Пояснительная записка. ПЗ. Курсовой проект по дисциплине Строительные конструкции

Название	Курсовой проект по дисциплине Строительные конструкции
Анкор	Пояснительная записка
Дата	17.06.2020
Размер	405.5 Kb.
Формат файла
Имя файла	ПЗ.doc
Тип	Курсовой проект #130844

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Белорусский национальный технический университет

Факультет транспортных коммуникаций

Кафедра «Мосты и тоннели»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине «Строительные конструкции»

Тема: «Подземный комплекс»

Исполнитель: студент ФТК, 3-й курс, гр. 11404117

_______________ Глушенок Артём Васильевич
Руководитель проекта: ст. преподаватель

_______________ Вайтович Александр Николаевич

Минск 2020

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Белорусский национальный технический университет

Факультет транспортных коммуникаций

Кафедра «Мосты и тоннели»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине «Строительные конструкции»
Тема: «Подземный комплекс»

Исполнитель: студент ФТК, 3-й курс, гр. 11404117

_______________ Глушенок Артём Васильевич
Руководитель проекта: ст. преподаватель

_______________ Вайтович Александр Николаевич

Минск 2020

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Объемно-планировочное решение сооружения
Расчет железобетонной плиты

2.1 Сбор нагрузок

2.2 Определение толщины железобетонной плиты перекрытия

2.3 Расчет продольной арматуры

2.4 Подбор поперечной вертикальной арматуры

2.5 Расчёт полки плиты

Расчет монолитного ригеля

3.1 Построение огибающей эпюры моментов
3.2 Определение высоты ригеля
3.3 Расчет продольной нижней арматуры ригеля

3.4 Расчет продольной верхней арматуры ригеля

Расчет стенового блока

4.1 Расчет продольной арматуры в стеновом блоке

Расчёт колонны
Расчет фундамента под колонну

6.1 Определение давления на фундамент

6.2 Расчёт рабочей арматуры подошвы фундамента

Заключение
Литература

Введение

При решении транспортной проблемы в крупных городах принимают меры и по упорядочению пешеходного движения, по созданию специальных пешеходных путей, изолированных от транспорта, удобных и доступных населению, обеспечивающих связь со всеми крупными городскими центрами. При организации системы пешеходных путей в городах неизбежно возникает необходимость пересечения автомагистралей, железнодорожных и транспортных путей. Несмотря на специальные меры по обеспечению условий безопасности в случае устройства наземного перехода (светофорное регулирование, разметка, ограждения на тротуарах, островки безопасности, четкие указатели и т.п.), такой переход не может гарантировать в полной мере безопасность пешеходов. Кроме того, при наземных переходах нельзя обеспечить скоростное и непрерывное движение транспорта по магистрали. В связи с этим в городах широко применяют внеуличные пешеходные переходы мостового или тоннельного типа.

В большинстве случаев сооружают пешеходные тоннели, основное преимущество которых перед мостами заключается в меньшей высоте подъема и опускания пешеходов.

Строительство пешеходного моста через широкую автомагистраль требует устройства промежуточных опор, что приводит к ухудшению условий видимости и снижению безопасности движения транспорта. Пешеходные мосты, особенно при плотной малоэтажной застройке, ухудшают архитектурные качества городских ансамблей; возникают трудности в размещении сходов с моста.

В отличие от мостов пешеходные тоннели защищают пешеходов от воздействия вредных газов, а также от неблагоприятных погодных факторов. Пешеходные тоннели не стесняют проезжую часть дороги, легче осуществляется их связь с наземными и подземными сооружениями. Вместе с тем сооружение пешеходных тоннелей связано с необходимостью выполнения больших объемов земляных работ и переустройства подземных коммуникаций. Следует иметь в виду, что строительство пешеходных тоннелей в центре города без перерыва уличного движения значительно дороже, чем таких же тоннелей на незастроенных территориях.

Эксплуатация пешеходных тоннелей требует довольно сложной системы водоотвода и искусственного освещения. В связи с этим стоимость сооружения тоннеля весьма высока и примерно в 1,5—2 раза превышает стоимость моста. Однако с увеличением длины перехода, а следовательно, и с увеличением пролетов моста разница в стоимости сокращается.

Экономическая эффективность строительства пешеходных тоннелей достигается за счет ликвидации потерь времени транспорта у светофоров и полного устранения дорожно-транспортных происшествий, связанных с пешеходами.

Пешеходные тоннели в городах сооружают: по трассе скоростных дорог и магистралей непрерывного движения; на улицах и дорогах с регулируемым движением транспорта при интенсивности пешеходного движения через проезжую часть более 3000 чел. в 1 ч и при ее ширине более 14 м на улицах и дорогах с нерегулируемым движением транспорта при интенсивности автомобильного движения более 600 автомобилей в 1 ч в обоих направлениях и одновременной интенсивности пешеходного движения через проезжую часть более 1500 чел. в 1 ч.; на перекрестках, примыканиях или развилках улиц и дорог, на крупных площадях, где интенсивные транспортные потоки затрудняют свободное и безопасное движение пешеходов в одном уровне с транспортом; в местах наибольшего тяготения пешеходных потоков: вблизи станций метрополитена, железнодорожных, авто- и аэровокзалов, стадионов, парков, торговых центров, зрелищных предприятий и т. п.; в составе крупных транспортных развязок в разных уровнях; при пересечении линий городских железных дорог, наземных линий метрополитена или скоростного трамвая (на станциях и перегонах) ; при пересечении высотных и контурных препятствий (холмов, возвышенностей, насыпей, дамб, рек, каналов, озер, водохранилищ и т. п.).

В последние годы в крупных городах сооружают подземные пешеходные уровни (залы, площади, улицы) как отдельно расположенные, так и совмещенные с многоярусными подземными комплексами многоцелевого назначения. Их размещают на крупных транспортных узлах, вблизи вокзалов, аэропортов, административных и торговых центров. Пешеходные уровни на привокзальных площадях должны иметь связь со стоянками автомобилей и остановками общественного транспорта и соединены системой пешеходных тоннелей с посадочными платформами.

ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ СООРУЖЕНИЯ

Планировочные решения пешеходных тоннелей отличаются большим разнообразием и зависят главным образом от топографических и градостроительных условий. При пересечении скоростных дорог и магистралей непрерывного движения, а также линий железной дороги или высотных и контурных препятствий чаще всего устраивают одиночные пешеходные тоннели линейного типа. Их располагают по трассе магистрали перпендикулярно оси проезжей части через 400—500 м. В дальнейшем с ростом пешеходных потоков может потребоваться создание между существующими дополнительных пешеходных тоннелей. В некоторых случаях, когда ширина тротуаров на отдельных участках вдоль магистралей становится недостаточной для пропуска пешеходов, подземные переходы трассируют вдоль магистрали, устраивая ответвления для выходов на обе ее стороны.

Чаще всего на перекрестках и площадях устраивают несколько пешеходных тоннелей в виде примыкающих друг к другу, взаимно пересекающихся или разветвляющихся коридоров, а также замкнутого контура.

При преобладающих пешеходных потоках в диагональных направлениях тоннели на прямых перекрестках устраивают по Х-образной схеме, что приводит к некоторому удлинению путей пешеходов, которые пересекают одну из магистралей, но обеспечивает кратчайшее пересечение обеих магистралей.

Пешеходные тоннели на Т- и У-образных примыканиях, а также на развилках двух магистралей состоят обычно из разветвляющихся коридоров, примыкающих под углом друг к другу и имеющих выходы на близ расположенные улицы. При этом следует стремиться по возможности обеспечить связь всех тротуаров без наземных переходов.

На больших площадях, где сходятся четыре, пять и более крупных магистралей и улиц, пешеходные тоннели могут иметь достаточно сложные планировочные схемы. Они могут быть полигонального или криволинейного очертания в плане или состоять из отдельных прямолинейных и криволинейных коридоров и т. п. На крупных площадях наиболее целесообразно устройство центрального распределительного пешеходного зала, к которому примыкают отдельные подземные коридоры, ведущие ко всем тротуарам, остановкам общественного транспорта, административным и торговым зданиям.

Центральный зал позволяет равномерно распределять пешеходные потоки и служит также для размещения в нем магазинов, лотков, киосков, кафе, ресторанов, витрин и т. п. Центральный зал может быть кругового, прямоугольного, полигонального, овального или любого другого замкнутого очертания. На площадях с кольцевой организацией движения транспорта подземный распределительный зал может быть выполнен в виде открытого сверху заглубленного островка. Это способствует лучшему освещению и проветриванию подземного перехода, хотя не обеспечивает защиты от атмосферных осадков.

Исходные данные для проектирования:

Тип подземного сооружения исходя из координатов GPS (047):

Количество пролетов в сечении: 3;
Пролет блока перекрытия: 7,0 м;
Ширина блока перекрытия: 2,4 м;
Тип блока перекрытия: П-образный;
Глубина засыпки над тоннелем: 2,5 м;
Нагрузка от автотранспортных средств: АБ-151;
Характеристика грунтов: ρ = 1800 кг/м³, φ = 28º;
R₀ = 300 кПа.

Согласно проекта, подземный комплекс расположенный под перекрестком двух автомагистралей, имеет четыре лестничных схода.

По проекту плиты перекрытий и лотковые плиты будут выполнены из сборного железобетона, а колонны и ригели будут выполнены из монолитного железобетона.

Движение в переходе осуществляется по представленной слева схеме. В центре комплекса находятся торговые помещения и подсобные помещения.

Объемно-планировочное решение подземного комплекса представлено на листе с графическим материалом (план, разрезы и узлы).

План комплекса выполнен на отметке -3.200м.

2. РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПЛИТЫ

2.1 Сбор нагрузок

Сбор нагрузок на 1 м² перекрытия представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Нагрузка на 1 м² перекрытия.

Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м²	Коэффициент надежности	Расчетная нагрузка, кН/м²
Постоянная 1. Асфальтобетон 180мм	1,81	1,35	2,44
2. Подстилающий слой из щебня 200мм	3,53	1,35	4,77
3.Засыпка грунта n=2,5м	44,145	1,35	59,60
4. Армирующий защитный слой	1,23	1,35	1,66
5. Гидроизоляция (два слоя) 1 слой = 0,05кПа	0,1	1,35	0,135
6.Выравнивающий слой 50-100мм	2,16	1,35	2,91
7. Железобетонная плита ( )	59,7	1,1	65,67
Итого	G_k = 112,675		G_d = 137,185
Временная АБ-151	13,04	1,35	17,6
Всего	Q_k=125,715		Q_rd = 154,785

Рисунок 2.1 Схема к расчету внешней нагрузки.

Рисунок 2.2 Схема к расчету внешней нагрузки.

А = 8600 мм.

В = 13200 мм.

Грузовая площадь

S = A·B = 8,6·13,2 = 113,52 м²

– автомобильная нагрузка

– нагрузка от других транспортных средств.

Тогда временная нагрузка равна q_вр = 13,04 + 5,60 = 18,64 кПа.
2.2 Определение толщины железобетонной плиты перекрытия.

Расчётная схема плиты представляет собой балку на двух опорах. Ширина плиты равна 2,4 м. Расчетная длина пролета плиты равна: l_п= 6,575м.

Максимальный изгибающий момент, который возникает в середине пролета равен:

Плита изготавливается из бетона класса С^35/45 с расчетным сопротивлением сжатию

.

Определим толщину плиты по формуле:

;

Принимаем с = 50 мм и ξ = 0,15.

.

Так как толщина плиты должна быть кратна 10, принимаем d = 510 мм.

За окончательную толщину плиты принимаем h равное

h = d + c = 510 + 50 = 560 мм

Принимаем h = 560 мм.

Рассчитываем толщину полки:

принимаем d = 50 мм

За окончательную толщину полки принимаем h равное

h = d + c = 50+ 50 = 100 мм
Окончательный вид сечения представлен на рисунке 2.3

Рисунок 2.3 Сечение сборной ж/б плиты
Далее производим пересчет нагрузки от железобетонной плиты:

Площадь поперечного сечения плиты равна:

S_{попереч.сечение} = 2,4·0,56 - 2·0,38 = 0,584 м².

Объём плиты равен:

V_бетона = 0,584·6,575 = 3,84 м³.

Объём ребра плиты равен:

V_реб = 0,2·0,025·2 = 0,01 м³.

Общий объём плиты:

V_общ=V_бетона +6 V_реб = 3,84+6·0,01 = 3,9 м³.
Тогда вес плиты равен:

P = ρ_ж/б·V_общ=2500·3,9 = 9750 кг=97кН.

нагрузка от ж/б плиты составит:

q_пл = P/S_пл = 97/ (2,4·6,575) = 6,147кН/м².

2.3 Расчет продольной арматуры.

.

Предварительный подбор сечения продольной арматуры.

Арматура класса S500, f_yk = 500 МПа, f_yd = f_yk/1,1 = 454,54 МПа.
Находим границу сжатой зоны плиты

2855,59 > 2007,43 => граница сжатой зоны лежит выше нижней границы верхней полки.
Определяем к-т сжатой зоны 

 = 0,114.
Для армирования перекрытия используем непреднапрягаемую арматуру марки S500

fsk = 500 МПа, fyd = fsk / 1.1 = 454,54 МПа
Находим необходимую площадь стержней арматуры:

Принимаем по четыре стержня 36 диаметра в каждом ребре плиты.

Получаем

2.4 Подбор поперечной вертикальной арматуры
Вычислим поперечные силы на концах плиты

Вычислим расчётное сопротивление бетона на растяжение

Вычислим поперечную силу, которую будет держать бетон на срез у опор

Так-как

, то поперечную арматуру(D=6мм) подбираем по расчету.
Находим максимальный шаг поперечной арматуры:

_{Конструктивно шаг поперечной арматуры принимаем равным}_S_=700мм.
_{Принимаем количество ветвей поперечной арматуры}_n₌₄
_{Определяем напряжение в поперечном сечении арматуры:}

_{Определяем длину горизонтальной проекции трещины:}

_{Совмесная работа арматуры и бетона:}

- условие выполняется

2.5 Расчёт полки плиты

Вычислим пролёт между рёбрами плиты

Вычислим максимальный момент в середине и по краям плиты, для грузовой полосы шириной метр

Определим 

d =35мм : арматуру укладываем по центру сечения, с защитным слоем не менее 30мм, максимальный диаметр арматуры для соблюдения выше принятых условий 10мм.

Определим суммарную площадь поперечного сечения арматуры на 1м

Для армирования верхней полки принимаем арматурную сетку:
- Поперёк пролёта плиты перекрытия:

Ø6 шаг 725мм (9шт/м = 255

)

- Вдоль пролёта плиты перекрытия:

Из условия минимального процента армирования

Ø3 шаг 395мм (конструктивно 5 шт/м = 36,5

)

3. РАСЧЕТ МОНОЛИТНОГО РИГЕЛЯ

3.1 Построение огибающей эпюры моментов
Огибающая эпюра моментов для ригеля строится по значениям моментов в конкретных точках ригеля, найденных по следующей формуле:

где l₀ – расчётный пролет (l₀ = 4,8 м)

b_груз– ширина грузовой полосы (b_груз= 7,0 м)

β – коэффициент принимаемый по отношению

Принимаем

Обозначим

;

. Тогда момент будет равен

;

.

Значение момента в различных точках ригеля представлены в таблице 1.2

Таблица 3.1. Построение эпюры моментов

№ пролета	№ точки	Доля пролета	Β		К	М_sd , кНм
№ пролета	№ точки	Доля пролета	Снизу	Сверху	К	Снизу	Сверху
I	0	0	0	0	7080	0	0
	1	0,2⋅l₀	0,065	0	7080	460	0
	2	0,4⋅l₀	0,09	0	7080	637	0
	2’	0,425⋅l₀	0,091	0	7080	644	0
	3	0,6⋅l₀	0,075	0	7080	531	0
	4	0,8⋅l₀	0,02	0	7080	142	0
	5	l₀	0	-0,0715	7080	0	-506
II	5	0	0	-0,0715	10555	0	-755
	6	0,2⋅l₀	0,018	-0,02	10555	190	-211
	7	0,4⋅l₀	0,058	0,016	10555	612	169
	7(max)	0,5⋅l₀	0,0625	0,0125	10555	660	132
	8	0,6⋅l₀	0,058	0,009	10555	612	95
	9	0,8⋅l₀	0,018	-0,014	10555	190	-148
	10	L₀	0	-0,0625	10555	0	-660
III	10	0	0	-0,0625	10555	0	-660
	11	0,2⋅l₀	0,018	-0,013	10555	190	-137
	12	0,4⋅l₀	0,058	0,013	10555	612	137
	12(max)	0,5⋅l₀	0,0625	0,013	10555	660	137
	13	0,6⋅l₀	0,058	0,013	10555	612	137
	14	0,8⋅l₀	0,018	-0,013	10555	190	-137
	15	l₀	0	-0,0625	10555	0	660

3.2 Определение высоты ригеля

Значение максимального момента равно М_sd = 644 кНм.

Назначим ширину ребра ригеля b = 300 мм

Вычисляем ξ_max:

α_m определяем по значению ξ_опт= 0,2 – 0,5 (При ξ_опт= 0,3; α_m = 0,255)

Бетон и арматуру для ригеля выбираем соответственно класса С^35/45 и S500.

f_ck = 35 Мпа;

; f_yk = 500 Мпа;

Мпа.

Определим толщину ригеля по формуле:

мм.

Так как толщина ригеля должна быть кратна 100, принимаем d = 600 мм.

За окончательную толщину плиты принимаем h равное

h = d + c = 600 + 50 = 650 мм

3.3 Расчет продольной нижней арматуры ригеля

Для первого пролета:

Определяем к-т сжатой зоны 

 = 0,3.
Для армирования используем непреднапрягаемую арматуру марки S500

fsk = 500 МПа, fyd = fsk / 1.1 = 434,78 МПа
Находим необходимую площадь стержней арматуры:

Принимаем 2 стержня 36-го диаметра и 8 стержней 12-го диаметра. Получаем

Проверяем экономичность запроектированного ригеля:

Для второго пролета:

Определяем к-т сжатой зоны 

 = 0,31.
Для армирования используем непреднапрягаемую арматуру марки S500

fsk = 500 МПа, fsd = fsk / 1.1 = 454,54 МПа
Находим необходимую площадь стержней арматуры:

Принимаем 2 стержня 36-го диаметра и 9 стержней 12-го диаметра. Получаем

Проверяем экономичность запроектированного ригеля:

Расчет для третьего пролета полностью аналогичен расчету для второго пролета-
3.4 Расчет продольной верхней арматуры ригеля

Определяем к-т сжатой зоны 

 = 0,09.
Для армирования используем непреднапрягаемую арматуру марки S500

fsk = 500 МПа, fyd = fsk / 1.1 = 454,54 МПа
Находим необходимую площадь стержней арматуры:

Принимаем 2 стержня 36 диаметра.

Получаем

Проверяем экономичность запроектированного ригеля:

Для второго пролета:

Определяем к-т сжатой зоны 

Принимаем 2 стержня 36-го диаметра и 9 стержней 12-го диаметра. Получаем

Проверяем экономичность запроектированного ригеля:

Расчет для третьего пролета полностью аналогичен расчету для второго пролета.

4. РАСЧЕТ СТЕНОВОГО БЛОКА

Стена подвержена давлению грунта снаружи. Расчетная нагрузка от давления грунта на уровне соответственно верха панели е₁ и заделки в днище е₂.

Значение распределенной нагрузки от давления грунта на уровне верха e₁ и низа е₂ стенового блока
Глубина засыпки 2.5м (включая асфальт), строительная высота 5.600м

Нагрузка от приведенного слоя грунта:

Разделим нагрузку на две части Р₁ и Р₂ и посчитаем нагрузку в стеновом блоке:

Суммарный момент в стеновом блоке

4.1 Расчет продольной арматуры в стеновом блоке
f_cd=23,33 МПа; f_yd=454,54 МПа; f_ctd=1,47 МПа; E_c=30000 МПа
Q=N=546,14 кН
Начальный эксцентриситет приложения сил

Защитный слой с двух сторон блока принимаем 25мм.

Примем толщину стенового блока h=200 мм

d=h-c=150мм

Проверка условия:

Расчетная длина

Площадь бетона на сжатие

Определяем окончательный эксцентриситет

e_a=10мм

Принимаем 6 стержней Ø12, A_s= 679 мм².

5. РАСЧЕТ КОЛОННЫ
Усилия действующие в колонне

Бетон и арматуру для стенового выбираем соответственно класса С35/45 (fcd = 23,333 МПа; Е_с = 30000 Мпа;

) и S500 (fyd = 454,54 МПа).

При расчёте колонны предварительно принимаем сечение колонны 400х400 мм.
Расчётная длина колонны

Случайный эксцентриситет принимаем равным

Коэффициент продольного изгиба φ определяем в зависимости от значений

Требуемая площадь сечения арматуры

Принимаем армирование из 4 стержней Ø20мм.

6. РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТА ПОД КОЛОННУ
6.1 Определение давления на фундамент
Расчётное сопротивление грунта R₀ = 0,3 Мпа.

Средний удельный вес материала фундамента и грунта на его ступенях

ρ_f = 25 кН/м³.

Площадь подошвы фундамента

Размеры подошвы фундамента

a_f = b_f =

= 1.34 м

Принимаем 1,5м

Давление от грунта

6.2 Расчёт рабочей арматуры подошвы фундамента
Для расчёта арматуры выберем два сечения на расстоянии от конца фундамента соответственно l₁ = 0,4 м, l₂ = 0,4 м.

кНм

Тогда необходимая площадь стержней арматуры:

мм².

Принимаем для армирования 7 стержня Ø20 с шагом 100мм и A_s = 2199мм²

Заключение
В ходе проектирования курсового проекта были приобретены навыки расчета подземного транспортного сооружения, а именно, пешеходного перехода и составляющих его конструкций. Были произведены расчеты плиты перекрытия, монолитного ригеля, стенового блока, колонны, фундамента под колонну.

В графической части курсового проектирования произведены схемы объемно-планировочных решений, а также сборные железобетонные конструкции для строительства пешеходного перехода.

Курсовой проект выполнен в соответствии с действующими в РБ нормами и правилами.
Литература.

Н.Н. Попов, А.В. Забегаев «Проектирование и расчет железобетонных и каменных конструкций», Москва 1989г.
Я.Н. Дрозд, Г.П. Пастушков «Предварительно напряженные железобетонные конструкции» Минск 1984г.
Л.В. Маковский «Городские подземные транспортные сооружения», Стройиздат 1985г.
Г.П. Пастушков. «Предварительно напряженные железобетонные конструкции», Минск 2006г.