raschet_zhb_paneli_kolonny_rigelya

Сборные железобетонные конструкции многоэтажного каркасного здания

(связевый вариант)

Методические указания по выполнению курсового проекта

Введение Задачи курсового проекта, условия и объем работы

Компоновка здания Проектирование элементов здания

Расчет и конструирование панелей

пустотных

ребристых

Расчет и конструирование ригеля Расчет и конструирование колонны

Графическая часть проекта

Приложение 1. Исходные данные Приложение 2. Сортамент арматуры Приложение 3. Формы документов, обозначения

Литература		Авторы Ý
ÞÐÌ	Советы
	пользователю
Î		Выход

Введение

Многоэтажными бывают не только жилые дома, но также здани я производственного, административнобытового и общественного назначения. Подобные здания чащ е всего выполняют каркасными из сборного железобетона. Каркас — это пространственный остов, несущий вертикальные и горизонтальные нагрузки и собираемый из отдельных элементов: колонн, ригелей, панелей перекрытий и связей жесткости.

Панели (плиты) перекрытий непосредственно воспринимают нагрузки на каждом этаже от веса пола, оборудования и людей. Эти нагрузки, вместе с собственным весо м панелей, передаются на ригели; последние опираются своими концами на выступы (консоли) колонн. Причем колонна каждого этажа воспринимает нагрузку от колонн вышележащих этажей. Следовательно, самые нагруженные — колонны первого этажа, их устанавливают на фундаменты, через которые и передается на основание (грунт) вся нагру зка от здания.

Кроме вертикальных на здание действуют и горизонтальные нагрузки: ветровое давление, от торможения внутрицехового транспорта, а также случайные воздействия, не всегда поддающиеся учету. Совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок может прив ести к потере общей устойчивости здания, если не обеспечить пространственную жесткость, т. е. жесткость в трех плоскостях: двух вертикальных и горизонтальной. Сделать это можно двумя способами.

Первый — создать жесткие узлы сопряжения ригелей с колоннами, которые в отличие от шарнирных способны воспринимать не только продольные и поперечные силы, но и изгибающие моменты. Такие каркасы называют рамньми (ðèñ. 1, à). Второй — соединить часть колонн специальными связями жесткости, сохранив шарнирное опирание ригелей на консоли колонн. Роль таких связей могут выполнять межкомнатные железобетонные перегородки — их называют диафрагмами жесткости. Подобный тип каркасов полу- чил название связевого (ðèñ. 1, á). В обоих случаях горизонтальными связями являются панел и перекрытий которые образуют жесткие диски либо за счет приварки их к ригелям, либо за счет плотно замоноличенных продольных и поперечных швов между конструкциями. У каждо й системы есть своя область применения. Например, рамные каркасы более трудоемки и материалоемки , но зато этажные пространства в них не перегораживаются диафрагмами, поэтому они предпочтительны д ля производственных зданий. Связевые каркасы применяют там, где по соображениям планировки перегородки не являются помехой: учреждения, школы, больницы, некоторые промышленные предприятия. В таких зда ниях нагрузки на перекрытия сравнительно небольшие, поэтому и конструкции здесь более легкие — в ни х можно применять так называемые «скрытые» консоли колонн, не выступающие за габариты ригелей, что ув еличивает объем помещений и улучшает их интерьер (ðèñ. 1, á).

	Сборные железобетонные конструкции	Û Ü Ý
Þ Ì	многоэтажного каркасного здания
ÎÐ	(связевый вариант)

Задачи курсового проекта, условия и объем работы

Целью работы является проектирование несущих конструкц ий связевого каркаса трехпролетного многоэтажного здания. Разумеется, выполнить весь проект за короткое время не под силу даже опытному инженеру, поэтому мы ограничимся только некоторыми, наиболее ха рактерными элементами: рядовой панелью перекрытий, ригелем среднего пролета и средней колонной первого этажа. Каждую конструкцию нужно рассчи- тать по прочности (а панель перекрытий также по жесткости и трещиностойкости) и разработать чертежи.

Исходными данными для проектирования (приложåíèå 1) являются: размеры здания в плане по наруж-

íûì îñÿì L1 × L2, расстояния между продольными и поперечными разбивочными осями l1 × l2 (сетка колонн), количество и высота этажей, полезная нормативная нагрузк а на 1 м2 покрытия и перекрытий (включая постоянную, длительную и кратковременную) и классы рабочей арм атуры. Перечисленных данных, однако, недостаточно для того, чтобы непосредственно приступить к раз работке конструкций. Вначале необходимо скомпоновать здание, определить габариты каждой конструкции и расчетные пролеты. Напомним, что чертежи следует выполнять с учетом требований Системы проектной документации для строительства — СПДС [6, 7]. В частности, проект должен иметь шифр, например: КП1. ЖБК. 03, где КП1 означает «курсовой проект ¹ 1», ЖБК — учебная дисциплина «железобетонные конструкции», 03 — номер задания. Этим шифром мы будем пользоваться в дальнейших примерах.

	Сборные железобетонные конструкции	Û Ü Ý
Þ Ì	многоэтажного каркасного здания
ÎÐ	(связевый вариант)

Компоновка здания

Ригели ориентируются, как правило, в поперечном, а панели п ерекрытий — в продольном направлениях. Номинальная длина ригеля меньше расстояния между разбив очными осями на высоту сечения колонныhc (ðèñ. 1á). Панели перекрытий, за редким исключением, опираются не н а верхнюю грань, а на полки ригелей (делается это для увеличения полезной высоты помещений), п оэтому номинальная длина панелей зависит не только от шага поперечных осей, но и от ширины сечения ригелей (ðèñ. 2). Следует также помнить, что при изготовлении изделий и их монтаже фактические размеры и р асстояния между осями могут отклоняться от проектных в большую или меньшую сторону. Отклонения огран ичивают допусками, которые учитывают при проектировании: в чертежах предусматривают зазоры между элементами, которые должны обеспечивать также удобство заполнения их раствором или бетоном после монтажа. С учетом этих зазоров и назначают проектную длину конструкций.

Длины ригелей и размеры панелей зависят, кроме того, от типа привязки крайних колонн к наружным осям здания: для рамных каркасов применяют нулевую привязку (ðèñ. 1à), для связевых — осевую (ðèñ. 1á).

Âсвязевых каркасах применяют панели перекрытий обычно двух типов: пустотные с высотой сечения 220 мм

èребристые с высотой сечения от 300 до 400 мм (ðèñ. 2). Ширину пустотных панелей принимают в пределах от 1,2 до 1,8 м, ребристых — от 1,2 до 1,5 м, доборных — не менее 0,6 м. По ме стоположению в перекрытии различают панели рядовые, межколонные средние и межколон ные крайние. Межколонные могут иметь вырезы в торцах для огибания колонн.

Размеры сечения ригелей зависят от нагрузки и пролета; высота h колеблется от 450 до 600 мм, а ширина ребра b — от 200 до 300 мм. При этом ширина свесов полок, как правило, составляет 100 мм, а высота полки h ³ 150 мм. Данные для предварительного назначения сечения ригелей приведены в òàáë.1.

Пустотные панели укладывают на полки ригелей через вырав нивающий слой раствора толщиной 10 мм, а ребристые прикрепляют сваркой закладных деталей (межкол онные приваривают в любом случае).

Колонны связевых каркасов имеют квадратное сечение, размеры которого обычно не меняют по всей высоте здания и определяют по колоннам первого этажа. При усилии от расчетной нагрузки в колонне более 2500 кН лучше принимать сечение 400 Ч 400 мм, менее 2000 кН — 300 Ч 300 мм, при иных значениях усилия — одно из этих или промежуточное сечение.

	Сборные железобетонные конструкции	Û Ü Ý
ÞÐÌ	многоэтажного каркасного здания
	(связевый вариант)
Î

Пример1. Компоновка здания, определение габаритов и расчетных пролетов конструкций

Требуется определить габаритные размеры несущих конструкций пятиэтажного трехпролетного каркасного здания связевого типа и вычертить схему расположени я элементов каркаса: план перекрытия первого этажа, поперечный разрез, узлы и спецификацию.

Исходные данные: размеры в плане по наружным осям 18 Ч 62 м, сетка колонн 6 Ч 6,2 м, высота этажей в осях 4,2 м, панели перекрытий пустотные, район строительства г. Новосибирск (IV снеговой район [1]), нагрузки на перекрытие приведена в òàáë. 2 на покрытие — в òàáë. 3, здание нормального уровня надежности.

Решение. Для назначения размеров сечения колонн приближенно, без учета собственного веса ригелей и колонн, определяем усилие от расчетной нагрузки в колон не первого этажа. Поòàáë. 2 расчетная нагрузка на перекрытие равна 9,9 кПа. При четырех междуэтажных перекрытиях и грузовой площади колонны 6 · 6,2 = = 37,2 м2 усилие в колонне составит 4 · 9,9 · 37,2 = 1473 кН. По òàáë. 3 расчетная нагрузка на покрытие — 6,84 кПа, усилие в колонне от нее — 6,84 · 37,2 = 254 кН. Полное усилие в колонне: 1473 + 254 = 1727 кН, что меньше 2000 кН. Принимаем сечение колонн 300 Ч 300 мм.

Так как привязка крайних колонн осевая, проектная длина ригелей l = 6000 – 300 – 40 = 5660 ìì (ðèñ. 1,á). Размеры сечения ригелей назначаем b × h = 200 Ч 450 мм с шириной полки bf = 400 ìì (òàáë. 1, ðèñ. 2,à).

Тогда проектная длина панелей с учетом зазоров l = 6200 – 200 – 20 = 5980 мм. При расстоянии между продольными (буквенными) осями колонн 6000 мм номинальную ши рину рядовых и средних межколонных панелей назначаем равной 1200 мм, а крайних межколонных — 750 мм (фактическая проектная ширина с учетом допусков будет на 10 мм меньше — 1190 и 740 мм). Колонны принимаем с поэтажной разрезкой, стыки колонн располагаем на расстоянии 650 мм от верха ригел ей.

Вычерчиваем схемы расположения элементов скомпонованно го каркаса, включая план первого этажа, поперечный разрез, узлы и спецификацию (÷åðòåæ ÊÏ1. ÆÁÊ. 03 – 1 – ÊÆ). При этом предусматриваем в колоннах по осям А и Г одну консоль, в отличие от двух консолей в колоннах по осям Б и В; колонны, расположенные у торцевых стен, нагружены меньше остальных, поэ тому всем им присваиваем разные марки — от К1 до К4. Ригели имеют две марки — однополочные у торцевых ст ен (на них опираются панели только с одной стороны) и двухполочные остальные. По-разному марки руем также панели перекрытий — рядовые, межколонные средние и межколонные крайние. Диафрагмы жес ткости, лестничные клетки, наружные стеновые панели и другие элементы на схеме условно не показыва ем. Спецификацию заполняем после подсчета собственной массы конструкций, то есть после завершения и х рабочих чертежей. Основную надпись выполняем по форме 3 [6].

		Сборные железобетонные конструкции	Û Ü Ý
	Þ Ì	многоэтажного каркасного здания
		(связевый вариант)
	ÎÐ

Расчет и конструирование панелей перекрытия

С точки зрения статического расчета все типы панелей рассматривают как свободно опертые однопролетные балки, нагруженные равномерно распределенной нагрузкой q â êÍ / м. Для ее определения необходимо умножить распределенную по площади нагрузку (в кПа или кН / ì2 ) на номинальную ширину панели (в м). Расчетный пролет l0 принимают равным расстоянию между осями опор (ðèñ. 2, à).

Пустотные панели рассчитывают по прочности как балки таврового сечения с полкой в сжатой зоне, а по второй группе предельных состояний — двутаврового. Ребристые панели рассчитывают как тавровые балки, заменяя трапецеидальное сечение продольных ребер на пря моугольное. В ребристых панелях выполняют также расчет полки на местный изгиб (в поперечном направл ении). При отсутствии поперечных ребер полку рассматривают как частично защемленную балку. Если имеют ся поперечные ребра, то полку рассчитывают как плиту, опертую по контуру.

В процессе расчета рекомендуем пользоваться размерност ями: 1 м = 1 · 103 ìì è 1 êÍ = 1 · 103 Н. Через них удобно выражать и другие величины: нагрузку — 1 кН / ì2 = 1 êÏà; 1 êÍ / ì = 1 Í / мм; изгибающий момент — 1 кН · м = 1 · 106 Н · мм; напряжения — 1 МПа = 1 Н / ìì2 = 1 · 103 êÍ / ì2 = 1 · 103 êÏà.

Пример 2. Расчет и конструирование пустотной панели

Требуется запроектировать пустотную панель перекрытия с номинальными размерами 1,2 Ч 6 м.

Проектирование пустотной панели состоит из следующих эт апов:

Нагрузки и воздействия Приведенные сечения

Расчет прочности нормальных и наклонных сечений Потери предварительного напряжения Расчет по образованию трещин Расчет по раскрытию трещин Расчет прогиба панели Конструирование панели

Ü

Ü

Ü

ÜДля возврата в это оглавление со страниц примера используйте

Üэлемент навигации Å

Ü

Ü

Ü

	Сборные железобетонные конструкции	Û Ü Ý
Þ Ì	многоэтажного каркасного здания
ÎÐ	(связевый вариант)

Исходные данные. Проектные размеры — 1190 Ч 5980 мм, высота сечения — 220 мм, бетон тяжелый класса В25 c характеристиками: Rbn = 18,5 ÌÏà, Rbtn= 1,6 ÌÏà, Rb = 13,05 ÌÏà, Rbt = 0,945 ÌÏà ïðè gb2 = 0,9 (т.к. панель не подвержена действию особо кратковременных нагрузок), при изготовлении бетон подвергается тепловой обработке при атмосферном давлении, поэтому Eb = 27 · 103 МПа. Продольная напрягаемая арматура — стержни класса А-IV с характеристиками: Rsn = 590 ÌÏà, Rs = 510 ÌÏà, Es = 19 · 104 МПа; способ предварительного натяжения арматуры — электротермическ ий на упоры формы.Примем предварительное напряжение арматуры ssp = 460 МПа. При электротермическом способе натяжения возможное отклонение величины контролируемого напряжения p = 30 + 360 / l = 30 + 360 / 6,4 = 86,25 МПа; тогда ssp+ p = 460 + 86,25 = = 546,25 МПа, что не превышает Rsn= 590 МПа. Поперечная арматура и сварные сетки — из проволоки класса Вр-I с характеристиками: Rsn = 490 ÌÏà, Rs = 410 ÌÏà, Rsw = 290 ÌÏà, Es = 17 · 104 МПа. Предусмотрены шесть круглых пустот диаметром d = 159 мм. Нагрузки приведены в òàáë. 2.

Нагрузки и воздействия. Глубина площадки опирания панели на полку ригеля: (100 – 10) = 90 мм (где 100 мм — ширина свеса полки, 10 мм — зазор), тогда расчетный пролет панели l0 = 5980 – 2 · 90 / 2 = 5890 ìì = 5,89 ì.

Погонные нагрузки на панель при номинальной ширине 1,2 м с у четом коэффициента надежности по назначению gn = 0,95: расчетная q = 9,9 · 0,95 · 1,2 = 11,29 кН / м, нормативная полная qn = 8,5 · 0,95 · 1,2 = 9,69 кН / м, нормативная постоянная и длительная qn,l = 6,4 · 0,95 · 1,2 = 7,3 êÍ / ì.

Усилия от расчетной нагрузки

M = ql02 /8 = 11,29 · 5,892 /8 = 48,96 êÍ ·ì = 48,96·106 Í ·ìì, Q = ql0/2 = 11,29 · 5,89/2 = 33,25 êÍ = 33,25·103 Í;

от нормативной полной нагрузки
Mn = qnl02 /8 = 9,69 · 5,892 /8 = 42,02 êÍ ·ì = 42,02·106		Í ·ìì, Qn = qnl0/2 = 9,69 · 5,89/2 = 28,54 êÍ = 28,54·103 Í;
от нормативной постоянной и длительной нарузок
Mn,l = qn,ll02 /8 = 7,3 × 5,892 /8 = 31,66 êÍ ·ì = 31,66·106		Í ·ìì, Qn,l = qn,l l0/2 = 7,3 · 5,89/2 = 21,55 êÍ = 21,55·103 Í.
	Сборные железобетонные конструкции		Å Û Ü Ý
Þ Ì	многоэтажного каркасного здания
ÎÐ	(связевый вариант)

Приведем фактическое сечение плиты к расчетным (ðèñ. 3). Высота сечения равна фактической высоте панели h = 220 мм; полезная высота сечения h0 = h – a = 220 – 30 = 190 мм. В расчетах по предельным состояниям первой группы расчетная толщина сжатой полки таврового сеченияhf¢= h – d / 2 = 220 – 159 / 2 = = 30,5 мм; ширина полки равна ширине плиты поверху bf¢ = 1190 – 15 · 2 = 1160 мм; расчетная ширина ребра b = 1190 – 15 · 2 – 159 · 6 = 206 ìì.

Для расчетов по предельным состояниям второй группы сечение приводят к двутавровому, заменяя круглые отверстия на квадратные со стороной 0,9 d. Тогда расчетные толщины полок двутаврового сечения hf = hf¢= (h – 0,9 d)/ 2 = (220 – 0,9 ·159) / 2 = 38,45 мм; ширина нижней полки равна ширине плиты bf = 1190 мм, верхней — bf¢= 1160 мм; расчетная ширина ребра b = 1190 – 15 · 2 – 159 · 0,9 · 6 = 301,4 ìì.

Расчет прочности нормальных сечений. Поскольку

Rb bf¢hf¢(h0 – 0,5hf¢) = 13,05 · 1160 · 30,5 · (190 – 15,75) = 80,45 · 106 Í · ìì > Ì = 48,96 · 106 Н · мм, сжатая зона не выходит за пределы полки (в противном случае расчет следует вести по п. 3.16 б [2]).

Определяем высоту сжатой зоны

x = h -

h2

- 2M R b¢

= 190 -

1902 - 2 × 48,96 × 106

(13,05

× 1160) = 17,9 ìì.

0

0

b f

x / h0 = 17,9 / 190 = 0,094.

Относительная высота сжатой зоны x =

Характеристика сжатой зоны w = 0,85 – 0,008 Rb = 0,85 – 0,008 · 13,5 = 0,742 .

Отклонение натяжения при электротермическом способе от проектного

D gsp

p (

/

p ) / ssp

(

/ ) /

= 0,5

1 + 1

n

= 0,5 · 86,25 ·

1 + 1

2

460 = 0,141,

ãäå np — число натягиваемых стержней в сечении. Тогда коэффициент точности натяжения

gsp= 1 – D gsp= 1 – 0,141 = 0,859.

Граничная высота сжатой зоны

xR= w / [1+ ssR(1– w / 1,1) / ssc,u] = 0,742 / [1+ 515 · (1–0,742 / 1,1 ) / 500] = 0,556, здесь ssR= Rs+ 400 – gspssp= 510 + 400 – 0,859 · 460 = 515 ÌÏ.

Условие x £ xR выполненно.

	Сборные железобетонные конструкции	Å Û Ü Ý
Þ Ì	многоэтажного каркасного здания
ÎÐ	(связевый вариант)

Определяем коэффициент условий работы gs6, учитывающий работу напрягаемой арматуры выше условного предела текучести,

gs6= h – ( h – 1) ( 2 x / xR– 1) = 1,2 – (1,2 – 1) (2 · 0,094 / 0,557 – 1) = 1,33 > h = 1,2. Принимаем gs6= h = 1,2.

Затем определяем требуемую площадь сечения растянутой а рматуры:

As= Rbbf¢x / (gs6Rs) = 13,05 · 1160 · 17,9 / (1,2 · 510) = 442 ìì2.

Принимаем 4Ж12 А-IV с площадью As= 452 ìì2 (ïðèë. 2). Напрягаемые стержни располагаем симметрично в ребрах панели, памятуя, что неармированным может оставаться не более одного ребра подряд.

Òàê êàê m = As / bh0 = 452 / 206 · 190 = 0,0115 > mmin= 0,0005, конструктивные требования соблюдены. Проверяем прочность при подобранной арматуре:

x = gs6 Rs As / (Rb bf¢) = 1,2 · 510 · 452 / (13,05 · 1160) = 18,27 ìì,

Ìu = Rbbf¢x (h0 – 0,5x) = 13,05 · 1160 · 18,27 · (190 – 9,15) = 50,02 · 106 Í · ìì > Ì = 48,96 · 106 Í · ìì.

Прочность достаточна.

Наклонные сечения. Опыт проектирования показывает, что в пустотных панелях, особенно в предварительно напряженных, поперечная арматура по расчету не нужна. На приопорных участках длиной l / 4 арматуру устанавливаем конструктивно: Ж4 Вр-I с шагом не более h / 2 = 220 / 2 = 110 мм, принимаем шаг s = 100 мм; в средней части пролета поперечную арматуру не устанавливают.

Потери предварительного напряжения арматуры. При определении потерь коэффициент точности натяжения арматуры принимают gsp= 1.

Потери от релаксации напряжений в арматуре при электроте рмическом способе натяжения

	s1= 0,03 ssp= 0,03 · 460 = 13,8 ÌÏà.
Потери от температурного перепада между натянутой арматурой и упорами s2		= 0, т.к. при пропаривании фор-
ма с упорами нагревается вместе с изделием. При электротермическом способе натяжения потери от деформа-
ции анкеров s3 è ôîðì s5 не учитываются, т.к. они учтены при определении полного удлинения арматуры.
	Сборные железобетонные конструкции	Å Û Ü Ý
Þ Ì	многоэтажного каркасного здания
ÎÐ	(связевый вариант)

Тогда усилие в арматуре к началу обжатия бетона

P1= (ssp– s1) As = (460 – 13,8) · 452 = 201682 Í.

Для продолжения расчета необходимо определить геометрические характеристики приведенного сечения.

Площадь приведенного сечения

A

= A + A E

s

/ E

b

= 1190 · 38,45 + 1160 · 38,45 + 301,4 · (220 – 38,45 · 2) + 452 · 19 · 104 / (27 · 103) =

red

b

s

= 45696 + 44602 + 43130 + 3181 = 136000 ìì2.

Статический момент приведенного сечения относительно нижней грани

Sred= Sb+ SsEs / Eb= 45696 · 19,225 + 44602 · 200,775 + 43130 · 110 + 3181 · 3 = 14,5 · 106 ìì3.

Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения

y

0

= S

red

/ A

red

= 14,5 · 106 / 136000 = 107 ìì.

Момент инерции приведенного сечения

Ired= Ib+ As(y0– a)2Es / Eb = 1190 · 38,453 / 12 + 45696 · (107 – 38,45 / 2)2 + 1160 · 38,453 / 12 + 44602 · (200,775 –

– 107)2 + 301,4 · (220 – 38,45 · 2)3 / 12 + 43130 · (38,45 / 2 – 107)2 + 3181 · (30 – 107)2 = 827,9 · 106 ìì4. Момент сопротивления сечения по нижней зоне

Wred= Ired / y0= 848,7 · 106/ 107 = 7,79 · 106 ìì3,

то же, по верхней зоне

Wred	= Ired / (h – y0) = 848,7 · 10		/ 113 = 7,42 · 10	ìì .
¢		6		6 3

Эксцентриситет усилия обжатия P1 относительно центра тяжести сечения
		eop= y0 – a = 106 – 30 = 77 ìì.
Напряжение в бетоне при обжатии на уровне арматуры
	sbp= P1 / Ared+ P1 eop2	/ Ired = 201682 / 136000 + 201682 · 772 / (827,9 · 106) = 2,92 ÌÏà
(здесь в запас не учтено разгружающее влияние собственной массы панели, т.к. этот фактор зависим от
технологических особенностей производства).
Передаточную прочность бетона примем Rbp = 0,7 B = 0,7 · 25 = 17,5 ÌÏà.
	Сборные железобетонные конструкции		Å Û Ü Ý
Þ Ì	многоэтажного каркасного здания
ÎÐ		(связевый вариант)