Расчет и конструирование монолитной балочной плиты

Введение

Железобетон представляет собой комплексный строительный материал, состоящий из бетона и стальных стержней, работающих в конструкции совместно в результате сил сцепления.

Известно, что бетон хорошо сопротивляется сжатию и значительно слабее растяжению (в 10-20 раз меньше, чем при сжатии), а стальные стержни имеют высокую прочность, как при растяжении, так и при сжатии. Основная идея железобетона и состоит в том, чтобы рационально использовать лучшие свойства составляющих материалов при их совместной работе. Поэтому арматуру располагают так, чтобы возникающие в железобетонном элементе растягивающие усилия воспринимались в большей степени арматурой. В изгибаемых элементах, например в плитах, балках, настилах и др., основную арматуру размещают в нижней, растянутой зоне сечения, а в верхней, сжатой зоне ее либо совсем не ставят, либо ставят небольшое количество, необходимое для конструктивной связи стержней в единые каркасы и сетки. В элементах, работающих на сжатие, например в колоннах, включение в бетон небольшого количества арматуры также значительно повышает их несущую способность. Возникающие в колоннах растягивающие напряжения от поперечных деформаций воспринимаются хомутами или поперечными стержнями; последние служат также для связи продольных стержней в плоские или пространственные каркасы. В растянутых элементах действующие усилия воспринимаются арматурой.

Благодаря многочисленным положительным свойствам железобетона – долговечности, огнестойкости, высокой прочности и жесткости, плотности, гигиеничности и сравнительно небольшим эксплуатационным расходам, конструкции из него широко применяют во всех областях строительства.

Курсовой проект “Ребристое перекрытие многоэтажных гражданских и промышленных зданий” по дисциплине “Железобетонные и каменные конструкции“ включает в себя расчет и конструирование ребристого перекрытия многоэтажного гражданского здания в 2-ух вариантах - сборном и монолитном. В сборном варианте выполняется компоновка конструктивной схемы перекрытия, расчет и конструирование предварительно напряженной многопустотной плиты, расчет и конструирование ригеля. В монолитном варианте выполняется компоновка конструктивной схемы ребристого перекрытия, расчет и конструирование плиты и второстепенной балки, колонны и фундамента.

Наиболее распространенными элементами различных зданий и сооружений являются плоские перекрытия. Балочными называют такие типы перекрытия, у которых плиты опираются на балки и работают с ними совместно. Значением момента по длинной стороне в балочной плите пренебрегают в виду его малого значения. Ребристое монолитное перекрытие состоит из плит, второстепенных и главных балок, которые бетонируются вместе и представляют собой единую конструкцию.

Расчет и конструирование междуэтажного ребристого перекрытия в монолитном железобетоне

Выбор рационального расположения главных и второстепенных балок

Исходные данные

Выбор рационального варианта производят на основании сравнения технико-экономических показателей перекрытия в зависимости от назначения здания, конструктивных размеров, архитектурного оформления потолка, размеров помещений, эксплуатационных требований, ТЭП и т.п. При прочих равных условиях предпочтение отдают варианту с более высокими технико-экономическими показателями.

Для выбора более рационального варианта расположения главных и второстепенных балок составляется две схемы плана здания, в которых варьируются направления и величины пролетов главных и второстепенных балок. При этом пролет главных балок l_mb рекомендуется принимать 6-9 м; второстепенных - l_sb = 5-7 м; плиты - l_s = 1,5-2,7 м. В перекрытиях с балочными плитами расположение главных и второстепенных балок выбирают так, чтобы соблюдалось условие l_sb / l_s 2. Ориентировочно высоту главных балок можно принимать в пределах h_mb = (1/8…1/15)l_mb; второстепенных h_sb = (1/12…1/20)l_sb. Ширину балок принимают равной b = (0,3... 0,5)h.

При h ≤ 60 см - высоту балок принимают кратной 5 см; при h > 60 см - кратной 10 см.

Рекомендуется, чтобы крайние пролеты плит и второстепенных балок были несколько меньше средних, но не более чем на 20 %.

Об экономичности варианта разбивки сетки колонн и балок можно судить по значению приведенной толщины бетона перекрытия (понимая под ней толщину слоя бетона необходимого для изготовления всех элементов перекрытия, распределенного по всей площади этого перекрытия), которая представляет собой объем бетона плиты, балок и колонн, отнесенный к 1 м² перекрытия. К разработке принимается вариант расположения второстепенных и главных балок, для которого приведенная толщина бетона будет наименьшей.

Таблица 1 – Исходные данные

Тип здания	Промышленное
Размер здания в плане А×Б	27×47 м
Количество этажей n1
Высота этажа H1	4,8 м
Нормативная временная нагрузка на перекрытие pн	5 кН/м2
Район строительства	г. Гомель
Характер грунта γ	1670 кг/м3
Окончание таблицы 1
φ	26º
Характеристики материалов монолитного варианта:
	бетон класса	раб. арматура класса
плиты	С12/15	S500 (проволока)
второстепенной балки	С12/15	S500

1.1.2 Определение приведенной толщины перекрытия по вариантам

Составляем два варианта расположения главных и второстепенных балок.

1 вариант: (l_s = 2,25 м; n_s = 12; γ_n = 1,0; γ_f = 1,5; l_sb = 5,900 м; n_sb = 8; H₁ = 4,8 м; g_k = 0 кН/м²; l_mb = 9,0 м; n_mb = 3; n₁ = 6; q_k = 5 кН/м²).

2 вариант:(l_s = 2,65 м; n_s = 18; γ_n = 1,0; γ_f = 1,5; l_sb = 6,75 м; n_sb = 4; H₁ = 4,8 м; g_k = 0 кН/м²; l_mb = 7,95 м; n_mb = 6; n₁ = 6; q_k = 5 кН/м²).

Рисунок 1 – Схема вариантов междуэтажного монолитного перекрытия

Приведенную толщину перекрытия определяем, используя рекомендации и формулы 7.1 - 7.8 [5]:

1 вариант

Приведенная толщина бетона определяется по формуле:

(1.1)

где - приведенная толщина плиты

(1.2)

где - пролет плиты;

- полная расчётная нагрузка на плиту;

(1.3)

- приведенная толщина второстепенной балки;

(1.4)

где - пролёт второстепенной балки;

- количество пролётов монолитной плиты;

- полная расчётная нагрузка на второстепенную балку;

(1.5)

- приведенная толщина главной балки;

(1.6)

где - пролёт главной балки;

- количество пролётов второстепенной балки;

- полная расчётная нагрузка на главную балку;

(1.7)

- приведенная высота колонн;

(1.8)

где - количество этажей;

- высота этажа;

- количество пролётов главной балки

Тогда приведенная толщина перекрытия

2 вариант

Приведенная толщина бетона определяется по формуле:

(1.1)

где - приведенная толщина плиты

(1.2)

где - пролет плиты;

- полная расчётная нагрузка на плиту;

(1.3)

- приведенная толщина второстепенной балки;

(1.4)

где - пролёт второстепенной балки;

- количество пролётов монолитной плиты;

- полная расчётная нагрузка на второстепенную балку;

(1.5)

- приведенная толщина главной балки;

(1.6)

где - пролёт главной балки;

- количество пролётов второстепенной балки;

- полная расчётная нагрузка на главную балку;

(1.7)

- приведенная высота колонн;

(1.8)

где - количество этажей;

- высота этажа;

- количество пролётов главной балки

К разработке принимаем первый вариант как более экономичный по расходу бетона, так как

1.1.3 Определение предварительных размеров поперечных сечений элементов для выбранного оптимального варианта перекрытия

Толщина плиты h_s принимается следующим образом.

Из условия прочности:

(1.9)

По конструктивным требованиям из условия жёсткости:

(1.10)

Минимальная толщина монолитной плиты перекрытия для гражданских зданий составляет 70 мм. Окончательно принимаем h_s = 80 мм.

Высота второстепенной балки h_sb принимается следующим образом.

Из условия прочности:

(1.11)

По конструктивным требованиям из условия жёсткости:

(1.12)

Окончательно принимаем h_sb = 400 мм.

Ширина балки (1.13)

Принимаем b_sb = 150 мм.

Высота главной балки h_mb принимается:

(1.14)

По конструктивным требованиям из условия жёсткости:

(1.15)

Окончательно принимаем h_mb = 750 мм.

Ширина балки (1.16)

Принимаем b_mb = 250 мм.

Размеры поперечного сечения квадратной колонны:

(1.17)

Принимаем с учётом градации размеров сечение колонны со сторонами

h_c = b_c = 600 мм.

Расчет и конструирование монолитной балочной плиты

Исходные данные

Рисунок 2 – План балочного перекрытия