Навчальне видання

Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни “ Будівельні конструкції” на тему: “Розрахунки та конструювання збірних залізобетонних конструкцій багатоповерхової промислової будівлі” для студентів спеціальності 7.092104 – “Технологія будівельних конструкцій, виробів і матеріалів”.

Укладачі: Пугачов Олександр Федорович

Черкаліна Людмила Олександрівна

Ізбаш Михайло Юрійович

Бутенко Сергій Володимирович

Відповідальний за випуск О.Л. Шагін

Редактор: Л.І. Христенко

План 2005 року. Поз. 7. Обл..-вид. арк.

Підписано до друку Формат 60´ 84´ 1/16 Папір друк. №2

Надруковано на ризографі Умовн. друк. арк.

Тираж 100 прим. Зам. № 963 Безкоштовно

ХДТУБА, 61002, Харків, вул. Сумська, 40

Підготовлено та надруковано РВВ Харківського державного технічного

університету будівництва та архітектури

ПЛАН – ЗАЯВКА

На видання навчально-методичної літератури кафедрою залізобетонних та кам’яних конструкцій

Затверджено на засіданні кафедри залізобетонних і кам’яних конструкцій

Протокол № 8 від 21.12.2004 р.

Завідуючий кафедрою,

д.т.н., професор О.Л. Шагін

ЗМІСТ

1. Завдання та початкові дані до курсового проекту

У курсовому проекті з дисципліни “Будівельні конструкції” потрібно виконати наступний обсяг проектних робіт:

1. Компонування несучої системи будинку, схеми збірного залізобетонного перекриття та перекриття по металевим балкам.

2. Розрахунок і конструювання збірної залізобетонної плити перекриття.

3. Розрахунок і конструювання збірної залізобетонної колони.

4. Розрахунок і конструювання монолітного залізобетонного фунда-

менту під колону.

5. Розрахунок металевої балки.

Індивідуальний варіант початкових даних до курсового проекту студент виписує з представлених нижче таблиць №№ 1.1 та 1.2 згідно з першими літерами прізвища, імені та по батькові студента у формі, наведеній у подальшому числовому прикладі.

Орієнтовний обсяг курсового проекту: розрахунково-пояснювальна записка з розрахунковими схемами конструкцій – 15…20 рукописних сторінок; графічна частина – 2 аркуша формату А2 або 1 аркуш формату А1.

Курсовий проект захищається студентом з диференційованою оцінкою.

2. Пропозиції до компонування несучої системи будівлі

Принципи компонування конструктивної схеми багатоповерхових будинків вивчаються студентом за учбово-нормативною літературою [4, 5].

У курсовому проекті розробляються елементи трипролітного багатоповерхового будинку з неповним каркасом і жорсткою конструктивною схемою. Товщину зовнішніх цегляних стін у даному курсовому проекті допускається приймати рівній 510мм незалежно від району будівництва.

Прив'язка подовжніх стін у даному проекті може бути прийнята нульова (прив'язка «0») – при цьому розмічальні (координаційні) осі будинку збігаються з внутрішніми гранями відповідних стін.

Компонування несучої системи будинку варто почати зі складання його плану і поперечного розрізу відповідно до заданих величин прольотів і кроку колон , довжини будинку L, висоти і кількості поверхів.

Міжповерхові перекриття будинку складаються зі збірних залізобетонних плит і ригелів. Ригелі розташовані уздовж цифрових розмічальних осей будинку. У статичному відношенні вони розглядаються як трипролітні нерозрізні балки з вільним обпиранням на несучі цегляні стіни. Поперечний переріз ригелів може бути прямокутним і тавровим з висотою h = (1/8…1/15) . Ширина перетину b = (1/2...1/4)h. Покриття будинку плоске, без технічного поверху.

Залізобетонні колони – збірні, постійного перетину в межах усієї висоти будинку. Розміри поперечного перерізу колон, залежно від діючих зусиль, приймаються від 300´ 300 до 400´ 400 мм.

Таблиця 1.1

Вихідні дані для проектування збірного залізобетонного перекриття

Літера	За першою літерою прізвища	За першою літерою імені	За першою літерою по батькові
Район будівництва	Крок колон , м	Проліт 1 , м	Кількість поверхів n	Розрахунковий опір грунту R0, МПа	Висота поверху H, м	Технологічне навантаження V0, кН/м2	Довжина будинку L, м
А	Вінниця	4, 7	7, 8		0, 18	3, 0	6, 0
Б	Горлівка	4, 8	7, 7		0, 19	3, 1	6, 2
В	Дніпропетровськ	4, 9	7, 6		0, 20	3, 2	6, 4
Г	Донецьк	5, 0	7, 5		0, 21	3, 3	6, 6
Д	Житомир	5, 1	7, 4		0, 22	3, 4	6, 8
Є	Запоріжжя	5, 2	7, 3		0, 23	3, 5	7, 0
Ж	Ізюм	5, 3	7, 2		0, 24	3, 6	7, 2
З	Іллічівськ	5, 4	7, 1		0, 25	3, 7	7, 4
І	Київ	5, 5	7, 0		0, 26	3, 8	7, 6
К	Кіровоград	5, 6	6, 9		0, 27	3, 9	7, 8
Л	Кременчук	5, 7	6, 8		0, 28	4, 0	8, 0
М	Куп’янськ	5, 8	6, 7		0, 29	4, 1	8, 2
Н	Луганськ	5, 9	6, 6		0, 30	4, 2	8, 4
О	Львів	6, 0	6, 5		0, 31	4, 3	8, 5
П	Макіївка	6, 1	6, 4		0, 32	4, 4	8, 8
Р	Маріуполь	6, 2	6, 3		0, 33	4, 5	9, 0
С	Миколаїв	6, 3	6, 2		0, 34	4, 6	9, 2
Т	Одеса	5, 4	6, 1		0, 35	4, 7	9, 4
У	Полтава	5, 5	6, 0		0, 36	4, 8	9, 6
Ф	Рівне	5, 6	5, 9		0, 37	4, 9	10, 0
Х	Сімферополь	5, 7	5, 8		0, 38	5, 0	10, 2
Ц	Суми	4, 8	5, 7		0, 39	5, 1	10, 4
Ч	Тернопіль	4, 9	5, 6		0, 40	5, 2	10, 6
Ш	Ужгород	5, 0	5, 5		0, 41	5, 3	10, 8
Щ	Харків	5, 1	5, 4		0, 42	5, 4	11, 0
Е	Хмельницький	5, 2	5, 3		0, 43	5, 5	11, 2
Ю	Черкаси	5, 3	6, 2		0, 44	5, 6	11, 4
Я	Чернігів	5, 4	6, 6		0, 45	5, 7	11, 6

Таблиця 1.2

Вихідні дані для проектування перекриття по металевим балкам

3. Рекомендації з розрахунку і конструювання несучих конструкцій

3.1. Збірна залізобетонна ребриста плита перекриття

Основні положення розрахунку збірних залізобетонних плит перекриттів викладені в [4, 5]. Відповідно до завдання виконується розрахунок проміжної (рядової) плити перекриття. Необхідно виконати статичний розрахунок плити, в результаті якого визначаються максимальні значення згинаючого моменту і поперечної сили.

Для врахування впливу тривалості дії навантажень на міцність бетону розрахунок залізобетонних елементів у загальному випадку роблять:

а) на дію постійних, тривалих і короткочасних навантажень, крім навантажень нетривалої дії (вітрових, кранових навантажень, що виникають при виготовленні, транспортуванні, зведенні і т.п.), а також на дію особливих навантажень, викликаних деформаціями просадних, що набухають, вічномерзлих і подібних ґрунтів; у цьому випадку розрахункові опори бетону стиску і розтягу відповідно R_b і R_bt приймають з коефіцієнтом умов роботи = 0, 9;

б) на дію всіх навантажень, включаючи навантаження нетривалої дії; у цьому випадку розрахункові опори бетону R_b і R_bt приймають з коефіцієнтом = 1, 1.

Якщо конструкція експлуатується в умовах, сприятливих для наростання міцності бетону (твердіння під водою, у вологому грунті чи ґрунті при вологості навколишнього повітря понад 75%), розрахунок по випадку а) роблять при = 1, 0.

Розрахунок перетинів, що мають полицю в стиснутій зоні, (таврових, двотаврових і т.п.) повинен виконуватися залежно від положення границі стиснутої зони:

- якщо границя стиснутої зони проходить у полиці, тобто дотримується умова

, (3.1)

то площу перетину розтягнутої арматури визначають як для прямокутного перетину шириною . У наведеній формулі:

- розрахунковий опір бетону стиску;

- ширина полиці в стиснутій зоні;

- робоча (корисна) висота перетину;

- розрахунковий опір арматури стиску;

- площа перетину стиснутої арматури;

- відстань від стиснутої грані перетину до центра ваги (осі) стиснутої арматури.

- якщо границя стиснутої зони проходить у ребрі, тобто зазначена умова не дотримується, то площа перетину розтягнутої арматури визначається з формули

, (3.2)

де - відносна висота стиснутої зони бетону, яку вибирають з таблиці А.3 залежно від значення коефіцієнта або знаходять за формулою

(3.3)

- ширина ребра;

- розрахунковий опір арматури розтягу.

Коефіцієнт знаходиться із залежності

. (3.4)

При цьому повинна виконуватися умова ( знаходиться з табл. А.4).

Значення ширини полиці , що вводиться в розрахунок, приймається з умови, що ширина звисання полиці в кожну сторону від ребра повинна бути не більше 1/6 прольоту і не більше:

а) за наявності поперечних ребер або при товщині полиці - 1/2 відстані «у світлі» між подовжніми ребрами;

б) за відсутності поперечних ребер або при відстанях між ними більших, ніж відстані між подовжніми ребрами, і - 6 .

З отриманих значень для подальшого розрахунку приймається найменше.

Характер роботи полиці плити між ребрами залежить від співвідношення розмірів її сторін у межах обпирання. За відсутності поперечних ребер або при відстані між ними , що перевищує відстань між подовжніми ребрами в два рази і більше(), плита працює як балкова в напрямку короткого прольоту (рис. 3.1а).

Якщо (рис. 3.1б), то плита працює в двох напрямках (плита, обіперта вздовж контуру). Якщо ж поперечні ребра розташовані так часто, що (рис. 3.1в), плита працює як балкова в напрямку .

Перевірка міцності елементів постійної висоти, армованих поперечними стержнями (хомутами) без відгинів, на дію поперечної сили вздовж похилого приопорного перетину виконується за умовою

, (3.5)

де - поперечна сила від зовнішніх навантажень, розташованих по одну сторону від похилого перетину, що розглядається;

- зусилля в хомутах на одиницю довжини елемента в межах похилого перетину;

- довжина проекції небезпечної похилої тріщини на подовжню вісь елемента;

- поперечне зусилля, що сприймається бетоном у вершині похилого перетину:

, (3.6)

де - довжина проекції похилого перетину на подовжню вісь елемента;

- допоміжна умовна величина («момент, який сприймає бетон»), що знаходиться за емпіричною формулою:

, (3.7)

де - коефіцієнт, що залежить від виду бетону (для важкого бетону згідно [2], стор. 39);

- коефіцієнт, що враховує вплив стиснутих полиць і визначається за формулою

але не більше 0, 5, (3.8)

при цьому величина приймається не більше ;

- коефіцієнт, що враховує вплив подовжньої сили :

- - у результаті дії стискаючої сили;

- - за наявності сили , що розтягує;

- розрахунковий опір бетону розтягу.

Сумарне значення коефіцієнта приймають рівним не більше 1, 5.

Мінімальне значення поперечного зусилля приймають не менше величини

, (3.9)

де (для важкого бетону, згідно [2], стор. 39).

Погонне зусилля в поперечних стержнях (хомутах), віднесене до одиниці довжини елемента

, (3.10)

де - розрахунковий опір хомутів розтяганню;

- площа перетину поперечної арматури;

- відстань між осями поперечних стержнів (крок стержнів).

Довжина горизонтальної проекції небезпечної похилої тріщини

.

Ця величина повинна бути не більше і не більше , а також не менше , якщо .

При цьому для хомутів, що встановлюються за розрахунком, повинна виконуватися умова:

. (3.11)

Дозволяється не виконувати цю умову, якщо у формулі для визначення враховувати таке зменшене значення , при якому наведена умова перетворюється в рівність, тобто, якщо приймати , у цьому випадку завжди , але не більше .

У результаті дії на елемент зосереджених сил значення приймають рівними відстаням від опори до місць прикладання цих сил.

Під час дії рівномірно розподіленого навантаження значення приймають рівним , а якщо , то варто приймати . У приведених формулах значення визначають таким чином:

а) якщо діє тільки фактичне рівномірно розподілене навантаження , то ;

б) якщо навантаження містить у собі тимчасове еквівалентне рівномірно розподілене навантаження (тобто тимчасове навантаження не суцільне, а епюра моментів від прийнятого в розрахунку навантаження завжди обгинає епюру від будь-якого фактичного тимчасового навантаження), то ( - постійне суцільне навантаження).

При цьому значення поперечної сили приймається рівним ( - поперечна сила в опорному перетині).

Необхідну погонну інтенсивність хомутів визначають таким чином (при дії на елемент тільки рівномірно розподіленого навантаження ):

при ,

при ,

причому в обох випадках приймається не менше ;

при .

У наведених формулах .

Розрахунок поперечної арматури елементів, що згинаються, при дії рівномірно розподіленого навантаження виконується відповідно до блок-схеми 1 (рис. 3.2).

3.2. Збірна залізобетонна колона

У курсовому проекті виконують розрахунок і конструювання залізобетонної колони першого поверху.

Відповідно до норм [10] розрахунок стиснутих елементів з важкого бетону класів В15…В40 і марок за середньою щільністю не нижче Д1800 на дію подовжньої сили, прикладеної з ексцентриситетом, прийнятим відповідно до п. 1.21 [2] рівним випадковому ексцентриситету , при допускається виконувати з умови

,

де - площа перетину бетону колони в стиснутій зоні;

- коефіцієнт, що знаходиться зо формулою

,

але приймається не більше величини .

Тут і - коефіцієнти, які приймаються за табл. Д.5, Д.6.

,

де - площа всієї арматури в перетині елемента.

При можна, не користаючись формулою, приймати .

3.3. Монолітний залізобетонний фундамент під колону

Розрахунок центрально навантажених фундаментів складається з двох частин: розрахунку основи та тіла фундаменту. За даними розрахунку основи визначають розміри підошви фундаменту, а за даними розрахунку тіла – загальну висоту фундаменту , висоту уступів і необхідне армування. При мм фундамент виконують з одним уступом, мм – з двома уступами, при мм – з трьома уступами. Робочу висоту перерізу нижнього уступу визначають з умови міцності за поперечною силою без поперечного армування.

Армування фундаменту по підошві визначають розрахунком нормальних перетинів, припускаючи, що уступи під дією реактивного тиску грунту знизу працюють подібно консолям, замурованим у цих перетинах.

3.4. Конструктивні вимоги

При проектуванні бетонних і залізобетонних конструкцій для забезпечення умов їхнього виготовлення, необхідної довговічності і спільної роботи арматури і бетону слід виконувати конструктивні вимоги, викладені в [ 2 ].

Товщина захисного шару бетону для подовжньої робочої арматури повинна бути, як правило, не менше діаметра стержня і не менше:

у плитах товщиною до 100 мм включно – 10 мм;

у балках і ребрах висотою 250 мм і більше – 20 мм;

у колонах – 20 мм.

Відстань «у світлі» між окремими стержнями подовжньої ненапруженої арматури, а також між подовжніми стержнями сусідніх плоских зварених каркасів повинна бути не менше максимального діаметра стержнів, а також:

а) якщо стержні при бетонуванні займають горизонтальне чи похиле положення, то не менше: для нижньої арматури – 25 мм, для верхньої – 30 мм;

б) якщо стержні при бетонуванні займають вертикальне положення – не менше 50 мм. При систематичному контролі фракціонування заповнювачів бетону ця відстань може бути зменшена до 35 мм, але за умови, що вона не менше, ніж у 1, 5 рази перевищує найбільший діаметр великого заповнювача.

За стиснутих умов допускається розташовувати стержні арматури попарно (без зазору між ними).

Стержні періодичного профілю, а також гладенькі, застосовані в зварених каркасах і сітках, виконуються без гаків.

Площа перетину подовжньої арматури в залізобетонних елементах, що згинаються, повинна складати не менше 0, 05% площі перетину бетону.

У лінійних позацентрово стиснутих елементах відстані між осями стержнів подовжньої арматури в напрямку, перпендикулярному площині вигину, не повинні перевищувати 400 мм, а в напрямку, рівнобіжному площині вигину - 500 мм.

В елементах, що згинаються, при висоті перетину понад 700 мм у бічних граней необхідно ставити конструктивні подовжні стержні з відстанню між ними по висоті не більше 400 мм із дотриманням додаткових вимог [ 2 ].

У всіх поверхонь залізобетонних елементів, поблизу яких ставиться поперечна арматура, варто передбачити також поперечну арматуру, що охоплює крайні подовжні стержні. При цьому відстані між поперечними стержнями біля кожної поверхні повинні бути не більше 600 мм і не більше подвоєної ширини відповідної грані елемента.

У позацентрово стиснутих лінійних елементах з важкого бетону при хомути ставляться на відстані не більше 500 мм і не більше 15 d при в’язаних каркасах і 20 d – при зварених каркасах.

При армуванні позацентрово стиснутих елементів плоскими звареними каркасами два крайніх каркаси, розташовані у протилежних граней, повинні бути з'єднані один з одним для утворення просторового каркаса. Для цього біля граней елементів, нормальних до площини каркасів, необхідно ставити поперечні стержні, що приварюються контактним зварюванням до кутових подовжніх стержнів каркаса, чи шпильки, що зв'язують ці стержні, на тих же відстанях, що і поперечні стержні плоских каркасів.

Діаметр хомутів у в’язаних каркасах позацентрово стиснутих лінійних елементів варто приймати не менше 0, 25 d і не менше 5 мм, де d – найбільший діаметр подовжніх стержнів.

Діаметр хомутів у в’язаних каркасах елементів, що згинаються, повинний бути не менше 5 мм при висоті перетину елемента 800 мм.

Співвідношення діаметрів поперечних і подовжніх стержнів у зварених каркасах і сітках установлюють, виходячи з умови зварювання, за відповідними нормативними документами.

Поперечна арматура в балкових конструкціях установлюється на відстанях, рівних:

на приопорних ділянках при рівномірно розподіленому навантаженні – ¼ прольоту;

при зосереджених навантаженнях – на відстані від опори до найближчого до неї вантажу, але не менше ¼ прольоту.

Крок поперечних стержнів призначається:

при висоті перетину елемента 450 мм – не більше і не більше 150 мм;

при 450 мм – не більше і не більше 500 мм.

На іншій частині прольоту при висоті перетину 300 мм поперечна арматура встановлюється з кроком не більше ¾ і не більше 500 мм.

Фундамент армують звареними сітками із стержнів періодичного профілю класів А300С (А-II), А400С (А-III) та, в крайньому випадку, гладенькими стержнями класу А240С (А-I) діаметром не менше 12 мм. Розміри чарунок сітки приймають не менше 100 мм і не більше 200 мм. У великих фундаментах (зі стороною підошви 3 м та більше) половину стержнів приймають довжиною 0, 8 , де - розмір довгих стержнів. Короткі та довгі стержні укладають через один.

4. Приклади розрахунків та конструювання

4.1. Збірне залізобетонне балкове перекриття

4.1.1. Компонування конструктивної схеми.

Вихідні дані:

1. Район будівництва - м. Харків;

2. Крок колон - м;

3. Проліт - м;

4. Довжина будівлі - м;

5. Кількість поверхів - ;

6. Висота поверху - H_п =3, 6 м;

7. Тимчасове технологічне навантаження - V₀ = 12 кН/м²;

8. Кількість прольотів - m = 3.

Проектування збірного балкового перекриття виконуємо для промислової будівлі з цегляними стінами товщиною 510 мм без підвалу. Підлога – з керамічної плитки, покрівля – рулонна з трьох шарів руберойду, утеплювач – пінобетонні плити. М. Харків відносно ваги снігу на 1 м² покриття належить до другого району ( кН/м²).

Будівля належить до II класу відповідальності будівель та споруд (коефіцієнт надійності за призначенням будівлі ).

Каркас утворюється збірними залізобетонними колонами, довжина яких дорівнює висоті поверху, та поперечними ригелями (балками перекриття). З’єднання ригелів з колонами здійснюється зварюванням закладених деталей у нижній частині та зварюванням випусків арматури у верхній частині (жорсткий стик).

Плити перекриття ребристі: рядові (ординарні) П-1, зв’язкові (міжколонні) П-2 та добірні (пристінні) П-3 (рис. 4.1). Зв’язкові плити розміщують по рядам колон, між зв’язковими монтуються рядові плити (їх кількість у перекритті – найбільша), а уздовж несучих цегляних стін – добірні. Плити кріпляться до ригелів зварюванням відповідних закладених деталей.

Схема плит перекриття та розріз будівлі наведені відповідно на рис. 4.1 та 4.2.