Залізобетонні конструкції будівель і споруд

Міністерство освіти і науки України

Національний університет "Львівська політехніка"

Інститут будівництва та інженерії довкілля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розрахунково-графічна  робота

 

 

з  дисципліни «Залізобетонні конструкції будівель і споруд»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконав:

студент групи АР-311

Яслінський А.С

 

Перевірив:

Бобало Т.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Львів –2012

 

Завдання на проектування

 

Необхідно запроектувати несучі залізобетонні конструкції багатоповерхового будинку з неповним каркасом за наступними даними:

– призначення будинку – бібліотека;

 – місце будівництва – м. Донецьк;

– розміри будинку в плані (в осях) – 27х18 м;

– крок колон поздовжній – 4,5 м;

– крок колон поперечний – 6 м;

– висота поверху – 3,2м;

– кількість поверхів – 4;

– бетон перекриття класу C16/20;

– бетон колони класу C20/25;

– огороджуючи конструкції цегляні;

– конструкція підлоги – індивідуальна.

 

 

1.1. Призначення попередніх розмірів перерізів елементів

монолітного перекриття.

 

Виходячи із досвіду проектування, рекомендується приймати наступні розміри перерізів елементів монолітного ребристого перекриття:

1) товщина балкової плити при lpl =asb =2050мм:

 

51мм;

 

       приймаємо tpl =60мм

2) висота другорядної балки при її прольоті lsb =4500 мм

 

300–225мм;

 

       приймаємо hsb =300мм

– ширина ребра другорядної балки, якщо висота hsb =300мм:

 

150-100мм;

 

       приймаємо bsb =150мм

3) висота головної балки при її прольоті lmb =6000мм:

 

750–500мм;

 

       приймаємо hmb  =600мм

– ширина ребра головної балки, якщо висота hmb =600мм:

 

240–200мм;

 

       приймаємо bmb =200мм

4) переріз монолітних  колон цивільного будинку висотою 4 поверхів

        приймаємо bc ×hc =300×300мм.

2. Розрахунок і конструювання монолітної плити.

 

З урахуванням прийнятих розмірів поперечних перерізів балок розміри сторін контуру:

l1 =аsb – bsb =2050–150=1900мм,

l2 = lsb – bmb =4500–200=4300мм,

а співвідношення  сторін опорного контуру плити:

 

– умова виконується, плиту відносимо до типу балкової, яка працює на згинання в напрямку короткої сторони з номінальним прольотом lpl =asb =2050мм.

 

2.1. Обчислення навантаження на перекриття.

 

З метою обчислення навантаження на перекриття громадського будинку задаємося конструкцією підлоги, наведеної на рис. 2.1. Використовуючи рекомендації п.1.1, приймаємо товщину монолітної залізобетонної плити tpl=60 мм.

Рис. 2.1. Конструкція підлоги із штучного паркету:

 

1– залізобетонна плита  перекриття товщиною 60 мм; 2 – звукоізоляція суцільною стрічковою прокладкою шириною 120 мм із м’якої деревно-волокнистої плити товщиною 12 мм; 3 – дерев’яна лага 40×80 мм, крок 400 мм; 4 – дерев’яна основа підлоги із обрізної дошки товщиною 25 мм; 5 – волого-стійка фанера: одна верства товщиною 12 мм; 6 – паркет дубовий, t = 15 мм;

 

 

 

Обчислення навантаження в кН/м2 перекриття

Таблиця 2.1

№  верстви	Вид навантажень і їх підрахунок	Характе-ристичне навантаження, кН/м2	Коефіцієнт надійності за навантаженням γfm	Розрахункове граничне навантаження кН/м2
	А. Постійне навантаження
1	– паркет дубовий, t = 15 мм,  ρ = 800 кг/м3: t×ρ = 0,015×800×(0,01)	0,120	1,1*	0,132
2	– вологостійка фанера: одна верства товщиною t = 12 мм, ρ = 600 кг/м3: t×ρ = 0,012×600×(0,01)	0,072	1,1	0,079
3	дерев’яна основа підлоги із обрізної дошки товщиною t = 25 мм, ρ = 500 кг/м3: t×ρ = 0,025×500×(0,01)	0,125	1,1	0,138
4	– дерев’яна лага t×b = 40×80 мм, крок а = 400 мм, ρ = 500 кг/м3: t×b×1/а×ρ = 0,04×0,08×1/0,4×500×(0,01)	0,040	1,1	0,044
5	– звукоізоляція суцільною стрічковою прокладкою шириною b =120 мм із м’якої деревно-волокнистої плити товщиною t = 12 мм, кроком  а = 0,4 м, ρ = 300 кг/м3: t×b×1/а×ρ = 0,012×0,12×1/0,4×300×(0,01)	0,011	1,2	0,013
6	– залізобетонна монолітна плита перекриття товщиною t = 60 мм, ρ = 2500 кг/м3 t×ρ = 0,05×2500×(0,01)	1,500	1,1	1,650
	Всього постійне (g0, g):	g0 = 1,868	–	g = 2,056
	Б. Змінне навантаження – згідно із завданням на проектування: в т.ч. квазіпостійне (тривале) 0,85v0	v0 = 2,00   v0l = 0,85 ,	1,2   1,2	v = 2,4   vl = 1,02
	В .Повне навантаження  (q0, q):   – в т.ч. тривале:		–   –	q =g + v = = 4,456 ql =g + vl = = 3,076

 

 

 

2.1. Обчислення розрахункових прольотів плити.

 

Для знаходження розрахункових прольотів плити розглянемо переріз 1–1 на план-схемі перекриття (рис. 1.1) та використаємо прийняті в п. 1.1 розміри перерізів другорядних балок. Розрахункові польоти:

– крайній

 

– проміжний

 

 

 

Рис.2.1. До визначення розрахункових прольотів монолітної балкової плити.

 

2.2. Статичний розрахунок плити.

 

Плиту розглядаємо як багатопрольотну нерозрізну балку одиничної ширини bpl =1м з жорсткими опорами на другорядних балках і шарнірним обпиранням на цегляних стінах. Балка завантажена рівномірно розподіленим погонним навантаженням:

 

q=qtab bpl =4,456·1=4,456кН/м,

 

де qtab =4,456кН/м2 – табличне значення розрахункового граничного поверхневого навантаження на перекриття будинку (табл. 2.1).

 

Згинальний момент в крайньому прольоті:

 

.

 

Згинальний момент на першій проміжній опорі:

 

 

Згинальний момент в середніх прольотах і на середніх опорах:

 

.

 

Епюра згинальних моментів у балковій плиті наведена на рис. 2.2б.

 

 

Рис.2.2. Розрахункова схема монолітної балкової плити (а)

та епюра згинальних моментів б).

 

2.3. Розрахунок арматури і конструювання плити.

 

Матеріали для конструкцій та їхні міцнісні характеристики:

Бетон. Для перекриття приймаємо бетон класу С16/20 Rb =11,5МПа, а для колони приймаємо бетон класу С20/25 Rb =14,5МПа (табл. 13 Норм [2]); коефіцієнт умов роботи бетону за відсутності сприятливих умов для наростання міцності – γb2=0,9 (табл. 15 Норм [2]).

Арматура. Для армування плити вибираємо холоднотягнений дріт класу Вр-І діаметром Ø3, Ø4 або Ø5 мм, для якого розрахунковий опір розтяганню поздовжньої арматури відповідно:

Rs =375МПа при Ø3мм; Rs =365МПа при Ø4мм; Rs =360МПа при Ø5мм (табл. 23 Норм [2]).

Із конструктивних міркувань попередньо прийнята товщини плити tpl =60мм (п. 1.1).

Rb = Rb,tab γb2 = 11,5·0,9=10,35МПа;

Rb = Rb,tab γb2 = 14,5·0,9=13,05МПа; Rb,tab – табличне значення розрахункового опору бетону стисканню (табл. 13 Норм [2]); (100) – поправний коефіцієнт переходу від кНм до кН·см; (0,1) – поправний коефіцієнт для переходу від МПа до кН/см2.

Обчислимо відстань as від розтягнутої грані плити до центру ваги розтягнутої арматури при захисному шарі бетону аb =10 мм (див. рекомендації п. 5.5 Норм) і діаметрі робочої арматури орієнтовно ds =5 мм:

 

 

2.3.1. Розрахунок необхідних площ арматури із умови міцності нормальних перерізів.

 

Визначаємо граничне значення відносної висоти стиснутої зони бетону за формулою (25) Норм [2]:

 

,

 

де ω = α–0,008 Rb=0,85–0,008·10,35=0,767 – характеристика стисненої зони бетону, якщо для важкого бетону коефіцієнт α=0,85;

σs=Rs – максимальні напруження в розтягнутій арматурі, які дорівнюють розрахунковому опору розтяганню звичайної арматури в ненапружених елементах;

σsc,u =500МПа при γb2 ≤ 1 – граничні напруження в стисненій арматурі, обумовлені граничною стисливістю бетону і які приймають залежно від коефіцієнта умов роботи бетону: σsc,u =400МПа при γb2 > 1.

 

Приймаємо відстань as від розтягнутої грані плити до центру ваги розтягнутої арматури при захисному шарі бетону аb =10 мм (див. рекомендації п. 5.5 Норм) і діаметрі робочої арматури орієнтовно ds =5мм:

 

as = аb+0,5ds =10+0,5·5=13мм=1,3см.

 

Остаточно, заокругливши, приймаємо as=1,5см. Тоді робоча висота перерізу плити:

 

h0 =h– as =5,0–1,5=3,5см.

 

Розрахунок необхідної площі арматури на дію моментів у характерних перерізах плити ведемо з використанням табличних коефіцієнтів: ξ – відносна висота стисненої зони бетону; αm – відносний статичний момент стисненої зони бетону; ζ – відносне плече внутрішньої пари сил.

Перший проліт. Розраховуємо необхідну площу арматури на дію моменту М1=1,19кНм. Коефіцієнт надійності за відповідальністю будинку γn =0,95 для будинку ІІ-го класу.

Обчислюємо коефіцієнт αm:

 

.

 

При цьому відносна висота стиснутої зони:

 

.

 

Хоча відносна висота стиснутої зони ξ близька до оптимальної, все ж перевіряємо умову:

 

 

– умова виконується, переріз відноситься до нормально армованих, міцність робочої арматури буде використана повністю.

Обчислюємо відносне плече внутрішньої пари сил:

 

 

Таким чином, необхідна площа робочої арматури класу ВР-І в крайньому прольоті при Ø4мм і Rs =365МПа:

 

.

 

Перша проміжна опора В. Розраховуємо необхідну площу арматури на дію моменту МB= –1,15кНм. Коефіцієнт надійності за відповідальністю γn =0,95 для будинку ІІ-го класу.

Обчислюємо коефіцієнт αm:

 

.

 

При цьому відносна висота стиснутої зони:

 

.

 

Перевіряємо умову:

 

– умова виконується, переріз відноситься до нормально армованих.

Обчислюємо відносне плече внутрішньої пари сил:

 

 

Таким чином, необхідна площа робочої арматури класу ВР-І на першій проміжній опорі В при Ø4мм і Rs =365МПа:

 

.

 

 

Другий проліт, середні прольоти і середні проміжні опори. Розраховуємо необхідну площу арматури на дію момента М2=1 кНм. Коефіцієнт надійності за відповідальністю будинку γn =0,95 для будинку ІІ-го класу.

Обчислюємо коефіцієнт αm:

 

.

 

При цьому відносна висота стиснутої зони:

 

.

 

Перевіряємо умову:

 

– умова виконується, переріз відноситься до нормально армованих.

Обчислюємо відносне плече внутрішньої пари сил:

 

 

Таким чином, необхідна площа робочої арматури класу Вр-І в другому, середніх польотах і на середніх проміжних опорах при Ø4мм і Rs =365МПа:

 

.

 

 

2.3.2. Конструювання плити зварними рулонними сітками.

 

За необхідною площею арматури As2=0,77см2 в середніх і на середніх опорах приймаємо сітку С1 з поздовжньою робочою арматурою діаметром Ø4мм і кроком 100мм, що відповідає фактичній площі As2,fac=1,26см2> As2=0,77см2. Розподільні стрижні при діаметрі робочої арматури Ø4мм і кроці 100мм приймаємо діаметром Ø3мм з кроком 400мм (табл. 6.34 [7]). При кроці головних балок в чистоті а0,mb =lsb –bmb =4500-200=4300мм. Приймаємо три сітки в межах вказаного габариту з напуском в неробочому напрямі не менше l0v ≥50мм. Необхідна ширина однієї сітки:

 

.

 

З урахуванням n – кратності кроків робочої арматури s1 =100мм і двох поперечних звисів с2=20мм фактичну ширину сітки приймаємо рівною:

 

Вс =n×s1+2с2=15×100+2·20=1540мм.

 

При цьому фактичний напуск сіток становитиме:

 

 

Довжину сітки Lc і величину поздовжніх звисів с1 не обумовлюємо, оскільки вони визначаються за місцем при монтажі.

Таким чином, шифр сітки марки С1:

 

 

В крайніх прольотах і над першими проміжними опорами укладаємо додаткову сітку С2 з необхідною площею робочої арматури:

 

Аs,nec=AsB–As2,fac=0,93–0,77=0,16см2.

 

Таким чином додаткову сітку приймаємо із холоднотягнутого дроту Ø4Вр-І з кроком 250мм з фактичною площею перерізу Аs,fac.=0,20мм2. Розподільні стрижні при діаметрі робочої арматури 3мм і кроці 250мм приймаємо Ø3Вр-І з кроком 400мм. Враховуючи невелику протяжність додаткових сіток С2, приймаємо в межах кроку головних балок дві сітки – nc=2.