Проектирование строительных конструкций 5-этажного здания (высота этажа – 2.8 м)

2.2  2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ  КОНСТРУКЦИЙ.

           2.1. Вариантное проектирование

2.1.1. Описание вариантов

К вариантному проектированию предложено два варианта конструктивных решений. В первом варианте пространственная жесткость каркаса обеспечивается диафрагмами, во втором варианте жесткость обеспечивается за счет каркаса здания

2.1.2. Вариант 1.

В первом варианте каркас  решен в монолитном исполнении.

Схема расположения элементов каркаса первого варианта представлена на листе 1 марки В (см. перечень листов чертежей дипломного проекта). Привязка колонн - осевая. Колонны сечением 400х400 мм. Высота сборных элементов колонн 2800 мм.(на один этажа). Стык колонн решен ванной сваркой выпусков арматуры с последующим замоноличиванием.

Межэтажное перекрытие представлено в монолитном исполнении. Толщина перекрытия 300 мм.

Пространственную жесткость обеспечивают диафрагмы.

2.1.3. Вариант 2.

Каркас серии ИИ -04.

Схема расположения элементов каркаса второго варианта представлена на листе 2 марки В (см. перечень листов чертежей дипломного проекта). В этом варианте конструктивная схема решена с применением сборных ж/б колонн . Железобетонными ригелями и пустотными железобетонными плитами . Колонны длинной 2800 мм.(на один этажа.).Привязка колонн нулевая Привязка колонн - осевая. Колонны сечением 400х400 мм. Высота сборных элементов колонн 2800 мм.(на один этажа). Стык колонн решен ванной сваркой выпусков арматуры с последующим замоноличиванием.

2.1.4 Экономическое сравнение вариантов.

Результаты экономического сравнения вариантов представлены в табл.2.1.

                                                                                                                                                 Табл.2.1.

№№ п.п.	Наименование конструкции.	Монолитное Ж.Б. перекрытие			Сборный каркас серия ИИ-04			Примечание
		Расход стали, т.	Расход бетона, м3.		Расход стали, т.	Расход бетона, м3.
1.	Колонны	30,65	466,99		30,65	466,39
2.	Ригели	-	-		65,23	373,45
3.	Связи	10,98	128,88		-	-
6.	Перекрытия.	285,43	3876,03		122,309	1421
	Итого:	285,43	4471,9		218,189	2260,84
7.	Площадь перекрытий , м2.	12941			12265,76
8.	Расход бетона и стали на 1м2 перекрытия	0,022056		0.346	0,01779		0.184
9.	Трудозатраты, чел.-ч.	34875,4			27594,3
10.	Трудозатраты на 1м2 перекрытия, чел.-ч.	3,64			2,19
11.	Сметная стоимость строительных работ в ценах 1984 г., тыс.руб.	657,51			503,62
12.	Сметная стоимость в ценах 1999 г. с К=12.8 (тыс.руб) с НДС 20 %.	8416,128			6446,36
13.	Стоимость 1 м2 перекрытия (руб)	511,62			403,33
14.	Расход стали на 1м3 бетона	344.69			136.10

По совокупности показателей более экономичным является 2 вариант ж.б. каркаса здания (каркас серия ИИ-04).

2.2. Определение нагрузок, действующих на здание

2.2.1. Постоянные нагрузки

Определяем от всех несущих элементов каркаса: колонн, плит перекрытия, а также конструкций кирпичных стен и собственного веса металлических стоек. Нагрузки определяем для поперечной рамы по оси 11.

2.2.1.1. Определяем нагрузку на плиту перекрытия. Сбор нагрузок на плиту перекрытия (для варианта 2 ) приведён в таблице 2.2.

Табл. 2.2

№ п/п	Наименование нагрузки	Ед. изм.	Нормативное значение	Коэффициенты надежности		Расчетное значение
				по нагрузке	по назначению
1	Стяжка d=40 мм.	кН/м2	0.72	1,3	0,95	0.89
2	Сборные ж/б плиты	кН/м2	3,000	1,1	0,95	3,135
	Итого	кН/м2	3,72			4,025

Погонная нагрузка от собственного веса перекрытия и ригеля равна   4,025 · 6 + 2.5 = 27,316  кН/м, здесь 6 м - пролет здания; 2,5 кН/м – погонная нагрузка от веса ригеля.

2.2.1.2. Определяем нагрузку от веса покрытия. Сбор нагрузок приведён в таблице 2.3.

Табл. 2.3

№ п/п	Наименование нагрузки	Ед. изм.	Нормативное значение	Коэффициенты надежности		Расчетное значение
				по нагрузке	по назначению
1	4 слоя рубероида марки РМД-350 с защитным слоем гравия, втопленного в антисептированную битумную мастику  h = 20 мм (γ = 600 кг/м3)	кН/м2	0,06	1,3	0,95	0,074
2	Стяжка из цементно-песчаного раствора повышеной жесткости  марки 100 толщиной 30 мм (γ = 1800 кг/м3)	кН/м2	0,72	1,3	0,95	0,89
3	Утеплитель – минераловатные плиты γ = 200 кг/м3 толщиной 250 мм	кН/м2	0,26	1,3	0,95	0,32
4	Рубероид, наклеенный на горячем битуме	кН/м2	0,015	1,3	0,95	0,019
5	Плиты покрытия	кН/м2	4	1,1	0,95	4,18
	Итого		5,055			5,483

Расчетная схема здания                                Рис 2,1

Рис 2,2

      Нагрузки, действующие на здание.

Табл.2,4

Нагрузка на плиту перекрытия

\

Табл. 2,5

Нагрузка от веса покрытия

                                    ОСНОВНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 2.3

2.3.1 Расчет и конструирование ригеля

В связевых каркасах ригели работают как свободно опертые однопролетные балки (рис. Рис 2,3).

                                                                                         Рис 2,3

Расчетный пролет равен расстоянию между опор:

.

Бетон тяжелый класса В30 -, рабочая арматура класса А-III

.

Нагрузки и воздействия.

Погонная нагрузка от собственного веса ригеля:

;

Расчетная:                     .

Полную расчетную нагрузку определяем с учетом шага ригелей 6 м и номинальной длины панелей 6 м:

-временная:                  ,

-от веса пола:               ,

-от веса панелей:         ,

-от веса стен         ,

-от веса ригеля:            .

Полная нагрузка действующая на ригель .

Изгибающий момент в середине пролета -    

  Поперечная сила на опоре  - .

Расчет прочности нормальных сечений.

Задаемся, а=40мм а’=20мм. Тогда . Поскольку полка находится в растянутой зоне, сечение рассматриваем как прямоугольное шириной  (Рис 2,4).                                                                                                   Рис 2,4

Несущая способность сечения на изгиб складывается из моментов относительно арматуры : воспринимаемых сжатым бетоном  и сжатой арматурой . Условие прочности имеет вид:

Вычисляем , задавшись граничной высотой сжатой зоны:

.

- прочность достаточна.

Определяем высоту сжатой зоны по формуле:

Относительная высота сжатой зоны:

Находим площадь растянутой арматуры:

Принимаем  (2Æ20+2Æ25).

Проверяем прочность сечения: ,

Прочность подобранной арматуры достаточна.                             Рис 2,5

В целях экономии стали часть продольной арматуры (2Æ20 А-III, т.е. не более половины ) обрываем в пролете. Для нахождения точек теоретического обрыва приравниваем внешний момент  к несущей способности нормального сечения  с оставшейся арматурой  (2Æ25 А-III):

.

Обрываемую арматуру заводим за точки теоретического обрыва на длину:

Поскольку  определяется работой наклонных сечений, расчет   приведен ниже.

Расчет прочности наклонных сечений на поперечную силу.

Опасные наклонные сечения начинаются там, где резко меняются размеры сечения ригеля, т.е. в углу подрезки. Высота сечения здесь , ширина . Продольная растянутая арматура , подобранная расчетом прочности нормальных сечений, до опоры не доходит, поэтому в опорных участках устанавливаем дополнительную продольную арматуру , диаметр которой определим в расчете наклонных сечений на изгиб. Для надежного заанкеривания ее привариваем к опорной закладной пластине толщиной 10 мм. С учетом этого предварительно принимаем . Определяем минимальное поперечное армирование по конструктивным