Файл: Методические указания к курсовому проекту для студентов специальности 170 02 01 Промышленное и гражданское строительство.pdf

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра Строительные конструкции, здания и сооружения ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ И КАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ Методические указания к курсовому проекту для студентов специальности 1-70 02 01 Промышленное и гражданское строительство»
Часть 1 РЕБРИСТОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ ЗДАНИЙ В МОНОЛИТНОМ ЖЕЛЕЗОБЕТОНЕ Могилев 2015

2
УДК 69.059
ББК 38.7 Ж 51 Рекомендовано к опубликованию Центром менеджмента качества образовательной деятельности
ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет Одобрено кафедрой Строительные конструкции, здания и сооружения октября 2014 г, протокол № Составители др техн. наук, доц. С. Д. Семенюк; канд. техн. наук ЮГ. Москалькова; ст. преподаватель Т. С. Самолыго Рецензент канд. техн. наук, доц. ИВ. Лесковец Методические указания содержат примеры расчета и конструирования монолитных железобетонных конструкций. Приведены рекомендации по компоновке элементов монолитного перекрытия и даны необходимые ссылки на учебную и нормативную литературу. Учебное издание ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ И КАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ Часть 1 Ответственный за выпуск С. Д. Семенюк Технический редактор А. А. Подошевко Компьютерная верстка Н. П. Полевничая Подписано в печать . Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать трафаретная. Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. . Тираж 115 экз. Заказ № Издатель и полиграфическое исполнение Государственное учреждение высшего профессионального образования
«Белорусско-Российский университет. Свидетельство о государственной регистрации издателя, изготовителя, распространителя печатных изданий
№ 1/156 от 24.01.2014. Пр. Мира, 43, 212000, Могилев.
© ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет, 2015

3
1 Состав курсового проекта
1.1 Исходные данные для проекта Исходные данные для проекта принимаются студентами по заданию, выдаваемому преподавателем. В состав первого курсового проекта входит разработка конструктивных решений монолитного и сборного перекрытий многоэтажного промышленного или гражданского здания и их конструктивных элементов, а также монолитной колонны нижних этажей здания и монолитного фундамента под колонну.
1.2 Расчетная часть проекта
1.2.1 Монолитные железобетонные конструкции. Требуется выполнить
− расчет и конструирование балочной плиты монолитного перекрытия а) компоновка монолитного перекрытия и выбор наиболее экономичного варианта б) определение величин изгибающих моментов в расчетных сечениях в) расчет рабочей арматуры г) подбор и раскладка арматурных сеток в плите
− расчет и конструирование второстепенной балки монолитного перекрытия астатический расчет балки с учетом перераспределения усилий и построение огибающих эпюр изгибающих моментов и поперечных сил б) расчет продольной и поперечной рабочей арматуры, построение эпюры материалов по изгибающим моментам в) конструирование и расстановка отдельных продольных стержней и хомутов в балке
− расчет и конструирование монолитной железобетонной колонны и монолитного железобетонного фундамента а) определение усилий в колонне б) определение размеров поперечного сечения колонны в) расчет и конструирование продольной и поперечной арматуры г) расчет центрально-нагруженного отдельного фундамента под монолитную колонну
– конструирование стыка колонны с фундаментом.
1.2.2 Сборные железобетонные конструкции. Требуется выполнить
− расчет и конструирование многопустотной плиты перекрытия

а) определение нагрузок, действующих на плиту б) расчет сопротивления сечений, нормальных и наклонных к продольной оси плиты в) расчет плиты по образованию и раскрытию трещин, поде- формациям
− расчет и конструирование сборного многопролетного ригеля а) определение нагрузок и расчетных пролетов б) статический расчет ригеля и определение изгибающих моментов и поперечных сил в) расчет продольной и поперечной рабочих арматур, построение эпюры материалов по изгибающим моментам г) определение мест обрыва и анкеровки обрываемой продольной арматуры, конструирование ригеля
− конструирование стыка ригеля с колонной
− конструирование стыка колонны. Необходимо разработать рабочие чертежи данных сопряжений при конструировании стыка колонн и стыке ригеля с колонной.
1.3 Графическая часть проекта На элементы несущих конструкций здания разрабатываются рабочие чертежи в объеме четырех листов формата А (594×420 мм. На первом листе должны быть размещены
– маркировочная схема расположения элементов монолитного ребристого перекрытия, совмещенная со схемой раскладки арматурных сеток плиты
– виды, разрезы, сечения и участки смежных конструкций
– спецификация арматуры, ведомости расхода стали, ведомость деталей, ведомость потребности в материалах. На втором листе должны быть размещены
– монтажная схема (план) междуэтажного сборного перекрытия с указанием всех конструктивных элементов и их маркировкой
– схема расположения элементов сборных конструкций (поперечный разрез
– конструктивные узлы сопряжения ригеля с колонной, панелей с колонной и стыка колонн между собой. На третьем и четвертом листах размещаются опалубочные и установочные чертежи ригеля и колонны, чертежи арматурных изделий, закладных деталей и узлов, спецификация арматуры и ведомости расхода стали по элементам.

5
2 Монолитные железобетонные ребристые перекрытия
2.1 Основные указания по проектированию и конструированию монолитных перекрытий В настоящее время многоэтажные здания проектируются с применением унифицированных габаритных схем и основных типов перекрытий. Монолитные перекрытия применяются в тех случаях, когда по каким-либо соображениям приходится отступать от унифицированных габаритных схем. Например, когда по технологическим или архитектурным требованиям предусмотрены особые параметры здания (нагрузка, высота этажей, сложное очертание в плане. В практике проектирования многоэтажных зданий сложилось мнение, что монолитные железобетонные перекрытия неиндустриальны. Однако принадлежащей механизации работ и при применении инвентарной щитовой опалубки монолитные перекрытия являются индустриальными и требуют меньших затрат (электроэнергии. Достоинством их является то, что они обладают большей жесткостью по сравнению со сборными перекрытиями (за счет монолитной связи элементов перекрытия) и благодаря этому часто оказываются более экономичными (за счет меньшего расхода материалов и отсутствия сварных стыков. Недостатком их является то, что производство работ в зимнее время усложняется. Монолитные ребристые перекрытия представляют собой систему перекрестных балок (главных и второстепенных, монолитно соединенных между собой и объединяющей их поверху плитой. В зависимости от соотношения размеров ячейки (части перекрытия, заключенного между балками) плиты подразделяются на балочные и опертые по контуру. К балочным относятся плиты, у которых отношение длинной стороны ячейки к короткой ℓ
l
/ℓ
sh
≥ 3, а к опертым по контуру – плиты с ℓ
l
/ℓ
sh
< 3. Как балочные допустимо рассчитывать плиты с ℓ
l
/ℓ
sh
≥ 2. Балочные плиты ребристых перекрытий работают на изгиб только водном направлении – коротком. В другом направлении (длинном) их кривизна настолько мала, что пренебрегают незначительными величинами изгибающих моментов, действующих вдоль длинной стороны плиты. В балочных плитах с ℓ
l
/ℓ
sh
≥ 2 изгибающие моменты вдоль длинной стороны могут быть восприняты конструктивной арматурой. Из монолитных перекрытий конструкции ребристых перекрытий с балочными плитами наиболее экономичны. Только при очень тяжелых нагрузках и квадратной сетке колонн они могут уступать безбалочным перекрытиям. В курсовом проекте рассматривается здание с неполным каркасом (с внутренним железобетонным каркасом и несущими стенами, проектируемое по связевой системе, те. ветровые и любые другие горизонтальные нагрузки воспринимают междуэтажные перекрытия (недеформируемые в своей плоскости) и передают их на жесткие поперечные вертикальные связи лестничные клетки, лифтовые шахты, поперечные стены толщиной не менее мм и т. д. Вертикальные нагрузки воспринимают элементы каркаса. В этом случае при статическом расчете элементов монолитного ребристого перекрытия принимается условная расчетная схема (модель, согласно которой опорами главных балок служат колонны и стены (крайние опоры второстепенные балки опираются на главные балки и на стены крайние опоры главные и второстепенные балки служат опорами для плиты. Проектируется монолитное ребристое перекрытие в следующей последовательности рассматриваются возможные компоновочные схемы и выбирается основной вариант перекрытия
– предварительно назначаются размеры элементов перекрытия
– определяются нагрузки на отдельные элементы
– производится статический расчет конструкций (определяются величины изгибающих моментов, продольных и поперечных сил
– производится расчет сопротивления нормальных и наклонных сечений элементов (определяются окончательно размеры сечения элементов, назначаются расчетные сопротивления бетона и арматуры, определяется площадь сечения арматуры
– выполняется конструирование элементов (размещается арматура в сечении элементов, определяется длина арматурных стержней и размеры арматурных сеток, места расположения обрывов и отгибов стержней и т. п. При рассмотрении конструктивных схем перекрытия (схем балочной клетки) размещение второстепенных и главных балок в плане перекрываемого здания может быть различным. Если нет специальных или технологических требований по размещению балок и колонн, то их располагают так, чтобы получить экономически наиболее выгодное решение. Однако следует иметь ввиду, что поперечное расположение главных балок целесообразно при больших оконных проемах. В этом случае главные балки располагаются против простенков, и оконный проем может подходить почти под самую плиту перекрытия, тем самым улучшаются условия освещенности помещения. Для первоначального составления вариантов ребристого перекрытия пролеты железобетонных балочных плит следует принимать в пределах
1,5–2,7 ми редко − больше. Пролеты второстепенных балок принимаются в пределах 5–7 м, пролеты главных балок – 6–9 м. Шаг второстепенных балок (размер ℓ
s на рисунке 2.1) назначается по условиям курсового проекта так, чтобы соблюдалось отношение, при котором плита считается балочной Рисунок 2.1 – К назначению размеров пролетов и поперечных сечений элементов перекрытия Высоту поперечного сечения главной балки ориентировочно из условия жесткости следует принимать равной (1/8−1/12)ℓ
mb
(см. рисунок 2.1), а высоту поперечного сечения второстепенной балки – (1/12−1/20)ℓ
sb
. Высота сечения балок включает в себя толщину плиты. Ширина поперечного сечения балок как главных, таки второстепенных, принимается равной (0,3−0,5) их высоты. При назначении пролетов балок и плита также сечения следует исходить из модульной системы, принятой для данного типа конструкций. При h ≤ 600 мм высоту балок принимают кратной 50 мм при h > 600 мм – кратной 100 мм. Толщина монолитной плиты должна быть оптимальной, при которой расход бетона и арматуры будет наименьшим. Предварительную толщину плит в зависимости от ее пролета и нагрузки можно принимать по таблице 2.1, а из условий жесткости – по таблице 2.2. Кроме того, по конструктивным соображениям, необходимо назначать толщину плиты не менее 70 мм для промышленных зданий и не менее 60 мм для гражданских зданий. Следует иметь ввиду, что с увеличением степени агрессивности среды величина защитного слоя бетона увеличивается, поэтому при использовании таблицы 2.1 большую толщину плиты следует принимать для конструкций, эксплуатирующихся в более агрессивных средах. Окончательная толщина монолитных плит принимается кратной 10 мм при толщине до 100 мм включительно, а далее – кратной 20 мм. Толщину защитного слоя бетона для рабочей арматуры плит и балок в зависимости от класса по условиям эксплуатации, следует назначать, используя рекомендации [1].

Таблица 2.1 – Ориентировочные минимальные толщины балочных плит междуэтажных перекрытий производственных зданий в зависимости от полезной нагрузки Пролет плиты ℓ
s
, м p
n
, кН/м
2 1,5 1,8 2,0 2,4 2,6 2,8 2,5 4,0 7–9 5,0 8–10 7,0 7–9 9,0 10,0 7–9 7–9 8–10 12,0 14,0 8–10 8–10 8–10 8–10 10–12 10–12 Таблица 2.2 – Рекомендуемые минимальные толщины плит по условиям жесткости Вид бетона Тип плит и характер опирания тяжелый легкий Балочные свободное опирание h
s
= (1/35)
ℓ
s h
s
= (1/30)
ℓ
s упругая заделка h
s
= (1/45)
ℓ
s h
s
= (1/35)
Примечание – Плиты, опертые на стены, рассматриваются как при свободном опирании, а монолитно связанные с железобетонными балками – как при упругой заделке Толщину защитного слоя бетона для рабочей арматуры плит и балок в зависимости от класса по условиям эксплуатации и классов конструкций следует назначать согласно [2, п. 4.4.1.2] (таблицы 2.3 и 2.4) по формуле c
min
= max {c min,b
, c min,dur
, 10 мм, (2.1) где c min,b
– минимальная толщина защитного слоя бетона из условия сцепления c
min,dur
– минимальная толщина защитного слоя бетона из условий защиты от влияния окружающей среды. Таблица 2.3 – Минимальная толщина слоя бетона c min,b
, требования к обеспечению сцепления бетона с арматурой Условие сцепления Размещение стержней Минимальная толщина слоя Отдельный стержень Диаметр стержня Соединенные вместе стержни Эквивалентный диаметр Примечание Если номинальный максимальный диаметр крупного заполнителя более 32 мм, c
min,b необходимо увеличить на 5 мм

Таблица 2.4 – Минимальный защитный слой бетона c
min,dur из условий обеспечения долговечности арматурной стали по EN 10080 В миллиметрах Требование долговечности для Класс условий эксплуатации Класс конструкций
X0
XC1 XC2/XC3 XC4 XD1/XS1
XD2/XS2
XD3/XS3
S1 10 10 10 15 20 25 30
S2 10 10 15 20 25 30 35
S3 10 10 20 25 30 35 40
S4 10 15 25 30 35 40 45
S5 15 20 30 35 40 45 50
S6 20 25 35 40 45 50 55
2.2 Сравнение вариантов балочной клетки и выбор экономичного перекрытия
2.2.1 Компоновка перекрытия. Поскольку бетонирование элементов монолитных ребристых перекрытий производится в инвентарной опалубке, сетка колонн должна назначаться в соответствии с размерами длин щитов инвентарной опалубки. В проекте в методических целях (чтобы обеспечить достаточно большое количество вариантов схем балочных клеток) сетка колонн может приниматься без учета размеров элементов инвентарной опалубки, те. для сетки колонн может быть принят любой дробный размер. Крайние пролеты плит и второстепенных балок были несколько меньше средних, ноне более чем на 20 % . При компоновке перекрытия необходимо составить три–четыре варианта схем балочной клетки. В рассматриваемых схемах балочной клетки варьируются направление главных балок и пролеты главных, второстепенных балок и плит. Из числа рассмотренных схем выбирается для дальнейшей разработки наиболее экономичный вариант, те. тот вариант, на выполнение которого потребуется наименьший объем железобетона. Наименьший объем железобетона можно оценивать по приведенной толщине бетона, понимая под ней толщину равномерно распределенного по всей площади перекрытия слоя материала, необходимого для изготовления плиты, ребер второстепенных и главных балок и колонн. После составления нескольких схем балочной клетки и выбора основной схемы разрабатывается план перекрытия, в котором указанные в задании размеры следует рассматривать как размеры между осями. Крайние разби- вочные оси в промышленных зданиях располагаются по внутренним граням стен (нулевая привязка, или со смещением внутрь стены на расстояние, кратное 100 мм, или посередине толщины стены (см. рисунок 2.1).

Длины площадок опирания плиты ℓ
s,sup и балок ℓ
sb,sup
, ℓ
mb,sup на стены назначаются из условий обеспечения прочности стены на местное сжатие, а также обеспечения анкеровки нижней продольной арматуры плиты и балок на крайних свободных опорах. Рекомендуется предварительно назначать ℓ
s,sup
≥ 120 мм ℓ
sb,sup
≥ 250 мм
ℓ
mb,sup
≥ 380 мм. Для расчета перекрытие условно расчленяется на отдельные элементы неразрезную плиту, неразрезные второстепенные и главные балки. Для указанных элементов монолитного перекрытия достаточно выполнить расчет по несущей способности. Необходимая жесткость в большинстве случаев при соблюдении рекомендаций по назначению величин пролетов и размеров сечений элементов перекрытия будет обеспечена.
3 Пример расчета монолитного железобетонного перекрытия
3.1 Исходные данные Тип здания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . гражданское
Размер здания в плане А×Б . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28×37 м
Количество этажей n
1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Высота этажа H
1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,4 м
Нормативная временная нагрузка на перекрытие p н . . . . . 8,1 кН/м
2
Район строительства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . г. Минск
Характер грунта удельный вес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . угол внутреннего терния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1900 кг/м
3 36º Характеристики материалов монолитного варианта представлены в таблице 3.1 Таблица 3.1 – Характеристики материалов монолитного варианта Конструкция Класс бетона
Класс рабочей арматуры Плита С (проволока)
Второстепенная балка
С20/25
S500
Колонна С

11
3.2 Определение приведенной толщины перекрытия по вариантам Приведенную толщину перекрытия h red определяем, используя рекомендации) где h s,red
– приведенная толщина плиты, s
s s
red s,
q g
L
8,2
h
+
⋅
⋅
=
;
(3.2) h
sb,red
– приведенная толщина второстепенной балки,
2
sb s
3
sb,red sb sb sb s
s n
1
h
0,54
(g q )
;
n
−
=
⋅
⋅
+
⋅
⋅
A
A
A
(3.3) h
mb,red
– приведенная толщина главной балки, sb sb
3
mb
2
mb mb sb red mb,
n
1
n
)
q
(g
1,25
h
−
⋅
⋅
+
⋅
=
A
A
; (3.4) h
c,red
приведенная высота колонны,
(
) (
)
sb mb sb mb sb s
mb mb fI
fI
red c,
n n
1
n
1
n
I
I
11,5
)
q
(g
H
n h
⋅
−
⋅
−
⋅
⋅
⋅
+
⋅
⋅
=
. (3.5) Полная расчетная нагрузка на плиту перекрытия
(
)
s s
n k
s
F
k g + q = γ
1,1 g +
+ γ
q
⎡
⎤
⋅
⎣
⎦
A
. (3.6) Полная расчетная нагрузка на второстепенную балку
2
sb sb s
s s
n sb g + q
= (g + q )
+ 0, 04 γ
⋅
⋅
A
A
. (3.7) Полная расчетная нагрузка на главную балку
(
)
2
mb mb sb sb sb n
s mb
(g q
)
g q
0,07 γ
+
=
+
+
⋅ ⋅ ⋅
A
A A
. (3.8) Согласно эмпирическим формулам вычисляем приведенную толщину бетона. Вариант 1 Исходные данные (рисунок 3.1):
ℓ
s
= 1,85 мм мм мм м n mb
= 5; n f1
= 5; q k
= 8,1 кН/м
2

Решение
(
)
s s
g q
0,95 1,1 0 1,85 1,5 8,1 13,48
+
=
+
+
⋅
=
⎡
⎤
⎣
⎦
кН/м;
26,13 5,6 0,95 0,04 1,85 13,48
q g
2
sb sb
=
⋅
⋅
+
⋅
=
+
кН/м;
153,06 7,4 1,85 0,95 0,07 5,6 26,13
q g
2
mb mb
=
⋅
⋅
⋅
+
⋅
=
+
кН/м;
55,7 13,48 1,85 8,2
h red s,
=
⋅
⋅
=
мм
25,13 20 1
20 5,6 26,13 1,85 5,6 0,54
h
3 2
red sb,
=
−
⋅
⋅
⋅
⋅
=
мм
11,55 5
1 5
7,4 153,06 5,6 1,25
h
3 2
red mb,
=
−
⋅
⋅
⋅
=
мм
(
) (
)
13,98 5
5 1
5 1
5 5,6 1,85 11,5 153,06 3,4 5
h red c,
=
⋅
−
⋅
−
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
мм
106,36 13.98 11,55 25,13 55,7
h red
=
+
+
+
=
мм. Рисунок 3.1 – Вариант 1 компоновки монолитного междуэтажного перекрытия

Вариант 2 Исходные данные (рисунок 3.2):
ℓ
s
= 1,75 мм мм мм м n mb
= 4; n f1
= 5; q k
= 8,1 кН/м
2
Рисунок 3.2 – Вариант 2 компоновки монолитного междуэтажного перекрытия Решение
(
)
s s
g q
0,95 1,1 0 1,75 1,5 8,1 13,37
+
=
+
+
⋅
=
⎡
⎤
⎣
⎦
кН/м;
24,46 5,3 0,95 0,04 1,75 13,37
q g
2
sb sb
=
⋅
⋅
+
⋅
=
+
кН/м;
135,34 7
1,75 0,95 0,07 5,3 24,46
q g
2
mb mb
=
⋅
⋅
⋅
+
⋅
=
+
кН/м;
52,47 13,37 1,75 8,2
h red s,
=
⋅
⋅
=
мм
23,52 16 1
16 5,3 24,46 1,75 5,3 0,54
h
3 2
red sb,
=
−
⋅
⋅
⋅
⋅
=
мм
11,3 7
1 7
7 135,34 5,3 1,25
h
3 2
red mb,
=
−
⋅
⋅
⋅
=
мм

14
(
)(
)
c,red
4 1 7 1 5 3,4 135,34
h
13,87 11,5 1,75 5,3 4 7
−
−
⋅
⋅
=
⋅
=
⋅
⋅
⋅
мм
101,16 13,87 11,3 23,52 52,47
h red
=
+
+
+
=
мм. К дальнейшим расчетам принимаем второй вариант как более экономичный по расходу бетона, т. к.
106,36
h red1
=
мм >
101,16
h red2
=
мм.