Курсовая работа 136: Расчет и конструирование пустотной плиты перекрытия вариант В

Проектирование строительных конструкций
Расчет и конструирование пустотной плиты перекрытия
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.. 3
1.Расчет и конструирование пустотной ж/б плиты ПК60.13. 4
1.1 Задание на проектирование. 4
1.2 Выбор размеров плит. 5
1.3 Расчетная схема и определение расчетного пролета плиты.. 6
1.4 Определение нагрузок и усилий. 9
1.5 Характеристики бетона и арматуры.. 10
1.6 Расчет нормальных сечений плиты.. 11
1.7 Расчет панели по прогибам приближенным методом.. 15
1.8 Окончательная схема каркаса. 16
1.9 Проверка панели на монтажные нагрузки. 16
1.10 Спецификация сборочной единицы.. 17
1.11 Спецификация сборного элемента. 18
1.12 Ведомость расхода стали. 18
1.13 ТЭП.. 18
2. Список используемых источников. 19
ВВЕДЕНИЕПерекрытия играют большую роль в обеспечении общей устойчивости здания и, в зависимости от системы соединения этих элементов со стенами или отдельными опорами влияют на несущую способность последних.
Важным требованием, определяющим эксплуатационные качества перекрытия, является жесткость. Жесткость не допускает прогибов, превышающих установленные нормами пределы. Если она недостаточна, то под влиянием нагрузок в перекрытии возникают значительные прогибы, что вызывает появление трещин. Плиты изготавливают с круглыми и овальными пустотами. Их укладывают на несущие стены по слою раствора. Концы уложенных плит опирают на кирпичные стены глубиной не менее 90-120 мм. Для предохранения концов плит от раздавливания вышележащей стеной, а также улучшения тепло- и звукоизоляции на концах плиты заделывают легким бетоном. Швы между длинными сторонами плит в целях придания перекрытиям свойств жесткой монолитной диафрагмы тщательно заполняют цементным раствором. Концы плит на наружных стенах за анкеривают в кладку, а на внутренних стенах скрепляют анкерами между собой. Цель анкеровки – создание связи перекрытия со стенами для придания им устойчивости увеличения общей жесткости здания.

1.Расчет и конструирование пустотной ж/б плиты ПК60.13

1.1 Задание на проектирование

Тема: Расчет и конструирование железобетонной пустотной плиты
Номинальные размеры плиты ПК60-13:
Длинна плиты: L_н=6000 мм
Ширина плиты: В_н=1300 мм
Высота плиты: Н_н=220 мм
Исходные данные:

• Район строительства II
• Конструктивная схема здания – бескаркасная
• Размеры здания: ширина В=12 м, длина L=36 м
• Длительная полезная нагрузка: 1,6 кН/м²
• Кратковременная полезная нагрузка: 2,7 кН/м²
• Состав кровли:

Рубероидный ковер на мастике 3 слоя
Цементная стяжка γ=20 000 Н/м³ а=3см
Пароизоляция из рубероида на мастике 2 слоя

• Состав пола:

Цементная стяжка γ =20 000 Н/м³, t=4 см
Шлакобетон γ =16 000 Н/м³, t=5 см
Шлак = γ =10 000 Н/м³ ,t=5 см
Класс бетона: В-20
Класс арматуры: продольная А-300, проволочная В-500, поперечная А-240
Защитный слой бетона: а=3 см
Схема опалубочного чертежа и схема армирования совмещенная.
1.2 Выбор размеров плит Рис.1 Маркировочный план плит перекрытий
Схема опалубочного чертежа и схема армирования раздельная.
Диаметр круглых пустот d=159мм
Высоту плиты принимаем по номенклатуре h=220мм
Ширина швов между плитами б1=20мм, тогда конструктивно ширина плиты
В=Вн-б1 ,где Вн – номинальный размеры плиты (6х1,3х0,22м),
тогда конструктивная ширина плиты равна 1300-20=1280мм
Наименьшее расстояние между отверстиями б2=30мм
Принимаем толщину промежуточных ребер 35мм
Определяем требуемое число отверстий по формуле: n=В/(D+б2)=1280/(159+30)=6
Принимаем 6 отверстий, тогда число промежуточных ребер n1=n-1=6 1=5
Определяем ширину крайних ребер по формуле:
б3=В-(n-D)-(n1*б2)=1280-(6*159)-(5*30)=176, и тк их 2:176/2=88мм
На одно крайнее ребро приходится 88мм. Расстояние от отверстия до наружной поверхности плиты, обозначенной:
h’f=(h-D)/2=(220-159)/2=30,5
Если зазор между торцами плит назначаем б4=20мм, тогда конструктивно длина плиты: Lк=Lн-2*б4/2=6000-2*20/2=5980мм

1.3 Расчетная схема и определение расчетного пролета плиты

Плита работает как однопролетная свободно опертая балка. Расчетный пролет плиты определяет расстояние между серединами опорных участков.

Рис.2 Определение расчетного пролета плиты
Так как глубина площадки опирания плиты на стены 120 мм, то расчетный пролет составляет:
l₀ = 5980-2*120/2=5860
l – расстояние между осями, l₀ – расчетный пролет, lсв – расстояние между опорами в свету, lоп – опорный участок, б – расстояние от оси до края элемента (10мм)


Рис.3 Расчетная схема и эпюры изгибающих моментов и поперечных сил
Расчетное сечение плиты может рассматриваться как тавровое высотой 220мм и толщиной 3,05мм
Ширина верхней полки тавра должна быть принята с учетом боковых подрезок длина которые, в данной плите б=15мм и
B’f=B-2*15-D*h=1280-2*15=1250мм
Ширина ребра расчетного сечения равна сумме толщин всех ребер и может быть определено по формуле:
B₀=В-2*15-D*h=1280-2*15-159*6=296мм
Рабочая высота сечения:
h₀=h-a=220-30=190мм
а – защитный слой балки = 3см
Рис.4 Расчетное сечение плиты
1.4 Определение нагрузок и усилийОпределение нагрузок и усилий на плиту перекрытия ПК60-13 на 1м ² перекрытия
Подсчет нагрузок (нормативных и расчетных) сводим в таблицу 1.
yf- (коэффициент надежности по нагрузке к таблице 1)
Таблица 1. Нагрузки на плиту перекрытия ПК60-13

На метр длины панели шириной 130 см действуют следующие нагрузки:
1.Кратковременная нормативная
2700*1,3=3510Н/м
2.Кратковременная расчетная
3240*1,3=4212Н/м
3.Временная нормативная
5160*1,3=6708Н/м
4.Временная расчетная
1920*1,3=2340Н/м
5.Длительная нормативная
5300*1,3=6890Н/м
6.Длительная расчетная
1600*1,3=2080Н/м
7.Постоянная и длительная нормативная 6890+2080=8970Н/м
8.Постоянная и длительная расчетная
6250*1,3=8125Н/м
1920*1,3=2496Н/м
8125+2496=10621 Н/м
9.Всего нормативная
9600*1,3=12480Н/м
10.Всего расчетная
11410*1,3=14833Н/м
Изгибающий момент от нормативной постоянной и временной длительной нагрузки
М=14833*5,86 ² /8=63670Н*м
Изгибающий момент от полной нормативной нагрузки
М=12480*5,86 ² /8=53570Н*м
Изгибающий момент от полной расчетной нагрузки
М=15002*5,86 ²/8=64395Н*м
Максимальная поперечная сила на опоре от расчетной нагрузки
Q=14833*5,86/2=43,5 Н

1.5 Характеристики бетона и арматуры

Для изготовления сборной пустотной плиты принимаем:
Бетон класса В25 (Rb=14,5 МПа: Rbt=1,05 МПа), бетон естественного твердения Еb=30*10³=30000 МПа, yb2=0,9
Продольная арматура для каркаса из стали принимаем класса А300.Расчетное сопротивление арматуры для предельных состояний первой группы растяжению продольной Rs=270 МПа, поперечной Rsw=215 МПа, сжатию Rsc=270 МПа.
Значение модуля упругости Еb=21*10^4 Мпа
Поперечную арматуру каркаса принимаем класса А240(∅10)
(Rs=240МПа - нормативная)
Rs=215 МПа, Rsw=170МПа, Rsc=215 МПа - расчетные. Es=21*10^4 МПа
Армирование производим сварными сетками по верху и низу плиты из проволоки класса В500. Расчетное сопротивление арматуры: растяжение продольное Rs=415МПа, поперечное Rsw=300МПа, сжатию Rsc=415МПа, Е=1,7*10^5МПа
Коэффициент надежности yb2=0,9

1.6 Расчет нормальных сечений плиты

Плиту рассчитывают, как балку прямоугольного сечения с заданными размерами: b*h=130*22(см)
Отношение h’f/h=3,05/22=0,138, больше чем 0,1, поэтому в расчет вводим всю ширину полки.
Определяем полезную (рабочую) высоту сечения принимаем защитный слой бетона 3см, тогда h0=h-a=22-3=19см, где а- защитный слой бетона.
Определяем вспомогательный коэффициент
ам(ао)=М/(Rb*yb2*b’f*h0²)=63670/(18,5*0.9*125*19²)=0,0847
Вспомогательные коэффициенты n и E принимаем интерполяцией по учебному пособию “Практикум по строительным конструкциям” Е.П. Сербин (стр.214.)
η=0,9556
ξ=0,077
Высота сжатой зоны х= ξ *h0=0,077*19=1,463<3,05см
Х=1,463<3,05 – нейтральная ось проходит в пределах полки, имеем 1-ый случай таврового сечения x<h’f
Рис.5 Граница сжатой зоны
Т.к. x<h’f, определяем коэффициент As по формуле :
As = М/ η* ho* Rs=63670/0,9556*19*270=12,99 см²
Принимаем 3 каркаса ∅ 25мм
Предварительно принимаем 3/∅ 25 А300, As=14,73см²
Арматура класса А300 КР-1 (3шт)
Рис.6Схема каркаса КР-1
Т.к. Аm=0,0847<Aor=0,632, следовательно, сжатая арматура по расчету не требуется. Верхний стержень каркаса конструктивно принимаем ∅ 10мм А240
Сетки принимаем конструктивно по верху и низу плиты, диаметр
продольных стержней ∅ 3мм шаг 250, поперечных ∅ 4 шаг 150
С-1 (2шт)
Рис.6 Схема сетки

Количество продольных стержней 9 шт. шаг 150мм,
Количество поперечных стержней 25 шт. шаг 250мм
С-1∅ 3 В-500 (9*150)
∅ 4 В-500 (25*250)
Проверяем прочность наклонного сечения по поперечной силе, наклонного сечения должно удовлетворять следующим условиям:
Еb=30*10³=30000 Мпа
Es=21*10^4 Мпа [Сетков стр. 340-343]

Q=43,5<0.3*φw1*φb1*Rb*yb2*b* h_o= =0,3*0,855*1,175*14,5*0,9*29,6*19=221,19КН
43,5<221,19КН
а= Es/Eb=210000/30000=7
φw1=1+5aUw=1+5*7*0,05=1,175
φb1=1-В*R_b=1-0,01*14,5=0,855
Определяем поперечную силу, воспринимаемую бетоном
φf=0.75*3*hf²/(b0*h0)=0.75*3*3.05²/(29.6*19)=0.037
Qbmin.=fb₃*(1+f1)*Rbt*yb₂*b_o*h_o =0.6*1,037*1,05*0,9*29.6*0.1*19=33,06КН
Предварительно принимаем 3 каркаса с поперечной арматурой ø 8мм
А240, с шагом Sw=10см, Asw=0,503*3=1,509 см²
Интенсивность хомутов:
qsw=Asw*Rsw/Sw=1,509*170*0,1/10=2,56КН/см²
Минимальная интенсивность хомутов:
qswmin.=Qbmin/2* h_o =43,5/38=1,14 КН/см²
Условная нагрузка с учетом временной нагрузки, принятой эквивалентной, определяем по формуле:
q1=g+0.5*p=8125+0.5*6708=111479=0.111КН/см²
Максимальное значение по формуле:
Сmax=fb₂*h0/fb₃=2*19/0.6=63.3см
Определяе длину проекции опасной наклонной трещины на продольной оси, на которой учитывается работа хомутов по формуле:
Co=√Mb/qsw=√φb₂*(1+φn+φf)*Rbt*αb₂*b*ho/qsw
Мb=2*1,037*1,05*0,9*29,6*0,1*19²=2094КН
Co=√2094/2,56=28,6см
Принимаем С=Со=28,6см
Т.к. условие h_o<С_o ≤ 2* h_o<C
19<28,6<38<63,3 выполняется принимаем Со=28,6см
Определяем несущую способность по наклонным сечениям с учетом поперечной арматуры по формуле:
Q=47,6КН<Mb/C+qsw*Co+q₁*C=2094/28,6+2,56*28,6+0,114*63.3=153,64КН
40.6<153,64 т.к. условие по наклонным сечениям выполняется назначением поперечных стержней ∅ 8мм А240, через 10см у опор на участках длиной ¼ пролета.
Каркасы ставим на приопорных участках 15*100=1500мм, на пролетном участке 30см, 9*300=2700

1

.7 Расчет панели по прогибам приближенным методомИзгибающий момент в середине пролёта равен:
От полной нормативной нагрузки:
М ⁿ =53700 Н*м
Определяем прогиб приближенным методом, используя значения λ_lim.
Для этого предварительно вычисляем:
y=(b_r-b_o)*h_f/(b_o*h_o)=(125-29,6)*3,05/29,6*19=0,52
M_а=A_s*E_s/(b_o*h_o*E_b)=(14,73*2,1*10⁵)/(29,6*19*30000)=0,18
По таблице 2.20 А.П. Мандриков «Строительные конструкции» приблизительно находим λ_lim=10
Ма=0,18 и у=у1=0,52
Общая оценка деформативности панели по формуле:
L_o/h_o+18*h_o*l_o=586/19+18*19/5.86=30.8+0.52=31,4
Т.к. 31,4>10
Условие L_o/h_oλ_lim не удовлетворяется, требуется расчет прогибов.
1/r – кривизна в середине пролета панели
1/r=(M_id-K_2ld*b_o*h²*R_bt)/(E_s*A_s*h_o²*K_1ld)=
=53570-0.16*29,6*19²*1,05/210000*14,73*19²*0,34=2,6*10^-5
Прогиб в середине пролета панели от полной и нормативной нагрузки определяется по формуле:
f_lot=S*l_o²*1/r=5/48*586²*2,6^-5=0,9см>_lim=3см.
Так как условие выполняется принимаем ø 25 А300


1.8 Окончательная схема каркаса
Рис.7 Схема каркаса КР-1

1.9 Проверка панели на монтажные нагрузки

Панель имеет 4 монтажные петли из стали класса А-240 расположенные на расстоянии 70см от конца панели с учетом коэффициента динамичности К_d=1,4 расчет нагрузки от собственного веса панели:
q=К_d*y_f*g*B=1,4*1,1*2356*1,28=4644,1 Н/м
Отрицательный изгибающий момент консольной части панели:
М=q*/2=4644,1 *0,7²/2=1137,78 Н*м
Этот момент воспринимается продольной монтажной арматурой каркасов.
Требуемая площадь указанной арматуры составляет:
А_s=M/(0,9*h_o*R_s)= 1137,78/(0,9*19*215)=0,309см²
Что значительно меньше принятой конструктивно арматуры 4Ø10, A-240, А_s=3,14см².
При подъеме панели вес ее может быть передан на 2 петли.
Тогда усилие на 1 петлю составляет:
N=q*L_k/2=4644,1*5,98/2=13885,8 H
Площадь поперечного сечения арматурной петли:
А_s=N/R_s=13885,8/215000=0,645 см²
Принимаем конструктивно стержни Ø10 А-240, А_s=0,645 см², 4 петли.
1.10 Спецификация сборочной единицы
1.8 Таблица 2 – Спецификация сборочной единицы

1.11 Спецификация сборного элемента1.9 Таблица 3 – Спецификация сборного элемента

1.12 Ведомость расхода стали

1.10 Таблица 4 – Ведомость расхода стали

1.13 ТЭП

1.11 Таблица 5 – ТЭП

2. Список используемых источников

• А.И. Долгун; Т.Б. Меленцова «Строительные конструкции», Москва 2012.
• Е.П. Сербин «строительные конструкции. Практикум», Москва 2013.
• СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры» Москва 2011.
• СНиП 2.03.1-84* «Бетонные и железобетонные конструкции».
• А.П. Мандриков «Примеры расчёта железобетонных конструкций»

Москва 2017.

• В.И. Сетков ; Е.П. Сербин «Строительные конструкции» Москва 2007.
• ГОСТ 5781-82* «Железобетонные и бетонные конструкции».
• ГОСТ 13015.0-2003 «Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Общие сведения»
• Т.А. Журавская «железобетонные конструкции» Москва 2013.