Проектирование ребристой плиты перекрытия.

1. Конструктивное решение плиты перекрытия

Конструктивное решение плиты принимается в зависимости от принятых размеров. Поперечное сечение плиты принимаем согласно рис. 2. Конструктивная ширина плиты принимается на 10 мм меньше номинальной, т.е. . Высоту плиты принимаем 300мм. Толщину полки плиты принимаем равной 50мм. Толщину боковых продольных рёбер плиты принимаем 70мм, уклон внутренних граней рёбер плиты 1:10, высоту утолщения нижних граней рёбер плиты - 90мм.

Рис.2

1. Сбор нагрузок на плиту перекрытия

Принятый тип пола: 6.

Таблица сбора нагрузок.

1. Определение конструктивной и расчётной длин плиты перекрытия

Конструктивная длина плиты определяется из условия её опирания на ригели (рис. 3). Для удобства монтажа, между плитой и стенками ригелей, с обеих спорой оставляется зазор по 10мм.

Учитывая размер ригеля и величину номинальной длины плиты, определим конструктивную длину плиты по формуле:

, где

– номинальная длина плиты, принятая в разделе 2 и равная 5680 мм.

По центру площадок опирания плиты на ригели действуют опорные реакции. Расстояние между этими реакциями – расчётная длина плиты. Длина опирания плиты на ригель равна 90мм, следовательно, опорные реакции будут находиться в 45мм от её краёв с обеих сторон. Расчётная длина перекрытия будет определяться по формуле:

Рис.3

1. Определение расчётных усилий

Расчётные усилия в плите перекрытия определяются как для однопролётной шарнирно опёртой балки по формулам:

где – полная расчётная нагрузка на плиту перекрытия,

– номинальная ширина плиты перекрытия,

– расчётная длина плиты перекрытия,

– коэффициент надёжности по назначению.

1. Выбор материалов для плиты

Для плиты перекрытия принимаем следующие материалы:

- бетон: класс В20, R_b=11,5 МПа.

- арматура: А400, R_s=355 МПа.

1. Расчёт продольного ребра плиты перекрытия по нормальному сечению (подбор продольной рабочей арматуры)

Схема армирования продольного ребра плиты перекрытия указана на рис.4.

Коэффициент определяется по формуле:

Где: – расчётный момент,

– расчётное сопротивление бетона,

– ширина плиты по верхней грани,

– расстояние от оси арматуры до верха плиты (рабочая высота),

– коэффициент, учитывающий длительность нагрузки,

По приложению 1 находим значения , соответствующие найденному значению (или ближайшему по величине к найденному). Для значения этих величин будут: и . Из приложения 2 находим для арматуры А400. Проверяем выполнение условия: . Условие выполняется.

Находим требуемое сечение арматуры по формуле:

Где: – расчётное сопротивление стали,

По приложению 3 подбираем ближайшее большее значение к требуемой площади для двух стержней. Подбираем арматуру 2Ø22 А400 с фактической площадью сечения .

Рис.4

1. Расчёт продольного ребра на действие поперечной силы (подбор поперечной арматуры)

В курсовом проекте расчёт на действие поперечной силы не производим. Поперечную арматуру принимаем только из конструктивных требований. Диаметр поперечной арматуры принимаем из условия сварки с продольной рабочей арматурой.

Для продольной рабочей арматуры Ø22 А400 принимаем поперечную арматуру Ø6 А400, а шаг поперечной арматуры находим по формулам:

- вблизи опор () шаг будет равен:

- в средней части плиты шаг будет равен:

1. Расчёт полки плиты на местный изгиб.

В курсовом проекте расчёт полки не производим. Полку армируем исходя из конструктивных требований сеткой С-1. Вблизи опор, сетка располагается в верхней части плиты, в центе пролёта – в нижней части. Для армирования принимаем следующую сетку:

1. Конструирование каркаса продольного ребра.

Каркас К-1 конструируем исходя из принятых сечений стержней арматуры, а также из принятых величин шага поперечной арматуры в разных частях пролёта (рис.5).

Рис.5

Проектирование сборного железобетонного ригеля.

1. Конструктивное решение ригеля.

Поперечное сечение ригеля принимаем тавровое (рис.6)

Рис.6

1. Сбор нагрузок на ригель

Постоянная распределённая нагрузка от перекрытия на ригель:

Где: – постоянная расчётная нагрузка на перекрытие, ,

– номинальная длина плиты, ,

– коэффициент надёжности по назначению,

Собственный вес погонного метра ригеля:

Постоянная распределённая нагрузка на ригель:

Временная распределённая нагрузка на ригель:

Где: – временная расчётная нагрузка на перекрытие, ,

– номинальная длина плиты, ,

– коэффициент надёжности по назначению,

Понижающий коэффициент для временной нагрузки определяем по формуле:

Где: А – грузовая площадь ригеля, определяемая по формуле:

Где: – номинальная длина ригеля,

– номинальная длина плиты,

Полная распределённая нагрузка на ригель:

1. Определение конструктивной и расчётной длин ригеля.

Конструктивная длина ригеля определяется из условия её опирания на колонны (рис.7). Для удобства монтажа между колонной и ригелем, с обеих сторон оставляется зазор по 20мм. Учитывая размеры колонны и величину номинальной длины ригеля, определим конструктивную длину плиты по формуле:

Где: – номинальная длина ригеля, принятая в разделе 2,

По центру площадок опирания ригеля на колонны действуют опорные реакции. Расстояние между этими реакциями – это расчётная длина ригеля. Длина площадки опирания плиты на ригель равна 130мм. Следовательно, опорные реакции будут находиться в 65мм от краёв ригеля с обеих сторон. Расчётная длина ригеля будет определяться по формуле:

Рис.7

1. Определение расчётных усилий

Расчётные усилия в ригеле определяются как для однопролётной шарнирно опёртой балки по формулам:

где – полная расчётная нагрузка на ригель,

– расчётная длина ригеля,

1. Выбор материалов для ригеля.

Для ригеля принимаем следующие материалы:

- бетон: класс В25, R_b=14,5 МПа.

- арматура: А400, R_s=355 МПа.

1. Расчёт ригеля по нормальному сечению (подбор продольной рабочей арматуры)

Схема армирования продольного ребра плиты перекрытия указана на рис.8.

Коэффициент определяется по формуле:

Где: – расчётный момент,

– расчётное сопротивление бетона,

– ширина ригеля по верхней грани,

– расстояние от оси арматуры до верха ригеля (рабочая высота),

– коэффициент, учитывающий условия работы бетона,

По приложению 1 находим значения , соответствующие найденному значению (или ближайшему по величине к найденному). Для значения этих величин будут: и . Из приложения 2 находим для арматуры А400. Проверяем выполнение условия: . Условие выполняется.

Находим требуемое сечение арматуры по формуле:

Где: – расчётное сопротивление стали,

По приложению 3 подбираем ближайшее большее значение к требуемой площади для четырёх стержней. Подбираем арматуру 4Ø22 А400 с фактической площадью сечения .

Рис.8

1. Расчёт ригеля по наклонному сечению (подбор поперечной арматуры)

В курсовом проекте расчёт ригеля по наклонному сечению не производим. Поперечную арматуру принимаем только из конструктивных требований. Диаметр поперечной арматуры принимаем из условия сварки с продольной рабочей арматурой.

Для продольной рабочей арматуры Ø22 А400 принимаем поперечную арматуру Ø6 А400, а шаг поперечной арматуры находим по формулам:

- вблизи опор () шаг будет равен:

- в средней части ригеля, шаг будет равен:

1. Построение эпюры материалов (нахождение точки теоритического обрыва стержней)

Для построения эпюры материалов необходимо в первую очередь построить эпюру моментов, возникающих в ригеле и нанести на неё максимальное и промежуточные значения моментов. Промежуточные значения величин моментов определяем по формулам:

Где: – поперечная сила, ,

– расчётная длина ригеля,

– полная распределённая нагрузка на ригель,

Определим фактическое усилие, которое сечение ригеля может выдержать. Для этого найдём значение по формуле:

Где: – фактическая площадь рабочей арматуры, для 4Ø22 А400 ,

– расчётное сопротивление арматуры, ,

– ширина ригеля по верхней грани, ,

– коэффициент, учитывающий длительность нагрузки, ,

– расчётное сопротивление бетона,

По приложению 1 находим значение , соответствующее найденному значению (или ближайшему по величине к найденном). Для , - .

Максимальный момент, воспринимаемый сечением, определяется по формуле:

Т.к. изгибающий момент в ригеле не постоянен (уменьшается к краям), то ближе к краю ригеля сечение будет недогружено (будет перерасход арматуры). Следовательно, часть рабочей арматуры можно до конца не доводить. Т.к. арматура принята одинаковой, то не доводим до конца верхние стержни рабочей арматуры. В данном сечении, фактическая площадь будет равна . Расстояние от оси арматуры до верха ригеля (рабочая высота) будет равна .

Для сечения с двумя стержнями найдём значение :

По приложению 1 находим значение , соответствующее найденному значению (или ближайшему по величине к найденном). Для , - .

Максимальный момент, воспринимаемый сечением с двумя стержнями, определяется по формуле:

Значения максимальных моментов и наносим на эпюру материалов. В точках пересечения линии и эпюры моментов М, верхние стержни будут обрываться. Но для работы верхних стержней необходима их дополнительная заделка с каждой стороны на величину W, равную 20 диаметрам арматуры:

Эпюра материалов

1. Конструирование каркаса к-1

Каркас К-1 конструируем исходя из принятых сечений стержней арматуры, а также из принятых величин шага поперечной арматуры в разных частях пролёта.

Длина верхнего продольного стержня Ø12мм А400 в каркасе К-1 будет равна:

Длина нижнего продольного стержня Ø22мм А400 в каркасе К-1 будет равна:

Длина продольного обрываемого стержня Ø22мм А400 в каркасе К-1 определяется графически из эпюры материалов.

Проектирование средней колонны подвального этажа.

1. Определение усилий в колонне

На среднюю колонну подвального этажа действуют следующие нагрузки:

- постоянная нагрузка от перекрытий всех этажей,

- постоянная нагрузка от ригелей каждого этажа,

- постоянная нагрузка от покрытия,

- временная нагрузка от перекрытий всех этажей,

- снеговая нагрузка,

- собственный вес колонн.

Грузовая площадь колонны принимается по номинальным длинам плиты и ригеля:

Постоянная нагрузка от перекрытия одного этажа определяется по формуле:

Где: – постоянная расчётная нагрузка на перекрытие,

А – грузовая площадь колонны,

– коэффициент надёжности по назначению,

Постоянную нагрузку от ригеля принимаем равной .

Нагрузка от собственного веса колонны в пределах одного этажа определяется по формуле:

Где: – площадь сечения колонны, ,

– высота этажа, ,

– объёмный вес железобетона,

– коэффициент надёжности по назначению,

– коэффициент надёжности по нагрузке,

Полная постоянная нагрузка с одного этажа на колонну определяется по формуле:

Постоянная нагрузка от покрытия определяется по формуле:

Где: – постоянная нагрузка от ригеля,

– постоянная нагрузка от конструкции кровли, определяемая по формуле:

Где: – расчётная нагрузка от собственного веса кровли на 1м²,

А – грузовая площадь колонны,

– коэффициент надёжности по назначению,

Временная нагрузка от перекрытия одного этажа определяется по формуле:

Где: – временная расчётная нагрузка на перекрытие,

А – грузовая площадь колонны,

– коэффициент надёжности по назначению,

Временная нагрузка от покрытия (снеговая нагрузка) определяется по формуле:

Где: – снеговая нагрузка на покрытие,

А – грузовая площадь колонны,

– коэффициент надёжности по назначению,

Понижающий коэффициент для временной нагрузки определяется по формуле:

Где: – понижающий коэффициент для временной нагрузки, найденный в п.4.2,

– количество этажей в здании,

Полная суммарная нагрузка со всех этажей на колонну определяется по формуле:

Где: – постоянная нагрузка с одного этажа на колонну,

– количество этажей в здании,

– постоянная нагрузка от покрытия,

– временная нагрузка от перекрытия одного этажа,

– понижающий коэффициент для временной нагрузки,

– снеговая нагрузка на покрытие,

– нагрузка от собственного веса колонны в пределах одного этажа,

1. Выбор материалов для колонны

Для колонны принимаем следующие материалы:

- бетон: класс В25, R_b=14,5 МПа.

- арматура: А400, R_s=355 МПа.

1. Определение несущей способности колонны (подбор продольной рабочей арматуры)

Требуемое сечение арматуры для армирования колонны определяется по формуле:

Где: – полная суммарная нагрузка со всех этажей на колонну,

– коэффициент продольного изгиба,

– коэффициент, учитывающий длительность нагрузки,

– расчётное сопротивление бетона,

– площадь сечения колонны, ,

– расчётное сопротивление стали,

По приложению 3 подбираем ближайшее большее значение к требуемой площади для шести стержней. Подбираем арматуру 6Ø36 А400 с фактической площадью сечения .

1. Подбор диаметра и определение шага поперечных стержней арматуры

Поперечная арматура устанавливается для выдержки защитных слоёв бетона для рабочей арматуры при вязке каркаса, а также для исключения выпучивания рабочей арматуры под действием нагрузки. Диаметр поперечной арматуры принимаем из условия сварки с продольной рабочей арматурой. Для продольной рабочей арматуры Ø36 А400 принимаем поперечную арматуру Ø8 А240. Шаг поперечной арматуры принимается не более:

15 диаметров продольной рабочей арматуры:

500 мм

Сечения колонны, 400мм

Окончательно принимаем шаг поперечной арматуры : .

1. Конструирование каркаса колонны

Колонну принимаем составной по высоте здания.

Колонна подвального этажа будет устанавливаться в сборный фундамент стаканного типа. Расстояние от обреза фундамента до пола подвала принимаем равным . Расстояние от пола первого этажа до верха колонны принимаем равным 700мм.

Определяем необходимую глубину заделки колонны в фундамент:

Глубина заделки должна быть не менее 1,5 ширины колонны, т.е. .

Глубина заделки обусловлена условиями анкеровки:

Окончательно принимаем глубину заделки, равную 600мм.

Определяем высоту верхней части колонны (от верха колонны до верха консоли) и высоту нижней части колонны (от верха консоли до низа колонны) по формулам:

Где: – толщина конструкции пола, ,

– планировочная высота (расстояние от пола первого этажа до верха колонны), ,

– высота этажа, ,

– расстояние от обреза фундамента до пола подвала,

– глубина заделки колонны в фундамент, ,

Полная высота колонны подвального этажа определяется по формуле:

Каркас конструируем исходя из принятых сечений стержней арматуры, а также из принятой величины шага поперечной арматуры. В верхней части колонны устанавливается центрирующая прокладка и закладная деталь. В верхней и нижней частях колонны возникают большие сжимающие напряжения, поэтому данные участки колонны необходимо усилить четырьмя сетками с шагом 70мм.