Проектирование монолитного и сборного перекрытия многоэтажного здания - файл n1.doc

Проектирование монолитного и сборного перекрытия многоэтажного здания

Доступные файлы (5):

n1.doc	562kb.	26.09.2002 06:32	скачать
n2.docx	343kb.	10.01.2009 16:38	скачать
n3.doc	567kb.	10.09.2002 03:47	скачать
n4.dwg
n5.dwg

n1.doc

1. 
   Введение
   

Железобетонные и каменные конструкции являются основной базой современного индустриального наземного и подземного строительства. Они применяются при возведении промышленных, жилых и общественных зданий, инженерных сооружений, а так же других объектов народного хозяйства.

При проектировании железобетонных конструкций зданий основным нормативным документом является СНиП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции (эти нормы не распространяются на бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений, мостов, автомобильных дорог, и аэродромов и т.п.).

Согласно этому нормативному документу:

Бетонные и железобетонные конструкции, должны быть обеспечены с требуемой надежностью от возникновения всех видов предельных состояний расчетом, выбором материалов, назначением размеров и конструированием.

При проектировании должны приниматься расчетные схемы, обеспечивающие необходимую прочность, устойчивость, и пространственную неизменяемость здания в целом, а также отдельных конструкций.

Расчет по предельным состояниям конструкции в целом и отдельных ее частей должен, как правило, производится для всех стадий – изготовления, возведения, эксплуатации, а так же и транспортировки.

Элементы сборных конструкций должны отвечать требованиям механизированного изготовления на специализированных предприятиях. При выборе элементов сборных конструкций предусматривается преимущественно предварительно напряженные конструкции из высокопрочных бетонов и арматуры. Конструкции узлов соединений элементов должны обеспечивать с помощью различных технологических и конструктивных мероприятий надежную передачу усилий, прочность самих элементов в зоне стыка.

Расчетные параметры окружающей среды принимаются в соответствии с СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика".

Значения нагрузок и воздействий, коэффициентов надежности по нагрузке принимаются с учетом и в соответствии со СНиП 2.01.07.- 85 "Нагрузки и воздействия" [6]

Вообще весь расчет делится на :

Расчет по предельным состояниям первой группы , который должен обеспечит конструкции от:

хрупкого или вязкого разрушения

потери устойчивости формы конструкции

усталого разрушения

разрушения от совместного действия внешних силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды.

Расчет по предельным состояниям второй группы, которой должен обеспечить:

образования трещин, а также их чрезмерного и продолжительного раскрытия.

чрезмерных перемещений.
Расчет монолитной плиты выполняется в соответствии со СНиП, особого внимания заслуживает расчет главной балки.

Статический расчет балки монолитного перекрытия, выполняется с учетом перераспределения усилий в стадии предельного равновесия. Это позволяет рассчитать главную балку перекрытия с более высокими технико-экономическими показателями.

Расчет балок с учетом перераспределения усилий может выполнятся по-разному в зависимости от поставленных задач перераспределения. Выбор той или иной задачи перераспределения выполняется проектировщиком самостоятельно. Вообще, выбор той или иной задачи перераспределения – процесс творческий, и он определяется условиями работы конструкции, ограничениями на ее армирование и условия изготовления, а также получением необходимых технико-экономических показателей.

Как известно [7], причиной разрушения нормальных сечений из­гибаемых железобетонных конструкций является либо достижение в растянутой арматуру предела текучести, либо достижение в бетоне сжатой зоны сечения предела прочности на сжатие. Нормами проек­тирования железобетонных конструкций запрещено проектировать элементы, разрушающиеся по второму из указанных видов разруше­ния, а первый вид обеспечивается соблюдением условия:

,

где:

X - высота сжатой зоны сечения в стадии разрушения;

Х_R -предельно допустимая высота сжатой зоны сечения для первого ви­да разрушения.

Переход нормального сечения изгибаемого элемента в предель­ное состояние происходит не внезапно, а постепенно, до тех пор, пока деформации текучести арматуры не приведут к чрезмерному развитию нормальных трещин по ширине и высоте, как следствие этого, к сокращению высоты сжатой зоны сечения, концентрации в ней сжимающих усилий и разрушению бетона сжатой зоны от раздавливания.

Если при этом деформации изгибаемого элемента ничем не ограниченны (например, в статически определимой конструкции), то произойдет разрушение элемента по этому сечению. Если же эти деформации сдерживаются за счет работы конструкции в других се­чениях, как это имеет место в статически неопределимых конструк­циях, то разрушения элемента в сечении, в котором начались де­формации текучести арматуры, может и не произойти за счет пере­распределения энергии внешней нагрузки на другие менее нагру­женные, части конструкции. Эта стадия работы нормального сече­ния изгибаемого элемента, при которой в арматуре развиваются пластические деформации, а бетон сжатой боны еще не разрушен, называется пластическим шарниром. Свое название она получила потому, что изгибающий момент в этом сечении остается посто­янным от начала развития деформаций текучести арматуры до мо­мента разрушения бетона сжатой зоны.

Деформирование конструкций в пластическом шарнире приводит к появлению дополнительных внутренних усилий в других сечениях конструкции. Поэтому этот процесс называется перераспределением усилий, происходящим в стадии предельного равновесия конструкции

При расчете и конструировании статически неопределимых железо бетонных конструкций процесс перераспределения усилий может быть направлен проектировщиком в нужное русло в зависимости от поставленной задачи перераспределения. Для этого ему нужно правильно выбрать места конструкции, в которых должны образовывать­ся пластические шарниры. Для того, чтобы в заданном сечении вызвать образование пластического шарнира, проектировщик назначает армирование в этом сечении недостаточное для восприятия момента, действующего в этом сечении в упругой стадии расчета конструкции. Величина изгибающего момента, действующего в пластическом шарнире, определяется количеством арматуры, поставленной в этом сече­нии. Поэтому количественным процессом перераспределения проекти­ровщик может управлять по своей воле.
Сборное железобетонное балочное перекрытие состоит из панелей и поддерживающих их балок (приложение 2). В учебной литературе панели иногда называют плитами или настилами, а балки - ригелями или прогонами. Балки вместе с колоннами, на которые они опираются, образуют плоский каркас здания. Плоский каркас и панели создают несущую систему здания, воспринимают вертикальную нагрузку. Горизонтальная нагрузка (например, ветер), действующая в двух направ­лениях , воспринимается в одном направлении каркасом, а в другом - специальными связями. Возможно опирание балок на наружные стены. Тогда каркас называется неполным.

Разработаны типовые конструкции перекрытий: серии аль­бомов чертежей - ИИ 20-24 и 1/020. В качестве панелей перекрытия в этих сериях используются плоские панели с цилиндрическими пус­тотами и плоские панели с продольными ребрами, выступающими на ниж­ней поверхности . Сечение балок проектируется в виде пря­моугольника, или с полками в нижней зоне.

От способа соединения балок с колоннами зависят условия их работы. При шарнирном соединения балки работают как отдельно лежащие статически определимые стержни. При соединении балок различных пролетов с передачей изгибающего момента и шарнир­ным опиранием на колонну балки работают как неразрезные статически неопределимые стержни. Если баки и колонны соединяют­ся с передачей изгибающего момента на колонны, то образуется рамный каркас с жесткими узлами, в котором балки работают как ригели каркаса. Иногда в этой схеме соединение балок с колоннами осуществляется с частичной, небольшой по величине передачей изгибающего момента на колонны.

В зависимости от способа соединения назначается расчетная схема каркаса и соответственно балок. Панели, как правило, опираются на балки без передачи изгибающего момента, т.е. шарнирно, а поэтому работают как статически определимые стержни (в одном направлении, перпендикулярном линии опирания их на балки). При прямоугольном сечении балок панели опираются на верхнюю грань, а при наличии полок - на верхние грани полок. На период монтажа кар­каса балки опираются на консоли колонн. Они же воспринимают, как пра­вило, поперечную силу, возникающую как в процессе монтажа, так и при эксплуатации здания.

2. 
   Расчет и конструирование плиты и главной балки
   

монолитного ребристого перекрытия

2.1. Исходные данные
Размеры здания в плане по крайним осям 17,1х20,4м. Расстояние между продольными осями l₁=5,7м. Расстояние между поперечными осями l₂=4,8м. Толщина кирпичных стен 51см. привязка внутренней грани наружных стен к осям здания 20см.
Материалы:

а) бетон тяжелый класса В-15

R_в=8,5МПа [7,таб.13]

R_вt=0,75МПа [7,таб.13]

R_в,ser=11МПа [7,таб.12],

R_вt,ser=1,15МПа [7,таб.12],

E_в=23000МПа [7,таб.18];

Плотность ?=25кН/м³ [7,п2.1]

б) Арматура рабочая продольная:

для плиты класса А-III

для главной балки класса А-III

в) Арматура рабочая поперечная для главной балки класса Вр-I

г) Арматура монтажная:

для плиты класса Вр-I;

для главной балки Вр-I.

Нагрузки (нормативные): временная (полезная)

Нагрузки на перекрытие: V=14кН/м;

Масса конструкции пола: 2,5кН/м²;

Коэффициент надежности по назначению здания ?_n=0,9.
2.2. Компоновка перекрытия

Вдоль поперечных осей здания расположим главные балки перекрытия с шагом l₂=5,2м, второстепенные балки параллельно продольным осям здания с шагом (Рис.1,Приложение 1):

(1)

Рис. 1 Фрагмент плана плиты перекрытия

Предварительно зададимся размерами поперечных сечений элементов перекрытия:

- Высота главной балки

Принимаем h_ГБ=60см.

- Ширина главной балки

Принимаем b_ГБ=30см.

- Высота второстепенной балки

Принимаем h_ВБ=40см.

- Ширина второстепенной балки

Принимаем b_ВБ=20см.

- Толщина плиты перекрытия назначается по формуле (2):

(2)

Принимаем h_П=8см.

• 
  Глубина заделки главной балки в наружную стену здания C_Г=38см; второстепенной балки C_В=25см; плиты C_П=12см.
  

Рис. 2 Разрез поперек второстепенных балок

2.3. Расчет и конструирование плиты

2.3.1. расчетная схема плиты и нагрузок
Так как отношение сторон плиты

,

(3)

то плиту следует рассчитывать как балочную, то есть, работающую в одном коротком направлении. Для этого вырезаем полосу плиты шириной 1м (приложение 1) и рассчитываем ее по многопролетной неразрезной схеме.

расчетный пролет плиты для средних пролетов вычисляется по формуле (4), для крайних (5):

(4)

(5)

Собственный вес плиты вычисляется в соответствии с формулой (6):

(6)

Сбор нагрузок на плиту (Н/м) Таблица 1

Вид нагрузки	Нормативные нагрузки	Коэффициент надежности	Расчетная нагрузка
Постоянные:
Собственная масса плиты	2000	1,1	2200
Масса конструкции пола и перегородок	2500	1,2	3000
Итого			?g=5200
Временные:
Полезная нагрузка V	13000	1,2	p=15800
Итого			?q=20800

С учетом коэффициента надежности здания по назначению полная расчетная нагрузка на плиту:

(7)

2.3.2. Статический расчет плиты

Рис. 3 Расчетная схема плиты.

Расчетные значения изгибающих моментов в плите определяем с учетом распределения:

1. 
   В крайних пролетах:
   

.

(8)

б) На первых промежуточных опорах:

;

(9)

в) В среднем пролете:

(10)

В средних полосах плиты перекрытия, где элементы плиты окаймлены по всему контуру главными и второстепенными балками, под влиянием возникающих в них распоров изгибающие моменты могут быть уменьшены на 20 % при условии , следовательно, в этих элементах плиты можно учесть уменьшение изгибающих моментов:

В средних пролётах и на средних опорах:

;		(11)
Рис. 4 Эпюры изгибающих моментов в осях 1-2 и 5-6	Рис. 5 Эпюры изгибающих моментов в осях 2-3, 3-4 и 4-5

2.3.3. Проверка прочности сечения на действие поперечных сил

Так как в плитах поперечная арматура не устанавливается, то вся поперечная сила в сечении должна восприниматься только бетоном.

;

(12)

,

(13)

[7, ф(84)]

Следовательно, прочность плиты на действие поперечных сил обеспечена.

Максимальная поперечная сила в плите будет действовать на первой промежуточной опоре со стороны крайнего пролёта.

2.3.4. Расчет на прочность нормальных сечений