Железобетонные и каменные конструкции

Содержание Стр.
1. Задание 3
1.1 Определение характеристик района строительства 4
2. Компоновка каркаса здания 5
2.1 Выбор конструктивных элементов здания 5
2.2 Определение высоты стенового ограждения 6
2.3 Компоновка плана и разреза здания 7
3. Статический расчет поперечной рамы 9
3.1 Сбор нагрузок на поперечную раму 9
3.2 Определение усилий в поперечной раме 19
3.2.1 Определение геометрических и жесткостных характеристик рамы 19
3.2.2 Усилия от постоянной нагрузки 20
4. Расчет колонны 37
4.1 Выбор материалов 37
4.2 Расчетные усилия в расчетных сечениях: 37
4.3 Расчет прочности 38
4.4 Расчет консоли колонны 45
4.5 Поперечное армирование тела колонны 48
4.6 Армирование концов колонны 49
5. Расчет внецентренно загруженного фундамента под колонну 51
5.1 Выбор материалов и их прочностные характеристики 52
5.2 Определение размеров фундамента 52
5.3 Расчет подколонника по прочности 60
5.3.1 Расчет сечения наклонного к продольной оси 62
5.3.2 Расчет по наклонной трещине 63
6. Расчет двускатной балки покрытия пролетом 24 м 66
6.1 Выбор материалов 66
6.2 Определение предварительных размеров 66
6.3 Нагрузки 67
6.4 Расчет по первой группе предельных состояний 69
6.5 Расчет прочности нормальных сечений 69
6.6 Расчет прочности наклонных сечений 71
7. Список используемых источников 75

2. Компоновка сборного железобетонного перекрытия.

Сборное междуэтажное перекрытие состоит из ригелей, опирающихся на колонны, и панелей перекрытия, опирающихся на ригели.
Ригели укладываются в поперечном направлении, плиты перекрытия – в продольном.
Панели перекрытия принимаем ребристые с поперечными ребрами. Сетка колонн формируется таким образом, чтобы ригели имели длину до 6 м, а плиты перекрытия от 6 до 7 м. Шаг колонн в продольном направлении принимаем 5400 м, в поперечном – 6,0 м.
Методика расчета железобетонных конструкций здания с ребристыми панелями приведена в [1], стр. 6-79.

Рис. 2.1. Температурный блок в осях 2-7;Б-Д

Рис. 2.2. Расчетная ячейка

Ширина рядовой плиты

Схема опирания плиты

Рис. 2.3. Схема опирания плит перекрытия в осях 2-3.
Расчетный пролет – расстояние между серединами площадок опирания. Ригель прямоугольного сечения.
Для установления расчетного пролета плиты нужно предварительно задаться поперечным сечением ригеля.
...

4. Расчет полки плиты перекрытия по прочности
Цель расчета – конструирование сетки С–1 (подбор диаметров и шагов продольной и поперечной арматуры).
Сбор нагрузок на перекрытие
Таблица 4.1

№
Наименование нагрузки
Нормативное значение, кН/м2
Коэффициент надежности по нагрузке, ɣs
Расчетное значение, кН/м2
1
Постоянные:
Собственный вес полки
Вес пола

1,25
1,20

1,1
1,25

1,375
1,500

Итого постоянные:
2,45

2,875
2
Временные:
Временная полная, в т.ч.
Длительная
Кратковременная

12,00
10,60
1,40

1,2
1,2
1,2

14,400
12,720
1,680

Всего полная:
в т.ч. длительная
14,45
13,05

17,275
15,595
С учетом ɣn=0,95

Полная:
в т.ч. длительная
13,73
12,40

16,41
14,82

Коэффициенты надежности по нагрузке определены по [4], п. 7.2, таблица 7.1. :
=1,1 для железобетонных конструкций (таблица 7, стр. 5)
Расчетная схема полки зависит от соотношения l01/l02:

Рис.4.1. Эпюры изгибающих моментов, возникающих в полке плиты.
...

5. Расчет поперечного ребра

Рис. 5.1. Граница грузовой площади, приходящейся на поперечное ребро.
На поперечное ребро действуют нагрузки с полки и собственный вес ребра.
Расчетная нагрузка на полку:
g = 16,41 кН/м2 (см. Табл. 1 «Сбор нагрузок на полку плиты»…..)
Полная нагрузка на поперечное ребро:
qn = g∙Bгр = 16,41 кН/м2 ∙ 1,196 м = 19,626 кН/м
Расчетная нагрузка от собственного веса поперечного ребра:
qс.в.= ((0,05+0,1)/2)м ∙ 0,1м ∙ 25 кН/м3 ∙ 1,1 = 0,206 кН/м
Расчетная схема поперечного ребра полки – шарнирно-опертая балка, так как возможен поворот продольных ребер от действия нагрузки.:

Рис. 5.2. Расчетная схема поперечного ребра полки. Эпюры изгибающих моментов и поперечных сил.
Определяем максимальные значения изгибающих моментов и поперечных сил:

l0 - расчетный пролет поперечного ребра = 1,24 + 2∙0,115/2 = 1,355 м.

Рис. 5.3. Приведенное сечение ребра.
Расстояние от центра тяжести растянутой арматуры до нижней грани: a = аз.с.
...

6. Расчет продольных ребер
Таблица 6.1.
Сбор нагрузок на продольные ребра
№
Наименование нагрузки
Нормативное значение, кН/м2
Коэффициент надежности по нагрузке, ɣs
Расчетное значение, кН/м2
1
Постоянные:
Собственный вес плиты
Вес пола

2,50
0,6

1,1
1,25

2,75
0,75

Итого постоянные:
3,10

3,50
2
Временные:
Временная полная, в т.ч.
Длительная
Кратковременная

12,00
10,60
1,40

1,2
1,2
1,2

14,40
12,72
1,68

Всего полная:
в т.ч. длительная
15,1
13,7

17,9
16,22
С учетом ɣn=0,95

Полная:
в т.ч. длительная
14,35
13,015

17,005
15,409
Коэффициенты надежности по нагрузке определены по [3] табл. 6.8.:
ɣ=1,1 для железобетонных конструкций (таблица 7, стр. 5)

Рис. 6.1. Расчетная схема продольного ребра
lпл = 5980 мм
-расстояние между центрами опирания плиты на ригель.
Нагрузку на ребра надо брать со всей площади перекрытия с учетом заделки межплитных швов.
...

7. Расчет прочности наклонных сечений от действия поперечных сил
Усилие, возникающее от нагрузки должно быть меньше несущей способности наклонного сечения:
Q ≤ Qb + Qsw,1(по п. 8.1.33 [3])
Qq = 79,79 кН- максимальное значение поперечной силы;
Qb = 0,5∙Rbt∙b∙h0 = 0,5∙0,9МПа∙(1000)∙ 0,15м∙0,27м = 18,23 кН
Rbt, МПа, для предельных состояний первой группы, определяемое по классу бетона, по прочности на сжатие приняты по таблице 6.8. [3].
Qb = 18,23 кН ˂ Qq = 79,79 кН → необходима установка поперечной арматуры.
Принимаем поперечную арматуру принимаем в зависимости от числа стержней по приложению 6 [2] стр. 741.
Принимаем поперечную арматуру Ø8 А400 Asw = 0,503 см2 - для одного стержня
2 Ø8 →Asw = 1,01 см2 Rsw = 285 МПа- расчетное значение сопротивления поперечной арматуры (хомутов и отогнутых стержней) растяжению для предельных состояний первой группы, МПа (определяется по табл. 5.8.
...

8. Расчет плиты перекрытия по II группе предельных состояний
4.1.Геометрические характеристики приведенного сечения

Рис. 8.1. Приведенное сечение
Asp: 2Ø25 Asфакт = 9,82 см2
Так как относительная толщина полки больше 0,1 м, то полку считаем как толстую.
Коэффициент приведения арматуры в бетоне (п. 8.2.12 [3]):

Es - модуль упругости стали; для всех классов арматуры равен МПа,
начальный модуль упругости бетона, определенный по [3] п. 5.1.14 для класса бетона В20.
Площадь приведенного нормального сечения (по формуле 8.126 [3]):

Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до нижней грани(по п.8.2.12 [3]):

Статический момент приведенного сечения относительно нижней грани:

- расстояние от нижней грани до центра тяжести растянутой арматуры.

Расстояние от центра тяжести напрягаемой арматуры до центра тяжести приведенного сечения:

Момент инерции приведенного сечения (по формуле 8.
...

9. Потери предварительного напряжения арматуры.
Натяжение арматуры на упоры стенда электротермическим способом. п 9.1.3 [3]
I. Потери предварительного напряжения арматуры:
1) Потери от релаксации напряжений в стержневой арматуре

2) Потери от теплового перепада:

- разность температур.
3) Потери от деформации стальных форм при электротермическом способе не учитываются (п. 9.1.5 [3]):

Потери деформации анкеровки при электротермическом способе не учитываются:

Итого сумма первых потерь:
Тогда усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь:

I. Вторые потери:
5) Потери от усадки бетона
ε - предельная относительная деформация усадки = 0,0002, для бетона класса В35 и ниже.
но если бетон подвергают тепловой обработке при атмосферном давлении, то:

6) Потери от ползучести бетона:

-коэффициент, учитывающий тепловую обработку;
α - коэффициент приведения арматуры к бетону
φbcr - коэффициент ползучести бетона по п.6.1.16 [3] (таб.6.
...

10. Расчет на образование трещин нормальных продольной оси элемента.
Расчет на раскрытие трещин производится только при их образовании.
Условие образования трещин: Mqn > Mcrc (по п.8.2.5 [3])
Mqnизгибающий момент от внешней нагрузки относительно оси, нормальной к плоскости действия момента и проходящей через центр тяжести приведенного поперечного сечения элемента;
Mcrcизгибающий момент, который сможет воспринять нормальное сечение при образовании трещин. (п. 9.3.8 [3]):

Mqn = кН∙м > Mcrc = 65 кН∙м
Расчет железобетонных элементов следует производить по продолжительному и непродолжительному раскрытию нормальных и наклонных трещин (п.8.2.7, [1]).
...

12. Расчет плиты покрытия по деформациям.
Производим по п.8.2.19-8.2.32 СП63.13330 с учетом дополнительных указаний п.9.3.13-9.3.15 при условии f ≤ fult. fult - по приложению Е СП20.13330.
Фактический прогиб зависит от условий опирания конструкции, вида нагрузки, а также от наличия или отсутствия трещин.

где l0 - расчетный пролет конструкции

s - коэффициент, зависящий от нагрузки условий опирания
s = 5/48 - для свободного опирания и равномерно распределенной нагрузке
Полная кривизна изгибаемого элемента с трещинами определяется следующим образом:

нагрузок.
Кривизна изгибаемых преднапряженных элементов:

где М - расчетный изгибающий момент от внешней нагрузки
Np - усилие предварительного обжатия
eop - эксцентриситет относительно центра тяжести приведенного сечения
D - изгибная жесткость приведенного поперечного сечения элемента, определяемая по п.8.2 СП63.13330 как внецентренно сжатого усилием предварительного обжатия с учетом изгибающего момента от внешней нагрузки.
...

13.1. Выбор расчетной схемы

Рис. 13.1.1. Расчетная схема ригеля


Рис. 13.1.2. Схема опирания ригеля на колонну
Так как приложено не менее 5 сил, то можно принять нагрузку как равномерно распределенную.
l0 = 6000 - 2∙(200+20+300/2) = 5260 мм
Выбор материалов
При пролете до 6 м: бетон тяжелый В25 Rb,n = Rb,ser = 18,5 МПа ;
Rbt,n = Rbt,ser = 1,55 МПа (табл. 6.7, [1] )
где Rb,n , Rbt,n - нормативные сопротивления бетона
Rb,ser, Rbt,ser - расчетные сопротивления бетона для предельных состояний второй группы при классе бетона про прочности на сжатие В-25.
Rb = 14,5 МПа, Rbt = 1,05 МПа. (табл. 6.8, [1])
В качестве рабочей продольной арматуры примем А400 (АIII)
Rs = 350 МПа, (А III). (табл. 6.14, [1]).
где Rs – расчетное сопротивление арматуры для предельных состояний первой группы растяжению.
Еs= 2,0·105 МПа (пункт 6.2.12, [1]).
Еs –модуль упругости арматуры
Определение предварительных размеров
Высота ригеля:

Ширина ригеля:


Рис. 13.1.3.
...

13.2. Подбор продольной рабочей арматуры

Рис. 13.2.1. Размеры поперечного сечения ригеля.
(5.3.1)

(по табл. 3.1 [2])

(5.3.2)


арматуру можно подбирать по формулам.
=0,04 находим по таблице 3.1. [2] стр. 140

стр 741 [2]


Рис. 13.2.2. Конструирование расположения продольной арматуры по высоте сечения.
h0=h-a= 500мм-60мм=440мм.



Для экономии стали можно укоротить стержни второго ряда рабочей арматуры в соответствии с эпюрой изгибающих моментов.

Рис. 13.2.3. Эпюры изгибающих моментов
Для нижнего ряда: h0 = h-20-28/2=500-20-28/2 = 466 мм
Для верхнего ряда: h0 = h-20-28-20-28/2=500-20-28-20-28/2 = 418 мм

Вычислим изгибающий момент, который сможет воспринять только нижний ряд арматуры (в случае обрыва верхнего ряда):

Необходимо завести концы стержней за точку теоретического обрыва на величину анкеровки (≥ 20d).
...

14. Расчет и конструирование колонны среднего ряда

Рис.14.1. Сетка колонн. Граница нагрузки, действующая на колонну среднего ряда.

Грузовая площадь Агр = 6,0х6,0=36 м2
Колонна рассчитывается как внецентренно сжатая с учетом случайных эксцентриситетов.
В общем случае эксцентриситет рассчитывается по формуле:
e=+,
но для колонны среднего ряда не учитывается.
Расчет внецентренно сжатых элементов ведется согласно п. 8.1.14 [3]. Но также расчет допускается производить по недеформированной схеме, учитывая при гибкости λ ≥ 14 влияние прогиба путем умножения начального эксцентриситета на коэффициент η.
При λh ≤ 20 и e0 ≤ h/30 допускается рассчитывать по формуле N ≤ Nult.

Сечение колонны принимаем 40х40 см.

Расчетная длина по п. 8.1.17 [3]

т.е. l0=Нэт=4,8 м

Проверим :
.
Эксцентриситет: (e0=0).
Величина принимается из 3 условий:

Принимаем максимальное из значений: eсл = 1,33 см.
.
В нашем случае λh=12,375 < 20 и есл=1,33=h/30, поэтому расчет может производиться по п. 6.2.
...

17. Расчет центрально нагруженного фундамента.
Фундамент - центрально нагруженный, монолитный, ступенчатый, квадратный в плане, размеры ступеней кратны 300 мм. Давление под любой точкой подошвы одинаковое

Рисунок 7.1. Фундамент стаканного типа
Нагрузки на фундамент:
Расчетная: N=кН (по табл. 6.2)
Нормативная: Nn=N/γfm=/1,15=1319,52 кН
где γfm - усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке = 1,15
Условное расчетное сопротивление грунта по заданию: R0=0,18 МПа.
Требуемая площадь фундамента определяется из условия σф ≤ R0:
(7.1)
где γ - усредненная плотность материала фундамента и грунта на его уступах;
γ = 2000 кг/м3=20 кН/м3
Условное расчетное сопротивление грунта по заданию: R0=0,35 МПа.
Нф - глубина заложения фундамента;
Глубину заложения назначаем предварительно, исходя из конструктивных требований.
...

7. Список используемых источников
1. СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. -Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*.-М.: Минрегионразвитие, 2011. - 80 с.
2. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.-Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. -М.: Минрегионразвитие, 2012. -155 с.
3. СП 131.13330.2012 Строительная климотология. -Актуализированная версия СНиП 23-01-99*.-М.: Минрегионразвитие, 2012. -109 с.
4. Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов. -5-е изд., перераб. и доп. -М.: Стройиздат, 1991. - 767 с.
5. Бондаренко В.М., Суворкин Д.Г. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб для студентов вузов по спец «Пром. и гражд стр-во».-М.: Высш.шк, 1987 - 384 с.