Главная » Литература » Железобетонные конструкции » А. И. Заикин - Проектирование железобетонных конструкций многоэтажных промышленных зданий (примеры расчета)
А. И. Заикин - Проектирование железобетонных конструкций многоэтажных промышленных зданий (примеры расчета)
А. И. Заикин
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ МНОГОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ (примеры расчета)
Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство» направления подготовки дипломированных специалистов «Строительство»
2-е издание, стереотипное
Москва 2005
Издательство Ассоциации строительных вузов
Проектирование железобетонных конструкций многоэтажных промышленных зданий: Учеб. пособие. М.: Издательство АСВ, 2005. - 200 с.
В пособии приведены примеры расчета и конструирования сборных и монолитных железобетонных конструкций многоэтажного каркасного промышленного здания, аналогичные выполняемым в курсовом и дипломном проектировании. В приложениях даны блок-схемы алгоритмов расчета железобетонных сечений по 1-й и 11-й группам предельных состояний и наиболее употребительные справочные материалы.
Книга предназначена для студентов вузов, обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство».
© А.И. Заикин, 2005
© Южно - Уральский государственный университет, 2005
© Издательство АСВ, 2005
ВВЕДЕНИЕ
При строительстве многоэтажных зданий и многих инженерных сооружений широко применяются сборные железобетонные конструкции с обычным и предварительно напряженным армированием. Проектирование указанных конструкций представляет собой комплекс расчетов и графических работ, включающих стадии изготовления, транспортирования и эксплуатации конструкций. Экономичность и эксплуатационная надежность отдельных конструкций и здания в целом во многом обусловлены принятыми проектными решениями, поэтому представляется важным обучение будущих инженеров-строителей современным приемам проектного дела.
Вопросы проектирования железобетонных конструкций регламентированы СНиП 2.03.01-84* [1] и развиты в руководствах по проектированию железобетонных конструкций, а также учебниках и монографиях. Однако в вышеперечисленных изданиях, как правило, приводятся расчеты только сечений отдельных элементов - плит, балок, колонн, - не связанных конструктивно с перекрытием или рамой поперечника здания, что не дает полного представления о работе конструкций в целом, взаимной увязке элементов, конструктивных решениях узлов и стыков сооружения. Существует и целый ряд специфических вопросов, учитываемых при проектировании железобетонных конструкций, но недостаточно детализированных в вышеперечисленных изданиях.
В то же время опыт показывает, что отсутствие достаточно подробно изложенной методики проектирования железобетонных конструкций зданий и сооружений в целом отрицательно сказывается на учебном процессе, курсовом и дипломном проектировании, работе, выпускников на производстве.
В данном учебном пособии на примерах изложены вопросы проектирования, расчета и конструирования железобетонных конструкций многоэтажных промышленных зданий с учетом взаимной увязки этих конструкций в конструктивной схеме здания.
В главе 1 рассмотрены общие вопросы компоновки многоэтажных зданий, применяемые конструктивные схемы, конструктивные элементы, материалы.
В главе 2 приведен пример проектирования многоэтажного здания с полным каркасом рамно-связевой схемы из сборных железобетонных элементов. Особое внимание уделено вопросам сбора нагрузок, определения усилий, и составления расчетных сочетаний усилий, так как именно эти этапы расчета вызывают определенные трудности у студентов.
В главе 3 изложены вопросы проектирования монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами и пример расчета и конструирования плиты и второстепенной балки.
В приложении приведены блок-схемы алгоритмов для расчета железобетонных конструкций по 1-й и 11-й группам предельных со стояний и некоторые справочные данные, позволяющие во многих случаях использовать настоящее пособие без дополнительной литературы.
1. КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ МНОГОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Многоэтажные здания широко используются во многих отраслях промышленности, а также при строительстве жилых, общественных и административных объектов. В промышленном строительстве многоэтажные здания используют для предприятий приборостроения, химической, легкой и пищевой промышленности, складов, холодильников, гаражей и т.п. К таким зданиям относятся также лабораторные и административно-бытовые корпуса предприятий различных отраслей промышленности.
По конструктивной системе различают многоэтажные здания каркасные и панельные (бескаркасные). Каркасная система преимущественно применяется для промышленных, общественных и административных зданий, при этом каркас может быть полным (с навесными или самонесущими наружными стенами) или неполным (с несущими стенами). Бескаркасная система обычно применяется в жилищном строительстве.
Несущая система любого многоэтажного здания образуется вертикальными несущими конструкциями (колоннами, панелями), объединенными в единую пространственную систему горизонтальными несущими конструкциями (перекрытиями). В каркасных зданиях элементами несущей системы являются: железобетонный каркас, образованный колоннами, ригелями и фундаментами (т.е. плоскими рамами), вертикальные элементы жесткости в виде железобетонных диафрагм, столбов, металлических связей, и горизонтальные элементы (перекрытия и покрытия).
Пространственная жесткость каркасных зданий, т.е. прочность, устойчивость и жесткость каркаса при действии горизонтальных нагрузок, обеспечивается по одной из следующих конструктивных схем: рамной, связевой или рамно-связевой.
При рамной схеме все вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на здание, воспринимаются рамами с жесткими узлами и передаются на фундаменты. Наряду с определенными достоинствами данной схеме присущи и серьезные недостатки, главным из которых является трудность реализации принципов унификации каркаса, стандартизации и типизации конструктивных элементов и узлов сопряжений.
В связевой схеме рамы каркаса рассчитываются на действие только вертикальных нагрузок, а все горизонтальные нагрузки передаются на систему вертикальных элементов жесткости, устанавливаемых в продольном и поперечном направлениях и связанных с примыкающими к ним колоннами; стыки ригелей с колоннами в такой схеме обычно выполняются шарнирными или с частичным защемлением. Поскольку каркас воспринимает только вертикальные нагрузки, то появляется возможность применять на всех этажах одни и те же ригели перекрытий и типовые узлы сопряжений их с колоннами, т.е. унифицировать каркас.
В рамно-связевой схеме горизонтальные нагрузки воспринимаются как вертикальными элементами жесткости, так и рамами каркаса совместно и пропорционально их изгибным жесткостям.
В промышленных многоэтажных зданиях пространственная жесткость обычно обеспечивается по смешанной схеме: в поперечном направлении - рамами с жесткими узлами, т.е. по рамной схеме, в продольном - вертикальными стальными связями по колоннам, т.е. по связевой схеме.
Этажность и высота этажа промышленных зданий зависит от вида и технологии производства и составляет при тяжелых нагрузках 3-7 этажей, а при небольших нагрузках (до 5 кПа) - до 12-14 этажей; высота этажа кратна
Привязку колонн и стен к разбивочным осям выполняют согласно действующим нормативам. Так, при полном каркасе разбивочные оси совмещают с геометрическими осями средних колонн и с наружными гранями крайних рядов колонн. При неполном каркасе наружные разбивочные оси располагают по осям наружных стен, а внутренние - по геометрическим осям колонн. Могут быть и другие привязки осей в зависимости от типа перекрытий.
Перекрытия многоэтажных каркасных зданий бывают балочные и безбалочные в сборном, монолитном или сборно-монолитном исполнении. Сборные балочные перекрытия обычно состоят из пустотных или ребристых плит, опирающихся на ригели каркаса. Общий принцип проектирования сборных плит перекрытий состоит в максимальном удалении бетона из растянутой зоны, оставляются лишь узкие ребра для размещения арматуры и объединения сжатой и растянутой зон сечения. Если при проектировании не ставится условие образования плоского потолка, экономическим требованиям вполне отвечают ребристые плиты с полкой в сжатой зоне. Полка плиты представляет при этом однорядную многопролетную плиту, защемленную по контуру в продольные и поперечные ребра. Высота продольных ребер подбирается из условий прочности и жесткости и составляет (1/20...1/15)/, остальные размеры поперечного сечения во многом определяются конструктивными и технологическими требованиями при изготовлении.
При необходимости устройства гладкого потолка применяют безбалочные перекрытия, представляющие сплошную неразрезную в двух направлениях плиту, опирающуюся на колонны с капителями.
В составе сборного перекрытия плиты образуют после замоноличивания швов жесткий горизонтальный диск, способный активно влиять на пространственную жесткость здания. Плиты, укладываемые по осям средних рядов колонн, выполняют роль распорок, передающих продольные нагрузки на систему связей, а также обеспечивающих продольную устойчивость рам при монтаже каркаса. Применяют два типа опирания плит перекрытий: на консольные полки ригелей таврового сечения (рис. 1а) и по верху ригелей прямоугольного сечения (рис. 16). Первый вариант опирания, применяемый при равномерно распределенных нагрузках на перекрытиях, предпочтительнее, так как уменьшаются пролеты плит, строительная высота перекрытия и здания в целом. Второй вариант обычно применяют при больших сосредоточенных нагрузках на перекрытии или необходимости устройства в перекрытии отверстий для пропуска коммуникаций.
Ригели для пролетов L <
боковым граням придается небольшой технологический уклон для облегчения распалубки. Сопряжение ригелей с колоннами в промышленных зданиях выполняется обычно жестким за счет ванной сварки выпусков арматуры ригеля и колонны с последующим омоноличиванием стыка. В зданиях другого назначения стык может быть шарнирным или с частичным защемлением ригеля на опорах.
Колонны многоэтажных производственных зданий обычно консольного типа высотой в один или два и более этажей, прямоугольного сечения размерами 300x300, 400x400 или 400x600 мм. Как правило, по этажам сечение колонн остается постоянным, меняется лишь армирование или класс бетона, чем достигается типизация колонн, ригелей и узлов сопряжений. Минимальный класс бетона для колонн - В15, а для сильно нагруженных - не ниже В25, рабочая арматура - классов A-III - A-IV, поперечная - классов Bp-I или А-1. Стык колонн располагается на высоте
Прочность и устойчивость каркасов производственных зданий в продольном направлении решается в двух вариантах. По первому варианту продольная устойчивость обеспечивается вертикальными стальными связями портального типа, устанавливаемыми по продольным осям между колоннами. Связи устанавливаются в одном шаге посередине температурного блока на всех этажах здания, кроме верхнего. В зависимости от требуемой жесткости связи могут устанавливаться во всех рядах, либо через один - два ряда колонн (начиная с крайних рядов).
По второму варианту продольная устойчивость каркаса обеспечивается однопролетными рамами, образуемыми колоннами и продольными ригелями. Продольные ригели устанавливаются в уровне ригелей поперечных рам. Продольные рамы устраиваются в каждом ряду колонн в количестве, определяемом величиной горизонтальных сил, действующих вдоль здания. Участок перекрытия вблизи продольного ригеля выполняется монолитным.
Ниже приведен пример расчета и конструирования сборных конструкций 4-этажного промышленного здания с рамным каркасом.
...