Расчет и коструирование монолитных железобетонных конструкций многоэтажного производственного зда

Минск, 2006г.

Учебно-методическое пособие содержит примеры расчета и  конструирования монолитных железобетонных конструкций в соответствии с программой курса для I курсового проекта. Приведены рекомендации по компоновке  элементов монолитного перекрытия и даны необходимые ссылки на учебную или нормативную литературу. Примеры расчета выполнены в соответствии с  требованиями норм проектирования железобетонных конструкций СНБ 5.03.01-02 [1].

Пособие предназначено для студентов специальности 1-70 02 01 (ПГС) всех форм обучения, а также может быть использовано при курсовом  проектировании студентами других строительных специальностей.

 

ВВЕДЕНИЕ

При проектировании монолитных ребристых железобетонных перекрытий следует использовать материалы, приведенные в учебниках, пособиях,  справочной и нормативной литературе [1... 11].

Особое внимание при выполнении курсового проекта необходимо уделить изучению основных положений проектирования железобетонных конструкций, изложенных в действующих нормах СНБ 5.03.01—02 «Бетонные и  железобетонные конструкции». Для удобства пользования пособием отдельные пункты СНБ внесены в ту часть информации, которая необходима на данном этапе работы над курсовым проектом.

Для представления общей картины основных этапов расчета составлены структуры алгоритмов. Структура расчета — это набор заключенных в рамки указаний или формул, соединенных между собой стрелками, что значительно облегчает решение задачи. Для обычных арифметических операций по какой- либо формуле или указанию, требующему однозначного ответа, использованы блоки прямоугольной формы. Для операций, требующих логического решения с последующим их разбором, включены блоки в виде ромба.

По методическим соображениям в примерах расчета приводятся только типичные вычисления или наиболее трудные для понимания разделы расчета. Во многих случаях приведены только структуры расчета, и выполнение  практической части должно осуществляться студентом самостоятельно. Параллельно с расчетами приводятся данные по конструированию  железобетонных конструкций [1, 7]. Рекомендуется применять единицы физических величин:

— при расчете сечений — Н, мм, Н/мм, Н/мм , Н/м (Па);

- при расчете конструкций и их элементов - кН, м, кН/м, кПа. Необходимо помнить, что 1 МПа = 1 Н/мм2 и 1 кН/м = 1 Н/мм.

Содержание задания. Исходным документом, на основании которого  выполняется курсовой проект, является задание, которое выдается руководителем проекта и утверждается заведующим кафедрой. В задании устанавливается тип здания, основные его размеры (длина, ширина, высота этажа), район  строительства и некоторые другие данные, необходимые для проектирования. Задание предусматривает разработку железобетонных конструкций  многоэтажного промышленного здания с неполным каркасом. Неполный каркас отличается от полного каркаса отсутствием пристенных колонн.

Элементы каркаса рассчитываются только на действие вертикальных  нагрузок. Горизонтальные нагрузки передаются через жесткие в своей плоскости монолитные железобетонные диски перекрытий на лестничные клетки и  лифтовые шахты, поперечные и продольные стены и колонны, что обеспечивает пространственную жесткость здания в целом. Жесткая конструктивная схема здания обеспечивается соответствующими расстояниями между элементами жесткости (стены, лестничные клетки и т.д.).

Так как разница между погонными жесткостями балок и колонн  значительна, а балки шарнирно опираются на крайние опоры (стены), то расчет рамы здания на вертикальные нагрузки допускается заменять более простым  расчетом, рассматривая отдельные элементы: балки по неразрезной схеме и колонны, как сжатые элементы со случайными эксцентриситетами.

В настоящее время для многоэтажных промышленных зданий  принимаются унифицированные сетки колонн и высоты этажей. Размеры здания,  выполненного в монолитном железобетоне, могут отклоняться от унифицированных вследствие ряда обстоятельств: размещения оборудования, не вмещающегося в стандартную сетку колонн, различных реконструкций предприятий и т.д.

Методическое пособие по курсовому проекту № 1 состоит из трех частей:

1. Расчет и конструирование монолитного железобетонного перекрытия многоэтажного производственного здания.

2. Расчет и конструирование колонны.

3. Расчет и конструирование фундамента.

 

1. КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ПЕРЕКРЫТИЯ

Для многоэтажных производственных зданий принимаются  унифицированные расстояния между колоннами, кратные модулю 3000 мм и равные 6, 9 и 12 м и унифицированные высоты этажей, кратные модулю 600 мм и равные 3,6; 4,2; 4,8; 6,0 и 7,2 м.

По методическим соображениям для курсового проектирования размеры здания в плане и высоты этажей задаются, как правило, неунифицированными. Несмотря на это, все габаритные размеры должны подчиняться единой  модульной системе на базе модуля 100 мм. Для обеспечения возможности выполнения статического расчета с применением готовых формул и таблиц элементы  перекрытия рекомендуется назначать с равными пролетами или пролетами, не отличающимися более чем на 20% для плит и не более чем на 10% для балок.

Обычно крайние пролеты плиты, второстепенных и главных балок выполняют меньшего размера, чем средние пролеты. В этом случае изгибающие моменты и поперечные силы в крайних пролетах приближаются по величине к расчетным усилиям в средних пролетах.

Задание предусматривает разработку нескольких вариантов  конструктивных схем перекрытий и сравнение их технико-экономических показателей. Железобетонные ребристые перекрытия могут быть с балочными плитами и плитами, опертыми по контуру.

В пособии даны основные принципы проектирования ребристых  перекрытий с балочными плитами. В многопролетных зданиях ребристые перекрытия с балочными плитами представляют собой конструкцию, состоящую из главных и второстепенных балок, расположенных по взаимно перпендикулярным направлениям, и плиты, монолитно связанной с балками в одно целое. Второстепенные балки служат опорами плиты, главные балки — опорами второстепенных балок и плиты, а стены и колонны — опорами главных балок. На стену также опираются  второстепенные балки и плита (рис. 1.2 и 1.3).

Расположение главных балок по продольному или поперечному  направлениям здания принимаются в зависимости от архитектурных, конструктивных и технологических требований. В курсовом проекте можно ограничиться  выбором конструктивной схемы перекрытия на основе сравнения нескольких  вариантов перекрытия по расходу бетона, а по соответствующей литературе изучить другие требования, на базе которых и обосновать выбранную схему перекрытия [V].

Указанные в задании размеры здания в плане следует рассматривать как размеры между крайними осями с нулевой привязкой. Крайние разбивочные оси в производственных зданиях располагаются по внутренним граням стен («нулевая привязка») либо со смещением внутрь стены на расстояние, равное 200 мм.

При равномерно распределенной нагрузке и отсутствии отверстий в  перекрытии рекомендуется назначать равнопролетные плиты и балки. Если на  перекрытии имеется значительная сосредоточенная нагрузка, то балки  целесообразно располагать непосредственно под этой нагрузкой.

Добавление нескольких второстепенных балок меньше сказывается на  общем расходе бетона на перекрытие, чем увеличение толщины плиты. Исходя из этих соображений, пролет плиты выбирают, как правило, в пределах 1,7.. .2,7 м. Толщина монолитной плиты должна быть оптимальной, при которой  расход бетона и арматуры будет наименьшим. Предварительную толщину плиты, в зависимости от ее пролета и нагрузки можно принимать по таблице 1.1. Кроме того, по конструктивным требованиям, толщину плиты необходимо назначать не менее 70 мм (для защиты арматуры от коррозии, воздействия огня и т.д.). Следует иметь в виду, что с увеличением степени агрессивности среды,  величина защитного слоя бетона увеличивается, поэтому при использовании  таблицы 1.1 большую толщину плиты следует принимать для конструкций,  эксплуатирующихся в более агрессивных средах. Окончательная толщина монолитных плит принимается кратно 10 мм при толщине до 100 мм включительно и далее кратно 20 мм. Рекомендуемые пролеты элементов перекрытия и размеры их поперечных сечений приведены в табл. 1.2.

В целях унификации высоту балок принимают кратной 50 мм при высоте сечения до 600 мм и кратной 100 мм при больших размерах. Ширину сечения балок назначают 180, 200, 220, 250 и далее кратной 50 мм. Таким образом, выполнение проекта следует начинать с выбора сетки  колонн, привязки наружных стен к крайним разбивочным осям и компоновки конструктивных схем междуэтажного перекрытия.

 

2. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ

Элементы железобетонного монолитного ребристого перекрытия (плиту, второстепенную и главную балку) рассчитывают отдельно. Расчет элементов производится в соответствии с указаниями СНБ 5.03.01—02 [1, 2]. Класс бетона по прочности на сжатие при проектировании монолитных ребристых перекрытий принимается по таблице 2.1 в зависимости от класса по условиям эксплуатации конструкции (табл. 5.3, 11.12 [1, 2]). Монолитные плиту и балки проектируют из бетона одного класса. Класс арматуры принимают  преимущественно S400 и S500.

Подсчет нагрузок на отдельные элементы перекрытия, несмотря на его  монолитность, ведется как для разрезных конструкций. Для балочных плит повышение несущей способности, обусловленное опиранием по коротким сторонам, относительно невелико. Поэтому для расчета балочной плиты на равномерно распределенную нагрузку из нее условно  выделяется полоса шириной 1 м, опертая на второстепенные балки. Принимается, что такая полоса работает как отдельная неразрезная балка и изгибается в  одном направлении.

2.2. Определение расчетных усилий

Плита рассматривается как неразрезная балка, загруженная равномерно распределенной нагрузкой. В неразрезных балочных плитах с равными  пролетами или с пролетами, отличающимися не более чем на 20%, изгибающие  моменты определяют с учетом перераспределения усилий (изгибающих  моментов) вследствие пластических деформаций бетона по готовым формулам. На работу участков плиты, защемленных по четырем сторонам, в местах сопряжения с второстепенными и главными балками, благоприятное влияние оказывает распор. Поэтому для плит, окаймленных по всему контуру  монолитно связанными с ними балками, значения изгибающих моментов следует уменьшить в сечениях промежуточных пролетов и промежуточных опор на 20%.

Расчет следует выполнить для двух полос, условно вырезанных у торцевой стены (участки плиты защемлены по трем сторонам и свободно оперты одной стороной на стену — полоса I) и в средней части перекрытия (участки плиты  защемлены по четырем сторонам - полоса II) (рис. 2.2).

За расчетные пролеты плиты принимаются:

- средние - расстояния в свету между второстепенными балками;

— крайние — расстояния от середины площадки опирания плиты на стену (при опирании на наружные стены) до ближайшей к стене грани ребра  второстепенной балки (рис. 2.3).

Длина участка опирания плиты на кирпичную наружную стену  принимается равной 120 мм (рис. 2.3).

...