Розрахунок і конструювання монолітної залізо-бетонної колони і фундаменту

Міністерство  освіти і науки України

Національний  університет  “Львівська політехніка”

 

 

 

 

 

 

Пояснююча записка

до курсового  з предмету

“Будівельні конструкції”

 

 

 

 

 

                                                                                        Виконав

                                                                                                              Ст. гр. АДА 31

                                                                                                    Федишин І.В.                  

                                                                                          Прийняла

Максимович  С. Б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Львів-2013

Зміст

Металева  частина

 

Розділ1.      Проектування металевої балки настилу перекриття багатоповерхового цивільного будинку з неповним каркасом.

Розділ 2.    Розрахунок і конструювання головної балки марки ГБ – 2.

Розділ 3.  Розрахунок і конструювання металевої колони першого поверху з прокатних профілів.

Залізо-бетонна частина

Розділ4.     Розрахунок і конструювання монолітного ребристого перекриття.

Розділ5.     Розрахунок і конструювання монолітної залізо-бетонної другорядної                                                                  балки.

Розділ6.   Розрахунок і конструювання монолітної залізо-бетонної колони і фундаменту.

 

 

Завдання

Необхідно запроектувати  балкове перекриття багатоповерхового будинку за наступними даними:

• Призначення будинку – громадський, ІІ класу відповідальності;
• Розміри будинку в плані (в осях) – 40.8×27.6 м.
• Крок колон поздовжній – 5.1 м.
• Крок колон поперечний – 6,9 м.
• Стіни зовнішні цегляні товщиною 51 см.
• Конструкція підлоги наведена на рис 2.
• Корисне навантаження на перекриття , в тому числі тривале (квазіпостійне)
• Висота поверху – 4,1м.
• кількість поверхів – 4 м.
• Матеріали конструкцій:

1. Балки настилу – сталь класу С245;
2. Головна балка – сталь класу С245;
3. Колона – сталь класу С245.

• Місце будівництва – м. Житомир.

• Бетон монолітного фундаменту – класу С12/15;

 

Розділ 1

 

1. Компонування конструктивної схеми перекриття.

 

Приймаємо несучу конструктивну систему будинку  у вигляді неповного каркасу, тобто із зовнішніми несучими цегляними  стінами і внутрішнім металевим  каркасом. З метою забезпечення жорсткої конструктивної схеми будинку, довжина якого 40,8 м., передбачено пролітну поперечну цегляну стіну товщиною 38 см., виходячи з вимог п. 6.7 Норм СНіП ІІ-22-81. “Кам’яні і армокам’яні конструкції.”, а саме: віддаль між поперечними стінами І групи мурування не повинна перевищувати 42 м. Приймаємо тип балкової клітки нормальний із настилом у вигляді монолітної з/б плити, балок настилу і головних балок. Металеві колони розташовуємо на перетині розбивних осей, головні балки розташовуємо впоперек будинку, перекриваючи проліт 6,6 м., а балки настилу – вздовж будинку, перекриваючи проліт 5,1 м. Крок балок настилу приймаємо в межах 1,5 – 3,0 м., ділячи головну балку на 3…5 рівних частин по довжині, а саме Балки настилу і головні балки спираємо на стіни через монолітні опорні подушки МОП – 1 і МОП, забезпечуючи довжини опорних ділянок відповідно і – для головної балки. В місцях обпирання головних балок на стіну передбачено пілястри. Приєднання головної балки до колони проектуємо збоку на опорні столики. Приєднання балок настилу до головних передбачаємо в одному рівні. Монтажний план схему перекриття наведено на рис аркуша креслень 1.

 

 

1.2 Розрахунок і конструювання балки настилу.

1.2.1 Обчислення навантажень  від конструкції перекриття.

Для промислового будинку проектуємо підлогу, конструкція якої наведена на рис 2.

Змінне (корисне) навантаження на перекриття становить , в тому числі тривале (квазіпостійне) . Використовуючи рекомендації таблиці 1.1, приймаємо товщину монолітної з/б плити настилу Власну вагу балок настилу приймаємо при рекомендованих 0,1…0,2 кН/.

Навантаження  обчислюємо в вигляді таблиці.

Обчислення  навантажень від конструкції  перекриття

Види навантажень і їх підрахунок	Х-не навантаження,	Коефіцієнт надійності,	Розрахункове навантаження,
1)  Постійні: -  Коврове покриття t=0,005 м, ρ =11 кг/;   -  Бітумна мастика t=0,002 м, ρ =10,5 кг/;   -  Мінеральна плита  на синтетичній мастиці t=0,02 м, ρ =2,5 кг/;   -  цементно-піщаний розчин t×b=0,02 м, ρ =18кг/;   -  З/б монолітна плита t=0,05 м, ρ =2500 кг/; t·ρ=0,05·2500·(0,01)= - Балка настилу (орієнтовно)                           Всього постійне:	0.055     0.021     0,05       0,36       1,25 0,15	1,2     1,3     1,2       1,3       1,1 1,05 -	0.07     0,03     0,06     0,011         1,375 0,16 g=1,846 кН/
2)  Змінне (корисне): -  повне   - квазіпостійне(тривале)		1,2   1,2
Разом: тривале в т.ч.		-

 

 Балки настилу проектуємо з двотаврів з ухилом внутрішніх граней поличок за ГОСТ 8239-89 з урахуванням пружно-пластичної роботи сталі. Матеріал балки настилу – сталь класу С245.

1.3 Статичний розрахунок  балки.

Визначаємо розрахунковий проліт крайньої балки настилу. Балка на стіну спирається на монолітну опорну подушку, а на головну балку – через опорне ребро, причому з приєднанням в одному рівні з поясом головної балки. Ширину поясів головної балки приймаємо рівною 1/3 прольоту, тобто Схема кріплення балки настилу показана на рис .

 

 

Розрахункове  граничне погонне навантаження, якщо крок балок настилу 

 

 

 

Розрахункова  схема балки настилу наведена на рис 3.

Розрахункові зусилля:

• максимальний момент
• максимальна поперечна сила

 

1.4 Підбір перерізу балки настилу, виходячи з умови міцності (за І групою граничних станів).

Задаємося коефіцієнтом пружно-пластичної роботи сталі  , який враховує пружно-пластичну роботу сталі. Тоді необхідний момент опору перерізу, якщо будинок ІІ класу відповідальності(), а коефіцієнт умов роботи , який враховує умови експлуатації конструкції (табл. 6 норм СНіП ІІ-23-):

,

де  для сталі класу С245 (табл. 51 норм СНіП ІІ-23-).

За ГОСТ 8239-89 підбираємо двотаврову балку номер 20 з наступними характеристиками:

 

 

 

Маса погонного  метра m = 21,00 кг. 

Обчислюємо  співвідношення площ полички і стінки підібраного профілю:

 

За табл. 66 СНіП ІІ-23- для двотаврового профілю обчислюємо коефіцієнт за інтерполяцією:

 

Перевіримо  напруження:

 

Оцінимо економічність підібраного перерізу:

 

Оскільки , то даний вибір є неекономічний. Якщо прийняти менший профіль номер 18, , , то одержимо:

 

що неприпустимо, оскільки переріз перенапружений.h=180mm b=90mm i=1290 q=18.4

Висновок: залишається профіль номер 20 у зв’язку з відсутністю ближчого профілю за сортаментом ГОСТ 8239-89.

 

1.5 Розрахунок балки настилу за ІІ групою граничних станів: розрахунок прогинів.

Прогини балок обмежуються естетично-психологічними вимогами. Згідно ДСТУ Б В.1.2-3:2006 (табл. 1) навантаження слід приймати постійні та тривалі змінні.

Розрахункове  експлуатаційне навантаження на балку  настилу, якщо , крок балок настилу .:

• поверхневе ;
• лінійне

Момент від  розрахункового експлуатаційного навантаження:

 

Кривина при  цьому рівна:

 

Прогин балки, якщо для схеми навантаження на рис 4.:

 

Граничний прогин (за табл. 1.2 ДСТУ Б В.1.2-3:2006). Умова виконується, двотаврова балка настилу номер 22 забезпечує жорсткість системи.

Висновок: Балку настилу остаточно приймаємо двотаврового профілю номер 20 за ГОСТ 8239-89.

Розділ 2

 

Головну балку, номінальним прольотом 6,9 м.(див. план-схему перекриття на рис 1.1), проектуємо із  двотаврів з паралельними гранями поличок  типу Б і Ш за ГОСТ 26020-83. Сталь класу С245 згідно із завданням на проектування. Балка ГБ – 2 обпирається на металеві колони збоку: через опорні ребра на опорні столики (рис 3.1) колон.

2.1  Обчислення навантаження.

Головну балку розглядаємо як однопрольотну балку з опорами на колонах, яка навантажена зосередженими силами в третинах прольоту. Для обчислення цих сил скористаємося вантажними площами впливу на їх величину (рис 1). Так ширина вантажної площі рівна крокові балок настилу , а довжина – віддалі від осі головної балки до внутрішньої грані стіни Із таблиці 2.1  розрахункове граничне навантаження від власної ваги конструкції підлоги і балки настилу.

 

Фактичне  зведене розподілене навантаження від балки настилу номер 20, якщо її маса становить а крок балок :

 

Зведене розподілене навантаження від власної  ваги головної балки попередньо приймаємо  в рекомендованих межах 0,2 – 0,3 кН/м², а саме : Таким чином, розрахункова гранична сила в кожній третині прольоту головної балки, якщо розміри вантажної площі а граничне змінне навантаження становить обчислюємо за формулою :

 

 

 

 

2.2   Обчислення розрахункового прольоту.

З достатньою точністю попередньо призначаємо висоту перерізу колони.

  де H – висота поверху. В нашому випадку, якщо H=3,5м.:

 

Приймаємо розмір, кратний сортаменту колонних або широкополичних двотаврів, які рекомендуються для колон, тобто

У випадку  обпирання головних балок на опорні столики колон (рис 3.1) розрахунковий  проліт обчислюємо за формулою:

 

 

 

2.3   Статичний розрахунок головної балки.

Найбільший  згинальний момент від розрахункового граничного навантаження – сили :

 

Найбільша поперечна сила від розрахункового граничного навантаження:

 

 

Епюри моментів і поперечних сил:

 

 

2.4  Підбір перерізу головної балки з умови міцності за нормальними напруженнями (при дії згинального момента).

Для зварних  балок постійного перерізу розрахунок ведемо з урахуванням пружно-пластичної роботи сталі в зоні чистого згину, оскільки поперечна сила в середній третині довжини балки рівна  нулю. Приймаючи попередньо для двотаврового перерізу, обчислимо з урахуванням п. 5.18* норм[1] середнє значення коефіцієнта с_1m, який враховує розвиток пластичних деформацій.

 

Таким чином, для будинку ІІ-го класу відповідальності необхідний момент опору перерізу обчислюємо за формулою:

 

де  для сталі класу С245, якщо припустити товщину листів поличок 2-20 мм.;

- коефіцієнт  умов роботи головних балок  (табл. 6[1]);

- коефіцієнт надійності  за відповідальністю для будинку  ІІ-го класу.

За сортаментом вибираємо балковий двотавр номер 35Б2 з наступними характеристиками:

 

Знаходимо співвідношення

 

За табл. 66 для двотаврового перерізу знаходимо, інтерполюючи:

 

Тоді 

Перевірку нормальних напружень здійснюємо, виходячи з умови:

 

 

 

Таким чином,

 

Недонапруження:

 

 

2.5  Перевірка міцності головної балки в зоні впливу моментів і поперечних сил.

Як видно  з епюр на рис 3.2 в перерізі, розташованому  на початку зони чистого згину  діють найбільші зусилля: M_max і поперечна сила Q_max. Їхній сумісний вплив на напружений стан перерізу оцінюємо на рівні волокна, що знаходиться на краю стінки (рис 3.3). Перевірку міцності здійснюємо за зведеними напруженнями урахуванням пластичних деформацій. При цьому, перевіривши умову щодо усереднених дотичних напружень:

 

де  - розрахунковий опір сталі класу С245 із умови зрізання.

За формулою 42 Норм [1] приймаємо таким чином, нормальні напруження:

 

Тоді дотичні напруження на цьому ж рівні, якщо статичний момент площі пояса, який вище краю стінки:

 

 

Зведені напруження знаходимо за формулою 33 Норм[1], якщо :

 

Умова виконується, міцність забезпечена.

2.6  Перевірка головної балки в зоні впливу поперечних сил (в опорному перерізі).

Перевірку міцності здійснюємо на рівні нейтральної  лінії перерізу за формулою 29 Норм [1], якщо статичний момент половини перерізу