Министерство строительства РФ
КАЗАНСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ
Специальность
2902
Предмет:
“Основы расчета
строительных
конструкций”
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту
Тема: “Расчет и конструирование железобетонных
конструкций”
Выполнил
студент
Защищен
с оценкой
Руководитель
проекта
СОДЕРЖАНИЕ лист
1.Введение
2.Схема перекрытия
3.Расчет и конструирование плит перекрытий
3.1.Исходные данные
3.2.Статический расчет
3.3.Расчет прочности по нормальным сечениям
3.4.Расчет прочности по наклонным сечениям
3.5.Конструирование плит
4.Расчет и конструирование колонны
4.1.Исходные данные
4.2.Нагрузка на колонну
4.3.Определение размеров сечения колонны и расчет рабочей арматуры
4.4Конструирование колонны
5.Расчет и конструирование фундамента
5.1.Исходные данные
5.2.Определение размеров подошвы и высоты фундамента
5.3.Расчет рабочей арматуры
5.4.Конструирование фундамента
6.Литература
ЗАДАНИЕ
для курсового проектирования по железобетонным конструкциям студента группы
КС-32 Казанского строительного колледжа
г. Горькова Н.В.
Тема задания: “Проектирование сборных железобетонных
элементов много этажного здания с
неполным железобетонным каркасом”
Расчету и конструированию подлежат:
1.Плита перекрытия с круглыми пустотами
2.Колонна среднего ряда первого этажа
3.Фундамент под среднюю колонну
Данные для проектирования
1.Назначение здания – магазин
2.Шаг колонн a, м — 6
3.Пролет L, м – 6
4.Количество этажей – 3
5.Высота этажа H, м – 4,2
6.Район строительства – Тула
7.Плотность утеплителя ?, кг/м3 – 8
8.Толщина слоя утеплителя ?, мм – 180
9.Глубина заложения фундамента h, м – 1,6
10.Условное расчетное давление на основание R0, МПа – 260
11.Тип пола – IV
12.Номинальная ширина плиты в осях Вн, м – 1,2
13.Класс бетона для плиты перекрытия — В30
14.Класс напрягаемой арматуры в плите – А-V
Конструкции работают в среде с нормальной влажностью. Вид утеплителя
принять самостоятельно в соответствии с заданной плотностью и толщиной
слоя.
Дата выдачи ____________________
Дата окончания _________________ Преподаватель ______________
1.ВВЕДЕНИЕ
2.СХЕМА ПЕРЕКРЫТИЯ
2.1. Общее решение
В соответствии с заданием ограждающими конструкциями здания являются
кирпичные самонесущие стены, поэтому несущие конструкции будут представлять
собой сборное балочное перекрытие с полным железобетонным каркасом.
Принимаем сетку колонн 6х6м. Тогда здание будет иметь в поперечном
направлении три пролета по 6м и в продольном направлении семь пролетов по
6м. Ригели располагают поперек здания. В продольном направлении по ригелям
укладывают плиты перекрытия. Ширина рядовых плит – 1,8м, межколонных –
2,4м. При трех полетах по 6м в одном ряду располагают две межколонные плиты
с усиленными продольными ребрами и шесть рядовых плит. Межколонные плиты
соединяют друг с другом стальными полосовыми связями на сварке и, кроме
того, приваривают к колоннам. Рядовые плиты укладывают свободно на полки
ригелей, которые имеют подрезку по торцам. У продольных стен укладывают
сплошные беспустотные доборные плиты шириной 1,2м, толщиной 220мм.
Привязку поперечных и продольных стен см. рис.1
Схема раскладки плит перекрытия и маркировка элементов перекрытия
показаны на рис. 1, 2.
Рис.1.Схема расположения плит
Рис.2.Поперечный разрез здания
3.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛИТЫ
3.1.Исходные данные
Необходимо рассчитать по первой группе предельных состояний
многопустотную плиту перекрытия с круглыми отверстиями. Плита шириной
(номинальная) Вн=1,2м и высотой ИИ-04. Вес 1м2 плиты равен 2,6кн/м2.
Рис.3.Поперечное сечение плиты
Материал:
Бетон класса В30.
Расчетное сопротивление бетона с учетом коэффициента условий работы ?в2=0,9
Сжатию – Rв?в2=15,3МПа
Растяжению — Rвt?в2=1,08МПа
Передаточная прочность бетона при обжатии – Rвр=0,8В=0,8 30=24МПа
Арматура класса А-V — табл.3.2.,3.4.[Л-6.1]. Натяжение арматуры проводят
на упоры механическим способом.
Нормативное сопротивление арматуры Rsn=785МПа
Расчетное сопротивление арматуры Rs=680МПа
Начальное предварительное напряжение, передаваемое на поддон:
?0=0,8 Rsn=0,8 785=628МПа
Проверяем условие СНиП 2.03.01-84 при напряжении арматуры на упоры:
?0+р<Rsn=628+31,4~660МПа<785МПа
p=0,05?0=0,05 628=31,4МПа
?0-р>0,3Rsn; 628-31,4=596,6МПа>0,3 785=235,5МПа
Предварительные напряжение с учетом полных потерь, принятых по СНиП
?п=100МПа при: ?sp=1 составит
?sp=628-100=528МПа
3.1.1.Сбор нагрузок
Нагрузка на 1м2 перекрытия приведена в табл.3.1. Нормативная временная
нагрузка на перекрытие, коэффициенты надежности по нагрузке приняты по СНиП
2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”.
[pic]
Рис. 4. Конструкция пола
Таблица
3.1.
|Вид нагрузки |Нормативная кн/м3|?f |Расчетная кн/м3 |
| Постоянная | | | |
| | | | |
|Мозаичный пол | | | |
|0,04 22 |0,88 |1,3 |1,14 |
|Подготовка из бетона | | | |
|0,03 20 |0,6 |1,2 |0,72 |
|Гидроизоляция | | | |
|0,003 6 |0,02 |1,2 |0,02 |
|Железобетонная плита |2,6 |1,1 |2,86 |
|Итого |~4,1 | |4,74 |
| | | | |
|Временная | | | |
| | | | |
|для магазина |4 |1,2 |4,8 |
| | | | |
|Полная |8,1 | |9,54 |
Расчетная нагрузка на 1 пог. м длины плиты с её номинальной шириной
Вн=1,2м
q=9,54 1,2~11,4кн/м
3.1.2.Определение расчетного пролета
[pic]
Рис.5 Схема опирания плиты на ригель
Плиты опираются на полки ригелей. Номинальный пролет плиты в осях
Lн=6000мм, зазор между торцом плиты и боковой гранью ригеля примем равным
20мм. Конструктивная длина плиты Lк=Lн-вр-2 20=6000-200-2 20=5760мм.
Расчетный пролет плиты L0=Lк-2 80/2=5680мм.
3.2.Статический расчет
Плита работает как однопролетная свободно опертая балка с равномерно-
распределенной нагрузкой по длине.
[pic]
[pic]
Рис.6. Расчетная схема плиты
Расчетный изгибающий момент в плите
[pic]
Расчетная поперечная сила на опоре
Q=0,5qL0=0,5 11,4 5,68= 32,38кн
3.3.Расчет прочности по нормальным сечениям
Расчетное сечение плиты принимаем как тавровое высотой h=220мм,
толщиной полки hп=30,5мм. Ширина верхней полки тавра
вп=1190-2 15=1160мм (15мм – размер боковых подрезок), ширина ребра:
в=1190-2 15-159 6=206мм
Рис.7.Расчетное сечение (а) и схема усилий (б)
Определим несущую способность приведенного сечения при условии х=hf
Мсеч.=Rв вf hf(h0-0,5hf)=15,3 116 3,05(19-3,05/2)=94594,62МПа см3=94,6кн
м
Мсеч.>М (94,6кн м>46кн м), следовательно, нейтральная ось проходит в
полке и расчет ведем как для прямоугольного сечения при ?<?R
Вычисляем табличный коэффициент
[pic]
где h0=h-as=22-3=19см – рабочая высота сечения по табл. 3.9.[Л-1]
?=0,075, ?=0,962
?<?R=0,075<0,58; ?R=0,58 – см. табл. 3.28.[Л-1]
Требуемая площадь арматуры: из условия прочности
[pic]
где ?s6 – коэффициент условий работы арматуры
?s6=?s6-(?s6-1) ?=1,15-(1,15-1) [pic]=1,13
Аs=?s6 Аs=1,3 3,3=4,29см2
В случаях когда полные потери предварительного напряжения не
подсчитываются, а берутся по СНиП (?п=100МПа) рекомендуется площадь
арматуры принимать ~ на 30% больше требуемой из условия прочности.
3.4.Расчет прочности по наклонным сечениям
Проверка прочности наклонного сечения проводится из условия (3.31) и
(3.32) [Л-6.1]
Q<Qв=0,35Rв вh0=0,35 15,3 21 19=2137МПа см2 ~214кн
Q=32,38кн<Qв=214кн
Q<Qв=0,6Rвt вh0=0,6 1,08 21 19=258,5МПа см2=25,85кн
Q=32,38кн>Qв=21,4кн
Следовательно, необходим расчет поперечной арматуры.
3.5.Конструирование плиты
Напрягаемая рабочая арматура в плите ставится в виде отдельных стержней
независимо от числа отверстий. Принятые стержни 6 10 А-V ставим после
каждого отверстия кроме середины. В соответствии с рабочими чертежами для
верхней полочки принимаем сварную стандартную сетку из арматурной проволоки
В-I марки 250/200/3/3. – С1.
По низу плиты сетку укладывают отдельными участками у торцов и по
середине – C2,С3.
Вертикальные каркасы КР1 ставят только на крайних четвертях пролета
плиты.
Подъемные петли приняты 12 A-I — ПМ1. Армирование плиты показано на
рис.8. Арматурные изделия на рис.9.
Рис.8.Схема армирования плиты
Рис.9.Арматурные изделия плиты
4.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛЛОНЫ
Колоны приняты квадратного сечения, одноярусные с прямоугольными
консолями размером 15х15см. Оголовок колоны поднимается над плитами
перекрытия на 60см. Нижняя ветвь колоны первого этажа заделывается в стакан
фундамента.
4.1.Исходные данные
Требуется рассчитать колону среднего ряда первого этажа на
эксплуатационные нагрузки.
Расчетные характеристики материалов:
для бетона кл. В20 Rв ?в2=11,5 0,9=10,35МПа
для арматуры кл. А-II Rsc=280МПа
4.2.Нагрузка на колонну
Нагрузка на колону передается от покрытия и перекрытия. Грузовая
площадь, с которой собирается нагрузка на колону, определена как
произведение расстояний между разбивочными осями Агр=6х6=36м2
(см. рис.1.). Конструкция покрытия дана на рис.2. Вес снегового покрова для
г.Тула 100кгс/м2 (1,0 кн/м2) по СНиП 2.01.07-85, вес 1м длины ригеля 500кгс
(5кн), вес 1м2 плиты покрытия 260 кгс (2,6кн). Расчет нагрузок сведен в
табл.4.1.
Таблица
4.1.
|Нагрузка от покрытия |Нормативная кн |?f |Расчетная кн |
| Постоянная | | | |
| | | | |
|Гравий втопленный в битумную | | | |
|мастику | | | |
|0,015 20 36 |10,8 |1,2 |13 |
|3 слоя рубероида на битумной | | | |
|мастике | | | |
|0,15 36 |5,4 |1,1 |5,94 |
|Цементная стяжка | | | |
|0,03 19 36 |20,52 |1,3 |26,68 |
|Утеплитель | | | |
|0,18 8 36 |51,84 |1,1 |57,02 |
|Пароизоляция | | | |
|0,05 36 |1,8 |1,2 |2,16 |
|Железобетонная плита | | | |
|2,6 36 |93,6 |1,1 |102,96 |
|Железобетонный ригель | | | |
|5 6 |30 |1,1 |33 |
|Итого постоянная |213,96 | |240,76 |
| | | | |
|Временная | | | |
|Снег г. Тула | | | |
|1 36 |36 |1,2 |43,2 |
|в том числе длительная 50% |18 |1,2 |21,6 |
|Итого длительная Nдл.пок. |231,96 | |262,36 |
| | | | |
|Полная Nпок. |249,96 | |283,96 |
Нагрузка от перекрытия берется из табл.3.1., а именно, нормативная нагрузка
4,1кн/м2, расчетная нагрузка 4,74кн/м2; вес 1м длины ригеля перекрытия 5кн.
Временная длительная на перекрытие для магазина 0,3кн/м2 [Л-6.2]. Расчет
нагрузок сведен в табл. 4.2.
Таблица
4.2.
|Нагрузка от перекрытия |Нормативная кн |?f |Расчетная кн |
| | | | |
|Пол и плита: | | | |
|Нормативная 4,1 36 |147,6 |- | |
|Расчетная 4,74 36 | |- |170,64 |
|Железобетонный ригель | | | |
|5 6 |30 |1,1 |33 |
|Итого постоянная |177,6 | |203,64 |
| | | | |
|Временная | | | |
| | | | |
|для магазина | | | |
|1 36 |36 |1,2 |43,2 |
|в том числе длительная | | | |
|0,3 36 |10,8 |1,2 |12,96 |
|Итого длительная. Nдл.пер |188,4 | |216,6 |
| | | | |
|Полная Nпер. |213,6 | |246,84 |
Сечение колонн ориентировано принято вхh=30х30см=0,3х0,3м. Собственный
вес колонны одного этажа
Nк=в h ? H ?f=0,3 0,3 25 4,2 1,1=10,395кн
Нагрузку на колонны каждого этажа определяем в соответствии со схемой
загружения (рис.11), начиная с третьего этажа путем последовательного
суммирования. Подсчеты сведены в табл.4.3.
[pic]
Рис.10.Расчетная схема колонны Рис.11.Схема загружения
|Этаж |Длительная нагрузка кн |Полная нагрузка кн |
| | | |
|3 |262,36+10,395=272,755 |283,96+10,395=294,355 |
| | | |
|2 |272,755+10,395+216,6=499,75 |294,355+10,395+246,64=551,39 |
| | | |
|1 |499,75+10,395+216,6=726,745 |551,39+10,395+246,64=808,425 |
Продольное усилие на колонну первого этажа от полной нагрузки
N1=8084МПа см2, от длительной нагрузки Nдл.=7267МПа см2
4.3.Определение размеров сечения колонны и расчет рабочей арматуры
Расчет колонны ведем с учетом случайного эксцентриситета. При
центральном загружении и наличии только случайного эксцентриситета колонны
прямоугольного сечения с симметрической арматурой кл. А-I, А-II, А-III при
их расчетной длине L0<20h (420<20 30=600) можно рассчитать по несущей
способности по условию:
N<?в ?в(RвAв+RsAs)
Где N – расчетная продольна сила, равная N1;
?в – коэффициент условий работы (?в=0,9 при h<200мм и ?в=1 при
h>200мм);
? – коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность
загружения, гибкость и характер армирования;
L0-расчетная длина колонны, принимаемая равной высоте этажа
H=4,2м;
Asc-площадь сечения сжатой арматуры
Ав=вхh-площадь сечения колонны
Предварительно принимаем ?=?=1, коэффициент армирования
[pic]. Тогда требуемая площадь сечения колонны из условия несущей
способности:
[pic]
Принимаем Ав=вхh=25х25=625 см2
Вычисляем L0/h=420/25=16,8, [pic]
?=1 (при h>20см). По табл. 3.20[Л-1] ?в=0,75 и ?ч=0,82 (пологая, что
Апс<As/3).
Коэффициент ? определится по формуле
?=?в+2(?ч-?в)[pic]
Определяем площадь сечения арматуры по формуле
[pic]
В колоннах рабочая арматура принимается диаметром не менее 12мм. По
сортаменту табл. 3.10[Л-6.1] принимаем 4 22А-II (Аsc=15,20см2)
Коэффициент армирования составляет
[pic]
Полученное значение µ находится в диапазоне рекомендуемых значений (0,01-
0,02).
4.4.Конструирование колонны
Колонна армируется сварным пространственным каркасом. При диаметре
продольных стержней 22мм по условию технологии сварки диаметр поперечных в
этом случае принят 8мм – табл. 1.2 прил.1 [Л-6.4]
Шаг поперечных стержней в сварных каркасах должен быть S<20d, но не более
500мм. Принято S=400мм<20 22=440мм и не более 500мм.
Кроме того, в голове колонны ставятся конструктивные сетки из арматуры 8A-
III не менее трех штук. Консоль армируется каркасом – балочной.
Размещение рабочих и поперечных стержней в сечении колонны показано на
рис.12.
Рис. 12. Размещение арматуры в сечении колонны
5.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА
Учитывая значительное заглубление фундамента, целесообразно принять
конструкцию его с подколонником стаканного вида и плитой.
Фундаменты по средней колонны рассматривают как центрально нагруженные.
5.1.Исходные данные
Глубина заложения фундамента H1=1,6м. Грунт основания имеет условное
расчетное сопротивление R0=0,26МПа (260 кн/м2).
Расчетные характеристики материалов:
для бетона кл. В15 Rв ?в2=8,5 0,9=7,65МПа (0,76кн/см2)
Rвt ?в2=0,75 0,9=0,675МПа (0,07кн/см2)
для арматуры кл. А-III >10 Rs=365МПа (36,5 кн/см2)
Расчетная нагрузка Nф=______кн (см. табл. 4.3.)
5.2. Определение размеров высоты и подошвы фундамента
Высота фундамента определяется как размерность между отметками его
подошвы и обреза.
h=1,6-0,15=1,45м
Глубина стакана фундамента принята hc=750мм, что удовлетворяет условию
по заделке арматуры
hc>30d+?=30 22+50=710мм
где d=22мм – диаметр продольной арматуры колонны
?=50мм – зазор между торцом колонны и дном стакана
и что больше необходимого значения hс=1,5hк=1,5 30=45см.
Принимаем толщину стенок стакана поверху 225мм и зазор 75мм, размеры
подколонника в плане будут:
ас=вс=hк+2 225+2 75=300+450+150=900мм
Рис. 13.Констукция фундамента
Толщину плитной части фундамента назначаем h1= ____мм, (кратно 150мм)
Ориентировочно площадь основания фундамента определяем по формуле
[pic]
Учитывая, что сечение колонны квадратное, подошва фундамента принята
тоже квадратной. Ориентировочно значение размера стороны подошвы такого
фундамента
вф=аф= [pic]~1,9м
Назначаем окончательно вф=аф=______мм (кратно 300мм). Тогда площадь
подошвы будет равна Аф=вф аф=_______=_______м2 и среднее давление на грунт
составит
[pic]<R0=250кн/м2
5.3. Расчет рабочей арматуры
Фундамент работает на изгиб от реактивного отпора грунта.
Изгибающий момент в сечении 1-1 у грани ступени (см. рис.13) определяется
по формуле
М1-1=0,125Ргр(аф-ас)2 вф=0,125__________________________________кн м
Необходимая площадь арматуры при h01=_____см
[pic].
Изгибающий момент в сечении 2-2 у грани колонны будет равен
М2-2=0,125Ргр(аф-вк)2 вф=
Необходимая площадь арматуры при h02=____см
[pic]
По большему значению As подбираем сетку.
5.4.Конструирование фундамента
Фундамент армируется сеткой, которую укладывают в нижней части плиты.
Шаг стержней в сетках принимают 100-200мм, минимальный диаметр арматуры в
сетках фундаментов должен быть 10мм.
Принимаем шаг стержней S=___мм=__см. Размеры сетки ___________мм.
Необходимое число рабочих стержней в сетке
[pic]шт
Принимаем _________ As=________см2, что больше требуемого
As1-1=_____см2. Такое же количество стержней должно быть уложено в
перпендикулярном направлении, т.к. колонна ______________ квадратные и
моменты в ______________________ равны.
Рис.14. Сетка фундамента
Армирование стаканной части фундамента условно не показано.
6.ЛИТЕРАТУРА
6.1. В.В. Доркин и др. “Сборник задач по строительным конструкциям”.
Стройиздат. 1986г.
6.2. СНиП 2.01.07-85 “Нагрузка и воздействие” 1985г.
6.3. СНиП 2.03.01-84 “Бетонные и железобетонные конструкции” 1985г.
6.4. А.Н. Кувалдин и др. “Примеры расчета железобетонных конструкций
зданий” Стройиздат. 1976г.
6.5. В.Н. Семенов “Унификация и стандартизация проектной документации
для строительства” Стройиздат. 1985г.
————————
Мозаичный пол ?=22кн/м3
Подготовка из бетона ?=20кн/м3
Гидроизоляция ?=6кн/м3
Жб плита ?=2,6кн/м3
эп. М
эп. Q
Q=0,5qL0
[pic]??