Кафедра будівельних конструкцій

Кафедра будівельних конструкцій

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до курсової роботи та розділу дипломного проекту

З дисципліни «Будівельні конструкції»

«Розрахунок та конструювання залізобетонного монолітного ребристого перекриття»

 

 

для студентів освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр» та «спеціаліст»

з галузі знань 0601 «Будівництво та архітектура»

за напрямом «Будівництво»

 

Форма навчання - денна, заочна

 

Одеса-2012

УДК 69

ЗАТВЕРДЖЕНО

Вченою Радою

факультету «Конструювання в промисловому та цивільному будівництві» ОДАБА

Протокол № 7 від 22 березня 2012р.

 

 

Укладачі: д.т.н., проф. Клименко Є.В.

к.т.н., асистент Кравченко С.А.

к.т.н., доцент Постернак О.О.

к.т.н., доцент Курган П.Г.

 

Рецензенти: -доцент кафедри залізобетонних і кам’яних конструкцій та опору

матеріалів Полтавського національного технічного університету імені Ю.Кондратюка кандидат технічних наук Довженко О.О.

- пр.- професор кафедри залізобетонних та кам’яних конструкцій Одеської державної академії будівництва та архітектури,
кандидат технічних наук Діордієнко Л.Д.

 

 

У методичних вказівках викладена послідовність розрахунку та конструювання елементів міжповерхового перекриття (плити, другорядної балки, головної балки) промислової будівлі, центрально навантаженої колони першого поверху та фундаменту.

 

 

Відповідальний за випуск: завідувач кафедри «Будівельних конструкцій»
д.т.н., проф. Клименко Є.В.

Зміст

стор.

Вступ…………………………...…………………...……………………………...4

1. Загальні відомості …..………………………………………………………...6

2. Вказівки до компоновки міжповерхового перекриття …………………….7

3. Конструктивна схема перекриття……………………………………………..9

4. Попереднє визначення товщини плити і розмірів поперечного
перерізу балок………………………………………………………………….9

5. Розрахунок та конструювання плити……………………………………….13

6. Розрахунок та конструювання другорядної балки ………………………21

7. Розрахунок та конструювання головної балки…………………………….39

8. Розрахунок та конструювання колони…………………………………….55

9. Розрахунок та конструювання фундаменту……………………………….61

Список використанної літератури……………………………………..…….....68

Додатоки ………………………………………………………………………..69

ВСТУП

За останні роки в Україні все більша уваги приділяється використанню монолітного та збірно-монолітному залізобетону. Це обумовлено рядом переваг: будівлі може бути надана виразна архітектурна форма, підвищена жорсткість, монолітне з’єднання елементів, підвищена стійкість до агресивних впливів навколишнього середовища, використання матеріалів та обладнання з урахуванням можливостей будівельної організації, зменшення вартості у порівняно зі збірними конструкціями.

При проектуванні монолітних ребристих залізобетонних перекриттів слід використовувати матеріали, наведені в підручниках, посібниках, довідковій та нормативній літературі [1...11].

Особливу увагу при виконанні курсової роботи необхідно приділити вивченню основних положень проектування залізобетонних конструкцій, викладених в чинних нормах ДБН В.2.6 - 98:2009 "Бетонні та залізобетонні конструкції ".

Опрацьовані методичні вказівки призначені для використання студентами будівельних спеціальностей при виконані курсового проекту № 1 з дисципліни «Залізобетонні конструкції» та «Будівельні конструкції» і розділів дипломного проекту.

Вказівки вміщують приклад розрахунків та конструювання елементів перекриття з колоною і фундаментом, а також питання для самоконтролю.

За методичними міркуваннями в прикладах розрахунку наводяться лише типові обчислення або найбільш важкі для розуміння розділи розрахунку. У багатьох випадках наведені лише структури розрахунку і виконання практичної частини повинно здійснюватися студентом самостійно.

Паралельно з розрахунками наводяться дані щодо конструюванню залізобетонних конструкцій. Рекомендується застосовувати наступні одиниці фізичних величин: кН, м, см, мм, кН/м, кН/см, МПа, кПа. Необхідно пам'ятати що1МПа=1Н/мм² і 1кН/м=1Н/мм.

Зміст завдання. Вихідним документом, на підставі якого виконується курсова робота, є завдання, яке видається керівником проекту і затверджується завідуючим кафедрою. У завданні встановлюється тип будівлі, основні його розміри (довжина, ширина, висота поверху), район будівництва і деякі інші дані, необхідні для проектування (таб.1).

 

Таблиця 1

Вихідні дані для проектування.

№	Назва параметру	Значення
	Довжина приміщення в осях , м	35,8
	Ширина приміщення в осях , м	21,5
	Кількість поверхів
	Висота поверху , м	4,8
	Стіни з керамічної цегли, товщиною, м.	0,51
	Вага підлоги з підготовкою (покрівлі з утеплювачем) , кН/м^2	1,2
	Тимчасове (корисне) навантаження , кН/м^2	12,0
	Коефіцієнт надійності за навантаженням,	1,2
	Коефіцієнт надійності за призначенням,	0,95
	Географічний район будівництва	м. Кіровоград
	Глибина закладання фундаменту , м	1,65
	Бетон елементів перекриття, класу	C16/20
	Бетон колон, класу	C25/30
	Бетон фундаменту, класу	C12/15
	Арматура плити, класу	А400С, Вр-І
	Арматура балок, колон, фундаменту, класу	А400С
	Розрахунковий опір ґрунту , МПа	0,25

 

 

Завдання передбачає розробку залізобетонних конструкцій багато- поверхової промислової будівлі з неповним каркасом. Неповний каркас відрізняється від повного каркаса відсутністю колон вздовж зовнішніх стін. Елементи каркаса розраховуються лише на дію вертикальних навантажень. Горизонтальні навантаження передаються через жорсткі в своїй плоскості монолітні залізобетонні диски перекриттів на сходові клітки і ліфтові шахти, поперечні і подовжні стіни і колони, що забезпечує просторову жорсткість будівлі в цілому.

 

Оскільки різниця між погонними жорсткостями балок і колон значна, а балки шарнірно обпираються на крайні опори (стіни), то розрахунок рами будівлі на вертикальні навантаження допускається замінювати найпростішим розрахунком, розглядаючи окремі елементи: балки за нерозрізною схемою і колони, як стислі елементи з випадковими ексцентриситетами.

Зараз для багатоповерхових промислових будівель приймаються уніфіковані сітки колон і висоти поверхів. Розміри будівлі, виконаного в монолітному залізобетоні, можуть відхилятися від уніфікованих унаслідок ряду обставин: розміщення обладнання, що не вміщається в стандартну сітку колон, різних реконструкцій підприємств, тощо.

Загальні відомості

В монолітних ребристих перекриттях робоча арматура розташована в ребрах головних та другорядних балок, які взаємно перетинаються під прямим кутом і з’єднані між собою монолітною плитою.

 

Рис. 1. Монолітне ребристе перекриття з балочними плитами:

1 – головні балки; 2 – другорядні балки; 3 – колони; 4 – плита

 

За конструктивним рішенням варіанту розглядається ребристе перекриття з балочними плитами. Це означає, що відношення сторін опорного контуру плити повинно бути не менше двох (рис. 1)

 

,

 

де проліт плити;

– проліт другорядної балки.

 

Балочні плити перекриття працюють на згин в короткому напрямку. Величиною згинаючого моменту в поздовжньому напрямку нехтують через його незначну величину.

Проектування ребристого монолітного перекриття здійснюють в наступній послідовності:

1. Виконують компоновку перекриття та вибір найбільш економічного варіанту. Для вибору доцільного варіанту компоновки балочної клітки необхідно за даними розрахунків виробити техніко-економічне порівняння варіантів [4]. Найбільш вигідний варіант буде, той при якому загальна приведена до рівномірного шару бетону товщина другорядних, головних балок і колон буде найменшою. При цьому необхідно враховувати наступне: чим частіше розташувати колони і чим тонше плита, тим економічне перекриття; об'єм матеріалу у такому разі виходить найменшим.

2. Розраховують елементи перекриття: плиту, другорядну та головну балки, колону першого поверху та фундамент обраного варіанту.

3. Розробляють робочі креслення розрахованих конструкцій.

Вибір розрахункової схеми

Плити балкового перекриття опираються на другорядні та головні балки, є плитами обпертими по контуру і розраховуються в напрямі коротшої сторони. При розрахунку плити розглядають смугу, шириною 1м, яка обпирається на стіни (крайні опори) та другорядні балки (середні опори), (рис. 4).

Розрахункова схема плити – нерозрізна багатопролітна балка, яка завантажена рівномірно розподіленим навантаженням, інтенсивністю , розрахунок навантаження приведено у п. 5.3 цих методичних вказівок.

Рис. 5. Розрахункова схема плити

Визначення товщини плити

Товщину плити попередньо прийняту для визначення її ваги уточнюємо з урахуванням дії найбільшого згинаючого моменту кН∙м.

Робоча висота перерізу визначається за формулою

де: кН∙см – найбільший згинаючий момент у плиті;

мм – розрахункова ширина плити.

Для визначення табличного коефіцієнта необхідно знайти відносну висоту стиснутої зони бетону, яка обчислюється за виразом

 

 

де: МПа – розрахунковий опір бетону стиску (для класу C 16/20); МПа – розрахунковий опір арматури розтягу (для класу А400С); – коефіцієнт умови роботи бетону.

Оптимальний коефіцієнт армування для плит, обпертих по чотирьох сторонах складає , приймаємо .

Таким чином:

.

Використовуючи таблицю коефіцієнтів для розрахунків згинаючих елементів армованих одиночною арматурою за величиною знаходимо відповідний йому коефіцієнт (табл. 2, додатку).

Необхідна робоча висота перерізу плити

 

 

Повна товщина плити

 

де – діаметр стержнів робочої арматури; – мінімальний захисний шар бетону.

Призначаємо повну товщину плити з кратністю 1 см. Приймаємо мм,

Уточнюємо робочу висоту перерізу:

.

Рис. 8. Поперечний переріз плити

 

 

ВКАЗІВКИ ДО КОНСТРУЮВАННЯ

Розглядається варіант армування другорядної балки зварними каркасами в прольотах та сітками на опорах.

Діаметр робочих поздовжніх стержнів каркасів приймають 12…22 мм, а поздовжніх монтажних стержнів – 10 мм.

В прольотах другорядної балки, при її ширині понад 150 мм, в поперечному перерізі встановлюють не менше ніж 2 каркаси. Стержні крайніх каркасів доводять до грані опор і з’єднують з каркасами наступного прольоту стиковими стержнями діаметром 10 мм з арматури класу А240С. Стикові стержні пропускають над арматурою головної балки і заводять за грані на 15 діаметрів робочої арматури і не менше одного кроку хомутів плюс 50 мм. В прольотах плоскі каркаси з’єднують в просторові з допомогою горизонтальних стержнів, які встановлюють через 500…800 мм.

Для забезпечення захисного шару бетону, до поперечних стержнів каркасів приварюють фіксатори, які упираються в стінки та днище опалубки.

На опорах другорядні балки армують зварними каркасами з поперечною робочою арматурою. Найчастіше приймають дві сітки які зміщені одна відносно другої відповідно до епюри моментів.

На крайніх ділянках балки, довжиною - кожна, діють достатньо великі поперечні сили і крок поперечної арматури призначається виходячи з наступних умов

- при висоті балки

см , крім того см;

см , крім того см.

В середній частині прольоту балки, де поперечні сили незначні, крок поперечних стержнів призначається виходячи з умови

та см,

У всіх випадках рекомендується приймати крок поперечних стержнів кратним 5 см, з округленням у менший бік.

Вибір діаметра поперечної арматури здійснюємо виходячи з наступних двох умов

а) забезпечення зварювання арматури в каркасах:

- діаметр поперечної арматури повинен бути таким, щоб виконувалася умова

,

де - діаметр поперечної арматури (хомутів);

- діаметр робочої арматури;

мм - при висоті балки см;

мм - при висоті балки см.

б) забезпечення міцності похилих перерізів

- діаметр поперечної арматури та її крок повинен бути таким, щоб виконувалася умова

де – максимальна розрахункова поперечна сила, яка виникає на опорі;

– величина поперечної сили, яка сприймається хомутами та бетоном.

Рис. 18. Побудова епюри моментів , епюри матеріалів та епюри поперечних сил другорядної балки (, – кНм, – кН)

Таблиця 13

Визначення ординат епюри

Елемент балки	Ділянка балки	Робоча арматура			Розрахункова несуча здатність
кількість та діаметр арматури	, см^2
Пр 1	I	2Ø18А400С	5,09		0,990
II	4Ø18А400	10,17		0,9825
Пр 2	III	2Ø14А40С	3,08		0,995
IV	4Ø14А400С	6,16		0,989
VII	2Ø12А400С	2,26		0,954
оп В	V		4,54		0,915
VI	2 Сітки	9,07		0,828
оп С	VIII		3,38		0,934
IX	2 Сітки	6,77		0,872

Таблиця 14

Обчислення

Місце анкеровки	Значення , кН	см		Приймаємо , см
		63,74		20^.1,8 =36
		68,02		20^.1,8 =36
		92,77		20^.0,6 =12
		127,89		20^.0,6 =12
		88,16		20^.0,6 =12
		57,82		20^.1,4 =28
		39,69		20^.0,6 =12
		50,27		20^.0,6 =12
		57,72		20^.0,6 =12
		82,22		20^.0,6 =12
		81,54		20^.0,6 =12
		57,82		20.0,6 =12

Рис.19. Установка каркасів в опалубці

В місцях розташування колон сітки переривають і замінюють їх двома додатковими стержнями Æ10А240С. Ординати епюр згинаючих моментів зменшуються від середини прольотів до граней опор, через це поздовжню арматуру з економічних міркувань доцільно обірвати.

В прольотах обривають не більше половини робочих стержнів. Для визначення місць обриву будують епюру матеріалів (арматури). Епюра арматури це епюра згинаючих моментів, які можуть бути сприйняті нормальними перерізами балки з урахуванням фактичної площі робочої арматури .

Компоновка перерізів другорядної балки показана на рис. 20.

 

a)

	мм при мм   при мм   = 20 мм при мм   = 25 мм при мм   = 30 мм при мм   мм - захисний шар верхньої сітки.
б)

Рис. 20. Компоновка перерізів другорядної балки: а - в прольоті; б - на опорі.

 

 

7. Розрахунок та конструювання головної балки

Головні балки це елементи балочного перекриття, в яких середніми опорами є колони а крайніми - зовнішні стіни будівлі. Умовно розділено, що на головні балки обпираються другорядні балки та плити перекриття.

Вихідні дані:

а) бетон класу С 16/20; МПа; МПа;

б) балку армуємо в’язаними каркасами з поздовжньою робочою арматурою класу А400С; МПа; поперечна арматура класу А240С, МПа;

в) тимчасове навантаження кН/м²;

г) вага підлоги з підготовкою (покрівлі з утеплювачем) кН/м².

Вибір розрахункової схеми

Розрахункову схему головної балки приймаємо у вигляді нерозрізної балки, на шарнірних опорах, балка завантажена двома зосередженими силами в прольотах. При шести і більше прольотах головна балка розраховується як п’ятипролітна. Визначення навантаження на головну балку дано у п. 7.3 методичних вказівок.

Рис. 21. Розрахункова схема головної балки

7.2. Визначення розрахункових прольотів

Головні балки заводяться в цегляну стіну на величину см.

Розрахункові прольоти при неповному каркасі визначаються наступним чином.

Крайні прольоти – дорівнюють відстані від середини ділянки обпирання балки на стіну до осі колони. Середні прольоти – відстані між осями колон.

 

Рис. 22. До визначення розрахункових прольотів головної балки

 

Розрахункова довжина крайніх прольотів

= 714 см.

Те ж середніх

см.

 

Визначення поперечних сил

Ординати епюр поперечних сил головної балки

;

,

 

де – табличні коефіцієнти, які приймаються залежно від розрахункової схеми та розташування перерізу. Розрахунок зведено до табл. 17.

Таблиця 16

Ординати згинаючих моментів

	Навантаження та довжина прольоту	Коефіцієнти						Згинаючі моменти, кН·м
, кН	, кН	, м
0,333	74,7		7,14	0,2444	0,2889	0,0444	18,26	56,91	8,75	75,17	9,51	536,71	67,90
0,667	0,1656	0,2444	0,0889	12,37	48,14	17,51	60,51	-5,14	432,04	-36,70
0,849	-0,075	0,0377	0,1127	-5,60	7,43	22,20	1,83	-27,80	13,07	-198,49
1,0	74,7		7,17	-0,2667	0,0444	0,3111	-19,92	8,75	61,28	-11,17	-81,20	-80,09	-582,20
1,133	74,7		7,20	-0,1333	0,0133	0,1467	-9,96	2,62	28,90	-7,34	-38,86	-52,85	-279,79
1,20	-0,0667	0,0667	0,1333	-4,98	13,14	26,26	8,16	-31,24	58,75	-224,93
1,333	0,0667	0,2	0,1333	4,98	39,40	26,26	44,38	-21,28	319,54	-153,22
1,50	0,0667	0,2	0,1333	4,98	39,40	26,26	44,38	-21,28	319,54	-153,22

Таблиця 17

Ординати поперечних сил

Пролiт	Ділянка Балки	Навантаження	Коефіцієнти				Поперечна сила, кН
, кН	, кН
	І	74,7		0,7333	0,8667	0,1332	54,78	170,73	26,24	225,51	28,54
ІІ	-0,2667	0,279	0,5457	-19,92	54,96	107,50	35,04	-127,42
ІІІ	-1,2667	0,0444	1,3111	-94,62	8,75	258,27	-85,87	-352,89
	ІV	74,7			1,222	0,2222	74,70	240,72	43,77	315,42	30,92
V		0,5333	0,5333	0,00	105,05	105,05	105,06	-105,06

 

Рис. 23. Огинаючі епюри та головної балки

Площа робочої арматури на опорі визначається за величиною моменту, який діє в площині грані опори :

,

де кН·м – осьовий момент на опорі В;

кН – поперечна сила на опорі В, з правого боку;

м – розмір поперечного перерізу колони, приймається попередньо.

Якщо головна балка має 4 прольоти, аналогічно визначається момент, який діє в площині грані опори , тобто:

.

Поперечний переріз головної балки - тавр.

 

Розрахунок на відрив

В місцях з’єднання другорядної балки з головною виникає необхідність постановки додаткової поперечної арматури з метою запобігання відриву розтягнутої зони головної балки.

Рис. 26. До розрахунку головної балки на відрив

 

Площу поперечної арматури на довжині ділянки відриву визначаємо за формулою:

– відстань від центру ваги робочої арматури до точки прикладання рівнодіючої зусилля стиснутої зони перерізу другорядної балки –

– висота стиснутої зони перерізу другорядної балки на опорі;

– відносна висота стиснутої зони на опорі В.

Довжина зони відриву

Опорна реакція другорядної балки.

Визначаємо площу поперечної арматури на довжині ділянки відриву.

.

Кількість поперечних стержнів приймаємо парною з діаметром мм, і встановлюємо в межах ділянок – ліворуч та праворуч від грані другорядної балки. Приймаємо 8Ø20А240С см ² по 4Ø20А240С на ділянці, з кроком 50 мм.

Побудова епюри матеріалів

Міцність балки на дію згинаючого моменту буде забезпечена, якщо у всіх перерізах по довжині балки виконується умова

^.

Балку армуємо поздовжньою робочою арматурою з урахуванням зміни згинаючого моменту. В прольотах балки арматура визначається за максимальним моментом. В напрямі до опори згинаючі моменти прольоту зменшуються, отже доцільно частину стержнів відігнути та перевести в верхню частину перерізу для сприйняття згинаючого моменту на опорі.

За результатами розрахунків будуємо епюру згинаючих моментів та епюру моментів , які сприймає арматура (епюра матеріалів).

 

Вказівки до конструювання

При армуванні головної балки в’язаними каркасами з поздовжньою робочою арматурою – прямолінійні та відігнуті стержні приймають діаметром не менше ніж 12 мм, монтажні (конструктивні) – діаметром 12 мм.

При використані арматури класу А240С кінці стержнів повинні закінчуватися крюками.

Поздовжні робочі стержні розміщуються по ширині ребра балки рівномірно, а їх кількість в одному ряду залежить від діаметра та ширини перерізу.

По висоті перерізу стержні можуть бути розташовані в прольоті не більше ніж у три ряди, при цьому в третьому ряду повинно бути не менше ніж два стержні. Над опорами розташування стержнів передбачається у два ряди, а в третьому ряду можуть розташовуватися тільки короткі стержні з двома відгинами, за умови, що другий ряд заповнений прямолінійними та відігнутими стержнями.

З метою економії арматури, відповідно до огинаючої епюри моментів, частина поздовжньої робочої арматури, але не більше 50 % від загальної кількості в прольоті, відгинається на опору. Зазначену арматуру обривають в суміжних прольотах, місця обриву визначають за розрахунком.

Із умови анкерування стержнів не менше ніж 50 % прольотної арматури і не менше ніж два стержні - при двогілкових хомутах, повинно бути заведено за грані опори.

При висоті балки 800 мм і більше, по боковим граням, на рівні половини висоти перерізу, встановлюють поздовжні конструктивні стержні діаметром 12 мм із арматури класу А240С. Ці стержні з’єднуються шпильками діаметром 6–8 мм із арматури класу А240С з кроком 600 мм по довжині балки.

Діаметр хомутів в’язаних каркасів приймається при висоті балки мм не менше 6 мм, а при мм – 8 мм і повинен бути не менше ніж діаметра поздовжніх робочих стержнів. В місцях перегину і загину кінців хомутів передбачаються поздовжні стержні.

При двогілкових хомутах допускається встановлювати в один ряд не більше п’яти поздовжніх стержнів, залежно від ширини ребра балки.

При ширині ребра балки 350 мм і більше приймають чотиригілчасті хомути.

В прольотах і при короткочасному навантаженні до 3 кН/м² хомути приймають відкритими, за наявності розрахункової арматури в стиснутій зоні і короткочасному навантаженні більше 3 кН/м² – замкнутими.

При обпиранні балок на цегляні стіни перший хомут встановлюється в торці балки з урахуванням захисного шару, на середніх опорах (залізобетонних) – по грані колони.

Приопорні ділянки головних балок армують відігнутими стержнями.

Кут нахилу відгинів до поздовжньої осі балки приймають при її висоті до 800 мм включно – 45°, а при більшою – 60°.

Відігнуті стержні влаштовують із числа нижньої прольотної арматури.

При ширині балки 300…400 мм в першій від опори площині відгинають два відгини, а в наступних площинах – по одному. Якщо ширина балки понад 400 мм у всіх площинах повинно бути не менше ніж два відгина.