Проектирование монолитного железобетонного ребристого перекрытия с
..pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
И.Л. Тонков, Ю.Л. Тонков
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО РЕБРИСТОГО ПЕРЕКРЫТИЯ С БАЛОЧНЫМИ ПЛИТАМИ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебно-методического пособия
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2013
УДК 624.073.72/.74.012.41 Т57
Рецензенты:
канд. техн. наук, профессор Б.И. Десятов (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);
канд. техн. наук А.Н. Патраков (ООО «НПЦ „Стройдиагностика“»)
Тонков, И.Л.
Т57 Проектирование монолитного железобетонного ребристого перекрытия с балочными плитами : учеб.-метод. пособие / И.Л. Тонков, Ю.Л. Тонков. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. – 88 с.
ISBN 978-5-398-00946-0
Приведены основные положения для расчета и конструирования монолитного железобетонного ребристого перекрытия здания с неполным каркасом.
Предназначено для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 270102.65 «Промышленное и гражданское строительство».
УДК 624.073.72/.74.012.41
ISBN 978-5-398-00946-0 |
© ПНИПУ, 2013 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................... |
4 |
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О МОНОЛИТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ |
|
РЕБРИСТЫХ ПЕРЕКРЫТИЯХ.................................................................................. |
4 |
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ............................................... |
6 |
3. КОМПОНОВКА ПЕРЕКРЫТИЯ................................................................................ |
6 |
3.1. Технико-экономическое сравнение вариантов перекрытия............................. |
9 |
3.2. Расчет размеров элементов перекрытия........................................................... |
11 |
4. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛИТЫ.......................................................... |
12 |
4.1. Статический расчет плиты................................................................................. |
12 |
4.2. Конструктивный расчет плиты.......................................................................... |
15 |
4.3. Конструирование плиты..................................................................................... |
16 |
4.4. Проверка несущей способности сечений плиты |
|
с принятым армированием................................................................................ |
20 |
4.5. Графическое оформление результатов расчета плиты ................................... |
22 |
5. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ВТОРОСТЕПЕННОЙ БАЛКИ.................... |
23 |
5.1. Статический расчет второстепенной балки..................................................... |
23 |
5.2. Конструктивный расчет второстепенной балки.............................................. |
28 |
5.3. Конструирование второстепенной балки......................................................... |
39 |
5.4. Графическое оформление результатов расчета |
|
второстепенной балки........................................................................................ |
57 |
6. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ГЛАВНОЙ БАЛКИ....................................... |
57 |
6.1. Статический расчет главной балки................................................................... |
57 |
6.2. Конструктивный расчет главной балки............................................................ |
67 |
6.3. Конструирование главной балки....................................................................... |
72 |
6.4. Графическое оформление результатов расчета главной балки...................... |
75 |
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ........................................................ |
76 |
Приложение 1. Сортамент арматуры....................................................................... |
77 |
Приложение 2. Площадь поперечного сечения арматуры |
|
на 1 м ширины плиты...................................................................... |
78 |
Приложение 3. Диаметр и шаг стержней распределительной |
|
арматуры балочных плит................................................................ |
79 |
Приложение 4. Фиктивные реакции........................................................................ |
80 |
Приложение 5. Пример графического оформления результатов |
|
расчета плиты................................................................................... |
81 |
Приложение 6. Пример графического оформления результатов |
|
расчета второстепенной балки....................................................... |
84 |
Приложение 7. Пример графического оформления результатов |
|
расчета главной балки..................................................................... |
86 |
3
ВВЕДЕНИЕ
Учебно-методическое пособие разработано в соответствии с программой дисциплины «Железобетонные и каменные конструкции».
Проектирование элементов монолитного ребристого перекрытия является самостоятельным разделом в составе курсового проекта на тему: «Железобетонные конструкции многоэтажного здания». На примере ребристого перекрытия студенты приобретают навыки проектирования железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры, работающих на изгиб.
Пособие составлено на основе действующих нормативных документов и содержит подробные указания, рекомендации по расчету и конструированию, а также вспомогательные материалы для проектирования монолитного ребристого перекрытия здания.
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О МОНОЛИТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕБРИСТЫХ ПЕРЕКРЫТИЯХ
Перекрытия, основные несущие элементы которых (плиты, балки) расположены в горизонтальной плоскости, называются плоскими.
Плоские железобетонные перекрытия по конструктивной схеме могут быть разделены на две основные группы: балочные и безбалочные. Балочными называют перекрытия, в которых балки работают совместно с опирающимися на них плитами перекрытий. Безбалочные перекрытия представляют собой плоские плиты, опирающиеся на колонны или их капители.
Одним из видов балочных перекрытий являются монолитные ребристые перекрытия (рис. 1.1), которые состоят из плоской плиты (полки) и монолитно сопряженной с ней системы перекрестных балок, главных и второстепенных. Сущность конструкции монолитного ребристого перекрытия заключается в удалении бетона из растянутых зон сечений, где он не оказывает влияния на несущую способность конструкции. В растянутых зонах сохранены лишь ребра – второстепенные и главные балки – для расположения рабочей арматуры и восприятия поперечных сил. Плита перекрытия является полкой балок (ребер), работающих как тавровые сечения. Плита непосредственно воспринимает нагрузку и работает на местный изгиб по пролету, равному расстоянию между гранями ребер в свету. Второстепенные балки воспринимают нагрузку от плиты и передают ее на монолитно связанные с ними главные балки. Опорами для второстепенных балок служат, как правило, главные балки, а в зданиях с неполным каркасом крайними опорами для них являются наружные несущие стены. Главные балки воспринимают нагрузку от второстепенных балок и передают ее на колонны и, в случае здания с неполным каркасом, на наружные стены (крайние опоры).
4
Рис. 1.1. Перспектива здания (в разрезе) с неполным железобетонным каркасом и монолитными ребристыми перекрытиями, в которых главные балкирасположены вдоль здания
При компоновке перекрытия расчетную схему полки плиты можно предусмотреть балочной или работающей в двух направлениях. Критерием при выборе расчетной схемы плиты служит соотношение сторон l2/l1, где l2 – длинная сторона плиты, l1 – короткая сторона плиты. При l2/l1 ≤ 2 плита работает в двух направлениях, и расчетной схемой плиты в этом случае будет пластинка, опертая по контуру. При l2/l1 > 2 плита работает в одном направлении, для нее принимается балочная расчетная схема, а саму плиту принято называть балочной.
5
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
По заданию курсового проекта требуется рассчитать и сконструировать монолитное ребристое междуэтажное перекрытие с балочными плитами многоэтажного здания с неполным каркасом.
Габариты здания в плане, размеры сетки колонн, количество этажей, высота этажа, нормативная временная нагрузка на перекрытие, географическое место строительства, а также степень агрессивности среды принимаются по заданию. Постоянная нагрузка на перекрытие вычисляется для самостоятельно принятой конструкции пола. В курсовом проекте предполагается, что проектируемое здание по степени ответственности относится к нормальному уровню ответственности
(п. 7 ст. 16 [1]).
Для всех элементов перекрытия назначают тяжелый бетон класса В15, В20 или В25.
Для армирования полки плиты предусматривают арматурную проволоку класса B500 (Вр-I) или стержневую арматуру классов A400 (А-III) или А500. В качестве продольной рабочей арматуры балок используется стержневая арматура классов A400, А500. В качестве поперечной арматуры балок следует применять гладкую стержневую арматуру класса A240 (А-I), стержневую арматуру периодического профиля классов A400, А500 или арматурную проволоку класса В500.
Расчетные значения прочностных характеристик материалов принимают по своду правил СП 52-101–2003 [5] или по пособию к СП 52-101–2003 [6].
3. КОМПОНОВКА ПЕРЕКРЫТИЯ
При компоновке перекрытия следует (если необходимо) привести размеры здания в соответствие с заданной сеткой колонн, выбрать направление основных несущих элементов, определить их опалубочные размеры.
Для обеспечения возможности применения инвентарной опалубки и унифицированных арматурных сеток размеры элементов монолитного ребристого перекрытия назначаются унифицированными: толщина плиты кратна 10 мм; высота
иширина балок, размеры сторон колонны кратны 50 мм; величины пролетов плит
ибалок кратны 50 и 100 мм. Размеры сечений элементов вычисляют по эмпирическим формулам, обобщающим опыт проектирования и возведения ребристых перекрытий и позволяющим на начальной стадии разработки конкретного перекрытия учесть конструктивные и технологические требования при обеспечении несущей способности.
Возможны два варианта расположения главных и второстепенных балок. Главные балки могут быть расположены по осям колонн поперек здания, а второстепенные – вдоль. Пример этого варианта показан на рис. 3.1. По другому варианту главные балки размещены вдоль, а второстепенные – поперек здания (рис. 3.2).
6
Рис. 3.1. Компоновочный чертеж ребристого перекрытия с расположением главных балок поперек здания
7
8
Рис. 3.2. Компоновочный чертеж ребристого перекрытия с расположением главных балок вдоль здания
Для выполнения предварительной компоновки перекрытия необходимо определить оптимальное количество второстепенных балок в пределах одного шага колонн. Количество второстепенных балок зависит от пролета плиты, величина которого может быть предварительно назначена в зависимости от толщины плиты и полезной (временной) нагрузки на нее. Рекомендуемые значения пролета плиты, основанные на опытных данных, приведены в табл. 3.1.
Таблица 3 . 1
Рекомендуемые значения пролета плиты ls в зависимости от ее толщины и полезной нагрузки
Толщина |
Пролет плиты ls, м, при полезной нагрузке р на перекрытие, кН/м2 |
||||||
плиты hs, |
|
|
|
|
|
|
|
мм |
4,0 |
5,0 |
6,0 |
7,0 |
8,0 |
9,0 |
10,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
1,8–2,0 |
1,6–1,8 |
1,5–1,7 |
– |
– |
– |
– |
70 |
2,1–2,7 |
2,2–2,5 |
2,0–2,4 |
1,8–2,2 |
1,7–2,1 |
1,6–1,8 |
– |
80 |
2,3–3,0 |
2,2–2,8 |
2,1–2,7 |
2,0–2,6 |
1,9–2,3 |
1,8–2,2 |
1,5–1,8 |
После вычерчивания схем расположения элементов монолитного ребристого перекрытия (см. рис. 3.1 и 3.2) переходят к технико-экономическому сравнению полученных вариантов.
3.1. Технико-экономическое сравнение вариантов перекрытия
Один из основных показателей, характеризующих экономичность вариантов перекрытий, – это расход материалов, а именно расход железобетона. Расход железобетона можно оценить научным методом по приведенной толщине перекрытия, вычисленной по эмпирическим формулам (3.1)–(3.4), или упрощенным методом, вычислив объем ребристой плиты перекрытия исходя из предварительно назначенных размеров поперечного сечения элементов по конструктивным требованиям.
Приведенные толщины перекрытий hred определяют для обоих вариантов компоновки по формуле
hred =hs,red +hsb,red +hmb,red , |
(3.1) |
где hs,red , hsb,red , hmb,red – приведенные толщины, мм, соответственно плиты, второстепенных балок и главных балок, вычисляемые по формулам [8, формулы (7.2)–(7.4)]:
|
hs,red =8,2ls |
qs ; |
|
|
|
(3.2) |
|||||
h |
=0,54 |
lsb |
3 q2 l |
|
|
ns −1 |
; |
(3.3) |
|||
|
n |
||||||||||
sb,red |
|
|
l |
|
sb sb |
|
|
||||
|
|
|
s |
|
|
|
|
s |
|
|
|
h |
|
=1,25 3 |
q2 |
l2 |
|
nsb −1 |
, |
(3.4) |
|||
|
|
||||||||||
mb,red |
l |
mb mb |
|
|
n |
|
|
||||
|
|
sb |
|
|
|
|
sb |
|
|
||
9
где qs , qsb , qmb – полные расчетные нагрузки соответственно на плиту, второстепенную и главную балки [8, формулы (7.6)–(7.8)],
qs =γn (1,1gn +γf pn ), |
|
(3.5) |
||||
q |
|
=q l +0,04γ l2 , |
|
(3.6) |
||
sb |
|
s s |
n sb |
|
|
|
q |
=q |
l |
+0,07γ l l2 |
, |
(3.7) |
|
mb |
|
sb sb |
n s mb |
|
|
|
ls, lsb и lmb – номинальные пролеты (расстояния между осями опор) соответственно плиты, второстепенной и главной балок, м; ns и nsb – количество пролетов плиты и второстепенной балки; gn – нормативное значение постоянной нагрузки на перекрытие без учета нагрузки от его собственного веса, кПа; рn – нормативное значение временной (полезной) нагрузки на перекрытие, кПа; γn – коэффициент надеж-
ности по ответственности здания, принимается равным 1 [1]; γf – коэффициент
надежности по нагрузке (см. п. 3.7 [2]).
Для вычисления объема железобетона перекрытия по упрощенному методу должны быть заранее заданы размеры поперечного сечения элементов. Для этого рекомендуется использовать следующие соотношения:
hsb= (1/18...1/12)lsb; |
(3.8) |
bsb =(1/3...1/2) hsb ; |
(3.9) |
hmb=(1/12...1/8)lmb; |
(3.10) |
bmb =(1/3...1/2) hmb , |
(3.11) |
где hsb, bsb – высота и ширина второстепенной балки, м; hmb, bmb |
– высота и шири- |
на главной балки, м; lsb – номинальный пролет второстепенной балки, м; lmb – номинальный пролет главной балки, м.
При назначении размеров сечений элементов для каждого варианта перекрытия следует использовать одни и те же соотношения для корреляции результатов вычисления объемов перекрытия.
По итогам вычисления приведенных толщин или объемов перекрытий определяют более экономичный вариант, который принимается к дальнейшему проектированию.
На схеме расположения элементов перекрытия для принятого варианта следует показать расчетную полосу плиты, грузовую площадь второстепенной балки, а также сечения второстепенной и главной балок, вычертив их с соблюдением масштаба. Если сравнение вариантов перекрытия производилось по приведенной толщине, то необходимо произвести вычисления по определению поперечных сечений элементов.
10