Проектирование конструкций перекрытия каркасного здания

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ПЕРЕКРЫТИЯ 

	КАРКАСНОГО ЗДАНИЯ

	

	

	1. Общие данные для проектирования

	

Трехэтажное каркасное здание с подвальным этажом имеет размер в плане 21,654 м и сетку колонн 7,36 м. Высота этажей 4,8м. Стеновые панели навесные из легкого бетона, в торцах здания замоноличиваются совместно с торцевыми рамами, образуя вертикальные связевые диафрагмы. Стены подвала – из бетонных блоков. Нормативное значение временной нагрузки  = 5000 Н/м2, в том числе кратковременной нагрузки – 1500 Н/м2, коэффициент надежности по нагрузке  = 1,2, коэффициент надежности по назначению здания  = 0,95. Снеговая нагрузка – по  IV району. Температурные условия нормальные, влажность воздуха выше 40 %.





2. Компоновка конструктивной схемы 

сборного перекрытия



Ригели поперечных рам – трехпролетные, на опорах жестко соединены с крайними и средними колоннами. Плиты перекрытий, предварительно напряженные в двух вариантах, – ребристые и многопустотные. Ребристые плиты принимают с номинальной шириной, равной 1400 мм; связевые плиты размещают по рядам колонн; доборные пристенные плиты опирают на ригели и опорные стальные столики, предусмотренные па крайних колоннах. Многопустотные плиты принимают с номинальной шириной, равной 2200 мм; связевые распорки шириной 600 мм размещают по рядам колонн и опирают на ригели и опорные столики на крайних колоннах.

В продольном направлении жесткость здания обеспечивается вертикальными связями, устанавливаемыми в одном среднем пролете по каждому ряду колонн. В поперечном направлении жесткость здания обеспечивается по рамно-связевой системе: ветровая нагрузка через перекрытия, работающие как горизонтальные жесткие диски, передается на торцевые стены, выполняющие функции вертикальных связевых диафрагм, и поперечные рамы. В малоэтажных каркасных зданиях высотой до 5 этажей, как показали исследования, жесткость поперечных диафрагм намного превышает жесткость поперечных рам, и в этих условиях горизонтальная нагрузка практически передается полностью на диафрагмы. Поперечные же рамы работают только на вертикальную нагрузку.





3. Расчет ребристой плиты по предельным 

состояниям первой группы



Расчетный пролет и нагрузки. Для установления расчетного пролета плиты предварительно задаются размерами сечения ригеля: 

 см;   см. При опирании на ригель поверху расчетный пролет   см.

Подсчет нагрузок на 1 м2 перекрытия приведен в табл.



Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м2 перекрытия



Вид нагрузки

Нормативная нагрузка, 

Н/м2

Коэффициент надежности 

по нагрузке

Расчетная нагрузка, 

Н/м2



Постоянная: 

собственный   вес   ребристой плиты 

то же слоя цементного раствора,              

 = 20 мм   ( = 2200 кг/м3)

то же керамических плиток,  = 13 мм 

	( = 1800 кг/м3)	

	





2500

440



240









1,1

1,3



1,1









2750

570



264







Итого



Временная                    

В том числе:               

длительная              

кратковременная   

        



3180



5000



3500

1500



—



1,2



1,2

1,2



3581



6000



4200

1800



Полная нагрузка 

В том числе: 

постоянная   (3180 Н/м2)      и

длительная (3500 Н/м2)

кратковременная





8180



6680



1500



—



—



—



9584



—



—



 Расчетная нагрузка на 1 м длины при ширине плиты 1,4 м с учетом коэффициента надежности по назначению здания ; постоянная ;   полная 

.   .

Нормативная нагрузка па 1 м длины: постоянная 

;   полная , в том числе постоянная и длительная  .

Усилия от расчетных и нормативных нагрузок. От расчетной нагрузки ; 



От нормативной полной нагрузки ;

 . От нормативной постоянной и длительной нагрузки  .



Установление размеров сечения плиты. Высота сечения ребристой предварительно напряженной плиты ; рабочая высота сечения ; ширина продольных ребер понизу 7см; ширина верхней полки  136 см. В Расчетах по предельным состояниям первой группы расчетная толщина сжатой полки таврового сечения ; отношение , при этом в расчет вводится вся ширина полки ; расчетная ширина ребра

.





Характеристики прочности бетона и арматуры. Ребристую предварительно напряженную плиту армируют стержневой арматурой класса A-V с электротермическим натяжением на упоры форм. К трещиностойкости плиты предъявляют требования 3-й категории. Изделие подвергают тепловой обработке при атмосферном давлении.

Бетон тяжелый класса В25, соответствующий напрягаемой арматуре. Призменная прочность нормативная , расчетная ; коэффициент условий работы бетона  нормативное сопротивление при растяжении , расчетное   
; начальный модуль упругости бетона  Передаточная прочность бетона  устанавливается так, чтобы при обжатии отношение напряжений .

Арматура продольных ребер – класса А-V, нормальное сопротивление , расчетное сопротивление ; модуль упругости .предварительное напряжение арматуры принимают равным .

Проверяем выполнение условия; при электротермическом способе натяжения    ;   

 – условие выполняется.

Вычисляем предельное отклонение предварительного напряжения по формуле





где  – число напрягаемых стержней плиты. Коэффициент точности натяжения при благоприятном влиянии предварительного напряжения по формуле .

При проверке по образованию трещин в верхней зоне плиты при обжатии принимают .

Предварительное напряжение с учетом точности натяжения .

Расчет прочности плиты по сечению, нормальному к продольной оси.  . Сечение тавровое с полкой в сжатой зоне. Вычисляют







Из табл. 3.1 принимаем ;  — нейтральная ось проходит в пределах сжатой полки; .

Вычисляем характеристику сжатой зоны по формуле

.

Вычисляют граничную высоту сжатой зоны по формуле







Коэффициент условий работы, учитывающий сопротивление напрягаемой арматуры выше условного предела текучести, согласно формуле 







где  — для арматуры класса A-V;   принимают 



Вычисляем площадь сечения растянутой арматуры:







Принимаем 2Ø14 A-V с площадью  см2.



Расчет полки плиты на местный изгиб. Расчетный пролет при ширине ребер вверху 9 см составит . Нагрузка на   1 м2 полки может быть принята (с несущественным превышением) такой же, как и для плиты: .

Изгибающий момент для полосы шириной 1 м определяют с учетом частичной заделки в ребрах: . Рабочая высота . Арматура Ø4 Вр-1 с ;  ; ;  — 8Ø4 Вр-1 с . Принимают сетку с поперечной рабочей арматурой Ø4 Вр-1 с шагом .





4. Определение усилий в средней колонне



Определение продольных сил от расчетных нагрузок. Грузовая площадь средней колонны при сетке  колонн .

Постоянная нагрузка от перекрытий одного этажа с учетом коэффициента надежности по назначению здания  :  

,  от ригеля  , от стойки (сечением ; ,   ; ) . Итого .

Временная нагрузка от перекрытия одного этажа с учетом  ;  , в том числе длительная 

, кратковременная .

Постоянная нагрузка от покрытия при весе кровли и плит  составляет  ; от ригеля, от стойки . Итого.

Временная нагрузка — снег для IV снегового района при коэффициентах надежности по нагрузке  и по назначению здания ; , в том числе длительная , кратковременная . Продольная сила колонны первого этажа рамы от длительной нагрузки ; тоже от полной нагрузки .

Продольная сила колонны подвала от длительных нагрузок , то же от полной нагрузки 

.

Эпюра продольных сил изображена на рис.



Определение изгибающих моментов колонны от расчетных нагрузок. Вычисляем опорные моменты ригеля перекрытия подвала — первого этажа рамы. 

Максимальный момент колонны при полном загружении



При действии длительных нагрузок:













При действии полной нагрузки 

  

Разность абсолютных значений опорных моментов в узле рамы: при длительных нагрузках  при полной нагрузке .

Изгибающий момент колонны подвала от длительных нагрузок 

 от полной нагрузки 

.

Изгибающий момент колонны первого этажа от длительных нагрузок   от полной нагрузки 

 Эпюра моментов колонны изображена на рис.

Вычисляем изгибающие моменты колонны, соответствующие максимальным продольным силам. От длительных нагрузок:  изгибающие моменты колонн подвала , первого этажа  . От полных нагрузок: , изгибающие моменты колонн подвала , первого этажа .









5. Расчет прочности средней колонны



Характеристики прочности бетона и арматуры. Класс тяжелого бетона В20 и класс арматуры А-III.

Комбинации расчетных усилий (для колонны подвала):, в том числе от длительных нагрузок  и соответствующий момент , в том числе от длительных нагрузок .

, в том числе  



Подбор сечений симметричной арматуры . Рабочая высота сечения , ширина .

Эксцентриситет   силы  .

Случайный эксцентриситет: 

Поскольку эксцентриситет силы  больше случайного эксцентриситета , его и принимают для расчета статически неопределимой системы.

Находим значение моментов в сечении относительно оси, проходящей через центр тяжести наименее сжатой (растянутой) арматуры. При длительной нагрузке  при полной нагрузке 

Критическая продольная сила при прямоугольном сечении с симметричным армированием имеет вид:









Для тяжелого бетона  



Задаемся коэффициентом армирования  



Вычисляем коэффициент



Значение е равно





Определяем граничную относительную высоту сжатой зоны по формуле





Вычисляем



Определяем относительную высоту сжатой зоны





       

 









Определяем площадь арматуры





 

По приложению № 6 принимаем 4Ø32 А-III  с   









6. Конструирование арматуры колонны



Колонна армируется пространственными каркасами, образованными из плоских сварных каркасов. Диаметр поперечных стержней при диаметре продольной арматуры принимают Ø8 A-III с шагом , что менее .

Колонну четырехэтажной рамы членят на два элемента длиной в два этажа каждый.



7. Фундаменты колонны



Сечение колонны . Усилия колонны у заделки   в   фундаменте: 

1) ,   ;  эксцентриситет 



2),   ;    эксцентриситет 

Ввиду относительно малых значений эксцентриситета фундамент колонны рассчитывают как центрально загруженный. Расчетное усилие  ;  коэффициент надежности по нагрузке ,    нормативное усилие 

.

Грунты основания — пески пылеватые средней плотности, маловлажные; расчетное сопротивление грунта ; бетон тяжелый класса В12,5; ; ; арматура класса A-II; . Вес единицы объема бетона фундамента и грунта .

Высоту фундамента предварительно принимают равной  (кратной 30 см), глубину заложения фундамента .

Площадь подошвы фундамента определяют предварительно без поправок  на ее ширину и заложение







Размер стороны квадратной подошвы  . Принимаем размер  (кратным 0,3 м). Давление на грунт от расчетной нагрузки 

.

Рабочая высота фундамента из условия продавливания







Полную высоту фундамента устанавливают из условий: продавливания    заделки колонны в фундаменте     анкеровки сжатой арматуры колонны Ø 32 А-III в бетоне колонны класса В20 —  .

Принимаем окончательно без перерасчета фундамент высотой ,  — четырехступенчатый.

Проверяем, отвечает ли рабочая высота нижней ступени фундамента 

 условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающемся в сечении IV—IV. Для единицы   ширины   этого   сечения       при    (расстояние от вершины расчетного наклонного сечения до опоры)        — условие прочности удовлетворяется.



Расчетные изгибающие моменты в сечениях I – I, II – II, III – III по формулам:















Площадь сечения арматуры















Принимаем нестандартную сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой из стержней 18Ø12 А-II с шагом  см . Процент армирования расчетных сечений



что больше .

Исходные данные



№

Наименование

Единицы изменение

Величина

1.

Нагрузки (расчётные)

– постоянные

– временно длительные

– кратковременные

– полная



н/м2

н/м2

н/м2

н/м2



3580

4200

1800

9580

2.

Ребристая плита

–

–

– 

– 

– 

– 



МПа

—

МПа

МПа

МПа

МПа



14,5

0,9

1,6

3 · 104

680

19 · 104

3.

Колонна

– Грузовая площадь средней колонны.

– Бетон тяжелый В 20

– Класс арматуры А-III

– Высота этажа

– Плотность бетона «ρ»



м2





м

кг/м3



43,8





4,8

2500

4.

Фундамент

– Расчетное сопротивление грунта , R0

– Бетон тяжелый В 12,5

– 

– 

– Арматура А-II

– 

– γ



МПа



МПа

—



МПа

кг/м3



0,25



0,66

0,9



280

20



































СОДЕРЖАНИЕ



Исходные данные…………………………………………………………… 3



1. Общие данные для проектирования……………………………………….5



2. Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия………………. 5



3. Расчет ребристой плиты по предельным состояниям первой группы….... 6  

– Расчетный пролет и нагрузки……………………………………….. 6

– Усилия от расчетных и нормативных нагрузок. ………………….. 6

– Установление размеров сечения плиты. …………………………… 7

– Характеристики прочности бетона и арматуры……………………. 7

– Расчет прочности плиты по сечению, нормальному к продольной оси.. 8

– Расчет полки плиты на местный изгиб……………………………… 8



4. Определение усилий в средней колонне………………………………….. 8

– Определение продольных сил от расчетных нагрузок. …………… 8

– Определение изгибающих моментов колонны от расчетных

   нагрузок………………………………………………………………  9



5. Расчет прочности средней колонны……………………………………… 10

– Подбор сечений симметричной арматуры …………………………… 10



6. Конструирование арматуры колонны……………………………………. 11



7. Фундаменты колонны……………………………………………………. 11



Список использованной литературы ………………………………………….. 13















































Список использованной литературы



В. Н. Байков, Э. Е. Сигалов  «Железобетонные конструкции»



СНиП 2.03.01 – 96  «Бетон и железобетонные конструкции»  Т. 96



СНиП 2.01.07 – 97  «Нагрузки и воздействия»  Т. 97