МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

МЕЖДУНАРОДНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ КОПРОРАЦИЯ

КАЗАХСКАЯ ГОЛОВНАЯ АРХИТЕКТУРНО - СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

Факультет Общего Строительства

Курсовая работа

По дисциплине «Железобетонные конструкции 1»

На тему «Расчет и конструирование монолитного ребристого перекрытия»

Выполнила:

Проверил: д.т.н.,акад.проф. Наурузбаев К.А.

Алматы 2014 г.

Исходные данные для проектирования

1. Параметры здания: 19,2×60,8; 4,8×7,6

2. Место строительства г.Уральск, тип местности С

3. Число этажей – 7, высота этажей – 3,0м, размеры оконного проема - 1160×1470мм

4. Временная нагрузка на перекрытие –8,5 кН/м²

5. Толщина кирпича –5,1, марка кирпича – 75, марка раствора – 50

6. Арматура продольная А-ΙI, R_s=285 МПа, R_sw=285 МПа, R_sc=355 МПа, E_s=20*10⁴ МПа

7. Арматура поперечная ø 6 АΙ, , R_s =225 МПа, R_sw = 265 МПа, R_sc = 225 МПа, E_s = 21*10⁴ МПа

8. Класс бетона В15, R_b = 8,5 МПа, R_bt = 0,75 МПа, E_{b =} 23*10³ МПа, стены подвала ФБС-5

Расчет и конструирование монолитного ребристого перекрытия

Задание для проектирования. Требуется рассчитать и сконструировать унифицированное перекрытие четырехпролетного промышленного здания с внутренним каркасом и несущими наружными стенами (рис 1). Значения постоянных и временных нагрузок приведены в табл.1. Поскольку продольный и поперечный шаги колонн приняты одинаковыми, по расходу материалов продольная поперечная схемы междуэтажного перекрытия равноценны. Предпочтение следует отдать поперечному размещению главных балок, так как в этом случае удачно решаются вопросы освещения и обеспечения общей жесткости здания при воздействии на него горизонтальных сил.

Для монолитных междуэтажных перекрытий обычно используют тяжелый бетон классов В20 – В30, а для армирования – сварные каркасы из стали класса АII или АIII и сварные сетки из проволоки класса Вр-I. Для расчетного случая принимаем бетон класса В12,5. По табл. 1.4[3] расчетные сопротивления такого бетона для предельных состояний первой группы будут: на сжатие осевое R_b = 7,5 Мпа, на растяжение осевое R_bt = 0,66 Мпа. Коэффициент условий работы бетона γ_b2 = 0,9. Коэффициент надежности по назначению γ_n = 0,95.

Рабочую арматуру для балок принимаем в виде сварных каркасов из горячекатаной стали периодического профиля класса A-II, R_s =280 МПа, R_Sw = 225 Мпа (см. табл. 1.7,[3]) Для поперечной арматуры класса A –I, R_sw = 175 Мпа. Арматуру для плиты принимаем в виде сварных сеток из проволоки класса Вр – I, R_s = 365 Мпа, и (как возможный вариант) из стали класса А- III, R_s=365 Мпа (при d=6÷8 мм).

Таблица 1. Нагрузки на ребристое монолитное железобетонное междуэтажное перекрытие промышленного здания.

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, Н/м2	Коэф. надежности по нагрузке γf	Расчетная (округленно) нагрузка,Н/м2
Постоянная: от плиточного пола, толщиной t= 0,015м, плотностью ρ=2000 кг/м3 от слоя цементного раствора t= 0,02м, ρ=2000 кг/м3 от шлакобетонного слоя, t= 0,03м, ρ=1500 кг/м3	300 400 450	1,1 1,3 1,3	330 520 590
Итоги Временная : длительная, pld кратковременная, pcd	gn= 1150 3150 1350	1,2 1,2	g=1140 3780 1620

Итоги

рn= 4500

р=5400

Решение. Плита. Расчетную схему плиты рассматриваем как многопролетную неразрезанную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой. Для получения расчетного пролета задаемся размерами поперечного сечения второстепенной балки: h= ( 1/12 ÷ 1/20) l; принимаем h= 620/13=50 см; b= (1/2 ÷ 1/3) h≥10 см; принимаем ширину второстепенной балки b= 20 см.

Расчетный пролет плиты между второстепенными балками l₂ = l₀ ( где l₀ – пролет в свету, равный 240- 20=220 см.). Пролет плиты при опирании с одной стороны на несущую стену l₁ = l₀₁ + h_f /2 (где h_f – толщина плиты, значением которой также задаемся). Принимаем толщину плиты равной 8 см, что больше h_min = 60 мм. Собственный вес плиты gⁿ = 0,08*2500(10) = 2000 Н*м². Расчетный пролет плиты l₁ = 240-25+6-20/2=211 см.

Расчетная нагрузка принимается на 1 м длины плиты шириной b=1 м. Для данного случая расчетные нагрузки по табл.1 будут ( с учетом веса плиты, толщиной h= 8 см): g= 1440+1,1*2000= 3640 Н/м²; p= 5400 Н/м² ; q= (g+p)*b= (3640+5400)*1= 9040 Н/м.

В расчете неразрезных плит с учетом пластических деформаций значения изгибающих моментов при равных или отличающихся не более чем на 20 % пролетах принимают по равномоментной схеме независимо от вида загружения временной нагрузкой:

в крайних пролетах

M₁ = ql²₁/11 = 9040*2,11²/11 = 3658,8 H·м;

в среднем пролете и над средними опорами

M₂ = M_c= ql₂²/16= 9040*2,2²/16 = 2734,6 Н·м;

над вторыми от края опорами

M_B= ql₂²/ 11 = 9040* 2,2²/11= 3977,6 Н·м.

Арматуру в плите подбираем как для изгибаемого железобетонного элемента прямоугольного сечения размером b×h = 100×8 см. Рабочая высота сечения h₀ = h-a=8-1.5=6.5 см (где а – расстояние от равнодействующей усилий в арматуре до ближайшей грани сечения).

Для варианта армирования сварными сетками из проволоки класса Вр – Ι (R_s=365 Мпа) будем иметь:

в крайних пролетах при М₁ = 3658.8

где коэффициент условий работы бетона γ_b2=0; по табл.2.12 [3] находим коэффициент ƞ. Коэффициент ƞ определяем методом интерполяции:

0,121 0,935

0,122 ƞ ƞ = 0,935+ [(0,122-0,121)/(0,13-0,121)]*(0,93-0,935)=0,934

0,13 0,93

определяем площадь сечения арматуры А_s по формуле

в средних пролетах и над средними опорами при М₂ = 2734.6

Коэффициент ƞ определяем методом интерполяции:

0,085 0,955

0,091 ƞ ƞ= 0,955+[(0,091-0,85)/(0,095-0,85)]* (0,95-0,955)=0,954

0,095 0,95

над вторыми опорами при М_B = 3977.6

Коэффициент ƞ определяем методом интерполяции:

0,13 0,93

0,132 ƞ ƞ= 0,93+ [(0,132-0,13)/(0,139-0,13)]* (0,925-0,93)=0,929

0,139 0,925

По сортаменту сварных сеток для средних пролетов и над средними опорами (сетка С-1) принимаем сетку с типовым шагом, но с рабочей продольной арматурой диаметром 4 мм, т.е типа (в количестве 9 штук) A_s = 1,148 см²; над вторыми от края опорами (сетка С-2) с рабочей продольной арматурой 4мм типа (в количестве 5 штук) А_s = 0,562 см² ; в крайних пролетах (сетка С-3) с рабочей продольной арматурой 4мм типа А_s = 0,422 см².

Второстепенная балка. Расчетная схема второстепенной балки представляет собой, так же как и расчетная схема плиты, неразрезную многопролетную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой. Предварительные размеры сечения второстепенной балки принимаем 5020 см. Для определения расчетных пролетов задаемся размерами главной балки:

см; см.

Расчетные пролеты второстепенной балки будут: средние пролеты (равны расстоянию в свету между главными балками) м; крайние (равны расстоянию от оси опоры на стене до грани сечения главной балки)

м,

где В – длина опорного конца балки на стене; а – привязка разбивочной оси к внутренней грани стены.

Сбор нагрузок. Нагрузку на 1 м длины балки принимают на ширину грузовой площадки, равную 2 м (расстоянию между осями второстепенных балок). Для данного случая (см. табл.1) расчетные нагрузки будут иметь значения с учетом веса балки по принятым размерам:

Н/м,

где м – размеры сечения балки за вычетом толщины плиты см; 2500 – плотность бетона, кг/м³; 1.1 – коэффициент надежности по нагрузке от собственной массы конструкций: Н/м; Н/м; Н/м; Н/м.

Расчетные моменты по равномоментной схеме:

в крайних пролетах

в средних пролетах и над средними опорами

над вторыми от края опорами

Построение огибающей эпюры моментов второстепенной балки.

Эпюру моментов строят для двух схем загружения: 1) на полную нагрузку в нечетных пролетах и на условную постоянную нагрузку в четных пролетах; 2) на полную нагрузку в четных пролетах и на условную постоянную нагрузку в нечетных пролетах. При этом максимальные пролетные и опорные моменты принимают в расчете по равномоментной схеме аналогично неразрезным плитам, т.е. или , а минимальные значения пролетных моментов строят по параболам, характеризующим момент от нагрузки ; и проходящим через вершины ординат опорных моментов.

Н/м;

Н/м;

Н·м;

Н·м.

Расчетные минимальные моменты в пролетах будут равны:

в первом пролете Н·м;

во втором пролете Н·м;

в третьем от края (т.е. во всех средних) пролете Н·м.

При расчете арматуры на указанные моменты необходимо учитывать поперечную арматуру сеток плиты и верхние (конструктивные) стержни сварных каркасов балок.

Подбор арматуры. При расчете сечений балки на положительный момент (в пролете) принимают железобетонное сечение таврового профиля с полкой (плитой) в сжатой зоне.

Ширина полки в данном случае см, так как соблюдено условие п.3п16 СНиП 2.03.01-84, по которому

см;

.

При расчете на отрицательный момент принимают прямоугольное сечение, равное 8040 см, поскольку плита находится в растянутой зоне и в расчете не учитывается.

Для армирования применены сварные каркасы из стали А-II, R_s=280 Мпа. Рабочая высота сечения h₀ = 50-3.5=46.5 см. Арматуру рассчитываем с помощью параметров А₀, η, ξ по табл.

В крайних пролетах при М₁=75325,6 Н·м; определяем расположение границы сжатой зоны сечения по условию при :

;

7532560*0.950.9*7.5(100)*226*8*(46.5-0.5*8)=47110140 Н·см;

условие соблюдается, граница сжатой зоны проходит в полке, следовательно, сечение принимают шириной .

По формуле:

;

по табл. находим коэффициент ƞ и

Коэффициент ƞ определяем методом интерполяции:

0,02 0,99

0,0216 ƞ ƞ=0,99+ [(0,0216-0,02)/(0,03-0,02)]* (0,985-0,99)=0,989

0,03 0,985

по табл. находим =0,0219

Проверяем условие:

по формуле

ɷ= -0,008 =0,85-0,008*7,5*0,9=0,796;

по формуле

где = =280 MПа; =500 MПа при <1,0;

условие соблюдается, так как 0,0219< .

Принимаем для 2-х каркасов 2 20 А II , А_s= 6,28см² (каркас К-1 на рис.3.7[3]).

В средних пролетах при M₂= 504726,6·м

по табл. находим коэффициент ƞ и

Коэффициент ƞ определяем методом интерполяции:

0,01 0,995

0,0145 ƞ ƞ= 0,995+ [(0,0145-0,01)/(0,02-0,01)]* (0,99-0,995)=0,991

0,02 0,99

По табл.находим =0,018

;

принимаем для 2-х каркасов 2 16 А- II , А_s= 4,02см² (каркас К-2 на рис.3.7[3]);

условие < соблюдается, так как 0,018< .

Над вторыми от края опорами при М_В = 73414,7 Нм:

по табл. находим коэффициент ƞ и

Коэффициент ƞ определяем методом интерполяции:

0,02 0,99

0,0210 ƞ ƞ=0,99+ [(0,0210-0,02)/(0,03-0,02)]* (0,985-0,99)=0,989

0,03 0,03

По табл.находим =0,0211

;

принимаем для 2-х каркасов 2  18 А- II , А_s=5,09 см²

условие < соблюдается, так как 0,0211< .

Над средними опорами при М_с = 50472,6 Нм:

по табл. находим коэффициент ƞ и

Коэффициент ƞ определяем методом интерполяции:

0,01 0,995

0,0145 ƞ ƞ=0,995+ [(0,0145-0,01)/(0,02-0,01)]* (0,99-0,995)=0,991

0,02 0,99

По табл.находим =0,018

принимаем для 2-х каркасов 2  16 А- II , А_s=4,02 см²

условие < соблюдается, так как 0,018< .

Расчет поперечной арматуры. Максимальная поперечная сила = 0,6ql=0,6×24006×5,875=84621,15 H. Вычисляем проекцию расчетного наклонного сечения на продольную ось c. Влияние свесов сжатой полки

,

где (b+3 ).

Вычисляем параметр B_b, полагая, что =0:

B_b= 2(1+0,155)·0,66(100)·0,9·20·46,5²=59,3·10⁵H·см.

В расчетном наклонном сечении =Q_sw=Q/2, а так как = B_b/c, то c= B_b/(0,5Q)=59,3·10⁵/(0,5·84621,15)=141 см> 2h₀=2·46,5=93 см, принимаем c=2h₀=93 см. Тогда = B_b/c=59,3·10⁵/93= 63,7 кН.

Поперечная сила, приходящаяся на поперечные стержни,

Q_sw=Q- =84,6-63,7=20,8 кН

= Q_sw/c=20800/93=223,66 H/см.

Из условий сварки с продольными стержнями диаметром 20 мм принимаем поперечные стержни диаметром d_sw=5 мм Bр-I, R_sw=260 MПа при =0,8 и =0,9. Число каркасов – два, следовательно , площадь сечения поперечных стержней =2·0,196=0,392 см².

Шаг поперечных стержней s= R_swA_sw/ =260(100)·0,392/223,66=45,6 см; по конструктивным условиям следует принимать на приопорных участках s≤h/2=50/2 = 25 см. и не более 15 см. Принимаем s=15 см.

В средней половине пролета балки поперечная сила на расстоянии ¼ пролета от опоры балки

Q= Q_max-ql/4=84621,15-24006·5,875/4=49362,3 H.

По конструктивным требованиям (п.5.27 СНиП 2.03.01-84) при высоте сечения h> 300 мм расстояние между поперечными стержнями s принимают не более 0,75h и не более 500 мм.

Поэтому в средней части балки можно принять s=0.75h=0.75·50=37.5 см, принимаем s=35 см (кратно 5 см).

Проверяем сечение по сжатой полосе между наклонными трещинами. Коэффициент поперечного армирования . Далее последовательно вычисляем:

;

;

.

Проверяем условие: условие удовлетворяется.

В средних пролетах наибольшая поперечная сила

Н84621,15Н.

По конструктивным соображениям в целях унификации каркасов принимаем для балок средних пролетов (см. каркасы К-2, рис.3.7 [3]) поперечные стержни диаметром 4 мм с шагом 15 и 35 см, так же как и для каркасов К-1 в крайнем пролете.

Каркасы К-1 и К-2 на опоре соединяют дополнительными стержнями с запуском за грань опоры (главной балки) на длину 15d₁ и не менее s+150 мм.