ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ И КАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЯ СУДОРЕМОНТНОГО ЗАВОДА

Введение

Проектируется производственное трехэтажное здание судоремонтного завода с кирпичными несущими стенами.
Цель данного курсового проекта является изучение Сводов Правил [2], [3], [4], Пособий [5], [6], приобретение навыков в самостоятельном подборе и проверки сечений железобетонных конструкций.
Железобетонные конструкции являются частью отапливаемого здания нормального уровня ответственности (уровень II), для которого коэффициент надёжности по ответственности γn = 0.95, принятый по ГОСТ 27751-2014*. Крановое оборудование отсутствует.


Исходные данные

Вариант 361

1. Тип модуля административный (А)
2. Сетка колонн: поперёк здания n × lr = 3 × 6,20 м;
вдоль здания m × lb = 7 × 6,50 м.

3. Высота этажа Hэ = 5,2 м.

4. Марки материалов: кирпича 150
раствора 75
5. Нормативные нагрузки: постоянная
(вес пола, перегородок) gn= 1,50 кН/м2;
длительная временная vn = 19,00 кН/м2.




1 Общие данные для проектирования


Здание проектируется по жёсткой конструктивной схеме с неполным каркасом, несущими продольными и поперечными стенами толщиной 640 мм и внутренней несущей кирпичной стеной толщиной 510 мм, расположенной по координационной оси 8 и отделяющей производственный модуль (Пр) от административного (А); с кирпичными столбами, на которые опираются главные балки монолитных железобетонных перекрытий (рисунки 1.1, 1.2, 1.3, 1.4). Стены и столбы выполнены по первой группе кладки из глиняного (керамического) кирпича пластического прессования на тяжелом смешанном цементно-известковом растворе.
В конструкциях применён бетон класса В25, все элементы здания выполняются из бетона одного класса по прочности на сжатие.
В качестве продольной рабочей арматуры используется арматура класса A 400 диаметром от 6 до 32 мм; поперечной, монтажной (конструктивной) – арматура класса A 240 диаметром от 6 до 32 мм, или проволочная арматура класса В500.
Расчётные характеристики бетона и арматуры для предельных состояний первой группы приведены в таблицах 1.1 и 1.2, коэффициент условий работы γb2 =0,90 (влажность воздуха в здании менее 75%); удельный вес железобетона принят равным γg = 25 кг/м3.

Таблица 1.1 – Расчетное сопротивление и начальный модуль упругости бетона


Расчетное сопротивление и начальный модуль упругости бетона
Класс
бетона
по прочности
на сжатие Расчетные значения сопротивления бетона, МПа,
при деформациях Начальный
модуль упругости Eb , МПа

Сжатие осевое
(призменная
прочность) Rb Растяжение
осевое Rbt

В20 11,5 0,9 27500


Таблица 1.2 – Расчетное сопротивление арматуры

Расчетное сопротивление арматуры

Арматура
классов Номинальный
диаметр
арматуры, мм Расчетные значения сопротивлений арматуры, МПа
растяжению Сжатию Rsc
продольной Rs поперечной Rsw
А240 6 - 40 215 170 215
А400 6 - 40 355 285 355
В500 3 - 12 415 300 415 (360)

Примечание – Значение Rsc в скобках используется только при расчете
на кратковременное действие нагрузки.


2 Компоновка конструктивной схемы здания

2.1 Общая компоновка

Проектируемое здание (рисунок 1.2) без подвала имеет 3 этажа, 3 пролёта поперёк и
7 пролётов вдоль здания, и выполняется по связевой системе. Каркас состоит из рам, расположенных поперёк здания и жёстко заделанных в фундаментах Фм1. Компоненты рам – ригели монолитных перекрытий Бм1 и кирпичные столбы. Рамы несут вертикальную нагрузку. Горизонтальные монолитные перекрытия состоят из монолитной плиты Пм1, второстепенных балок Бм2, ригелей Бм1 и опираются на кирпичные столбы и стены здания. Все элементы перекрытия выполняются как единое целое и работают совместно.
Поперечная и продольная жёсткость здания при действии горизонтальной ветровой нагрузки обеспечивается за счёт надёжной связи дисков перекрытий с несущими стенами, выполняющими роль вертикальных диафрагм жёсткости. При длине L < 54 м. здание работает по жёсткой конструктивной схеме – ветровые нагрузки воспринимаются стенами и не вызывают изгиба колонн и ригелей перекрытий.
Крайние координационные оси смещены от внутренних стен здания на 250 мм. По сетке осей расположены кирпичные столбы, являющиеся опорами ригелей. Ригели (главные балки) Бм1 расположены поперёк здания с шагом lb их крайними опорами являются стены.
Второстепенные балки расположены вдоль здания с шагом ls = 2,370 м.

Габаритные размеры здания в координатных осях:

Общая ширина здания в осях определяется по формуле:

где lr = 6,2 м – ширина пролёта между ригелями;
n = 3 – число пролётов,

Общая длина здания в осях определяется по формуле:

где lb = 6,5 м – ширина пролёта между балками;
m = 7 – число пролётов,


Каждый пролёт ригеля lr делится на 3 равные шага ls (средний шаг может отличается от предыдущего на ± 10 мм), что соответствует размещению двух второстепенных балок в третях пролёта, а третья расположена на координационной оси.
Проектируемое здание выполняется с покрытием по строительным фермам, колонны в пределах верхнего этажа отсутствуют. Уровень планировки здания находится на отметке
- 0,100 м. Глубина заложения ленточных фундаментов под стены принята, с учетом промерзания грунта равной 1,650 м. Отметки заложения фундамента под колонны определяются расчетом их высоты и назначаются после проектирования.


Рисунок 1.1 Перекрытие на отм +5,200









Рисунок 1.3 Продольный разрез





Рисунок 1.4. –Схема компановки здания административный (А) и производственный (Пр) модули (М1100)
2.2 Предварительное назначение размеров сечений элементов


В первом приближении толщину плиты hf по экономическим требованиям следует принимать по величине временной нормативной нагрузки. При временной нормативной нагрузке vn от 10 до 20 кН/м2 - равной 80; 90; 100 мм.
Минимальная толщина плиты для междуэтажных перекрытий производственных зданий hf,min принимается равной 60 мм. По условию достаточной жесткости толщина плиты
hf должна быть не менее S / 35:
– hf ≥S/35; 80 мм ≥2070/35 = 59 мм;
– жесткость плиты достаточна: hf = 100 мм >59 мм;
– требование Свода Правил [2] выполняется: hf = 100 мм > 60 мм.
Принимаем в первом приближении hf = 100 мм.

Высота главных (hr) и второстепенных (hb ) балок, включающая толщину плиты, в первом приближении назначается из диапазона:
;

Принимаем hr =700 мм.
;

Принимаем hb = 500 мм.

Конструктивно принимают высоту главной балки на 100 мм больше высоты второстепенной балки, для которой она является опорой:

Ширина балок принимается по соотношениям:
0,33 · hr br 0,50 · hr ; 0,33 · hb bb 0,50 · hb ;
0,33 · 800 br 0,50 · 800 ; 0,33 · 500 bb 0,50 · 500;
264 br 400 мм ; 0,33 · 165 bb 250 мм.

Принимаем ширину главной балки br = 300 мм, ширину второстепенной балки
bb = 200 мм.

Плита заведена в продольные стены (в рабочем направлении) на глубину 120 мм, в поперечные стены (в нерабочем направлении) - на 60 мм. Второстепенные балки заведены в поперечные стены на глубину 250 мм (один кирпич) и опираются на распределительные железобетонные подушки. Ригели заведены в продольные стены на 380 мм (полтора кир¬пича) и опираются на распределительные железобетонные подушки.


3 Проектирование элементов ребристого перекрытия

3.1 Статический расчет плиты

Выполнить расчет и конструирование плиты монолитного междуэтажного перекрытия модуля А проектируемого здания при следующих исходных данных:
– сетка столбов (колонн) поперек здания n × lr = 3 × 6,2м ;
– сетка столбов (колонн) вдоль здания m × lb = 7 × 6,5 м ;
– постоянная нормативная нагрузка
(вес пола, перегородок) gn =1,5кН / м2 ;
– длительная временная нормативная нагрузка vn = 19,00 кН / м2 ;
– бетон тяжелый класса по прочности на сжатие B20 ;
– арматура стержневая класса А 400 ;
– коэффициент надежности по ответственности γn = 0,95.

Решение

Расчетные характеристики материалов. Расчетное сопротивление бетона класса В20: по прочности на сжатие Rb = 11,5 МПа, на растяжение Rbt = 0,9 МПа.
Расчетное сопротивление бетона конструкции, принимаемое в расчете прочности, корректируется при длительных нагрузках коэффициентом γb1 = 0, 9:
Rb · γb1 = 11,5 · 0,9 = 10,35 МПа.
Расчетное сопротивление арматуры класса А400 растяжению Rs = 355 МПа.
Компоновка и размеры в первом приближении. Шаг второстепенных балок перекрытия
S = lr / 3 = 6,2/ 3 = 2,070 м. Толщина плиты hf = 100 мм. Высота второстепенных балок принята в первом приближении hb = 500 мм, ширина ребра bb = 200 мм.
Статический расчет плиты. При отношении lb / S = 6,5 / 2,070 =3,1 > 2,00 плита рассчитывается по схеме многопролетной неразрезной балки шириной b = 1,000 м с крайними расчетными пролетами l1, средними – l2:
l1 = S – а0 – bb /2 + hf /2 = 2,070– 0,250 – 0,200 / 2 + 0,100 / 2 = 1,77м;
l2 = S – bb = 2,070 – 0,200 = 1,87 м.
Сечение 3-3 (рисунок 1.1) в направлении короткой кромки (2,5 пролета) со схемой раздельного армирования плиты плоскими арматурными сетками приведено на рисунке 3.1, а. Расчетная схема в виде многопролетной балки, загруженной нагрузкой q, приведена на рисунке 3.1, б, где крайний расчетный пролет l1 равен расстоянию от грани второстепенной балки до свободной опоры на стене здания, м.
Погонная расчетная нагрузка для полосы плиты шириной b = 1,000 м с учетом коэффициента γn = 0,95
q = γn · (g + v) · b = 0,95 · ( 5,28 + 22,8) · 1,000 = 26,676 кН / м,
где g – расчетная постоянная нагрузка, определяемая по выражению, g = g1 + g2 ;
g1 – расчетная нагрузка от веса пола и перегородок, g1 = gn · γf;
g2 – расчетная нагрузка от веса плиты, g2 = γg · hf · γf ;
γg – объемный вес железобетона, γg = 25 кН/м3;
γf – коэффициент надежности по нагрузке, γf = 1,1 для постоянной нагрузки, γf = 1,2 для
длительной временной нагрузки по Своду Правил [11];
v – расчетная длительная временная нагрузка, v = vn · γf .
Расчетные нагрузки вычислены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Расчетные нагрузки на плиту, кН / м2
Вид
нагрузки Нормативная
нагрузка Коэффициент
надежности
по нагрузке γf Расчетная
нагрузка
1. Постоянные:
а) вес пола, перегородок

б) вес плиты
γg∙ hf = 25 · 0,1
2,30

2,50
1,1

1,1
2,53

2,75
Итого : 4,8 --- g = 5,28
2. Длительная временная 19,00 1,2 v = 22,8


Изгибающие моменты в расчетных сечениях плиты равны [2] :
а) в крайних пролетах
M1 = q · = 26,676 · 1,77 2 /11 =7,6 кН·м ;
б) на вторых от края опорах В при =1,87 м > = 1,77 м ;
MВ = – q · = – 26,676 · 1,87 2 / 14 = – 6,66 кН·м ;
в) в средних пролетах
M2 = q· =26,676·1,872/16 = 5,83 кН·м;
г) на средних опорах С
MС = – q · = – 26,676 · 1,872 / 16 = - 5,83 кН·м .
Расчетная схема плиты и эпюра изгибающих моментов М приведены на рисунке 3.1.

3.2 Расчет плиты на прочность по нормальным сечениям

Определим толщину плиты (при b = 1,000 м) во втором приближении по максимальному изгибающему моменту M1 =7,6 кН·м при оптимальном значении относительной высоты сжатой зоны бетона (принимается от 0,23 до 0,27):
ξ= x / h0 = 0,24; = 0,24 · (1 – 0,5 · 0,24) = 0,2112.
Требуемая рабочая высота плиты h0 определяется по формуле:
h0 = =
Здесь Rb = 11,5 МПа = 11500 кПа – расчетное сопротивление бетона при сжатии;
b = 1,000 м – расчетная ширина плиты.
Требуемая толщина плиты hf = h0 + а = 54,4+ 14 = 68,4 мм,
где а = 14 мм – расстояние от поверхности плиты до центра тяжести рабочей арматуры при
hf = 100 мм.

Принимаем во втором приближении толщину плиты hf = 70 мм. Определим рабочую высоту плиты, принимаемую в расчете прочности, h0 = hf - а = 70 – 14 = 56 мм.




Рисунок 3.1 – Расчет плиты монолитного ребристого перекрытия:
а – расположение арматурных сеток при раздельном армировании пролетов и опор;
б – расчетная схема плиты; в – эпюра изгибающих моментов