Проектирование конструкций перекрытия каркасного здания

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  КОНСТРУКЦИЙ ПЕРЕКРЫТИЯ

КАРКАСНОГО  ЗДАНИЯ 
 

1. Общие данные для  проектирования 

    Трехэтажное каркасное здание с подвальным этажом имеет размер в плане 21,654 м и сетку колонн 7,36 м. Высота этажей 4,8м. Стеновые панели навесные из легкого бетона, в торцах здания замоноличиваются совместно с торцевыми рамами, образуя вертикальные связевые диафрагмы. Стены подвала – из бетонных блоков. Нормативное значение временной нагрузки = 5000 Н/м², в том числе кратковременной нагрузки – 1500 Н/м², коэффициент надежности по нагрузке = 1,2, коэффициент надежности по назначению здания = 0,95. Снеговая нагрузка – по  IV району. Температурные условия нормальные, влажность воздуха выше 40 %. 
 

2. Компоновка конструктивной  схемы 

сборного  перекрытия 

    Ригели  поперечных рам – трехпролетные, на опорах жестко соединены с крайними и средними колоннами. Плиты перекрытий, предварительно напряженные в двух вариантах, – ребристые и многопустотные. Ребристые плиты принимают с номинальной шириной, равной 1400 мм; связевые плиты размещают по рядам колонн; доборные пристенные плиты опирают на ригели и опорные стальные столики, предусмотренные па крайних колоннах. Многопустотные плиты принимают с номинальной шириной, равной 2200 мм; связевые распорки шириной 600 мм размещают по рядам колонн и опирают на ригели и опорные столики на крайних колоннах.

    В продольном направлении жесткость  здания обеспечивается вертикальными связями, устанавливаемыми в одном среднем пролете по каждому ряду колонн. В поперечном направлении жесткость здания обеспечивается по рамно-связевой системе: ветровая нагрузка через перекрытия, работающие как горизонтальные жесткие диски, передается на торцевые стены, выполняющие функции вертикальных связевых диафрагм, и поперечные рамы. В малоэтажных каркасных зданиях высотой до 5 этажей, как показали исследования, жесткость поперечных диафрагм намного превышает жесткость поперечных рам, и в этих условиях горизонтальная нагрузка практически передается полностью на диафрагмы. Поперечные же рамы работают только на вертикальную нагрузку. 
 

3. Расчет ребристой  плиты по предельным

состояниям  первой группы 

    Расчетный пролет и нагрузки. Для установления расчетного пролета плиты предварительно задаются размерами сечения ригеля:

 см; см. При опирании на ригель поверху расчетный пролет см.

    Подсчет нагрузок на 1 м² перекрытия приведен в табл. 

    Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м² перекрытия 

 

      Расчетная нагрузка на 1 м длины  при ширине плиты 1,4 м с учетом  коэффициента надежности по назначению здания ; постоянная ;   полная

.  .

    Нормативная нагрузка па 1 м длины: постоянная

;   полная , в том числе постоянная и длительная .

    Усилия  от расчетных и  нормативных нагрузок. От расчетной нагрузки ;  

    От  нормативной полной нагрузки ;

 . От нормативной постоянной и длительной нагрузки . 

    Установление  размеров сечения  плиты. Высота сечения ребристой предварительно напряженной плиты ; рабочая высота сечения ; ширина продольных ребер понизу 7см; ширина верхней полки  136 см. В Расчетах по предельным состояниям первой группы расчетная толщина сжатой полки таврового сечения ; отношение , при этом в расчет вводится вся ширина полки ; расчетная ширина ребра

.

 

    Характеристики  прочности бетона и арматуры. Ребристую предварительно напряженную плиту армируют стержневой арматурой класса A-V с электротермическим натяжением на упоры форм. К трещиностойкости плиты предъявляют требования 3-й категории. Изделие подвергают тепловой обработке при атмосферном давлении.

    Бетон тяжелый класса В25, соответствующий  напрягаемой арматуре. Призменная прочность нормативная , расчетная ; коэффициент условий работы бетона нормативное сопротивление при растяжении , расчетное    
; начальный модуль упругости бетона Передаточная прочность бетона устанавливается так, чтобы при обжатии отношение напряжений .

    Арматура  продольных ребер – класса А-V, нормальное сопротивление , расчетное сопротивление ; модуль упругости .предварительное напряжение арматуры принимают равным .

    Проверяем выполнение условия; при электротермическом способе натяжения   ;  

 – условие выполняется.

    Вычисляем предельное отклонение предварительного напряжения по формуле 
 

где – число напрягаемых стержней плиты. Коэффициент точности натяжения при благоприятном влиянии предварительного напряжения по формуле .

При проверке по образованию трещин в верхней  зоне плиты при обжатии принимают  .

    Предварительное напряжение с учетом точности натяжения  .

    Расчет  прочности плиты  по сечению, нормальному  к продольной оси. . Сечение тавровое с полкой в сжатой зоне. Вычисляют 
 
 

    Из  табл. 3.1 принимаем ; — нейтральная ось проходит в пределах сжатой полки; .

    Вычисляем характеристику сжатой зоны по формуле

.

    Вычисляют граничную высоту сжатой зоны по формуле 
 
 

    Коэффициент условий работы, учитывающий сопротивление напрягаемой арматуры выше условного предела текучести, согласно формуле  
 
 

где — для арматуры класса A-V;   принимают  

    Вычисляем площадь сечения растянутой арматуры: 
 
 

    Принимаем 2Ø14 A-V с площадью см². 

    Расчет  полки плиты на местный изгиб. Расчетный пролет при ширине ребер вверху 9 см составит . Нагрузка на   1 м² полки может быть принята (с несущественным превышением) такой же, как и для плиты: .

    Изгибающий  момент для полосы шириной 1 м определяют с учетом частичной заделки в ребрах: . Рабочая высота . Арматура Ø4 Вр-1 с ; ; ; — 8Ø4 Вр-1 с . Принимают сетку с поперечной рабочей арматурой Ø4 Вр-1 с шагом . 
 

4. Определение усилий  в средней колонне 

    Определение продольных сил от расчетных нагрузок. Грузовая площадь средней колонны при сетке  колонн .

    Постоянная  нагрузка от перекрытий одного этажа  с учетом коэффициента надежности по назначению здания :

, от ригеля , от стойки (сечением ; ,   ; ) . Итого .

    Временная нагрузка от перекрытия одного этажа  с учетом  ;  , в том числе длительная

, кратковременная .

    Постоянная  нагрузка от покрытия при весе кровли и плит составляет  ; от ригеля, от стойки . Итого.

    Временная нагрузка — снег для IV снегового  района при коэффициентах надежности по нагрузке и по назначению здания ; , в том числе длительная , кратковременная . Продольная сила колонны первого этажа рамы от длительной нагрузки ; тоже от полной нагрузки .

Продольная сила колонны подвала от длительных нагрузок , то же от полной нагрузки

.

Эпюра продольных сил изображена на рис. 

    Определение изгибающих моментов колонны от расчетных нагрузок. Вычисляем опорные моменты ригеля перекрытия подвала — первого этажа рамы.

    Максимальный  момент колонны при полном загружении 

    При действии длительных нагрузок: 
 
 
 
 
 

    При действии полной нагрузки

 

    Разность  абсолютных значений опорных моментов в узле рамы: при длительных нагрузках при полной нагрузке .

    Изгибающий  момент колонны подвала от длительных нагрузок

 от полной  нагрузки

.

    Изгибающий  момент колонны первого этажа  от длительных нагрузок   от полной нагрузки

 Эпюра моментов колонны изображена на рис.

    Вычисляем изгибающие моменты колонны, соответствующие максимальным продольным силам. От длительных нагрузок: изгибающие моменты колонн подвала , первого этажа . От полных нагрузок: , изгибающие моменты колонн подвала , первого этажа . 
 
 
 

    5. Расчет прочности  средней колонны 

    Характеристики  прочности бетона и арматуры. Класс  тяжелого бетона В20 и класс арматуры А-III.

 Комбинации  расчетных усилий (для колонны  подвала):, в том числе от длительных нагрузок и соответствующий момент , в том числе от длительных нагрузок .

, в том числе  

    Подбор  сечений симметричной арматуры _{. Рабочая высота сече}ния , ширина .

    Эксцентриситет   силы  _.

    Случайный эксцентриситет:

    Поскольку эксцентриситет силы _{больше случайного эксцентри}ситета , его и принимают для расчета статически неопределимой системы.

    Находим значение моментов в сечении относительно оси, проходящей через центр тяжести  наименее сжатой (растянутой) арматуры. При длительной нагрузке при полной нагрузке

    Критическая продольная сила при прямоугольном  сечении с симметричным армированием имеет вид: