Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Разработка проекта технической эксплуатации и реновации несущих конструктивных элементов. Учебно-методическое пособие.pdf
Проверяем условие: ξ ≤ ξR: 0,315 ≤ 0,618 — условие выполняется.
, 0, , 0,
( 0,5 ) ( )
b red red sc s red ad
M R b xh x R A h a≤ ⋅⋅ − + ⋅ −
′′
6
21194 0,3 0,0851 (0, 4975 0,5 0,0851) 365000 1030 10 (0,575 0,025) 452,94M−≤ ⋅⋅ ⋅ −⋅ + ⋅ ⋅ − =
Определяем приведенное расчетное сопротивление бетона сжатой зоны по формуле
где
A
= Ab + A
b,tot
= 300x; x = x1 + x2;
b,ad
Ab = bx1 = 300(x1 – x2) = 300x – 300 ∙ 150 = 300x – 45000;
A
= bx – Ab = 300x – 300x + 45000 = 45000 мм2.
b,ad
Высота сжатой зоны:
R
= (3450 ∙ 85,1 + 247500)/300 ∙ 85,1 = 21,194 МПа.
b,red
;
Несущая способность усиленного элемента:
;
кНм.
Определение несущей способности внецентренно сжатого железобетонного элемента прямоугольной формы, усиленного двусторонним наращиванием сечения
Расчетвнецентренносжатогосечения
Дано:
размеры сечения усиленного элемента b = 500 мм; h = 900 мм;
бетон усиливаемого элемента В30 (Rb = 17 МПа);
высота наращивания x2 = 100 мм;
бетон усиления класса В30 (Rb = 17 МПа); h0 = 760 мм; h
арматура усиливаемого элемента класса A400 Rs = Rsс = 365 МПа (3∅18, As = Aꞌs = 7,63 см2);
арматура усиливающего элемента класса A400 R
Aꞌ
= 9,42 см2(3∅20).
s,ad
s,ad
= R
Внецентренная нагрузка на элемент N = 1100 кН; e = 1100 мм (см. рис. 1.2).
Усиление элемента осуществлялось при первоначальном загружении, превышающем 65 % от
разрушающей нагрузки, следовательно, коэффициент условий работы усиленной конструкции γ
= γ
= 0,8.
br
1
Решение. Определяем A
s,red
, Aꞌ
s,red
и а
red
:
= 870 мм; a = aꞌ = 30 мм;
0,ad
= 365 МПа; A
sс,ad
s,ad
= 12,56 см2(4∅20),
=
sr
1
A
Aꞌ
s,red
= As + R
s,red
= Aꞌs + R
а
s,ad
sс,ad
red
∙ A
∙ Aꞌ
= R
s,ad
/ Rs ∙ γ
s,ad
/ Rsс ∙ γ
s,ad
∙ A
= 7,63+365 ∙ 12,56/365 ∙ 0,8 = 23,33 см2;
sr
1
= 7,63 + 365 ∙ 9,42/365 ∙ 0,8 = 19,405 см2;
sr
1
(h0,ad – h0)/(Rs ∙ As + R
s,ad
s,ad
= 365 ∙ 12,56 (87 – 76)/(365 ∙ 7,63 ∙ 0,8 + 365∙12,56) = 7,40 см.
Расстояние от сжатой грани усиленного элемента до общего центра тяжести растянутой арматуры:
h
= h0 + а
0,red
= 67 + 7,40 = 74,4 см.
red
11
∙ A
s,ad
) =
Относительная высота сжатой зоны:
ξ = (N + Rs ∙ A
– Rsс ∙ Aꞌ
s,red
)/Rb ∙ b ∙ h
s,red
0,red
= (1,1 + 365 ∙ 0,8 ∙ 23,33 – 365 ∙ 0,8 ∙ 19,405)/17 ∙ 0,8 ∙ 50 ∙ 74,4 = 0,023.
Определяем ξR = 0,603, ξ ≤ ξR.
Расчетное сопротивление бетона сжатой зоны усиленного элемента:
R
= (Rb ∙ Ab + R
b,red
b,ad
∙ A
b,ad
)/A
= [17 ∙ 0,8 (50x – 500) + 17 ∙ 500]/50x =
b,tot
= (680х – 6800 + 8500)/50х = (680x + 1700)/50x МПа;
A
= Ab + A
b,tot
= 50x cм2;
b,ad
Ab = bx1 = 50 (x – x2) = 50x – 50 ∙ 10 = (50x – 500) cм2;
A
= bx – Ab = 50x – 50x + 500 = 500 cм2.
b,ad
Высота сжатой зоны:
x = (N + Rs ∙ A
– Rsс ∙ Aꞌ
s,red
s,red
)/R
b,red
∙ b =
= (1,1 + 365 ∙ 0,8 ∙ 23,33 – 365 ∙ 0,8 ∙ 19,405) / [(680x + 1700)/50x ∙ 50] = – 0,81 см.
х < 0, т.е. сжатой зоны в пределах элемента нет и R
b,red
= R
b,аd
.
Проверяем прочность усиленного элемента:
=
N ∙ e ≤ R
b,ad
∙ bx (h
– 0,5x) + Rsс ∙ Aꞌ
0,red
s,red
∙ (h
0,red
– aꞌ) =
= 0 + 365000 ∙ 0,8 ∙ 19,405 ∙ 10–4 (0,744 – 0,03) = 404,57 кНм < 1100 кН · 1,1 = 1210 кНм,
прочность сечения достаточна.
1.4. Вопросы для подготовки к защите курсового проекта
1. Цель и задачи, решаемые при выполнении курсового проекта.
2. Исходные данные для выполнения курсового проекта.
3. Теоретические положения, используемые при нахождении решений.
4. Альтернативные варианты решения задач, поставленных в курсовом проекте.
5. Методология выбора оптимального проектного решения при усилении железобетонных кон-
струкций.
6. Перечень критериев выбора решения при выполнении курсового проекта.
7. Критерии оценки полученных при курсовом проектировании результатов.
8. Причины выявленных ошибок и предложения по их исправлению.
9. Назначение физико-механических характеристик материалов для усиления.
10. Виды и источники информации, используемые при выполнении курсового проекта.
11. Практическое применение результатов, полученных при выполнении проекта.
12. Обоснование методики расчета принятого способа усиления.
13. Расчет усиления конструкции по первой группе предельных состояний.
14. Расчет усиления по второй группе предельных состояний.
15. Конструктивные мероприятия по усилению железобетонных конструкций.
16. Технология выполнения работ при выбранном способе усиления.
12
2. КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «РЕНОВАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ»
2.1. Цель и задачи курсового проекта
Цель выполнения курсового проекта при изучении дисциплины «Реновация строительных конструкций» — углубление уровня освоения компетенций обучающегося в области получения системы знаний
о методах усиления конструкций гражданских зданий и сооружений жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) различного назначения из деревянных конструкций для поддержания объектов в надежном
и работоспособном состоянии.
Основной задачей выполнения курсового проекта является овладение методами реновации и усиления несущих и ограждающих конструкций, а также основными конструктивными решениями и приемами по ремонту и восстановлению эксплуатационной пригодности зданий и сооружений из деревянных конструкций.
Для успешного выполнения курсового проекта обучающийся должен знать:
– особенности и задачи реновации и реконструкции зданий из деревянных конструкций;
– методы проектирования и расчета усиления деревянных конструкций;
– принципы и конструктивные схемы их усиления, способы усиления деревянных балок, ферм, сто-
ек, арок и рам;
– расчетные методы усиления деревянных конструкций, включая использование стальных протезов;
– основные конструктивные мероприятия по усилению деревянных конструкций.
При выполнении курсового проекта обучающийся приобретает умения и навыки:
– проводить обследование технического состояния зданий, сооружений из деревянных конструкций;
– определять фактические характеристики материалов деревянных конструкций и величину их на-
гружения, сопоставляя с проектными данными;
– владеть современными методами проектирования реновации и усиления деревянных конструкций;
– владеть методами профессиональной деятельности в сферах организации и технологии изготовле-
ния и монтажа деревянных конструкций различных строительных объектов.
2.2. Содержание, объем и оформление курсового проекта
Курсовой проект должен состоять из расчетно-пояснительной записки объемом 10–15 страниц.
Пояснительная записка пишется на одной стороне листа стандартного формата А4 в соответствии с
требованиями оформления текстовой проектной документации. В конце записки приводится список
использованной литературы.
На титульном листе следует указать Министерство науки и высшего образования Российской
Федерации, название университета, института, факультета, кафедры, курсового проекта; специальность, учебный шифр обучающегося, фамилии исполнителя и руководителя, проставить место (город) и год выполнения работы.
Обучающийся должен выполнить, оформить и защитить курсовой проект по индивидуальному
заданию, выдаваемому преподавателем.
1. Рассчитать и законструировать усиление деревянной колонны с помощью дополнительной на-
кладки и балки стальным шпренгелем.
2. Описать существующие способы и схемы усиления деревянных конструкций.
Исходные данные для проектирования обучающийся принимает строго по одной последней цифре учебного шифра в соответствии с указаниями преподавателя.
Использовать другие данные не разрешается.
2.3. Указания к выполнению курсового проекта
Задача2.1.Центрально сжатая колонна сечением h × b мм и высотой Н была запроектирована
под условие эксплуатации группы А. После реконструкции здания условия эксплуатации изменились. Требуется усилить колонну с восстановлением ее несущей способности до первоначальной величины. Исходные данные взять из табл. А приложения. Учесть, что нагрузка на колонну после реконструкции здания увеличилась на n (%), а условия эксплуатации остались прежние. Необходимо
произвести усиление колонны и выполнить расчеты усиленной колонны.
13
Решение. Несущая способность колонны определяется как минимальная величина силы из расчета устойчивости колонны в плоскости х и у, т.е.
Nx = φx Rc A, Ny = φy Rc A. (2.1)
Необходимые величины для их подсчета:
Rc = 13 МПа — как для сосны 2-го сорта,
А = bh = 10,0 · 20,0 = 200 см2;
λx =
; (2.2)
; (2.3)
λ
= ; (2.4)
y
φx = φy = 0,617.
Несущая способность колонны:
N = 0,617 · 13 · 200 · 103 = 1604 кН.
При изменении условий эксплуатации с группы А1 на группу В2 необходимо расчетное сопротивление умножить на коэффициент mb — 0,85. Тогда несущая способность колонны будет равна:
N = φxmbRcA= 0,617 · 0,85 · 13 · 200 · 103 = 1364 кН. (2.5)
Колонну нужно усилить на дополнительную нагрузкуΔN = 1604 – 1364 = 240 кН, причем это сделать нужно в двух плоскостях, так как Nx = Ny.
Усиливаем колонну путем прикрепления к ней дополнительного элемента сечением 60 × 200 мм.
Крепление осуществляем болтами диаметром 16 мм с шагом расстановки по длине колонны, равным 500 мм (рис. 2.1.).
Рис. 2.1. Поперечное сечение усиленной колонны
14
Усиленную колонну рассчитываем как составной стержень на податливых связях. Для него имеем
0
1
200
43, 2
0,289 0, 289 16
y
l
b
λ= = =
⋅⋅
1
1
50
28, 8
0,289 0, 289 6
l
λ= = =
⋅δ ⋅
0
4000
43, 2
0,289 0, 289 200
x
l
h
λ
λ= = =
⋅⋅
, (2.6)
где ; (2.7)
nc — количество срезов болтов на 1 пог. м, nc = 4.
Приведенная гибкость стержня λ
(при l1 = 500 мм > 7δ = 7 ∙ 60 = 420),
пр
λпр , (2.8)
где
; (2.9)
.
Коэффициент φ при λпр > 70,
. (2.10)
Проверка несущей способности:
5,01МПа ˂ N = φyRcmb = 0,535 ∙ 13 ∙ 0,85 = 5,9 МПа. (2.11)
Устойчивость в плоскости оси y обеспечена.
Проверка устойчивости усиленной колонны в плоскости оси x:
5,01МПа ˂ N = φxRcmb = 0,535 ∙ 13 ∙ 0,85 = 5,9 МПа,
где φx = 1 – 0,8(69,2/100)2 = 0,617, определен по гибкости
Устойчивость колонны обеспечена.
Задача2.2. Шарнирно опертая клеедощатая балка постоянного по длине поперечного сечения
b × h, пролетом L изгибается под действием равномерно-распределенной нагрузки. С целью повы-
шения несущей способности балка усиливается шпренгелем. Эксцентриситет е показан на рис. 2.2.
Рассчитать элементы усиления, если предельную нагрузку на балку нужно увеличить в n раз. Балка
склеена из досок толщиной 35 мм.
При решении задач необходимо воспользоваться формулами приведенными на рис. 2.2
Значения усилий:
приведены на рис. 2.2а.
Значения усилий:
Nb = 1,25ql/2tg a; V = 1,25ql/2; Mb = ql2/8 + Ne/2; Nш = Nb/cos a
приведены на рис. 2.2б.
.
Nb = 1,25ql/2tg a; V = 1,25ql/2; Mb = ql2/8; Nш = Nb/cos a
15
Б
А
а
V
V
N
b
N
ш
B
f
l
L
а
Б
e
L
б
Рис. 2.2. Усиление балки шпренгелем
Решение. До усиления несущая способность балки составляет
М =RиmбmслW = RꞌиW= 12,09 · 8373 · 10–6 = 0,10129 мНм = 101,29 кНм,
B
N
b
N
ш
e
f
l
где Rи = 13 МПа — принято для сосны 2-го сорта;
mб = 0,93 — принято для h = 595 мм; mсл =1,0;
Rꞌи = 13 · 0,93 · 1,0 = 12,09 МПа;
W = bh2/6 = (14,2 · 59,52)/6 = 8373 см3.
Из условия, что М =(ql2)/8, находим предельную нагрузку, которую может выдержать балка:
кНм. (2.12)
После установки шпренгеля изменится схема балки. Она будет работать как двухпролетная балка с пролетом, равным l = L/2 = 9/2= 4,5 м. По условиям задачи нагрузка увеличивается вдвое:
q = 2q = 2 · 10,004 = 20,008 кН/м.
16
Геометрические параметры шпренгельной системы:
1 9000
; 1800
5 55
fL
f
l
= == =
f
l
1800
4500
4500
26,17
l
α = arctg
=
= 21,8°; sin α = 0,371; cos α = 0,928; tg α = 0,4.
мм; (2.13)
Усилия в элементах шпренгеля равны:
56,27 кН; (2.14)
140,68 кН; (2.15)
151,68 кН. (2.16)
Максимальный изгибающий момент при условии работы балки по двухпролетной схеме будет
над средней опорой (стойкой):
кН · м. (2.17)
Подсчитаем коэффициент ζ:
, (2.18)
где
λ= = =
0,289 0, 289 59,5
h
⋅
;
А = bh = 14,2 ∙ 59,5 = 844,9 см2.
Проверку прочности сечения балки проводим по формуле для сжато-изогнутых стержней:
= 1,66 + 6,25 = 7,91 МПа < = 12,09 МПа. (2.19)
Прочность обеспечена.
Растягивающее усилие в нижнем поясе (шпренгеле) равно: Nш = 151,68 кН. По нему найдем требуемую площадь сечения стержня (сталь класса A240):
, (2.20)
где m0 — коэффициент ослабления стержня нарезкой, m0 = 0,8. Принимаем стержень диаметром 30 мм,
Аs = 7,06 см2.
Стойку шпренгеля проверяем на сжатие с учетом устойчивости. Предварительно, из конструктивных соображений, принимаем сечение стойки 150 × 150 мм (по сортаменту).
17
Для этой стойки найдем величины:
1800
41,5 70
0,289 150
λ= = ≤
⋅
;
φ = 1 – 0,8(41,5/100)2 = 0,86.
Проверка устойчивости:
МПа ≤ φRс = 0,86 ∙ 13 = 11,1 МПа. (2.21)
Устойчивость обеспечена.
Проверяем напряжения смятия под стойкой:
2,6 МПа ≤ R
Прочность обеспечена.
= 3 МПа. (2.22)
см 90
2.4. Вопросы для подготовки к защите курсового проекта
1. Классификация способов реконструкции.
2. Поверочные расчеты (нагрузки, расчетные схемы, статический расчет вручную и на ЭВМ, несу-
щая способность по прочности сечений). Выводы и заключение.
3. Проектирование усиления зданий и сооружений ЖКК из деревянных конструкций различны-
ми методами.
4. Способы усиления деревянных балок, ферм, стоек, арок и рам. Использование стальных проте-
зов.
5. Основные конструктивные мероприятия по усилению деревянных конструкций.
6 Физико-механическое состояние элемента. Особенности эксплуатации деревянных конструкций.
7. Особенности обследования деревянных конструкций. Понятие об определении общих деформа-
ций зданий и сооружений.
8. Определение несущей способности. Разработка физико-математической модели задачи опреде-
ления остаточной надежности конструкции.
9. Усиление изгибаемых элементов из древесины. Усиление с изменением расчетной схемы кон-
струкции (жесткими промежуточными опорами, упругими опорами). Особенности расчета.
10. Конструктивные особенности применения различных схем усиления.
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭКСПЛУАТАЦИЯ, РЕМОНТ И ОБСЛУЖИВАНИЕ
Цель выполнения курсовой работы по дисциплине «Эксплуатация, ремонт и обслуживание конструктивных элементов здания» — углубление уровня освоения компетенций обучающегося в области формирования полного и ясного представления об основных эксплуатационных мероприятиях, выполняемых в сфере ЖКК, их влиянии на качество работы и долговечность зданий, основных
способах мониторинга, обследования, нормах и правилах технической эксплуатации несущих конструкций, оценке остаточного ресурса и фактической несущей способности конструкций, методах
обследования и принятия решения по восстановлению эксплуатационных свойств несущих конструкций зданий.
3. КУРСОВАЯ РАБОТА
КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЯ»
3.1. Цель и задачи курсовой работы
18
Основная задача выполнения курсовой работы — показать результаты комплексной информационно-технологической подготовки бакалавра к профессиональной деятельности. В ходе выполнения курсовой работы обучающийся должен изучить:
• состав работ и порядок проведения основных видов технического мониторинга несущих кон-
струкций зданий и сооружений различного назначения;
• виды, особенности и организацию основных процессов при технической эксплуатации зда-
ний, сооружений и их оборудования, технологии их выполнения;
• решения по рациональной эксплуатации конструкций в строительных системах.
Задачи, рассматриваемые в курсовой работе, направлены на формирование у обучающихся наиболее полного представления о безопасной технической эксплуатации зданий и организации мероприятий, направленных на предупреждение их преждевременного износа и обеспечение надежного функционирования.
3.2. Содержание, объем и оформление курсовой работы
Тематика курсовой работы доводится до сведения обучающегося за неделю до начала ее разработки с тем, чтобы он имел возможность подобрать нормативную литературу, ознакомиться со сроками выполнения отдельных разделов.
Обучающийся должен провести технико-экономическую экспертизу элементов проекта — модернизацию жилого дома; на основе этой экспертизы составить заключение, выбрать, начертить
принятый вариант плана, внеся соответствующие коррективы в планировочное решение, и дать аргументированные обоснования по повышению эффективности модернизации квартир.
Дополнительно разработать мероприятия по усилению или смене изношенных несущих конструкций и возведению недостающих, обосновав эти решения. Кроме того, дать оценку влажностного состояния ограждающих конструкций. Для этого необходимо выполнить расчет, определить
температуру внутреннего воздуха, при которой возможна конденсация водяных паров на внутренней поверхности кирпичной стены, и местоположение зоны конденсации в стене жилого дома. Выполнить теплотехнический расчет наружной стены, окон, чердачного перекрытия.
Исходные данные принять по табл. 3.1 в соответствии с учебным шифром бакалавра.
В состав проекта входят расчетно-пояснительная записка объемом 20–25 страниц текста и графический материал.
Расчетно-пояснительная записка должна состоять из введения и двух частей. Во введении необходимо раскрыть социальное значение капитального ремонта и модернизации квартир. В первой части обосновать недостатки существующей и проектируемых планировок секций, привести
все необходимые выкладки и расчеты показателей, аргументировать необходимость перепланировки и эффективность одного из вариантов проекта. Во второй части записки следует подтвердить
необходимость полной или частичной замены перекрытий, оценить проектные приложения по капитальному ремонту с расчетом показателей, характеризующих степень эффективности принятого
в чертеже графического приложения к заданию. Кроме того, обосновать принимаемые бакалавром
конструктивные решения и привести необходимые вспомогательные расчеты, в том числе при выборе конструкций усиления элементов здания и оценке влажностного состояния ограждающих конструкций (после утепления и усиления).
В графической части курсового проекта следует разработать:
• план типового этажа с внесенными в результате экспертизы изменениями (М 1 : 100);
• фрагмент плана первого этажа с входным узлом в лестничную клетку (М 1 : 100);
• конструктивную схему-план несущих конструкций перекрытий с коррективами (М 1 : 100)
и два-три разреза конструкций перекрытия в опорах, некратных местах, узлах сопряжения балок
и плит, узлы усиления и теплозащиты элементов здания (М 1 : 10);
• поперечный разрез по зданию (М 1 : 50 или 1 : 100);
• схему усиления одного-двух конструктивных элементов, отмеченных в задании (М 1 : 10 или
1 : 20);
• усиление и теплозащиту ограждающих конструкций — 2–3 узла.
19
Конструктивноерешениездания
Таблица 3.1
Послед-
няя
цифра
шрифра
Номер
здания
0 1 3 4 3
1 2 4 4 3,3
2 3 5 5 3,1
3 4 5 5 3,4
4 5 4 4 3,2
5 1 3 3 3,3
Этажность
существу-
ющая
про-
ектная
Высота
этажа
в свету
Конструкция
стен
Облегченная
из кирпича
Облегченная
из кирпича
Облегченная
со шлакобло-
ками
Облегченная
с термовклады-
шами
Из полнотелого
кирпича
Из шлакобетон-
ных блоков
Существующие
перекрытия
Материал % износа
Дерево 65
Дерево с двумя
стальными
прогонами
Дерево
по стальным
прогонам
Дерево
со стальными
балками
и прогонами
Монолитный
железобетон
Дерево 65
в санузлах
и кухнях — 70
в санузлах
и кухнях — 65
1,5;
25;
62
10
Конструктивный
элемент
требующий
устройства,
усиления
или замены
Корсет
и оконные
перемычки
Стальные прогоны
и тамбур входа
в секцию
Колонны
и стропильные
ноги крыши
Железобетонный
пояс по карнизу
и простенок
Гидроизоляция
подвала,
лестничные марши
и площадки
Простенок,
балконы и оконные
перемычки
требующий
утепления
Наружная
стена
Чердачные
перекрытия
Окно
Наружная
стена
Окно
Наружная
стена
6 2 4 6 3,4
7 3 5 7 3,1
8 4 3 6 3,3
9 5 5 5 3,2
Примечания
1. Условные обозначения ремонта перекрытий: М — модернизация с полной заменой конструкций; КР — капитальный ремонт со
сменой перекрытий в санитарных узлах и кухнях.
2. В качестве исходных данных можно принять реальный проект реконструкции дома по месту работы бакалавра.
Из полнотелого
кирпича
Из полнотелого
кирпича
Из полнотелого
кирпича
Облегченная
из кирпича
Дерево с двумя
стальными
прогонами
Дерево
по стальным
прогонам
Дерево
по стальным
прогонам
и балкам
Монолитный
железобетон
3,3;
в санузлах
и кухнях — 75
20;
в санузлах
и кухнях — 65
65
15
Армокирпичный
пояс по карнизу
и фундамент
Стальной пояс
по карнизу
и простенок
Стальной пояс,
лифтовая шахта
и фундамент
Колонны, балконы
и фундамент
с гидроизоляцией
подвала
Наружная
стена
КР
М
М
3.3. Указания к выполнению курсовой работы
Разработку курсовой работы следует начинать с оценки проекта перепланировки секций и только после этого переходить к анализу конструктивного решения.
Экспертиза планировки и модернизации квартир. Ее задача — выявление недостатков в существующей планировке здания и вариантов его модернизации. Для анализа изучают чертежи, приведенные в графическом приложении. Необходимые листы выбирают в соответствии с последней
цифрой учебного шифра бакалавра.
В основе экспертизы лежит оценка существующей и проектных планировок, во-первых, по факторам, определяющим соответствие современному уровню комфортности; во-вторых, по рациональности архитектурно-планировочной композиции плана.
20