Расчет монолитной балки и колонны

Данная курсовая работа выполняется с целью закрепления теоретических знаний основ расчета строительных конструкций: железобетонных колонн и монолитных балок.

В процессе выполнения курсового проекта определяется нагрузка (нормативная и расчетная), устанавливается расчетная схема колонны и балки, задаются материалы и устанавливаются их расчетные характеристики, конструируется средняя монолитная балка и крайняя колонна.

Все расчёты производятся в соответствии с требованиями нормативно-технической литературы (СНиП, ГОСТ, и др.).

1. Сбор нагрузок

1.1 На покрытие, на 1м²:

1.2На перекрытие, на 1м²:

1.3 Нагрузка от железобетонной колонны

Н= 6,8 + 0,29= 7,09 – высота колонны;

bЧh=400Ч400; ;

= b ∙ h ∙ H ∙ = 0,4 ^. 0,4 ^. 7,09 ^. 2400 = 2722,5 кг;

= 2722,5 ^. 1,1= 2995 кг.

1.4 Нагрузка от монолитных балок

С учетом расчета крайней колонны сбор нагрузок от монолитных балок снимаем с длинны балки 3 м (6м /2) предварительным размером 0,25^х0,5 (b^.h), .

= 3м ^. 0,25 ^. 0,5 ^. 2400 кг/м³= 900 кг.

= 900 ∙ 1,1= 990 кг.

1.5 Нагрузка на низ колонны

 ; = 882 ∙ 9 + 679 ∙ 9+

2^*900 + 2722,5= 18571,5 кг;

 ;

N_p = 1061 ∙ 9 + 780∙ 9 + 2^*990+ 2995 = 21544 кг.

перекрытие монолитный балка колонна

2. Расчет средней монолитной балки покрытия и перекрытия

2.1.1 Начальные данные: принимаем сечение монолитной балки 250х500(h), мм. Бетон тяжелый класса В20. Расчетное сопротивление тяжелого бетона класса В20 R_b=11,5 МПа (табл.13, СНиП 2.03.01-84). Рабочая арматура класс А-II. Расчетное сопротивление арматуры R_s=280 МПа (табл. 22 (5)).

2.1.2 Расчет изгибающего момента

(1)

где: М – изгибающий момент, Н^.м;

q – распределенная нагрузка, Н/м²;

s – площадь приложения распределенной нагрузки, м²;

l – длина монолитной балки, м.

Минимально допустимая толщина защитного слоя для балок  (5). Принимаем толщину защитного слоя бетона для балок .

2.1.3 Расчет рабочей высоты сечения:

h₀ = h – a=500-26=474 мм (2)

где h₀ – высота рабочего сечения, мм;

a - защитный слой бетона до оси арматуры,

;

h – высота поперечного сечения балки, мм.

2.1.4 Расчет коэффициента a_m:

(3)

По табл. 20 (4) находим коэффициенты =0,49 и =0,75. По табл. 18 (4) определяем _R=0.65, Так как =0,49R=0.65, то размеры принятого сечения достаточны для нормального армирования.

2.1.5 Расчет площади поперечного сечения продольной арматуры:

 (4)

Принимаем 3 стержня диаметром 32 А-II (А_S = 2413 мм²). (7) В связи с уточнением размера

2.1.6 Уточняющий расчет:

h₀ = h – a=500-32=468 мм.

Дальнейшие результаты аналогичны ранее полученным.

2.2 Расчет прочности балки по наклонным сечениям

Рабочая распределительная арматура на приопорных участках балки длинной 1420 мм. армируется хомутами - арматура Ш8 А-I c шагом 150мм;

Центральная часть хомутами – арматура Ш8 А-I c шагом 350мм;

Монтажная арматура принимаем: 2 Ш10 А-II.

2.3 Расчет на действие поперечной силы по наклонной полосе между наклонными трещинами

2.3.1 Проверяем соблюдение условия:

 (5)

Где Q – поперечная сила от внешней расчетной нагрузки:

 - коэффициент, учитывающий влияние хомутов, нормальных к продольной оси элемента на прочность бетона.

,

согласно условий принимаем =1,3

Где  - коэффициент поперечного армирования элемента;

s – шаг хомутов, s = 150 мм;

b – ширина сечения элемента, b = 250;

Asw – площадь хомутов в поперечном сечении конструкции.

A_sw=n^.A_sw1=28 ^. 1000=28000 мм²

n- количество хомутов в сечении, n = 28.

A_sw1 – площадь поперечного сечения одного хомута= 1000 мм²

 - коэффициент, зависящий от прочности бетона

 - коэффициент принимаемый в зависимости от вида бетона. Для тяжелого 0,01.

Исходя из нагрузок действующих на монолитную балку, и выполнения условия (5) принятая арматура удовлетворяет условиям прочности.

3. Расчет колонны

3.1 Начальные данные:

По заданию требуется рассчитать крайнюю колонну. Вследствие одностороннего приложения нагрузок, колонну рассчитываем с несимметричным армированием.

Принимаем:

ü сечение колонны размерами b = 400 мм, h = 400 мм;

ü защитный слой a = a' = 32 мм;

ü бетон тяжелый класса B25 (R_b = 13 МПа при g_b2 = 0,9; E_b = 2,7 · 10⁴); арматура класса A-III (R_s = R_sc = 365 МПа);

ü продольная сила N = 213,35 кН;

ü эксцентриситет продольной силы относительно центра тяжести бетонного сечения е₀ = 275 мм;

ü расчетная длина l₀ = 3,4 м.

3.2 Расчетная схема колоны

3.3 Определяем площади сечения арматуры S и S’

3.3.1 Расчет:

h₀ = 400 – 32 = 368 мм.

Так как 4 < l₀/h = 3,4/0,4=8,5 < 10, расчет производим с учетом прогиба элемента согласно п. 3.54 (4).

Предположим, что m, удельная площадь армирования, m£ 0,025, значение N_cr определим по упрощенной формуле

(6)

Где – Ncr – критическая нагрузка на колонну кН ;

А – площадь сечения мм²;

Eb – модуль упругости бетона, МПа.

3.3.2 Коэффициент h вычислим по формуле :

(7)

3.3.3 Значение e с учетом прогиба элемента равно:

 мм. (8)

3.3.4 Требуемую площадь сечения арматуры S’ и S определим по формулам 121 и 122 (4) :

  (9)

Где: A^’_s- площадь арматуры в сжатой зоне, мм2;

Rsc – расчетное сопротивление арматуры, МПа.

Конструктивно принимаем вспомогательную арматуру 2 Ш 12 А-III A^’_s = 230 мм²

 (10)

Где As – площадь поперечного сечения рабочей продольной арматуры, мм²;

R_s – расчетное сопротивление арматуры, МПа;

Поскольку

0,017 < 0,025, значения А_s и A^’_s не уточняем.

Принимаем  = 230 мм² (2 Æ 12) A-III, А_s = 2470мм² (4 Æ 28 ) A-III.(7)

3.3.5 Назначаем d и S постановки поперечных стержней

d_sw≥ 0,25 d_s;

d_sw= 0,25· 28 = 8 мм.

принимаем поперечную, арматуру ш 8 мм A-I,

Согласно (1) принимаем поперечное армирование вязаными хомутами.

S ≤ 15ds;

S ≤ 15 ∙ 28 = 420 мм, принимаем S = 400 мм.

3.3.6 Конструируем сечение колонны

3.3.7 Конструирование колонны

1. Размеры сечения колонн следует принимать не менее 250 мм, и они назначаются кратными 50 мм при размерах сторон сечения до 500 мм кратным 100 мм при размерах стороны сечения больше 500 мм.

2. Требования к материалам для колонн следующее:

· Бетон обычно принимается класса ≥ В20; для тяжело нагруженных колонн – не менее В30;

· Рабочая арматура принимается классов А- II, А – III, диаметрами от 12 до 40 мм, оптимально 16-25 мм;

· Поперечная арматура назначается из классов А- I, А – III и Вр I, диаметром d_sw ≥0,25; шаг поперечных стержней не более s≤20d_s, где d_s– меньший диаметр продольной арматуры.

3. Правила установки арматуры в колонны и проектирование каркасов:

a) Стержни продольной арматуры располагаются у граней колонны с защитным слоем бетона не менее 20 мм и не менее 15 мм и не менее ее диаметра;

b) Для свободной укладки в формы концы продольной арматуры не должны доходить до грани торца колонны на 10 мм при ее длине до 9 м и на 15 мм при длине до 12м. При этом, если в оголовке колонны предусмотрена закладная деталь для опирания вышележащих конструкции, то продольный стержень арматуры должен не доходить до этой закладной детали не менее чем на 10 мм;

c) При сечении колонны до 400Ч400 мм можно ставить 4 стержня продольной арматуры, располагая по углам колонны, при больших размерах сечения расстояние между осями продольных стержней не должны превышать 400 мм;

d) плоские арматурные каркасы перед постановкой в опалубку объединяются в пространственные каркасы при помощи соединительных стержней (рис 3.1.,а, 3.2.);

Рис. 3.1 Армирование колонн:

а) сварными каркасами; б) вязанными каркасами; 1- каркасы; 2 – соединительные стержни; 3 – хомуты; а_b– защитный слой бетона продольной арматуры

Рис. 3.2. Постановка поперечных стержней в каркасах:

а) объемный каркас; б) плоский каркас; d_s– диаметр продольных стержней арматуры; d_sw– диаметр поперечных стержней; S – шаг поперечных стержней

Испытывая сжатие при работе в стадии эксплуатации, сборные железобетонные колонны при транспортировании и монтаже работают на изгиб. Это учитывается расчетами на монтажные и транспортные нагрузки, при выполнении которых к колоннам прикладывается нагрузка от ее собственного веса с учетом коэффициентов динамичности.

Список использованной литературы

1. Бондаренко В.М., Бакиров Р.О., Назаренко В.Г., Римшин В.И., Железобетонные и каменные конструкции, Учебное издание. – М.: Издательство «Высшая школа», 2004. – 876 с.

2. Заикин А.И., Проектирование железобетонных конструкций многоэтажных пролетных зданий: Учебное пособие. М.: АСВ, 2003. – 200 с.

3. Кумпяк О.Г., Железобетонные конструкции, Часть 1.: Учебное издание.- М.: Издательство АСВ, 2003. – 280 с.

4. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительно напряженной арматуры. (к СНиП 2.03.01-84)

5. СНиП 2.03.01-84 « Бетонные и железобетонные конструкции»

6. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»

7. Сортамент арматуры.