Veselov_i_dr_uchebn

УДК624.012.45

Рецензенты: С. В. Терман, генеральный директор ООО «Строй-Эксперт»; С. П. Николаева, начальникархитектурно-строительногоотделаОАО«Трансмаш- проект»

ВеселовА. А., СконниковА. В., ЖуковВ. И.

Железобетонные конструкции: учеб. пособие / СПбГАСУ. – СПб., 2009. – 132 с.

ISBN 978-5-9227-0154-9

Даются пояснения по выбору расчетных схем, сбору нагрузок и предлагается методика расчета.

Учебное пособие для выполнения курсового проекта № 1 по железобетоннымконструкциям, содержитзаданиенакурсовоепроектирование, составиобъем проекта, необходимые справочные материалы, а такженормативные документы.

Пособие предназначено студентам всех строительных специальностей заочнойивечернейформобученияиможетбытьиспользованостудентамидневной формы обучения.

Рекомендовано Редакционно-издательским советом СПбГАСУ в качестве учебного прособия.

Табл. 7. Ил. 37. Библиогр.: 19 назв.

ВВЕДЕНИЕ

Курсовое проектирование призвано закрепить теоретические знания, привить необходимые навыки практического их применения, стимулировать профессиональную подготовку будущих специалистов. Впроцессе курсовогопроектирования студентызнакомятся снормативными документами по расчету и конструированию элементов зданий и сооружений, осваивают методику инженерных расчетов, степень их детализации и получают опыт графического оформления проекта.

При выполнении курсового проекта № 1 по железобетонным конструкциям, кромеданногоучебногопособия, рекомендуемиспользовать методические указания [9, 10] по курсовому проектированию, разработанные на основе СНиП 2.03.01–84. В работах [9, 10] приведены задания на курсовое проектирование всоответствии с шифром (номером зачетной книжки), определены состав и объем расчетной и графической частей курсового проекта, даны ссылки на литературные источники.

Курсовой проект № 1 по железобетонным конструкциям предусматривает проектирование междуэтажных перекрытий четырехэтажного промышленного зданияс несущими кирпичными стенами и внутренним неполным железобетонным каркасом, а также колонн и фундаментом под них.

Междуэтажные перекрытия проектируются в двух вариантах – вмонолитномисборномжелезобетоне, приэтомдлямонолитногоперекрытия производятся расчет и конструирование только плиты и второстепенной балки. Перекрытия в сборном железобетоне проектируются полностью – с расчетом и конструированием плиты, неразрезного ригеля, колонны с консолями и фундамента.

В задании на курсовое проектирование приводятся схематические планиразрезздания, указываетсядлинаишириназданиявсвету, между внутренними гранями стен; высота этажей между отметками чистого пола; временнаянагрузканаперек-рытия, втомчисле кратковременная; снеговая нагрузка; расчетное давление на основание и другие сведения; привязка стен к разбивочным осям равна 120 мм.

Студенты специальности 2903 ПГС выполняют проект в полном объеме. Студенты других специальностей разрабатываютпроекттолько сборного перекрытия, при этом им разрешается проектировать ригель разного типа и не рассчитывать прогиб панели.

Курсовой проект № 1 представляется в виде расчетно-пояснитель- нойзаписки, четко написаннойручкой безпомарокна стандартных листахс полями. В записке должны быть приведены расчетные схемы иэскизы, поясняющие текст.

Графическая часть проекта выполняется на 1,5–2,0 стандартных листах чертежей со спецификацией арматуры и выборкой материалов (пример оформления – см. приложение).

Фактический объем курсового проекта устанавливается преподавателем на практических занятиях или на вводных лекциях.

Единицы СИ в расчетах железобетонных конструкций

ЗаединуюсистемуфизическихвеличинпринятаСИ– единаяМеждународнаясистемаединиц. Переченьединицфизическихвеличин, подлежащих применению в строительстве, был введен в действие с 1 июля

1984 г. [14].

Так как 1 МПа (мегапаскаль) соответствует 1 Н/мм2 (Н – ньютон), в учебном пособии в расчетах элементов введены: сила и нагрузка, Н(ньютон); размерысечений, мм, соответственноплощадисечений– мм2, объемы, статические моменты сопротивления сечений – мм3, моменты инерции сечения – мм4; напряжения, расчетные сопротивления, модуль упругости и сдвига – Н/мм2, или, что то же, МПа.

I. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ПЕРЕКРЫТИЯ

В соответствии с заданием требуется запроектировать четырехэтажное здание промышленного типа с размерами в плане между внутреннимигранямистенL = 36,6 м, В= 24,6 м. Стеныкирпичные несущие толщиной510 мм. Привязкаразбивочныхосейстенпринятаравной120 мм.

Оконные проемы в здании приняты шириной 2,3 м, высотой 2,1 м. Высота этажей между отметками чистого пола hэт = 4,2 м. Временная нормативнаянагрузкана всех междуэтажныхперекрытиях vn = 12 кН/м2,

втомчислекратковременная vshn = 1,5 кН/м2. Снеговаянагрузканакровле vсn.н = 1 кН/м2.

Подошвафундаментовосновываетсянагрунтесрасчетнымсопротивлением R = 0,3 МПа. Отметка подошвы фундамента – 1,5 м.

Междуэтажныежелезобетонныеперекрытияопираютсянанаружные кирпичные стены и внутренние железобетонные колонны. Кровельное покрытие опирается только на наружные стены. В качестве несущихэлементовпокрытияиспользуютсясборныежелезобетонныефермыилибалки. Промежуточныеколонныдоводятсятолькодомеждуэтажного перекрытия четвертого этажа.

Классыбетона иарматурывыбираютсяпроектировщикамивсоответствии с действующими нормативными документами.

Составполанамеждуэтажныхперекрытияхинапервомэтажепринимаетсятиповым взависимостиот назначенияпомещения ихарактера технологии производства в нем.

1. Разбивка балочной клетки

Основныепринципыпроектированияразбивочнойсхемыбалочной клеткимонолитногожелезобетонногоперекрытияизложенывучебнике [7] и учебном пособии [10].

Прирекомендуемойвеличинепролетоввторостепенныхиглавных балок от 5,0 до 7,0 м, в зависимости от интенсивности временной нагрузки на заданной длине здания в свету L = 36,6 м и ширине В = 24,6 м могутбытьпринятышестьпролетоввторостепенныхпродольныхбалок и четыре пролета главных поперечных балок. С учетом рекомендаций [10] о целесообразности уменьшения до 10 % крайних пролетов балок в сравнении со средним получим (рис. 1)

L = 36,6 м = 0,9 l1 + 4 l1 + 0,9 l1 = 5,8 l1,

откуда

l1 = 36,6 : 5,8 = 6,31 м.

Принимая с округлением средние пролеты второстепенных балок lср = 6,3 м, получим величину крайних пролетов

lкр = (36,6 – 6,3 4) : 2 = 5,7 м.

При рекомендуемом шаге второстепенных балок от 1,8 до 2,5 м в каждомизчетырехпролетовглавныхбалокмогутрасположитьсяпотри пролета плиты. С учетом рекомендаций [10] о целесообразностиуменьшениядо20 % крайнихпролетов плитывсравнениисосреднимиполучим

В = 24,6 м = 0,8 l2 + 10 l2 + 0,8 l2 = 11,6 l2,

откуда

Рис. 1

Принимаяс округлениемсредниепролетыплиты lсрχ = 2,1 м, получим величину крайних пролетов

lкрχ = (24,6 – 2,1 10) : 2 = 1,8 м.

2.Расчет плиты перекрытия

Всоответствии с п. 5.4 [2] толщина плиты монолитных перекрытий промышленных зданий принимается не менее 60 мм. Принимаем

толщину плиты hf = 80 мм (уточнение см. на с. 14).

Для определения расчетных пролетов плиты задаемся приближенно размерами поперечного сечения второстепенных балок: h = l : 12 =

=6300 : 12 = 525 мм; b = h : 3 = 525 : 3 = 175 ммипринимаем h = 550 мм; b = 200 мм (уточнение см. на с. 18).

Зарасчетныепролетыплитыпринимаем: всреднихпролетах– расстояния в свету между гранями второстепенных балок, а в крайних – расстоянияотгранейвторостепенныхбалокдосерединыплощадокопирания плиты на стену (рис. 2).

hп=80

Рис. 2

При ширине второстепенных балок b = 200 мм и глубине заделки плитывстенуврабочемнаправленииаз = 120 мм(полкирпича) получим

lкр = – 0,5 b + 0,5 аз = 1800 – 0,5 200 + 0,5 120 = 1760 мм;

lср = – 2 0,5 b = 2100 – 2 0,5 200 = 1900 мм.

Расчетныепролетыплитывдлинномнаправленииприширинеглавных балок (ориентировочно) 300 мм и глубине заделки плиты в стены

в нерабочем направлении аз = 60 мм (четверть кирпича) определяем по формуле

lкр1 = 5700 – 0,5 300 + 0,5 60 = 5580 мм;

lср = 6300 – 2 0,5 300 = 6000 мм.

При соотношении длинной и короткой сторон 5580 : 1900 = 2,94 3,0 плитаусловнорассчитывается[4] какбалочнаянеразрезнаямногопролетная, работающая в коротком направлении по схеме рис. 3.

v

Рис. 3

Расчетныенагрузкинаусловнуюполосуплитышириной1,0 м, кН/м: а) постоянная

вес пола из цементного раствора с затиркой при толщине слоя 2,0 см и плотности 1700 кг/м3

1700 0,02 1,0 1,3 10–2 = 0,44;

вес плиты толщиной 80 мм при плотности 2500 кг/м3

2500 0,08 1,0 1,1 10–2 = 2,2;

полная постоянная нагрузка

g = 0,44 + 2,2 = 2,64;

б) временная при vn = 12 кН/м2;

v = 12 1,0 1,2 = 14,4.

Здесь 1,3; 1,1 и 1,2 – коэффициенты надежности по нагрузке [15].

Полная расчетная нагрузка

g + v = 2,64 + 14,4 = 17,04 кН/м.

Постоянная и длительная

17,04 – 1,5 1,2 = 15,24 кН/м.

Величины расчетных изгибающих моментов в неразрезной балочнойплитесравнымиилиотличающимисянеболеечемна20 % пролетами (lср : lкр = 1900 : 1760 = 1,08 < 1,2) определяются с учетом перераспределения усилий вследствие пластических деформаций бетона и арматуры в соответствии с [4] по формулам:

в крайних пролетах

над второй от конца опорой при армировании рулонными сетками (непрерывное армирование)

то же при армировании плоскими сетками (раздельное армирование)

где l – больший из примыкающих к опоре расчетный пролет.

Определение толщины плиты. Для монолитного железобетонного перекрытия принимаем бетон проектного класса по прочности на сжатиеВ15. Сучетомсоотношения длительныхнагрузок к полнымравного

15,24 / 17,04 = 0,89 < 0,9 (в соответствии с п. 3.3 [2]) расчетные сопро-

арматура класса А400 с расчетным сопротивлением Rs = = 355 МПа= 355 Н/мм2 приармированииплоскимисетками(раздельное

= 0,29 (1 – 0,5 0,29) = 0,248 – для арматуры класса В500; m = 0,25 (1 – 0,5 0,25) = 0,219 – для арматуры класса А400;

Полная высота сечения плиты при диаметре арматуры d = 10 мм и толщине защитного слоя 10 мм hcf = h0 + = 53,5 + 15 = 68,5 мм, где = 10 + 5 = 15 мм. Оставляемпринятуюранеетолщинуплиты hcf = = 80 мм и расчетную высоту сечения h0 = hcf – = 80 – 15 = 65 мм.

1 0

При расчете продольной арматуры в плите перекрытия на средних участкахмеждуосями2–6 учтеноуказание[6] отом, чтодля плит, окаймленных по всему контуру монолитно связанными с ними балками, в сечениях промежуточных пролетов и у промежуточных опор величины изгибающих моментов, а следовательно, и необходимое количество рабочей продольной арматуры разрешается уменьшать до 20 %.

На участках в средних пролетах и над средними опорами

Мср = – МС = 0,8 3,66 = 2,93 кНм.

Рис. 5

При выборе сеток в табл. 1 учтено указание п. 1.6 ГОСТ 8478–81 о том, что из-за ограниченной номенклатуры стандартных сеток разрешается изготовление нестандартных при условии, что диаметры всех

продольных рабочих стержней будут одинаковыми, не превышающими 5 ммврулонныхсетках(приарматуреклассаА400 6 мм), диаметрывсех поперечных стержней будут также одинаковыми, не превышающими 8 м как в рулонных, так и в плоских сетках. При армировании разрешается разрезка сеток.

3. Расчет второстепенной балки Б-1

Второстепенная балка, крайними опорами которой служат стены, а промежуточными – главные балки, работает и рассчитывается как неразрезная многопролетная конструкция.

Расчетные средние пролеты вычисляются как расстояния в свету между гранями главных балок, а за расчетные крайние пролеты принимаются расстояния междугранями главных балок и серединамиплощадок опирания на стены (рис. 6).

При ширине ребер главных балок (ориентировочно) 250 мм и глубине заделки второстепенных балок на стены 250 мм

lкр = 5700 – 0,5 250 + 0,5 250 = 5700 мм;

lср = 6300 – 2 0,5 250 = 6050 мм.

Расчетные нагрузки на наиболее нагруженную второстепенную балку Б-1 определяем с грузовой площадью шириной 2,1 м, равной расстоянию между осями балок, кН/м:

Рис. 6

1 4

постоянная нагрузка:

от веса пола и плиты (0,44 + 2,2) 2,1 = 5,54;

отвесабалкисориентировочнымиразмерамисечения200550 мм

п ри п ло тн о сти вибриро ван н о го железо бето н а 2500 кг/м 3

2500 (0,55 – 0,08) 0,2 1,1 10–2 = 2,59;

временная нагрузка при vn = 12 кН/м2

12 2,1 1,2 = 30,24.

Полная расчетная нагрузка

g + v = (5,54 + 2,59) + 30,24 = 38,37 кН/м.

Постоянная и временная длительная нагрузка

38,37 – 1,5 2,1 1,2 = 34,59 кН/м.

Расчетные изгибающие моменты в неразрезных балках (рис. 7) сравнымиилиотличающимисянеболеечемна10 % пролетами(lкр : lср = = 605 : 570 = 1,06 < 1,10) всоответствиис[6] исучетомперераспределенияусилийвследствиепластическихдеформацийопределяютсяпоформулам:

в крайних пролетах

над вторыми от конца промежуточными опорами В (см. рис. 7)

1 5

где l – больший из примыкающих к опоре Врасчетный пролет.

v

Рис. 7

Величины значений возможных отрицательных моментов в средних пролетах при невыгоднейшем загружении второстепенной балки временной нагрузкой в соответствии с [6] определяются по огибающим эпюраммоментовдлянеразрезнойбалкивзависимостиотсоотношения временной и постоянной нагрузок по формуле

М = (g + v) lср2 n,

где – коэффициент, принимаемый по прил. 2.

При v : g = 30,24 : 8,13 = 3,72 для сечений на расстоянии 0,2l от опоры В во втором пролете II = –0,0375 и 0,2l от опоры С в третьем пролете – III = –0,0295 (см. прил. 2).

min MII = – 0,0375 38,37 6,052 0,95 = –50,03 кНм;

min MIII = – 0,0295 38,37 6,052 0,95 = –39,36 кНм.

Расчетные поперечные силы

QA = 0,4 (g + v) lкрn = 0,4 38,37 5,7 0,95 = 83,1 кН;

QBл = – 0,6 (g + v) lкрn = –0,6 38,37 5,7 0,95 = –124,7 кН; QBп = 0,5 (g + v) lсрn = 0,5 38,37 6,05 0,95 = 110,27 кН;

QCл = –QCп = 0,5 (g + v) lсрn = –0,5 38,37 6,05 0,95 = 110,27 кН.

Определение размеров сечения второстепенной балки

Принимаем для балки бетон класса В15 (как для плиты). Поскольку отношение постоянных и длительных нагрузок к полным 34,9/38,7 =

= 0,01 > 0, коэффициент b1 = 0,9 и b1Rb = 0,9 8 ,5 = 5 Па; b1Rbt = = 0,9 0,75 = 0,675 МПа; Еb = 24 000 МПа, Rbt ser = 1 Па. В качестве рабо-

чей в каркасах используем стержневую арматуру периодического профиля класса А400 с Rs = 355 МПа и сварные сетки из обыкновенной арматурнойпроволокикласса В500 сRs = 415 МПа. Поперечнаяимонтажная арматура класса А240 с Rs = 215 МПа; Rsw = 170 МПа.

Необходимую высоту балки определяем по максимальному опор- b = 250 мм и приняв относительнуювысотусжатойзоны = 0,3, посколькувсоответствии с[6] расчетные усилия в балке подсчитаны с учетом перераспределения усилий ивозможногообразованиявопорныхсеченияхпластическихшарниров.

При = 0,3, m = 0,3 (1 – 0,5 0,3) = 0,255; расчетнаявысотасечения

Полная высота сечения при однорядном расположении стержней продольной арматуры

h = h0 + a = 442,05 + 35 = 477,05 мм.

Принимаемсокруглениемдоразмера, кратного100 мм, приh > 450 мм высоту второстепенной балки h = 500 мм, ширину ребра b = 250 мм.

Примечание. Проверка достаточности принятых размеров сечения производитсясогласноп. 3.30 [3] изусловияобеспеченияпрочностибалки по наклонной полосе между наклонными трещинами с учетом поперечного армирования (см. с. 22).

Расчет продольной рабочей арматуры. В соответствии с эпюрами моментовплита, работающаясовместносбалкой, впролетахрасполагается всжатой зоне, поэтомуза расчетное принимается тавровое сечение

сполкой в сжатой зоне.

Вопорных сечениях плита расположена в растянутой зоне и при образованиивнейтрещинизработывыключается. Поэтомувблизиопор за расчетное принимается прямоугольное сечение с шириной 250 мм.

Расчет прочности наклонных сечений второстепенной балки

При Qmin = QA = 83,1 кН > 0,5Rbtbh0 = 0,5 0,675 103 0,25 0,465 = = 39,23 кН, поперечная арматура в балке должна ставиться по расчету.

Принимаем поперечную арматуру класса A240 с Rsw = 170 МПа (см. табл. 2.6 [3]). В двух плоских каркасах при диаметре стержней продольнойарматуры22 ммпоперечныестержниизусловиятехнологиисварки принимаемдиаметром 6 мм (dw 0,25 d, см. п. 9. ГОСТ 14098–91).

1 9