Общие положения и обоснование проектирования ребристого монолитного междуэтажного перекрытия многоэтажного промышленного здания

СОСТАВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Цель данного курсового проекта – приобретение некоторых навыков проектирования строительных конструкций на примере междуэтажного монолитного ребристого перекрытия многоэтажного промышленного здания.

Для решения этой задачи студенту необходимо выполнить расчеты и конструирование элементов перекрытия, составить необходимые спецификации и ведомости расхода стали.

Расчёты элементов строительных конструкций, обоснование и пояснения, схемы и таблицы оформляются в виде пояснительной записки, рабочие чертежи – на листах формата А2 (з листа).

Варианты заданий на курсовое проектирование указаны в таблице 1 и 2.

Таблица 1

Первая Буква фамилии

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

К

Л

М

Н

Ю

Последняя цифра № Зачётной книжки

Э

Ш

Щ

Ч

Ц

Х

Ф

У

Т

С

Р

П

О

Я

0

A

B

C

D

E

F

G

H

A

B

C

D

E

F

1

D

C

B

A

H

G

F

E

D

C

B

A

H

G

2

E

F

G

H

A

B

C

D

E

F

G

H

A

B

3

H

G

F

E

D

C

B

A

H

G

F

E

D

C

4

A

B

C

D

E

F

G

H

A

B

C

D

E

F

5

D

C

B

A

H

G

F

E

D

C

B

A

H

G

6

E

F

C

H

A

B

C

D

E

F

G

H

A

B

7

H

G

F

E

D

C

B

A

H

G

F

E

D

C

8

A

B

C

D

E

F

G

H

A

B

C

D

E

F

9

D

C

B

A

H

G

F

E

D

C

B

A

H

C

 

Таблица 2

Шифр	От А до О
	Временная нагрузка на перекрытие,	Вес пола,	Высота этажа, м	Район строительства	Число этажей	Размеры здания в свету
						Длина, м	Ширина, м
A	4	0,4	3,2	Ставрополь	4	32	11,2
B	5	0,5	3,4	Волгоград	4	34	12,2
C	6	0,6	3,6	Москва	4	36	12,6
D	7	0,7	3,8	Казань	4	38	17,8
E	8	0,8	4,2	Краснодар	5	40	18,0
F	9	0,9	4,4	Орёл	5	42	18,2
G	10	1,0	4,6	Омск	5	38	18,4
H	12	1,1	4,8	Брянск	4	42	18,6
	От П до Я
A	12,5	1,15	4,7	Санкт-Петербург	4	30	12,0
B	11,0	1,05	4,05	Мурманск	5	32	12,4
C	9,5	0,95	4,1	Н.Новгород	5	36	13,0
D	8,5	0,85	3,9	Камышин	5	42	19,2
E	7,5	0,75	3,7	Урюпинск	5	42	19,4
F	6,5	0,65	3,5	Грозный	4	46	19,6
G	5,5	0,55	3,3	Магадан	4	40	19,8
H	4,5	0,45	3,2	Хабаровск	4	42	20,0

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕБРИСТОГО МОНОЛИТНОГО МЕЖДУЭТАЖНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ МНОГОЭТАЖНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ.

Под проектированием понимается разработка комплексной технико-экономической документации (проекта), содержащей технико-экономические обоснования, расчёты, чертежи, сметы, пояснительные записки и другие материалы, необходимые для строительства и реконструкции зданий и сооружений.

Проектирование инженерных конструкций включает в себя их расчёт и конструирование. Конечный продукт проектирования – чертежи, по которым изготавливают и монтируют несущие конструкции зданий и сооружений.

При разработке проектов зданий и сооружений выбор конструктивных решений производят исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учётом максимального снижения материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства, достигаемых за счёт снижения массы конструкций, наиболее полного использования физико-механических свойств материалов и соблюдения требований по их наиболее экономическому расходованию.

Некоторые производства размещаются в многоэтажных промзданиях, что вызвано желанием сократить территорию застройки и протяженность коммуникаций и проездов.

В качестве основных материалов для несущих конструкций применяют железобетон. Высота промышленных зданий колеблется в пределах 3-7 этажей (при общей высоте до 40м.), а для некоторых производств достигает до 12-14 этажей. Указанные высоты многоэтажных зданий ограничиваются не конструктивными возможностями железобетона, а экономической целесообразностью их возведения.

Размеры зданий зависят от условий технологического процесса при естественном освещении рабочих мест. Сетку колонн и высоты этажей назначают в соответствии с требованиями типизации элементов конструкций и унификации габаритных размеров.

Конструкции зданий принято делить на несущие и ненесущие. Такое деление весьма условно, так как в большей или меньшей степени все конструкции выполняют несущие функции.

Несущие элементы обеспечивают пространственную жесткость и устойчивость здания, воспринимают и передают главные силовые воздействия: вертикальные и горизонтальные(ветровые, сейсмические и др.) нагрузки. Расположение несущих элементов определяется конструктивно-планировочной схемой здания (рис.1).

Принятые конструктивные схемы должны обеспечивать необходимую прочность, устойчивость и пространственную систему. Учет пространственной работы зданий и сооружений в целом, а так же отдельных конструкций на всех стадиях возведения и эксплуатации.

Конструкции зданий состоят из отдельных элементов, связанных в единую пространственную систему. Учет пространственной работы здания приводит к более экономичным конструктивным решениям.

Анализ различных конструктивных систем многоэтажных зданий показал, что можно выделить четыре основные системы по типу вертикальных несущих конструкций: I – каркасные; II – плоскостенные; III – ствольные; IV – оболочковые. Из основных систем образуются производные путем различных комбинаций несущих конструкций(рис.2).

Вертикальными несущими конструкциями в системе являются:

I – пространственный рамный каркас;

II – поперечные и продольные несущие стены;

III– расположенные внутри здания пространственные опоры (стволы), на которые опираются все остальные конструкции;

IV – несущие конструкции, расположенные в плоскости наружных стен.

Взаимная увязка размеров элементов производится на основе ЕМС (единой модульной системы)), которая предусматривает градацию на базе модуля 100мм или укрупнённого модуля, кратного 100 мм.

     ЕМС предусматривает 3 категории размеров (рис.3):

Номинальные  - расстояния между разбивочными осями здания в плане;

Конструктивные – отличаются от номинальных на размер швов и зазоров;

Натуральные – фактические размеры, которые в зависимости от точности изготовления могут отличаться от конструктивных на так называемую допустимую величину (3…10 мм).

Рис.1. Конструктивно-планировочная схема здания

Рис.2.

При проектировании монолитных конструкций следует предусматривать унифицированные размеры, позволяющие применять инвентарную опалубку и укрепленные пространственные арматурные каркасы.

Перекрытия, основные несущие элементы которых (плиты, блоки) расположены в горизонтальной плоскости, называют плоскими. Их широко применяют в заданиях самого разнообразного назначения (жилых, общественных и производственных).

 

Рис.3

Проектирование железобетонных перекрытий выполняют в определенной логической последовательности поэтапно:

1-й – компоновка здания или сооружения. Выбор конструктивной системы здания, разработка конструктивной схемы (выбирают основные несущие элементы, назначают их размеры и очертания, решают способы сопряжения их между собой);

2-й – статический расчет. На основании принятой конструктивной схемы выбирают расчетную схему, выявляют все нагрузки и воздействия, определяют усилия в элементах системы;

3-й – расчет сечений. По действующим усилиям подбирают размеры сечений элементов или проверяют достаточность ранее назначенных, чтобы удовлетворить требования расчета по предельным состояниям;

4-й – конструирование. Взаимоувязывают все элементы системы, разрабатывают схемы их армирования, составляют чертёж арматурных изделий.

По конструктивной схеме железобетонные перекрытия могут быть балочными (в которых балки работают с опертыми на них плитами перекрытий) и балочными (в которых плиты опираются непосредственно на колонны с уширениями, называемыми капителями). Обе группы перекрытий по способу возведения могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными.

По конструктивным признакам железобетонные перекрытия могут быть:

1) Балочные сборные (панельные);

2) Ребристые монолитные с балочными плитами;

3) Ребристые монолитные с плитами, опертыми по контуру;

4) Балочные сборно-монолитные;

5) Безбалочные сборные;

6) Безбалочные монолитные;

7) Безбалочные сборно- монолитные;

Плиты в составе перекрытия в зависимости от отношения сторон опорного контура могут быть:

При l₂/l₁> 2 балочными,работающими на изгиб в коротком направлении меньшей стороны, при этом изгибающим моментом в направлении большей стороны ввиду его малости пренебрегают;

При l₂/l₁ < 2 опертыми по контуру, работающими на изгиб в двух направлениях, где l₁ – размер плиты в коротком направлении; l₂ – размер плиты в длинном направлении.

Выбор объемно-планировочного и конструктивного решений должен обеспечивать максимальную унификацию и сокращение числа типоразмеров и марок конструкций.

Компоновка конструктивной схемы перекрытия заключается в выборе направления главных балок, установлении их шага, размеров пролета, шага второстепенных балок. При этом следует обеспечить выполнение многих требований:

 а) технологического процесса или функционального назначения здания;

б) пространственной жесткости здания;

 в) наименьшего расхода материалов (бетон, арматура);

 г) минимального количества типоразмеров элементов перекрытия.

 Расчет монолитного ребристого перекрытия состоит из последовательных расчетов его элементов: плиты, второстепенных балок, главных балок, и колонн.

В большинстве случаев достаточно ограничиться расчетом по несущейспособностип при соблюдении следующих рекомендаций по определению размеров поперечных сечений элементов:

величина толщины плиты назначается минимальной, но варьируется в зависимости от величины нагрузки (по условиям экономичного армирования);

высота сечения второстепенных балок обычно составляет 1/20 … 1/20 l, главных балок – 1/8 … 1/15 l (по условию жесткости). Ширина сечения балок b = 0,4… 0,5 h.

Плита.

Сущность конструкции монолитного ребристого перекрытия в том, что бетон в целях экономии удален из растянутой зоны сечений, где сохранены лишь ребра, в которых сконцентрирована растянутая арматура. Полка ребер- плита с пролетом, равным расстоянию между второстепенными балками, работает на местный изгиб.

Высота плиты h_S назначается из условия прочности, жесткости (деформативности) и принимается как можно меньшей, так как ее собственный вес составляет значительную часть постоянной нагрузки и влияет на нижележащие конструкции. Высота плиты h_S принимается кратной 10 мм.

Плита армируется обычно сетками по ГОСТ 8487-81 из арматуры класса В500 (Вр-I) Ø 3, 4, 5 мм,

А300, А400(А-II, A-III) Ø 6, 8 мм, редко- 10 мм. Сетки подразделяются на рулонные (из арматуры Вр-I) и плоские (из арматуры А300, А400). Они бывают с продольной рабочей арматурой, поперечной рабочей арматурой и рабочей арматурой в двух направлениях. В сетках различают рабочую и распределительную арматуру. Шаг стержней рабочей арматуры не должен превышать 200 мм.

Основные параметры сетки в условных обозначениях имеют вид:

Где D- диаметр продольных стержней; - шаг продольных стержней; d- диаметр поперечных стержней; u –шаг поперечных стержней; B- ширина сетки; L- длина сетки; C₁ и C₂- длина свободных концов продольных стержней; если C₁= C₂, то приводится значение только С₁, при C₁= C₂=k=25 значения C₁ и k опускаются, k- длина свободного конца поперечных стержней.

Определив размеры плиты по конструктивной схеме здания и выбрав форму ее сечения, производят расчет по следующей схеме:

1) Статический расчет:

а) устанавливают расчетную схему и размер расчетного пролета;

б) производят подсчет нагрузок;

в) определяют расчетные усилия М и Q;

2) Конструктивный расчет по I группе предельных состояний:

а) принимают классы бетона и арматуры с учетом эксплуатационных требований;

б) уточняют принятую толщину плиты;

в) рассчитывают плиту на изгиб по нормальным сечениям.

Балки

В целях унификации опалубки высоту балок назначают кратной 50 мм, если она не более 600 мм, и 100 мм- при больших размерах. Ширину прямоугольных поперечных сечений bпринимают в пределах (0,4…0,5)h (кратные 50 мм до b= 200, 220, 250 мм и кратные 100 мм при b> 250 мм).

Для снижения расхода бетона ширину балок назначают наименьшей. В поперечном сечении балки арматуру размещают в растянутой зоне сечения согласно эпюрам изгибающих моментов в один или два ряда с такими зазорами, которые допускали бы плотную укладку бетона без пустот и каверн[1, гл. 8].

Для экономии стали часть продольных арматурных стержней можно не доводить до опоры и обрывать в пролете там, где они по расчету на восприятие изгибающего момента не требуются. Обрываемые стержни заводятся за место теоретического обрыва на длину анкеровкиW. Площадь сечения продольной рабочей арматуры A_S в изгибаемых элементах должна определяться расчетом, но составлять не менее µ=0,1 %- в изгибаемых, внецентренно растянутыхэлементахи внецентренно сжатых элементах при гибкости  (для прямоугольных сечений) ; µ=0,25 %- во внецентренно сжатых элементах при гибкости (для прямоугольных сечений) [1, гл. 8] площади сечения элемента с размерами bи h_o. Для продольного армирования балок обычно применяют стержни периодического профиля (реже гладкие) диаметром 12…32 мм.

По расчетно-конструктивным условиям расстояние в продольном направлении между поперечными стержнями (хомутами) согласно [1, гл. 8] должно быть:

В балках и ребрах высотой 150 мм и более, а так же часторебристых плитах высотой 300 мм и более,на участках элемента, где поперечная сила по расчету воспринимается только бетоном, следует предусматривать установку поперечной арматуры с шагом не более 0,75 h₀ и не более 500 мм.

В балках высотой более 700 мм у боковых граней ставят дополнительные продольные стержни на расстоянии (по высоте) не более чем через 400 мм; площадь каждого из этих стержней должна составлять не менее 0,1 % той части площади поперечного сечения балки, которую они непосредственно армируют (высотой, равной полусумме расстояний до ближайших стержней, и шириной, равной половине ширины элемента, но не более 200 мм). Эти стержни вместе с поперечной арматурой сдерживают раскрытие наклонных трещин на боковых гранях балок и увеличивают жесткость поперечных стержней каркаса при усадке бетона.

Для объединения всех арматурных элементов в единый каркас, устойчивый при бетонировании, и для анкеровки концов поперечной арматуры у верхних граней балок ставят монтажные, продольные стержни диаметром 10…12 мм.

Расчет балок производят по следующей схеме:

1) Статический расчет:

а) устанавливают расчетную схему и размеры расчетныхпролетов и предварительные размеры сечений;

б) подсчитывают нагрузку на балку;

в) определяют расчетные усилия М и Q;

2) Конструктивный расчет по I группе предельных состояний:

а) принимают классы бетона и арматуры с учетом эксплуатационных требований;

б) принятая высота сечения балки уточняетсярасчетом;

в) производят подбор сечений продольных стержней по изгибающим моментам       (расчет прочности по нормальным сечениям);

       г) выполняют расчет по наклонному сечению (устанавливают диаметр и шаг поперечных стержней);

       д) вычисляют длину анкеровки рабочих стержней, обрываемых в пролете по эпюре изгибающих моментов М.