Проектирование несущих конструкций связевого каркаса трехпролетного трехэтажного здания (высота каждого этажа равна 4,5 м)

Проектная ширина b_k = 1400 + hk/2-10 = 1400+ 300/2-10=1540мм;

Межколонная плита – 1.8м 24шт

                                                  1.8м

1)  Номинальная ширина b_o = 1800мм ;

2)  Проектная ширина b_k = 1800-10 = 1790 мм;

Доборная (стеновая) плита – 0.9м 6шт

                                                     0.9м

1)  Номинальная ширина b_o = 900 мм;

2)  Проектная ширина b_k = 900 – 10 = 890 мм.

Проектная длина плиты перекрытия:

1)  Номинальная l_n  = 5400 мм;

2)  Проектная l_p  = l_n1( l_n2)-2*b/2-2*10 = 5400-2*200/2-2*10=5180 мм ;

3)  Расчетная l₀ = l_p -2*90/2 = 5180-2*90/2=5090 мм.

                                     b                                  lp                                                         Δ

                                                                    l

Вариант 2

При поперечном расположении проектная длина ригелей будет равна:

l_r2= 6000 – 2*300/2– 2*20 = 5660 мм

Размеры сечения ригелей подбираем по таблице 1 [2, с.5]. 

Размеры сечения ригеля назначаем b х h = 200 х 500 м

                           lr                                             br

                                                                                     hr

                                                             Δ=40мм

                  l

Рисунок 1. – Ригель с сечением 200 х 550 мм.

Рядовая плита – 1м 108шт

                                                     1м

1)  Номинальная ширина b₀ = 1000 мм ;

2)  Проектная ширина b_к=1000+hk/2-10=1000+ 300/2-10=1140мм;

Межколонная плита – 1.4м 18шт

                                                    1.4м

1)  Номинальная ширина  b₀ = 1400 мм ;

2)  Проектная ширина b_к = 1400-10=1390 мм;

Доборная (стеновая) плита – 0.7м 18шт

                                          

                                                      0.7м.

Номинальная ширина b₀ = 700 мм;

1)  Проектная ширина b_к = 700 – 10 = 690 мм .

Проектная длина плиты перекрытия:

1)Номинальная l_n  = 6000 мм;

2)Проектная l_p  = l_n1( l_n2)-2*b/2-2*10 = 6000-2*200/2-2*10=5780 мм ;

3)Расчетная l₀ = l_p -2*90/2 = 5780-2*90/2=5690 мм.

                                     b                                  lp                                                         Δ

                                                                   l

Определение высоты плиты

, м; где  

 - расчетное сопротивление стали, МПа (СНиП таблица 22*);

- модуль упругости арматуры, МПа (СНиП таблица 29*);

- постоянная нагрузка;

- временная нагрузка;

С=30-34;

=1.5

Вариант 1

 м

Округлим высоту плиты до стандартной и получим =300 мм

Вариант 2

 м

Округлим высоту плиты до стандартной в большую сторону и получим =350 мм.

1.2  РАСЧЕТ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Расход бетона на плиту:

V_bp=l_p* h_n*bn*t; где

l_p-конструктивная длина плиты;

 h_n-высота плиты;

 t=0,27;

bn-ширина плиты по каждому виду

Вариант 1

Объем бетона необходимый для изготовления панели марки П1 (межколонная плита) шириной 1790 мм :

V_пл1  = 5,18 * 1,79 *0,27*0,3 = 0,751м³ ;

Объем бетона необходимый для изготовления панели марки П2 (рядовая плита) шириной 1390 мм :

V_пл2 = 5,8*1,39*0,27*0,3= 0,583 м ³ ;

Объем бетона необходимый для изготовления панели марки П3 (доборная плита) шириной 1090 мм :

V_пл3 = 5,78*1,09*0,27*0,3= 0,457 м ³ ;

Вариант 2

Объем бетона необходимый для изготовления панели марки П1 (межколонная плита) шириной 1390 мм :

V_пл1  = 5,78 * 1,39*0,27*0,35 = 0,759м³ ;

Объем бетона необходимый для изготовления панели марки П2 (рядовая плита) шириной 990 мм :

V_пл2 = 5,78*0,99 *0,27*0,35= 0,541 м ³ ;

Объем бетона необходимый для изготовления панели марки П3 (доборная плита) шириной 890 мм :

V_пл3 = 5,78*0,89*0,27*0,35= 0,486 м ³ ;

Расход бетона на ригель:

Вариант 1

Объем бетона необходимый для изготовления одного ригеля марки Р1 (средний ригель) :

V_р=S_p* l_r,

где Sр-площадь сечения ригеля;

lr- длина ригеля;

S_p=h*(b+0,2)+hp*0,2 = 0,06+0,08 = 0,14 м ²

V_р1 = 0,14*5,06 = 0,708 м ³ ;

Объем бетона необходимый для изготовления одного ригеля марки Р2 (крайний ригель) :

S_p=h*(b+0,1)+hp*0,2= 0,06+0,06 =0,12м ²

V_р2 = 0,12* 5,06 = 0,607 м ³ ;

Вариант 2

Объем бетона необходимый для изготовления одного ригеля марки Р1 (средний ригель ) :

S_p=h*(b+0,2)+hp*0,2= 0,07+0,08 =0,15 м ²

V_р1 =0,15*5,66 =0,849 м ³ ;

Объем бетона необходимый для изготовления одного ригеля марки Р2 (крайний ригель ) :

S_p=h*(b+0,1)+hp*0,2= 0,07+0,06 =0,13м ²

V_р2 =0,13*5,66= 0,736 м ³ ;

Расход стали для плит

, кг

Для g+pⁿ-собственный вес=14,9 кН/м 

найдем методом интерполяции;

K=90+(12,4-10)*(117-90)/(15-10)=102,96

Вариант 1

102,96*0,751 = 77,328 кг;

102,96*0,583 = 60,058 кг;

102,96*0,457 = 47,088 кг;

Вариант 2

102,96*0,759 = 78,170 кг;

102,96*0,541 = 55,675 кг;

102,96*0,486 = 50,052 кг;

Расход стали для ригелей

, кг

Вариант 1

Для 14,9*5,06=75,394 кН/м 

найдем методом интерполяции;

K=178+(75,394-60)*(202-178)/(90-60) = 190,315

0,708*190,315=134,819 кг;

0,607*190,315=115,559 кг;

Вариант 2

Для 14,9*5,66=84,334 кН/м 

найдем методом интерполяции  K=178+(84,334 -60)*(202-178)/(90-60) = 197,467

0,849*197,467=167,649 кг;

0,736*197,467=145,296 кг;

Для расчета в программе ТЭПС

Марка	П1м	П2р	П3д	Р1	Р2	П1м	П2р	П3д	Р1	Р2
Серия	1	1	1	1	1	2	2	2	2	2
Номер района стр.	11	11	11	11	11	11	11	11	11	11
Вид конструкций	2201	2201	2201	4201	4201	2201	2201	2201	4201	4201
Код эксплуатац-ой среды	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Длина констр., м	5,18	5,18	5,18	5,06	5,06	5,78	5,78	5,78	5,66	5,66
Грузовая площадь, м2	9,27	7,26	5,65	0	0	8,03	5,72	5,14	0	0
Общий  расход стали, кг	77,33	60,05	47,09	134,82	115,56	78,17	55,67	50,05	167,65	145,30
Код напрягаемой арматуры	11	11	11	11	11	11	11	11	11	11
Диаметр напр.арматуры,см	1,8	1,8	1,8	2,5	2,5	1,8	1,8	1,8	2,5	2,5
Расход напрягаемой арматуры	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Код вида бетона	11	11	11	11	11	11	11	11	11	11
Класс бетона	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20
Наибольший крупный заполнитель	2,5	2,5	2,5	3,5	3,5	2,5	2,5	2,5	3,5	3,5
Расход бетона, м3	0,75	0,58	0,46	0,71	0,61	0,76	0,54	0,49	0,85	0,74

Сравнение вариантов 

Вариант 1

Марка констр.	Кол-во	Расход мат-лов				Себестоимость
		Бетон,м3		Сталь,кг
		на 1 констр.	на все констр.	на 1 констр.	на все констр.	на 1 констр.	на все констр.
П1м	24	0,75	18,00	77,33	1855,92	154,24	3701,76
П2р	81	0,58	46,98	60,05	4864,05	125,53	10167,93
П3д	6	0,46	2,76	47,09	282,54	100,67	604,02
Р1	18	0,71	12,76	134,82	2426,76	148,39	2671,02
Р2	18	0,61	10,98	115,56	2080,08	137,57	2476,26
Итого	91,48			11509,35		19620,99

Марка конструкции	Кол-во	Трудоемкость		Приведенные затраты
		на 1 констр.	на все констр.	на 1 констр.	на все констр.
П1м	24	11,13	267,12	206,96	4967,04
П2р	81	9,90	801,90	167,63	13578,03
П3д	6	8,31	49,86	134,18	805,08
Р1	18	16,83	302,94	200,50	3609,00
Р2	18	16,32	293,76	185,79	3344,22
Итого			1715,58		26303,37

Вариант 2

Марка констр.	Кол-во	Расход мат-лов				Себестоимость
		Бетон,м3		Сталь,кг
		на 1 констр.	на все констр.	на 1 констр.	на все констр.	на 1 констр.	на все констр.
П1м	18	0,76	13,68	78,17	1407,06	155,08	2791,44
П2р	108	0,74	79,92	55,67	6012,36	118,05	12749,40
П3д	18	0,49	8,82	50,05	900,90	114,72	2064,96
Р1	24	0,85	20,40	167,65	4023,60	189,53	4548,72
Р2	6	0,74	4,44	145,30	871,80	166,58	999,48
Итого	127,26			11955,72		23154,00

Марка конструкции	Кол-во	Трудоемкость		Приведенные затраты
		на 1 констр.	на все констр.	на 1 констр.	на все констр.
П1м	18	11,05	198,90	208,23	3748,14
П2р	108	9,56	1032,48	157,47	17006,76
П3д	18	9,46	170,28	152,98	2753,64
Р1	24	18,07	433,68	256,82	6163,68
Р2	6	17,30	103,80	225,43	1352,58
Итого			1939,14		28474,80

По итогам суммарных расчетов, можно сделать вывод, что первый вариант строительства, предполагающий поперечное расположение плит и продольное расположение ригелей, является более экономичным.

1.3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ

                                                          Tаблица

              Tехнико-экономические показатели конструкции

    Mарка конструкции       p1                Серия       1  

┌────┬──────────────────────────────────────────────┬─────────┬─────────┐

│  N │  Hаименование показателя                     │ Cебесто-│ Трудоем-│

│    │                                              │  имость │  кость  │

├────┼──────────────────────────────────────────────┼─────────┼─────────┤

│  1 │  Hапрягаемая арматура........................│     0.00│     0.00│

│  2 │  Hенапрягаемая арматура......................│    13.75│    78.10│

│  3 │  Бетон.......................................│     8.85│  1800.00│

│  4 │  Cтоимость материалов........................│    22.60│  1853.54│

│  5 │  Приготовление бетонной смеси................│     6.08│     0.44│

│  6 │  Изготовление арматурных элементов...........│     3.00│     1.33│

│  7 │  Заготовка напрягаемой арматуры..............│     0.00│     0.00│

│  8 │  Укладка арматуры и закладных деталей в форму│     0.60│     0.26│

│  9 │  Hатяжение напрягаемой арматуры..............│     0.00│     0.00│

│ 10 │  Укладка бетонной смеси......................│    10.92│     4.83│

│ 11 │  Затраты на содержание форм..................│     5.60│     0.00│

│ 12 │  Cебестоимость пара..........................│     2.93│     0.00│

│ 13 │  Производственная себестоимость..............│    51.71│     6.85│

│ 14 │  Полная расчетная стоимость..................│    96.10│     6.85│

│ 15 │  Затраты на транспортирование................│     5.12│     0.00│

│ 16 │  Затраты на монтаж...........................│    14.93│     4.28│

│ 17 │  Pасчетная себестоимость "в деле"............│   154.24│    11.13│

│ 18 │  Приведенные затраты.........................│   206.96│    11.13│

│ 19 │  Aрматурные переделы.........................│     3.59│     1.58│

└────┴──────────────────────────────────────────────┴─────────┴─────────┘

2. РАСЧЕТЫ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ПАНЕЛИ ПЕРЕКРЫТИЯ

2.1 РАСЧЕТ ПО НОРМАЛЬНОМУ СЕЧЕНИЮ

Расчетная схема таврового сечения панели,

где b'f – ширина панели                                                                b’f

h – высота панели                                                 h’f

b – ширина ребра                                                                                        ho

h'f – высота полки плиты перекрытия

b'f=bn-2*Δ=1350мм                                       b

Если h'f/h>0,1, то b=2*bp=85*2=170 мм;

50/300=0,17>0,1, следовательно, b=170 мм;

ho=h-a=300-30=270 мм;

a=30 мм;

Расчетная схема плиты перекрытия.

 [кН/м]

 [кН]

q=17,63кН/м²*0,95м*1,4=23,448кН/м

M_max=23,448*5,09²/8= 75,936кН*м

 Q_max=23,448 *5,09/2=59,675кН

γ_п – коэффициент надежности здания по назначению,

γ_п=0.95.

Непосредственный расчет по прочности сечения нормали в продольной оси

При расчете сделаем предположение что сжатая зона бетона в полке расчетного тавра (h’f ) т.е расстояние от края до нейтральной оси x<b’f

Rb = 17мПа – сопротивление бетона осевому сжатию

Rs = 365мПа – расчетное сопротивление арматуры растяжению (продольной)

   Нахождение площади растянутой арматуры.

Основное условие прочности изгибаемого элемента таврового профиля имеет вид:

M≤M_гр=Rb*γ_b2*h’f*b’f(ho-h’f/2) где

γ_b2-коэффициент условия работы бетона

γ_b2=0,9

M≤ M_гр=11,5*0,9*50*1350*10^-6(270-50/2)=171,163кН*м;

M ≤ M_гр т.е    75,936кН*м ≤ 171,163кН*м, следовательно, расчет производим по первому случаю.

Вычислим коэффициент =M/(b’f* ho²*Rb*γ_b2) <0,5

 = 75,936/10³*10,35*1,35*0,27²= 0,0745<0,5;

ξ=x/h0=1- =1-=0,0775

x= ξ*h0< h’f=0,0775*270=20,925< h’f - сжатая зона в полке.

ξ _r=ω/(1+(δ_br / δ_scy)*(1-ω/1.1),

где δ_br = Rs(мПа)=280;

 δ_scy =500мПа;

ω – упругая характеристика сжатой зоны;

ω= – 0,008* Rb* γ_b2;

где  =0,85

ω=0,85-0,008*10,35=0,767;

ξ _r=0,767/1+(365/500)*(1-0,767/1,1)=0,628;

ξ ≤ ξ _r    0,0775≤ 0,628, т.е условие выполняется.

 Rb*b`f*x/Rs мм²

По сортаменту получаем:

=982 мм², 2 стержня диаметром 25мм.

As/bp*ho>min=0,0005 где

Bp-ширина ребра

>0,0005

Для принятой по сортаменту площади арматуры

Проверка несущей способности сечения.

Выполняется условие прочности:

,где  

M_u – несущая способность сечения

M_u=10,35*1350*25,6525*(270-25,6525/2)*10^-6=92,179кН*м

92,179кН*м>75,936 кН*м – условие прочности выполняется.

2.2 РАСЧЕТ ПО ПРОЧНОСТИ НАКЛОННЫХ СЕЧЕНИЙ ПОДБОР ХОМУТОВ

Q_max ≤ 2,5*Rbt* γ_b2*b*ho;

Rbt-расчетное сопротивление бетону на растяжение

ho-ширина полки

Q_max=2,5*0,89*170*270*10^- =102,1275

Q=Q_max – q*c≤ = 1,5*(1+0,5+0)*0,81*170*270²/0675 = 33,461

c-проэкция наклонного сечения

-коэфицент

=1,5

-коэфицент учета влияния продольных сил

=0

=0,75*(bf-bp)*h`f/bp*ho≤0,5

q≤0,16*(1+ )* Rbt* bp=0,16*1,5*(1+0)*0,81*170=33,05

c=cmax=2,5*ho=2,5*270=675

φf=0,75*(1350-170)*50 /170*270=0,96

Условие Q=Q_max –q*c≤  не сходится, следовательно:

Qu=Qb+Qsw>Qmax

Qb=Mb/c>.=0,6*(1+0,5+0)*0,81*170*270=33,461

=0,6

Qsw=qsw*co=191,95*0,296=76,019

qsw=(Rsw*Asw)/ S₁=285*101/150=191,9Н/мм;

Rsw=285

Mb= φb2*(1+ φf+ φn)*Rbt*b*ho² где

φb2=2; φn=0;

Mb=2*(1+0,5+0)*0,81*170*270²=30,115

qsw> φb3*(1+ φf+ φn)*Rbt*bp /2=0,6(1+0,5+0)*0,81*170/2=61,965

ho≤c=co=qsw ≤2ho

co==0,396

Qu= 76,021+76,019>152,04

Определяем шаг S1 и S2                                          

h≤450 мм S1≤ h/2;150 мм;

S2≤ 3*h/4<500 мм;

S1≤ 300/2=150 мм;

S2≤ 3*300/4=225<500 мм;

принимаем 200 мм;

dsw>(1/3:1/4)ds; dsw>(1/3:1/4)28

dsw>(9,3:7); принимаем dsw=8;

A_sw=50,3 мм² для одного стержня.

Расчет полки на местный изгиб

q=(q+p)* γ_п *B=17,63*0,95*1=16,7485

B=1 м;

M==16,7485*1,55²/11=2,014кН/м

hon= h’f-a=50-15=35 мм; a=15мм;

l₀ = Bn-2*c=1390-2*120=1150 мм;

c=85+35=120 мм;

   Вычислим коэффициент =M/(B* ho²*Rb*γ_b2)

 =2,014*10³/10,35*1*35²= 0,159

ξ=0,17- берем по таблице

ξ _r=0,674

=0,915; Bp-1; Rs=410 мПа

  M/( ho*Rs*)= 2,014*10³/0,915*410*0,035=153,39 мм²

По сортаменту получаем:

=157 мм², 2 стержня диаметром 10 мм.

Для принятой по сортаменту площади арматуры

Проверка несущей способности сечения.

Выполняется условие прочности:

,

где  M_u – несущая способность сечения

M_u=10,35*1000*6,22*(35-6,22/2)*10^-6=2,053 кН*м

2,014кН*м<2,053 кН*м – условие прочности выполняется

Проверка на действия поперечной силы для обеспечения прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами.

0.3*Rb* γ_b1* γ_w1b*ho=0,3*1,0195*0,847*10,35*270*170*10^-3=129,641>Qmax

γ_w1-коэфицент учитывающий влияния хомутов нормальных к продольной оси элементов

γ_w1=1+5**w=1+5*0,074*0,004=1,0195

-коэфицент приведения

=Es/Eb=20*10^-4/27*10^-3=0,074

Eb, Es-берутся по СНиПу

w=Asw/Bp*S1=101/170*150=0,004

γ_b1-коэфицент зависящий от вида бетона

γ_b1=1-*Rb=1-10,35*0,01=0,8965

=0,01

Проверка панели на монтажные нагрузки

V=l*b*t=5,4*1,4*0,11=0,8316 м³

2500кг/м³* V=2079 кг

M=2079/3=693;

d=10

В таблице №3 методических указаний определяем диаметр стержня петли. Принимаем Ǿ10мм, исходя из диаметра назначаем габаритные размеры петли ,таблица 5 методических указаний.

R=30мм;

r=20мм;

a1=3*d=3*10=30мм;

a2=6*d=6*10=60мм;

hp=60мм;

ls=30*d=300.

3. РАСЧЕТЫ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОННЫ

3.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК И УСИЛИЙ.

Исходные данные:

Высота этажа – 4,5м;

Количество этажей – 3шт;

Сетка колонн 5,4х6;

Сечение колонны 400x400мм(b_xh);

Арматура колонны А III:

Rs=365мПа; Rsc=365мПа;

Бетон в колонне  B30:

Rb=10,35мПа;

Грузовая площадь колонны Aгр=5,4*6=32,4 м²;

Расчетная нагрузка от перекрытия одного этажа:

N1=(q+p)* Aгр =17,63*32,4=571,212кН;

  Постоянная и длительная от перекрытия:

N11=(q*pl)* Aгр =14,21*32,4=460,404кН;

Расчетная нагрузка от собственного веса ригеля:

N2=Vp*γb*γf где

γf-плотность ж.б. 25кН/м³;

Vp- объем ригеля

Vp=Sp*ln+2*Vвыст.=((0,2*0,3+0,2*0,4)*5,18+2*0,15*0,2*0,33)=0,745

γb – коэффициент по нагрузке γb=1,1;

N2=0,745*1,1*25=20,48кН;

Расчетная нагрузка от собственного веса колонны:

N3=Vk*γ*γf;

Vk=hk*bk*hэт.+2*0,15*0,15*0,3=0,3*0,3*4,5+2*0,15*0,15*0,3=0,4185 м³

N3=0,4185*25*1,1=11,509кН;

Расчетная нагрузка от покрытия:

N4=(q+p)* Aгр =4,75*32,4=153,9кН;

Постоянная и длительная от перекрытия:

N41=(q*pl)* Aгр =4,35*32,4=140,94кН;

  Суммарная продольная сила в колонне (с учетом коэффициента по надежно