Расчет и проектирование железобетонных конструкций

1. Исходные данные

L1=18 м

L2=18 м

L3=18м

L4=30м

l=84 м

Q=20 т

=96 м

Нп = 6,6 м

Нн = 4,2 м

Район строительства: Луцк

W0 = 460 кПа

S0 = 1400Па

Подкр.рельс. = 1,2 т

Для пролета 18 м

К =4. 4 м

В = 6.3 м

Рмах = 195 кН

G = 85 кН

Для пролета 30 м

К =4. 4 м

В = 6.3 м

Рмах = 225 кН

G = 85 кН

2. Основные положения

Основными несущими конструкциями одноэтажного производственного здания является, балочно-стоечные поперечные рамы, которые связаны между собой фундаментными подвязочными и подкрановыми балками.

Основные несущие элементы поперечной рамы:

фундаменты; поперечные рамы; колоны; несущая конструкция покрытия (ферма, балка), плиты покрытия; рамы связаны между собой диском покрытия, ребра плит привариваются к несущему элементу покрытия, минимум в 3х местах, швы между плитами замоноличиваются. Узел операния фермы, либо балки, выполняется на болтах; При идеализации конструкции принимают операние колоны в фундамент, операние ригеля покрытия на колону — шарнирным.

3. Геометрические размеры строительных конструкций

Высота надкрановой части колон:

Hн =4,2 м Высота подкрановой части колонны:

Hп=7,6 м Полная высота колоны:

Hк= 11,8

Выбор колонн осуществляется в зависимости от их шага, ширины пролета, грузоподъемности крана, высоты производственного здания. В соответствии с этим колонны могут быть прямоугольного сечения или двухветвевые, железобетонные или стальные, постоянного сечения по высоте или переменного. При наличии подстропильных конструкций колонны средних рядов подбирают с учетом высоты на опоре подстропильных балок и ферм.

4. Нагрузки и воздействия

4.1 Общие данные

Основы расчетов по двум принципам предельных состояний и классификации нагрузок на самостоятельные работы.

Нормативным документом, который регламентирует определение значений нагрузок и воздействий, а также их сочетаний при проектировании строительных конструкций, зданий и сооружений является ДБН В.1.2−2:2006 «Нагрузки и воздействия»

В соответствии с действующими нормативными документами расчет строительных конструкций ведется с учетом расчетных ситуаций и предельных состояний. Строительные конструкции и основания следует рассчитывать по двум группам предельных состояний. Основные положения метода предельных состояний направлены на обеспечение безотказной работы конструкции с учетом свойств материалов, геометрических размеров, а также степени ответственности конструкции.

Предельные состояния:

ь Первая группа предельных состояний включает в себя предельные состояния, которые приводят к полной невозможности эксплуатации конструкции или полной

(частичной) потери несущей способности.

ь Вторая группа предельных состояний включает в себя предельные состояния, которые затрудняют нормальную эксплуатации конструкции или сокращают срок долговечности здания.

К постоянным нагрузкам относят:

1. собственный вес;

2. вес грунта насыпи;

3. предварительное напряжение К временным нагрузкам относят:

1. вес временных перегородок;

2. вес стационарного оборудования;

3. вес складируемых материалов на складах;

4. вес людей, животных, оборудования, передаваемые на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с квазипостоянным значением;

5. вертикальные нагрузки от кранов с квазипостоянным значением;

6. снеговые нагрузки с квазипостоянным значением.

К временным и кратковременным нагрузкам относят:

1. вес людей, животных и оборудования передаваемые на перекрытия здания с предельным либо эксплуатационным значение;

2. нагрузка от кранов с предельными либо эксплуатационными значениями;

3. снеговые нагрузки с предельным либо эксплуатационным значением;

4. ветровые нагрузки.

К эпизодическим относятся:

1. землетрясения;

2. взрывы;

3. подвижки грунта.

4.2 Постоянные нагрузки

Эксплутационно-расчетное значение нагрузки от веса конструкций, принимают равным его характерным значению. Предельно расчетное значение нагрузки получается путем умножения характерного значения на коэффициент надежности по нагрузки гfm, которое равняется для конструкции:

— металлических=1,1

— бетонных плотностью выше 1600 кг/м3 ,

— ж/б, армированных и деревянных =1,1

— бетонных менее 1600 кг/м3 из авиационных и выравнивающих слоев, изготовленных в заводе =1,2, изготовленных на строительной площадке = 1,3.

Нагрузка на 1 м² покрытия

Табл. 4.1

m/s=6,8/36=0,18

qi=g*B=5678,2*12=68 138,4 H;

g= 5678,2;

Расчетная схема

Собственный вес

Собственный вес от регилей:

0,85= 8500 Н

0,42 = 4200 Н

Собственный вес подкрановой балки и подкрановой рельсы:

P=Pb+120B=10 700+12012=12 140,

где Pb — масса подкрановой балки;

Собственный вес от ограждения:

М=N0,35

N= h0/b= 4,2/1,8=2,3 (3 панели)

M=3*0,35*3500=3675 н

Снеговая нагрузка

Sm=

C=

Крановая нагрузка

Для пролета 18 м Для пролета 30 м

К =4. 4 м К =4. 4 м

В = 6.3 м В = 6.3 м

Рмах = 195 кН Рмах = 225 кН

G = 85 кН G = 85 кН

T=Pmax?yi

Для пролета 30 м

отсюда

У2=

отсюда

У4=

У3=

Т=1,12 253,005=743,73 (30 м)

Т=1,11 953,005=644,572 (18 м)

Горизонтально-крановая

D= (0,726 т.)

Ветровая нагрузка

Гfm=1,035

W0=480 pa

C=Caer*Ch*Calt*Crel*Cdir*Cd

Cd=1

Cdir=1

Calt=1

Crel=1

W1=Wm1*B

Caer для наветренной стороны -0,8; для подветренной -0,6;

Наветренная сторона

Z=5

Ch=0,9

Wm1=496,80,72=357,696

C= 0,80,91 111=0,72

W1=357,69 612=4292,357

Z=7,6

Ch=1,056

Wm2=496,80,8448=419,69

C= 0,81.561 111=0,8448

W2=5036,3

Z=11,8

Ch=1,263

Wm3=496,81,0104=501,966

C= 0,81.2 631 111=1,0104

W3=6023,6

Подветренная сторона

Z=5

Ch=0,9

Wm1=496,80,54=268,272

C= 0,54

W1=3219,264

Z=7,6

Ch=1,056

Wm2=496,80,63=312,984

C= 0,63

W2=3755,808

Z=11,8

Ch=1,263

Wm3=376,47

C= 0,7578

W3=4517,7

Эпюра N

Эпюра Q

Эпюра М

Таблица РСУ

5. Внецентренно — сжатые элементы

5.1 Общие сведения

При расчете внецентренносжатых элементов, должно приниматься во внимание значение случайного эксцентриситета (е0).

1/600- длины элемента

1/30 — высоты сечения элемента, не менее этих значений.

еэксцентриситет — расстояние от центра тяжести до линии действия нагрузки

Для элементов статически неопределимых конструкции значение е продольной силы может быть принята по результатам статического расчета е0 = М/N. При расчете внецентренносжатых элементов следует учитывать влияние прогибов на их несущую способность, как правило путем расчетов по деформационной схеме. При этом принимаем во внимание не упр деформации бетона и трещины в нем. Допускается производить расчет по не деформационной схеме, учитывая влияние прогибов путем умножения

5.2 Расчет крайней колоны

В курсовом проекте для крайней колонны применяем несимметричное армирование.

Исходные данные:

Класс бетона С25/30; fcd= 17 мПа; Еcd = 3• т/ =29 419,95 мПа

Продольная арматура класса А400C; fyd = fydc = 363,63 мПа;

Расчет надкрановой и подкрановой части колонны производится как внецентренно сжатых элементов на каждое из невыгодных сочетаний усилий с учетом:

1. Случайного эксцентриситета еа

2. Гибкость элемента

I. Надкрановая часть Н2 = Нb = 4,2 м

h = 600 мм

b = 500 мм Защитный слой бетона as = as' = 50 мм Расчетная длина l0 = 1•Hb = 1•4,2= 4,2 м Момент инерции I см4

Площадь, А = h*b = 60•50=3000 см2

Радиус инерции сечения i = см Гибкость л = >14

следовательно необходимо учитывать влияние прогибов (влияние продольного изгиба) h0 = h — as = 60−5= 55 см Вычисляем расчетную величину эксцентриситета е0 =

Вычисляем случайный эксцентриситет еа = еа = еа = 1;

Выбираем наибольшее значение из 3-х величин, в данном случае еа =7,6 см Тогда расчетный эксцентриситет

е = м Коэффициент, учитывающий гибкость колоны :

Условная критическая сила

Ncr =

Ncr =

е =

А’s=

Alim=

А’s=

=0,63

X=0,63*0.55=0.34

As=

По сортаменту выбираем 8? 32 As=64,34 см²

II. Подкрановая часть Нн = 7,6 м

h = 800 мм

b = 500 мм Защитный слой бетона as = as' = 5 см Расчетная длина l0 = 1•Hн = 1•7,6 = 7.6 м Момент инерции I см4

Площадь, А = h•b = 80•50 = 4000 см²

Радиус инерции сечения i = см Гибкость л =

следовательно необходимо учитывать влияние прогибов (влияние продольного изгиба)

h0 = h — as = 80−5 = 75 см е0 =

Вычисляем случайный эксцентриситет еа = еа = еа = 1;

Выбираем наибольшее значение, в данном случае е =7 см Тогда расчетный эксцентриситет

е = (м) Коэффициент, учитывающий гибкость колоны :

Условная критическая сила

Ncr =

Ncr =

е =

А’s=

Alim=

А’s=

= 0,17

X=0.17*0.75=0.127м

As=

По сортаменту выбираем 5? 25 As=24,64 см²

5.3 Расчет средней колоны

В настоящем курсовом проекте для средней колоны применяется симметричное армирование.

Расчет надкрановой и подкрановой частей колоны производится как внецентренно сжатых элементов на каждое из невыгодных сочетаний усилий с учетом:

1) случайного эксцентриситета (la)

2) гибкости элемента (л=l0/i) — влияние продольного изгиба

I Надкрановая часть

Нв=4,2 м; h=600 мм; b=500 мм; as=a's=5 см

Расчетная длина

=2Hb=2· 4,2=8,4 м

Момент инерции сечения

Площадь сечения

А = b· h = 60· 50 = 3000 см²

Радиус инерции сечения

Гибкость, следовательно необходимо учитывать влияние прогибов h0 = h — as = 60−5 = 55 см

Вычисляем расчетную величину эксцентриситета

е0 =

Вычисляем случайный эксцентриситет

еа = еа = еа = 1;

Выбираем наибольшее значение, в данном случае е =8.5 см

Тогда расчетный эксцентриситет

е = м

Коэффициент, учитывающий гибкость колоны :

Условная критическая сила

Ncr =

Ncr = т

е =

А’s=

Alim=

А’s=

=0.27

X=0.27*0.55=0.148

As=

По сортаменту выбираем 9? 20 As=28,28 см²

II. Подкрановая часть Нн = 7,6 м

h = 800 мм

b = 500 мм Защитный слой бетона as = as' = 50 мм Расчетная длина l0 = 1•Hb = 1•7,6= 7,6 м Момент инерции м4

Площадь, А = h*b = 0,4 м²

Радиус инерции сечения i = м Гибкость л =

необходимо учитывать влияние прогибов (влияние продольного изгиба)

h0 = h — as = 80−5 = 75 см Вычисляем случайный эксцентриситет еа = еа = еа = 1;

Выбираем наибольшее значение, в данном случае е =10,2 см Тогда расчетный эксцентриситет е = (м) Коэффициент, учитывающий гибкость колоны :

Условная критическая сила

Ncr =

Ncr =

е =

Alim=

А’s=

= 0,12

x=0.12*0.45=0.054 м

As=

По сортаменту выбираем 7? 22 As=16,61 см²

6. Расчет и армирование консоли

6.1 Общие сведения

У коротких консолей, загруженных сосредоточенной силой Q, возможны 3 вида разрушений.

1. От изгибающего момента в вертикальном сечении, расположенном над гранью нижней части колоны.

2. От скалывания по условной плоскости, соединяющую точку приложения силы Q с вершиной входящего угла консоли.

3. От сжимающих усилий в бетоне условной призмы.

6.2 Расчет консоли по прочности нормального сечения, по изгибающему моменту

Для обеспечения прочности необходимо:

Ас0 =320*600=192 000 мм

Ас1 =(320+(50*2))*500=210 000 мм

Бетон класса С25/30: fcd=17 Мпа

FRdu=0.192*17 000* =3413,5 кН 9792 кН

Т=644,572 кН

Pmax=12 140 Н=12,14 кН

F= 12,14+644,572 кН=656,7 кН

656,7 кН 3413,5 кН

М = 0.55*Q = 0.55*656,7 = 361,185 кН*м

= 0,053

x=*d=0.053*1=0.053м

As=

принимаем по сортаменту 2? 25, Аs = 9,82 см²

6.3 Расчет прочности бетона консоли на действие поперечной силы

Vsd VRd, ct

VRd, ct= CRd, ct*K (1001fck)1/3bwd

VRd, ct=Vmin* bwd

K=1+

CRd, ct=0.12

fck=30МПа; =

VRd, ct=0.12*1.67*(100*0.002*30)1/3*500*1=182,075 кН

Vsd=F=656,7 кН 182,075 кН

Vmin=0,035

Условие не выполняется, следовательно определяем поперечное армирование:

Принимаем

=3,78

По сортаменту принимаем 5? 10, As=3.93 см2

7. Фундаменты под колоны

7.1 Общие сведения

железобетонный конструкция фундамент здание

Фундаменты под колоны выполняются из монолитного или сборного железобетона. Глубина заложения определяется в зависимости гидрологических условий на площадке, глубины промерзания грунта, наличия подземного хозяйства. Заделки колоны в фундамент и других конструктивных требований. Верхний обрез фундамента находится на отметке «-0,150»

Подошва фундамента при центрально загруженном фундаменте принимается квадратной. При внецентренно загруженном фундаменте подошву фундамента рекомендовано принимать прямоугольной, где соотношение сторон в=(0,6 -0,8)а, где абольшая часть фундамента.

Фундамент состоит из плитной части, все остальное стакан или подколонник. Плитная часть может выполняться ступенчатой, не более 3 штук. Зазоры между стенами стакана, для возможности рихтовки и качественного заполнения швов бетона. В нижней части 50, в верхней 75. Глубину заделки колоны в фундамент, а так же толщину стенки армирования фундамента, принимаем в зависимости от эксцентриситета, при

е0<2hc, где hсразмер колоны

h3>hk >1.4hc

t>0.2hc >0.3hc

при e0>2hc, для e0>2hc

Армирования подошвы фундамента выполняются стержнями в одном направлении. При этом диаметр арматурных стержней укладываем вдоль стороны более 3 м, принимаются более 10 мм. Шаг армирования не должен превышать более 200 мм. Защитный слой принимаем более 35 мм при наличии бетонной подготовки под фундамент и более 70 мм при отсутствии. Расчет осадки фундамента и его определеннее площади производства на действие определенной нагрузки. Усилия для соответствующих расчетов будем получать путем деление соответствующих предельных значений на усредненный коэффициент перед нагрузкой реднее давление под подошвами фундамента должно быть меньше расчетного сопротивления грунта

Nfe=

R=300 кН/м2 R — сопротивление грунта основания

7.2 Расчет внецентренно нагруженного фундамента

7.2.1 Исходные данные

Колона (h1=7.6, h2=4.2)

Класс бетона C25/30

Расчетное сопротивление грунта R0=3 кПа Среднее значение удельного веса грунта =20кН/м3

Угол внутреннего трения

Принимаем высоту фундамента:

Н1=1450 мм

7.2.2 Размеры подошвы

==3,4 ;

Принимаем кратн. 30

A=10,8 м²

Условие выполняется

=

= Кн

1,2=

Условие выполняется

=24,7

=

0 = 194 Кн

7.2.3 Расчет арматуры подошвы фундамента

Рассчитываем арматуру в направлении меньшей стороны подошвы фундамента.

= 0,11

x=*d=0.11*0.25=0.027 м

As=

принимаем по сортаменту 5? 28, Аs = 30,79 см²

Рассчитываем арматуру в направлении большей стороны подошвы фундамента.

= 0,14

x=*d=0.14*0.25=0.035 м

As=

принимаем по сортаменту 6? 32, Аs = 48,25 см²

7.3 Расчет фундамента на продавливание

Для проверки принятой высоты первой ступени вычисляем прочность по грани плоскости продавливания СDEF параллельно меньшей стороне фундамента

Расчет плоскости FECD. Введем a1 и a01

Условие:

2282 кН? 1*2,2 МПа*1,03 м*0,430 м

2282 кН? 975 кН — условие не выполняется

b01=b1+0.43*2

b01=900+860=1760 мм

2282 кН? 2200 кПа*(1,03*0,43*2+1,33*0,43*2)

2282 кН ?4465,12 кН

Условие выполняется.

8. Построение чертежа

На основном чертеже, по данным расчета курсового проекта, на чертеже должно быть: фасад здания, план здания, боковой фасад, опалубочный чертеж колон, армирование колон (для 2 вариантов, т. е. для крайних и средних колон), так же разрезы 1−1, разрезы 2−2, сетки колон, сечения колон, сертификация материалов, столбчатый фундамент.

1. ДБН В. 1.2−2: 2006 «Нагрузки и воздействия»

2. СНиП 2.03.01−84' «Бетонные и железобетонные конструкции» — М.: ЦИТП, 1989. -84 с.

3. Голышев А. Б. «Железобетонные конструкции», том 2

4. Руководство по проектированию бетонных и железобетонных конструкций (без предварительного напряжения) — М.: Стройиздат, 1987. — 328 с.

5. ДСТУ БА.2.4−7-95 «Правила выполнения архитектурно-строительньх рабочих чертежей»

6. ДБН А.2.2−3-2004 «Состав, порядок разработки, согласлвание и утверждение проектной документации для строительства»

7. Барапиков А. Я. «Железобетонные конструкции. Курсовое и дипломное проектирование» — К. 1987 — 416 с.