Веселов_Жуков_Новожилова_Хегай_Проектирование четырехэтажного промышленного здания_учеб_пособ_2013

А. А. ВЕСЕЛОВ, В.И. ЖУКОВ, Н. С. НОВОЖИЛОВА, А. О. ХЕГАЙ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЧЕТЫРЕХЭТАЖНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

1

Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

А. А. ВЕСЕЛОВ, В. И. ЖУКОВ, Н. С. НОВОЖИЛОВА, А. О. ХЕГАЙ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЧЕТЫРЕХЭТАЖНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2013

1

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

УДК624.012.45

Рецензенты: генеральный директор ООО «Стройэксперт» С. В. Терман (Санкт-Петербург), канд. техн. наук Ю. С. Конев (СПбГАСУ)

Проектированиечетырехэтажногопромышленногоздания:

учеб. пособие / сост. А. А. Веселов, В. И. Жуков, Н. С. Новожилова, А. О. Хегай; СПбГАСУ. –2-е. изд., перераб. и доп.– СПб.: 2013. – 165с.

ISBN 978-5-9227-0473-1

Даются пояснения по выборурасчетных схем, сборунагрузок и методики расчета. Выполнение курсового проекта № 1 по железобетонным конструкциям рассчитано на использование данного учебного пособия и ранее изданных методических указаний, в которых приведены задание на курсовое проектирование в соответствии с шифром (номер зачетной книжки) студента, состав и объем проекта № 1 и необходимые справочные материалы, а также нормативные документы.

Пособие рассчитано на студентов всех строительных специальностей.

Табл. 13. Ил. 38. Библиогр.: 19 назв.

ISBN 978-5-9227-0473-1

А. А. Веселов, В. И. Жуков, Н. С. Новожилова, А. О. Хегай, 2013

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2013

ВВЕДЕНИЕ

Курсовое проектирование призвано закрепить теоретические знания,привитьнеобходимыенавыкипрактическогоихприменения, стимулировать профессиональную подготовку будущих специалистов. В процессе курсового проектирования студенты знакомятся с нормативными документами по расчету и конструированию элементов зданий и сооружений, осваивают методику инженерных расчетов, степень их детализации и получают опыт графического оформления проекта.

При выполнении курсового проекта № 1 по железобетонным конструкциям,кромеданногоучебногопособия,рекомендуемиспользовать методические указания [9, 10] по курсовому проектированию, разработанные на основе СНиП 2.03.01–84. В работах [9, 10] приведены задания на курсовое проектирование в соответствии с шифром (номером зачетной книжки), определены состав и объем расчетной

играфическойчастейкурсовогопроекта, даны ссылкина литературные источники.

Курсовой проект № 1 по железобетонным конструкциям предусматриваетпроектированиемеждуэтажныхперекрытийчетырехэтажного промышленного здания с несущими кирпичными стенами

ивнутренним неполным железобетонным каркасом, а также колонн

ифундамента под них.

Междуэтажные перекрытия проектируются в монолитном

исборномжелезобетоне,приэтомдлямонолитногоперекрытияосуществляют расчет и конструирование только плиты и второстепеннойбалки.Перекрытиявсборномжелезобетонепроектируютсяполностью – с расчетом и конструированием плиты, неразрезного ригеля, колонны с консолями и фундамента.

Взадании на курсовое проектирование приводятся схематические план и разрез здания, указывается длина и ширина здания в свету, междувнутреннимигранямистен;высотаэтажеймеждуотметкамичистогопола;временнаянагрузканаперекрытия,втомчислекратковременная; снеговая нагрузка; расчетное давление на основание

идругие сведения; привязка стен к разбивочным осям равна 120 мм.

2

3

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

СтудентыспециальностиПГСвыполняютпроектвполномобъеме. Студенты других специальностей разрабатывают проект только сборного перекрытия, при этом им разрешается проектировать ригель разного типа и не рассчитывать прогиб панели.

Курсовой проект № 1 представляется в виде расчетно-поясни- тельной записки, четко написанной ручкой без помарок на стандартных листах с полями. В записке должны быть приведены расчетные схемы и эскизы, поясняющие текст.

Графическая часть проекта выполняется на 1,5–2 стандартных листах чертежей со спецификацией арматуры и выборкой материалов (пример оформления – см. прил. 11).

Фактический объем курсового проекта устанавливается преподавателем на практических занятиях или на вводных лекциях.

Единицы СИ в расчетах железобетонных конструкций

За единую систему физических величин принята СИ – единичная Международная система единиц. Перечень единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве, был введен в действие с 1 июля 1984 г. [14].

Так как 1 МПа (мегапаскаль) соответствует 1 Н/мм2 (Н – ньютон), в учебном пособии в расчетах элементов введены: сила и нагрузка, Н (ньютон); размеры сечений, мм; соответственно площади сечений – мм2; объемы, статические моменты сопротивления сечений – мм3; моменты инерции сечения – мм4; напряжения, расчетные сопротивления, модуль упругости и сдвига – Н/мм2, или, что то же, МПа.

Глава 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ПЕРЕКРЫТИЯ

В соответствии с заданием требуется запроектировать четырехэтажное здание промышленного типа с размерами в плане между внутренними гранями стен L = 36,6 м, В = 24,6 м. Стены кирпичные несущие толщиной 510 мм. Привязка разбивочных осей стен принята равной 120 мм.

Оконные проемы в здании приняты шириной 2,3 м, высотой 2,1 м. Высота этажеймежду отметкамичистого пола hэт = 4,2 м. Временная нагрузка, нормативная на всех междуэтажных перекрытиях,

vn =12 кН/м2 , в том числе кратковременная vshn =1,5кН/м2 . Снего-

вая нагрузка на кровле vснn =1кН/м2 .

Подошва фундаментов основывается на грунте с расчетным сопротивлением R = 0,3 МПа. Отметка подошвы фундамента –1,5 м.

Междуэтажные железобетонные перекрытия опираются на наружные кирпичные стены и внутренние железобетонные колонны. Кровельное покрытие опирается только на наружные стены. В качестве несущих элементов покрытия используются сборные железобетонные фермы или балки. Промежуточные колонны доводятся только до междуэтажного перекрытия четвертого этажа.

Классы бетона и арматуры выбираются проектировщиками в соответствии с действующими нормативными документами.

Состав пола на междуэтажных перекрытиях и на первом этаже принимается типовым в зависимости от назначения помещения

ихарактера технологии производства в нем.

1.1.Разбивка балочной клетки

Основныепринципыпроектированияразбивочнойсхемыбалочной клетки монолитного железобетонного перекрытия изложены в учебнике [9] и учебном пособии [11].

При рекомендуемойвеличине пролетов второстепенныхи главных балок от 5,0 до 7,0 м, в зависимости от интенсивности времен-

4

5

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

ной нагрузки на заданной длине здания в свету L = 36,6 м и ширине В = 24,6м,могутбытьпринятышестьпролетоввторостепенныхпродольных балок и четыре пролета главных поперечных балок. С учетомрекомендаций[11]оцелесообразностиуменьшениядо10%крайних пролетов балок в сравнении со средним получим (рис. 1)

L = 36,6 = 0,9l1 ср + 4l1 ср + 0,9l1 ср = 5,8l1 ср,

откуда

l1 ср = 5L,8 = 365,8,6 = 6,31м.

Принимая с округлением средние пролеты второстепенных балок lср = 6,3 м, получим величину крайних пролетов

l1кр = (36,6−26,3 4) = 5,7м.

При рекомендуемом шаге второстепенных балок от 1,8 до 2,5 м в каждом из четырех пролетов главных балок могут расположиться по три пролета плиты. С учетом рекомендаций [13] о целесообразности уменьшения до 20 % крайних пролетов плиты в сравнении со средними получим

B = 24,6 = 0,8l2 ср +10l2 ср +0,8l2 ср =11,6l2 ср,

откуда

l2 ср = 11B,6 = 1124,6,6 = 2,12 м.

1.2.Расчет плиты перекрытия

Всоответствии с п. 5.4 [3] толщина плиты монолитных перекрытий промышленныхзданий принимается не менее60 мм. Принимаем толщину плиты hf = 80 мм.

Глава 1. Проектирование монолитного железобетонного перекрытия

Для определения расчетных пролетов плиты задаемся приближенно размерами поперечного сечения второстепенных балок:

l1 ср

6300

h

525

h

=

=

= 525мм, b =

ВБ

=

=175мм,

ВБ

12

12

ВБ

3

12

принимаем hВБ = 550мм, hВБ = 200 мм.

МП

грузовая

ГБ

ось ВБ

площадь МП

Рис. 1. Схема монолитного перекрытия:

МП – монолитная плита; ВБ – второстепенная балка; ГБ – главная балка

Принимая с округлением средние пролеты плиты lср2 = 2,1м, получим величину крайних пролетов

l2 кр = (24,6−22,1 10) =1,8м.

За расчетные пролеты плиты принимаем:

в среднихпролетах –расстояния всветумеждугранями второстепенных балок;

6

7

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

в крайних – расстояния от граней второстепенных балок до середины площадок опирания плиты на стену (рис. 2).

aз =120	l2 кр =1800		l2 ср =1800
	lкр =1760	200	lср =1760	200

Рис. 2. Общий вид монолитной плиты перекрытия

Приширине второстепенныхбалок b = 200ммиглубинезаделки плиты в стену в рабочем направлении аЗ = 120 мм (полкирпича) получим

lкр = l2 кр −0,5bВБ +0,5аЗ =1800−0,5 200 +0,5 120 =1760мм;

lср = l2 ср −2 0,5bВБ = 2100 −2 0,5 200 =1900мм.

Расчетные пролеты плиты в длинном направлении при ширине главных балок (ориентировочно) 300 мм и глубине заделки плиты в стены в нерабочем направлении а3 = 60 мм (четверть кирпича):

lкр = 5700−0,5 300 +0,5 60 = 5580мм;

lср = 6300−2 0,5 300 = 6000мм.

При соотношении длинной и короткой сторон 19005580 = 2,94 пли-

та условно рассчитывается [4] как балочная неразрезная многопролетная, работающая в коротком направлении (рис. 3).

Глава 1. Проектирование монолитного железобетонного перекрытия

v q

	А				B				C				C				B				А
			1760				1900				1900				1900				1760

Рис. 3. Расчетная схема плиты перекрытия

Статический расчет

Для расчетамонолитной плитывырезаем условную полосу шириной 1 м вдоль рабочего направления. Сбор нагрузок приведен в табл. 1.

					Таблица 1
№		Нормативная		Коэффициент	Расчетная
	Наименование	нагрузка,		надежности	нагрузка,
п/п				по нагрузке
		кН/м		[18]	кН/м
	Постоянные нагрузки
	Вес пола из цементного
1	раствора с затиркой	0,34		1,2	0,44
	δ = 20 мм, ρ = 1700 кг/м3
2	Вес ж/б плиты δ = 80 мм,	2,0		1,1	2,2
	ρ = 2500 кг/м3
Итого		2,34			2,64
	Временные нагрузки по (заданию)
3	Равномернораспределенная	12		1,2	14,4
	в том числе кратковременная	1,5		1,2	1,8
Полная		14,34			17,04
Постоянная + длительная		12,84			15,24

Примечание. Сбор нагрузок приведен на полосу шириной 1 м.

Величины расчетных изгибающих моментов в неразрезной балочной плите с равными или отличающимися не более чем на 20 %

			1900
lср		=		=1,08	<1,2
пролетами			1760				определяются с учетом перерасп-
lкр

ределения усилий вследствие пластических деформаций бетона и арматуры в соответствии с [6] по формулам:

8

9

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

в крайних пролетах
Mкр = γn	(g + v)lкр2			= 0,95		17,04 1,762		= 4,56кНм;
		11				11
в средних пролетах и над средними опорами (рис. 3)
Mср = −MС = ±γn			(g +v)lср2				17,04	1,92
					= ±0,95			= ±3,36кНм;
		16					16

над второй от конца опорой при армировании рулонными сетками (непрерывное армирование)

MB = −γn (g +v)l2 = −0,9517,04 1,92 = −5,32 кНм; 16 16

то же при армировании плоскими сетками (раздельное армирование)

MB = −γn (g + v)l2 = −0,9517,04 1,92 = −4,17кНм, 16 14

где l – больший из примыкающих к опоре расчетный пролет.

Определение толщины плиты

Для монолитного железобетонного перекрытия принимаем бетонпроектногоклассапопрочностинасжатиеВ15.Сучетомсоотношения длительных нагрузок к полным, равного 15,24/17,04 = 0,89 < 0,9 (в соответствиис п. 3.3 [3]), расчетные сопротивления определяются

с коэффициентом условий работы b1 = 1,0; Rb =1,0 8,5 =8,5МПа;

Еb = 24000 МПа; Rbt =1,0 0,75= 0,75МПа.

Арматуру в плите перекрытия принимаем для двух вариантов армирования:

s=

=415 МПа при армировании рулонными сварными сетками (непре-

рывное армирование), Еs = 200000 МПа;

арматурой класса А400 с расчетным сопротивлением Rs =

=355 МПа приармированииплоскимисетками(раздельное армиро- вание), Еs = 200000 МПа.арматурой класса В500 с расчетным сопротивлением R

Глава 1. Проектирование монолитного железобетонного перекрытия

Необходимуютолщинуплитыперекрытияопределяемприсреднем оптимальном коэффициенте армирования = 0,006 по максимальному моменту МВ = 5,32кН м иширинеплиты b f = 1000 мм.

Расчетнаявысота сеченияплитыh0 при относительной ее высоте

	ξ =	x	= µ	Rs	= 0,006	415	= 0,29< ξR = 0,502 – для арматуры класса
		h0		Rb		8,5

В500; ξ = 0,0063558,5 = 0,25< ξR = 0,531 – для арматуры класса А400,

где xR определяется по табл. 3.2 [3].

При αm = ξ(1 −0,5ξ) и M max = 5,32 кНм:

αm = 0,29(1 −0,5 0,29) = 0,248 – для арматуры класса В500; αm = 0,25(1−0,5 0,25) = 0,219 – для арматуры класса А400;

							5,32 106
h	=		M	max	=				= 53,5мм.
0			Rbbαm				8,5 1000 0,219

Полнаявысотасеченияплитыпридиаметреарматурыd = 10 мм итолщине защитного слоя 10 мм h'f = h0 + a = 53,5+15= 68,5мм, где a =10 +5 =15мм. Оставляем принятую ранее толщину плиты h'f =80мм, расчетную высоту сечения h0 = h'f − a =80−15 = 65мм.

Расчет продольной арматуры в плите

Расчеты по определению необходимого количества рабочей арматуры в многопролетной неразрезной плите монолитного перекрытия сведены в табл. 2 для двух вариантов армирования – непрерывного,сварнымирулоннымисеткамиизарматуры классаВ500,ираздельного,плоскимисварнымисеткамиизарматурыклассаА400(рис.4,5).

Для плит, окаймленных по всему контуру монолитно связанными с ними балками, в сечениях промежуточных пролетов и у промежуточных опор величины изгибающих моментов, а следовательно, и необходимое количество рабочей продольной арматуры разреша-

10

11

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

ется уменьшать до 20 % на средних участках между осями 2–6 согласно [6].

На участках в средних пролетах и над средними опорами

Мcp = −МС = ±0,8 3,66 = ±2,93кНм.

Таблица 2

Расчетные сечения

Расчетные характеристики

Принятые сварные

Н мм

мм

мм

η

классов:

2

αm=

M

As =

M

,мм2

сетки с площадью

6

b,

h0,

Rbbh02

Rs h0η

сечения

М

10 ,

Арматура

рабочей арматуры

(прил. 1)

В500, А400

As, мм /м

1

2

3

4

5

6

7

8

пролетах

C -1

5B500−125

+

0,127

В500

181,0

3B500−250

4B500−200

0,9365

+C -2

4,56

1000

65

3B500−250

крайних

6–7

0,127

А400

211,0

C -5

6A400−125

Аs = 157 + 63 = 220

3B500−250

и

в

0,9365

Аs = 226

1–2

C -1 5B500−125 +

осямимежду

5,32

1000

65

0,148

В500

213,0

3B500− 250

опоруВ

4B500−200

0,926

+ C -2

3B500− 250

Аs = 157 + 63 = 220

4,17

1000

65

0,116

А400

192

C -6

3B500−250

крайнихучастках

6A400−125

среднихв пролетах

0,942

C -7

0,102

А400

167

6A400−150

Аs = 226

0,102

В500

143,0

C -1

5B500−125

0,949

3B500−250

3,36

1000

65

Аs = 157

3B500−250

На

0,949

Аs = 189

0,102

В500

143,0

C -1

5B500−125

С

3B500−250

0,949

опор

3,36

1000

65

Аs = 157

0,102

А400

167

C -73B500−250

У

0,949

6A400−150

Аs = 189

12

Глава 1. Проектирование монолитного железобетонного перекрытия

								Окончаниетабл. 2
	1	2	3	4	5	6	7			8
	пролетах							C -3 4B500 −100 +
					0,127	В500	181	3B500 − 250
										5B500 − 200
					0,9365			+ C -4
		4,56	1000	65						3B500 − 250
	крайнихв
6–7и1–2								Аs = 126 + 98 = 224
					0,127	А400	211,0	C -5	3B500−250
									6A400−125
					0,9365
								Аs = 226
междуосями	опору В				0,148			C -3 4B500−100
		4,17	1000	65	0,942	А400	192		6A400		−	125
		5,32	1000	65	0,926	В500	213,0		3B500		−	250
								Аs = 126 + 98 = 224
					0,116			C -63B500−250
крайнихучастках								Аs = 226
	среднихв пролетах				0,959			Аs = 141
					0,082	В500	113,3	C -3	4B500		−	100
		2,93	1000	65	0,959			Аs = 126
					0,082	А400	132	C -8	3B500−250
									6A400−200
На					0,082	В500	113,3	C -3	4B500−100
	С								3B500−250
					0,959
	опор	2,93	1000	65				Аs = 126
					0,082			C -83B500−250
	у				0,959	А400	132
									6A400−200
								Аs = 141

Схемы армирования приведены на рис. 4 и 5.

При выборе сеток в табл. 2 учтено указание п. 1.6 ГОСТ 8478–81 о том, что вследствие ограниченной номенклатуры стандартных сеток разрешается изготовление нестандартных при условии, что диаметры всех продольных рабочих стержней будут одинаковыми, не превышающими 5 мм в рулонных сетках (при арматуре классаА400 – 6 мм), диаметры всех поперечных стержней будут также одинаковыми, не превышающими 8 мм как в рулонных, так и в плоских сетках. При армировании разрешается разрезка сеток.

13

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

Непрерывное армирование		Раздельное армирование

Рис. 4. Раздельное и непрерывное армирование монолитной плиты перекрытия

I – I

С-2

									С-1
					II – II
			450			500
											500		500
	С-4

			120
								С-3
	510
					1800		2100

Рис. 5. Разрезы I – I, II – II 14

Глава 1. Проектирование монолитного железобетонного перекрытия

1.3. Расчет второстепенной балки Б-1

Расчетнаясхемавторостепеннойбалки–многопролетнаянераз- резная конструкция. Опорами в крайних пролетах служат кирпичная стена и главная балка, в средних пролетах – главные балки.

Расчетные средние пролеты исчисляются как расстояния в свету между гранями главных балок, а за расчетные крайние пролеты принимаются расстояния между гранями главных балок и серединами площадок опирания на стены (рис. 6).

При ширине ребер главных балок (ориентировочно) 250 мм и глубине заделки второстепенных балок и стены на 250 мм:

lкр = 5700−0,5 250+ 0,5 250 = 5700мм,

lср = 6300− 2 0,5 250 = 6050мм.

250

125		5700				6050
			5700
							6300			6300

Рис. 6. Общий вид второстепенной балки

Статический расчет

Сбор нагрузок приведен в табл. 3.

Расчетные нагрузки на наиболеенагруженную второстепенную балку Б-1 с грузовой площадью шириной 2,1 м, равной расстоянию между осями балок:

полная расчетная нагрузка

(g +v) 2,1 =18,27 2,1 =38,37кН/м;

постоянная и временная длительная

(g + v) 2,1 =16,47 2,1 = 34,59кН/м.

15

Проектирование четырехэтажного промышленного здания

				Таблица 3
№		Нормативная	Коэффициент	Расчетная
			надежности
	Наименование	нагрузка,		нагрузка,
п/п			по нагрузке
		кН/м2		кН/м2
			[18]
	Постоянные нагрузки
	Вес пола из цементного
1	раствора с затиркой	0,34	1,2	0,44
	δ = 20 мм, ρ = 1700 кг/м3
2	Вес ж/б плиты δ = 80 мм,	2,0	1,1	2,2
	ρ = 2500 кг/м3
	Вес второстепенной балки*
3	b×h = 200×550,	1,12	1,1	1,23
	ρ = 2500 кг/м3
Итого		3,46		3,87
	Временные нагрузки по (заданию)
4	Равномерно распределенная	12	1,2	14,4
	в том числе	1,5	1,2	1,8
	кратковременная
Полная		15,46		18,27
Постоянная + длительная		13,96		16,47

Примечание.* 0,2 (0,55−0,08) 25 =1,12кН/м2. 2,1

Расчетные изгибающие моменты в неразрезных балках (рис. 7) с равными или отличающимися не более чем на 10 % пролетами

(lср / lкр = 605 / 570 = 1,06 < 1,10) в соответствии с [6] с учетом пере-

распределения усилий вследствие пластических деформаций определяются по формулам

в крайних пролетах

Мкр = γn	(g +v) lкр2			(38,37) 5,7			2
			= 0,95				=107,71кНм;
	11				11
в средних пролетах и над средними опорами
Мср = −Мср = ±γn		(g +v) lср2			= ±0,95	(38,37)		6,052
								=±83,41кНм;
			16				16

над вторыми от конца промежуточными опорами В

Глава 1. Проектирование монолитного железобетонного перекрытия

МВ = −γn (g +14v) l2 = −0,95(38,3714) 6,052 = −95,3кНм,

где l – больший из примыкающих к опоре Врасчетный пролет.

v

g

5700

6050

6050

6050

5700

Рис. 7. Расчетная схема второстепенной балки

Величинызначенийвозможныхотрицательныхмоментоввсредних пролетах при невыгоднейшем загружении второстепенной балкивременнойнагрузкойвсоответствиис[6] определяютсяпоогибающим эпюрам моментов для неразрезной балки в зависимости от соотношения временной и постоянной нагрузок по формуле

М = γnβ(g +v)lcp2 ,

где – коэффициент, принимаемый по прил. 2.

При gv = 308,13,24 =3,72 для сечений на расстоянии 0,2l от опорыВ

во втором пролетеII =0,0375 и 0,2l от опоры С в третьем пролете –

III = 0,0295.

minМII = 0,95(−0,0375)38,37 6,052 = −50,03кНм;

minМII = 0,95(−0,0295)38,37 6,052 = −39,36кНм.

Расчетные поперечные силы:

QA = 0,4(g +v)lкрγn = 0,4 38,37 5,7 0,95 =83,1кН;

QBл = −0,6(g +v)lкрγn = −0,6 38,37 5,7 0,95= −124,7кН; QBпр = 0,5(g +v)lсрγn = 0,6 38,37 6,05 0,95=110,27кН;

QСл = −QСпр = ±0,5(g +v)lсрγn = ±0,5 38,37 6,05 0,95=110,27кН.

16

17