4. Выполнение листа 1 графической части курсового проекта

На первом листе графической части курсовой (чертежи, лист 1) вычерчивается компоновочная схема перекрытия здания со спецификацией сборных железобетонных конструкций перекрытия.

На компоновочной схеме перекрытия указываются позиции сборных железобетонных конструкций (поз.1-5). В таблицу-спецификацию заносятся позиция, серия, марка, количество сборных железобетонных конструкций перекрытия, а также масса в тоннах каждого конструктивного элемента. Масса конструктивных элементов здания (плит и ригелей) принимается с учетом сведений таблиц 1.1 - 1.3 и размеров конструктивных элементов по компоновочной схеме (масса рядовой плиты - 6,21,30,28=2,25 т). Серии конструктивных элементов по строительному каталогу и марки конструкций также указаны в таблицах 1.1 - 1.3. Для определения количество конструктивных элементов перекрытия одной позиции на здание необходимо принять во внимание, что одна ячейка плана отведена под лестничную клетку.

Расчетная нагрузка на плиты перекрытия (без учета собственного веса плиты) составляет 1,5+10,8=12,3 кН/м² с округлением 13 кН/м² (пол + временная нагрузка на перекрытие по таблице 2.1).

Расчетная нагрузка на ригель перекрытия среднего ряда (без учета собственного веса ригеля) с учетом ширины грузовой полосы 6,5 м составляет (1,5+3,06+10,8)6,5=99,84 кН/м округлением 100 кН/м (пол + плита+временная нагрузка на перекрытие по таблице 2.1). Расчетная нагрузка на ригель перекрытия крайнего ряда – 50 кН/м.

Расчетная нагрузка на нижнюю колонну без учета ее собственного веса собирается с грузовой площади 35,8 кН/м² и четырех этажей. Суммарная расчетная нагрузка на нижнюю колонну без учета ее собственного веса составляет: 97,1+1649,66++180,79=1927,55 кН с округлением 2000 кН=200 т.

Отметка перекрытий здания ниже отметки пола каждого этажа на 50 мм. Отметки трех перекрытий и покрытия четырехэтажного здания при высоте этажа Н_этажа=3,3 м при отметке пола первого этажа 0,000 вычисляются следующим образом:

для второго этажа 3,3-0,05=3,250; для третьего этажа: 3,250+3,3=6,550;

для четвертого этажа 6,550+3,3=9,850; 9,850+3,3=13,150.

Вертикальная компоновка конструктивных элементов здания выполнена на примере компоновки средней колонны по высоте здания.

Нижняя колонна проектируется на этаж. Верхняя – на три этажа. Отметка верха нижней колонны здания 3,3+1,05-0,35=4,000. Отметка низа нижней колонны здания определится по результатам расчета монолитного столбчатого фундамента под колонну.

5. Проектирование ригеля, колонны и столбчатого фундамента под колонну[7,8].

Ригель является изгибаемым элементов, поэтому его расчет ведется по алгоритму расчета изгибаемых элементов. Состав прочностного расчета следующий:

• расчет по нормальным сечениям (на действие изгибающих моментов М);

• расчет по наклонным сечениям (на действие поперечных сил Q)

В обеспечении несущей способности изгибаемых железобетонных конструкций участвуют бетон и арматура. Прочностной расчет по нормальному сечению обычно заключаются в определении площади поперечного сечения арматуры и подборе арматуры по сортаменту. Исходными данными являются: усилия М; геометрические размеры поперечного сечения; класс бетона и класс арматуры. Размеры поперечного сечения и классы материалов назначаются согласно рекомендациям по проектированию конкретных конструкций, в результате расчета они обычно уточнятся. Прочностной расчет по наклонному сечению выполняется после расчета по нормальному сечению и носит проверочный характер

Подбор арматуры в изгибаемых элементах.

Рис. 5.1. Армирование изгибаемого элемента (1-нормальное сечение, 2,3-наклонные сечения)

Подбор продольной рабочей арматуры (расчет по нормальному сечению)

Исходные данные

1).Усилие М (из статического расчета)

2).Размеры сечения: h, b (см. рис.5.1). Рабочая высота сечения h_o=h-a (а - расстояние от середины сечения продольной рабочей арматуры до нижней грани сечения; первоначально значение а принимается из условия обеспечения минимальной толщины защитного слоя рабочей арматуры. Для монолитных конструкций толщина защитного слоя назначается 0,02 м и не менее . Для балок min диаметр продольной арматуры равен 10 мм. Для колонн min диаметр равен 12..16 мм. Для сборных железобетонных конструкций толщина защитного слоя назначается 0,015 м и не менее . Эксплуатация конструкций в этом случае должна осуществляться в закрытых помещениях при нормальной влажности.

3).Классы бетона и арматуры. В качестве ненапрягаемой продольной рабочей арматуры рекомендуется использовать стержневую арматуру класса А400, А500, В500, напрягаемой – А600, A800, A1000 (R_s- расчетное сопротивление арматуры растяжению определяется по таблице П2 ПРИЛОЖЕНИЯ). Для несущих железобетонных конструкций минимальный класс бетона определяется видом конструкций. Для конструкций с ненапрягаемой арматурой используется бетон класса не ниже В15, с напрягаемой – В20 (R_b - расчетное сопротивление бетона сжатию по таблице П2). К прочностным характеристикам бетона характеристикам R_b и R_bt вводится коэффициент условий работы _b1=0,9.

Алгоритм расчета

1).Определение коэффициента А_о= , где b,h₀ подставляют в м, М - в кНм, R_b - в кН/м² (1МПа=10³кН/м²);

2). По таблице П3 ПРИЛОЖЕНИЯ по коэффициенту А₀ определяется коэффициент . При этом должно выполнятся условие А₀  A_R (A_R=0,390 – А400, A_R=0,372 – А500, A_R=0,376 – В500).

Если условие не выполняется, это означает, что размеры сечения, классы материалов заданы неверно и должны быть увеличены.

3).Определение площади продольной арматуры А_s= (А_s - в м², 1м²=10⁴см²).

4).По сортаменту (таблица П1 ПРИЛОЖЕНИЯ) подбирается диаметр, например, двух стержней, уточняется площадь продольной арматуры А_s, а также определяется коэффициент армирования _s= , сверяя его значение с _min =0,1% (минимальным коэффициентом армирования) и _оптим (оптимальным коэффициентом армирования) для конструкций конкретного вида. Для балок оптимальный процент армирования _s%=1,5%…2,0%.

Проверка прочности наклонного сечения

Исходные данные

1). Усилие Q (из статического расчета).

2). Диаметр поперечной арматуры назначается из условия свариваемости с диаметром продольной рабочей арматуры (соотношение диаметров см. таблицу П6 ПРИЛОЖЕНИЯ). С учетом количества поперечных стержней (на рис.4.1 поперечных стержней - 2) и диаметра поперечной арматуры по сортаменту определяется площадь поперечной арматуры А_sw.

3). Принимается класс поперечной арматуры В500 (А400). По таблице П2 ПРИЛОЖЕНИЯ устанавливается R_sw- расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению.

4). Класс бетона установлен при расчете продольной арматуры. Для этого расчета по таблице П2 ПРИЛОЖЕНИЯ устанавливается R_bt - расчетное сопротивление бетона растяжению.

5). Расстояние между поперечными стержнями S_w назначается по следующему правилу:

в железобетонных элементах, в которых поперечная сила по расчету не может быть воспринята только бетоном, устанавливается поперечная арматура с шагом S₁ не более 0,5 h₀ (не более 300 мм);

в балках и ребрах высотой 150 мм и более, а также в часторебристых плитах высотой 300 мм и более, на участках элемента, где поперечная сила воспринимается только бетоном, поперечная арматура устанавливается с шагом S₂ не более 0,75 h₀ (не более 500);

в сплошных плитах, а также часторебристых плитах высотой менее 300 мм и в балках (ребрах) высотой менее 150 мм на участках элемента, где поперечная сила воспринимается только бетоном, поперечную арматуру можно не устанавливать.

Алгоритм расчета

При проведении расчета поперечная арматура, назначенная по конструктивным требованиям, проверяется расчетом на предмет достаточности ее для обеспечения прочности наклонного сечения (проверочный расчет).

Прочность наклонного сечения будет обеспечена, если выполняется условие: QQ_b+Q_sw, где

Q_b- поперечное усилие, воспринимаемое бетоном,

Q_sw- поперечное усилие, воспринимаемое арматурой.

Расчет производится для ряда расположенных по длине элемента наклонных сечений при наиболее опасной длине проекции наклонного сечения С.

Последовательность расчета следующая:

1). Определяется распределенное усилие в поперечной арматуре: q_sw= в кН/м.

2). Определяется длина проекции: С= , в м.

3). Определяется Q_b= . При этом определенная в пункте 2 длина проекции ограничивается: С3h₀.

4). Определяется Q_sw=0,75Сq_sw . При этом определенная в пункте 2 длина проекции ограничивается: С2h₀.

Если прочность по наклонному сечению не обеспечена, то необходимо, прежде всего, увеличить площадь поперечного сечения арматуры А_sw или уменьшить шаг поперечной арматуры S_w. Можно также изменять класс бетона, размеры поперечного сечения, но в этом случае придется снова выполнять расчет продольной арматуры.

Подбор продольной рабочей арматуры ригеля:

• верхней продольной арматуры.

Исходные данные

1. усилие М=55 кНм (по таб.3.1),

2. материалы: арматура А400 (R_s=350 МПа =3510⁴ кН/м²), коэффициент условий работы бетона _b1=0,9, бетон В25 (R_b=14,5 МПа=14500 кН/м²) – по таб. П2,

3. размеры сечения b=0,3 м, h=0,3 м, h₀=0,27 м. Сечение у опоры ригеля подрезано снизу на 150 мм (h=0,45-0,15=0,3м) для опирания ригеля на консоль колонны.

Алгоритм расчета

1. А_о= ,

2. по таб. П3 коэффициент =0,892,

3. А_s= , по таб. П1, верхняя продольная арматура ригеля принимается 222А400, А_s=7,6 см².

   • нижней продольной арматуры.

Исходные данные

1. усилие М=249,93 кНм (по таб.3.1),

2. материалы: арматура А400 (R_s=350 МПа =3510⁴ кН/м²), коэффициент условий работы бетона _b1=0,9, бетон В25 (R_b=14,5 МПа=14500 кН/м²) – по таб. П2,

3. размеры сечения b=0,3 м, h=0,45 м, h₀=0,40 м. Нижняя продольная арматура представлена четырьмя стержнями, поэтому а=0,05 м

Алгоритм расчета

1. А_о= ,

условие не выполняется, принимается класс бетона В30, R_b=17000 кН/м²

1. А_о= ,

2. по таб. П3 коэффициент =0,765,

3. А_s= , по таб. П1. Нижняя продольная арматура ригеля принимается 225А400 и 232А400, А_s=9,82+16,08=25,9>24,78 см²,

4. _s%= ,

Рис.5.2. Расчетные сечения при определении нижней продольной арматуры (1) и верхней продольной арматуры (2)

Проверка прочности наклонного сечения ригеля.

Конструктивные требования: при проектировании поперечной арматурой в составе сварного каркаса диаметр поперечной арматуры назначается из условия возможности ее сварки с продольной (32). По табл. П6 принимается поперечная арматура - 8, класс арматуры - А400. При проведении расчета рассматривается наклонное сечение у опоры (h₀=0,27 м). Шаг поперечных стержней - S_W=0,5h₀, принимается S_W=100 мм=0,1 м.

Исходные данные

1. усилие Q=265,4 (по таб.3.1),

2. материалы: арматура А400 (R_sw=280 МПа =2810⁴ кН/м²), бетон В30 (R_bt=1,15 МПа=1150 кН/м²) – по таб. П2,

3. размеры сечения b=0,3 м, h=0,3 м, h₀=0,27 м, площадь поперечной арматуры А_sw=1,0110^-4м² (28А400), шаг поперечных стержней S_W=0,1 м.

Алгоритм расчета

1. q_sw= кН/м,

2. С= м,

3. С=0,35 м<2h₀=20,27=0,54 м,

4. Q_b= ,

Q_sw=0,75 q_swС=0,752830,35=74,3кН,

5. Q_b+ Q_sw=97+74,3=171,3<258,9 кН – прочность наклонного сечения не обеспечена, поэтому уменьшается шаг поперечных стержней S_W=0,05 м, можно также увеличить площадь поперечной арматуры А_sw=1,5710^-4м² (210А400) и выполняется повторный расчет-.

1) q_sw= кН/м,

2) С= м,

3) С=0,2 м<2h₀=20,27=0,54 м,

4) Q_b= ,

Q_sw=0,75 q_swС=0,75879,20,2=131,9 кН,

5) Q_b+ Q_sw=169,8+131,9=301,7>258,9 кН – прочность наклонного сечения не обеспечена.

Колонны проектируемого здания испытывают в основном центральное сжатие. При расчете центрально-сжатых элементов учитывается действие продольного изгиба. Продольный изгиб оценивается коэффициентом продольного изгиба , который зависит от гибкости (l₀=Н_этажа=3,3 м; h=0,4 м – высота сечения колонны). На значение коэффициента продольного изгиба оказывает влияние также длительность действия нагрузки (см. таб. П5). Коэффициент продольного изгиба =0,91 (нагрузки на колонну в основном длительного действия) .

Подбор продольной рабочей арматуры колонны

Исходные данные

1) усилие N=1986,5 кН (таб.3.1),

2) размеры сечения колонны b=h=0,4 м; площадь сечения А=0,40,4=0,16 м²,

3) материалы: класс бетона В15 (R_b=8,5 МПа=8500 кН/м²), коэффициент _b1=0,9, класс арматуры А400 (R_sc=350 МПа =3510⁴ кН/м²). Прочностные характеристики материалов определены по таблице П2,

4) коэффициент продольного изгиба =0,91.

Алгоритм расчета (при =l₀/h20)

Предельное значение продольной силы, которую может воспринять элемент (колонна): N_ult=(A_b1R_b+A_s.totR_sc), N_ult= N, уравнение решается относительно неизвестного A_s,tot- площади всей продольной арматуры в сечении колонны.

По таблице П1 подбирается диаметр 4-х стержней рабочей арматуры - 4 32А400 (А_s,tot=32,17 см²).

Процент армирования (минимальный процент армирования по таб.П4). Оптимальный процент армирования колонны составляет 2% - 3%.

Рис. 5.3. Армирование центрально-сжатого элемента (колонны)

Расчет монолитного столбчатого фундамента под сборную колонну включает в себя три этапа: определение размеров подошвы фундамента, определение высоты фундамента, подбор арматуры фундамента.

Исходные данные:

1) расчетное значение сжимающего усилия N=1986,5 кН (таб.3.1), нормативное значение сжимающего усилия (_f,ср.- среднее значение коэффициента надежности по нагрузке),

2) размеры сечения колонны b_к=h_к=0,4 м, продольная рабочая арматура колонны - 432А400 (диаметр арматуры d_s=32 мм=0,032 м) , отношение площадей арматуры требуемой по расчет и установленной в колонне (смотри расчет колонны).

3) материалы: класс бетона В15 (R_b=8,5 МПа=8500 кН/м², R_bt=0,75 МПа=750 кН/м²), коэффициент условий работы бетона _b1=0,9, класс арматуры А400 (R_sc=350 МПа =3510⁴ кН/м²). Прочностные характеристики материалов определены по таблице П2. Толщина защитного слоя арматуры – 40 мм (расстояние от подошвы фундамента до центра арматурного стержня а=0,05 м),

4) условное расчетное сопротивление грунта R₀=0,25 МПа=250 кН/м², _m=20кН/м³ - усредненный объемный вес материала фундамента и грунта на обрезах фундамента (для учета собственного веса фундамента),

5) первоначально задается высота фундамента Н_ф=1 м.

Определение размеров подошвы фундамента

Площадь подошвы фундамента: стороны подошвы фундамента: , а₁=2800 мм=2,8 м, А=2,82,8=7,84 м², вес фундамента и грунта на обрезах: G_ф=АН_ф_m_n_f = 7,8412011,15=180,3 кН/м³ (_f=1,15 - для насыпного грунта) , расчетное значение давление грунта на подошву фундамента составляет:

Определение высоты фундамента

Высота фундамента определяется исходя из соблюдения трех условий: непродавливания, закрепления колонны для обеспечения ее жесткой заделки в фундаменте, надежной анкеровки арматуры колонны.

Как показано на рисунке 5.4, бетон фундамента может срезаться по граням пирамиды продавливания. Для обеспечения непродавливания высота фундамента должна быть не менее вычисленной по формулам: Н_ф=h₀+a, h₀₌ Н_ф=h₀+a=0,52+0,05=0,57 м.

Рис.5.4. К расчету на продавливание (N – нагрузка, передаваемая от колонны на фундамент в стадии эксплуатации,  - давление грунта на подошву фундамента)

Для обеспечения жесткой заделки колонны в фундамент, колонна должна быть опущена в стакан фундамента на глубину 1,5h_к=0,6 м. При этом колонна устанавливается на центрующий элемент и не доводится до дна стакана на 50 мм=0,05 м, а минимальная толщина дна стакана составляет 200 мм=0,2 м (рис.5.5). Н_ф=0,6+0,05+0,2=0,85 м.

Длина анкеровки арматуры колонны вычисляется по формуле:

.

Н_ф=0,95+0,05+0,2=1,2 м.

Выбирается самое большое из полученных значений высоты фундамента. Высота фундамента составляет 1,2 м=1200 мм (краткая 50 мм).

После определения высоты выполняется компоновка фундамента (рис. 5.5).

Фундамент высотой 1200 мм можно составить из трех ступеней по 400 мм (400+400+400=1200 мм).

Размеры ступеней в плане:

а₁=2800 мм (по расчету),

а₃=толщина стенки стакана2+h_к+0,752 (рис.5.5), толщина стенки стакана принимается не менее 200 мм и не менее 0,75 высоты верхней ступени 0,75400=262,5 мм, а₃=3002+400+0,752=600+400+150=1150 мм, а₃=1200 мм,

Длина ступеней (а₁-а₃)/4=(2800-1200)/4=400 мм. Если полученная разность не делится на 4, например, 2800-1100=1700 мм, 800+900=1700 мм (две ступени 800/2=400 мм, две ступени 900/2=450 мм),

а₂=2800-800=2000 мм или 1200+800=2000 мм.

Определение площади рабочей арматуры.

Фундамент изгибается под действием давления грунта. Так как высота фундамента переменная, при определении площади продольной арматуры рассматривается три сечения (рис.5.5). Расчетная схема – консоль с местом заделки в сечениях 1-1, 2-2, 3-3. Вылет (расчетная длина) и высота сечения консолей:

сечение 1-1: вылет l₁= (а₁-а₂)/2; h₁=0,4 м; h₀₁=0,4 – 0,05=0,35 м;

сечение 2-2: вылет l₂= (а₁-а₃)/2; h₂=0,8 м; h₀₂=0,8 – 0,05=0,75 м;

сечение 3-3: вылет l₃= (а₁-h_к)/2; h₃=1,2 м; h₀₂=1,2 – 0,05=1,15 м.

Рис.5.5. К выполнению компоновки и расчету фундамента

Расчет фундамента ведется в плоской постановке, поэтому давление грунта на подошву фундамента умножается на ширину подошвы фундамента =а₁.

Момент в заделке консоли определяется по формуле:

Моменты в опорных сечениях консолей:

=

=0,125276,42,8(2,8-2,0)²= 96,740,8² =61,9кНм,

=0,125276,42,8(2,8-1,2)²=96,741,6²=247,65 кНм,

=0,125276,42,8(2,8-0,4)²=96,742,4²=557,2 кНм.

Площадь рабочей арматуры необходимая для обеспечения прочности нормального сечения изгибаемого элемента:

_.

При расчете фундамента коэффициент =0,9.

Выбирается наибольшее значение площади продольной арматуры – A_s=15,38 см².

На рисунке 5.6 показана раскладка арматурных стержней, объединенных в сетку С1. Рабочей является поперечная и продольная арматура сетки С1.

Рис.5.6. Раскладка рабочей арматуры фундамента

Для раскладки арматуры необходимо задать шаг арматурных стержней (S=300 мм). Первый стержень укладывается на расстоянии 50 мм от края. Последний стержень раскладки будет также расположен также на расстоянии 50 мм от края. Количество стержней одного направления – 10 (9+1=10 стержней). Площадь поперечного сечения одного арматурного стержня - 15,38/10=1,538см². По таблице П1 - 1014А400.

Марка сетки: ,

где в числителе приведено описание продольной, а в знаменателе - поперечной арматуры сетки; 278 см=2780 мм – ширина (длина) сетки; 40 мм (2780-2700)/2=40) – выпуски продольных (поперечных) стержней сетки.