Введение
Многоэтажные промышленные здания служат для размещения различных производств – легкого машиностроения, приборостроения, цехов химической, электротехнической, радиотехнической, легкой промышленности и др., а также базисных складов, холодильников, гаражей и т. п.
В зависимости от назначения здания, района строительства, условий эксплуатации, архитектурного замысла и других факторов многоэтажные здания имеют различные конструктивные схемы. Различают многоэтажные промышленные здания каркасные и с неполным каркасом.
В каркасных зданиях конструкции четко разделены на несущие и ограждающие, что дает возможность применять наиболее целесообразные материалы и значительно снизить массу строительного объекта. Каркас обеспечивает широкие возможности планировочных решений, что особенно важно для производственных зданий.
Здания с неполным каркасом возводят с наружными несущими крупноблочными или кирпичными стенами и внутренним каркасом.
Многоэтажные промышленные здания проектируют, как правило, каркасными с навесными панелями или самонесущими кирпичными стенами.
Конструктивные элементы каркасных многоэтажных зданий – колонны, балки, ригели, плиты междуэтажных перекрытий, вертикальные связи, объединенные в пространственную систему, воспринимают все нагрузки и передают их через фундаменты на грунт.
Высоту промышленных зданий обычно принимают по условиям технологического процесса в пределах от 3 до 7 этажей (при общей высоте до 40м), а для некоторых видов производств с нетяжелым оборудованием, устанавливаемым на перекрытиях, до 12…14 этажей. Ширина промышленных зданий может быть равной 15…36 м и более.
1.Задачи курсового проекта
Цель курсового проекта – закрепить теоретические знания, научиться работать с нормативной и технической литературой, совершенствовать навыки выполнения и чтения строительных чертежей.
Исходные данные для проектирования задаются в задании на проект. В состав курсового проекта входит проектирование (расчет и конструирование) конструкций сборных железобетонных и стальных элементов многоэтажного здания.
Заданием предусматривается проектирование следующих элементов:
– ребристая плита перекрытия;
– сборного разрезного ригеля;
– сборной средней колонны 1 этажа;
– монолитного железобетонного фундамента стаканного типа;
– стальной балки перекрытия;
– стальной колонны.
Исходные данные для проектирования:
1. Размер здания в плане: - ширина 17,1 м
- длина 75 м
2. Количество этажей – 4
3. Высота этажа – 5.4м
4. Пол (полная нормативная нагрузка) – 0,8 кПа
5. Временная нормативная нагрузка:
временная кратковременная часть - 5,7 кПа
временная длительнодействующая часть – 6,2 кПа
6. Дополнительные данные:
- применяемая арматура: А4
- применяемый бетон: В30
2.Компоновка конструктивной схемы здания
В задании на курсовой проект указана общая длина и ширина здания (в осях), а также сетка колонн. Необходимо назначить размеры сечения плит перекрытия и покрытия, ригелей и колонн.
В курсовом проекте необходимо выполнить компоновку железобетонного каркаса.
Наружные стены здания предполагается выполнить из самонесущих кирпичных стен с «нулевой» привязкой. Толщину стен можно принять равными 510мм, в предположении дополнительного наружного утепления. Наиболее выгодной компоновка считается, когда наиболее нагруженный элемент перекрытия – ригель, расположен в поперечном направлении.
По местоположению в перекрытии различают плиты рядовые (П1), межколонные средние и межколонные крайние (П3). Межколонные плиты имеют вырезы в торцах для огибания колонн. Кроме того в здании предусматриваются доборные плиты (П2).
Рядовые плиты перекрытия в проекте необходимо принимать ребристые с номинальной шириной 1200-2000мм. Кроме того, в перекрытии применяются доборные плиты перекрытия шириной, соответственно, 600-1000мм. В основном высоту всех плит перекрытия назначают одну на все перекрытие. Высоту плиты перекрытия можно приблизительно определить по формуле:
,
при этом высота плиты перекрытия должна быть кратна 50мм.
Длина плиты перекрытия lпл определяется по формуле:
.
Колонны смешанных каркасов обычно имеют квадратное сечение, размеры которых обычно не меняют по всей высоте здания. Размер определяют по колоннам первого этажа.
Приблизительно усилие в колонне можно определить по формуле:
,
где Р – полная временная нагрузка;
В, L – размер сетки колонн;
n – количество этажей.
(кН)
При расчетной нагрузке на колонну 1500-2500кН размер принимается 400×400мм.
Длина ригеля определяется по формуле:
(м)
В проекте необходимо запроектировать ригель с нижними полками. Сечение ригеля приведено на рисунке 2.2. Высоту сечения ригеля приблизительно можно определить, в зависимости от величины временной нормативной нагрузки Р, по формуле:
.
Т.к. Р=8,5, то берём 
Ширина ригеля назначается по формуле:
.
Тогда длина плиты равна 
(м)
высота плиты равна 
(м), что кратно 50.
Рисунок 2.2 – Сечение ригеля
Для полученного варианта компоновки этажа сборного перекрытия составляется общая ведомость элементов.
Таблица 2.1 - Ведомость элементов
| Марка элемента | Наименование элемента | Кол-во элементов | Объем бетона элемента, м3 | Объем бетона всех элементов, м3 | Масса элемента, т |
| П1 | Плита перекрытия рядовая 1700 | 0,3 | 0,75 | ||
| П2 | Плита перекрытия межколонная средняя1700 | 0,32 | 25,6 | 0,8 | |
| П3 | Плита доборная 850 | 0,16 | 12,8 | 0,4 | |
| К1 | Колонна | 1,94 | 341,44 | 4,85 | |
| Р1 | Ригель | 0,51 | 67,32 | 1,275 | |
| Итого: |  =828
|  =555,16
|
Объем бетона плиты перекрытия определяется по формуле:
где 
- ширина плиты перекрытия;
- высота плиты перекрытия;
- длина плиты перекрытия;
- коэффициент уменьшения объема бетона элементов.
(м3)
(м3)
Масса плиты перекрытия определяется по формуле:
,
где r=2,5т/м3 – плотность тяжелого бетона.
(т)
(т)
Объем бетона ригеля определяется по формуле:
где 
- площадь сечения ригеля, в м2 определяется по формуле: 
геометрические размеры необходимо подставлять в формулу в м;
- длина ригеля;
(м2)
(м3)
Масса ригеля определяется по формуле:
.
(т)
Объем бетона колонны определяется по формуле:
,
где 
- размер сечения колонны;
- высота этажа.
(м3)
Масса колонны определяется по формуле:
.
(т)
3. Расчет плиты перекрытия
Общие данные
Необходимо запроектировать ребристую плиту перекрытия без поперечных ребер. Истинная ширина плиты уменьшается на 15мм. Ширина ребра плиты назначается в зависимости от пролета и нагрузки. Чем больше пролет и нагрузка на плиту, тем больше ширина ребра.
Расчет плиты перекрытия по нормальным сечениям
Основной расчет плиты перекрытия по первой группе предельных состояний сводится к определению необходимой площади сечения растянутой арматуры от эксплуатационной нагрузки.
Расчетная схема и эпюра моментов плиты перекрытия приведена на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 - Расчетная схема и эпюра моментов плиты перекрытия
Расчет нагрузки, действующей на плиту перекрытия лучше всего определять по таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Нагрузки на плиту перекрытия, кПа
| Нагрузки на плиту перекрытия | Нормативное значение, кН/м2 (кПа) | Коэффициент надёжности по нагрузке gf | Расчетная нагрузка, кН/м2 |
| 1. Собственный вес пола | qн1=0.8 | 1,15 | q1=0.92 |
| 2. Собственный вес плиты перекрытия | qн2=0.74 | 1,1 | q2=0.814 |
| 3. Временная полная (полезная нагрузка) | qн3=11.9 | 1,2 | q3=14.28 |
| Итого полная | Sqнi=13.44 | Sqi=16.014 |
Расчетные значения нагрузок определяются произведением нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке
.
Значение собственного веса пола определено заданием. Коэффициент надежности по нагрузке gf для пола принято условно. Остальные значения коэффициентов надежности по нагрузке в таблице указаны согласно таблицы 1 и пункта 3.2 СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».
(кН\м2)
(кН/м2)
(кН/м2)
Нормативное значение нагрузки от собственного веса плиты перекрытия можно определить по формуле:
,
где 
- масса плиты, т;
10 – умножаем, если масса плиты в тоннах;
lпл и bпл – соответственно конструктивная длина и ширина плиты перекрытия, м.
(кПа)
Нагрузка q, указанная на расчетной схеме, определяется по формуле (приводим всю ширину плиты к линии в расчётной схеме):
(кН/м)
Расчет плиты перекрытия необходимо выполнять на максимальное значение изгибающего момента, возникающего в середине пролета:
(кНм)
Плита перекрытия имеет П-образное сечение, для выполнения расчета его необходимо преобразовать в тавровое сечение.
Тавровое сечение, в зависимости от прохождения сжатой зоны, рассчитывается двумя способами:
1. Сечение прямоугольного вида (сжатая зона проходит в полке);
2. Сечение таврового вида (сжатая зона заходит в ребро).
Сечение плит перекрытия таково, что обычно сжатая зона проходит в полке плиты перекрытия и его можно рассчитывать как прямоугольное.
Для определения места прохождения границы сжатой зоны необходимо определить граничное значение изгибающего момента, при котором высота сжатой зоны x находится по формуле:
,
т.е. в основной формуле значение высоты сжатой зоны х равняется высоте полки 
. Для расчета необходимо назначить первоначальное значение расчетной высоты
,
 |
изначально а можно принять равным 30…50мм.
В результате, если значение внешнего момента не больше значения граничного момента М ≤ Мгр, то сечение можно считать как прямоугольное. Если значение внешнего момента больше значения граничного момента М > Мгр, то при данном внешнем моменте сжатая зона заходит в ребро. В таком случае лучше всего изменить размеры сечения плиты перекрытия, высоту полки плиты или полную высоту сечения.
Расчетное сечение приведено на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 – Расчетное сечение плиты перекрытия
Значение 
, вводимое в расчет, принимают из условия, что ширина свеса полки в каждую сторону от ребра bsv должна быть не более 1/6 пролета элемента l0 и не более:
а) при 
– 
;
б) при 
– 
В качестве продольной арматуры необходимо применять арматуру классов А400, диаметр арматуры желательно применять не более 32мм. Количество стержней допустимо применять 2 или 4. При этом предпочтение необходимо отдавать применению двух стержней.
Для определения требуемого значения площади арматуры необходимо выполнить следующие расчеты:
По полученному значению определяем значение относительной высоты сжатой зоны по формуле 
или по таблице 3.2. По таблице 3.3 определяем граничное значение относительной высоты сжатой зоны.
Если значение 
, то размеры сечения достаточны и можно определить требуемую площадь сечения арматуры, предварительно определив значение коэффициента h по формуле 
или по таблице 3.2. В случае если 
, то лучше всего изменить размеры принятого сечения.
Расчёт:
Назначаем b=100мм
(мм) 
(м)
Тогда 
(кН*м)
Т.к. Мгр > Mmax, то сечение считаем как прямоугольное:
Относительной высоты сжатой зоны
Т.к. 
для арматуры А400, то требуемая площадь арматуры определится по формуле:
.
По требуемой площади арматуры подбирается количество и диаметр арматуры из сортамента, при этом общая площадь подобранной арматуры должна быть равной или большей требуемого значения:
мм – для 2х стержней.
В железобетонных элементах площадь сечения продольной растянутой арматуры, в процентах от площади сечения бетона, равной произведению ширины прямоугольного сечения, либо ширины ребра таврового (двутаврового) сечения, на рабочую высоту сечения
%
следует принимать не менее 0,1%.
Для 2х стержней:
После подбора арматуры необходимо выполнить проверку возможности ее размещения в сечении.
Согласно конструктивным требованиям в закрытых помещениях при повышенной влажности величину защитного слоя (t) для продольной рабочей арматуры можно принять не менее 25мм (считая, что плита изготовлена на заводе, защитный слой можно уменьшить до 20мм) и не менее диаметра рабочей арматуры. Минимальное расстояние между стержнями в свету при вертикальном армирование необходимо применять не менее 50мм (п. 8.3.3. СП 52-101-2003). Схема размещения арматуры в одном ребре указана на рисунке 3.5 (а – в каждом ребре один стержень, б – в каждом ребре 2 стержня).
В результате принятое первоначально значение расстояния от равнодействующей усилий в растянутой арматуре до грани растянутой зоны а должно быть больше или равно минимального значения. В противном случае необходимо назначить новое значение а и выполнить перерасчет.
Кроме того, необходимо проверить возможность размещения арматуры в ребре по ширине (b/2) и в случае необходимости увеличить значение ширины ребра b.
а) б)
Рисунок 3.5 – К определению минимального защитного слоя
Для 2х стержней:
При принятой арматуре с площадью 
следует определить несущую способность элемента, выполняем проверку:
Окончательно принимаем 2 стержня,d=28мм, 
, b/2=100.
Если проверка выполнились, то выполняем несущую способность элемента
Проверка выполняется, следовательно можно продолжить расчет.