I. Проектирование монолитного железобетонного перекрытия.

В соответствии с заданием требуется запроектировать четырехэтажное здание типа с размерами в плане между внутренними гранями стен L = 32.4 м, В = 25.8 м. Стены кирпичные несущие толщиной 510 мм. Привязка разбивочных осей стен принята равной 120 мм.

Оконные проемы в здании приняты шириной 2,3 м, высотой 2,1 м. Высота этажей между отметками чистого пола h_эт = 4,6 м. Временная нагрузка нормативная на всех междуэтажных перекрытиях vⁿ = 11 кН/м², в том числе кратковременная v_shⁿ = 1,5 кН/м². Снеговая нагрузка на кровле v_снⁿ = 1 кН/м².

Подошва фундаментов основывается на грунте с расчетным сопротивлением R = 0,35 МПа. Отметка подошвы фундамента – 1,5 м.

Междуэтажные железобетонные перекрытия опираются на наружные кирпичные стены и внутренние железобетонные колонны. Кровельное покрытие опирается только на наружные стены. В качестве несущих элементов покрытия используются сборные железобетонные фермы или балки. Промежуточные колонны доводятся только до междуэтажного перекрытия четвертого этажа.

1. Разбивка балочной клетки.

При рекомендуемой величине пролетов второстепенных и главных балок от 5,0 до 7,0 м, в зависимости от интенсивности временной нагрузки на заданной длине здания в свету L = 32.4 м и ширине В = 25,8 м могут быть приняты 6 пролетов второстепенных продольных балок и 4 пролета главных поперечных балок. С учетом рекомендаций о целесообразности уменьшения до 10% крайних пролетов балок в сравнении со средним получим

L = 32.4 м = 0,9 l₁ + 4 l₁ + 0,9 l₁ = 5,8 l₁

откуда l₁ = 32.4 : 5,8 = 5,586 м.

Принимая с округлением средние пролеты второстепенных балок l_ср = 5,58 м, получим величину крайних пролетов l_кр = (32.4 – 5,58  4) : 2 = 5,04 м.

При рекомендуемом шаге второстепенных балок от 1,8 до 2,5 м в каждом из четырех пролетов главных балок могут расположиться по три пролета плиты. С учетом рекомендаций о целесообразности уменьшения до 20% крайних пролетов плиты в сравнении со средними получим В = 25,8 м = 0,8 l₂ + 10 l₂ + 0,8 l₂ = 11,6 l₂

Откуда l₂ = 25,8 : 11,6 = 2,224 м.

Принимая с округлением средние пролеты плиты l¢_ср = 2,22 м, получим величину крайних пролетов l_кр = (25,8 – 2,22  10) : 2 = 1,8 м.

Схема балочной клетки монолитного перекрытия.

2. Расчет плиты перекрытия.

Толщина плиты монолитных перекрытий промышленных зданий принимается не менее 60 мм. Принимаем толщину плиты h_f = 80 мм.

Для определения расчетных пролетов плиты задаемся приближенно размерами поперечного сечения второстепенных балок:h = l : 12 = 5580 : 12 = 465 мм; b = h : 3 = 465 : 3 = 155 мм и принимаем h = 500 мм; b =200 мм.

За расчетные пролеты плиты принимаем: в средних пролетах – расстояния в свету между гранями второстепенных балок, а в крайних – рас стояния от граней второстепенных балок до середины площадок опирания плиты на стену.

При ширине второстепенных балок b=200 мм и глубине заделки плиты в стену в рабочем направлении а₃= 120 мм (полкирпича) получим

l_кр = l_кр – 0,5 b + 0,5 а₃ = 1800 – 0,5  200 + 0,5  120 = 1760 мм.

l_ср = l_ср – 2  0,5 b = 2220– 2  0,5  200 = 2020 мм.

Расчетные пролеты плиты в длинном направлении при ширине главных балок (ориентировочно) 300 мм и глубине заделки плиты в стены в нерабочем направлении а₃= 60 мм (четверть кирпича)

l_кр1 = 5040 – 0,5  300 + 0,5  60 = 4920 мм.

l_ср = 5580 – 2  0,5  300 = 5280 мм.

При соотношении длинной и короткой сторон 4920 : 1760 ≈ 3,0 плита условно рассчитывается как балочная неразрезная многопролетная.

Расчетные нагрузки на условную полосу плиты шириной 1,0 м, кН/м:

а) постоянная

вес пола из цементного 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= 11 кН/м²

v= 111,01,2=13.2

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

Полная расчетная нагрузка

g+v= 2,64 + 13.2 = 15.84кН/м.

Постоянная и длительная

15.84- 1,5·1,2=14.04 кН/м

Величины расчетных изгибающих моментов в неразрезной балочной плите с равными или отличающимися не более чем на 20 % пролетами (l_ср: l_кр= 2020 : 1760 = 1,15 < 1,2) определяются с учетом перераспределения усилий вследствие пластических деформаций бетона и арматуры по формулам:

В крайних пролетах

М_кр=== 4.46кНм;

в средних пролетах и над средними опорами

М_ср = - Мс ===4.04 кНм;

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

М_В ===5.88кНм;

то же при армировании плоскими сетками (раздельное армирование)

М_В ===4.62кНм;

где l- больший из примыкающих к опоре расчетный пролет.

Определение толщины плиты Для монолитного железобетонного перекрытия принимаем бетон проектного класса по прочности на сжатие В15. С учетом соотношения длительных нагрузок к полным равного 14.04/15.84=0,88 < 0,9 расчетные сопротивления определяются с коэффициентом условий работы _b2 = 1.0. R_b = 8,5 МПа; Е_b = 24000 МПа; R_bt = 0,75 МПа.

Арматуру в плите перекрытия принимаем для двух вариантов армирования:

арматурой класса В500 с расчетным сопротивлением R_s= 415 МПа = 415 Н/мм²при армировании рулонными сварными сетками (непрерывное армирование), Е_s= 200000 МПа;

арматурой класса А400 с расчетным сопротивлением R_s= 355 МПа = 355 Н/мм²при армировании плоскими сетками (раздельное армирование), Е_s= 200000 МПа.

Необходимую толщину плиты перекрытия определяем при среднем оптимальном коэффициенте армирования = 0,006 по максимальному моменту М_В = 5.88 кНм и ширине плитыb^'_f = 1000 мм.

Расчетная высота сечения плиты при относительной ее высоте  = = = 0,006= 0,293 <_R=0,502 – для арматуры класса В500;  = 0,006 = 0,251 <_R=0.531 – для арматуры класса А400.

При α_m =  (1 – 0,5) и М_max = 5,88 кНм

α_m = 0,293 (1 – 0,5  0,293) = 0,25 – для арматуры класса В500;

α_m = 0,251 (1 – 0,5  0,251) = 0,22 – для арматуры класса А400;

h₀ = = = 53.7 мм.

Полная высота сечения плиты при диаметре арматуры d= 10 мм и толщине защитного слоя 10 ммh^'_f =h₀+=53.7+15=68.7 мм, где= 10 + 5 = 15 мм. Принимаем толщину плитыh^'_f = 70 мм и расчетную высоту сеченияh₀=h^'_f = 70 – 15 = 55 мм.

Расчет продольной арматуры в плите. Расчеты по определению необходимого количества рабочей арматуры в многопролетной неразрезной плите монолитного перекрытия сведены в таб.1 для двух вариантов армирования – непрерывного, сварными рулонными сетками из арматуры класса В500 и раздельного, плоскими сварными сетками из арматуры класса А400.

При расчете продольной арматуры в плите перекрытия на средних участках между осями 2-6 учтено, что для 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 М_ср= - М_с= 0,84.04=3.23 кНм.

Схема раскладки сварных сеток

Таблица 1

Расчетные сечения		Расчетные характеристики
		М, Нмм	b, мм	h0, мм	α0= Rb=8,5 МПа	As=Rb b h0, мм2 Арматура классов: В500 с Rs=415Мпа, А400 с Rs=355Мпа		Принятые сварные сетки с площадью сечения рабочей арматуры As, мм2/м
На крайних участках между осями 1 –2 и 6 – 7	В крайних пролетах	4.46106	1000	55	0,173	В500	216	Аs = 101 + 196 =297
					0,173	А400	252	Аs = 283
	У опор В	5,88106			0,229	В500	297	Аs = 101 + 196 =297
		4.62106			0,180	А400	263	Аs = 283
	В средних пролетах	4.04106			0,157	В500	193	Аs = 196
					0,157	А400	226	Аs = 226
	У опор С	4.04106			0,157	В500	193	Аs = 196
					0,157	А400	226	Аs = 226
На средних участках между осями 2 - 6	В крайних пролетах	4.46106	1000	55	0,173	В500	216	Аs = 157+ 157 = 314
					0,173	А400	252	Аs = 283
	У опор В	5,88106			0,229	В500	297	Аs = 157+ 157 = 314
		4.62106			0,180	А400	263	Аs = 283
	В средних пролетах	3.23106			0,126	В500	152	Аs = 157
					0,126	А400	178	Аs =189
	У опор С	3.23106			0,126	В500	152	Аs = 157
					0,126	А400	178	Аs =189