Конструирование сборного междуэтажного перекрытия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1 Разбивка балочной клетки и выбор оптимального варианта.   4

1.1 Исходные данные для проектирования.      4

1.2 Общие положения по разбивке балочной клетки.     4

1.3 Варианты разбивки балочной клетки.       4

1.4 Расчет вариантов.          6

1.4.1 Сбор нагрузок на 1 м² перекрытия.       6

1.4.2 Расчет первого варианта.        6

1.4.3 Расчет второго варианта.        8

1.5 Сравнивание вариантов.         9

2 Расчет предварительно напряженной плиты с овальными пустотами.  9

2.1 Исходные данные, характеристика  материалов и технология изготовления плиты.            9

2.2 Назначение основных размеров плиты.      10

2.3 Расчет по первой группе  предельных состояний.     11

2.3.1 Расчет полки плиты  на изгиб.        11

2.3.2 Предварительный подбор  сечения продольной арматуры.   12

2.3.3 Определение приведенных  характеристик сечения.    14

2.3.4 Назначение величины  предварительного напряжения арматуры.  15

2.3.5 Определение потерь  предварительного напряжения.    16

2.3.6 Проверка прочности бетона в стадии обжатия.     17

2.3.7 Определение коэффициента точности натяжения арматуры.   18

2.3.8 Проверка принятого сечения предварительно напряженной арматуры. 18

2.3.9 Расчет прочности плиты по сечению наклонному к продольной оси по поперечной силе.           19

2.3.10 Проверка  прочности по сжатой полосе между наклонными   трещинами.            20

2.3.11 Расчет плиты в стадии изготовления.      20

2.4 Расчет плиты по второй группе предельных состояний.    21

2.4.1 Проверка на образование начальных трещин в сжатой зоне при эксплуатационных нагрузках в стадии изготовления.     21

2.4.2 Расчет нормальных сечений на образование трещин при эксплуатационной нагрузке.            23

2.4.3 Определение раскрытия трещин по нормальным сечениям.   24

2.4.4 Расчет наклонных сечений на образование трещин.    26

2.4.5 Определение прогиба плиты при образовании трещин под эксплуатационной нагрузкой.            29

3 Расчет ригеля перекрытия.         31

3.1 Общие положения.          31

3.2 Исходные данные.          32

3.3 Сбор нагрузок на погонный метр ригеля.      32

3.4 Определение изгибающих моментов и поперечных сил.   35

3.5 Подбор сечения продольной арматуры.      37

3.6 Расчет прочности ригеля по сечениям, наклонным к продольной оси. 43

3.7 Построение эпюры материалов и определение места обрыва стержней продольной арматуры.          47

3.8 Стык ригеля у колонны.         51

4 Расчет колонны.          52

4.1 Общие положения.          52

4.2 Исходные данные.          52

4.3 Определение усилий в средней колонне нижнего этажа.   53

4.4 Предварительный подбор сечения арматуры.     54

4.5 Расчет колонны как внецентренно сжатой стойки.    55

4.6 Расчет консоли колонны.         57

4.7 Проектирование стыка колонны.       60

5 Расчет фундамента.          60

5.1 Общие сведения и исходные данные.       60

5.2 Определение размеров подошвы, полной высоты и высоты ступеней фундамента.           61

5.3 Расчет арматуры плиты фундамента.       63

5.4 Расчет арматуры подколонника.       63

5.5 Проверка подошвы фундамента на раскрытие трещин.    64

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ          66

 

1 РАЗБИВКА БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА.

1.1 Исходные данные для проектирования.

Здание лабораторного  корпуса пятиэтажное с неполным железобетонным каркасом с кирпичными стенами. Расстояние в свету между стенами 18x30м. Высота этажа 4,2м. Нормативная нагрузка 5 кН/м², в том числе длительная нагрузка 1,8 кН/м² (задание на проектирование). Коэффициент надежности по нагрузке γ _f = 1,2 (3 п. 3.7). Коэффициент надежности по назначению здания γ_п =1,0 (4 прил. 7). Плиты многопустотные с овальными пустотами (подраздел 2.1). Влажность воздуха выше 40%.

 

Таблица 1.1 Марка бетона, класс стали сборных конструкций

	Сборная плита	Ригель	Колонна	Фундамент
Марка бетона	В25	В20	В20	В15
Класс стали	А600	А300	A300	A300

1.2 Общие положения по разбивке балочной клетки.

Пролет балок (ригеля) перекрытия принимается от 5 до 8 метров. Опирание плит на кирпичные стены 0,1 - 0,15 м. Номинальная длина плит с овальными пустотами: 5,4; 5,7; 6,0; 6,3 и 6,6 м; номинальная ширина - 1,2; 1,6 м. Пристенные бетонные вставки должны быть не более 0,2 м. Связевые плиты размещаются по рядам колонн. Пролеты балок должны отличаться не более чем на 20%.

1.3 Варианты разбивки балочной клетки.

Первый вариант - балки расположены вдоль помещения (рис. 1.1). Характеристики варианта: плиты 5,70´1,20 - 25 шт., 6,30´1,20 - 50 шт.; пролеты балок (по осям колонн): крайних - 7,80 м; средних - 7,20 м.

Второй вариант - балки  расположены поперек помещения (рис. 1.2). Характеристики варианта: плиты 6,30´1,60 - 15 шт.; плиты 6,30´1,20 - 24 шт.; 5,70´1,60 - 10 шт.; плиты 5,70´1,20 - 16 шт.; пролеты балок (по осям колонн) - 6,00 м.

1.4 Расчет вариантов.

Для того чтобы можно  было сравнивать варианты по расходу  железобетона, необходимо определить требуемые размеры балок перекрытия в обоих вариантах при одинаковом коэффициенте армирования. Экономическое значение этого коэффициента для балок равно m _э = 1,2 – 1,8 %.

1.4.1 Сбор нагрузок на 1 м² перекрытия.

Нормативную нагрузку от собственного веса пола можно принять по 4 прил. 2.

Собственный вес плиты  – по 4 прил. 3.

Расчеты сводятся в таблицу.

 

Таблица 1.2 Сбор нагрузок на 1м² перекрытия.

Нагрузка	Нормативная нагрузка, кН/м2	g f	Расчетная нагрузка, кН/м2
Постоянная
Керамическая плитка	0,3	1,1	0,33
Слой цементного раствора 0,03 х 22 кН/м3	0,66	1,3	0,85
Звукоизоляция	0,24	1,2	0,28
Многопустотная плита  с  овальными пустотами	2,0	1,1	2,2
Итого g n=1	3,20		3,66
Временная (полная)	5	1,2	6
В том числе длительная (понижающая)	1,8	1,2	2,16
Кратковременная	3,2	1,2	3,84
Полная	8,2		9,66
В том числе постоянная и длительная	5
Кратковременная	3,2

1.4.2 Расчет первого варианта.

Назначение предварительных  размеров балки.

 

Высота  м. Принимаем h=0,60 м.

 

Ширина м. Принимаем b=0,3 м.

 

Собственный вес 1 погонного метра  балки равен

 кН/м.

Расчетная нагрузка на погонный метр балки равна

 

 

Изгибающие моменты равны:

В первом пролете

 

 

Во втором пролете

 

 

Принимаем m_э=1,5%. Тогда

 

 

где R_s=365 МПа, R_b=11,5 МПа, g_и2=0,9.

Определяем значение h₀

 

    (2, 25)

 

где

    (2, 26)

Так как x < x_R  (0,528 < 0,628), то a_m=x´(1-x:2)=0,528´(1-0,528:2)=0,388;

 

 

и Принимаем h = 0,7 м.

1.4.3 Расчет второго варианта.

Оставляем как и в  первом варианте, предварительные размеры  балки 0,3х0,6 м, тогда:

Расчетная нагрузка на погонный метр балки равна

 

 

Изгибающие моменты равны:

В первом пролете

 

 

Во втором пролете

 

 

Принимаем m_э=1,5%. Тогда

 

 

где R_s=365 МПа, R_b=11,5 МПа, g_и2=0,9.

Определяем значение h₀

 

    (2, 25)

 

Где

 

    (2, 26)

 

Так как x < x_R  (0,528 < 0,628), то a_m=x´(1-x:2)=0,528´(1-0,528:2)=0,388;

 

 

и Принимаем h = 0,5 м.

1.5 Сравнивание вариантов.

Несмотря на то, что  расход железобетона на плиты составляет примерно 65 % общего расхода на перекрытие, он остается постоянным для обоих вариантов (перекрывается одинаковая площадь). Поэтому сравнение производится по расходу железобетона на балки и колонны в пределах этажа. Размер сечения колонны принимается не менее 0,25 м и не менее ширины балок. При небольшой разнице в расходе бетона (5%) предпочтение может быть отдано варианту с меньшим количеством железобетонных деталей. Результаты сведены в таблицу 1.3

 

Таблица 1.3 Сравнение  вариантов.

Номер варианта	Наименование деталей	Кол-во штук	Сечение м2	Длина м	Расход ж/б м3
1	Балки крайние	4	0,3х0,7	7,8	6,552
	Средние	4	0,3х0,7	7,2	6,048
	Колонны	6	0,3х0,3	4,2	2,268
	Плиты	75
	Итого:	89			14,868
2	Балки	12	0,3х0,5	6	10,8
	Колонны	8	0,3х0,3	4,2	3,024
	Плиты	65
	Итого:	85			13,824

Вывод: по расходу железобетона и по количеству деталей принимается  к проектированию второй вариант.

2 РАСЧЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО  НАПРЯЖЕННОЙ ПЛИТЫ С ОВАЛЬНЫМИ ПУСТОТАМИ.

2.1 Исходные данные, характеристика материалов и технология изготовления плиты.

Пролет плиты – 6,3 м.

Ширина плиты – 1,6 м.

Ширина балок – 0,3 м.

Класс бетона – В25.

Расчетное сопротивление  бетона (сжатие осевое) R_В=14,5 мПа (2 табл. 13).

Растяжение осевое R_bt=1,05мПа (2 табл. 13).

Сопротивление бетона при  расчете по 2-ой группе предельных состояний: R_B,ser=18,5 МПа [2, табл. 12], R_{Bt, ser}=1,6 МПа [2, табл. 12]. Модуль деформации бетона Е_В=27000 МПа [2, табл. 18]. Класс предварительно напрягаемой арматуры А-600.

Сопротивление напрягаемой арматуры: R_sp=510 МПа и R_sc=450 МПа [2, табл. 22], R_s,ser=590 МПа [2, табл. 19]. Модуль деформации E_s=190000 МПа [2, табл. 29]. Класс ненапрягаемой арматуры Вр-I. Влажность воздуха окружающей среды менее 75% - g_b2=0,9 [2, табл. 15]. Формирование плит на металлическом поддоне с теплообработкой в тоннельных камерах. Натяжение арматуры на упорах электротермическим способом.

Нагрузка на 1 м² плиты приведена в таблице 1.2

2.2 Назначение основных размеров плиты.

Расчетный пролет:

 

 

Высота плиты:

 

 

где k = 8 ... 10 для пустотных плит ; q_n - нормативная продолжительная нагрузка (постоянная и длительная) в кН/м²; V_n - нормативная кратковременная нагрузка в кН/м²

принимаем h_п=0,24 м

 

Рисунок 2.1

 

Проверка: 4х320+2х80+3х50=1590 мм.

2.3 Расчет по  первой группе предельных состояний.

2.3.1 Расчет  полки плиты на изгиб.

Для расчета выделяют полосу плиты шириной в один метр. Сбор нагрузок на полку (кН/м) (см. табл. 2.1).

 

Таблица 2.1 Загружение полки  плиты.

Наименование нагрузок	qn кН/м	gf	q кн/м
Вес пола     (см. табл. 1)	1,2		1,46
Вес полки     0,03´25	0,75	1,1	0,825
3. Временная нагрузка	5	1,2	6
Итого ´ gn	6,95		8,285

Изгибающий момент

 

 

Полезная высота сечения  при расположении арматуры в середине полки:

 

 

Подбор сечения арматуры:

 

 

 

 

Принимаем минимальную сварную  сетку по ГОСТ 8478-8 [1, приложение VII] с площадью А_s= 0.65 см² (5ÆВр-I).