными бывают не только жилые дома, но также здания производственного, административно- бытового и общественного назначения. Подобные здания чаще всего выполняют каркасными. Каркас – это пространственный остов, несущий вертикальные и горизонтальные нагрузки. Если основные несущие элементы перекрытий по крайним осям опираются на колонны, каркас называется полным, если на несущие (чаще кирпичные) стены, - неполным.

Ребристое перекрытие с балочными плитами (длинная сторона поля плиты превышает короткую в 2 и более раз) состоит из плиты, работающей по короткому направлению, второстепенных и главных балок. Все элементы перекрытия монолитно связаны между собой и выполняются из бетонов классов В15…В25. Сущность конструкции монолитного ребристого перекрытия в том, что бетон в целях экономии удален из растянутой зоны сечений, где сохранены лишь ребра, в которых сконцентрирована растянутая арматура. Полка ребер – плита, с пролетом, равным расстоянию между гранями соседних второстепенных балок, работает на местный изгиб. Толщину плиты по экономическим соображениям принимают возможно меньшей, но не менее 60 мм.

Второстепенные балки опираются на монолитно связанные с ними главные балки, а те, в свою очередь, - на колонны и наружные стены. Колонна каждого этажа воспринимает нагрузку от колонн вышележащих этажей. Следовательно, самые нагруженные – колонны первого этажа, они опираются на фундаменты, через которые и передается на основание нагрузка от здания.

Главные балки располагают обычно поперек здания с пролетами 6…8 м. второстепенные балки размещают так, чтобы ось одной из балок совпадала с осью колонны. Пролеты второстепенных балок составляют 5…7 м, плиты – 1,2…2,5 м. при этом длина стороны каждого поля плиты должна превышать ширину в 2 или более раза.

Кроме вертикальных на здание действуют и горизонтальные нагрузки: ветровое давление, от торможения внутрицехового транспорта, а также случайные воздействия, не всегда поддающиеся учету. Совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок может привести  потере общей устойчивости здания, если не обеспечить его пространственную жесткость. В зданиях с монолитными перекрытиями ее обеспечивают жесткие узлы каркаса, которые в отличие от шарнирных способны воспринимать не только продольные и поперечные силы, но и изгибающие моменты. В зданиях с неполным каркасом ветровая нагрузка воспринимается в основном продольными и поперечными стенами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Задачи курсового проекта

 

Целью работы является проектирование несущих конструкций неполного каркаса трехпролетного многоэтажного здания с монолитными ребристыми перекрытиями с балочными типами. В составе проекта рассчитываем и конструируем плиту перекрытия, два пролета второстепенной и главной балок, среднюю колонну первого этажа. Каждую конструкцию нужно рассчитать только по прочности и разработать чертежи.

 

Исходные данные

Таблица 1. Исходные данные

Наименвание	Обозначение	Значение
Место строительства	город	Омск
Размеры здания в плане	ширина/длина	16,5м / 55м
Сетка колон	l₁/l₂	5,5м / 5,5м
Высота этажа	hэт	4,2м
Количество этажей	n	4
Нагрузки, кПа	постоянная (пол)	0,8 кПа
	полная временная	12 кПа
	длительная часть	6 кПа
Рабочая и конструктивная арматура	-	Вр 500 A 400
Класс бетона	-	В20

 

Сопротивления грунта основания – R0 =0,3 МПа

Перечисленных данных, однако, недостаточно для того, чтобы непосредственно приступить к разработке конструкций. Вначале необходимо скомпоновать перекрытие, определить размеры его элементов и их расчетные пролеты.

 

Рис. 1   Схема монолитного перекрытия

 

2. Компоновка перекрытия,

определение размеров и расчетных пролетов его элементов

Привязку внутренних граней стен к крайним разбивочным осям принимаем 250 мм, направление главных балок - поперечное, второстепенных -  продольное с шагом а=1,2-2,2м., пусть а=1375мм. Толщину плиты hпл принимают не менее 60 мм, должна быть кратной 10 мм.

 

 

Принимаем толщину плиты

Где: a- расстояние между осями соседних второстепенных балок, назначают в пределах 1200...2200 мм. Глубину опирания плиты на кирпичную стену назначают не менее 120 мм.

Высоту сечения второстепенных балок принимают.

 

 

Принимаем:

где: lвтб - расстояние между осями соседних главных балок.    Высота сечения второстепенных балок должна быть кратна 50 мм.

Ширину сечения второстепенных балок принимают:

 

Длину площадки опирания второстепенной балки на кирпичную стену принимают 250 мм.

Высоту сечения главных балок принимают:

 

 

Принимаем  

где: lглб-  расстояние между осями колонн (рис. 1).

Ширину сечения главных балок принимают:

 

Принимаем

При этом высота главной балки должна превышать высоту второстепенной не менее, чем на 50 мм.   

hг.б. – hвт.б. ≥ 50 мм.;

600–400=200мм ≥ 50 мм – условие выполняется.

Размеры hглб и bглб должны быть кратными 50 мм. При hглб >600мм высоту сечения главных балок принимают кратной 100 мм. Длина площадки опирания главной балки на кирпичную стену принимают 380 мм.

 

 

Определение расчетных пролетов элементов

1. Для расчета плиты условно вырезают полосу шириной 1м поперек второстепенных балок. Эту полосу рассматривают как многопролетную балку, промежуточными опорами которой являются второстепенные балки, а крайними - стены (рис.2).

Рис. 2   Конструктивная схема плиты

 

Расчетные пролеты плиты определяют следующим образом:

 

 

с =250 мм – привязка внутренних граней стен к осям;

dn=120 мм – глубина опирания плиты на стену.

Расчетная схема плиты показана на рис.2.

 

2.  Второстепенную балку рассматриваем как многопролетную, промежуточными опорами которой являются главные балки, а крайними – стены (рис.3).

 

Рис. 3  Конструктивная схема второстепенной балки

 

Расчетные пролеты второстепенной балки:

 

 

 

 

3. Главную балку рассматривают как многопролетную, промежуточными опорами которой являются колонны, а крайними – стены (рис 4).

Рис. 4 Конструктивная схема главной балки

 

Расчетные пролеты  главной  балки:

 

.

 

 

 

Сбор нагрузок

Таблица 2.    Нагрузки на перекрытия

Наименование нагрузки	Нормативное значение, кПа	Коэффициент надежности,	Расчетное значение, кПа
Постоянная
1. Пол со звукоизоляцией ρ=25 кН/м³	0,8	1,2	0,96
2. Собственный вес плиты hпл =60 мм, γ=25 кН/м³	1,5	1,1	1,65
Итого:	gn=2,3		gp=2,61
Временная
3. Кратковременная  часть	6	1,2		7,2		1,2	2,4
4. Длительная  часть	6	1,2	7,2
Итого:	pn=12		pp=14,4
Полная  (g + p )	14,3		17,01
Постоянная+Длительная часть	8,3		9,81

 

 

Где:  - собственный вес плиты.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.   Нагрузки на покрытие                                         

Наименование нагрузки	Нормативное значение, кПа	Коэффициент надежности,	Расчетное значение, кПа
Постоянная
1. Кровля	1,2	1,2	1,44
2. Собственный вес плиты hпл =70 мм, γ=25 кН/м³	1,5	1,1	1,65
Итого:	gn = 2,7		gp = 3,09
Временная
3. Кратковременная	0,63	-	0,9
4. Длительная	0,63	-	0,9
Итого:	pn = 1,26		pp = 1,8
Полная  (g + p )	3,96		4,89
Постоянная+Длительная часть	3,33		3,99

 

 

Где: Sg = 1,8 кПа (г.Омск– III снеговой район, γn=1 по [2, табл.10.1, стр.15 ]).

 

 

3. Расчет и конструирование монолитно-

ребристой плиты перекрытия

Проектные размеры - ширина полосы  b = 1000мм, высота сечения h= hпл=60 мм.

Принимаем тяжелый бетон класса В20  c расчетным сопротивлением сжатию Rb=11,5 МПа по При  (т.к. перекрытие не подвержено действию особо кратковременных нагрузок), то 

Продольная арматура - проволока Вр500 с расчетным сопротивлением Rs=415МПа;      Rsw =300МПа; Rsс =390МПа  по    

Диаметр арматуры 3-5 мм.

 

Нагрузки и воздействия

К нагрузкам на плиту (табл.1) добавляем нагрузку от ее собственного веса  

Погонная расчетная нагрузка на полосу плиты шириной 1м с учетом коэффициента надежности по назначению равна:

 

Плита как многопролетная балка шириной 1м, загружена равномерно распределенной погонной нагрузкой q кН / м, численно равной нагрузке на 1 м2.

Изгибающие моменты в сечениях плиты определяются по формулам, учитывающим образование пластических шарниров на опорах и перераспределение изгибающих моментов:

- для средних пролетов и промежуточных  опор:

 

- для крайних пролетов и первой  от края опоры:

 

 

Рис.5 Конструктивная и расчетная схемы плиты

 

Поскольку  ˃ для подбора арматуры в средних пролетах и над промежуточными опорами моменты М2 принимаем на 20%   меньше.

То есть:

 

 

 

Подбор арматуры в средних пролетах

Предположим использование проволоки 5 Вр500  Защитный слой а=10мм по [1].

Тогда: 

 

Полезная высота сечения: 

 

Вычислим коэффициент: 

 

Относительная высота сжатой зоны:

 

Для сечений, в которых предусмотрено образование пластического шарнира, должно выполняться условие:    условие выполняется.

Высота сжатой зоны:   

 

Определяем требуемую площадь сечения растянутой арматуры:

 

Принимаем по [3, прил.2] для сетки С1 5Вр500 с шагом s=200 мм и с площадью     As1 = 0,628 см2 = 62,8 мм2.

Так как: - конструктивные требования соблюдены.

Рис. 6  Подбор арматуры в средних пролетах

 

Проверяем прочность при подобранной арматуре:

 

 

 

Прочность достаточна, арматура подобрана правильно.

 

Подбор арматуры в крайних пролетах

Вычислим коэффициент:

 

Относительная высота сжатой зоны:

 

условие выполняется.

Высота сжатой зоны:

 

Определяем требуемую площадь сечения растянутой арматуры в первом пролете:

 

Сетка С2 должна иметь арматуру с площадью:

 

Принимаем для сетки С2 4 Вр500 с шагом s=250 мм и с площадью As2=0,283см2=28,3 мм2 по [3, прил.2]. Тогда суммарная площадь сечения растянутой арматуры в крайних пролетах и над первыми промежуточными опорами: