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

Сравнение вариантов 

Вариант 1

Вариант 2

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