Проектирование здания прямоугольной конфигурации с размерами по крайним осям 41х62 м.

 

Введение

Бетон, приготавливаемый из смеси вяжущего (в основном портландцемента), заполнителей природного и искусственного происхождения, воды затворения, а при необходимости химических и минеральных добавок, является композитным материалом, обладающим в затвердевшем состоянии наперед заданными свойствами. Несмотря на интенсивное развитие современных технологий, позволяющих получить бетон с прочностью при сжатии до 300 МПа, последний по прежнему остается искусственным камнем, для которого прочность и деформативность при растяжении примерно в 10..20 раз меньше, чем при сжатии.

Поэтому из неармированного бетона, как правило, выполняют конструкции, которые при эксплуатации работают на восприятие сжимающих усилий: массивные фундаменты, сваи, стены, колонны, подпорные стенки и др. В редких случаях допускается работа бетона в элементах с незначительными растягивающими напряжениями, которые не должны превышать его предела прочности при растяжении (например, балки на упругом основании).

Экспериментальные исследования показали, что разрушение изгибаемой бетонной балки начинается с крайних растянутых волокон бетона, в то время как в сжатой зоне сечения напряжения составляют не более 5..10 % от предела прочности бетона при сжатии. Разрушение балки происходит хрупко по сечению, в котором появилась первая трещина. При этом прочность бетона при сжатии оказывается недоиспользованной.

Если растянутую зону сечения усилить с помощью стальных стержней, проволоки или прокатного профиля, обеспечив их совместную работу с бетоном, то при неизменных геометрических размерах балки можно значительно (в 15..20 раз) повысить ее несущую способность. Это связано с тем, что сталь имеет в десятки раз большее сопротивление растяжению, чем бетон. Поэтому основная идея объединения названных материалов в едином сечении заключена в том, чтобы максимально использовать бетон для восприятия сжимающих усилий, а арматуру – растягивающих.

Таким образом, железобетон представляет собой комплексный строительный материал в виде рационально соединенных для совместной работы в конструкции бетона и стальных стержней.

 

 

 

 

1. Архитектурно-планировочное решение здания

В соответствии с заданием запроектировано здание прямоугольной конфигурации с размерами по крайним осям 41х62 м. Высота этажа 2,8м.

Здание запроектировано с поперечными несущими стенами. Пространственная жесткость и устойчивость здания обеспечивается перевязкой вертикальных швов между кирпичами, армированием углов и мест примыкания внутренних стен к наружным и анкеровке или перекрытия со стеной Г-образным анкером и между собой линейным анкером.

Наружные стены запроектированы толщиной 500мм из искусственного керамического кирпича КРПО-150/25 по СТБ-1160-99 на цементно-песчаном растворе марки М 50. Перегородки запроектированы толщиной 120мм и выполнены из полнотелого керамического кирпича марки КРУ 100/35 по СТБ-1160-99 на цементно-песчаном растворе марки М 50.

По долговечности здание относится ко II степени, так как его конструкционные элементы рассчитаны на срок службы не менее 50 лет.

По огнестойкости в соответствии с СНБ 2.02.01-98 здание относится к IIIстепени.

По периметру здания выполнена отмостка шириной 1000мм из бетона класса С20/25 толщиной 80мм по гравийно-песчаной смеси толщиной 120мм.

Горизонтальная гидроизоляция фундаментов выполнена из одного слоя материала Г-СТ-БП-М/М-4,0 по СТБ -1107-98 на битумной мастике по СТБ-1262-2001.

Условия строительства:

1. Район строительства - IБ

2. Класс функциональной пожарной опасности - Ф 1,4

3. Нормативная нагрузка - 1280кН

4. Грунты-пески средней крупности

5. Расчетная  зимняя температура наружного воздуха -21°С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Сбор нагрузок

2.1 Сбор нагрузок  на перекрытия.

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка кН/м	Коэффициент надёжности по нагрузке	Расчётная нагрузка кН/м
Плиточные полы	0,336	1,35	0,454
Цементный раствор	0,45	1,35	0,608
Шлакобетон	0,12	1,35	0,162
Железобетонная плита	2,0	1,35	2,7
Итого	2,906	__	3,921
Постоянная нагрузка	2,906	__	3,921

 

2.2 Сбор нагрузок  на перекрытия.

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка кН/м	Коэффициент надёжности по нагрузке	Расчётная нагрузка кН/м
Плита ПВХ на мастике	0,032	1,35	0,043
Сухая штукатурка на холодной битумной мастике	0,16	1,35	0,216
Стяжка из цементно-песчаного раствора	0,72	1,35	0,972
1 слой пергамина	0,024	1,35	0,032
Плита перекрытия	3,0	1,35	4,05
Итого	3,936	__	5,314
Постоянная нагрузка	3,936	__	5,314

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Сбор нагрузок на покрытие.

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка кН/м	Коэффициент надёжности по нагрузке	Расчётная нагрузка кН/м
4 слоя рубероида	0,009	1,35	0,012
Цементная стяжка	0,54	1,35	0,729
Утеплитель керамзитобетон	0,096	1,35	0,129
Пароизоляция 1 слой	0,024	1,35	0,032
Железобетонная плита	1,5	1,35	2,025
Итого	2,169	__	2,927
Временная снеговая нагрузка в городе Мозырь	0,8	1,5	1,2
Кратковременная	0,8		1,2
Длительная	__	__	__
Полная нагрузка	2,969	__	4,127
постоянная	2,169	__	2,927
кратковременная	0,8	__	1,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет и конструирование  многопустотной плиты перекрытия.

Требуется рассчитать и сконструировать сборную железобетонную многопустотную панель междуэтажного перекрытия жилого дома. Несущим элементом перекрытия является многопустотная панель с круглыми пустотами, имеющая номинальную длину 5,6 м, ширину 1,5 м, высоту 22 см. Действующие на перекрытие нагрузки показаны на рис. 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Сборная многопустотная панель перекрытия.

1.Самонивелирующая стяжка  из цементно-песчаного раствора М150 – ρ=1800 кг/м3; 2. Ж/б плита перекрытия δ = 220 мм, ρ = 2500 кг/м3;

Определяем нормативные и расчетные нагрузки на 1 м2, перекрытия жилого здания при составе его, указанном на рис. 1.Рассчитывается сборная железобетонная многопустотная панель перекрытия. Марка панели ПК-56.15 – 8 АmV (серия 1.041.1-3, в.1), масса панели 2,6 т, номинальная длина 5,6 м, ширина 1,5 м, высота 0,22 м.

Нагрузки на сборное междуэтажное перекрытие

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка,	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка,
Постоянная: Самонивелирующая стяжка из цементно-песчаного  раствора   М150 -  δ = 30 мм,   =1800 кг/м3   Железобетонная плита перекрытия,  δ = 220 мм, = 2500 кг/м3   Итого:	540     5500   gn = 6027,5	1,2     1,1	648     6050   g = 6698
Временная: Кратковременная Длительная   Итого:	2000 700   = 2700	1,3 1,3	2600 910   ρ = 3510
Полная нагрузка: Постоянная и длительная Кратковременная   Итого:	6740 2000   + =8727,5		7608 2600   g + ρ = 10208

 

Расчетный пролет панели l0 - принимаем равным расстоянию между осями ее опор. l0= 6000 – 200 – 200 = 5600 мм  = 5,6 м.

Определение усилий:

На 1 м длины панели шириной 1,5 м действуют следующие нагрузки:

кратковременная нормативная: ρn = 2000×1,5 = 3000 Н/м; 

кратковременная расчетная: p = 2600×1,5 = 3900 Н/м;

постоянная и длительная нормативная: qn = 6740×1,5 = 10110 Н/м;  

постоянная и длительная расчетная: q = 7608×1,5 = 11412 Н/м;

итого нормативная: + = 10110 + 3000 = 13110 Н/м; 

 итого расчетная q + р = 11412 + 3900 = 15312 Н/м. 

Расчетный изгибающий момент от полной нагрузки:

= Н·м,

где -расчетный пролет плиты.

Расчетный изгибающий момент от полной нормативной нагрузки (для расчета прогибов и трещиностойкости) при  γf= 1

 Н·м.

Расчетный изгибающий момент от постоянной нормативной и длительной временной нагрузок:

Н·м.

Расчетный изгибающий момент от нормативной кратковременной нагрузки:

Н·м.

Максимальная поперечная сила на опоре от расчетной нагрузки Н.

Максимальная поперечная сила на опоре от нормативной нагрузки:

 Н;

 Н.

Подбор сечения панели:

Для изготовления панели приняты: бетон класса , Еcm=37 МПа, fck= 20 MПa, fcd=20/l,5=13,3 MПa,  fctk=l,5 МПа, fctd=l,5/l,5=1 MПa, =0,9; продольную арматуру из стали класса S500,fyd =450 MПa, = 200000 МПа; поперечную арматуру - из стали класса S240 диаметром 5 мм; fyd=375 МПа, fywd= 324 МПа; армирование - сварными сетками и каркасами; сварные  сетки - из стали класса S500 Ø 4 мм; fyd= 157 МПа.

Проектируем панель семи пустотной. В расчете поперечное сечение пустотной панели приводим к эквивалентному сечению. Заменяем площадь круглых пустот прямоугольниками той же площади и того же момента инерции.

 Вычисляем :

 см;

 см 3,8 см;

приведенная толщина реберb=146-7×14,3=45,9 см(расчетная ширина сжатой полки см.

3.1Расчет по  прочности сечений нормальных  к продольной оси

Расчетное сечение - тавровое с полкой в сжатой зоне. Вычисляем:

=

где см; с—защитный слой бетона.

Находим

Высота сжатой зоны - нейтральная ось проходит в пределах сжатой полки.

 

Рис. 2. Поперечное сечение многопустотной плиты.

Граничная высота сжатой зоны:

,

где - характеристика сжатой зоны бетона,

Вычисляем площадь сечения растянутой арматуры:

Конструктивно принимаем 8 ø 12 S 500 As = 9,04 см2.

3.2 Расчет прочности  сечений, наклонных к продольной  оси

Расчет прочности наклонного сечения на действие поперечной силы:

Проверяем условие прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами, полагая (при отсутствии расчетной поперечной арматуры) .

где, ;

Н.

Условие соблюдается, размеры поперечного сечения панели достаточны.

Вычисляем проекцию расчетного наклонного сечения на продольную ось с. Влияние свесов сжатых полок (при 8 ребрах):

,                 

Расчетная продольная сила от внешнего действия:

 

 кН,

,       ηNn= 0,48.

Вычисляем , принимаем 1,5:

В расчетном наклонном сечении , тогда ,                 , принимаем с = 2 =38см.В этом случае Н Н, следовательно, по расчету поперечная арматура не требуется.

В ребрах устанавливаем конструктивно каркасы из арматуры Ø 5 класса S500. По конструктивным требованиям при h<450 мм на приопорном участке см, шаг стержней S= h/2 = 22/2 = 11сми принимаем S=10 см. В средней половине панели поперечные стержни можно не ставить, ограничиваясь их постановкой только на приопорных участках. Чтобы обеспечить прочность полок панели на местные нагрузки, в пределах пустот в верхней и нижней зонах сечения предусмотрены сетки С-1 и С-2 из арматуры класса S500 ø 4 мм.

3.3 Расчет  прочности наклонного сечения  на действие изгибающего момента.

Расчет производиться исходя из условия:

;

где Мsd - момент от внешней нагрузки, расположенной по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения, относительно оси, перпендикулярной плоскости действия момента и проходящей через точку приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне;

Ms и Msw —моменты относительно той же оси соответственно от усилий в хомутах и продольной арматуре;

-расстояния от плоскостей  расположения соответственно хомутов и продольной арматуры.

Величина M при хомутах постоянной интенсивности определяется по формуле

,

 где, - усилие в хомутах на единицу длины элемента в пределах наклонного сечения;

с= =38 см-длина проекции наклонного сечения на продольную ось элемента: .

Величина -принимается равной ,