Проектирование несущих конструкций связевого каркаса четырехэтажного здания, длинна которого равна 54 м, ширина – 16,2 м, а высота этажа – 4,6 м

Объем крайнего ригеля V^риг_кр=(200*400+(550-200)*200)*6090=

=913500000 мм³=0,9135 м³

            среднего ригеля V^риг=(200*400+(550-200)*200)*5660=

=849000000 мм³=0,849 м³

Объемы надколонной, рядовой и крайней плит соответственно:

V^п1=1500*350*5180*0,25=680000000 мм³  =0,68 м³

V^п2=1500*350*5180*0,25=680000000 мм³  =0,68 м³

V^п3=750*350*5180*0,25=3400000000 мм³  =0,34 м³

Аналогично варианту 1расход стали на 1 м³ бетона в панели принимаем 91,8 кг/м³ (Таблица 3).

Расход стали на конструкцию:

p_п1^v=91.8*0.68=62.41кг

p_п2^v=91.8*0.68=62.41кг

p_п3^v=91.8*0.34=31.21кг

Для ригелей q_к^р =1020*5,4=5508 кгс/м³; принимаем расход стали на 1 м³ бетона 163,4 кг/м³ (Таблица 4).

Расход стали на конструкцию:

p_{риг кр}^v=163,4*0,914=149,27 кг

p_риг^v=163.4*0.849=138.73 кг

Результаты расчетов по двум вариантам занесем в таблицы:

Таблица 5.1

ВАРИАНТ 1

Марка	Название	Кол-во, шт	Длина, м	Ширина, м	Высота, м	Грузовая площадь, м2	Объем, м3	Расход бетона, кг	Расход стали
									на 1 м3	на 1 шт
П1	Надколонная плита	72	5,78	1,5	0,3	8,67	0,65	1430	91,8	59,67
П2	Рядовая плита	324	5,78	1,3	0,3	7,51	0,56	1240,8	91,8	51,78
П3	Доборная плита	72	5,78	0,75	0,3	4,34	0,33	715	91,8	29,84
Р1	Ригель крайний	64	5,49	0,4	0,5	0,00	0,77	1687,4	181,56	139,26
Р2	Ригель средний	32	5,06	0,4	0,5	0,00	0,71	1557,6	181,56	128,54
ИТОГО							324,68	714296	409,08	36245,37

Таблица 5.2

ВАРИАНТ 2

Марка	Название	Кол-во, шт	Длина, м	Ширина, м	Высота, м	Грузовая площадь, м2	Объем, м3	Расход бетона, кг	Расход стали
									на 1 м3	на 1 шт
П1	Надколонная плита	96	5,18	1,5	0,35	7,77	0,68	1496	91,8	62,42
П2	Рядовая плита	324	5,18	1,5	0,35	7,77	0,68	1496	91,8	62,42
П3	Доборная плита	24	5,18	0,75	0,35	3,89	0,34	748	91,8	31,21
Р1	Ригель крайний	16	6,09	0,4	0,55	0	0,91	2009,7	163,4	149,27
Р2	Ригель средний	56	5,66	0,4	0,55	0	0,85	1867,8	163,4	138,73
ИТОГО							355,92	783024	1783,22	37124,1

Рассчитаем технико-экономические показатели для двух вариантов проектирования и выберем из них более экономичный с помощью TEPS

Исходные данные для расчета TEPS

Таблица 6.1

Марка конструкции  П1		Серия  1
№  п/п	Показатель конструкции	Значение
1	Номер района строительства	4
2	Вид конструкции	2201
3	Код эксплуатационной среды	1
4	Длина конструкции	5,78 м
5	Грузовая площадь	8,67 м2
6	Общий расход стали	59,67 кг
7	Код напрягаемой арматуры	11
8	Диаметр напрягаемой арматуры	1,6 см
9	Расход напрягаемой арматуры	0
10	Код вида бетона	11
11	Класс бетона	17
12	Наибольшая крупность заполнителя	2 см
13	Расход бетона	0,65 м3

Таблица 6.2

Марка конструкции  П2		Серия  1
№  п/п	Показатель конструкции	Значение
1	Номер района строительства	4
2	Вид конструкции	2201
3	Код эксплуатационной среды	1
4	Длина конструкции	5,78 м
5	Грузовая площадь	7,514 м2
6	Общий расход стали	51,78 кг
7	Код напрягаемой арматуры	11
8	Диаметр напрягаемой арматуры	1,6 см
9	Расход напрягаемой арматуры	0
10	Код вида бетона	11
11	Класс бетона	17
12	Наибольшая крупность заполнителя	2 см
13	Расход бетона	0,564 м3

Сводные таблицы результатов расчета TEPS

Таблица 8.1

Вариант 1. Шаг ригеля 6,0 м

Таблица 8.2

Вариант 2. Шаг ригеля 5,4 м

Марка	Название	Количество	Себестоимость		Трудоемкость
			Одной конструкции	Всего	Одной конструкции	Всего
П1	Плита надколонная	96	51,47	4941,12	6,13	588,48
П2	Плита рядовая	324	51,47	16676,28	6,13	1986,12
П3	Плита доборная	24	27,37	656,88	3,95	94,8
Р1	Ригель крайний	16	81,45	1303,2	7,87	125,92
Р2	Ригель средний	56	75,82	4245,92	7,31	409,36
	ИТОГО			27823,4		3204,68

Расчет технико-экономических показателей позволяет сделать вывод, что более экономичным является первый вариант расположения элементов каркаса.

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОННЫ

Полная нагрузка

 N=l₁*l₂(p^снег+q^{соб.веспокр}+q^{полн.пер}(n-1))+H_э*n*h_к²*25*1.1.

 N=5,4*6*(3,2+4,08+12,22*(4-1))+4,6*4*0,3²*25*1,1=1459,476 кН

Кратковременная нагрузка

N_sh = l ₁*l₂(p_sh^пер*(n-1)+ p_sh^покр)=5,4*6*(2,4*(4-1)+1,6)=285,12 кН

Длительно действующая нагрузка

N_l=N- N_sh=1459,476-285,12 = 1174,356 кН

Длина колонны

l₀=0.7(H_э+0.15)=0.7*(4,6+0.15)=3,325м

Коэффициент продольного изгиба φ=0.8

Коэффициент армирования для колонны µ=0.01

Площадь сечения колонны

А=N/(φ(R_b + µ* R_sc)*1000)=1459476/(0,8*(0,9*11,5+0,01*355)*1000) = =0,121м²

Так как сечение квадратное h_k=√A_b=√121=0,348 ≈ 0,35м

A_b`= a² = 0.35² =0.1225 м²

φ = φ_b+2(φ_r-φ_b)* R_sc/ R_b* µ

Выбираем φ_b по таблице

NL/N	φB  при l0/hk
	≤6	8	10	12	14	16	18	20
0.0	0.93	0.92	0.91	0.9	0.89	0.88	0.86	0.84
0.5	0.92	0.91	0.9	0.89	0.86	0.82	0.78	0.72
1.0	0.92	0.91	0.89	0.86	0.82	0.76	0.69	0.61

N_l/N=1174,356/1459,476=0,805

l₀/h_k=3,325/0,35=9,5

φ_b=0.894

Теперь подбираем φ_r по таблице

NL/N	φB  при l0/hk
	≤6	8	10	12	14	16	18	20
0.0	0.93	0.92	0.91	0.9	0.89	0.88	0.86	0.84
0.5	0.92	0.92	0.91	0.89	0.88	0.86	0.85	0.79
1.0	0.92	0.91	0.9	0.89	0.87	0.84	0.79	0.74

 φ_r=0.904

φ=(0,894+2*(0,904-0,894))*355*0,01/11,5=0,9

А_s=N/(φ*R_sc*1000)–A*R_b/R_sc=1459,476/(0,9*355*1000)-0,1125*0,9*11,5/355=

=0,0006 м

µ₁= А_s/ A_b`=0,0006/0,1225=0,00489

µ₁- µ=0,0049-0,01= -0,0051<0,002

По сортаменту подбираем арматуру: 4 стержня ø 14мм (А-III)

Поперечная арматура:

d_sw=d/4=14/4→ d_sw=4 (Bp-I),

шаг стержней: 250 мм

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ РЕБРИСТОЙ ПАНЕЛИ

Требуется запроектировать ребристую панель перекрытия с номинальными размерами 1,3*6 м (без поперечных ребер).

 Расчет прочности по нормальным сечениям. Глубина площадки опирания панели на полку ригеля: (100-10)=90 мм (где 100 мм – ширина свеса полки, 10 мм – зазор), тогда расчетный пролет панели l₀=l_ф-2*90/2=5980-90=5890 мм =5.89 м.

Погонные нагрузки на панель при номинальной ширине 1,3 м и коэффициенте надежности по назначению γ_n=0,95: расчетная q=12.12*0,95*1,3=14.97 кН/м.

Усилия от расчетной нагрузки

M=q*l₀²/8=14.97*5.89²/8= 64.91кН*м

Приведем фактическое сечение плиты к расчетным.

Высота сечения равна фактической высоте панели h=300 мм; рабочая высота сечения h₀=h-a=300-30=270 мм. Расчетная толщина сжатой полки таврового сечения h_f^/=50 мм, ширина полки равна ширине плиты поверху b_f^/=1290-2*20=1250 мм; расчетная ширина ребра b= (85-15)*2=140 мм.

0,9*17*1,25*0,05*(0,27-05/2)=0,2437МПа=

=243.7кН/м М.

Сжатая зона не выходит за пределы полки

С другой стороны, высота сжатой зоны .

Граничная высота сжатой зоны ,

где

< 1

Условие ξ ≤ ξ_R выполнено.

 

Определяем требуемую площадь сечения  арматуры A_s из уравнения .

As=17*0.9*1.25*0.0135/355=0.000733м²=7.33см².

По сортаменту арматуры Аs_факт=7.6см² ставим 2 стержня d=22мм, тогда

х=355*0,00076/(17*0,9*1,25) ≈ 0,014м = 14 мм

Проверяем несущую способность при подобранной арматуре:

R_b**b_f^/*х^ф*(h₀-х^ф/2)=17*0,9*1,25*0,014*(0,27-0,014/2) =

= 70,98*10⁶Н*мм > М=64,91*10⁶ Н*мм

  Прочность достаточна, арматура подобрана верно.

Расчет прочности по наклонным сечениям

 Q_max ≤ 0.3*φ_w1*φ_b1*R_b**b*h₀

Q=q*l₀/2=14,97*5,89/2= 44,086 кН.

Коэффициент, учитывающий влияние поперечной арматуры,

φ_w1 = 1+5** ≤ 1.3

= E_s/E_b=2*10/32,5*10=6,15

= A_sw/b*s

s=150мм (на длину l/4), , (для 2 стержней)

=0,000057/(0,14*0,15)=0,0027

φ_w1 = 1+5*6,15*0,0027=1,083≤1.3

коэффициент  φ_b1 = 1- β** R_b = 1-0.01*0,9*17 = 0,847

 0.3* φ_w1*φ_b1*R_b*b**h₀ = 0.3*1,083*0,847*17*0,9*0,14*0,27*10 = 159,15кН  > Q_max = 44,086 кН

Проверяем прочность по наклонной трещине из условия Q≤ Q+ Q  

Q=q_sw* с₀

q_sw = R_sw* A_sw / S, где R_sw=290 MПа

q_sw = 285*0.000057*1000 / 0.15= 110,2 H/мм

 φ_f = 0.75[(b’_f - b)* h’_f]/b* h₀ ≤ 0.5

b _f ' ≤ b+3*h _f ' ;

1,26 > 0,14+3*0,05 = 0,29 м b _f '=0,29

φ_f = 0.75[(0,29-0,14)*0,05]/0,14*0,27 = 0,149 < 0.5 => условие выполняется

 

 R_bt=1.15

 h₀< с₀ < 2 h₀

0.27 < 0.499< 0.54

с₀ < с < 3.33 h₀

0.499 < 1.34 > 0.8991c = 0.8991

        

Q< Q_b   по СНиПу шаг поперечной арматуры принимается не более 0,75*h0 на расстоянии l/4 от крайних стержней шаг принимаем равным 200мм, на остальном пространстве – 360 мм.

Q=110,2*0,499=54,99 Кн/м

Q+ Q_b=54,99+217=271,99>Q=44,09 Кн/м

Расчет полки на местный изгиб

b0=b_расч-2*20-2*85-2*35=1290-40-160-70=1010 мм

b=1м

q=0.95*(qрасч.пол+1,1*0,05*1*2,2*10+рврем.полн) =

= 0.95*(1.2+1.1*0.05*2.2*10+8.16) = 10.04 кН/м

M=q*l₀²/11=10.04*1.01²/11=0.93 кН*м

h₀=50-15=35мм

Находим корни квадратного уравнения:

Получаем:

где

 < 1

Условие ξ ≤ ξ_R выполнено.

 

Определяем требуемую площадь сечения  арматуры A_s из уравнения .

As=17*0.9*0,00175*1/355=0.000075м²=0,75см².

По сортаменту арматуры Аs_факт=0,76см²d = 4 мм (Вр-I), 6 стержней (на 1 м), тогда

х=410*0,000076/(17*0,9*1) = 0,002 м

Проверяем несущую способность при подобранной арматуре:

R_b**b*х^ф*(h₀-х^ф/2)=17*0,9*1*0,002*(0,035-0,002/2)*1000 =

= 1,04 кН*м > М=0,93кН*м

  Прочность достаточна, арматура подобрана верно.

Всего в полке устанавливаем 7 продольных стержней ø 4 (Вр-I) шагом 200 мм. Поперечную арматуру устанавливаем конструктивно ø 3 (Вр-I) шагом