Проектирование промышленного пятиэтажного здания с наружными стенами из кирпича и с внутренним железобетонным каркасом и железобетонными перекрытиями (длина здания - 36 м, ширина здания 24 м, высота этажа - 4,2 м)

1.  Задание на курсовой проект

Объектом проектирования является многоэтажное промышленное здание с наружными стенами из кирпича и с внутренним железобетонным каркасом и железобетонными перекрытиями.

Параметры здания

Длинна здания 36 м

Ширина здания 24 м

Высота этажа 4,2 м

Количество этажей 5

Толщина наружных стен 640 мм

Временная нагрузка 5 кПа

Снеговая нагрузка 1,0 кПа

Панель ребристая P-300 (Высотой 300мм)

В проекте требуется рассчитать и сконструировать:

а) Междуэтажное перекрытие над первым этажом в двух вариантах:

1.  Сборное железобетонное перекрытие, состоящее из ребристых плит с предварительно напряженной арматурой и ригелей с арматурой без предварительного напряжения.

2.  Монолитное железобетонное перекрытие, состоящее из монолитной плиты перекрытия, главных и второстепенных балок.

б) Простенок наружной стены первого этажа и узел опирания ригеля сборного железобетонного перекрытия на наружную стену.

2. Компоновка конструктивной схемы.

Колонны квадратного сечения с консолями. Ригель однопролетный с опиранием на консоли колонн.

Плиты перекрытия – ребристые, высотой 300 мм

П-1 – рядовая панель размером 6000х1500

П-2 – межколонная панель размером 6000х1500

П-3 – доборная панель размером 6000х750

Предварительный размер ригеля:

Высота h = 1/10 x l = 900/10 = 90 см

Ширина b = 1/3 x l = 90/3 = 30 cм

Расчетный пролет l₀=5845 мм = 5950 – (125/2+125/2)

2. Сборное перекрытие

2.1 Расчет ребристой плиты перекрытия по предельным сочетания первой группы.

Исходные данные:

Временная нагрузка P₀=5кПа

Пролет L =6м

Длина панели l₀ = 5,84м

Ширина панели d = 1,2м

Опирание на ригель l = 125мм

            Подсчет нагрузок:                                                                                          Таблица 2.

Нагрузки	Нормативная нагрузка, кПа	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, кПа
Постоянная нагрузка: 1. ребристая плита 2. шлакобетонные плиты t = 60мм, (r = 1,6 т/м3) 3. цементная стяжка t = 20 мм (r = 2,0 т/м3) 4. керамические плитки t = 15 мм (r = 2,0 т/м3)	2,5 0,96 0,4 0,3	1,1 1,2 1,3 1,1	2,75 1,152 0,52 0,33
Итого	4,16		4,752
Временная нагрузка: -длительная -кратковременная	5 4 1	1,2 1,2	4,8 1.2
Итого	5,0		6,0
Полная нагрузка: постоянная и временная длительная временная кратковременная	9,16 8,16 1		10,752 9,552 1,2

 Усилия от нагрузок.

Нагрузка на 1м длинны панели шириной 1200мм:

-нормативная:

-постоянная qⁿ=4,16×1,5×0,95=5,93кН/м

-временная Pⁿ=5×1,5×0,95=7,125кН/м

В том числе:

-кратковременная Pⁿ_ad=1×1,5×0,95=1,425кН/м

-временная длительная Pⁿ_еd=4×1,5×0,95=5,7кН/м

Расчетная:

-постоянная q=4,752×1,5×0,95=6,77кН/м

-временная P=6×1,5×0,95=8,55кН/м

В том числе:

-кратковременная P_ad=1,2×1,5×0,95=1,71кН/м

-временная длительная P_еd=4,8×1,5×0,95=6,84кН/м

Определим расчетные изгибающие моменты

-от полной расчетной нагрузки

=((6,77+8,55) ×5,825²)/8=64,86 кН×м

-от полной нормативной нагрузки

Mⁿ= (5,928+7,25) ×5,825²/8=55,36 кН×м

-от нормативной постоянно и длительной временной

Mⁿ_еd= (5,928+5,7) ×5,825²/8=49,32 кН×м

-от нормативной кратковременной

Mⁿ_аd= 1,425 ×5,825²/8=6,04 кН×м

-максимальная расчетная сила

= (6,77+8,55) ×5,825/2=44,6 кН×м

3. Выбор оптимального класса арматуры и бетона.

·   В качестве ненапрягаемой арматуры плиты принимаем арматуру класса ВрI  

 R_s = 410 МПа (т.22); R_sn = 490 МПа (т.19). принимаем класс бетона не ниже В-30:

R_b = 17,0 МПа; R_bn =22,0 МПа

R_bt = 1,20 МПа

Коэффициент условий работы бетона g_b2 = 0,9. Модуль упругости бетона E_b = 29000 МПа. – бетон тяжелый, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении.

·  В качестве преднапряженной арматуры продольных ребер плиты принимаем арматуру класса АV

R_s = 680 МПа (т.22); R_sn = 785 МПа (т.19). принимаем класс бетона не В-30:

R_b = 17,0 МПа; R_bn =22,0 МПа;R_bt = 1,20 МПа

Коэффициент условий работы бетона g_b2 = 0,9. Модуль упругости бетона E_b = 29000 МПа. – бетон тяжелый, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении

·  В качестве поперечной арматуры  ребер плиты принимаем арматуру класса АIII

R_s = 365 МПа (т.22); R_sn = 785 МПа (т.19). принимаем класс бетона не В-30:

R_b = 17,0 МПа; R_bn =22,0 МПа;R_bt = 1,20 МПа

Коэффициент условий работы бетона g_b2 = 0,9. Модуль упругости бетона E_b = 29000 МПа. – бетон тяжелый, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении

4. Предварительное определение сечения панели.

            По требованиям унификации номинальную ширину по осям швов сборных панелей назначаем b’_f = 1485мм. Толщина полки ребристой панели h’_f = 50мм. Ширина поперечных ребер: внизу 50мм, вверху 110мм. Ширина продольных ребер: внизу 85мм, вверху 100мм (средняя толщина b_p=(100+85)/2=92,5мм).

Ширина сжатой зоны (полки) b’_f =1485мм., т.к. h’_f/h=50/300=1,666>0,1 и имеются поперечные ребра; суммарная толщина приведенного сечения предварительно h₀=h-a=300-40=260мм.

5. Расчет по I группе предельных состояний.

5.1 Расчет элементов по нормальным сечениям

          Устанавливаем расчетный случай для тавровых сечений, проверяем условие

          M ≤ R_b× g_b2 × b’_f ×h`<sub>f</sub>(h<sub>b</sub>-0,5h`_f)

 64,86 кНм ≤ 17,0×0,9×1,485×0,05(0,26-0,5×0,05)   = 266,3 кНм

Условие соблюдается, значит, нейтральная ось проходит в полке

Рассчитываем коэффициент

a_m = M /(R_b× g_b2 × b’_f ×) = 64,86 / (17,0×0,9×1,485×0,26 ²) = 0,04

 == 0,04.

x = x×h₀ = 0,04×0,26 = 20,8мм

Характеристика сжатой зоны

w = a – 0,008×R_b = 0,85 – 0,008×17,0 = 0,714

Вычисляем граничную высоту сжатой зоны:

x_R =  == 0,502,

где s_sc,u = 500 МПа – предельное напряжение в арматуре сжатой зоны.

s_sR = R_s + 400 МПа – s_sp – Ds_sp

s_sp + Ds_sp = 0,6×R_sn = 471 МПа

s_sR = 680 + 400 – 471 = 609 МПа.

g_s6 =  = =1,27> h = 1,15 – принимаем             g_s6 = h = 1,15.

 =  =3,25cм².

Принимаем арматуру класса А-V   2Æ16   с площадью Аsp = 4,02 см² по одному продольному стержню в каждом ребре

Коэффициент армирования:

m% =  =  = 0,83% > m%_min = 0,05%.

5.2 Расчет по прочности сечений, наклонных к продольной оси.

            Принимаем конструктивно поперечные стержни Ø6 A-I, Аsw = 0,283 см² (Rsw = 175 МПа)

            Шаг поперечных стержней устанавливаем из конструктивных требований:

S ≤ h/2 ≤ 150;

S = h/2 =300/2 = 150 мм.

Принимаем S=150 мм

            Принимаем на приопорном участке длинной ¼ пролета (600/4 =150см) шаг поперечных стержней 150 мм, а в средней половине пролета панели проектируем их размещение по конструктивным требованиям при S= 3/4h =22,5см не более 50 см. Принимаем в средней половине длинны каркасов продольных ребер шаг поперечных стержней 225 мм.

            Согласно п.3.30 расчет ж/б элементов на действие поперечной силы для обеспечения прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами должен производиться из условии:

Q ≤ 0,3 × j _w × j _b × R_b × b × h₀

j _w = 1 + 5a × m_w ≤1,3

m_w = == 0,002

a = = =7,21

j _w = 1+5×7,21×0.002=1,08

j _b = 1 – 0,01 × R_b = 1 – 0,01 × 17,0 = 0,83

Q = 44,6 кН ≤ 0,3 × 1,08 × 0,83 × 17,0 × 0,185 × 0,26 = 219,89 кН

Прочность обеспечена

Проверим прочность плиты по наклонной трещине от действия поперечных сил

Q ≤ Q_b + Q_sw

Q_b = φ_b2× (1+φ_f+φ_n) ×R_bt×b×h₀² /c

Q_sw = q_sw×c₀

φ_b2 = 2; 

С = (M_b/q₁)^0,5

M_b= φ_b2×R_bt×b×h₀² = 2×1,20×10³×0,185×0,26² = 30,01 кН.м.

q₁=q+p/2

q₁=11,04 кН./м.

С= (30,01/11,04)^0,5 = 1,65 м.

С ≤ 3,33×h₀ =3,33×0,26 = 0,86 м

Принимаю C = 0,86

Q_b = 2×1,20×10³ × 0,185×0,26²/0,86 = 34,90 кН

Q_b > φ_b3 × (1+φ_f+φ_n) ×R_bt×b×h₀²  = 0,6( 1+0,12) 1,05×10³ × 0,185×0,26²= 8,82 кН

Q_sw = q_sw×C₀

C₀= (M_b/q_sw)^0,5

q_sw = A_sw×n×R_sw/S

n=2

A_sw=0,283 см².

R_sw=175 МПа.

q_sw=0,283×10^-4×2×283×10³/0,15=66,03 кН./м.

C₀= 0,67см

C₀ ≤ 2×h₀=2×0,26=0,52

Q_sw = 66,03×0,52=34,33 кН

Q_max-q₁×C ≤ Q_b + Q_sw

44,6 – 11,04×0,86  < 34,9+34,33 кН.

35,1 < 69,23 – условие выполняется

 

6. Геометрические характеристики приведенного сечения.

Коэффициент приведения для арматуры класса A-V

6,55      Аsp (А-V   2Æ16 )= 4,02 см²

Площадь приведенного сечения

A_red = b×(h- h`<sub>f</sub>) + b`_f × h`_f + A_sp×a_sp = (18,5× (30-5)+ 148,5×5) + 4,02*6,55+2,01*7,2 =1245,8 cм²

Статический момент приведенного сечения относительно нижней грани сечения

S_red = S_b + A_sp×a_sp ×3  = 5*148,5*27,5+25*18,5*12,5+6,55*4,02*4+7,2(2,01*28/2+2,01*4/2)= 26536,8 cм³

Расстояние от нижней грани сечения до центра тяжести приведенного