122600 (Здания и сооружения из монолитного железобетона)

Здания и сооружения из монолитного железобетона

Курсовой проект выполнил студент: ______ группы 5019/М

Санкт-Петербургский Государственный технический университет

Инженерно-строительный факультет

Кафедра Энергетических и промышленно-гражданских сооружений

Санкт-Петербург

2000

Введение, исходные данные

Цель выполнения проекта – ознакомление с основными вопросами конструирования и освоение методики проектирования зданий и сооружений из монолитного железобетона.

Схема сооружения представляет собой подземный гараж прямоугольной формы, имеющий размеры в плане 18х60 м, который является жёсткой конструкцией, состоящей из двух продольных рядов колонн и перекрытия – монолитной железобетонной ребристой плитой (рис. 1.1). Высота сооружения Н составляет 4,2 м, отметка пола находится на глубине -3,9 м от проектной отметки.

В результате оценки инженерно-геологических условий основания составлен геологический разрез (рис. 1.2), уровень грунтовых вод находится на отметке -2,6 м.

Климатические условия принимаются для района возведения сооружения – Костромской области.

Выбор строительных материалов для заданного объекта

Монолитное ребристое перекрытие состоит из железобетонной плиты, которая опирается на балочную клетку, состоящую из системы главных и второстепенных взаимно перпендикулярных балок. Плита перекрытия и балки монолитно связаны между собой, что достигается путём одновременного бетонирования всех элементов перекрытия в специально изготовленной для этого опалубке.

В данном проекте рассматривается унифицированное перекрытие трех пролетного промышленного здания с внутренним каркасом и несущими наружными стенами (рис. 1.1, 3.1).

Для монолитных перекрытий обычно используется тяжелый бетон марки М200 – МЗ00, а для армирования – сварные каркасы из стали класса A-II или A-III и сварные сетки из обыкновенной проволоки. В данном проекте принят бетон марки М250 (В20). Расчетные сопротивления такого бетона для предельных состояний первой группы будут: на сжатие осевое R_b=11 МПа, на растяжение осевое R_bt=0,88 МПа. Коэффициент условий работы бетона m_б1=0,85.

Рабочую арматуру для балок примем в виде сварных каркасов из горячекатаной стали периодического профиля класса A-II, R_s=270 МПа, R_sw=215 МПа. Для поперечной арматуры класса А-I R_sw=170 МПа. Арматуру для плиты примем в виде сварных сеток из обыкновенной проволоки класса B-I, R_s=315 МПа, и (возможен вариант) из стали класса A-III, R_s=340 МПа.

Разработка эскиза объёмно-планировочного решения заданного сооружения

При плановых размерах перекрываемого помещения 18х60 м балки располагаются в двух направлениях и опираются на промежуточные опоры – колонны.

Главные балки располагаются поперёк помещения и опираются на наружные стены и колонны.

Пролёты главных балок l_{г. б} принимаются равными расстояниям между осями колонн и наружных стен и равны 6 м.

Второстепенные балки располагаются вдоль помещения и опираются на наружные стены и главные балки. Пролёты второстепенных балок l_{в. б} принимаются равными 6 м.

Эскиз плана сооружения с учётом установленных выше параметров представлен на рисунке 3.1, разрез 2-2 представлен на рис. 1.1.

Назначение предварительных размеров конструкций

Для получения расчетного пролета определяются размеры поперечного сечения второстепенной балки: h_{в. б}=(1/12...1/20)l_{в. б}; принимаем h_{в. б}=600/13 = 45 см, b=(1/2...1/3)h_в.б10 см; принимаем ширину второстепенной балки b=20 см.

Расчетный пролет плиты между второстепенными балками l₂=l₀, где l₀ – пролет в свету, равный 200-20=180 см. Пролет плиты при опирании с одной стороны на несущую стену l₁= l₀₁+(h_пл/2), где h_пл – толщина плиты, значением которой также задаемся. Принимаем толщину плиты равной 8 см, что больше h_min=60 мм. Расчетный пролет плиты

Расчёт заданного элемента

Нагрузки на ребристое монолитное железобетонное перекрытие промышленного здания

Все нагрузки определяются в соответствии с [1.1]. Согласно [1.1, стр. 4, п. 1.11] расчёт ведётся на основное сочетание нагрузок, состоящее из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок. Согласно [1.1, стр. 3, п. 1.6] к постоянным нагрузкам относится собственная масса плиты и балок. Временные длительные нагрузки р_дл определяются согласно [1.1, стр. 6, п. 3.5, табл. 3].

Снеговая нагрузка согласно [1.1, стр. 4, п. 1.8] относится к кратковременным нагрузкам, определяемым в соответствии с [1.1, стр. 4, п. 5].

Нормативная снеговая нагрузка на 1 м² площади горизонтальной проекции покрытия должна определятся по формуле

Р_н=р₀с, (5.1)

где

р₀ – вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемый по [1.1, стр. 9, п. 5.2], для IV района, к которому относится г. Кострома, р₀=1,5 кН/м²;

с – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с указаниями [1.1, стр. 9, 10, пп. 5.3-5.6], для горизонтальной поверхности, с=1.

Р_н=1,5*1=1,5 кН/м².

Согласно [1.1, стр. 4, п. 1.7] вес снегового покрова IV района, уменьшенный на 0,7 кН/м² относится к длительным нагрузкам

р_{сн, дл}=1,5-0,7=0,8 кН/м².

Значения постоянных и временных нагрузок приведены в табл. 5.1.

Т а б л и ц а 5.1

Плита

Расчетная схема плиты представляет собой многопролетную неразрезную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой.

Собственная масса плиты g^н=0,08*25=2 кН/м².

Погонная нагрузка принимается на ширину плиты, равную 1 м.

Для данного случая погонные расчетные нагрузки по табл. 5.1 будут равны (с учетом массы плиты h=8 см):

g=1,44+1,1*2 =3,64 кН/м;

р=9,6 кН/м;

q=g+р=3,64 + 9,6=13,24 кН/м.

В расчете неразрезных плит с учетом пластических деформаций значения изгибающих моментов при равных или отличающихся не более чем на 20% пролетах принимаются по равно моментной схеме (независимо от вида загружения временной нагрузкой) равными (рис. 5,1):

в крайних пролетах

в среднем пролете и над средними опорами

над вторыми от края опорами

Второстепенная балка

Расчетная схема второстепенной балки представляет собой, так же как и расчетная схема плиты, неразрезную многопролетную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой. Предварительные размеры сечения второстепенной балки были приняты 45х20 см. Для определения расчетных пролетов задаемся размерами главной балки:

b_{г. б}=0,5h=30 см.

Расчетные пролеты второстепенной балки будут: средние пролеты (равны расстоянию в свету между главными балками) l₀₂=l₂-b_{г. б}=6-0,3=5,7 м; крайние – равны расстоянию от оси опоры на стене до грани сечения главной балки

где

l₁ и l₂ – пролеты балки;

а – привязка разбивочной оси к внутренней грани стены;

В – длина опорного конца балки на стене.

Сбор нагрузок

Погонную нагрузку на балку принимают на ширину грузовой площади, равную 2 м (расстоянию между осями второстепенных балок). Для данного случая (см. табл. 5.1) расчетные погонные нагрузки будут иметь значения с учетом массы балки по принятым размерам

g=2*(1,44 +2,2)+0,37*0,2*25*1,1=7,28+2,04=9,32 кН/м,

где

0,37*0,2 м – размеры сечения балки за вычетом толщины плиты h = 8 см;

1,1 – коэффициент перегрузки для собственной массы конструкций;

25 – плотность бетона, кН/м³;

р_дл (длительная)=2*7,8=15,6 кН/м;

р_кр (кратковременная)=2*1,8=3,6 кН/м;

р (полная)=2*9,6=19,2 кН/м;

полная

q=g+р=9,32+19,2=28,52 кН/м.

Расчетные моменты:

а) в крайних пролетах

б) в средних пролетах и над средними опорами

в) над вторыми от края опорами

Построение огибающей эпюры моментов второстепенной балки (рис. 5.2)

Эпюра моментов строится для двух схем загружения:

на полную нагрузку q=g+р в нечетных пролетах и условную постоянную нагрузку q'=g+1/4P в четных пролетах (рис. 5.2, Схема I);

на полную нагрузку q =g+p в четных пролетах и условную постоянную нагрузку q'=g+1/4р в нечетных пролетах (рис. 5.2, Схема II).

При этом максимальные пролетные и опорные моменты принимаются ql²/11 или ql²/16, а минимальные значения пролетных моментов строятся по параболам, характеризующим момент от нагрузки q’ (М₁’=q’l₁²/11; М₂’=q’l₂²/16) и проходящим через вершины ординат опорных моментов:

q=g+p=28,52 кН/м;

q'=9,32+1/4*19,2=14,12 кН/м;

М₁’=14,12*5,8²/11=43 кНм;

M₂’=14,12*5,7²/16=28,5 кНм.

Вид огибающей эпюры представлен на рис. 5.2.

Расчетные минимальные моменты в пролетах будут равны:

в первом пролете М_1min=-87/2+43=-0,5 кНм;

во втором пролете

в третьем от края (т. е. во всех средних) пролете M_3min=-57,7+28,5=-29,2 кНм.

При расчете арматуры на указанные моменты необходимо учитывать поперечную арматуру сеток плиты и верхние (конструктивные) стержни сварных каркасов балок.

Главная балка

Расчетная схема главной балки представляет собой трех пролетную неразрезную балку (рис. 5.3), находящуюся под воздействием сосредоточенных сил в виде опорных реакций от второстепенных балок, загруженных различными комбинациями равномерно распределенной нагрузки g и p с грузовой площади 6x2=12 м².

Размеры поперечного сечения главной балки: h=(1/8...1/15)l, принято h=1/10l=600/10=60 см; b=(0,4...0,5)h, принято b=0,5h=0,5*600=30 см.

Сбор нагрузок

Для данной главной балки нагрузка передается в виде сосредоточенных (узловых) сил, которые с учетом собственного веса балки равны (см. табл. 5.1):

постоянная нагрузка

G=G_пл+G_{в. б}+G_{г. б};

G=1,44+2,2*6*2+2,04*6+0,52*0,3*25*1,1=60,4 кН,

где

G_{г. б} – собственный вес главной балки на участке длиной 2 м (расстояние между второстепенными балками), приведенный к сосредоточенной узловой нагрузке в точке действия опоры второстепенной балки;

G_{в. б} – опорная реакция от собственного веса второстепенной балки (в предположении ее разрезности);