архитектура зданий часть 2. ПЗ-97. Курсового проекта Проектирование несущих конструкций многоэтажного гражданского здания
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт дистанционного образования Кафедра ____________ЖБК________________________________________ КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине Железобетонные и каменные конструкции Тема Проектирование несущих конструкций многоэтажного гражданского здания Выполнил обучающийся ИДО(зиуп)-2018-18-б(п) Баранчук А.В. (институт (филиал, курс, группа, Ф.И.О.) Руководитель курсового проекта Доц. каф. Алексейцев А.В. ученое звание, ученая степень, должность, Ф.И.О.) К защите дата, подпись руководителя) Курсовой проект защищен с оценкой оценка цифрой и прописью) Руководитель курсового проекта дата, подпись руководителя) Председатель аттестационной комиссии ученое звание, ученая степень, должность, Ф.И.О.) Члены комиссии дата, подпись члена комиссии) г. Москва г. 2 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт дистанционного образования Кафедра ____________________ЖБК_____________________________________________ Дисциплина_______________ Железобетонные и каменные конструкции ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ФИО обучающегося Баранчук А.В. Курс, группа ИДО(зиуп)-2018-18-б(п) 1. Тема курсового проекта Проектирование несущих конструкций многоэтажного гражданского здания 2. Исходные данные к курсовому проекту Вариант №25, пол №1 3. Содержание текстовой части (перечень подлежащих разработке вопросов - Компоновка конструктивной схемы - Расчет и конструирование плиты перекрытия - Расчет и конструирование ригеля - Расчет и конструирование колонны - Расчет и конструирование фундамента 4. Перечень графического и иного материала (сточным указанием обязательных чертежей - Многопустотная плита - Ригель - Колонна - Фундамент монолитный. График выполнения курсового проекта № Наименование этапа выполнения курсового проекта Срок выполнения Процент выполнения курсового проекта 1 Расчетная часть 10.03.21 50 2 Графическая часть 10.05.21 50 3 5. Дата выдачи задания ________________________________________________________ Руководитель курсового проекта ____________________ подпись) 3 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 5 1 КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ......................................... 6 2 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ ..................... 9 2.1 Исходные данные ....................................................................................... 9 2.2 Расчет плиты по предельным состояниям первой группы .................. 10 2.3 Расчет плиты по предельным состояниям второй группы ................... 15 3 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ РИГЕЛЯ .............................................. 22 3.1 Исходные данные ..................................................................................... 22 3.2 Определение усилий в ригеле ................................................................. 24 3.3 Расчет ригеля по прочности нормальных сечений при действии изгибающего момента ........................................................................................ 24 3.4 Расчёт ригеля по прочности при действии поперечных сил. 26 3.5 Построение эпюры материалов ............................................................... 30 4 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОННЫ ......................................... 34 4.1 Исходные данные ..................................................................................... 34 4.2 Определение усилий в колонне ............................................................... 35 4.3 Расчет колонны по прочности ................................................................. 36 5 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА. 38 5.1 Исходные данные ..................................................................................... 38 5.2 Определение размера стороны подошвы фундамента ......................... 38 5.3 Определение высоты фундамента .......................................................... 39 5.4 Расчет на продавливание ......................................................................... 41 5.5 Определение площади арматуры подошвы фундамента ..................... 43 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 45 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..................................................................................... 46 4 ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ 1. Размер зданиям х 2. Количество этажей – 12; 3. Высота этажа, надземного, м – 3,0; подземного, м – 4,2; 4. Расстояние от пола го этажа до планировочной отметки, м – 0,6; 5. Тип грунта – песок 6. Условное расчетное давление грунта, МПа – 0,3; 7. Район строительства – г. Волгоград 8. Полное значение временной нагрузки на перекрытие – 3,5 кПа; 9. Длительная часть временной нагрузки на перекрытие – 1,225 кПа; 10. Тип пола № 1 рис. 1. Рисунок 1. Тип пола 5 ВВЕДЕНИЕ На сегодняшний день в строительстве широко применяются железобетонные изделия. Масштабность применения железобетонных изделий обусловлено их высокими физико-механическими показателями, долговечностью, хорошей сопротивляемостью температурными влажностным воздействиям. В строительстве промышленных зданий применение железобетонных изделий обеспечивает снижение материалоемкости, увеличение скорости монтажа. Курс Железобетонные и каменные конструкции направленна получение необходимых и знаний и практического опыта в расчете железобетонных конструкций. Целями выполнения курсового проекта являются - закрепление пройденного теоретического материала - освоение практических методов самостоятельного расчета и конструирования наиболее распространенных видов конструкций многопустотной предварительно напряженной плиты перекрытия, ригеля, колонны и фундамента под колонну. 6 1 КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ Связевая конструктивная схема здания с поперечным расположением ригеля и сеткой колонн размерами в плане хм (рис. 2). Число надземных этажей – 12 и подвал. Высота надземных этажей – 3,0 м, подвалам. Ригель таврового сечения шириною b b = 20 см и высотой ℎ 𝑏 = 1 15 ∙ 510 = 34,0 см, принимаем высоту ригеля 45 см без предварительного натяжения арматуры (рис. 3). Примечание предварительно назначенные размеры могут быть уточнены при последующем расчете и конструировании ригеля. Плиты многопустотные предварительно напряженные высотой 22 см, шириной 1,2 м (риса также плиты распорки двух типов шириной 1,5 мим. Колонны сечением х см. Величина временной нагрузки при расчете плиты перекрытия принимается согласно заданию 3,5 кПа. Рисунок 2. Конструктивная схема здания Разрез 1-1 Разрез 2-2 Рисунок 3. Для расчета плиты перекрытия 9 2 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ 2.1 Исходные данные Нагрузки нам перекрытия приведен в таблице 1. Таблица 1 Нагрузки нам перекрытия Вид нагрузки Нормативная нагрузка, кН/м 2 Коэффициент надежности по нагрузке Расчетная нагрузка, кН/м 2 1 2 3 4 Паркет штучный δ= 15 мм 0,105 1,2 0,13 Мастика клеящая δ=4 мм 0,056 1,3 0,07 Слой звукоизоляции δ=20 мм 0,008 1,2 0,01 Цементно-песчаная стяжка, δ=40 мм 0,72 1,3 0,94 Многопустотная сборная плита перекрытия с омоноличиванием швов, δ=220 мм 3,30 1,1 3,63 Итого постоянная нагрузка g 4,28 4,89 Временная Перегородки, δ = 120 мм (приведенная нагрузка, длительная) v p 0,50 1,2 0,60 Полезная (из задания) в том числе 3,50 1,2 4,20 Кратковременная v sh 2,275 1,2 1,47 Длительная v lon 1,225 1,2 1,47 Итого временная нагрузка v 4,00 4,80 Временная нагрузка без учета перегородок v 0 3,50 4,20 Полная нагрузка g+ v 8,28 9,69 Нагрузка на 1 погонный метр плиты при номинальной ее ширине 1,2 мс учетом коэффициента надежности по ответственности здания γ n = 1,0 [ 3 ]: 1. Расчетная постоянная 𝑔 = 4,89 ∙ 1,2 ∙ 1,0 = 5,87 кН/м; 2. Расчетная полная (𝑔 + 𝑣) = 9,69 ∙ 1,2 ∙ 1,0 = 11,63 кН/м; 3. Нормативная постоянная 𝑔 𝑛 = 4,28 ∙ 1,2 ∙ 1,0 = 5,14 кН/м; 4. Нормативная полная (𝑔 𝑛 + 𝑣 𝑛 ) = 8,28 ∙ 1,2 ∙ 1,0 = 9,94 кН/м; 5. Нормативная постоянная и длительная (𝑔 𝑛 + 𝑣 𝑙𝑜𝑛,𝑛 ) = (4,28 + 1,225) ∙ 1,2 ∙ 1,0 = 6,61 кН/м. 10 Конструктивный размер плиты 𝑙 = 5,3 − 0,1 − 0,1 − 0,01 − 0,01 = 5,08 м. Материалы для плиты Бетон тяжелый класса В. Расчетные сопротивления бетона для расчета по первой группе предельных состояний R b = 11,5 МПа [1], R bt = 0,9 МПа. Расчетные сопротивления бетона для расчета по второй группе предельных состояний R b,n = R b,ser = 15,0 МПа [1], R bt,n = R bt,ser = 1,35 МПа [1], γ b1 = 0,9. Начальный модуль упругости бетона E b = 27,5 · 10 3 МПа [1]. Технология изготовления плиты агрегато-поточная. Плита подвергается тепловой обработке при атмосферном давлении. Натяжение напрягаемой арматуры осуществляется электротермическим способом. Арматура продольная напрягаемая класса A600: R s,n = R s,ser = 600 МПа R s = 520 МПа E s = 20 · 10 5 МПа [1]; ненапрягаемая класса В R s = 435 МПа R sw = 300 МПа [1]. 2.2 Расчет плиты по предельным состояниям первой группы Определение внутренних усилий Расчетный пролет плиты в соответствии с рис. 3: 𝑙 0 = 5,3 − 0,10 − 0,10 − 0,01 − 0,01 − 0,09 2 − 0,09 2 = (𝑙 − 0,31) = 4,99 м. Поперечное конструктивное сечение плиты заменяется эквивалентным двутавровым сечением (рис. 4). Размеры сечения плиты - высота сечения h = 22 см - рабочая высота сечения ℎ 0 = ℎ − 𝑎 𝑝 = 22 − 3 = 19 см - ширина нижней полки 𝑏 𝑓 = 119 см - ширина верхней полки 𝑏 𝑓 ′ = 119 − 3 = 116 см. - толщина полок ℎ 𝑓 ′ = ℎ 𝑓 = 0,5(ℎ − 𝑑) = 0,5 ∙ (22 − 15,9) = 3,05 см - ширина ребра 11 𝑏 = 𝑏 𝑓 − 𝑛𝑑 = 119 − 6 ∙ 15,9 = см, где n – количество пустот. Рисунок 4. Расчетное сечение пустотной плиты перекрытия Плита рассчитывается как однопролетная шарнирно опертая балка, загруженная равномерно распределенной нагрузкой (рис. 5). Усилия от полной расчетной нагрузки 1. Максимальный изгибающий момент в середине пролета 𝑀 = (𝑔+𝑣)∙𝑙 0 2 8 = 11,63∙4,99 2 8 = 36,20 кН·м, 2. Максимальная поперечная силана опорах 𝑄 = (𝑔+𝑣)∙𝑙 0 2 = 11,63∙4,99 2 = 29,02 кН Усилия от нормативной нагрузки (изгибающие моменты 1. Полной нагрузки 𝑀 𝑛 = (𝑔 𝑛 +𝑣 𝑛 )∙𝑙 0 2 8 = 9,94∙4,99 2 8 = 30,94 кН·м, 2. Постоянной и временной длительной нагрузки 𝑀 𝑛𝑙 = (𝑔 𝑛 +𝑣 𝑙𝑜𝑛,𝑛 )∙𝑙 0 2 8 = 6,61∙4,99 2 8 = 20,57 кН·м. Рисунок 5. Расчетная схема плиты и эпюры усилий 12 Расчет по прочности нормального сечения при действии изгибающего момента При расчете по прочности расчетное поперечное сечение плиты принимается тавровым с полкой в сжатой зоне (свесы полок в растянутой зоне не учитываются. При расчете принимается вся ширина верхней полки 𝑏 𝑓 ′ = 146 см, т.к. 𝑏 𝑓 ′ −𝑏 2 = 116−23,6 2 = 46,20 < 1 6 𝑙 = 1 6 ∙ 508 = 84,67 см, где l – конструктивный размер плиты, см. Положение границы сжатой зоны определяется из условия 𝑀 ≤ 𝑀 𝑥=ℎ 𝑓 ′ = 𝛾 𝑏1 ∙ 𝑅 𝑏 ∙ 𝑏 𝑓 ′ ∙ ℎ 𝑓 ′ (ℎ 0 − 0, 5ℎ 𝑓 ′ ), где М – изгибающий момент в середине пролета от полной нагрузки (g+v); 𝑀 𝑥=ℎ 𝑓 ′ – момент внутренних сил в нормальном сечении плиты, при котором нейтральная ось проходит по нижней грани сжатой полки R b – расчетное сопротивление бетона сжатию. 3620кН·см ≤ 0,9 · 1,15 · 116 · 3,05 · (19 - 0,5 3,05) = 6399,05 кН·см, где R b = 11,5 МПа = 1,15 кН/см 2 36,20 кН·м ˂ 63,99 кН·м – условие выполняется, те. расчет ведем как для прямоугольного сечения. Далее определяем 𝑎 𝑚 = 𝑀 𝛾 𝑏1 ∙𝑅 𝑏 ∙𝑏 𝑓 ′ ∙ℎ 0 2 = 3620 0,9∙1,15∙116∙19 2 = 0,084; 𝜉 = 1 − √1 − 2𝑎 𝑚 = 1 − √1 − 2 ∙ 0,084 = 0,088. 𝜉 = 𝑥 ℎ 0 – относительная высота сжатой зоны бетона должно выполняться условие 𝜉 ˂ 𝜉 R , где 𝜉 R – граничная относительная высота сжатой зоны. Тогда относительная высота сжатой зоны бетона 𝑥 = 𝜉ℎ 0 = 0,088 ∙ 19 = 1,672 см = 16,72 мм. Значение 𝜉 R можно определить по табл. 3.2 [7] или по формуле 13 𝜉 𝑅 = 𝑥 𝑅 ℎ 0 = 0,8 1+ 𝜀𝑠,𝑒𝑙 𝜀𝑏,2 , где 𝜀 𝑠,𝑒𝑙 – относительная деформация арматуры растянутой зоны, вызванная внешней нагрузкой при достижении в этой арматуре напряжения, равного R s ; 𝜀 𝑏,2 – относительная деформация сжатого бетона при напряжениях, равных R b , принимаемой равной 0,0035. Для арматуры с условным пределом текучести значение определяется по формуле 𝜀 𝑠,𝑒𝑙 = 𝑅 𝑠 +400−𝜎 𝑠𝑝 𝐸 𝑠 , где 𝜎 𝑠𝑝 ∗ - предварительное напряжение в арматуре с учетом всех потерь и коэффициентом γ sp = 0,9. Предварительное напряжение арматуры 𝜎 𝑠𝑝 принимают не более 0,9 R s,n для горячекатанной и термомеханически упрочненной арматуры и не более 0,8 R s,n для холоднодеформированной арматуры и арматурных канатов. Принимаем 𝜎 𝑠𝑝 ∗ = 0,9𝑅 𝑠𝑛 = 0,9 ∙ 600 = 540 МПа. При проектировании конструкций полные суммарные потери следует принимать не менее 100 МПа. При определении 𝜀 𝑠,𝑒𝑙 : 𝜎 𝑠𝑝 = 0,9𝜎 𝑠𝑝 ∗ − 100 = 0,9 ∙ 540 − 100 = 386 МПа 𝜀 𝑠,𝑒𝑙 = 520+400−386 2,0∙10 5 = 0,00267; 𝜉 𝑅 = 0,8 1+ 0,00267 0,0035 = 0,464; условие 𝜉 = 0,088 ˂ 𝜉 R = 0,464 соблюдается. Площадь сечения арматуры равна 𝐴 𝑠𝑝,𝑒𝑓 = 𝛾 𝑏1 ∙𝑅 𝑏 ∙𝑏 𝑓 ′ ∙𝜉∙ℎ 0 𝛾 𝑠3 ∙𝑅 𝑠 = 0,9∙1,15∙116∙0,088∙19,0 1,1∙52,0 = 3,51 см, где γ s3 = 1,1, т.к. 𝜉 𝜉 𝑅 = 0,088 0,464 = 0,190 ˂ 0,60; R s = 520 МПа = 52,0 кН/см 2 Принимаем 6ø10 Ас А =4,71 см 14 Расчет по прочности при действии поперечной силы Поперечная сила от полной нагрузки Q =29,02 кН. Расчет предварительно напряженных элементов по сжатой бетонной полосе между наклонными сечениями производят из условия 𝑄 ≤ 𝜑 𝑏1 ∙ 𝛾 𝑏1 ∙ 𝑅 𝑏 ∙ 𝑏 ∙ ℎ 0 , где 𝜑 𝑏1 – коэффициент, принимаемый равным 0,3; 𝑏 – ширина ребра, 𝑏 = 23,60 см. 𝑄 ≤ 0,3 ∙ 0,9 ∙ 1,15 ∙ 23,60 ∙ 19,0 = 139,23 кН. 29,02 кН ˂ 139,23кН условие соблюдается. Расчет предварительно напряженных изгибаемых элементов по наклонному сечению проверяем из условия Q ≤ Q b + Q sw , где Q – поперечная сила в конце наклонного сечения Q b – поперечная сила, воспринимаемая бетоном в наклонном сечении Q sw – поперечная сила, воспринимаемая поперечной арматурой в наклонном сечении (рис. 6). 𝑄 𝑏 = 𝜑 𝑏2 ∙𝛾 𝑏1 ∙𝑅 𝑏𝑡 ∙𝑏∙ℎ 0 2 𝑐 , принимается не более 2,5 ∙ 𝛾 𝑏1 ∙ 𝑅 𝑏𝑡 ∙ 𝑏 ∙ и не менее 0,5 ∙ 𝛾 𝑏1 ∙ 𝑅 𝑏𝑡 ∙ 𝑏 ∙ ℎ 0 , где 𝜑 𝑏2 – коэффициент, принимаемый равным 0,5; R bt = 0,9 МПа = 0,09 кН/см 2 𝑄 𝑏 = 0,5 ∙ 𝛾 𝑏1 ∙ 𝑅 𝑏𝑡 ∙ 𝑏 ∙ ℎ 0 = 0,5 ∙ 0,9 ∙ 0,09 ∙ 23,60 ∙ 19,0 = 18,16 кН. Действующая поперечная сила Q = 29,02 кН ˃ 𝑄 𝑏 = 18,16 кН, следовательно, необходима установка поперечной арматуры по расчету. Допускается производить расчет прочности наклонного сечения из условия Q 1 ≥ Q b1 + Q sw1 , где 𝑄 𝑏1 = 0,5 ∙ 𝛾 𝑏1 ∙ 𝑅 𝑏 ∙ 𝑏 ∙ ℎ 0 𝑄 𝑠𝑤1 = 𝑞 𝑠𝑤 ∙ Принимаем 𝑄 𝑏1 = 𝑄 𝑏,𝑚𝑖𝑛 = 18,16 кН, тогда 15 𝑄 𝑠𝑤1 = 𝑄 1 − 𝑄 𝑏1 = 29,02 − 18,16 = 10,86 кН. 𝑞 𝑠𝑤 = 𝑄 𝑠𝑤1 ÷ ℎ 0 = 10,86 ÷ 19,0 = 0,57 кН/см. Поперечная арматура учитывается в расчете, если 𝑞 𝑠𝑤 ≥ 𝑞 𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑞 𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 = 0,25𝛾 𝑏1 ∙ 𝑅 𝑏𝑡 ∙ 𝑏 = 0,25 ∙ 0,9 ∙ 0,09 ∙ 23,60 = 0,48 кН/см. Условие 𝑞 𝑠𝑤 ≥ 𝑞 𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 соблюдается. Тогда назначаем шаг хомутов s w = см ≤ 0,5ℎ 0 [ 3 ], из формулы 𝑞 𝑠𝑤 = 𝑅 𝑠𝑤 ∙𝐴 𝑠𝑤 𝑠 𝑤 получаем 𝐴 𝑠𝑤 = 𝑞 𝑠𝑤 ∙𝑠 𝑤 𝑅 𝑠𝑤 = 0,57∙10 30 = 0,19 см, где R sw = 300 МПа = 30 кН/см 2 Принимаем на приопорных участках плиты по 2 каркаса длиной равной ¼ продольного размера плиты с поперечной рабочей арматурой, расположенной с шагом s w = см. Для 2 ø4 В500С водном сечении имеем 𝐴 𝑠𝑤,𝑒𝑓 = 0,25 см ≥ 𝐴 𝑠𝑤 , проверяем прочность сечения 𝑞 𝑠𝑤 = 𝑅 𝑠𝑤 ∙𝐴 𝑠𝑤 𝑠 𝑤 = 30∙0,25 10 = 0,75 кН/см, 𝑄 𝑠𝑤1 = 0,75 ∙ 19,0 = 14,25 кН. 29,02кН ˂ 18,16кН + 14,25кН = 32,41 кН, т.к. условие выполнятся, то прочность по наклонному сечению обеспечена. Рисунок 6. К расчету поперечной силы |