Проектирование конструкции перекрытия каркасного здания.

1 Общие данные для проектирования.

Пятиэтажное каркасное здание без подвала имеет размеры в плане 52,2х23,2 м и сетку колонн 5,8х5,8 м. Высота этажа 4,8 м. Здание с неполным каркасом. Наружные стены – несущие, выполнены из кирпича (толщина стены составляет 510 мм). Нормативное значение временной нагрузки Q=5,5 кН/м². Снеговая нагрузка по III району. Класс по условию эксплуатации ХС4.

2 Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия.

Ригели поперечных рам четырёхпролётные, на опорах шарнирно соединённые со стенами и жёстко со средними колоннами. Плиты перекрытий – ребристые. Ребристые плиты принимаются с номинальной шириной, равной 1175 мм; связевые распорки шириной 1100 мм размещаются по рядам колонн и опираются на ригели и несущие стены.

Шаг колонн в продольном и поперечном направлениях составляет 5,8 м.

Рис.1. Компоновка перекрытия здания с неполным железобетонным каркасом.

3. Расчет и проектирование ребристой панели.

3.1 Определение нагрузок и усилий

Таблица 1 Нагрузки на сборное междуэтажное перекрытие

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м^2	Коэффициент надежности по нагрузке, f	Расчетная нагрузка, кН/м^2
Постоянная: 1.От собственного веса ребристой плиты перекрытия, δ=0,122 м, =2500кг/м^3 2.От конструкции пола (δ=0,050 м, =2200кг/м^3)	3,05 1,1	1,35 1,35	4,1175 1,485
Итого	∑Gk= 4,15	-	∑ = 5,6025
Временная В том числе: кратковременная длительная	5,5 2,75 2,75	1,5	8,525
Итого	Qk=5,5		Qd=8,525

3.2 Подбор сечений

Для изготовления сборной панели принимаем бетон класса С

(согласно ТКП EN 1992-1-1-2009 , прил. Е, табл. Е.1N) для класса f_c,cube=37MПа, f_cm=38MПа, f_ctm=2,9MПa, f_cd=f_ck/ =30/1,5=20МПа (где - коэффициент безопасности по бетону, принят равным 1,5 согласно табл.2 ТКП EN 1992-1-1-2009); продольную арматуру – из стали класса S400, f_yd = ( - частный коэффициент для арматуры, согласно табл. 2.1N ТКП EN 1992-1-1-2009 =1,15), f_yk=400МПа, f_ywd= МПа; поперечную арматуру – из стали класса S240, f_yk=240 МПа; армирование сварными сетками и каркасами.

Минимальный защитный слой бетона (согласно п. 4.4.1.2 ТКП EN 1992-1-1-2009):

c_min = max { мм}, (4.2)

где c_min,b - минимальная толщина из условия сцепления ( п. 4.4.1.2 (3) ТКП EN 1992-1-1-2009), в нашем случае принимается не менее диаметра арматуры.

c_min,dur - минимальная толщина из условий защиты от влияния окружающей среды, (согласно таблице 4.4N для класса конструкции S4 принимаем c_min,dur=30мм) ;

c_dur, - дополнительный элемент надежности (п. 4.4.1.2 (6) ТКП EN, принимаем равным нулю);

c_dur,st -  уменьшение минимальной толщины при использовании нержавеющей стали, (п. 4.4.1.2 (7) ТКП EN, принимаем равным нулю);

c_dur,add - уменьшение минимальной толщины при использовании дополнительной защиты (п. 4.4.1.2(8) ТКП EN, принимаем равным нулю).

Принимаем c_min=c_{min, dur}=30мм.

Найдем требуемую высоту поперечного сечения ребристой плиты:

,

где:

- расчетный пролёт плиты,

и - длительная и кратковременная нормативные составляющие временной нагрузки соответственно,

с – коэффициент, принимаемый для ребристых панелей в пределах 30…34,

- коэффициент увеличения прогибов при длительном действии нагрузки (для ребристых плит с полкой в сжатой зоне принимается 1,5)

l_eff = l_п+b = 5280+160 = 5440 мм. Здесь l_п – расстояние между внутренними гранями полок ригелей, мм; b – величина опирания плиты на полку ригеля.

Рис.2. Схема пирания плиты для определения .

Окончательно принимаем высотуплиты:

h = 400 мм.

Для определения собственного веса плиты, отнесенного к единице площади, спроектируем поперечное сечение плиты с учетом известных конструктивных высоты и ширины плиты. Также изобразим её эквивалентное двутавровое сечение.

Рис.3. Геометрические параметры поперечного сечения плиты и его таврового эквивалента.

Приведённая толщина панели, мм:

где А=141094 мм² - площадь поперечного сечения плиты,

=1160 мм - конструктивная ширина плиты.

Тогда:

.

Для расчета плиты по первой группе предельных состояний необходимо учитывать следующие сочетания нагрузок (приведенной к 1 метру плиты):

Где:

- коэффициент для комбинационного значения переменного воздействия;

- понижающий коэффициент

Согласно табл. А1 ТКП EN 1990-2011 принимаем =0,7

Тогда,

1. 

2. 

При расчете конструкции по эксплуатационной пригодности необходимо также учитывать практически постоянное сочетание нагрузок (п. 6.5.3 ТКП EN 1990-2011):

3. 

Здесь - коэффициент для практически постоянного переменного воздействия (принят равным 0,6 согласно табл.А1 ТКП EN 1990-2011);

- нормативное значение временной нагрузки, кН/м²;

- нормативное значение постоянной нагрузки, кН/м²;

- номинальная ширина плиты, равная 1175 мм.

Расчетный изгибающий момент и максимальная поперечная сила на опоре от первого сочетания нагрузок:

Расчетный изгибающий момент и максимальная поперечная сила для второй комбинации нагрузок:

То же, от третьей комбинации нагрузок:

Таким образом для расчета по первой группе предельных состояний будем использовать расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы от второй комбинации нагрузок: