Раздел 2. Строительные конструкции

 

2.1. Проектирование монолитного междуэтажного перекрытия

Исходные данные

В настоящей дипломной работе рассмотрен вариант, когда перекрытие здания выполнено с конструктивной перекрестно-стеновой системой. Пространственная жесткость здания обеспечивается совместной работой монолитных стен, пилонов с монолитными дисками перекрытий образующих единую жесткую пространственную схему.

В общем случае выбор типа перекрытия обусловлен величинами и характером действующих нагрузок, условиями строительства, эксплуатации и так далее. Окончательный вывод о принятом решении принимается на основе сравнения различных вариантов и технико-экономических расчётов.

 

2.1.2. Материалы для плиты:

Монолитная плита перекрытия изготавливается на строительной площадке из тяжелого бетона класса В25. Распалубочная прочность принимается не менее 75% прочности, соответствующей классу бетона В25. Армирование плиты вязаными сетками и каркасами. Проектное положение арматуры обеспечивается пластмассовыми фиксаторами, установленными равномерно по площади изделия.

Арматура каркасов и сеток - классов А400 (6...40мм)

нормативное сопротивление арматуры А400; Rs,n=400Мпа

расчётное сопротивление Rs=355Mna

модуль упругости Es=200000 МПа

Бетон тяжелый класса по прочности на сжатие В25:

МПа,

МПа;

МПа, МПа;

коэффициент условий работы бетона .

Еь= 27000МПа - начальный модуль упругости бетона

Проектируемое перекрытие должно рассчитываться по предельным состояниям I и II групп для работы конструкции в стадиях:

-изготовления (в настоящем проекте не рассматривается)

-эксплуатации

Плита относится к третьей категории трещиностойкости. Допускаемая ширина раскрытия трещин составляет:

-при непродолжительном действии нагрузки а_crc1 = 0,4мм

-при длительном действии нагрузки а_crc2 = 0,3мм

 

Сбор нагрузок

Все нагрузки и воздействия в настоящем дипломном проекте определяются в соответствии с действующим СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия - М.: 2004

В зависимости от продолжительности действия все нагрузки подразделяются на постоянные и временные.

Постоянные нагрузки представлены собственным весом железобетонных конструкций, а также весом пола и кровли. Вес железобетонных конструкций устанавливается по фактическим размерам изделий и их реальной средней плотности.

Из временных нагрузок в дипломном проекте учитываются снеговая на кровлю и полезная нагрузка на перекрытие.

Для проведения расчета монолитных колонн было назначено конструктивное решение эксплуатируемой кровли. В табл. 2.2 приведен состав кровли и вычислено расчётное значение нагрузки от веса кровли на покрытие здания. Вычисления производились с учетом коэффициента надежности по ответственности здания у_n = 0,95 и коэффициента надежности по нагрузке y_f. Значение у_f составляет 1,2 или 1,3 в зависимости от места изготовления материала слоя кровли (в заводских или построечных условиях). Временная (снеговая) нагрузка на покрытие здания определена для Москвы по III снеговому району.

Сбор вертикальных нагрузок на 1 м² перекрытия

Таблица 2.1.

Вид нагрузки.	Нормативная нагрузка, кН/м^2	Коэффициент надежности по нагрузке, γf	Расчетная нагрузка кН/м^2.
Постоянная 1. Железобетонная плита перекрытия δ=160мм. γ=2500кг/м^3	0,16x25=4,0	1,1	4,4
2. Цементно-песчаная стяжка δ=30мм. γ=1800кг/м^3	0,03x18=0,54	1,3	0,702
3. Мастика клеящая δ=1мм. γ =1400кг/м^3	0,001х14=0,014	1,3	0,018
4. Древесноволокнистая плита δ=4мм. γ=400кг/м^3	0,004х4=0,016	1,2	0,019
4. Мастика клеящая δ=5мм. γ =1400кг/м^3	0,005х14=0,07	1,3	0,091
5. Паркет штучный δ=20мм. γ=700кг/м^3	0,02х7=0,14	1,2	0,168
6. Перегородки	0,7	1,2	0,84
Итого постоянная нагрузка	5,48		6,238
Временная Длительная Кратковременная	0,3 1,2	1,3 1,3	0,39 1,56
Итого временная нагрузка	1,5	-	1,95
Итого полная нагрузка	6,98		8,188

 

Сбор вертикальных нагрузок на 1м² покрытия

Таблица 2.2.

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка
3 слоя Филизола γ =600кг/м^3	0,015х6=0,09	1,3	0,117
Цементно-песчаная стяжка кг/м^3	0,05х22=1,1	1,3	1,43
Керамзитовый гравий мм; кг/м^3	0,02х6=0,12	1,3	0,156
Пенополистирол мм; кг/м^3	0,15х1,5=0,225	1,3	0,293
2 слоя гидроизола на горячей битумной мастики	0,03	1,3	0,039
Затирка плиты из цементно-песчаного раствора ; кг/м^3	0,02х18=0,36	1,3	0,468
Монолитная железобетонная плита мм; кг/м^3	0,16х25=4,0	1,1	4,4
Постоянная нагрузка g	5,925	-	6,903
Временная нагрузка s, В том числе
Снеговая	1,26	-	1,8
Длительная	0,63	-	0,9
Полная нагрузка	7,815	-	9,603

 

Определение усилий в плите

Расчёт пространственной системы на статические нагрузки:

Расчет выполнен программным комплексом "Structure CAD 11.3". В основу расчета положен метод конечных элементов в перемещениях. В качестве основных неизвестных приняты следующие перемещения узлов: X - линейное по оси X Y - линейное по оси Y Z - линейное по оси Z UX - угловое вокруг оси X UY - угловое вокруг оси Y UZ - угловое вокруг оси Z

В ПК "ЛИРА" реализованы положения следующих разделов СНиП (с учетом изменений на 1.01.97):

СНиП 2.01.07-85* нагрузки и воздействия СНиП 2.03.01-84* бетонные и железобетонные конструкции СНиП II-7-81* строительство в сейсмических районах СНиП 11-23-81* стальные конструкции

В расчетную схему включены следующие типы элементов: тип 10- универсальный пространственный стержневой КЭ; тип 42 - универсальный треугольный КЭ оболочки; тип 44 - универсальный четырехугольный КЭ оболочки.

Расчет выполнен на следующие загружения: загружение 1 - статическое загружение; загружение 2 - статическое загружение; загружение 3 - статическое загружение; загружение 4 - статическое загружение;

Чтение результатов счёта. Результаты счета разбиты на следующие разделы:

Раздел 1. Протокол работы процессора.

Раздел 2. Исходные данные.

Раздел 3. Диагностические сообщения.

Раздел 5. Перемещения узлов.

РазДел 6. Усилия (напряжения) в элементах.

Раздел 7. Реакции в узлах.

В разделе 5 в табличной форме выпечатываются перемещения узлов рассчитываемой задачи. Размерность перемещений указана в шапке таблицы. В первой графе находится номер загружения и индексация перемещений. В остальных графах - номера узлов в порядке возрастания и величины перемещений, им соответствующие.

Линейные перемещения считаются положительными, если они направлены вдоль осей координат. Положительные угловые перемещения соответствуют вращению против часовой стрелки, если смотреть с конца соответствующей оси. Перемещения имеют следующую индексацию: X - линейное по оси X Y - линейное по оси Y Z - линейное по оси Z UX - угловое вокруг оси X UY - угловое вокруг оси Y UZ - угловое вокруг оси Z

В разделе 6 в табличной форме выпечатываются усилия в элементах рассчитываемой задачи. Размерность усилий указана в шапке таблицы. В первой графе указывается тип КЭ из библиотеки конечных элементов, номер загружения и индексация усилий. В последующих графах указываются: в первой строке шапки - номер элемента и номер сечения в этом элементе, для которого печатаются усилия; во второй строке - номера первых двух узлов.

Индексация и правила знаков усилий в конечных элементах:

тип 10 - универсальный пространственный стержневой КЭ. Конечный элемент воспринимает следующие виды усилий:

N - осевое усилие; положительный знак соответствует растяжению

Мк - крутящий момент относительно оси Х₁ положительный знак соответствует действию момента против часовой стрелки, если смотреть с конца оси X₁, на сечение, принадлежащее концу стержня

M_Y - изгибающий момент относительно оси Y₁; положительный знак соответствует действию момента против часовой стрелки, если смотреть с конца оси Y₁, на сечение, принадлежащее концу стержня

Mz - изгибающий момент относительно оси положительный знак соответствует действию момента против часовой стрелки, если смотреть с конца оси Z₁ на сечение, принадлежащее концу стержня

Qy - перерезывающая сила вдоль оси Y₁; положительный знак соответствует совпадению направления силы с осью Y₁ для сечения, принадлежащего концу стержня

Qz - перерезывающая сила вдоль оси Z₁; положительный знак соответствует совпадению направления силы с осью Z₁ для сечения, принадлежащего концу стержня

тип 42 - универсальный треугольный КЭ оболочки. Конечный элемент воспринимает следующие виды усилий, напряжений и реакций:

Nx - нормальное напряжение вдоль оси Х₁; положительный знак соответствует растяжению

Ny - нормальное напряжение вдоль оси Y₁; положительный знак соответствует растяжению

Nz - нормальное напряжение вдоль оси Z₁ (для случая плоской деформации); положительный знак соответствует растяжению

T_xy - сдвигающее напряжение, параллельное оси X₁ и лежащее в плоскости, параллельной X₁OZ₁; за положительное принято направление, совпадающее с направлением оси Х₁ если N_Y совпадает по направлению с осью Y₁

М_х - момент, действующий на сечение, ортогональное оси X₁; положительный знак соответствует растяжению нижнего волокна (относительно оси Z₁)

My - момент, действующий на сечение, ортогональное оси Y₁; положительный знак соответствует растяжению нижнего волокна (относительно оси Z₁)

Mxy - крутящий момент; положительный знак соответствует кривизне медианы, выходящей из узла 1, направленной выпуклостью вниз (относительно оси Z₁)

Qx - перерезывающая сила в сечении, ортогональном оси Х₁; положительный знак соответствует совпадению направления силы с направлением оси Z₁ на той части элемента, в которой отсутствует узел 1

Qy - перерезывающая сила в сечении, ортогональном оси Y₁; положительный знак соответствует совпадению направления силы с направлением оси Z₁ на той части элемента, в которой отсутствует узел 1

тип 44 - универсальный четырехугольный КЭ оболочки. Конечный элемент воспринимает следующие виды усилий, напряжений и реакций:

N_x - нормальное напряжение вдоль оси Х₁ положительный знак соответствует растяжению

Ny - нормальное напряжение вдоль оси Y₁; положительный знак соответствует растяжению

N_z - нормальное напряжение вдоль оси Z₁ (для случая плоской деформации); положительный знак соответствует растяжению

Txy - сдвигающее напряжение, параллельное оси X₁ и лежащее в плоскости, параллельной X₁OZ₁; за положительное принято направление, совпадающее с направлением оси X₁ если N_Y совпадает по направлению с осью Y₁

Мх - момент, действующий на сечение, ортогональное оси Х₁ положительный знак соответствует растяжению нижнего волокна (относительно оси Z₁)

My - момент, действующий на сечение, ортогональное оси Y₁; положительный знак соответствует растяжению нижнего волокна (относительно оси Z₁)

Mxy - крутящий момент; положительный знак соответствует кривизне диагонали 1-4, направленной выпуклостью вниз (относительно оси Z₁)

Qx - перерезывающая сила в сечении, ортогональном оси Х₁ положительный знак соответствует совпадению направления силы с направлением оси Z₁ на той части элемента, в которой отсутствует узел 1

Qy - перерезывающая сила в сечении, ортогональном оси Y₁; положительный знак соответствует совпадению направления силы с направлением оси Z₁ на той части элемента, в которой отсутствует узел 1

Ниже на рисунках 2.1 и 2.2 приведеныизополя напряжений изгибающих моментов по М_х и М_у в верхних и нижних зонах плиты.

 

Рис.2.1. Изополя моментов Мх в плите перекрытия

Рис.2.2. Изополя моментов Мy в плите перекрытия